容积式压缩机排气量测试方法

容积式压缩机排气量测试方法

1.1 名词解释

1.容积流量在我国也称作排气量和输气量。

压缩机中的容积流量是指在所要求的排气压力下，压缩机单位时间内排出的气体容积，折算到进口状态，也即第一级进气接管处的压力（p1）与温度（T1）组分时的容积值，并应计入级间分离掉的水分折算成蒸气的容积，此外，还应计入气体压缩性的影响；当级间有中间洗涤等而出现中间抽气或中间补气时，排出的气量中还应加入或减去该部分气体折算到进口状态的容积。用符号qv表示，单位为m3/s、m3/min、m3/h及L/h。

对于一定压缩机而言，容积流量非定值。其会随进气压力、进气温度，以及排气压力、冷却条件（水温、水量或风温、风量）等因素而改变。压缩机铭牌上所标注的容积流量，是指在特定的进、排气条件以及冷却条件下所测得的流量，称为公称容积流量或额定容积流量。旨在说明压缩机性能，压缩机应在全负荷下运行，吸气状态和冷却水温应符合下述规定

规定工况

吸入空气压力 105Pa

吸入空气温度 ＋20℃

相对水蒸气压力 0

冷却水温度 ＋20℃

2.压缩机实际容积流量是指经过压缩机压缩并排出的气体，在标准排气位置的实际容积流量，该流量应换算到标准吸气位置的全温度、全压力及组分的状态。

3.标准容积流量也称供气量。它是指压缩机单位时间内排出的气体容积折算到标准之状态，并不计入级间分离掉的水分及抽气量。其有两种定义：1.化工计算中，压力为1.013×105Pa（760mmHg）、温度为273K；2.空气动力计算中，以海平面的平均压力和温度，即1.013×105Pa与15℃为标准。用qVN表示。

一定的压缩机其标准容积流量也非定值。

1.2流量测量方法

流量测量是测出与流量有关的物理量（如压差），再换算成流量。可分为直接测量与间接测量两类，工程上大都采用间接测量法。可以采用GB/T15487所规定的任一方法测量压缩机流量，但须完全满足GB/T15487的要求。一般有如下方法：

1. 用ASME喷嘴测量装置测量压缩机的流量。对于动力用空气压缩机以及其它压缩介质允许放空的气体压缩机，推荐用此法测量。

2. 用ISA 1932喷嘴加整流器的测量装置测量压缩机流量。

3. 在要求简单、快速且经济的方法测量空压机流量的场合，而测量精度要求不严格时，可采用圆弧文丘里喷嘴测量。

4. 在上述方法不适合时，可采用其它方法，如充罐法测量、称瓶法测量气柜法测量及用流量计测量。

1.3 ASME测排气量装置简介

用ASME法测量压缩机排气量的测量装置示意图见asme装置.jpg，测温测压点示意图见测压点示意图.jpg

1. 水柱压差计刻度应不大于10Pa（或1mmH2O），相对误差不大于±0.2％，管内径应不小于10mm。充满清水。必要时，允许加入微量水溶性染料以利读数。

2. 喷嘴前的气体温度应用两只不带套管的水银温度计测量，测点距离喷嘴端面为三倍低压箱内直径，温度计杆身应与低压箱绝热。温度计在圆周方向上错开90℃，并与喷嘴压差取压口错开45℃。温度计应沿管道径向插入，从管道内壁计起，插入深度为管径的1/3~1/2，对于管径大于300mm时，插入深度取100mm。温度计误差不大于±0.2℃。

3. 当环境温度与喷嘴前温度差大于20℃时，低压箱应有保温层。

4. 测量排气量用的标准喷嘴材料为青铜或黄铜，其尺寸符合ASME规定。根据排气量不同，使用的喷嘴直径也不同，可根据标准喷嘴尺寸查表。

1.4 测试要求

1. 一般用容积式空气压缩机性能试验方法按照GB/T 3853进行，实际排出的容积流量应按GB/T 15487测量。试验前应对系统中的全部设备、连接管路、测压点、测温点作密封性检查，不应泄漏。喷嘴内表面应清洁，不应有油垢等粘着物。

