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0、引言
氣體壓縮機(jī)是壓縮氣體的機(jī)械設(shè)備。氣體壓縮機(jī)排氣量的檢測是壓縮機(jī)性能檢測中zui重要的檢測技術(shù)之一。壓縮機(jī)排氣量的實(shí)測數(shù)據(jù)決定著壓縮機(jī)的合格與否，決定著壓縮機(jī)的能效等級，即決定著壓縮機(jī)的能源比耗。
現(xiàn)在上通用的壓縮機(jī)性能試驗(yàn)方法給出了檢測在不同海拔地區(qū)，不同使用溫度運(yùn)行的壓縮機(jī)的排氣量、功率和比功率的試驗(yàn)方法。我國也根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，編制了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。這兩個標(biāo)準(zhǔn)除了介紹功率、比功率測量之外，排氣量測量方法是zui重要的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)ISO1217和我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853的實(shí)施極大方便了國內(nèi)外壓縮機(jī)制造商和壓縮機(jī)用戶之間的對壓縮機(jī)產(chǎn)品性能的評定。
1、常用的排氣量測量方法
標(biāo)準(zhǔn)和中國國家標(biāo)準(zhǔn)中雖然介紹了各種排氣量的測量方法，但并沒有介紹各種排氣量測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場合。從而造成許多壓縮機(jī)制造商和用戶沒有根據(jù)所測壓縮機(jī)的特點(diǎn)選用合適的排氣量測量方法。
壓縮機(jī)排氣量測量方法種類繁多，常見的測量方法分為節(jié)流法及充氣法。
1.1 節(jié)流法
節(jié)流法是在流體管道中放置孔板、噴嘴等節(jié)流元件，流體流過節(jié)流元件時會在節(jié)流元件兩側(cè)產(chǎn)生壓差。流體的流量與節(jié)流元件兩端壓差成正比。也就是說通過測量壓差的大小，可以得出流量的大小。
1）ISA1932噴嘴
這種噴嘴要求在噴嘴前后有相應(yīng)的整流裝置。這種裝置的zui大好處是測量的氣體不用放空，沒有浪費(fèi)壓縮空氣。
2）ASME噴嘴
ASME噴嘴是美國機(jī)械工程師學(xué)會所推薦使用的節(jié)流元件。由于中國zui早的壓縮機(jī)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)時參照ASME PTC9進(jìn)行制定的。所以ASME噴嘴在中國各壓縮機(jī)制造單位得到了廣泛的應(yīng)用。該噴嘴也同樣要求管路具有整流裝置。但由于該噴嘴后面直接將空氣排向大氣，故下游壓力為大氣壓，測量工況易于穩(wěn)定。同樣，由于直接將被測氣體直接排向大氣，一是浪
費(fèi)了壓縮氣體、而是不適用于貴重氣體或易燃易爆有毒氣體的測量。
3）文丘里噴嘴
文丘里噴嘴與ASME噴嘴的共同之處都是將被測氣體直接排向大氣。測量工況易于穩(wěn)定。同樣也具有浪費(fèi)壓縮氣體及不適用于貴重氣體或易燃易爆有毒氣體的測量的缺點(diǎn)。文丘里噴嘴要求流過噴嘴喉部的流速要達(dá)到音速以上。這使其具有更適用于大流量氣體測量的特點(diǎn)。
1.2 充氣法
充氣法也是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15487《容積式壓縮機(jī)流量試驗(yàn)方法》推薦的排氣量試驗(yàn)方法之一。該方法的好處是不需要將被測氣體排向大氣，當(dāng)測量貴重或有毒氣體時，該方法具有顯著的*性。但由于充氣法要求準(zhǔn)確測量充氣前后的溫度和壓力及充氣時間，當(dāng)充氣容積相對壓縮機(jī)的排氣量較小時，其測量精度也就較差了。換言之，如果充氣容積相對壓縮機(jī)的排氣量足夠大時，可以取得理想的測量精度。
以上是標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)推薦的幾種壓縮機(jī)排氣量試驗(yàn)方法。這些方法的共同之處是當(dāng)對節(jié)流元件的幾何尺寸及有關(guān)的熱工傳感器精度進(jìn)行嚴(yán)格控制時，可以取得理想的測量精度。
采用節(jié)流元件法進(jìn)行排氣量測量的缺點(diǎn)是：
（1）節(jié)流元件的幾何尺寸復(fù)雜，檢驗(yàn)難度大；
（2）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步進(jìn)行計算，對測量人員的技術(shù)能力有一定的要求；
（3）測量結(jié)果不直觀，無法直接顯示。
那么有沒有更好的方法來檢測壓縮機(jī)的排氣量呢？zui近筆者與有關(guān)企業(yè)進(jìn)行了采用壓縮空氣流量計法進(jìn)行壓縮機(jī)流量測量的嘗試。
2、壓縮空氣流量計工作原理
