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已知压缩机的输出气流流量和压力,如何计算空气压缩机的效率

我已经知道了谢 2017-12-15 23:13:49 652  浏览
  • 现在用电动机带动涡旋压缩机向气罐中打气,已知电机的输出功率,涡旋压缩机的输出侧有压力传感器和流量计,可实时监控输出气流的压力和流量,用这几个量能否计算出该压缩机的效率,计算公式是啥,如果公式中有未知系数该如何获得?谢谢!

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  • zyc狐狸吃小兔 2017-12-16 14:09:59
    压缩机消耗的功率; 一部分是直接用于压缩气体的,为指示功率,另一部分用于克服机械摩擦,为摩擦功率。两 者之和称轴功率。 对于全封闭式涡旋压缩机,因其轴功率难于测量,常常在计算压缩机的能效比或COP值时,用的是电机输入功 率,而把电机损失作为常数处理,而且把压缩机指示功率分为压缩内功和各种内部损失两部分。内部损失则包括气 体泄漏损失、加热损失、吸排气压力损失、流体阻力损失等。压缩机效率通常以能效比或COP值来衡量。 若实际吸气容积为VS(m3/min),折算到吸气状态的实际排气量为: V=n(Vs-vsmo)(1) 式中:n--转速rev/min;vs--吸气比容(单位质量物质所占容积,m3/kg);mo--每分钟泄漏量kg/min。 假设ηv(容积效率)为0.9∽0.98。 估算: V=ηv·vs·n(2) ∴ 实际制冷量Q=( V·qv·n)/(6.02×107) =(ηv·vs·n2·qv)/ (6.02×107)(3) qo-单位制冷量 当制冷或空调工质、工况确定后,Q只与ηv、vs及n有关。 COP=Q/N(w/w)(4) N--电机输入功率 COP值与能效比(EER)的数值关系 EER = 0.86 COP(5) 3 因素分析 从以上分析可知,影响涡旋压缩机性能的主要因素有: 3.1 电机输入功率 造成全封闭式涡旋压缩机电机输入功率偏大的原因,在压缩机实际工作过程中是非常复杂的,但主要有:电机 损耗过大,包括铜损、铁损,这与电机材料和加工工艺有关(本文不作详细分析);压缩机工作过程引起的功率消耗。 3.1.1 机械摩擦 当压缩机工作时,动、定盘之间,防自转滑环与配合键槽之间,曲轴与各被驱动面(轴承)之间接触并发生相对滑 动等,不可避免的产生摩擦损失。 ①动盘与定盘之间的摩擦损失 动、定盘间的摩擦损失,即是压缩机工作腔内的摩擦损失,若动定盘的涡旋线、齿顶、底面,或镜板面因加工 精度、平面度、位置度等没有达到要求,则会在这些地方产生异常摩擦;或者压缩机整机含尘量较高,又或者固体 尘埃(如焊渣、加工余屑等)颗粒直径过大?也会造成压缩机工作腔内异常摩擦,严重时甚至影响压缩机正常工作。 ②防自转滑环与各配合键槽之间的摩擦损失 防自转滑环主要用于防止动盘的自转运动,在压缩机工作过程中,防自转滑环在机架和动盘上分别沿垂直方向 上与键槽滑动配合,在滑动过程中产生滑动摩擦损失。若十字键或键槽的垂直度、平行度、光洁度、平面度超差 较大时,则会增大摩擦,加大功耗。另外,因为对立式涡旋压缩机防自转滑环是直接与机架上的支撑面接触的,在运 动过程中,也不可避免产生摩擦损失。 ③曲轴与各驱动面间的摩擦损失 电动机驱动力是通过曲轴转动,从而带动动盘旋转来完成吸气、压缩、排气的过程。由于曲轴ZX线与滑动 轴承的ZX线重合是非常困难的,而且由于加工误差和装配误差的影响,轴和轴承常常是偏心的,由此而产生的摩 擦损失也是必然的,另外止推轴承与主轴承内圈之间也存在摩擦损失。 ④润滑油的影响 以上各摩擦面、啮合面都必须有足够的润滑,才能保证压缩机安全、可靠、GX的工作。在制冷压缩机中,不 论是强制冷却或是自然风冷,润滑油总是在降温后由上油孔或上油管进入各摩擦面,吸收十字环、工作腔、轴承等 处的热,随高压气体经排气口排出,从而保证压缩机正常工作。但是如果润滑油量过多时,则会随排气进入系统且 滞留在冷凝器、蒸发器等存油弯,影响两器换热,严重时会影响压缩机正常工作。 以上列出涡旋压缩机各零部件制作过程中主要质量监控点,若失控,将直接影响压缩机正常工作,或明显影响 压缩机性能。 3.1.2 流体阻力 ①动盘运动引起的流动阻力损失 当动盘旋转时,因其背面受中间压力腔中流体(包括气体、油气混合物)阻碍,会产生流动阻力损失,阻力大小与 动盘背部结构、几何尺寸、旋转角度及流体密度有关。 ②平衡块的流动阻力损失 平衡块所在空间是具有一定压力的气体,油或油气混合物,当平衡块随曲轴一起旋转运动时,会产生阻力损失, 阻力大小与平衡块几何尺寸、流体扰动系数、粘度、密度等有关。 ③吸、排气阻力损失 气体流动时,由于气体内部的摩擦以及气体与管壁之间的摩擦,而导致流动阻力损失。 当气体通过吸气管道和吸气阀(逆止阀)时,产生阻力损失,使吸气压力降低,既减少了吸气密度,相应地使实际 排气量降低,降低了容积效率;同样地,排气孔口处的流动阻力,使得压缩机实际排气压力升高,而使功耗增加。 3.2 气体泄漏 3.2.1 气体泄漏种类 气体泄漏可分为内泄漏和外泄漏。 内泄漏是指压缩机各压缩腔之间,压缩腔与背压腔之间的气体泄漏,表现为高压气体向低压腔泄漏,再从低压 腔压力压缩到泄漏前压力,造成重复压缩消耗功率,所以内泄漏直接结果为增加功耗。 外泄漏是指压缩机在吸气过程中与外界(大于吸气压力的高压气体)进行气体交换。显然,高压气体进入到吸 气腔内膨胀,并占据空间,使得实际吸气量减少。即外泄漏不仅使功耗增加,而且还减少吸入气体量,使排气量减少 和制冷量降低。 3.2.2 泄漏通道 ①内泄漏 涡旋压缩机中,内泄漏的发生途径主要有工作腔之间的泄漏,工作腔与背压腔之间的泄漏,安全阀孔泄漏等。 ①工作腔之间的泄漏 径向泄漏:气体或油中溶解的工质通过轴向间隙产生的泄漏(图1)。 轴向泄漏:气体或油中溶解的工质通过径向间隙产生的泄漏(图2)。 ②工作腔与背压腔之间的泄漏 中间压力腔与背压腔之间的气体、或油中溶解的工质的交换(图3)。 背压腔与动盘端板面密封之间的气体或油气混合物的交换(图4)。 ③安全阀孔泄漏 主要是排气缓冲腔内的高压气体通过安全阀孔泄漏到低压工作腔(图5)。所以,目前有些压缩机在确保正确使 用的前提下,也采用取消安全阀的设计,以减少内泄漏,提高压缩机效率。外泄漏主要是指由于定盘吸气孔O型环 密封性差,导致高压气体进入吸气腔的泄漏. 3.3 吸气预热 吸入气体受压缩机机体或环境加热,使吸入气体密度减少,实际吸气量减小,从而实际排气量减小,制冷量降低, 功耗增加。有资料表明,吸气预热每增加3℃则能效比下降1%。 4 总结 综上所述可知,影响涡旋压缩机性能的因素是错综复杂的,它包括了设计、制造和使用等各个环节,除以上分 析的因素外,还有如吸油管搅油损失,气体流动摩擦损失,动定盘材料(热膨胀系数)影响,动定盘齿高选配等。在涡 旋压缩机生产过程中出现能效比偏低时,则应抓住主要矛盾,系统化分析原因,才能行之有效地解决问题。

