Data wykonania: 20.I.2011r	Nazwa ćwiczenia: Badanie sprężarki tłokowej	Data oddania: 24.I.2011r
Imię Nazwisko : Michał Orliński	Wydział rok grupa: WEiP rok: II , gr: 4A	Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar wydajności rzeczywistej jednostopniowej sprężarki tłokowej metodą napełniania zbiornika, wyznaczenie rzeczywistego współczynnika objętościowego sprężarki oraz określenie stanu technicznego maszyny.

1. Schematy stanowiska pomiarowego:

1 – przewód ssawny, 2 – filtr powietrza, 3 – przewód ssawny łączący filtr z zaworem ssawnym, 4 – zawór ssawny, 5 – zawór tłoczny, 6 – przewód tłoczny – łączący zawór tłoczny z odolejaczem powietrza, 7 – odolejacz powietrza,	8 – zawór ciśnieniowy, 9 – termometr pomiarowy – mierzy temperaturę sprężonego powietrza w zbiorniku, 10 –zawór bezpieczeństwa, 11 – manometr – mierzy ciśnienie panujące w zbiorniku ze sprężonym powietrzem, 12 – zawór ciśnieniowy – spustowy – służy do odprowadzenia sprężonego powietrza ze zbiornika, 13 – zbiornik na sprężone powietrze, 14 – przyrząd do pomiaru obrotów,

W celu wyłapania zanieczyszczeń, które dostając się wraz z powietrzem do komory tłoka, mogłyby spowodować jego uszkodzenie, na przewodzie ssawnym zamontowany jest filtr powietrza. Za tłokiem znajduje się odolejacz powietrza, który odseparowuje cząsteczki oleju od wtłaczanego do zbiornika powietrza. Olej, który jest używany do smarowania pierścieni, mógłby – rozpylony w sprężonym, nagrzanym powietrzu
– wytworzyć mieszankę wybuchową.

1. Dane techniczne sprężarki i parametry otoczenia:

Parametry techniczne sprężarki:

Średnica tłoka sprężarki: Skok tłoka sprężarki: Ilość cylindrów: Objętość zbiornika sprężarki tłokowej: Nominalna prędkość obrotowa sprężarki:	D = 70 [mm] S = 65 [mm] i = 1 [ -- ] Vz = 0.135 [m^3] n = 850 – 860 [obr/min]

Parametry otoczenia(powietrze atmosferyczne):

temperatura otoczenia:	tot=21,4[°C]=294,55[K]
ciśnienie barometryczne(otoczenia):	pb=99300[N/m^2]
temperatura ssania:	ts=21,4[°C]=294,55[K]
ciśnienie ssania:	ps=99300[N/m^2]
stała gazowa:	R=287,1[J/kg·K]
objętość właściwa:	νs≈0,852[m^3/kg]
gęstość właściwa:	ρs≈1,174[kg/m^3]

Metoda pomiaru:

Pomiaru rzeczywistej wydajności sprężarki dokonano metodą napełniania zbiornika. Metoda ta oparta jest na określeniu masy czynnika wtłoczonego do zbiornika w określonym czasie. Znając objętość zbiornika V_z i stałą gazową R czynnika, mierząc ciśnienie i temperaturę przed i po napełnieniu zbiornika jesteśmy w stanie wyznaczyć wydajność rzeczywistą sprężarki na podstawie równania stanu gazu o równania ciągłości strugi. Znając parametry techniczne możliwe jest określenie wydajności teoretycznej sprężarki. Po określeniu wydajności rzeczywistej i teoretycznej możliwe jest określenie rzeczywistego współczynnika objętościowego λ – jest to stosunek wydajności rzeczywistej i teoretycznej. Współczynnik λ informuje o stanie technicznym sprężarki.

1. Wyniki pomiarów:

Parametr obliczony	Jednostka	Numer pomiaru
		I
Ciśnienie w zbiorniku p1		148350
Ciśnienie w zbiorniku p2		344550
Temperatura w zbiorniku T1		294,75
Temperatura w zbiorniku T2		296,75
Czas napełniania zbiornika τ		83,10
Strumień masy		3,722·10^-3
Objętość właściwa vs		0,8516
Wydajność rzeczywista		3,17·10^-3
Wydajność teoretyczna		3,581·10^-3
Rzecz. wsp. obj.		0,885
Rzecz. średni wsp. obj.		0,8072

