POLITECHNIKAKOSZALIŃSKA ROK AKADEMICKI 2010/2011	LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU Gospodarka Energetyczna
Wydział Mechaniczny MiBM grupa M01	Nazwisko i imię : BAJSICKI JAROSŁAW
Badanie tłokowej jednostopniowej sprężarki powietrza
Data ćwiczenia : 18.03.2011	Podpis:

1. Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania i konstrukcją sprężarki tłokowej jednostopniowej powietrza oraz wykonanie pomiarów eksperymentalnych, pozwalających na określenie podstawowych jej charakterystyk energetycznych.

1. Schemat stanowiska pomiarowego

1 - zbiornik wyrównawczy (140 L)

2 - zbiornik pomiarowy ( 150 L)

3 - zawór dławiący

4 - zawór odcinający

5 - termometry

6 - manometr ( wartości P_tn)

7 - manometr ( wartości P_1n i P_2n )

1. Dane sprężarki

- średnica cylindra D 60 [mm] =0,06[m]

- skok tłoka s 40 [mm]=0,04[m]

- liczba cylindrów z = 2

Lp.	Pb	tot	Ptn	ttł	P1n	P2n	Δτ	n
	[ MPa ]	[ °C ]	[ MPa ]	[ °C ]	[ MPa ]	[ MPa ]	[ s ]	[ obr/min ]
1.	0,1012	26	0,080	23	0,040	0,080	14	1531
2.	0,1012	26	0,120	25	0,070	0,110	16	1531
3.	0,1012	27	0,170	25	0,120	0,160	26	1523
4.	0,1012	27	0,210	26	0,160	0,200	26	1524
5.	0,1012	27	0,270	26	0,220	0,260	31	1516
6.	0,1012	27	0,300	26	0,240	0,280	36	1517

1. Tabela wielkości zmierzonych

2. Tabela wielkości obliczonych

Wielkość obliczona	Nr. pomiaru
	1.
Wartość sprężu pt/ps	1,79
Rzeczywista wydajność masowa mZ [kg/s]	0,0047
Rzeczywista wydajność objętościowa VZ [m^3/h]	14,34
Wydajność skokowa VS [m^3/h]	20,76
Współczynnik dostarczania λ	0,69

1. Przykładowe Obliczenia ( dla pomiaru 3)

1. Obliczenie objętości skokowej cylindrów sprężarki tłokowej

$$\mathbf{V}_{\mathbf{\text{sk}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\pi \bullet}\mathbf{D}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{4}}\mathbf{\bullet s \bullet z\ }\left\lbrack \mathbf{m}^{\mathbf{3}} \right\rbrack$$

- średnica cylindra D 60 [mm] =0,06[m]

- skok tłoka s 40 [mm]=0,04[m]

- liczba cylindrów z = 2

$$\mathbf{V}_{\mathbf{\text{sk}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{3,14 \bullet}\mathbf{0,06}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{4}}\mathbf{\bullet 0,04 \bullet 2 = 0,000226\ }\left\lbrack \mathbf{m}^{\mathbf{3}} \right\rbrack$$

1. Obliczenie wydajności skokowej sprężarki tłokowej

V_s=V_sk•n • 60 [m³/h]

V_sk - objętość skokowa cylindrów sprężarki tłokowej

n – częstotliwość obrotów wału sprężarki

V_s=0, 000226 • 1523 • 60 = 20, 65 [m³/h]

1. Obliczenie wartości sprężu sprężarki tłokowej

$$\mathbf{\xi =}\frac{\mathbf{p}_{\mathbf{t}}}{\mathbf{p}_{\mathbf{s}}}$$

p_t – ciśnienie tłoczenia

p_tn – ciśnienie w kanale tłocznym sprężarki

p_s – ciśnienie ssania

p_b – cisnienie barometryczne

p_s  =  p_b  = 0, 1012

p_t = p_tn + p_b [MPa] 

p_t = 0, 170 + 0, 1012 = 0, 2712 [MPa] 

$\mathbf{\xi =}\frac{\mathbf{0,2712}}{\mathbf{0,1012}}$=2,68

1. Obliczenie rzeczywistego masowego natężenia przepływu gazu

$$m_{z} = \frac{m_{2} - m_{1}}{\tau} = \frac{M \bullet V_{Z}}{B \bullet \tau} \bullet \left( \frac{p_{2} - p_{1}}{t_{\text{zb}}} \right)\ \left\lbrack \text{kg}/s \right\rbrack$$