壓縮空氣流量計也稱之為旋渦流量計或卡門壓縮空氣流量計。可以適用于管道內(nèi)多種流體（氣體、液體、蒸氣）的流量測量。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時可以對流體的壓力和溫度參數(shù)自動進(jìn)行修訂。該流量計可以將測量結(jié)果進(jìn)行模擬標(biāo)準(zhǔn)信號或數(shù)字脈沖信號的輸出，容易與計算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。
在流體中設(shè)置非流線型漩渦發(fā)聲體時，在渦街流量變送器中的三角柱形的旋渦發(fā)生體后會上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦（見圖1）。旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，用下式表示：
f= Stv/d
式中f——旋渦的釋放頻率，單位為Hz；
v——流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，單位為m/s；
d——旋渦發(fā)生體特征寬度，單位為m；
St ——斯特勞哈爾數(shù)（Strouhal number），無量綱，它的數(shù)值范圍為0.14～0.27。
St 是雷諾數(shù)的函數(shù)，
當(dāng)雷諾數(shù)Re在2×104至7×106范圍內(nèi)時，St 值約為0.15（參見圖2）
通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由公式
q=vA （4）
求出流體流過流量計的流量q。（式中A 為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。）
3、采用壓縮空氣流量計進(jìn)行排氣量實(shí)測試驗(yàn)
壓縮空氣流量計的安裝較為方便，但希望能確保氣體在流經(jīng)流量計之前的流動狀態(tài)為穩(wěn)定的層流狀態(tài)，且避免流量計后的彎頭或閥門對渦街的產(chǎn)生造成干擾。
安裝流量計時，應(yīng)確保流量計上游應(yīng)有長度不小于25D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段?，F(xiàn)場測量時采用通徑為DN65的壓縮空氣流量計，其測量范圍為：0.75至6.3m3/min。
現(xiàn)場對一臺額定功率為11kW、排氣壓力為0.8MPa的螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行了實(shí)測。實(shí)測排氣壓力為：
0.790MPa，測得的排氣量為：1.51m3/min。實(shí)測機(jī)組輸入功率為：11.93kW。
同樣一臺螺桿壓縮機(jī)在國家制冷設(shè)備制冷監(jiān)督檢驗(yàn)中心采用ASME噴嘴節(jié)流的方法再次進(jìn)行了對比試驗(yàn)。其主要性能數(shù)據(jù)為：實(shí)測排氣壓力0.807MPa，測得排氣量為：1.50 m3/min。
兩種方法相比，實(shí)測排氣量的誤差為：0.67%。也就是說，在企業(yè)產(chǎn)品出廠試驗(yàn)時，采用壓縮空氣流量計可以取得與ASME噴嘴節(jié)流法相近的測量結(jié)果。如有必要時，可以對流量測量的不確定度進(jìn)行分析，參見《壓縮機(jī)性能數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析》。
4、渦流流量計的精度校準(zhǔn)
為了嚴(yán)格確定所用壓縮空氣流量計的測量精度。將所用壓縮空氣流量計送到專業(yè)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)按照國家校準(zhǔn)規(guī)程進(jìn)行了校準(zhǔn)，采用的計量標(biāo)準(zhǔn)器具為音速噴嘴流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見表1。
流量計示值誤差：0.36%，重復(fù)性誤差：0.16%，由此可以看出，在實(shí)驗(yàn)室條件下，壓縮空氣流量計具有非常理想的測量精度。
由于測量技術(shù)的發(fā)展，有越來越多的排氣量測量儀器供壓縮機(jī)制造廠選擇，壓縮空氣流量計是較理想的選擇之一。壓縮空氣流量計具有價格低廉、安裝方便、使用簡單、對壓力溫度參數(shù)自動進(jìn)行修訂的優(yōu)點(diǎn)。特別是壓縮空氣流量計可以對壓縮機(jī)的排氣量進(jìn)行累計測量的特點(diǎn)，對壓縮機(jī)使用過程的能效測量具有非常*的意義。隨著壓縮空氣流量計的應(yīng)用，將來有可能根據(jù)壓縮空氣流量計記錄的累計流量及電度表記錄的累計用電量來評價壓縮機(jī)的效率。必將進(jìn)一步推動有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂。
