空压机容积流量的测量与修正

（中铁检验认证中心有限公司，北京 100081）

1 引言

我国铁路机车车辆和城市轨道交通主要的制动手段是空气制动系统，即用压缩机空气作为动力，通过基础制动装置的制动缸在压缩空气的作用下移动，推动制动用的闸瓦压向车轮踏面或制动盘的摩擦面，降低车辆运动速度，并最终停车。压缩机为车辆提供动力，满足制动系统和风动控制系统所需的空气管路系统[1]。空压机容积流量是压缩机设计水平、制造与安装质量的一个综合性指标，决定着压缩机是否合格以及压缩机的能耗比和能效等级[2]。

国内方面，相关的专家和学者都对容量流量的测量和检测方法进行了研究。金海军等[3]提出了车用空压机在线快速检测的动态修正方法，依据ASME喷嘴法的高检测精度，通过采用卡尔曼滤波、事例推理方法对充罐法进行修正，以提高其检测精度，最终实现容积流量充罐法的高精度和快速检测。杨卫玲[4]通过ASME喷嘴法对一型号压缩机的容积流量与不确定度进行了计算。石春珉[5]通过ASME 喷嘴法，对计入冷凝水的空压机容积流量进行了计算和修正。谢长雄等[2]依据ASME喷嘴法，对3种工况容积流量和不确定度进行了研究和分析。

从上述文献中可以看出，ASME喷嘴法是目前公认容积流量测量精度最高的检测方法，同时研究人员在对容积流量测量和数据处理时，考虑的因素太少，得出的数值难以体现标准工况[6]下的空气压缩机容积流量。本文通过ASME喷嘴法，对容积流量数据进行分析处理，得到相对准确的容积流量数值。影响因素主要有3个方面[7]：转速、冷凝水、试验工况。

2 规定工况

TB/T 2710.1-2015和TB/T 2710.2-2015规定了空压机标准工况：1：吸气压力：100 kPa（绝对压力）；2：吸气温度：20 ℃；3：吸气相对湿度：0。

3 转速修正

GB/T 3853-2017 容积式压缩机验收试验中6.5.1提到转速修正系数K1

式中 NC——测量时的转速，r/min

NR——规定工况下的转速，r/min

4 冷凝水修正

TB/T 2711-2015机车、动车组用空压机组试验方法中5.3提到。

4.1 未计及冷凝水的空压机容积流量

式中 Q0——未计及冷凝水的空压机容积流量，m3/min

C——喷嘴系数

d——喷嘴直径，m

Txl——空压机Ⅰ级吸气温度，K

pxl——空压机Ⅰ级吸气压力，kPa

Δp——喷嘴压差，kPa

T1——喷嘴上游气体温度，K

pb——试验处大气压力，kPa

4.2 计及冷凝水的空压机容积流量

式中 Q1——计及冷凝水的空压机容积流量，m3/min

pvs1——Ⅰ级吸气温度下的饱和水蒸气压力，kPa

ρvs1——Ⅰ级吸气温度下的饱和水蒸气密度，kg/m3

qmcd——空压机吸气口与喷嘴间收集到的单位时间内的冷凝水质量，kg/min

4.3 最大冷凝水量

空压机单位时间内最大冷凝水量

其中 λs——空压机凝水系数，大于1时，应取值1。空压机后没有冷却器，则

式中 px——吸气压力，右下角标数字表示级别，kPa

pvs1——Ⅰ级吸气温度下的饱和水蒸气压力，kPa

pvs2——Ⅱ级吸气温度下的饱和水蒸气压力，kPa

φx1——空压机吸入空气相对蒸气压

Q0——未计及冷凝水的空压机容积流量，m3/min

ρvs1——Ⅰ级吸气温度下的饱和水蒸气密度，kg/m3

（qmcd）max——按吸气湿度计算得到的空压机单位时间的最大冷凝水量，kg/min

4.4 计冷凝水容积流量与未计及冷凝水容积流量关系

将公式（4）代入公式（3）即得

5 标准工况的修正

根据理想气体方程公式

转化理想气体方程可得

对于标准工况修正公式

标准工况修正公式

式中 Q2——标准温度压力的容积流量，m3/min

T2——标准工况温度，K

p2——标准工况压力，kPa

6 容积流量的修正公式

通过上述分析可知最终的容积流量修正公式为

式中 Q——标准工况容积流量，m3/min

7 结语

本文采用ASME喷嘴法测得空压机容积流量，因所测得的容积流量的条件不能满足标准工况，需要对所测得的数据进行修正。影响容积流量的测量的因素主要有三方面：转速、冷凝水、试验工况。通过对三方面的研究，得出了标准工况下的容积流量计算公式，对空压机生产企业和检测部门在容积流量测量和修正等方面，具有现实的指导作用。