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在各种微流体实验中,通常都需要了解对液体施加多大的力才能将其推出来或者是达到一定的流速。这里的“力”是指以牛顿为单位的力,而不是以压强为单位的力。不过,在具体的微流体实验系统中,要想实验一定的液体流速,必须对液体施加一定的力,这里的“力”,通常指压力,是以压强为单位的力。这两个不同的“力”之间是通过液体的横截面积联系在一起的。对于微流体注射泵而言,可以从规格参数上直接查到线性力,从而知道注射泵的Z终压力(详细计算过程,请参见 微流控注射泵的线性力介绍);对于微流体压力泵或压力控制器而言,可以从规格参数上查到输出压力量程。

本文主要介绍了微流体注射泵对液体施加的压力计算,从而方便更多的用户对微流体压力泵和微流体注射泵有一个直观的了解。

微流体注射器压力是指推动块在注射器柱塞上施加到注射器内部液体表面积上的力的大小。为了计算压力,根据以下简化公式将泵的线性力除以注射器内部的面积:



其中,pi为3.1416,d是注射器内部直径,F是泵线性力。

NOTE:如果使用多个注射器,则泵线性力需要除以泵上使用的注射器数。

在计算注射泵压力之前,我们需要知道注射泵线性力。

根据您使用的注射泵,每个推动块产生不同的力。

以下是Z大线性力的Fusion系列注射泵的列表

Fusion100 – 35 lbf
Fusion200 – 50 lbf
Fusion4000 – 65 lbf
Fusion6000 – 500 lbf

下面以Fusion系列微流体注射泵的压力计算作为示例。

微流体注射泵Fusion100



例如:
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直径
● 1个注射器



压强单位转换关系
1 bar=1 kPa=1000 mbar=10^5 Pa=14.5 psi=10197.162 毫米水柱


微流体双通道注射泵Fusion200



例如:
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直径
● 1个注射器



微流体注射泵Fusion200 - 可安装10个微流体注射器



例如:
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直径
● 10个注射器



微流体双通道注射泵Fusion4000
Fusion4000具有两个独立的注射器支架。每个注射器支架的马达提供65lb的力。



例如:
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直径
● 2个注射器



微流体双通道注射泵Fusion6000
Fusion4000具有两个独立的注射器支架。每个注射器支架的马达提供65lb的力。



例如:
● 100 mL注射器
● 1.37 inch直径



微流体注射泵Fusion6000 - 可以安装4个注射器



例如:
● 100 mL注射器
● 1.37 inch直径
● 4个注射器


通过上述本文的介绍,恭喜您现在可以计算出来实验室内正在使用的微流体注射泵对液体施加的压力了。


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