1. Obliczenia i zestawienie wyników:

Zespół nr 3:

a) Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

p₁ =  p_ot + p_1N = 99300 + 196200 = 295500 [Pa] =  0, 296 [MPa]

b) Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

p₂ =  p_ot + p_2N = 99300 + 392400 =  491700[Pa] =  0, 492 [MPa]

c) Obliczenie wydatku masowego:

$$\dot{m} = \frac{V_{z}}{\tau \bullet R} \bullet \left( \frac{p_{2}}{T_{2}} - \frac{p_{1}}{T_{1}} \right) = \frac{0,135}{90,4 \bullet 287,1} \bullet \left( \frac{491700}{298,15} - \frac{295500}{297,65} \right) = 3,414\ \bullet 10^{- 3}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$$

d) Obliczenie objętości właściwej zasysanego gazu:

$$\nu_{s} = \frac{R \bullet T}{p_{3}} = \ \frac{R \bullet T_{\text{ot}}}{p_{\text{ot}}} = \ \frac{287,1 \bullet 294,55}{99300} = 0,8516\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

$$\nu_{s} = \frac{1}{\rho_{s}} \rightarrow \rho_{s} = \frac{1}{\nu_{s}} = \frac{1}{0,8516} = 1,174\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

e) Obliczenie wydajności rzeczywistej:

$${\dot{V}}_{\text{rz}} = \dot{m} \bullet V_{s} = 0,8516 \bullet 3,414 \bullet 10^{- 3} = 2,91 \bullet 10^{- 3}\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

f) Obliczenie wydajności teoretycznej sprężarki:

$${\dot{V}}_{\text{teor}} = \frac{{\pi \bullet D}^{2}}{4} \bullet s \bullet i \bullet \frac{n}{60} = \frac{{\pi \bullet 0,07}^{2}}{4} \bullet 0,065 \bullet 1 \bullet \frac{856,6}{60} = 3,57 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

g) Obliczenie rzeczywistego współczynnika objętościowego:

$$\lambda = \frac{{\dot{V}}_{\text{rz}}}{{\dot{V}}_{\text{teor}}} = \frac{2,91 \bullet 10^{- 3}}{3,57 \bullet 10^{- 3}\ } = 0,814$$

1. Wnioski:

Rzeczywiste współczynniki objętościowe λ dla poszczególnych pomiarów wynoszą odpowiednio:

λ₁ = 0,885

λ₂ = 0,87

λ₃ = 0,814

λ₄ = 0,66

Średnia wartość rzeczywistego współczynnika objętościowego wynosi:

λśr ≈ 0,807

Obliczony średni współczynnik λ mieści się w przedziale λ = 0,75 ÷ 0,85 , co kwalifikuje stan badanej sprężarki jako bardzo dobry. Sprężarka nadaje się do dalszej eksploatacji.

Należy zaznaczyć, że największe wartości współczynnika λ otrzymaliśmy dla pomiaru pierwszego. Jest to spowodowane najmniejszym – spośród zespołów
– ciśnieniem pracy sprężarki, zarówno początkowym, jak i końcowym, które wynosiły odpowiednio p_1N = 0,5 [kG/cm²] do p_2N = 2,5 [kG/cm²]. Ponadto pierwszy zespół rozpoczynał pomiary, gdy sprężarka nie zdążyła się nagrzać, więc nie następował dodatkowy wzrost ciśnienia, spowodowany wzrostem temperatury gazu roboczego.

Prawdopodobnymi przyczynami pogorszenia stanu technicznego badanej sprężarki są: nieszczelności połączenia tłoku z cylindrem oraz nieszczelnością zaworów, co przy większych ciśnieniach powoduje spore straty w porównaniu z pierwszym pomiarem. Nie bez znaczenia pozostaje także fakt nagrzewania się ścianek cylindra. Wpływ wyżej wymienionych czynników, powodował spadek wartości rzeczywistego współczynnika objętościowego λ wraz ze wzrostem ciśnienia w zbiorniku.

Zastosowana metoda pomiaru (metoda „napełniania zbiornika”) pozwala na określenie stanu technicznego badanego urządzenia przy pomocy pomiarów: ciśnienia i temperatury w momencie rozpoczęcia i zakończenia napełniania zbiornika oraz czasu trwania napełniania tego zbiornika. Znając powyższe parametry, jak również temperaturę, ciśnienie otoczenia oraz ilość obrotów wału sprężarki, można wyznaczyć wielkości ją charakteryzujące, a następnie na podstawie rzeczywistego współczynnika objętości określić stan techniczny badanej maszyny.