CN110307145B - 一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***及测试方法，测试***包括驱动电机、旋转编码器、扭矩测试仪、油气分离装置、润滑油箱、流量计及示功器；测试方法包括搭建测试***、获得压缩机的输入功率、获得压缩机的有效输出功率、获得油压功率损耗、获取摩擦功率。本发明可从实际工作环境中进行摩擦功率测量，解决目前旋叶式压缩机摩擦功难以表征的问题，有利于指导产品设计、生产与测试。
Description
技术领域
本发明涉及旋叶式压缩机性能测试领域，尤其涉及一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***及测试方法。
背景技术
旋叶式压缩机的主要组成部分包括转子、叶片、压缩机缸体及排气阀片等，压缩机缸体设有进气口、排气口及喷油孔，压缩机缸体的转轴上固定有转子，转子上设有若干叶片，相邻的两叶片、转子的外周面和压缩机缸体围合成压缩腔体；在压缩机实际工作过程中，由于叶片与转子、叶片与气缸之间摩擦副的存在，导致部分输入功转化为耗散掉的摩擦功，这对压缩机的工作性能与振动噪声水平是极其不利的。
由于压缩机材料的固有特性、零件加工水平、润滑状况等方面的限制，因此不可能完全消除掉摩擦作用，只能在现有基础上进行优化设计。目前更多地是从理论方面进行摩擦功的研究，但是由于理论模型的局限性，导致计算结果与实际情况存在较大偏差。而由于旋叶式压缩机内部工作环境恶劣、运行工况复杂、结构紧凑、内部空间狭小等因素限制，导致不能直接对摩擦功率进行测试。
现有技术中尚无对旋叶式压缩机摩擦功进行测试的方法与试验***。因此，急需一种从实际工作环境中进行摩擦功计算或测量的***及方法，无论从对生产指导或是性能评估方面，该测试方法与试验***对旋叶式压缩机摩擦功进行试验测量都具有极大实用性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***及测试方法，可从实际工作环境中进行摩擦功率测量，解决目前旋叶式压缩机摩擦功难以表征的问题，有利于指导产品设计、生产与测试。
本发明提供了一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***，包括驱动电机、旋转编码器、扭矩测试仪、油气分离装置、润滑油箱、流量计及示功器；
所述驱动电机的输出轴与压缩机的转轴传动连接，用于驱动压缩机的转轴旋转；
所述旋转编码器与驱动电机的输出轴同轴连接，用于测定驱动电机的输出转速；
所述扭矩测试仪与驱动电机的输出轴同轴连接，用于测定驱动电机的输出扭矩；
所述油气分离装置的进口端与压缩机的排气口相连，用于将高压气体及润滑油的混合物进行分离；所述排气口设有用于测量油压的压力传感器Ⅰ；
所述润滑油箱的进口端与油气分离装置的出液端相连，用于储存由油气分离装置分离出的润滑油；
所述流量计的进口端与润滑油箱的出液端相连、出口端与压缩机的喷油孔相连，用于测量润滑油的流量；所述喷油孔设有用于测量油压的压力传感器Ⅱ；
所述示功器与设于压缩机压缩腔体中的压力传感器Ⅲ电连接，用于测量压缩机的有效输出功率；所述压力传感器Ⅲ用于对压缩腔体在转动周期内的吸排气过程进行压力检测，并将压力数据传至示功器。
进一步，所述压力传感器Ⅲ安装在转子中并位于相邻的两叶片之间。
进一步，该***还包括排气喷嘴；所述排气喷嘴与油气分离装置的出气端相连，用于喷出由油气分离装置分离出的高压气体。
本发明还提供了一种旋叶式压缩机摩擦功率测试方法，包括以下步骤：
