压缩机流量测量方法探讨

杨弋，喻志强，纪蓉

（合肥通用机械研究院，安徽合肥230031）

压缩机流量测量方法探讨

杨弋，喻志强，纪蓉

（合肥通用机械研究院，安徽合肥230031）

介绍了目前国内外常用的容积压缩机流量的测量方法并分析了其优缺点，提出一种ASME喷嘴测试方法流量范围外的测试新方法，结果证明该方法很好地解决了ASME喷嘴流量超量程问题。

压缩机；流量测量方法；超量程

1 引言

压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，同时也是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及化工、石油、电力、冶金、机械、纺织、轻工、电子、汽车制造、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。压缩机作为压缩气体的机械设备，容积流量是压缩机的主要性能参数之一，其不仅决定压缩机的合格与否，也决定了压缩机的能源比耗及能效等级[1-2]。

2 常用的压缩机流量测量方法

2.1 ISA1932喷嘴

这种喷嘴加整流器的测量装置由一个喷嘴和一个整流器及若干圆的同径直管段组成。通过缓器和引管消除测量时的压力波动，其测量精度较高、压损较少、寿命较长，测量后的气体可以继续利用，节约资源。

2.2 ASME喷嘴

该喷嘴因结构简单，安装方便，在中国压缩机行业应用的最为广泛，是美国机械工程学会推荐使用的节流原件[3]。该喷嘴后的压缩空气直接放空排向大气，既不节能也不利于贵重气体及易燃易爆气体的测量。但由于喷嘴下游压力为大气压力，工况调节较容易，易于稳定，具备精度高、重复性高、流出系数稳定等特点。

2.3 文丘里喷嘴

文丘里喷嘴是由一个带圆形断面的锥形钻口，一个圆柱形喉管和一个锥形出口构成，测量装置由喷嘴和整流器以及若干直管段组成，用于测量临界流状态下空压机流量。喷嘴上下游的压力比需使得气流在喷嘴喉部达到音速，永久压力损失小，可用于大流量气体的测量，在很宽的流量范围内，它具有更高的精确度，但由于测量后气体同样排向大气，同样不节能，被测气体种类也受到限制，此外测量装置体积大、较笨重、安装麻烦、价格高。

2.4 流量计

标准喷嘴流量计通过测量压差来衡量流体流量的大小。用流量计直接测量压缩机的容积流量，测量结果可直接显示，较直观。压缩机出口设置一只缓冲罐用于滤除脉动，而将流量计安装在缓冲罐后面，以消除和减弱流动脉动对流量计示值的影响。

涡街流量计依据流体振动频率与流速有对应关系的原理工作对气体流量测量。因为其压损小、量程广、价格低、示值直观清晰、能够对流体压力和温度参数自动修正等多种优点，所以得到的应用越来越广泛[4]。

2.5 其它方法

在特定的现场环境下，如节流装置和流量计没有标定或测量贵重、有毒气体，可选择采用充罐法、称瓶法、气柜法等测量。这些方法对温度、压力、时间参数比较敏感，故测量误差比节流装置的测量方式大。

上述方法中2.1～2.3属于节流法[5-6]，通过在流体管道中安置节流原件（如孔板、喷嘴），根据能量守恒定律和流动连续性定律，流体经过管道内的节流装置，流束将在节流元件处形成局部收缩，从而使流速增加，于是在节流件前后产生压力降，即压差。流量与压差成正比，介质流动的流量越大，产生的压差就越大。采用节流元件法对容积流量的测量精度相对高，但其主要缺点是：

（1）节流元件因加工工艺限制，导致流量的量程范围受限；

（2）节流元件几何尺寸复杂、检验难度大，检验数据需要人工计算，对人员要求素质高，测量结果不直观[7]。

表1 ASME喷嘴流量测量范围

3 一种新型测量法

3.1 并联测量法介绍

在中国空压机行业厂中，ASME喷嘴节流法应用最为广泛。喷嘴的加工工艺限制了喷嘴尺寸，从而限制了流量范围，其可测得的流量范围如表1。

由表1可以看出，ASME喷嘴测量的空气流量范围最小0.028 m3/min，最大127.723 m3/min。本文在基于该种方法的基础上，提出一种超量程范围压缩机流量测试的新方法。

当压缩机的容积流量低于0.028 m3/min时，节流装置选取3.18 mm的喷嘴，若直接测量必然造成测试数据不准确。若在接入节流装置前的管道上开设一个旁通阀，选择一个流量在3.18 mm喷嘴范围之内的空压机，与目标空压机并联，共同接入节流装置，此时测得的容积流量为2台空压机之和C，再关掉目标空压机，测出并联的空压机容积流量B，那么所要求的空压机流量A=C-B。

同理，当压缩机的容积流量超出127.723 m3/min时，我们可以采用将2个节流装置并联，在压缩机排气口旁通阀上另外接入一个节流装置，通过分别计算2个节流装置测得的流量A和B。叠加值C= A+B，即为目标流量值。

ASME喷嘴测量的空气流量的精度较高，该方法很好地解决了超量程范围的空压机流量的测试，以此类推。

3.2 测试数据结果

某公司一台铭牌型号为ZWB-0.020/7，公称容积流量0.020 m3/min的直联便携式往复活塞空压机，在国家压缩机制冷设备质量监督检验中心采用ASME喷嘴节流的方法对其经行排气量检测。喷嘴采用3.18 mm，并采用一台已测容积流量为0.030 m3/min的直联便携空压机与其并联。测试结果与涡街流量计的示值进行比较，结果如表2。

表2 测量数值结果（单位：m3/min）

由此，通过简单的并联法，目标压缩机的容积流量可以测出，其数值与高精度的涡街流量计所测结果相差无几，该方法合理利用了现有的ASME喷嘴节流装置，保证了流量测量的精确度。

4 结语

并联测量法的提出，为企业空压机流量的测量提供了一种新的思路。当企业评定的节流装置和标定的喷嘴数量有限时，可采用一台或多台压缩机的并联，或节流装置的并联。这样极大的降低了企业成本，特别是对运用ASME喷嘴测量流量超量程的空压机，提供了新方法。

测试技术的发展日新月异，压缩机流量的测量方法推陈出新[8]。在满足精度、可靠性、可重复性的基础上，运用不同的测量手段、数据的记录方式和分析方法，能够启发技术人员对压缩机能效等方面建立新的评价指标，从而推动相关标准的修订[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，秦会斌，邵李焕，郑梁.基于经典谱估计改进方法的涡街流量计[J].仪器仪表学报，2012，（1）.

[5]GB/T15487，容积式压缩机流量测试方法[S].

[6]GB/T 3853，一般用容积式空气压缩机性能试验方法[S].

[7]温彩霞.空压机排气量测量结果的不确定度分析[J].压缩机技术，2012，（3）.

[8]赵海，升裴云.超宽量程气体流量测量方案的讨论[J].工业计量，2009，（5）.

[9]郑家强，李应，卢应发.空气压缩机能效评价方法[J].流体机械，2001，（10）.

[10]金海军，王群金，等.基于虚拟仪器的压缩机性能测试系统的研究与实现[J].测控技术，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

杨弋（1988-），女，安徽铜陵人，硕士，助理工程师，毕业于合肥工业大学材料加工专业，现在合肥通用机械研究院国家压缩机制冷设备质量监督检验中心从事空气压缩机的研究与测试工作。E-mail：408602777@qq.com

2015-01-28