M – względna masa cząsteczkowa powietrza 29 [kg/kmol]

V_Z – objętość zbiornika pomiarowego 0,14 [m³]

B – uniwersalna stała gazowa 8315 [J/kmol•K]

p₁ – ciśnienie absolutne w zbiorniku pomiarowym V_Z przed ładowaniem 120000 [N/m²]

p₂ – ciśnienie absolutne w zbiorniku pomiarowym V_Z po ładowaniu 160000 [N/m²]

t_zb – temperatura w zbiorniku V_Z odpowiednio przed i po ładowaniu 298,15 [K]

$$m_{z} = \frac{29 \bullet 0,14}{8315 \bullet 26} \bullet \left( \frac{160000 - 120000}{298,15} \right) = \frac{4,06}{216190}\ \bullet 134,16 = 0,0025\ \left\lbrack \text{kg}/s \right\rbrack$$

1. Obliczenie objętości właściwej powietrza zasysanego

$$\mathbf{v}_{\mathbf{\text{ss}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{B \bullet}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{ot}}}}{\mathbf{M \bullet}\mathbf{p}_{\mathbf{b}}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{/s} \right\rbrack$$

v_ss - objętość właściwa powietrza zasysanego

B – uniwersalna stała gazowa 8315 [J/kmol•K]

M – względna masa cząsteczkowa powietrza 29 [kg/kmol]

p_b – ciśnienie barometryczne 101200 [ N/m²]

t_ot – temperatura otoczenia 300,15 [ K ]

$$\mathbf{v}_{\mathbf{\text{ss}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{8315 \bullet 300,15}}{\mathbf{29 \bullet 101200}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{2495747,25}}{\mathbf{2934800}}\mathbf{= 0,850\ }\left\lbrack \mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{/s} \right\rbrack$$

1. Obliczenie rzeczywistej wydajności objętościowej sprężarki

V_z=m_z•v_ss

m_z - rzeczywiste masowe natężenie przepływu gazu 0,0025 [kg/s]

v_ss - objętość właściwa powietrza zasysanego 0,850 [m³/s]

V_z=0, 0025 • 0, 850 = 0, 0021 [m³/s]

Po przeliczeniu wydajności z sekundy na godzinę otrzymujemy

V_z=0, 0021 • 3600 = 7, 65 [m³/h]

1. Obliczenie współczynnika dostarczania λ

$$\mathbf{}\mathbf{=}\frac{\mathbf{V}_{\mathbf{z}}}{\mathbf{V}_{\mathbf{s}}}$$

V_z – rzeczywista wydajność objętościowa sprężarki 7,65 [m³/h]

V_s - wydajność skokowa sprężarki 20,65 [ m³/h]

$$\mathbf{}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,65}}{\mathbf{20,65}}\mathbf{= 0,37}$$

1. Charakterystyka energetyczna badanej spręzarki w zalezności spręż –współczynnik dostarczania

2. Wnioski

W doświadczalnym badaniu sprężarki tłokowej jednostopniowej dokonaliśmy pomiarów ciśnienia i temperatury powietrza w zbiorniku w momencie rozpoczęcia i zakończenia napełniania zbiornika oraz czasu napełnienia zbiornika i obrotów wału sprężarki. Uzyskane wyniki pozwoliły na wyliczenie rzeczywistej i teoretycznej wydajności sprężarki oraz jej rzeczywistego współczynnika objętościowego, na podstawie którego można ocenić stan techniczny sprężarki.

Dla pomiaru odpowiadającemu najwyższemu ciśnieniu powietrza na początku i końcu napełniania zbiornika uzyskano najmniejszą wartość rzeczywistego współczynnika objętościowego . Wraz ze wzrostem ciśnień gazu zwiększa się czas napełniania zbiornika oraz maleje strumień masowy przepływającego powietrza oraz wydajność rzeczywista.

Analizując obliczone wielkości charakteryzujące badaną sprężarkę tłokową można stwierdzić iż :

- masowe natężenie przepływu powietrza przez sprężarkę jest znacznie mniejsze niż teoretyczne natężenie dla sprężarki doskonałej. Wynika to przede wszystkim z tego, że powietrze nie jest gazem doskonałym,

- wraz ze wzrostem ciśnienia w zbiorniku współczynnik dostarczania maleje a spowodowane jest to malejącą objętościową wydajnością sprężarki

- wraz ze wzrostem ciśnienia sprężania powietrza maleją obroty wału sprężarki