CN105865719A - 一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，涉及旋转压缩机泄漏特性测试技术领域。包括旋转压缩机的气缸本体、供气装置和测量装置，气缸本体内由调节活塞分隔成左腔室和右腔室，气缸本体的左腔室和右腔室分别连通供气装置的输气端；供气装置中存储有两种成分单一的测试气体，并能够对其输出气体的压强进行调节；左腔室或右腔室连通测量装置中的过滤器，过滤器中放置有过滤试剂，过滤试剂唯一能够与未连通所述过滤器的左腔室或右腔室中的测试气体进行化学反应，且不生成气体；过滤器底部连接有重量称量装置。本发明通过将难于测量的气体利用化学反应使泄漏气体留在液体中，从而使泄漏气体容易测量，解决了泄漏气体测量难的难题。

Description

一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台及其测试方法

技术领域

本发明涉及旋转压缩机泄漏特性测试技术领域，具体是一种基于化学方法的旋转压缩机内部气体泄漏测量装置。

背景技术

压缩机是一种重要的流体机械，作为制冷系统的心脏其应用于很多领域。压缩机种类繁多，旋转压缩机只是其中的一类。压缩机作为人们生活中必不可少的机械其工作效率受到人们的广泛关注，容积效率是衡量压缩机工作性能的一个重要指标，容积效率的大小直接影响到压缩机的工作效率。影响压缩机容积效率的因素主要有四个方面：余隙容积，进排气压力损失的影响，热交换的影响，泄露的影响。其中泄漏的影响对旋转压缩机容积效率的影响最大，所以对于旋转压缩机泄漏方面的研究势在必行。

研究表明，旋转压缩机内部多个配合间隙存在泄漏，由于有旋转压缩机外部气缸密封包裹，无法观察和测量其在高速运转的工作状态下的各处泄漏情况和泄漏量。旋转压缩机内部机构工作时动态泄漏的实际情况是：1、存在动态泄漏间隙，即旋转压缩机在工作过程中径向间隙是在27微米到36微米之间动态变动，且泄漏间隙的两个相对表面有一定相对运动的线速度，即泄漏间隙是不同相对运动速度的动态泄漏间隙；2、存在动态压差，即吸气腔和排气腔中的压力也是实时变化的，从而在吸气腔和排气腔中的泄漏间隙两侧产生了实时变化的动态压差。3、旋转压缩机中存在四个泄漏通道，其中泄露比重最大的是径向泄露通道，其次是端面泄露通道，所以压缩机泄露方面的研究也主要以这两个通道为主。

但是，在旋转压缩机本体上测量旋转压缩机气体的泄漏量很难实现，只能根据其运动原理将机构抽象出来进行研究，目前在旋转压缩机泄漏特性测试技术领域对于泄漏的测量专利较少，相关文献中的测量方案也仍然局限与软件模拟的结果，以及一些测量数据缺乏准确性的方案。因此需要一种试验测试等效装置或方法对实际旋转压缩机内部工质的泄漏进行准确的等效测量。

发明内容

本发明的发明目的是：针对上述问题，提供一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台及其测量方法，它通过将高压腔向低压腔泄漏的气体与测量试剂反应生成固体或液体，整个反应过程中只有泄漏的气体通过化学反应的生成物留在了测量装置中，因此通过测量装置测试前后的质量求差就能得到泄漏气体的质量。本发明解决了泄漏气体太少难于收集测量的难题，并且结构简单，操作简便，其测量泄漏气体的准确性也有了极大的提高。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，包括旋转压缩机的气缸本体、供气装置和测量装置，所述气缸本体内由调节活塞至少分隔成左腔室和右腔室，所述气缸本体的左腔室和右腔室分别连通供气装置的输气端；所述供气装置中存储有两种成分单一的测试气体，并能够对其输出气体的压强进行调节；所述左腔室或右腔室通过测量装置中的过滤器过滤其腔内气体，所述过滤器中放置有过滤试剂，所述过滤试剂唯一能够与未连通所述过滤器的左腔室或右腔室中的测试气体进行化学反应，且不生成气体；所述过滤器底部连接有重量称量装置。

