用电涡流传感器测量气阀运动规律的实验研究.docx

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1、一、引言气阀是活塞式压缩机的关键易损零部件，而压缩机则是用途广泛的流体机械。在国民经济各领域，尤其在石油化工、低温制冷、动力工程等领域，都是重要关键的动设备1-2o而气阀的运动规律直接影响机器运行的连续性和能耗损失，直接关系到机器运行的经济性和可靠性。活塞式压缩机的气阀是压缩机进、排气的控制阀门，是靠阀两侧的气体压力差自动开启和关闭的自动阀3-4。当气阀两侧的气体压力差大于气阀的弹簧力和阀片运动的初始惯性力时，气流顶开阀片，气体流入或流出气缸，如图1所示。由于气流的波动、弹簧力的颤振，进、排气过程压力呈波浪式振荡变化。严重时阀片反复撞击升程限制器，引起噪音、损伤、耗功增加。机器的转速一般在50

2、01000rmin,小型高速压缩机可达1500r/min,在运行时,每转一个工作循环,进、排气阀启闭各一次。所以，阀片的运动频率较高。每个工作循环吸气或排气过程的时间约占整个循环的四分，仅有0.010.10so从开启到关闭实际阀片的运动规律影响压缩机耗功5、阀片的使用寿命。因此，准确地测量阀片在实际运行工况时的运动规律是非常必要的。可以为气阀的优化设计、运行监测控制及故障分析、诊断提供可靠的依据。二、测试方案测试系统由两类多路测试信号构成6。一类由在压缩机气阀上安装涡流位移传感器，传感器的瞬态位移信号，经前置器输送到信号采集分析仪，之后，采集到的阀片瞬态位移信号进入到计算机的测试分析软件7;另

3、一类，为配合气阀阀片位移测定的时序即判断循环中活塞的瞬时位置，需要在活塞（或循环）的外止点标记信号8。在轴端采用自制的光电传感器来实现。测试系统详见图2所示。前置器信号采集分析凹计算机DASPV1J信号采集、分析软件rCE)1.阀座2,阀片3.弹簧4.升程限制器图1气阀工作原理结构示意图Xy（吸气阀H涡流位移传感卜Y排气阀H涡流位移传感卜缩机他器止点位到（光电传感图2测试系统框图2.1涡流位移传感器在气阀上的安装将涡流位移传感器放进所测气阀外环气流通道孔，并通过支架固定在气阀螺栓上。通过阀盖合适的位置打孔将线引出并用树脂胶固化密封孔。传感器的探头距离被测阀片应事先调整好,一般控制在0.51mm

4、,以保证信号足够可靠。安装结构见图3o1阀座2.阀片3.升程限制器4.弹簧5.传感器6.引线7.支架图3传感器安装结构示意图1主轴2.联轴器3.遮挡片4.聚光灯泡5.硅光电,图4止点信号传感器安装结构示意图2.2止点信号传感器的安装测量止点信号的目的，主要是为了配合测量阀片的实际运动规律，要求在活塞每转到外止点（循环起点）的位置时标记一个信号9。以确定活塞（或循环）的实时位置，判断气阀开启、关闭的瞬间时刻。采用简单的光电传感器来测量比较方便。即在主轴旋转到活塞外止点位置时，用遮挡来引起硅光电池信号的变化，标记循环起点。具体原理、结构及安装见图4o三、测试实验及结果分析3.1 实验机器及实验工况

5、实验采用IIZA-1.5/8型立式双缸一级单动水冷固定式空气压缩机。额定排气压力08MPa,额定排气量1.5m/min,额定转速500rmino实验工况进气压力：大气压力进气温度：26排气压力：0.40.5MPa（调节）排气温度：110130工作转速：350500r/min（调节）3.2 气阀阀片运动规律曲线试验通过调节排气系统，使排气压力分别稳定在0.4MPax0.45MPa、0.5MPa,工作转速则采用测试机器驱动电机调频的方法，分别在350耀500r/min之间，间隔50r/min调节。图5上边曲线为0.5MPax500r/min时涡流位移传感器记录的吸气阀片运动规律实测曲线10、11,