步骤S1：搭建测试***；所述测试***包括驱动电机、旋转编码器、扭矩测试仪、油气分离装置、润滑油箱、流量计及示功器；其中，所述驱动电机的输出轴与压缩机的转轴传动连接，所述旋转编码器与驱动电机的输出轴同轴连接，所述扭矩测试仪与驱动电机的输出轴同轴连接，所述油气分离装置的进口端与压缩机的排气口相连，所述排气口设有用于测量油压的压力传感器Ⅰ，所述润滑油箱的进口端与油气分离装置的出液端相连，所述流量计的进口端与润滑油箱的出液端相连、出口端与压缩机的喷油孔相连，所述喷油孔设有用于测量油压的压力传感器Ⅱ，所述示功器与设于压缩机压缩腔体中的压力传感器Ⅲ电连接；
步骤S2：获取压缩机的输入功率；控制驱动电机转速恒定，通过旋转编码器测出电机输出转速n，通过扭矩测试仪测出电机输出轴扭矩值T，按照下述公式即可计算获取压缩机的输入功率P输入：
步骤S3：获取压缩机的有效输出功率；压缩机处于恒定工作状态下，在每一个转动周期内完成两次吸排气过程，取其中一个过程为研究对象，通过压力传感器Ⅲ对吸气、压缩、排气整个过程进行压力检测；示功器上表示压力变化情况，同时绘制出示功图，示功器上表示的指示功率P指示即为压缩机的有效输出功率P输出；
步骤S4：获取油压功率损耗；通过油气分离装置对高压气体及润滑油的混合物进行分离，通过齿轮流量计获取润滑油的流量Q，通过压力传感器Ⅰ获取排气口处的油压p排气口处，通过压力传感器Ⅱ获取喷油孔处的油压p喷油孔处，按照下述公式即可计算获取油压功率损耗P油压：
其中，η为机械效率，其值为指示功率P指示与输入功率P输入的比值；
步骤S5：获取摩擦功率；按照下述公式即可计算获取摩擦功率P摩擦：P摩擦＝P输入-P指示-P油压。
进一步，所述压力传感器Ⅲ安装在转子中并位于相邻的两叶片之间。
进一步，所述测试***还包括排气喷嘴；所述排气喷嘴与油气分离装置的出气端相连，用于喷出由油气分离装置分离出的高压气体。
通过上述公开内容，本发明具有以下有益技术效果：
本发明提供的一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***及测试方法，该测试***可直接测量出多个物理量，从而可从实际工作环境中进行摩擦功率测量，避免了理论计算的偏差，解决了目前旋叶式压缩机摩擦功难以表征的问题，可对压缩机整体性能进行评估，有利于指导产品设计、生产与测试。
附图说明
图1为本发明的旋叶式压缩机摩擦功率测试***的结构示意图；
图2为本发明的旋叶式压缩机的结构示意图；
图3为本发明的润滑油油路循环示意图；
图4为本发明的旋叶式压缩机摩擦功率测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1至图3所示：本实施例提供了一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***，包括驱动电机1、旋转编码器2、扭矩测试仪3、油气分离装置4、润滑油箱5、流量计6及示功器7。测试对象为旋叶式压缩机，其设有转子8、叶片9、压缩机缸体10及排气阀片11，压缩机缸体10设有进气口12、排气口13及喷油孔14，压缩机缸体10的转轴上固定有转子8，转子8上设有若干叶片9，相邻的两叶片9、转子8的外周面和压缩机缸体10围合成压缩腔体。
所述驱动电机1的输出轴与压缩机的转轴传动连接，用于驱动压缩机的转轴旋转；驱动电机1的输出轴驱动压缩机的转轴旋转，压缩机的转轴带动转子8同步旋转，因而驱动电机1的输出转速及输出轴扭矩值即为转子8的输入转速与输入扭矩；驱动电机1的输出轴与压缩机的转轴之前可通过联轴器或者其他传动机构相连接。此时，所述旋转编码器2与驱动电机1的输出轴同轴连接，用于测定驱动电机1的输出转速；所述扭矩测试仪3与驱动电机1的输出轴同轴连接，用于测定驱动电机1的输出扭矩。