2. 测试仪表的精度应符合GB/T 3853及GB/T 15487的规定，并经计量部门检验合格且在有效期内使用。测量仪器（模拟量或数字量）的精度应为±1％。大气压力应用精度高于±0.15％的气压计测量。

3. 气体或液体的温度应采用水银温度计、热电偶或电阻温度计测量。压缩机吸、排气温度测点距压缩机吸、排气口法兰的距离为两倍管径。其精度不低于±1K要求。

4. 转速测量方法应具有±0.5％或更高的精度。

5. 应尽可能测量压缩机排出气体的流量来计算压缩机实际流量。如果不能实测排出气体流量，但能够以足够的精度测量压缩机泄漏损失，则允许测量压缩机吸气流量来推算出压缩机实际流量。

6. 在用喷嘴装置测量往复活塞压缩机等的脉动排气流量时，测量系统中必须接入一定容积的缓冲罐。并符合相应标准。

7. 容积流量应在压缩机的标准排气位置测量，对于喷液回转压缩机，排气端排出的是空气和喷入液体的混合流体，其空气的容积流量可以在标准吸气位置或者在液气分离装置的出口位置处测量。

8. 如果裸装压缩机不能从被压缩的空气中冷凝出水分，则无须对含湿量进行修正。如果能冷凝并排出水份，则须进行修正。

9. 压力测量点位置的规定。试验时压缩机若无吸气接管，其吸气压力规定等于试验处大气压力；若有吸气接管，则其吸气压力应在压缩机吸气法兰前距离等于一个管径处测量。管道和储气罐的测压接头应垂直于内壁并与其平齐（对于低压或高流速，细微的毛刺也会引起很大的误差）。

10. 压缩机排气压力测点应在距压缩机排气法兰一个管径处；同一部位有两个压力测点时，两测点应在圆周方向相错90℃。

11. 压力表应用引压管通过缓冲容器或加长引压管以消除测量时的压力波动。

12. 除使用说明书规定的正常操作和稳定工况的操作外，试验期间不应进行其它调整。读数前，压缩机应运行足够长的时间以保证工况稳定，同时使得试验期间仪表读数时，不致发生系统的变化。

13. 压缩机运转稳定后，开始测试各参数。在一次试验中读数的波动不得超过GB/T 3853－98中表3规定。可以舍弃出现波动过大的读数，但只能舍弃试验开始和结束的读数。

14. 根据GB/T 3853或供需双方商定的压缩机测试工况确定流量的测量工况。每一测量工况读数5次，各次读数时间间隔均匀，各测点参数应尽可能同时读取。以各参数的平均值计算压缩机流量。

15. 将由测量装置处测得的该状态的气体流量转化为标准吸气状态，同时考虑到所分离的水份，则得到进口处的实际容积流量。

16. 后冷器、储气罐以及排气法兰与流量测量装置之间的其它各处所收集的冷凝液应予以测量。每次试验前后，应将中冷器及其分离器中的冷凝液排放掉，但这种排放不得干扰压缩机的稳定工况。所分离出的冷凝液应按各个冷却器分别称重，同时除以距上次排液操作的间隔时间。在测量冷却液的质量前，应分离掉随冷却液带出的油。

17. 试验工况和规定工况不会完全一致。因此，在将试验结果与规定值作比较之前，应对容积流量进行修正。当试验工况与规定工况的偏差不超过GB/T 3853规定值时，容积流量应按转速、等熵或多变指数、冷却剂温度和排放的冷凝液等方面的偏差进行修正。

18. 当试验工况与规定工况的偏差超过GB/T 3853规定值时，实际运行工况对实际压缩机性能的影响可以通过变分法确定。主要是内插法来确定将各个参数修正到规定工况下的修正幅度。

19. 部分负载工况时，有些卸载系统将热气体排回到吸气处。这样部分负载时的吸气温度变得比全负载时高，容积流量表面上似乎达到一个较高的值。因此，在这种情况下，要求按全负载时真正的吸气温度来计算部分负载下的流量。

