壓縮機流量測量方法探討

楊弋，喻志強，紀蓉

（合肥通用機械研究院，安徽合肥230031）

壓縮機流量測量方法探討

楊弋，喻志強，紀蓉

（合肥通用機械研究院，安徽合肥230031）

介紹了目前國內外常用的容積壓縮機流量的測量方法并分析了其優缺點，提出一種ASME噴嘴測試方法流量范圍外的測試新方法，結果證明該方法很好地解決了ASME噴嘴流量超量程問題。

壓縮機；流量測量方法；超量程

1 引言

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，同時也是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及化工、石油、電力、冶金、機械、紡織、輕工、電子、汽車制造、食品、醫藥、生化、國防、科研等行業和部門。壓縮機作為壓縮氣體的機械設備，容積流量是壓縮機的主要性能參數之一，其不僅決定壓縮機的合格與否，也決定了壓縮機的能源比耗及能效等級[1-2]。

2 常用的壓縮機流量測量方法

2.1 ISA1932噴嘴

這種噴嘴加整流器的測量裝置由一個噴嘴和一個整流器及若干圓的同徑直管段組成。通過緩器和引管消除測量時的壓力波動，其測量精度較高、壓損較少、壽命較長，測量后的氣體可以繼續利用，節約資源。

2.2 ASME噴嘴

該噴嘴因結構簡單，安裝方便，在中國壓縮機行業應用的最為廣泛，是美國機械工程學會推薦使用的節流原件[3]。該噴嘴后的壓縮空氣直接放空排向大氣，既不節能也不利于貴重氣體及易燃易爆氣體的測量。但由于噴嘴下游壓力為大氣壓力，工況調節較容易，易于穩定，具備精度高、重復性高、流出系數穩定等特點。

2.3 文丘里噴嘴

文丘里噴嘴是由一個帶圓形斷面的錐形鉆口，一個圓柱形喉管和一個錐形出口構成，測量裝置由噴嘴和整流器以及若干直管段組成，用于測量臨界流狀態下空壓機流量。噴嘴上下游的壓力比需使得氣流在噴嘴喉部達到音速，永久壓力損失小，可用于大流量氣體的測量，在很寬的流量范圍內，它具有更高的精確度，但由于測量后氣體同樣排向大氣，同樣不節能，被測氣體種類也受到限制，此外測量裝置體積大、較笨重、安裝麻煩、價格高。

2.4 流量計

標準噴嘴流量計通過測量壓差來衡量流體流量的大小。用流量計直接測量壓縮機的容積流量，測量結果可直接顯示，較直觀。壓縮機出口設置一只緩沖罐用于濾除脈動，而將流量計安裝在緩沖罐后面，以消除和減弱流動脈動對流量計示值的影響。

渦街流量計依據流體振動頻率與流速有對應關系的原理工作對氣體流量測量。因為其壓損小、量程廣、價格低、示值直觀清晰、能夠對流體壓力和溫度參數自動修正等多種優點，所以得到的應用越來越廣泛[4]。

2.5 其它方法

在特定的現場環境下，如節流裝置和流量計沒有標定或測量貴重、有毒氣體，可選擇采用充罐法、稱瓶法、氣柜法等測量。這些方法對溫度、壓力、時間參數比較敏感，故測量誤差比節流裝置的測量方式大。

上述方法中2.1～2.3屬于節流法[5-6]，通過在流體管道中安置節流原件（如孔板、噴嘴），根據能量守恒定律和流動連續性定律，流體經過管道內的節流裝置，流束將在節流元件處形成局部收縮，從而使流速增加，于是在節流件前后產生壓力降，即壓差。流量與壓差成正比，介質流動的流量越大，產生的壓差就越大。采用節流元件法對容積流量的測量精度相對高，但其主要缺點是：

（1）節流元件因加工工藝限制，導致流量的量程范圍受限；

（2）節流元件幾何尺寸復雜、檢驗難度大，檢驗數據需要人工計算，對人員要求素質高，測量結果不直觀[7]。

表1 ASME噴嘴流量測量范圍

3 一種新型測量法

3.1 并聯測量法介紹

在中國空壓機行業廠中，ASME噴嘴節流法應用最為廣泛。噴嘴的加工工藝限制了噴嘴尺寸，從而限制了流量范圍，其可測得的流量范圍如表1。

由表1可以看出，ASME噴嘴測量的空氣流量范圍最小0.028 m3/min，最大127.723 m3/min。本文在基于該種方法的基礎上，提出一種超量程范圍壓縮機流量測試的新方法。

