Akademia Górniczo- Hutnicza

Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział………….

Maszyny Przepływowe

Laboratorium

Badanie sprężarki tłokowej

Andrzej Kowalski

Wydział ………. gr. ……….

rok ……………..

data wykonania ćwiczenia…………………..

I. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest dokonanie badania jednostopniowej sprężarki, w wyniku którego będzie można określić:

• rzeczywistą wydajność sprężarki (pomiar metodą napełniania zbiornika),

• rzeczywisty współczynnik objętościowy sprężarki,

• określenie stanu technicznego badanej maszyny.

II. Schemat 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,

III. Dane techniczne sprężarki i parametry otoczenia:

Parametry techniczne sprężarki tłokowej i zbiornika:

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 gazu i otoczenia:

Rodzaj gazu: powietrze atmosferyczne.

- parametry otoczenia:

t_ot = 22,9 [°C] = T_ot = 296,05 [K];

p_b = 99067 [Pa = N/m²]

- parametry gazu na ssaniu:

t_s = 22,9 [°C] = T_s = 296,05 [K];

p_s = 99067 [Pa = N/m²]

Dodatkowe parametry gazu:

Stała gazowa R = 287.1 [J/kg · K]

Objętość właściwa: v_s = 0.857 [m³/kg]

IV. Metoda pomiaru i wykorzystane zależności matematyczne:

Opis metody badania sprężarki:

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.

Zależności matematyczne:

Objaśnienie indeksów we wzorach wykorzystanych do obliczeń:

1 - Moment rozpoczęcia badania;

2 - Moment zakończenia badania;

s - Warunki ssania.

Strumień masy:

Objętość właściwa zasysanego gazu:

Wydajność rzeczywista sprężarki:

Wydajność teoretyczna:

Rzeczywisty współczynnik objętościowy:

Wartości współczynnika objętościowego:

λ =	0.65	÷	0.92
	Małe sprężarki, wysokie ciśnienie		Duże sprężarki, niskie ciśnienie

Określenie stanu technicznego sprężarki na podstawie wartości współczynnika objętościowego λ:

λ < 0.77 Dobry stan techniczny sprężarki;

λ = 0.75÷0.77 Zadawalający stan techniczny sprężarki;

λ = 0.70÷0.75 Zły stan techniczny sprężarki - sprężarka nadaje się do remontu;

λ = 0.65÷0.70 Bardzo zły stan techniczny sprężarki - sprężarka nadaje się do kapitalnego remontu lub wymiany;

V. Podstawowe parametry zmierzone i wartości uzyskane drogą obliczeń.

Wartości zmierzone, uzyskane drogą doświadczalną.

1.Dane dla pomiaru pierwszego:

Ciśnienie w momencie rozpoczęcia napełniania zbiornika	p1N	=	0.75	[kG/cm^2]	=	73573	[N/m^2]
Ciśnienie w momencie zakończenia napełniania zbiornika	p2N	=	1.75	[kG/cm^2]	=	171675	[N/m^2]
Temperatura w momencie rozpoczęcia napełniania zbiornika	t1	=	21	[°C]	T1=	294.15	[K]
Temperatura w momencie zakończenia napełniania zbiornika	t2	=	23	[°C]	T2=	296.15	[K]
Czas napełniania zbiornika sprężarki	τ	=	42.3	[s]
Prędkość obrotowa wału sprężarki	n	=	860	[Obr/min]

2.Dane dla pomiaru drugiego:

Ciśnienie w momencie rozpoczęcia napełniania zbiornika	p1N	=	1.5	[kG/cm^2]	=	147150	[N/m^2]
Ciśnienie w momencie zakończenia napełniania zbiornika	p2N	=	2.5	[kG/cm^2]	=	245250	[N/m^2]
Temperatura w momencie rozpoczęcia napełniania zbiornika	t1	=	24	[°C]	T1=	297.15	[K]
Temperatura w momencie zakończenia napełniania zbiornika	t2	=	24	[°C]	T2=	297.15	[K]
Czas napełniania zbiornika sprężarki	τ	=	43.8	[s]
Prędkość obrotowa wału sprężarki	n	=	856	[Obr/min]

3.Dane dla pomiaru trzeciego:

Ciśnienie w momencie rozpoczęcia napełniania zbiornika	p1N	=	2.25	[kG/cm^2]	=	220725	[N/m^2]
Ciśnienie w momencie zakończenia napełniania zbiornika	p2N	=	4.5	[kG/cm^2]	=	441450	[N/m^2]
Temperatura w momencie rozpoczęcia napełniania zbiornika	t1	=	23	[°C]	T1=	296.15	[K]
Temperatura w momencie zakończenia napełniania zbiornika	t2	=	25	[°C]	T2=	298.15	[K]
Czas napełniania zbiornika sprężarki	τ	=	109	[s]
Prędkość obrotowa wału sprężarki	n	=		[Obr/min]

VI. Tok obliczeniowy z wykorzystaniem wartości zmierzonych:

Dla punktu pierwszego:

a. Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

b. Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

c. Obliczenie wydatku masowego:

d. Obliczenie objętości właściwej zasysanego gazu:

e. Obliczenie wydajności rzeczywistej:

f. Obliczenie wydajności teoretycznej sprężarki:

g. Obliczenie rzeczywistego współczynnika objętościowego:

Dla punktu drugiego:

a. Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

b. Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

c. Obliczenie wydatku masowego:

d. Obliczenie objętości właściwej zasysanego gazu:

e. Obliczenie wydajności rzeczywistej:

f. Obliczenie wydajności teoretycznej sprężarki:

g. Obliczenie rzeczywistego współczynnika objętościowego:

Dla punktu trzeciego:

a. Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

b. Obliczenie wartości ciśnienia przy rozpoczęciu napełniania zbiornika:

c. Obliczenie wydatku masowego:

d. Obliczenie objętości właściwej zasysanego gazu:

e. Obliczenie wydajności rzeczywistej:

f. Obliczenie wydajności teoretycznej sprężarki:

g. Obliczenie rzeczywistego współczynnika objętościowego:

Tabelaryczne zestawienie wyników:

Parametr obliczony	Ozn.	Jednostka	Numer pomiaru
						I	II	III
Ciśnienie w zbiorniku	p1	[Pa]	147460	245560	294610
Ciśnienie w zbiorniku	p2	[Pa]	245560	343660	490810
Temperatura w zbiorniku	T1	[K]	293.15	294.65	295.15
Temperatura w zbiorniku	T2	[K]	295.15	295.15	296.15
Strumień masy	m	[kg/s]	3.849 · 10^-3	3.521 · 10^-3	3.369 · 10^-3
Objętość właściwa	Vs	[m^3/kg]	0.858
Wydajność rzeczywista	Vrz	[m^3/s]	3.30244· 10^-3	3.021 · 10^-3	2.89 · 10^-3
Wydajność teoretyczna	Vteor	[m^3/s]	3.56463 · 10^-3
Rzeczywisty współczynnik objętościowy	λ	[-]	0.9264	0.84749	0.8107
Średnia wartość wsp. objętościowego	λ	[-]	0.86153

Wnioski końcowe:

1. Współczynniki objętościowe λ dla poszczególnych prób wynoszą odpowiednio:

1. λ = 0.9264

2. λ = 0.84749

3. λ = 0.8107

Średnia wartość rzeczywistego współczynnika objętościowego wynosi:

λśr = 0.86153

Obliczony średni współczynnik λ mieści się w przedziale λ < 0.77, co kwalifikuje stan badanej sprężarki jako bardzo dobry. A więc sprężarka nadaje się do dalszej eksploatacji.

2. Zauważyć należy, iż największe wartości współczynnika została otrzymana dla pierwszego pomiaru. Spowodowane jest to faktem, iż w pierwszym pomiarze ciśnienie początkowe jak i ciśnienie końcowe było stosunkowo małe i wynosiło odpowiednio p_1N = 0.5 [kG/cm²] do p_2N = 1.5 [kG/cm²].

3. Pogorszenie się stanu technicznego badanej sprężarki spowodowane jest: nieszczelnością połączenia tłok - cylinder oraz nieszczelnością zaworów, co przy większych ciśnieniach powoduje znaczne straty w porównaniu z pierwszym pomiarem. Nie bez znaczenia jest także wpływ grzania się ścianek cylindra. W wyniku wpływu tych czynników, wartość rzeczywistego współczynnika objętościowego λ malała wraz ze zwiększeniem ciśnień w zbiorniku.

4. 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 te parametry oraz temp. i cisn. otoczenia, ilość obrotów wału sprężarki można wyznaczyć wielkości ją charakteryzujące a następnie na podstawie rzeczywistego wsp. objętości określić stan techniczny sprężarki.

---