20. 如果进行试验的气体与规定的不同，应对其进行修正。因为气体常数的改变要影响到泄漏，从而影响到容积流量，但这种修正应经有关各方的同意。

1.5 排气量测量计算

1. 未计及冷凝水通过喷嘴的压缩机排气量Q0，按下式计算：

Q0=1129×10-8cd2(Tx1/px1)(Δp·p0/T1)0.5

若压缩机吸气压力等于试验处大气压力时，则：

Q0=1129×10-8cd2Tx1(Δp/ p0·T1)0.5

式中：Q0—流经测量喷嘴的压缩机排气量，m3/min；

Tx—级吸气温度，右下角标表示级别，K；

T1—喷嘴前气体温度，K；

p0—试验处大气压力，kgf/cm2；

Δp—喷嘴前后压力差，mmH2O；

c—喷嘴系数，从相应图表读取；

d—按规定测得的喷嘴直径，mm；

2. 考虑吸入气体中冷凝液的排放时的容积流量

吸入气体中存有的蒸气可能会冷凝，并且当气体通过压缩机时，在吸气口与流量测量点之间的任何部位（如中冷器、后冷器等）都会收集到冷凝液。所以在实验中有冷凝液从压缩机中排出这种情况，在计算吸入气体流量时，可按下式修正：

Q1＝Q0＋(Ws/ρs1)·(ps1/px1)

式中：Q1—计入冷凝水的压缩机排气量，m3/min；

Ws—压缩机吸气口与喷嘴间收集到的单位时间内的冷凝水质量，kg/min。

ρs1—Ι级吸气温度下的饱和水蒸气密度，kg/m3；

ps1—Ι级吸气温度下的饱和水蒸气压力，kgf/cm2；

px1—Ι级吸气压力，kgf/cm2。

3. 容积流量的修正

3.1转速修正系数K1。

当压缩机试验时的转速与规定转速不同，按下式修正：

[Q]=Q1[n]/n，即K1＝[n]/n

式中：[Q]—规定工况下的压缩机排气量，m3/min； n—压缩机试验时的转速，r/min；

[n]—压缩机规定工况下的转速，r/min；

3.2规定的多方指数与试验工况值不一致时对试验的修正系数K2。具体参考GB 3853。一般状况取1。

3.3 外部冷却剂温度修正系数K3。具体参考GB 3853。可用插值法进行求解。

这样修正后的规定工况下容积流量则为：

[Q]corr=K1×K2×K3×Q1

[Q]corr—修正后的容积流量。

压缩过程排水量的理论计算

一． 基本参数定义

湿空气的状态参数：描述湿空气的参数除了一般的压力、温度外，还有以下参数，

1. 饱和蒸汽压ps，对于的一定的空气温度t，有一个饱和水蒸汽压ps。它就是在温度t时水蒸气在空气中的最大分压。含有最大水蒸气量的空气称为饱和空气。

2. 露点td，空气在含湿量d不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度称为露点td，此时开始有水珠冷凝出来。当空气的含湿量d和总压p一定时，对应的饱和蒸汽压pd和露点td也就确定了。可根据下式计算饱和蒸汽压：

pd=d·p/(0.622+d)

3. 相对湿度φ，未饱和湿空气中水蒸气的物质的量nv与相同温度、相同总压下饱和空气中水蒸气的物质的量nvs之比称为相对湿度

φ＝nv/nvs=pv/ps

式中，ps为湿空气温度下水蒸气的饱和压力。

4. 含湿量d，每1kg干空气所挟带的水蒸气质量。单位为kg/kg（干空气）。

d=mv/ma=0.622φps/(p-φps)

当已知空气温度t与相对湿度φ时，可查表求得每立方空气中所含水的质量。

二. 压缩过程理论排水量的计算

对喷油螺杆压缩机，排气温度规定的下限是不得低于气体压缩后水蒸气分压力所对应的饱和温度，它与压力比及吸气状态下水蒸气的原始分压力有关。如在100％的相对湿度时，从20℃的环境温度压缩到0.8MPa时，相应的饱和温度约为59℃。否则出现的冷凝水会使油质恶化并降低轴承寿命。

1. 空气湿度应用通风干湿表（阿斯曼湿度计）或其它同等精度的仪器测量。

2. 压缩机吸入空气的湿度测量位置应在离压缩机吸气口的最近处，否则应将所测得的湿度换算为压缩机吸气状态的值。

压缩空气被压缩之前的含水量与当时的空气湿度有关，压缩后，随着压力和