6、下边曲线为止点信号传感器记录的循环止点标记。从图中可以清楚反映出气阀阀片在循环开始后约0.02s时开启,在约0.07s时关闭。开启过程在气流顶推力的作用下多次发生颤抖回弹，有2次明显较大的波峰,表示阀片已有撞击回弹过程。关闭时阀片渐进颤抖关闭。表明进气过程结束。利用DASP测试软件，可以方便的对所测量阀片的运动规律进行频谱分析。将阀片位移的变化规律曲线分别用4种频谱形式瞬时记录出来11。图6是反映信号谐波的单峰值幅值谱Peako图7是反映信号谐波的有效值的幅值谱Rmso图8是反映信号谐波的能量的功率谱。图9是反映随机信号的频谱能量分布的功率谱密度。通过图谱可直观显示出信号的最高峰值发生在低频段

7、,气阀工作时阀片的颤抖和向阀座、升程限制器的冲击能量均属于低频小能量的机械能损失。因此，利用频谱可对阀片的运动规律深入细致的分析，特别是对同类工况对比分析12。可分析运动规律是否合理、可靠。气阀的弹簧力是否适宜，损失功率大小等。为日后阀片损坏原因、气阀寿命分析及机器的故障诊断等提供理论依据。1.00.50ChO1-0.5图5500rmim时吸气阀片运动规律X10(mV)1光标：A=898.581总有效值：1514.39mV(mV)3单峰值谓光标：A=38.6376250300350400450图6阀片运动的幅值谱Peak(mV)3有效值谱光标：A=273209频谱总有效值f1=OHzf2=46

8、0Hz测点号总有效值单位31448.36mV图7阀片运动的幅值谱RmSfX10(mV)3功率谱光标：A=746.434频谱总有效值f1=OHz=460Hz测点号总有效值单位31448.36mV35011502002503003504004501.00.5O图8阀片运动的功率谱X10(mVVHz)3功率谱密度光标：A=149.2861.0-0.5频谱总有效值f1=OHzf2=460Hz测点号总有效值单位31448.36mVA:AAAAA50IOO150200250300350400450图9阀片运动的功率谱密度四、结语涡流位移传感器用于实际测量压缩机气阀阀片的运动规律与传统的方法相比，有其独特的

9、优点。(1)涡流位移传感器信号灵敏、测量精度高。对0.01mm的位移变化，信号都能准确分辨。并且，传感器抗干扰力强，信号不受阀片油污的影响。(2)涡流位移传感器用于气阀阀片的运动规律测量，安装、使用、调试方便。而且，传感器可以按实际尺寸自行制作。(3)涡流位移传感器结合DASPVIO的数据采集和信号处理软件，可准确、实时记录阀片的运动规律。并可通过波形和频谱进行评价分析。(4)此方法除了进行压缩机的性能试验研究外，还可用于工艺压缩机的性能的在线监测。特别是阀片和阀簧断裂的早期预防和诊断。参考文献：1郁永章.容积式压缩机技术手册M.北京：机械工业出版社，2000.2杨绍侃提高活塞式压缩机的可靠性

10、与经济性M.北京：机械工业出版社，1985.3王迪生.压缩机气阀设计原理与力学原理M.西安：西安交通大学出版社，1986.4林梅.活塞式压缩机原理M.北京：机械工业出版社，1987.林梅.压缩机自动阀M.西安：西安交通大学出版社，1991.6西安交通大学.压缩机测试技术与控制M.西安：交通大学出版社，1988:155-164.7陈建林.基于1abVIEW平台的空压机自动测试系统J.实验科学与技术，2014,12(12):54-56.8邢万坤.计算机在工艺用压缩机性能检测上的应用J.计算机应用与软件，2007,24(06):190-191.9DabiriAEzRiceCK.ACompressorsimu1ationmethodwithCorrectionsforthe1eve1ofSuctionGasSuperheatJ.ASHRAETrans,1981,87(2):771-782.10邢雪.小型空压机性能的计算机测试与分析J.压缩机技术，2014,(06):44-46+64.11美1.科恩.时频分析：理论与应用M.西安：西安交通大学出版社，1998.12潘雪涛.基于虚拟仪器的远程振动测试及分析系统J1微计算机信息，2008,24(28):260-262.