所述油气分离装置4的进口端与压缩机的排气口13相连，用于将高压气体及润滑油的混合物进行分离；所述排气口13设有用于测量油压的压力传感器Ⅰ15；所述润滑油箱5的进口端与油气分离装置4的出液端相连，用于储存由油气分离装置4分离出的润滑油；所述流量计6的进口端与润滑油箱5的出液端相连、出口端与压缩机的喷油孔14相连，用于测量润滑油的流量；所述喷油孔14设有用于测量油压的压力传感器Ⅱ16。油气分离装置4、润滑油箱5、流量计6与喷油孔14、排气口13之间均通过相关管路连接，共同组成润滑油循环模拟***。流量计6优选使用齿轮型流量计6结构。压力传感器Ⅰ15、压力传感器Ⅱ16均可使用温压一体化传感器结构，在测量压力的同时还可以测量温度，以监测工作过程中的温度变化。此外，该***还包括排气喷嘴18，所述排气喷嘴18与油气分离装置4的出气端相连，用于喷出由油气分离装置4分离出的高压气体，排气喷嘴18中同样可设置相关的压力传感器。
所述示功器7与设于压缩机压缩腔体中的压力传感器Ⅲ17电连接，用于测量压缩机的有效输出功率；所述压力传感器Ⅲ17用于对压缩腔体在转动周期内的吸排气过程进行压力检测，并将压力数据传至示功器7。优选地，所述压力传感器Ⅲ17安装在转子8中并位于相邻的两叶片9之间。压力传感器Ⅲ17例如可通过专利CN 108757465 A(一种旋叶式汽车空调压缩机的压缩腔体动态压力测量装置)所公开的方式安装在转子8中并实现数据采集。由于每个压缩腔体的变化情况是一致的，仅存在相位差，因此压力传感器Ⅲ17可仅设在其中一压缩腔体，此时数量为一个。当然，为了观测每个压缩腔体的变化情况，也可以在各压缩腔体中均设置压力传感器Ⅲ17，此时压力传感器Ⅲ17的数量与叶片9数量一致，其均匀安装在转子8上，每一压力传感器Ⅲ17定位在两相邻的叶片9之间，此时如果监测数据存在偏差，则可以取平均值以提高精确度；压力传感器Ⅲ17的数量也可以根据需要而设，图1所示即设置了三个压力传感器Ⅲ17。
实施例二
如图4所示，本实施例提供了一种旋叶式压缩机摩擦功率测试方法，包括以下步骤：
步骤S1：搭建测试***。
所述测试***即实施例一所示的测试***，二者在结构上是一致的，在此不再赘述；本测试方法是基于前述测试***而实现的，因此搭建测试***作为首要步骤，在搭建完成后即可进行连续测试。
步骤S2：获取压缩机的输入功率。
首先控制驱动电机1转速恒定，由于旋转编码器2和扭矩测试仪3同轴连接，通过旋转编码器2测出电机输出转速n，通过扭矩测试仪3测出电机输出轴扭矩值T，按照下述公式即可计算获取压缩机的输入功率P输入：
步骤S3：获取压缩机的有效输出功率。
此时压缩机处于恒定工作状态下，在每一个转动周期内完成两次吸排气过程，取其中一个过程为研究对象，通过压力传感器Ⅲ17对吸气、压缩、排气整个过程进行压力检测；示功器7上表示压力变化情况，同时绘制出示功图，示功器7上表示的指示功率P指示即为压缩机的有效输出功率P输出。
示功器7的原理可表示为：
其中V为压缩腔体的容积。
步骤S4：获取油压功率损耗。
润滑油循环模拟***用来模拟润滑油在压缩机参与工作周期的具体过程，在压缩机的实际工作过程中，润滑油会和空气共同参与压缩过程，由于液体的可压缩性极小，导致部分功率转化为油压功率损耗；润滑油经喷油孔14进入压缩腔体内部，混合空气被压缩和排出，油气分离装置4可对高压气体和润滑油进行分离，压缩空气经排气喷嘴排出。
通过油气分离装置4对高压气体及润滑油的混合物进行分离，通过齿轮流量计6获取润滑油的流量Q，通过压力传感器Ⅰ15获取排气口13处的油压p排气口处，通过压力传感器Ⅱ16获取喷油孔14处的油压p喷油孔处，按照下述公式即可计算获取油压功率损耗P油压：
其中，η为机械效率，其值为指示功率P指示与输入功率P输入的比值；
步骤S5：获取摩擦功率。
最后，在获得由输入功率、指示功率及油压损失功率的情况下，按照下述公式即可计算获取摩擦功率P摩擦：P摩擦＝P输入-P指示-P油压。
综合以上试验及理论部分可得到旋叶式压缩机摩擦功率的变化情况，完成测试过程。
