（中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100081）

1 引言

我國(guó)鐵路機(jī)車車輛和城市軌道交通主要的制動(dòng)手段是空氣制動(dòng)系統(tǒng)，即用壓縮機(jī)空氣作為動(dòng)力，通過(guò)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制動(dòng)缸在壓縮空氣的作用下移動(dòng)，推動(dòng)制動(dòng)用的閘瓦壓向車輪踏面或制動(dòng)盤的摩擦面，降低車輛運(yùn)動(dòng)速度，并最終停車。壓縮機(jī)為車輛提供動(dòng)力，滿足制動(dòng)系統(tǒng)和風(fēng)動(dòng)控制系統(tǒng)所需的空氣管路系統(tǒng)[1]?？諌簷C(jī)容積流量是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)水平、制造與安裝質(zhì)量的一個(gè)綜合性指標(biāo)，決定著壓縮機(jī)是否合格以及壓縮機(jī)的能耗比和能效等級(jí)[2]。

國(guó)內(nèi)方面，相關(guān)的專家和學(xué)者都對(duì)容量流量的測(cè)量和檢測(cè)方法進(jìn)行了研究。金海軍等[3]提出了車用空壓機(jī)在線快速檢測(cè)的動(dòng)態(tài)修正方法，依據(jù)ASME噴嘴法的高檢測(cè)精度，通過(guò)采用卡爾曼濾波、事例推理方法對(duì)充罐法進(jìn)行修正，以提高其檢測(cè)精度，最終實(shí)現(xiàn)容積流量充罐法的高精度和快速檢測(cè)。楊衛(wèi)玲[4]通過(guò)ASME噴嘴法對(duì)一型號(hào)壓縮機(jī)的容積流量與不確定度進(jìn)行了計(jì)算。石春珉[5]通過(guò)ASME 噴嘴法，對(duì)計(jì)入冷凝水的空壓機(jī)容積流量進(jìn)行了計(jì)算和修正。謝長(zhǎng)雄等[2]依據(jù)ASME噴嘴法，對(duì)3種工況容積流量和不確定度進(jìn)行了研究和分析。

從上述文獻(xiàn)中可以看出，ASME噴嘴法是目前公認(rèn)容積流量測(cè)量精度最高的檢測(cè)方法，同時(shí)研究人員在對(duì)容積流量測(cè)量和數(shù)據(jù)處理時(shí)，考慮的因素太少，得出的數(shù)值難以體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)工況[6]下的空氣壓縮機(jī)容積流量。本文通過(guò)ASME噴嘴法，對(duì)容積流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到相對(duì)準(zhǔn)確的容積流量數(shù)值。影響因素主要有3個(gè)方面[7]：轉(zhuǎn)速、冷凝水、試驗(yàn)工況。

2 規(guī)定工況

TB/T 2710.1-2015和TB/T 2710.2-2015規(guī)定了空壓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況：1：吸氣壓力：100 kPa（絕對(duì)壓力）；2：吸氣溫度：20 ℃；3：吸氣相對(duì)濕度：0。

3 轉(zhuǎn)速修正

GB/T 3853-2017 容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)中6.5.1提到轉(zhuǎn)速修正系數(shù)K1

式中 NC——測(cè)量時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min

NR——規(guī)定工況下的轉(zhuǎn)速，r/min

4 冷凝水修正

TB/T 2711-2015機(jī)車、動(dòng)車組用空壓機(jī)組試驗(yàn)方法中5.3提到。

4.1 未計(jì)及冷凝水的空壓機(jī)容積流量

式中 Q0——未計(jì)及冷凝水的空壓機(jī)容積流量，m3/min

C——噴嘴系數(shù)

d——噴嘴直徑，m

Txl——空壓機(jī)Ⅰ級(jí)吸氣溫度，K

pxl——空壓機(jī)Ⅰ級(jí)吸氣壓力，kPa

Δp——噴嘴壓差，kPa

T1——噴嘴上游氣體溫度，K

pb——試驗(yàn)處大氣壓力，kPa

4.2 計(jì)及冷凝水的空壓機(jī)容積流量

式中 Q1——計(jì)及冷凝水的空壓機(jī)容積流量，m3/min

pvs1——Ⅰ級(jí)吸氣溫度下的飽和水蒸氣壓力，kPa

ρvs1——Ⅰ級(jí)吸氣溫度下的飽和水蒸氣密度，kg/m3

qmcd——空壓機(jī)吸氣口與噴嘴間收集到的單位時(shí)間內(nèi)的冷凝水質(zhì)量，kg/min

4.3 最大冷凝水量

空壓機(jī)單位時(shí)間內(nèi)最大冷凝水量

其中 λs——空壓機(jī)凝水系數(shù)，大于1時(shí)，應(yīng)取值1?？諌簷C(jī)后沒(méi)有冷卻器，則

式中 px——吸氣壓力，右下角標(biāo)數(shù)字表示級(jí)別，kPa

pvs1——Ⅰ級(jí)吸氣溫度下的飽和水蒸氣壓力，kPa

pvs2——Ⅱ級(jí)吸氣溫度下的飽和水蒸氣壓力，kPa

φx1——空壓機(jī)吸入空氣相對(duì)蒸氣壓

Q0——未計(jì)及冷凝水的空壓機(jī)容積流量，m3/min

ρvs1——Ⅰ級(jí)吸氣溫度下的飽和水蒸氣密度，kg/m3

（qmcd）max——按吸氣濕度計(jì)算得到的空壓機(jī)單位時(shí)間的最大冷凝水量，kg/min

4.4 計(jì)冷凝水容積流量與未計(jì)及冷凝水容積流量關(guān)系

將公式（4）代入公式（3）即得

5 標(biāo)準(zhǔn)工況的修正

根據(jù)理想氣體方程公式

轉(zhuǎn)化理想氣體方程可得

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)工況修正公式

標(biāo)準(zhǔn)工況修正公式

式中 Q2——標(biāo)準(zhǔn)溫度壓力的容積流量，m3/min

T2——標(biāo)準(zhǔn)工況溫度，K

p2——標(biāo)準(zhǔn)工況壓力，kPa

6 容積流量的修正公式

通過(guò)上述分析可知最終的容積流量修正公式為

式中 Q——標(biāo)準(zhǔn)工況容積流量，m3/min

7 結(jié)語(yǔ)

本文采用ASME噴嘴法測(cè)得空壓機(jī)容積流量，因所測(cè)得的容積流量的條件不能滿足標(biāo)準(zhǔn)工況，需要對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。影響容積流量的測(cè)量的因素主要有三方面：轉(zhuǎn)速、冷凝水、試驗(yàn)工況。通過(guò)對(duì)三方面的研究，得出了標(biāo)準(zhǔn)工況下的容積流量計(jì)算公式，對(duì)空壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和檢測(cè)部門在容積流量測(cè)量和修正等方面，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。