这里，测量装置中的过滤试剂可为氢氧化钠溶液，供气装置存储的分别是氮气和二氧化碳气体，其中存在的化学反应方程为：2NaOH+CO₂＝Na₂CO₃+H₂O。测试过程中气缸本体右腔室模拟旋转压缩机的高压腔，二氧化碳模拟被旋转压缩的高压气体；气缸本体左腔室模拟旋转压缩机的低压腔，氮气模拟被吸入的空气。由于旋转压缩机泄漏特性，高压腔中的气体会向低压腔中泄漏，即二氧化碳会泄漏到气缸本体左腔室中，而不断提供的氮气会将气缸本体左腔室中的二氧化碳一起转移到测量装置中，由于氮气不会和氢氧化钠溶液反应，而二氧化碳会和氢氧化钠溶液反应生成水和碳酸钠；显然，测量装置会过滤氮气中的二氧化碳，即过滤或截留泄漏到气缸本体左腔室中二氧化碳，这里通过化学反应将直观的泄漏气体转为固体或液体，解决了泄漏气体太少难于收集测量的难题。相较以往只能够通过模型计算得到泄漏量，本方案测量更实际、更准确，方便对旋转压缩机实际泄漏量的掌握，为研究、改进和使用旋转压缩机提供了强有力的真实数据支持。

进一步的，所述过滤试剂唯一能够与未连通所述过滤器的左腔室或右腔室中的测试气体进行反应，并生成固体或/和液体。由于需要对泄漏的气体进行测量，这里需要不生成新的气体才行；而生成固体或液体可方便对生成物的收集和测量。

进一步的，所述过滤试剂为液体试剂。液体试剂可以与气体充分接触，增加接触面积，这样有利于过滤泄漏的气体，确保测试准确性、可靠性。

进一步的，所述液体试剂为碱性溶液或酸性溶液；所述供气装置中分开存储着惰性气体、与液体试剂的化学酸碱性相反的碱性气体或酸性气体。碱性溶液可以和酸性气体进行化学反应，这里反应要求不生成气体，这样保证了碱性溶液可以吸收混在惰性气体中的酸性气体，确保测试准确性、可靠性。

进一步的，所述重量称量装置为电子分析天平，所述电子分析天平设置在测量装置中过滤器的底部，并与测量装置中的处理器连接，所述处理器根据电子分析天平发送数据，分析得出测试报告。本测试平台中将泄露气体的测量量具体为测量重量，通过电子分析天平精确测量过滤器的重量变化，可以实时准确反应泄露通道在不同泄露间隙、不同压差、动态压差下的泄露量变化；这里处理器会实时分析处理这些数据，并据此得到测试报告。

进一步的，通过更换或调节所述调节活塞能够得到所述气缸本体内部对应的泄露通道的泄漏间隙，所述泄漏间隙由所述处理器记录，并由所述处理器得出对应泄露通道的测试报告。由于不同的旋转压缩机存在不同的泄漏间隙；为了模拟不同的旋转压缩机，这里气缸本体内的调节活塞可以根据需要进行调节或更换，同而满足不同的测试需要。这样大大增强了本测试平台的适应性和适应范围。

进一步的，所述测量装置设有多个依次相连的过滤器，过滤器的排气末端连接有干燥瓶。通过设置多个过滤器可以减小测量误差，由于通过过滤器的气体可能速度较快，从而导致过滤器无法吸收或过滤掉泄露气体；而设置多个过滤器可以有效减小这样的误差，从而增加测试准确性、可靠性。根据不同试验需求，可以增加或减少过滤器的数量。同时，由于过滤器内装有溶液，气体通过过滤器后可能会带出水汽或外部的水汽进入过滤器中，从而影响整个装置的测量准确性，因此在过滤器的排气端连接有干燥瓶，能够有效防止这种情况发生。

进一步的，所述左腔室由上至下依次设有左吸气孔和左排气孔，所述左吸气孔与供气装置连通，其左排气孔与测量装置的过滤器、带阀门的排气管道分别连通；所述右腔室由上至下依次设有右排气孔和右吸气孔，所述右吸气孔与供气装置连通，其右排气孔分别连接带阀门的排气管道和压力控制阀。这里气缸本体的左吸气孔模拟低压腔吸气孔，气缸本体的左排气孔模拟低压腔排气孔；气缸本体的右吸气孔模拟高压腔吸气孔，气缸本体的右排气孔模拟高压腔排气孔，这里可以使的在气缸本体不运行工作时也模拟出滚动活塞旋转压缩机本体内高压腔和低压腔气体的流动。其中，这里右腔室空气可通过排气管道先排出，再进行试验记录，从而排除了空气影响的因素，保证了试验的客观性和准确性。这里，压力控制阀可以用于气缸本体的右腔室的压力调节，同时保证气缸本体的右腔室保持在设定的压力下。

进一步的，所述供气装置为恒压气瓶，所述供气装置与气缸本体之间设有压力表。恒压气瓶可以提供稳定压力的气体输出，从而试验中气体压力的稳定，保证试验的顺利进行。同时，通过使用恒压气瓶降低了整个装置的复杂性，增加操作性，减少成本投入。压力表可以方便对气缸本体不同气压室的压力观察，方便压力调节、观察。

