过控专业指导书(刘天霞)

过控专业指导书(刘天霞) 过控专业指导书(刘天霞) 过程装备与控制工程专业实验指导书 过 程 装 备 与 控 制 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 刘天霞 北方民族大学化学与化学工程学院 二00八年十一月 1 书 过程装备与控制工程专业实验指导书 目 录 1实验的目的及学生实验手册?????????????3 2 实验项目 实验一 内压薄壁容器的应力测定实验?????????????4 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 外压薄壁圆筒形容器失稳实验 ????????????10 厚壁圆筒爆破实验?????????????????13 离心泵综合性能测定试验??????????????18 压缩机性能测定实验??????????????29 多功能柔性转子实 验?????????? ??????35 超声波探伤实验????????????? ?? ? ?37 2 过程装备与控制工程专业实验指导书 1 实验的目的及学生实验手册 一、试验目的与要求 《过程设备设计》、《过程流体机械》课程所属的实验是过 程 装 备 与 控 制 工 程 专 业的重要教学环节之一，它的目的是: 1( 巩固，加深理解所学的理论知识; 2( 培养学生掌握一些最基本的专业实验方法和测量技术，培养和提高观察现象，分析数据 和整理试验结果的能力; 3( 锻炼和培养成学生“三严”的科学作风即严肃的态度，严格的要求，严密的方法。 为此，要求学生做到: 1( 试验前做好充分准备，根据实验指导书认真做好预习;明确每次试验的目的与要求;考 虑好实验所需的设备、仪器、工具及其它物品的名称、规格、数量、弄清楚试验的步骤以及由试验所需要的数据。 2( 在实验过程中，必须严格按“操作规程”进行，要求发挥主观能动性，充分利用有限的 时间，精心操作，周密观察，发现问题，深入细致的考虑问题。 3( 试验完备后，认真整理所得的数据，结合实际情况加以分析，写出实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 并提出自己 的看法和见解。 二、学生实验手册 1( 试验前，预习实验指导书，经教师提问检查合格后，方可进行试验; 2( 实验时，必须使用指定的仪器、设备和工具，不得随便动用本试验无关的其它东西; 3( 实验时，必须先熟悉机器、设备和操作规程，开动机器及设备，应先经指导教师检查同 意，不懂、不会时严禁操作; 4( 发生不正常的现象或事故，必须立即切断电源(指电器设备)，保护现场，报告老师; 5( 试验完备后，整理各仪器设备，清洁场地。 3 过程装备与控制工程专业实验指导书 2 实验项目 实验一 内压薄壁容器的应力测定实验 一、实验目的: 1(了解薄壁容器在内压作用下，筒体的应力分布情况;验证薄壁容器筒体应力计算的理论 公式。 2(熟悉和掌握电阻应变片粘贴技术的方法和步骤。 3(掌握用应变数据采集测量仪器测量应变的原理和操作方法。 二、实验原理 1(理论计算 根据薄壁壳体的无力矩理论可以求得受内压的薄壁容器筒体部分的应力值: 经向应力(轴向应力) ??? 环向应力(周向应力) p(Di?t) 4t ??? 式中:p—容器所受内压力(MPa) p(Di?t) 2t Di,容器内直径(mm) t,容器壁厚(mm) ??,经向应力 ??,环向应力 2(实验测定: (1)应力测定的基本原理: 薄壁容器受内压后，器壁各点均处于两向受力状态，当其变形在弹性范围以内，容器壁各点的应力应变符合虎克定律，即: ?x??t?E(?x???t) 21??E(?t???x) 1??2 4 过程装备与控制工程专业实验指导书 故只要测得容器壁的径向应变和环向应变，即可根据虎克定律求得?x和?t。 (2)用电阻应力仪测量应变的原理: 电阻应变测量法是测定压力容器筒壁应 变的常用方法之一。