容积式空压机瞬态工况性能检测装置的研究

姜文雍 黄增阳 毛方 许中琛

摘 要：设计一套容积式空压机瞬态工况性能检测装置，完成其试验装置与数据采集装置的研制，并对一台W-16/5型容积式空压机进行性能参数检测，得到该设备容积流量、排气温度、输入功率、排气压力、润滑油温度等参数的检测结果，证明该装置的可靠性。

关键词：容积式空压机;性能参数;检测装置;容积流量

中图分类号：TH45        文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.07.002

基金项目：浙江省教育厅一般项目（Y201941532），衢州市科技计划项目（2018k27）

作者简介：姜文雍（1982-），男，浙江衢州人，讲师，主要从事机械制造与自动化方面的科研和教学工作。

0 引言

容积式空压机是一种靠压缩空气体积提供气体压力能的装置，被广泛应用于化工、造船、石化、石油天然气、钢铁、食品医药、电力和冶金等诸多领域，在工业生产中扮演重要角色，与国民经济的发展密不可分[1]。由于受到各零部件使用寿命的限制，加上外界不确定因素的干扰（意外损伤、人为破坏、气候环境变化等），容积式空压机以及各零部件的故障是不可避免的，而在实际生产使用过程中，故障发生时，若得不到及时的发现、定位和处理，将直接威胁到现场工作人员的人身安全并造成经济损失。但是目前对空压机的监控依然停留在现场手动控制、人工查表、定时记录的方式上，主要依靠工人定期检查收集数据，这样获得的数据周期长，并且没有故障报警功能[2]。当空压机出现异常状态时，若无法第一时间得到异常数据，会造成重大损失，甚至危害到人身安全。

鉴于此，项目组自行设计并开发了一套容积式空压机瞬态工况性能检测装置，实现容积式空压机作业过程中各项性能参数的瞬态检测。

1 装置总体设计及工作原理

图1为容积式空压机瞬态工况性能测试装置的结构原理图。检测装置主要由数据采集单元、数据传输与处理装置、测控软件装置三部分组成。数据采集单元主要包括排气温度、转速、排气压力、容积流量、润滑油温度、功率传感器，为了能够实现对空压机瞬态性能的检测，本装置中采用的都是采集频率为20 kHz的高精度传感器。

数据检测装置主要实现性能参数信号的采集与处理，是本设计的核心，其功能由主控制芯片、主控制器辅助电路（信号调理和转换电路）、各种不同功能的传感器共同实现。不同功能的传感器分别安装在空压机的相应位置上，由其采集的信号经过放大、濾波、模数转换后被单片机采集与处理，继而通过RS485将数据传输到上位机。

测控软件安装在上位机上，主要实现两个功能，一是提供人机交互界面，实现操作人员对空压机工作全过程的监控;二是负责容积式空压机性能参数数据的深度处理，以较为直观的图形或表格等形式显示实验结果。其总体结构原理框图见图1所示。

2 测试装置

图2所示为本测试装置主要结构，由吸排气温度传感器、吸排气压力传感器、电流互感器、转速传感器、数字流量计、信号采集仪、上位机等组成，能够实现空压机运行过程中的排气压力、排气温度、润滑油温度、容积流量、功率等性能参数的瞬态检测和远程监控。

本测试装置创新之处在于使用数字式流量计对空压机瞬态流量进行检测，通过测量空压机终端排气口处的流量，进而计算出空压机标准吸气位置的容积流量，计算公式如下

式中 Q1—空压机容积流量（m3·min-1）;

Q0—通过数字流量计流量（m3·min-1）;

P2—排气压力（MPa）;

P1—进气压力（MPa）;

T1—进气温度（℃）;

T2—排气温度（℃）;

R1—空压机标准吸气位置处的气体常数;

R2—空压机终端排气位置处的气体常数。

系统设计的核心是数据采集处理装置，实现对检测数据的采集与处理，直接影响最终的测试结果，其主要由传感器、调理电路、A/D转换单元、单片机、PC及打印机组成。其数据传递过程见图3。传感器负责采集信号，其输出的信号经过调理电路优化后，传递给ADCC进行A/D转换。经A/D转换后的数字信号经DMA传输通道被送至内存，当完成规定数据采集后，MCU将对数据进行滤波，对满足预设条件的数据进行分析并保存，同时通过串口通信传递给上位机测控软件。

4 测控软件设计

上位机负责提供人机交互界面，实现操作人员对实验过程的控制及瞬态检测结果的读取。上位机以windows 10装置为操作平台，应用VB采用结构化模块化设计方式编写测控软件作为控制与显示终端，该软件可实现与下位机的通信，检测数据的处理、存储与显示，并对实验流程进行总体控制。

5 装置试验

装置开发完成后，以一台W-1.6/5型容积式空压机为测试对象，应用本装置进行试验研究，试验按照GB/T3853-2017和JB/T13928-2015相关要求进行，通过空压机运转试验，完成了对该样机排气压力、排气温度、润滑油温度、容积流量、功率等几个重要性能参数的瞬态检测。下表为实验结果数据。

6 结论

本文设计了一套容积式空压机性能参数检测装置，完成了数据采集装置的设计开发，并完成了该装置的搭建。应用本装置对一台W-1.6/5型空压机进行性能参数检测，得到有效的检测结果，初步证明了该装置的可靠性。

参考文献：

[1] 文丽，戴巨川，袁贤松.空压机监控系统现状与发展趋势[J]. 压缩机技术， 2013（5）： 48-51.

[2] 李静.矿用往复式空压机远程监测预警及性能测得系统的研发[D]. 北京：北京工业大学，2009.

[3]  GB/T3853-2017，容积式压缩机验收试验[S].

[4]  GB/T15487-2015，容积式压缩机流量测量方法[S].