针对上述的技术方案，这里还提供一种旋转压缩机内部气体泄漏测试方法，

1)检查测试平台各仪器的气密性，调节气缸本体中泄露通道的泄漏间隙；初始化处理器和重量称量装置；

2)排出气缸本体内空气；开启供气装置，对气缸本体的左腔室和右腔室分别通气，并调节右腔室的压强大于左腔室的压强；

3)开启左腔室与测量装置中的过滤器的通道，测试过程中，处理器实时采集气缸本体的左腔室和右腔室的压强数据、测试时间、重量称量装置测量数；

4)关闭左腔室与测量装置中的过滤器的通道，关闭供气装置；处理器根据采集数据分析得到测试时间内对应泄露通道的泄漏量测试报告。

这里测试报告可以结合数据图形、报表等形式准确具体地反应测试过程及测试结果，便于人们分析数据，减少人为操作的失误，提高测试的准确性、高效性。

本发明与现有泄漏测试平台相比，有实质性改变，其显著效果在于：

1.本发明可通过将高压腔向低压腔泄漏的二氧化碳气体与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠，反应过程如化学方程式：2NaOH+CO₂＝Na₂CO₃+H₂O，整个反应过程中只有二氧化碳气体的质量留在了混合物中，因此通过过滤器前后的质量求差就能得到泄漏气体的质量。相较现有技术，本发明对测量泄漏气体的准确性有了极大提高。

2.本发明通过将难于测量的气体利用化学反应使泄漏气体留在液体中，从而使泄漏气体容易测量，系统原理简单，操作简便，解决了泄漏气体太少难于收集测量的难题。

3.本发明可以控制高压腔与低压腔的压差，通过调节活塞与气缸本体的距离、或更换调节活塞来调节泄漏间隙，可以模拟不同的旋转压缩机工作泄露过程，并且能够实时准确反应泄露通道在不同泄露间隙、不同压差、动态压差下的泄露量变化；这里处理器会实时分析处理这些数据，并据此得到测试报告。

附图说明

图1是本发明装置系统图；

图2是本发明旋转压缩机的等效装置图；

图3是本发明所述的的螺旋玻璃试管示意图；

附图中，1-气缸本体、2-调节活塞、3-左腔室、4-右腔室、5-第一气瓶、6-第二气瓶、7-阀门、8-气压表、9-排气管道、10-压力控制阀、11-过滤器、12-干燥瓶、13-电脑、14-电子分析天平、15-左吸气孔、16-左排气孔、17-右排气孔、18-右吸气孔。

具体实施方式

本发明公开了一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，包括旋转压缩机的气缸本体1、供气装置和测量装置，所述气缸本体1内由调节活塞2至少分隔成左腔室3和右腔室4，所述气缸本体1的左腔室3和右腔室4分别连通供气装置的输气端；所述供气装置中存储有两种成分单一的测试气体，并能够对其输出气体的压强进行调节；所述左腔室3或右腔室4通过测量装置中的过滤器11过滤其腔内气体，所述过滤器11中放置有过滤试剂，所述过滤试剂唯一能够与未连通所述过滤器11的左腔室3或右腔室4中的测试气体进行化学反应，且不生成气体；所述过滤器11底部连接有重量称量装置。

这里通过使用强碱性性溶液和弱酸性气体进行举例说明。测量装置中的过滤试剂为氢氧化钠溶液，供气装置存储的分别是氮气和二氧化碳气体，其中存在的化学反应方程为：2NaOH+CO₂＝Na₂CO₃+H₂O。测试过程中气缸本体1右腔室4模拟旋转压缩机的高压腔，二氧化碳模拟被旋转压缩的高压气体；气缸本体1左腔室3模拟旋转压缩机的低压腔，氮气模拟被吸入的空气。由于旋转压缩机泄漏特性，高压腔中的气体会向低压腔中泄漏，即二氧化碳会泄漏到气缸本体1左腔室3中，而不断提供的氮气会将气缸本体1左腔室3中的二氧化碳一起转移到测量装置中，由于氮气不会和氢氧化钠溶液反应，而二氧化碳会和氢氧化钠溶液反应生成水和碳酸钠；显然，测量装置会过滤氮气中的二氧化碳，即过滤或截留泄漏到气缸本体1左腔室3中二氧化碳，这里通过化学反应将直观的泄漏气体转为固体或液体，解决了泄漏气体太少难于收集测量的难题。相较以往只能够通过模型计算得到泄漏量，本方案测量更实际、更准确，方便对旋转压缩机实际泄漏量的掌握，为研究、改进和使用旋转压缩机提供了强有力的真实数据支持。以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1和图2所示，以测试径向泄露通道泄漏量为例。测试平台包括旋转压缩机的气缸本体1、供气装置和测量装置。供气装置分别包括存储成分单一的两种气体的第一气瓶5和第二气瓶6，其中，第一气瓶5存储二氧化碳气体，第二气瓶6存储氮气。气缸本体1由调节活塞2分隔成左腔室3和右腔室4。左腔室3由上至下依次设有左吸气孔15和左排气孔16，左吸气孔15与第一气瓶5连通，其左排气孔16与测量装置的过滤器11、带阀门7的排气管道9分别连通。右腔室4由上至下依次设有右排气孔17和右排气孔18，右排气孔18与第二气瓶6连通，其右排气孔17分别连接带阀门7的排气管道9和压力控制阀10。测量装置设有多个依次相连的过滤器11，过滤器11的排气末端连接有干燥瓶12。过滤器11底部连接有重量称量装置,重量称量装置为电子分析天平14，电子分析天平14设置在测量装置中过滤器11的底部，并与测量装置中的处理器13连接，处理器13可以分析得出测试报告。