其测量装置由三部分组 成:即电阻应变片，连接导线和电阻应变仪。 常用的电阻应变片是很细的金属电阻丝粘于 绝缘的薄纸上而成。见图一所示，将此电阻片 用特殊的胶合剂贴在容器壁欲测之部位。当容 器受内压作用发生变形时，电阻丝随之而变 形。电阻丝长度及截面的改变引起其电阻值的相应改变，则可以用电阻应变仪测出电阻的改变，再换算成应变，直接由应变仪上读出。 电阻丝的应变与电阻的改变有如下的关系: 图1 应变片结构简图 ?R?l?K Rl 式中: ?R—电阻丝单位电阻改变 R?l —电阻丝单位长度改变(如电阻片与器壁完全一起变形，即无器壁之应变。) l K—灵敏系数，与电阻丝的物理性质有关，对于一定的电阻片而言，K为常数。 由于电阻丝的电阻R和K值对于一定的电阻片为一已知值，故只要测得ΔR(电阻丝电阻改变)就可以求出?值。电阻应变仪是采用电桥测量原理测出ΔR并换成??(即为)的变形量。 简单的电桥测量原理见图2. 图中:RM?测量电阻 6 RK?补偿电阻 R1?桥臂电阻 RZ,保护电阻 R?可调桥臂电阻 当电桥平衡(即检流计中无电流通过)时: 图2 电桥测量原理图 RRMRK? 或 RM?KK R1RR1 当RM有?RM变动时(如电阻应变片电阻丝由于变形而发生阻值的改变)，可调电阻 R5 过程装备与控制工程专业实验指导书 改变?R后使电桥重新达到平衡。把?R换算成??，就可以直接在应变仪上读出。 补偿电阻RK用以消除因温度影响而产生的测量误差，它与测量电阻RM阻值相同并在同一温度条件下，但不承受载荷，故对RM受温度影响有补偿作用。 三、实验装置 四、实验步骤: 1(了解试验装置(包括管路、阀门、容器、压力自控泵等在实验装置中的功能和操作方法) 及电阻片粘贴位置，测量电气线路，转换旋钮等。 2(电阻片的粘贴步骤和方法: (1)根据选择的测点位置，用砂纸打光;再按筒体的经线和纬线方向用划针或铅笔划出 图3 试验容器A和容器B 试验容器的筒体用DN325，壁厚为8mm的无缝管制造，具体尺寸如图3所示: 6 过程装备与控制工程专业实验指导书 测点的位置及方向;以后再用棉球、丙酮等除去污垢。 (2)测量电阻应变片的电阻值，记录电阻片的灵敏系数，以便将应变仪灵敏系数点放在 相应的位置上(实验室已准备好)。 (3)将“502”胶液均匀分布在电阻片的背面(注意:胶液均均匀涂在电阻片反面，不可 太多，引出线须向上)。随即将电阻片粘贴在欲测部位，并用滤纸垫上，施加接触压力，挤出贴合面多余胶水及气泡(注意:电阻丝方向应与测量方向一致，用手指按紧一至两分钟)。 (4)在电阻片引出线下垫接线端子(用胶液粘贴)，用于电阻应变片的引出线和测量导线 的焊接连接(测量导线和仪器的连接以及补偿片的粘贴已由实验室准备好)。 (5)电阻片的粘贴步骤和方法可由指导教师讲清要点和示范粘贴后再进行，所有粘贴的 电阻片和焊接接线经指导教师检查合格后，再进入应变测量仪器测量的调节步骤。 3(了解YJ—31型静态电阻应变仪和P20R,25型预调平衡箱的使用方法。 图四 YJ—31型静态电阻应变仪正面图 图五 P20R,25型预调平衡箱正面图 YJ—31型静态电阻应变仪和P20R,25型预调平衡箱如图4和图5所示，使用方法如下: (1)半桥测量时将D1DD2点用连接片连接起来并旋紧(已连接好)，开关置于“本机”状态。 将标准电阻分别与A、B、C接线柱相连，A与C接线颜色相同。 (2)按下“基零”键，仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 显示“000”或“-000”(表示内部已调好)。 (3)按下“测量”键，显示测量值，调节面板“调零” 旋钮，将测量值调到“0000”或“-0000”。 (4)按下“标定”键，显示—10000附近值(内部已调好，灵敏系数按工作应变片的标准 已由实验室调好)。 (5) “本机、切换”开关置于“切换”状态，进行10点测量不用P20R,25型预调平 衡箱时，将测量导线接在主机工作片接点上，升压前，将主机按钮切换开关分别置于“1,10”档，调节主机相应电阻平衡调零电位器，使应变仪显示为“+0000”。 (6) 进行多点测量时将被测量的的应变片分别与对应点的A、B、C接线柱相连， 而主机 7 过程装备与控制工程专业实验指导书 的A、B、C接线柱上的标准电阻去掉。被测量的的应变片与仪器连接方式，与接在主机工作片上的接点连接方式相同， 如图六所示。 (7) 将P20R,25型静态电阻应变仪的 “选择开关”置于“转换”档。 (8) 将“测量基零”开关置于“测量”档， 将P20R,25型预调平衡箱切换开关分 别置于“1,20”档，调节相应电阻平衡 调零电位器，使应变仪显示为“+0000”. (9)反复步骤(8)，在零压力的情况下，使各工作片接点的电桥平衡。 (10)加载用自控泵对容器加压，并通过放水泄漏阀对容器降压，分别在1.0、1.5、2.0、2.5、 3.0、2.5、2.0、1.5、1.0(MPa)停留，记下各测点(即贴片点)的应变值(??)。 五、注意事项: 1( 对仪器、工具、药品等要注意爱惜，节约使用滤纸、棉球、丙酮、胶水、电阻片等消 耗品;实验结束后，药品、工具等要加以整理和清洁。 2( 应变仪属于精密电子仪器，故在转动开关及调节盘宜时要轻巧缓慢，禁止在尚未熟悉 使用仪器前任意拨动开关。 3( 实验准备及仪器调试完备，经指导老师检查后方可升压进行测量;测量过程中应避免 设备、导线移动，以免引起接触电阻的改变。 4( 容器加、减压应缓慢进行，待压力稳定后再进行测量。 5( 各组实验结果最后须经指导老师检查并认可，整理好仪器设备，打扫现场方可离开实 验现场。 六、实验报告: 1( 列表记载各项数据(附表记载内压薄壁容器应变值测定结果)。 2( 根据测定结果计算出各点压力时筒体的经向及环向应力。 3( 比较实验测得的应力值与理论值之间的偏差并分析和讨论。 七、分析讨论题 1(应变片由哪几部分构成, 2(电阻应变测量的原理是什么, 3.为什么要用补偿片, 4.粘贴应变片的过程中需要注意哪些, 5.加载和卸载过程中，同一压力下，同一点的应变是否相同，分析其原因。 8 图六 电阻应变片与仪器连接图 过程装备与控制工程专业实验指导书 附表: 内压薄壁容器应变测定实验结果 班级 实验小组 应变片电阻值 灵敏系数 仪器号 9 过程装备与控制工程专业实验指导书 实验二 外压薄壁圆筒形容器失稳实验 一、试验目的: 1. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。 2. 测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。 二、试验原理: 圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象，容器失去稳定性时的外压力，成为容器的临界压力，用pcr 表示。圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数n可能是1，2，3，4，??等任意整数,如图一所示。 图一 圆筒形容器失去稳定后的形状 容器承受临界值的外压力而失去稳定性，决非是由于容器壳体本身不圆的缘故，即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆(具有椭圆度)容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。 根据外压容器筒体的长短，可分为长圆筒，短圆筒和刚性圆筒三种，刚性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。但长圆筒，短圆筒必须进行稳定性计算，它们的临界压力pcr值大小主要与厚壁(t)，外直径(D0)，长度(L)有关。亦受材料弹性模数(E)，泊桑比(?)影响。所谓长圆筒，短圆筒之分，并不是指它们的绝对长度，而是与直径壁厚有关的相对长度。