當壓縮機的容積流量低于0.028 m3/min時，節流裝置選取3.18 mm的噴嘴，若直接測量必然造成測試數據不準確。若在接入節流裝置前的管道上開設一個旁通閥，選擇一個流量在3.18 mm噴嘴范圍之內的空壓機，與目標空壓機并聯，共同接入節流裝置，此時測得的容積流量為2臺空壓機之和C，再關掉目標空壓機，測出并聯的空壓機容積流量B，那么所要求的空壓機流量A=C-B。

同理，當壓縮機的容積流量超出127.723 m3/min時，我們可以采用將2個節流裝置并聯，在壓縮機排氣口旁通閥上另外接入一個節流裝置，通過分別計算2個節流裝置測得的流量A和B。疊加值C= A+B，即為目標流量值。

ASME噴嘴測量的空氣流量的精度較高，該方法很好地解決了超量程范圍的空壓機流量的測試，以此類推。

3.2 測試數據結果

某公司一臺銘牌型號為ZWB-0.020/7，公稱容積流量0.020 m3/min的直聯便攜式往復活塞空壓機，在國家壓縮機制冷設備質量監督檢驗中心采用ASME噴嘴節流的方法對其經行排氣量檢測。噴嘴采用3.18 mm，并采用一臺已測容積流量為0.030 m3/min的直聯便攜空壓機與其并聯。測試結果與渦街流量計的示值進行比較，結果如表2。

表2 測量數值結果（單位：m3/min）

由此，通過簡單的并聯法，目標壓縮機的容積流量可以測出，其數值與高精度的渦街流量計所測結果相差無幾，該方法合理利用了現有的ASME噴嘴節流裝置，保證了流量測量的精確度。

4 結語

并聯測量法的提出，為企業空壓機流量的測量提供了一種新的思路。當企業評定的節流裝置和標定的噴嘴數量有限時，可采用一臺或多臺壓縮機的并聯，或節流裝置的并聯。這樣極大的降低了企業成本，特別是對運用ASME噴嘴測量流量超量程的空壓機，提供了新方法。

測試技術的發展日新月異，壓縮機流量的測量方法推陳出新[8]。在滿足精度、可靠性、可重復性的基礎上，運用不同的測量手段、數據的記錄方式和分析方法，能夠啟發技術人員對壓縮機能效等方面建立新的評價指標，從而推動相關標準的修訂[9-10]。

[1]Guilherme Marcelo Zanghelini.Waste Management Life Cycle Assessment：The Case of a Reciprocating Air Compressor in Brazil[J].Journal of Cleaner Production，2014（70）.

[2]Li Hua，Qi Xindan.Design of Compressor Displacement Testing System for Air-conditioner of Air-conditioned Passenger Train[J].IEEE Computer Society，2009（47）.

[3]ASME PTC9，Performance Test Code-Displacement Compressors，Vacuum Pumos and Blowers[S].

[4]江文斌，秦會斌，邵李煥，鄭梁.基于經典譜估計改進方法的渦街流量計[J].儀器儀表學報，2012，（1）.

[5]GB/T15487，容積式壓縮機流量測試方法[S].

[6]GB/T 3853，一般用容積式空氣壓縮機性能試驗方法[S].

[7]溫彩霞.空壓機排氣量測量結果的不確定度分析[J].壓縮機技術，2012，（3）.

[8]趙海，升裴云.超寬量程氣體流量測量方案的討論[J].工業計量，2009，（5）.

[9]鄭家強，李應，盧應發.空氣壓縮機能效評價方法[J].流體機械，2001，（10）.

[10]金海軍，王群金，等.基于虛擬儀器的壓縮機性能測試系統的研究與實現[J].測控技術，2011，（9）.

Study on Compressor Flow Measurement Methods

YANG Yi,YU Zhi-qiang,JI Rong
（Hefei General Machinery Research Institute,Hefei 230031,China）

The current flow measurement methods for displacement compressor in domestic and foreign countries have been described in this paper,and their advantages and disadvantages are analyzed.A new method for testing the flow which is beyond the scope of ASME nozzle is proposed.The results show that it would be a good solution to the over-range of ASME nozzle.

compressor;flow measurement method;over-range

TH45

B

1006-2971（2015）03-0026-03

楊弋（1988-），女，安徽銅陵人，碩士，助理工程師，畢業于合肥工業大學材料加工專業，現在合肥通用機械研究院國家壓縮機制冷設備質量監督檢驗中心從事空氣壓縮機的研究與測試工作。E-mail：408602777@qq.com

2015-01-28