上述中，气缸本体1的左吸气孔15模拟低压腔吸气孔，气缸本体1的左排气孔16为低压腔排气孔；气缸本体1的右排气孔18模拟高压腔吸气孔，气缸本体1的右排气孔17模拟高压腔排气孔，这样可以使的在气缸本体1不运行工作时也模拟出滚动活塞旋转压缩机本体内高压腔和低压腔气体的流动。其中，左腔室3和右腔室4中的空气可通过排气管道9先排出，再进行试验记录，从而排除了空气影响的因素，保证了试验的客观性和准确性。这里，压力控制阀10可以用于气缸本体1的右腔室4的压力调节，同时保证气缸本体1的右腔室4保持在设定的压力下。

上述中，第一气瓶5和气缸本体1之间的通路上依次设有阀门7和气压表8。第二气瓶6和气缸本体1之间的通路上也依次设有阀门7和气压表8。

其中，第一气瓶5和第二气瓶6为恒压气瓶，恒压气瓶可以提供稳定压力的气体输出，从而试验中气体压力的稳定，保证试验的顺利进行。同时，通过使用恒压气瓶降低了整个装置的复杂性，增加操作性，减少成本投入。压力表可以方便对气缸不同气压室的压力观察，方便压力调节。

上述中，干燥瓶12为螺旋玻璃管，干燥瓶12中填充有透气的吸水材料，如图3所示。由于需要测试不同气压下的径向泄漏，进入到测量装置的的气体会出现不同的速率，为保证对径向泄漏的气体的充分收集，这里设置多个相连的过滤器11，保证数据收集的准确性；根据不同试验需求，可以增加或减少过滤器11的数量。由于过滤器11内装有溶液，气体通过过滤器11后可能会带出水汽或外部的水汽进入过滤器11中，从而影响整个装置的测量准确性，因此在过滤器11的排气端连接有干燥瓶12，能够有效防止这种情况发生。

上述实施例中，气缸本体1的右腔室4模拟旋转压缩机的高压腔，二氧化碳模拟被旋转压缩的高压气体；气缸本体1的左腔室3模拟旋转压缩机的低压腔，氮气模拟被吸入的空气。由于旋转压缩机存在径向泄漏，气缸本体1右腔室4中的气体会向气缸本体1左腔室3中径向泄漏，即二氧化碳会泄漏到氮气中，而不断提供的氮气会混入的二氧化碳一起转移到装有碳酸钠溶液的过滤器11中，由于氮气不会和氢氧化钠溶液反应，而二氧化碳会和氢氧化钠溶液反应生成水和碳酸钠。称量试验前后过滤器11和干燥瓶12总重量的差，即可以得到试验时间段内泄漏二氧化碳的重量。

为实现上述操作，这里过滤器11中的过滤试剂为氢氧化钠溶液，第二气瓶6的恒压气瓶存储的是二氧化碳气体；但是实施例中，氢氧化钠溶液还可以使用KOH溶液、Ca(OH)₂溶液、Ba(OH)₂溶液等氢氧化物碱性溶液替代；而二氧化碳可以使用SO₂气体、SO₃气体、NO₂气体、H₂S气体等酸性气体替代；即过滤器11中的过滤试剂和第二气瓶6中的气体反应，生成固体或/和液体，即可以实现上述方案，这里不再一一穷举。