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度Lcr表示。如容器长度L>Lcr为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度Lcr由下式确定: Lcr?1.17D0D0 长圆筒:长圆筒失稳时的波数n=2，临界压力pcr仅与tD0有关，而与LD0无关。p cr值 10 过程装备与控制工程专业实验指导书 可由下式计算: pcr? 2Et3 () 1??2D 短圆壁:短圆筒失去稳定性时，波数n>2,如为3，4，5??，其波数n可近似为: n? 7.06 2 (D)(tD) 临界压力可由下式计算: pcr? 2.59Et2LD0D0t 对于外压容器临界压力的计算，有时为计算简便起见，可借助于一些现成的计算图来进行。 1-横梁 2-压紧螺母 3-密封螺母 4-压紧法兰 5-垫片 6-外压圆筒 7-心轴 8-圆筒底垫块 9-透明容器 10-工作 四、实验步骤及注意事项: 台 1. 测量试件的有关参数:壁厚(t)，直径(D0)，长度(L)。用千分卡测壁厚，用游标卡尺 11 过程装备与控制工程专业实验指导书 测内直径(便于精确测量)和长度，外直径D0由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次，计算时取平均值。 2. 按图二所示安装实验设备，先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处;将外压圆筒试件6置于平板顶盖上，试件与平顶盖间用垫片5密封(试件折边上下各放一垫片);用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。 3. 将圆筒底垫块8 (一大一小) 置于外压圆筒底部，把用心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上，通过两个压紧螺母2上紧 (用手旋紧既可);以此抵消试件承受的轴向载荷。 4. 用手摇泵缓慢升压至试件破坏为止(试件破坏时有轻微的响声)，记下容器的失稳压力(即有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力pcr)。失稳后不可再升压。 5. 打开手摇泵的开关卸压，待压力为零后取出试件，观察失稳后试件的形状并记下波纹数。 6. 关上手摇泵的开关，清理好实验备件和工具。 五、实验报告: 1. 列出测量所得的试件几何尺寸数据。 2. 验算波纹数n。 3. 计算容器的临界压力并与实测值进行比较。 4. 讨论、分析试验结果，分析误差原因。 六、 讨论分析题 1列出测量所测试件几何尺寸数据，实测波纹数。 2圆筒形容器在周向外压作用下，为什么会可能失去原有形状。 3圆筒形容器失稳后的形状与哪些因素有关, 4圆筒形容器失稳后的压力与哪些因素有关, 5外压圆筒的底部为什么要放一块垫板, 12 过程装备与控制工程专业实验指导书 实验三 厚壁圆筒爆破实验 一、试验目的 1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值; 2.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式; 3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。 二、试验原理 1( 屈服压力值的理论计算: (1) 屈服压力 ps??sK2?1 K2 (2) 全始屈服压力(材料为理想弹塑性) pso?2 ?slnK 2( 爆破压力值的理论计算: 承受内压的高压筒体，其爆破压力计算方法有如下几种: (1) Faupel公式: pb?2 ?s(2??s)lnK ?b (2) 中径公式: pb?2?b (3) 最大主应力理论 K?1 K?1 K2?1pb?(2)?b K?1 (4) 最大线应变理论 K2?1pb?