Untersuchungen zum Betriebsfeld eines Kolbenkompressors

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1 Fachbereich Maschinenbau Fachgebiet Kraft- u. Arbeitsmaschinen Fachgebietsleiter Prof. Dr.-Ing. B. Spessert März 06 Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen Versuch 4 Untersuchungen zum Betriebsfeld eines Kolbenkompressors 0. BESCHREIBUNG: Die Kombination aus Versuchsmodul einstufiger Kolbenkompressor ET 53 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. : gunt ET 53. AUFGABENSTELLUNG:. In der Regel wird ein Kompressor mit einer konstanten Drehzahl betriebenen. Dabei hängen Volumenstrom, Leistungsbedarf und Wirkungsgrad vom Gegendruck ab. Ermitte 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..3 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..4 Stellen Sie die Kenngrößen Leistung, Wirkungsgrad und Volumenstrom in Abhängigkeit vom Gegendruck für die verschiedenen Drehzahlen dar. Diskutieren Sie alle Ergebnisse.. VORKENNTNISSE: EAH Jena: Vorlesung Kraft- und Arbeitsmaschinen Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor

2 3. HINWEISE ZUR VERSUCHSDURCHFÜHRUNG: Achtung: Durch Die Verdichtung können am Kompressor Temperaturen bis 00 C auftreten. Bei der gewünschten Kompressordrehzahl n K wird mittels Auslassventil die Leckrate so eingestellt, dass der Ausgangsdruck p 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 P V können der isotherme bzw. isentrope Gesamtwirkungsgrad η ges berechnet werden. Verdichtungsleistung (isotherme Verdichtung): pdv p pdv4 p pdve p P V, isotherm dt p dt p dt p Verdichtungsleistung (isentrope Verdichtung): pdv p pdv4 p P V, isentrop dt p dt p pdv E p P V, isentrop =,4 (Isentropenexponent) dt p Wirkungsgrad in %: ges P P V mech 00% Temperaturerhöhung (isentrope Verdichtung): T T p p (hier absolute Temperatur in K) Achtung: Am Prüfstand werden die Drücke p und p relativ zum Umgebungsdruck angezeigt. Verwenden Sie bei der Messung und zur Berechnung den absoluten Druck. Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor Seite von 5

3 4. MESSWERTE: Datum: Beobachter: n Kompressor =.. U/min n Motor =.. U/min p =.. bar Nr. M P mech p dv/dt T T P V,isotherm η isotherm P V,isentrop η isentrop 3 n Kompressor =.. U/min n Motor =.. U/min p =.. bar Nr. M P mech p dv/dt T T P V,isotherm η isotherm P V,isentrop η isentrop 3 n Kompressor =.. U/min n Motor =.. U/min p =.. bar Nr. M P mech p dv/dt T T P V,isotherm η isotherm P V,isentrop η isentrop 3 Hinweis: für p und p nur die absoluten Druckangaben verwenden Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor Seite 3 von 5

4 n Kompressor =.. U/min n Motor =.. U/min p =.. bar Nr. M P mech p dv/dt T T P V,isotherm η isotherm P V,isentrop η isentrop 3 5. GERÄTE UND ZUBEHÖR: E-Motor: Drehstromasynchronmotor: -polig max. Leistung:, kw Nenndrehzahl:.840 U/min Kolbenkompressor: Nenndrehzahl: Effektive Liefermenge: max. Förderdruck: Hubvolumen: 980 U/min 05 l/min 0 bar 5 cm³ Riemengetriebe: n Motor =,8 n Kompressor 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 Seite 4 von 5

5 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.83 f Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen am Kolbenkompressor Seite 5 von 5