Untersuchungen zum Betriebsfeld eines Kolbenkompressors

Fachbereich Maschinenbau
Fachgebiet Kraft- u. Arbeitsmaschinen
Fachgebietsleiter Prof. Dr.-Ing. B. Spessert
März 2016
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen Versuch 4
Untersuchungen zum Betriebsfeld eines Kolbenkompressors
0.
BESCHREIBUNG:
Die Kombination aus Versuchsmodul einstufiger
Kolbenkompressor ET 513 und Universal Bremsund Antriebseinheit HM 365 ermöglicht die
ausführliche Untersuchung einer Kolbenkraftmaschine. Beide Module sind fest verbunden und
bilden als Prüfstand eine Einheit. Der Antrieb
erfolgt über einen Elektromotor mit Drehzahlregelung und einen Riementrieb. Motordrehzahl
und Motorleistung werden registriert.
Der Kompressor selbst ist mit je zwei Messstellen
für Druck und Temperatur ausgerüstet. Der
jeweilige Durchfluss wird indirekt über eine
Venturidüse gemessen.
Abb. 1: gunt ET 513
1.
AUFGABENSTELLUNG:
1.1
In der Regel wird ein Kompressor mit einer konstanten Drehzahl betriebenen.
Dabei hängen Volumenstrom, Leistungsbedarf und Wirkungsgrad vom
Gegendruck ab. Ermitteln Sie diese Zusammenhänge für den zur Verfügung
stehenden Kolbenkompressor bei einer Drehzahl von 700 U/min.
Der Versuchsaufbau ermöglicht es, die Drehzahl des Kompressors zu variieren.
Wiederholen Sie die Messungen bei verschiedenen Drehzahlen (300, 500 und
900 U/min). Verwenden Sie dabei Arbeitspunkte mit dem jeweils gleichen
Gegendruck.
Notieren Sie für alle Messungen den Temperaturverlauf am Eingang und
Ausgang des Kompressors. Berechnen Sie die bei isentroper Betrachtung zu
erwartende Temperaturerhöhung und vergleichen Sie diese mit der gemessenen.
Stellen Sie die Kenngrößen Leistung, Wirkungsgrad und Volumenstrom in
Abhängigkeit vom Gegendruck für die verschiedenen Drehzahlen dar.
Diskutieren Sie alle Ergebnisse.
1.2
1.3
1.4
2.
VORKENNTNISSE:
EAH Jena: Vorlesung Kraft- und Arbeitsmaschinen
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor
3.
HINWEISE ZUR VERSUCHSDURCHFÜHRUNG:
Achtung: Durch Die Verdichtung können am Kompressor Temperaturen bis
200°C auftreten.
Bei der gewünschten Kompressordrehzahl nK wird mittels Auslassventil die
Leckrate so eingestellt, dass der Ausgangsdruck p2 für den jeweiligen
Arbeitspunkt konstant bleibt. Wenn sich das Gleichgewicht eingestellt hat,
können Eingangs- und Ausgangsdruck, der Volumenstrom, die verschiedenen
Temperaturen sowie das Drehmoment des Motors notiert werden. Nach
Ermittlung der isothermen bzw. isentropen Verdichtungsleistung PV können der
isotherme bzw. isentrope Gesamtwirkungsgrad ηges berechnet werden.
Verdichtungsleistung
PV ,isotherm 
(isotherme Verdichtung):
p1 dV1  p 2  p1 dV4  p 2  p1 dVE  p 2 
ln   
ln   
ln  
dt
p
dt
p
dt
 1
 1
 p1 
Verdichtungsleistung
(isentrope Verdichtung):
 1
 1







p1 dV1   p 2  
p
dV
p

1
4
2


  1 
   1
PV ,isentrop 


dt   1  p1 
dt   1  p1 




 1


p1 dVE   p 2  
   1
PV ,isentrop 
 = 1,4 (Isentropenexponent)


dt   1  p1 


Wirkungsgrad in %:
 ges 
Temperaturerhöhung
PV
 100%
Pmech
(isentrope Verdichtung):
T1  p1 
 
T2  p 2 
 1

(hier absolute Temperatur in K)
Achtung:
Am Prüfstand werden die Drücke p1 und p2 relativ zum Umgebungsdruck angezeigt. Verwenden
Sie bei der Messung und zur Berechnung den absoluten Druck.
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor
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4.
Datum:
………………
Beobachter: ………………
MESSWERTE:
nKompressor = …….. U/min
Nr.
M
Pmech
p2
dV/dt
T1
T2
Nm
W
bar
l/min
°C
°C
1
3
4
5
6
7
nKompressor = …….. U/min
M
Pmech
p2
dV/dt
T1
T2
W
bar
l/min
°C
°C
3
4
5
6
7
nKompressor = …….. U/min
2
3
4
5
6
7
W
%
W
ηisentrop
%
p1 = …….. bar
PV,isotherm ηisotherm PV,isentrop
W
%
W
ηisentrop
%
2
3
4
5
6
7
8
2
1
PV,isotherm ηisotherm PV,isentrop
nMotor = …….. U/min
Nm
1
Nr.
p1 = …….. bar
2
3
4
5
6
7
8
2
Nr.
nMotor = …….. U/min
nMotor = …….. U/min
M
Pmech
p2
dV/dt
T1
T2
Nm
W
bar
l/min
°C
°C
p1 = …….. bar
PV,isotherm ηisotherm PV,isentrop
W
%
2
3
4
5
6
7
8
Hinweis: für p1 und p2 nur die absoluten Druckangaben verwenden
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W
ηisentrop
%
nKompressor = …….. U/min
Nr.
M
Pmech
p2
dV/dt
T1
T2
Nm
W
bar
l/min
°C
°C
1
p1 = …….. bar
PV,isotherm ηisotherm PV,isentrop
W
%
2
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
5.
nMotor = …….. U/min
GERÄTE UND ZUBEHÖR:
E-Motor:
Drehstromasynchronmotor:
max. Leistung:
Nenndrehzahl:
Kolbenkompressor: Nenndrehzahl:
Effektive Liefermenge:
max. Förderdruck:
Hubvolumen:
Riemengetriebe:
2-polig
2,2 kW
2.840 U/min
980 U/min
105 l/min
10 bar
152 cm³
nMotor = 2,18 nKompressor
PC mit Software der Firma „gunt“
6.
LITERATUR:
 Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau
 H. Th. Wagner u.a.:
Strömungs- und Kolbenmaschinen;
Vieweg Verlag
 Vorlesung / Studienbriefe Kraft- und Arbeitsmaschinen
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor
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W
ηisentrop
%
7.
ANHANG:
Die folgenden Grafiken stellen verschiedene p-V-Diagramme für isotherme und
isentrope Verdichtung dar.
Bildquelle: H. Th. Wagner u.a., Strömungs- und Kolbenmaschinen, S.183 f
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor
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