本测试平台的测试原理及过程如下：

1、安装及初始化测试平台中的电子设备。处理器13通过电子分析天平14记录过滤器11、干燥瓶12以及其内物质共同的质量记录数据M1，将各个仪器按照图装配好。

2、检查气密性。打开两排气管道9的阀门7，关闭压力控制阀10、过滤器11与气缸本体1之间阀门7；调节活塞2与气缸本体1的径向间隙，将气缸本体1放入水中，打开两个恒压气瓶的阀门7进行通气，同时查看水中是否有气泡冒出，通气二分钟，若无气泡冒出则装置气密性良好可以进行实验。

3、进行试验，关闭右排气孔17上的排气管道9的阀门7，打开压力控制阀10，观察两个压力表的示数调节压力控制阀10将压差调节到设定的值，关闭左排气孔16上的排气管道9的阀门7、打开过滤器11和气缸本体1之间的通路的阀门7，同时开始计时。半个小时后停止计时，关闭过滤器11和气缸本体1之间的通路的阀门7，关闭供气装置中两个恒压瓶阀门7，

4、测试报告。处理器13通过电子分析天平14得到过滤器11、干燥瓶12以及其内物质共同的质量记录数据M2，将两个质量M1和M2相减得出旋转压缩机径向泄漏气体质量M，试验完毕。处理器13分析测试时间、径向间隙、左腔室3和右腔室4的压强记压差、泄漏气体质量等得测试报告。

上述中，处理器13也可以对测试时间、径向间隙、左腔室3和右腔室4的压强记压差、电子分析天平14测量量等进行实时记录，并根据数据变化描述不同测量参数之间的直角坐标图或表格视图，这些都是可以根据需要进行整理生成的。同时上述实施例中左腔室3和右腔室4的命名仅是便于结果实施例中部件区别。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，包括旋转压缩机的气缸本体、供气装置和测量装置，所述气缸本体内由调节活塞至少分隔成左腔室和右腔室，其特征在于：所述气缸本体的左腔室和右腔室分别连通供气装置的输气端；所述供气装置中存储有两种成分单一的测试气体，并能够对其输出气体的压强进行调节；所述左腔室或右腔室通过测量装置中的过滤器过滤其腔内气体，所述过滤器中放置有过滤试剂，所述过滤试剂唯一能够与未连通所述过滤器的左腔室或右腔室中的测试气体进行化学反应，且不生成气体；所述过滤器底部连接有重量称量装置。

2.根据权利要求1所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述过滤试剂唯一能够与未连通所述过滤器的左腔室或右腔室中的测试气体进行反应，并生成固体或/和液体。

3.根据权利要求1或2所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述过滤试剂为液体试剂。

4.根据权利要求3所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述液体试剂为碱性溶液或酸性溶液；所述供气装置中分开存储着惰性气体、与液体试剂的化学酸碱性相反的碱性气体或酸性气体。

5.根据权利要求1所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述重量称量装置为电子分析天平，所述电子分析天平设置在测量装置中过滤器的底部，并与测量装置中的处理器连接，所述处理器根据电子分析天平发送数据，分析得出测试报告。

6.根据权利要求4所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：通过更换或调节所述调节活塞能够得到所述气缸本体内部对应的泄露通道的泄漏间隙，所述泄漏间隙由所述处理器记录，并由所述处理器得出对应泄露通道的测试报告。

7.根据权利要求1所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述测量装置设有多个依次相连的过滤器，过滤器的排气末端连接有干燥瓶。

8.根据权利要求1所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述左腔室由上至下依次设有左吸气孔和左排气孔，所述左吸气孔与供气装置连通，其左排气孔与测量装置的过滤器、带阀门的排气管道分别连通；所述右腔室由上至下依次设有右排气孔和右吸气孔，所述右吸气孔与供气装置连通，其右排气孔分别连接带阀门的排气管道和压力控制阀。

9.根据权利要求1所述的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试平台，其特征在于：所述供气装置为恒压气瓶，所述供气装置与气缸本体之间设有压力表。

10.根据权利要求5的一种旋转压缩机内部气体泄漏测试方法，其特征在于：

1)检查测试平台各仪器的气密性，调节气缸本体中泄露通道的泄漏间隙；初始化处理器和重量称量装置；

2)排出气缸本体内空气；开启供气装置，对气缸本体的左腔室和右腔室分别通气，并调节右腔室的压强大于左腔室的压强；

3)开启左腔室与测量装置中的过滤器的通道，测试过程中，处理器实时采集气缸本体的左腔室和右腔室的压强数据、测试时间、重量称量装置测量数据；

4)关闭左腔室与测量装置中的过滤器的通道，关闭供气装置；处理器根据采集数据分析得到测试时间内对应泄露通道的泄漏量测试报告。