最后说明的是，本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***，其特征在于：包括驱动电机、旋转编码器、扭矩测试仪、油气分离装置、润滑油箱、流量计及示功器；
所述驱动电机的输出轴与压缩机的转轴传动连接，用于驱动压缩机的转轴旋转；
所述旋转编码器与驱动电机的输出轴同轴连接，用于测定驱动电机的输出转速；
所述扭矩测试仪与驱动电机的输出轴同轴连接，用于测定驱动电机的输出扭矩；
所述油气分离装置的进口端与压缩机的排气口相连，用于将高压气体及润滑油的混合物进行分离；所述排气口设有用于测量油压的压力传感器Ⅰ；
所述润滑油箱的进口端与油气分离装置的出液端相连，用于储存由油气分离装置分离出的润滑油；
所述流量计的进口端与润滑油箱的出液端相连、出口端与压缩机的喷油孔相连，用于测量润滑油的流量；所述喷油孔设有用于测量油压的压力传感器Ⅱ；
所述示功器与设于压缩机压缩腔体中的压力传感器Ⅲ电连接，用于测量压缩机的有效输出功率；所述压力传感器Ⅲ用于对压缩腔体在转动周期内的吸排气过程进行压力检测，并将压力数据传至示功器。
2.根据权利要求1所述的一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***，其特征在于：所述压力传感器Ⅲ安装在转子中并位于相邻的两叶片之间。
3.根据权利要求1所述的一种旋叶式压缩机摩擦功率测试***，其特征在于：该***还包括排气喷嘴；所述排气喷嘴与油气分离装置的出气端相连，用于喷出由油气分离装置分离出的高压气体。
4.一种旋叶式压缩机摩擦功率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：搭建测试***；所述测试***包括驱动电机、旋转编码器、扭矩测试仪、油气分离装置、润滑油箱、流量计及示功器；其中，所述驱动电机的输出轴与压缩机的转轴传动连接，所述旋转编码器与驱动电机的输出轴同轴连接，所述扭矩测试仪与驱动电机的输出轴同轴连接，所述油气分离装置的进口端与压缩机的排气口相连，所述排气口设有用于测量油压的压力传感器Ⅰ，所述润滑油箱的进口端与油气分离装置的出液端相连，所述流量计的进口端与润滑油箱的出液端相连、出口端与压缩机的喷油孔相连，所述喷油孔设有用于测量油压的压力传感器Ⅱ，所述示功器与设于压缩机压缩腔体中的压力传感器Ⅲ电连接；
步骤S2：获取压缩机的输入功率；控制驱动电机转速恒定，通过旋转编码器测出电机输出转速n，通过扭矩测试仪测出电机输出轴扭矩值T，按照下述公式即可计算获取压缩机的输入功率P输入：
步骤S3：获取压缩机的有效输出功率；压缩机处于恒定工作状态下，在每一个转动周期内完成两次吸排气过程，取其中一个过程为研究对象，通过压力传感器Ⅲ对吸气、压缩、排气整个过程进行压力检测；示功器上表示压力变化情况，同时绘制出示功图，示功器上表示的指示功率P指示即为压缩机的有效输出功率P输出；
步骤S4：获取油压功率损耗；通过油气分离装置对高压气体及润滑油的混合物进行分离，通过齿轮流量计获取润滑油的流量Q，通过压力传感器Ⅰ获取排气口处的油压p排气口处，通过压力传感器Ⅱ获取喷油孔处的油压p喷油孔处，按照下述公式即可计算获取油压功率损耗P油压：
其中，η为机械效率，其值为指示功率P指示与输入功率P输入的比值；
步骤S5：获取摩擦功率；按照下述公式即可计算获取摩擦功率P摩擦：P摩擦＝P输入-P指示-P油压。
5.根据权利要求4所述的一种旋叶式压缩机摩擦功率测试方法，其特征在于：所述压力传感器Ⅲ安装在转子中并位于相邻的两叶片之间。
6.根据权利要求4所述的一种旋叶式压缩机摩擦功率测试方法，其特征在于：所述测试***还包括排气喷嘴；所述排气喷嘴与油气分离装置的出气端相连，用于喷出由油气分离装置分离出的高压气体。
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