()?b 1.3K2?0.4 13 过程装备与控制工程专业实验指导书 (5) 最大剪应力理论 K2?1pb?()?b 22K (6) 最大变形能理论 pb?( K2?1K2)?b 以上式中符号意义详见现教材“过程设备设计” 教材和王志文主编的“化工容器设计”以及余国宗主编的“化工容器及设备”。 3(爆破试验原理过程: 塑性材料制造的压力容器的爆破过程如图一所 示，在弹性变形阶段(OA线段)，器壁应力较小，产 生弹性变形，内压与容积变化量成正比，随着压力的 增大，应力和变形不断增加;到A点时容器内表面开 始屈服，与A点对应的压力为初始屈服压力ps;在 弹塑性变形阶段(AC线段)，随着内压的继续提高， 材料从内壁向外壁屈服，此时，一方面因塑性变形而图1 压力与流量变化的关系 使材料强化导致承压能力提高，另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作用大于厚度减小作用，到C点时两种作用已接近，C点对应的压力是容器所能承受的最大压力，称为塑性垮塌压力;在爆破阶段(CD线段)，容积突然急剧增大，使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小，压力降落到D点，容器爆炸，D点所对应的压力为爆破压力pb。 三、实验装置与工作原理 1(实验装置 本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转，通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块，活塞柱通过滑快与导向杆相连(导向杆在导向套内)做往复运动，当缸内处于低压状态时吸入介质油，活塞杆压缩时，泵内高压流体经过止回阀向爆破试件中输送，使爆破试件中内压不断升高。 2( 工作原理 本系统的压力增升原理图2所示，活塞杆9在缸内作往复运动， 介质油通过进口单向阀 14 过程装备与控制工程专业实验指导书 5吸入缸内，活塞柱向缸内推进时，进口单向阀5关闭，介质油通过出口单向阀6流进爆破试件中。压力表4下面装有单向阀7，目的是为了在试件瞬间爆破时保护压力表(试件爆破后压力表数值仍旧保持)压力信号由压力传感器12通过接口13传送至计算机。 图2 工作原理流程图 1 油槽;2 导油杯;3 被检件;4 压力表5 进口阀;6 出口阀;图1 工作原理图 1-油槽 2-导油杯 3-爆破试件 4-压力表 5-进口阀 6-7 压力表保护阀;8 油缸;9 活塞;10 试件卸压阀;11 出口阀压力表 7-压力表保护阀 8-油缸 9-活塞 10-试件卸压阀 11-表卸压阀 12-压力传感器 13-传感器微机接头 卸压阀;12 压力传感器;13 传感器微机接头 四、试验操作步骤及注意事项: 1(了解试验装置的结构(包括高压爆破教学试验台操作方法、压力传感器、 数据采集卡、 转换器等计算机硬件接口以及ADCRAS测试软件的位置和功能)。 2( 测量尺寸:在爆破试件的上、中、下不同圆周方向上，测量外径三次;内径为已知值 (试件材料为20号无缝钢管加工而成，根据不同的理论公式计算可得到不同的理论爆破值。) 3(操作步骤: (1) 关闭卸荷阀10与11(即面板上左右支阀)，观察仪器面板上的油标，看油缸中 是否有足够的介质油，若油缸中油不足，可从导油杯2中直接加油(一般机油 即可)。 (2) 启动电机前，须对试验机的十字头滑块、活塞杆等运动磨损件加油润滑;开机 后待爆破试件接口3处有油溢出，再关闭电机。 (3) 将测量好欲爆破的厚壁圆筒试件预先灌满油(必须排除里面的空气)，在出口上 贴上一层薄纸( 防倒转后漏油)，倒转后快速旋到爆破试件接口上，用管子钳 15 过程装备与控制工程专业实验指导书 上紧，罩好保护罩。 (4) 打开计算机，点击桌面“CRAS V5.1”进入随机信号与振动分析系统;再点 击“数据采集及处理ADCRAS”，进入“CRAS”界面。 (5) 点击“作业”在文件名编辑栏输入要创建的新文件名，见图3，然后点击“打 开” (6) 点击“参数设置”，弹出“参数设置”对话框，选项“采样频率”选择1280;“工 程单位”选择MPa;再选择“校正因子”，见图4。 图4 设置各参数的界面 图3 创建的新文件名的界面 (7) 确定上述选项后进入“趋势图”菜单，在它下面有“时间设置”、“趋势采集”、 “趋势显示”和“设置截距”四个子菜单。在“设置时间”对话框有“请输入总时间”，单位是秒，输入估计此次实验所用总时间;“间隔记录时间(?200ms) ， 16 过程装备与控制工程专业实验指导书 单位是毫秒，选200的倍数，一般输入“200”;在“设置截距”中的每个通道 对应的零工程单位对应的毫伏数为“1000”，对应通道数为“1”，如图五。 图五 趋势图菜单设置各参数的界面 (8) 确认完上述参数后，点击“趋势采集”子菜单，此时打开实验机的泵电源，微 机将跟踪爆破试件整个实验过程的压力变化直至爆破。 (9) 试件爆破后关闭电源，将计算机中本次实验创建的新文件名存盘，打印出整个 实验过程曲线和有关记录;将爆破后的厚壁圆筒试件拆下。 五、实验报告: 1(讨论分析试件破坏的情况 2(将实测的爆破压力和各种理论公式的计算结果进行比较，并进行 分析讨 六、分析讨论题 1( 简述厚壁圆筒的爆破变形过程。 2( 对试件爆破断口进行分析，并计论爆破口为什么会鼓起,爆破口 的方向和位置如何, 3( 加载过程可能加载上不去，原因有哪能些, 4( 试件尺寸，实验爆破压力值。 5. 韧性断裂与脆性断裂的特征。 17 过程装备与控制工程专业实验指导书 实验四 离心泵综合性能测定试验 综合试验台结构示意图: 该实验台可用作下列教学试验; 1( 离心泵特性曲线测定试验; 2( 离心泵并、串联试验; 3( 离心泵气蚀现象演示试验。 一、离心泵特性曲线测定试验 1( 试验目的 18 过程装备与控制工程专业实验指导书 了解和掌握离心泵特性曲线(H,Q曲线，N,Q曲线，和?,Q曲线) 的测定方法。并直观地观察离心泵实际运行过程，分析泵的工作情况。 2( 试验装置 泵的特性曲线测定试验涉及到的装置为实验台中泵I及相应管道系统。 3( 试验原理和方法 利用泵I相应阀门的开、闭和调节，形成泵I的单泵工作回路，在泵I出阀门11的一定开度下，测量一组相应的压力表12、真空压力表9和孔板流量计7的压差计的读数(或利用计量水箱和秒表来测量相应的流量)，由此测得某一工况下泵的扬程H和流量Q;并利用表15读出电机输入功率Nm，由此可得出泵的相应轴功率N。在多个工况(阀门11的不同开度)下可分别测得每个工况的流量Q、扬程H和轴功率N等数据，从而可经计算并绘制出泵的Q,H、Q,N、和Q,η等特性曲线。 1) 扬程H的测试和计算: H?M?V?Z?2?2??12 2g m 式中:M,以水柱高度表示的压力表读数p2 ? p1，[m] V,以水柱高度表示的真空表读数?，[m] Z,压力表距真空压力表接出点之间的高度，[m] p1—真空压力表读数[MPa] ， p2—压力表读数[MPa] v1,泵的进口流速，v2,泵的出口流速 一般，进口和出口的管径相同，所以 2?2??122g?0 由此: H?M?V?Z m 2)流量Q的测 试和计算 i)利用孔板流量计测量 3 Q?CDKh [ M/S ] 式中: h,U型管压差计压差读数 [ m ]; 19 过程装备与控制工程专业实验指导书 K??d22 41.2g [ m2.5/s ] d1?(2)d1 CD,流量系数; d2,孔板的孔径 ，m; d1,管道管径，m。 本实验中孔板的孔径0.035m，管道的管径0.042m。 流量系数CD需要经过试验来标定。CD值与直径比d2/d1有关，并与雷诺数有关。 由试验知，当流过孔口的雷诺数Re大于3000以后，CD值既不随d2/d1而变，CD取其值等于0.61。在这种情况下: Q?0.61?Kh [ m3/s ] ii)利用计量水箱实测流量 在工况的流量稳定时，利用计量水箱测定一定时间t间隔内泵出流的容积W，即可算出泵的体积流量Q? W3 [ m/s ] t3)泵的轴功率N和泵效率?