试验研究舰船空压机充瓶过程计算研究中船重工集团第七O四研究所田涛王仁德蒋玉华是一个急需解决的问题。根据舰船空压机充瓶特点，提出了一个简单的计算模型，通过这个模型能准确地计算舰船空压机充瓶排量。
1引言舰船空压机是舰船的重要辅机，对于舰船高压空压机的排量世界各国船级社都有一定的要求。舰船中空气一般为充瓶后使用，空压机与气瓶通过管道直接连接，空压机使用时，气瓶内的压力会直接反馈到空压机的排气口，使空压机的排压随之上升。舰船空压机的排量对于压力极其敏感，空压机排量随着排气压力的变化而变化。我国空压机额定排量的测定是按GB T1548795《容积式压缩机流量测定方法》进行的，测定时排压保持稳定。因此按《容积式压缩机流量测定方法》所测得的额定排量不能反映出舰船空压机的充瓶排量，它与额定排量有一定的差别。
舰船空压机实际使用中有两种情况：（1）初始充瓶，气瓶内压力由大气压上升到额定排气压力（2）中间补气充瓶，气瓶内压力由某一中间压力上升至额定排气压力。文献[ 1、2]采用一个简单的方法将测得的额定排量转化为充瓶排量，但它忽略了压缩因子的影响，而在高压情况下，压缩因子对空压机的充瓶排量有着较大影响，因此如何准确地计算舰船空压机在各种工况下的充瓶排量是一个急需解决的重要问题。
2充瓶过程模拟舰船空压机在实际使用中，压缩机出口直接接到气瓶进口，使气瓶压力由压力P上升至额定排压，测定所需的时间及各部温度，然后根据式（1）即可确定空压机在压力P时的充瓶排量。
但气瓶内的温度往往难以准确测定，因此按式（1）所算排量是一个近似值。
式中Q―――充瓶排量， L min―――气瓶容积，L―――吸气温度，K―――气瓶温度，K根据充瓶过程的特点，可假定空压机在充瓶过程中温度不变，则充瓶过程可简化为一个简单的模型：空压机充瓶，气瓶压力引起排压上升，空压机排量变化，空压机继续充瓶，直至气瓶压力至规定压力。
在充瓶过程中空压机的工况不断变化，其排压随充瓶时间的增加而增加。空压机的排压从某一排压上升到额定排压是一个连续的过程，每一瞬时的气量很难确定，因此我们可对充瓶过程进行静态处理，即在多种排压下按GB T1548795用喷嘴法测出空压机的排量，然后拟合出空压机的排量―排压关系。其表达式为：式中y―――空压机排量由于喷嘴排量为自由状态排量，因此在一定时间内充入气瓶内的自由状态气体体积为：式中V―――充入气瓶内的常压体积随着充入气瓶内的气体增加，气瓶内气体压力增加。由于充瓶过程简化为等温过程，则气瓶内瞬时压力为：式中ξ―――压缩因子空气在低压状态下可按理想气体处理，压缩因子ξ为1.在高压状态下，空气的压缩因子ξ已有较大变化，不能按理想气体处理。用查图手算的方法求取压缩因子ξ难以满足快速、准确的要求。由Soave对RedlichKwong方程修正后提出的RKS状态方程（4）具有迭代简单、应用方便的优点，非常适合于工程计算使用。
RKS状态方程为：写成压缩因子ξ的形式为：RKS方程实际为压缩因子的三次方程，采用牛顿迭代法即可求解出各种压力下的压缩因子设置适当的精度控制，即可方便求解ξ。
拟合出空压机本身的排量―排压曲线，得出空压机排量随压力变化的关系，给出一个很小的时间增量，根据式（3）求出气量的增加量，由RKS方程迭代求出压缩因子，再用式（4）求出压力，由式（2）求出排量，如此反复计算，即可模拟空压机的实际充瓶过程。计算框图如图1.
3试验结果与分析对于某型空压机，对两台机组先采用喷嘴法测定的空压机在不同压力下的排量如表1.再根据舰船实际使用的特点，将空压机的出口与气瓶直接相连，进行了几组充瓶试验，按式（1）算出充瓶排量试验值与模型计算值的对比 ，气瓶温度为气瓶上、中、下三点温度的平均值。
机组1、机组2空压机排压―排量试验数据机组1排量（m机组2排量（m通过*小二乘法拟合出排量―压力方程，拟合结果如图2、3所示，图中圆点为试验值。
机组1的排量―排压方程为：相关系数为0.997338机组2的排量―排压方程为：相关系数为0.972627用模型拟合标准状态气体，在不同压力下充瓶至2 0MPa的实际充瓶过程。当气瓶容积为423L时，机组1和机组2的模拟计算结果与按式（1）计算的试验值的对比。
充瓶排量计算值与试验值的比较充瓶过程机组1充瓶排量（L min）机组2充瓶排量（L min）充瓶时间（min）气瓶温度（℃）试验值计算值充瓶时间（min）气瓶温度（℃）试验值计算值注：机组1试验时的吸气温度14℃，机组2试验时的吸气温度15℃从试验数据和计算结果可看出，试验样机0～20MPa的充瓶排量为18L min左右，而喷嘴法测得的机组在20MPa的排量换算到排气状态仅为15.9L min ，这说明机组的充瓶排量大于机组的额定排量。从表2可看出，模型计算值与试验值基本一致，这说明计算模型能很好地模拟舰船空压机的实际充瓶过程。但随着充瓶压差减小，计算值与试验值的误差增大，从0～20MPa的1.1增大到15～20MPa的7.9.这主要因为试验中压差较小时，充瓶时间短，气瓶内气体传热不充分，带来了较大温度测量误差。
对于试验样机，根据机组排量―排压方程，由模型计算出机组将气瓶从0充至一定压力时的充瓶排量。理论计算值与机组实际充瓶值的对比结果如图4所示，图中圆圈为机组的实际值，取自文献 ，黑线为理论计算曲线，可看出模型计算曲线很好地反映了机组的充瓶性能。
4结论（1）空压机的额定排量与充瓶排量间存在着较大差别，充瓶排量大于额定排量，在舰船空压机设计和使用时必须考虑到这一点（2）根据舰船空压机充瓶过程的特点，考虑到高压时空气的压缩因子的影响后提出的计算模型可准确地模拟舰船空压机的充瓶过程，计算出舰船空压机的充瓶排量。
1李奇。船用空压机的排气量测定。流体工程，2李奇。船用空气压缩机的充瓶特性研究。流体3刘荣等。潜艇辅助机械。海军工程学院出版社究设计工作，发表论文多篇。通讯地址：200031上海市衡山路10号704所二室。
