空壓機容積流量的測量與修正

（中鐵檢驗認證中心有限公司，北京 100081）

1 引言

我國鐵路機車車輛和城市軌道交通主要的制動手段是空氣制動系統，即用壓縮機空氣作為動力，通過基礎制動裝置的制動缸在壓縮空氣的作用下移動，推動制動用的閘瓦壓向車輪踏面或制動盤的摩擦面，降低車輛運動速度，并最終停車。壓縮機為車輛提供動力，滿足制動系統和風動控制系統所需的空氣管路系統[1]?？諌簷C容積流量是壓縮機設計水平、制造與安裝質量的一個綜合性指標，決定著壓縮機是否合格以及壓縮機的能耗比和能效等級[2]。

國內方面，相關的專家和學者都對容量流量的測量和檢測方法進行了研究。金海軍等[3]提出了車用空壓機在線快速檢測的動態修正方法，依據ASME噴嘴法的高檢測精度，通過采用卡爾曼濾波、事例推理方法對充罐法進行修正，以提高其檢測精度，最終實現容積流量充罐法的高精度和快速檢測。楊衛玲[4]通過ASME噴嘴法對一型號壓縮機的容積流量與不確定度進行了計算。石春珉[5]通過ASME 噴嘴法，對計入冷凝水的空壓機容積流量進行了計算和修正。謝長雄等[2]依據ASME噴嘴法，對3種工況容積流量和不確定度進行了研究和分析。

從上述文獻中可以看出，ASME噴嘴法是目前公認容積流量測量精度最高的檢測方法，同時研究人員在對容積流量測量和數據處理時，考慮的因素太少，得出的數值難以體現標準工況[6]下的空氣壓縮機容積流量。本文通過ASME噴嘴法，對容積流量數據進行分析處理，得到相對準確的容積流量數值。影響因素主要有3個方面[7]：轉速、冷凝水、試驗工況。

2 規定工況

TB/T 2710.1-2015和TB/T 2710.2-2015規定了空壓機標準工況：1：吸氣壓力：100 kPa（絕對壓力）；2：吸氣溫度：20 ℃；3：吸氣相對濕度：0。

3 轉速修正

GB/T 3853-2017 容積式壓縮機驗收試驗中6.5.1提到轉速修正系數K1

式中 NC——測量時的轉速，r/min

NR——規定工況下的轉速，r/min

4 冷凝水修正

TB/T 2711-2015機車、動車組用空壓機組試驗方法中5.3提到。

4.1 未計及冷凝水的空壓機容積流量

式中 Q0——未計及冷凝水的空壓機容積流量，m3/min

C——噴嘴系數

d——噴嘴直徑，m

Txl——空壓機Ⅰ級吸氣溫度，K

pxl——空壓機Ⅰ級吸氣壓力，kPa

Δp——噴嘴壓差，kPa

T1——噴嘴上游氣體溫度，K

pb——試驗處大氣壓力，kPa

4.2 計及冷凝水的空壓機容積流量

式中 Q1——計及冷凝水的空壓機容積流量，m3/min

pvs1——Ⅰ級吸氣溫度下的飽和水蒸氣壓力，kPa

ρvs1——Ⅰ級吸氣溫度下的飽和水蒸氣密度，kg/m3

qmcd——空壓機吸氣口與噴嘴間收集到的單位時間內的冷凝水質量，kg/min

4.3 最大冷凝水量

空壓機單位時間內最大冷凝水量

其中 λs——空壓機凝水系數，大于1時，應取值1?？諌簷C后沒有冷卻器，則

式中 px——吸氣壓力，右下角標數字表示級別，kPa

pvs1——Ⅰ級吸氣溫度下的飽和水蒸氣壓力，kPa

pvs2——Ⅱ級吸氣溫度下的飽和水蒸氣壓力，kPa

φx1——空壓機吸入空氣相對蒸氣壓

Q0——未計及冷凝水的空壓機容積流量，m3/min

ρvs1——Ⅰ級吸氣溫度下的飽和水蒸氣密度，kg/m3

（qmcd）max——按吸氣濕度計算得到的空壓機單位時間的最大冷凝水量，kg/min

4.4 計冷凝水容積流量與未計及冷凝水容積流量關系

將公式（4）代入公式（3）即得

5 標準工況的修正

根據理想氣體方程公式

轉化理想氣體方程可得

對于標準工況修正公式

標準工況修正公式

式中 Q2——標準溫度壓力的容積流量，m3/min

T2——標準工況溫度，K

p2——標準工況壓力，kPa

6 容積流量的修正公式

通過上述分析可知最終的容積流量修正公式為

式中 Q——標準工況容積流量，m3/min

7 結語

本文采用ASME噴嘴法測得空壓機容積流量，因所測得的容積流量的條件不能滿足標準工況，需要對所測得的數據進行修正。影響容積流量的測量的因素主要有三方面：轉速、冷凝水、試驗工況。通過對三方面的研究，得出了標準工況下的容積流量計算公式，對空壓機生產企業和檢測部門在容積流量測量和修正等方面，具有現實的指導作用。