的测试和计算。 离心泵I在运行时的轴功率N的测定，是通过电功率表测定泵的驱动电机的输入电功率Nm，再将此Nm乘以电机效率?m，即得出泵的轴功率N; N??m?Nm [ Kw ] 而泵在一定的工况下的下率?: ?? 式中，?,流体密度，[ Kg/m] g—重力加速度 3?gQH1000N Q,泵的体积流量 [ m3/s ] H,泵的扬程 [ m ] N,轴功率 [ Kw ] 4(实验步骤 1) 试验前准备 i)记录下试验台的参数，(本试验台的CD可取0.61) ii)将水箱充满水 iii)关闭阀门3，10，14，打开阀门4，11，16 20 过程装备与控制工程专业实验指导书 2) 进行试验 1)开动泵I，使泵I系统运转，此时关闭阀门11，为空载状态，测读压力表12读数p2， 真空压力表9读数p1。 2)略开阀门11，水泵开始出水，再测读p2、p2、孔板流量计压差值h(或利用计量水箱和秒表测出在此工况下的流量Q)和电表读数Nm 。 3)逐次调节阀门11，增加出水开度，重复上述步骤测读各相应工况的p1、p2、h和Nm。 试验数据可记录在如下的表格中。 Z= (m) 流量计系数K, m 5(试验数据处理 根据上表的试验记录和计算的数据，即可在坐标系中点出各工况的试 验点，最后可光滑 2.5 4)结束试验 /s CD, 地绘制出试验泵的H,Q曲线，N,Q曲线，和?,Q等特性曲线(可在一个图上绘出)。 21 过程装备与控制工程专业实验指导书 图2 泵特性曲线图 二、离心泵并、串联试验 1( 试验目的 1) 增进对离心泵并、串联运行工况及其特点的感性认识。 2) 绘制泵并、串联工作的并、串联总特性曲线。 2( 试验装置 利用离心泵综合试验台的全部设备。 3( 实验原理和方法 图3 泵的并联工作 1) 泵的并联工作 当用单泵不能满足工作需要的流量时，可采用两台泵(或两台以上)的并联工作方式， 如图3所示。离心泵?和泵?并联后，在同一扬程(压头)下，其流量Q并是这两台泵的 22 过程装备与控制工程专业实验指导书 流量之和，Q并,QI?QII。并联后的系统特性曲线，就是在各相同扬程下，将两台泵特性曲线(Q?H)I和(Q?H)II上的对应的流量相加，得到并联后的各相应合成流量Q并 最后绘出(Q?H)并曲线。如图4所示。图中两根虚线为两台泵各自的特性曲线(Q?H)I和(Q?H)II;实线为并联后的总特性曲线(Q?H)并，根据以上所述，在(Q?H)并曲线上任一点M，其相应流量QM是对应具有相同扬程的两台泵相应流量QA和QB之和，即QM?QA?QB。 上面所述的是两台性能不同的泵的并联。在工程实际中，普遍遇到的情况是用同型号、同性能泵的并联，如图5所示。(Q?H)I和(Q?H)II特性曲线相同，在图上彼此重合，并联后的总特性曲线为(Q?H)并。本试验台就是两台相同性能的泵的并联。 进行教学试验时，可以分别测绘出单台泵I和泵?工作时的特性曲线(Q?H)I和(Q?H)II,把它们合成为两台泵并联的总性能曲线(Q?H)并。再将两台泵并联运行，测出并联工况下的某些实际工作点与总性能曲线上相应点相比教。 2) 泵的串联工作 当单台泵工作不能提供所需要的压头(扬程)时，可用两台泵(或两台以上)的串联方式工作。离心泵串联后，通过每台泵的流量Q是相同的，而合成压头是两台泵的压头之和。 串联后的系统总特性曲线，是在同一流量下把两台单泵对应扬程叠加起来，就可以得出泵串联的相应合成压头，从而可绘制出串联系统的总特性曲线(Q?H)串，如图6所示。串联特 性曲线(Q?H)串上的任一点M的压头HM，为对应于相同流量QM的两台单泵I和II的压 23 过程装备与控制工程专业实验指导书 头HA和HB之和，即HM?HA?HB。 试验时，可以分别测绘出单台泵泵I和泵II的特性曲线(Q?H)I和(Q?H)II，并将它们合成为两台泵串联的总性能曲线(Q?H)串，再将两台泵串联运行，测出串联工况下的某些实际工作点与总性能曲线的相应点相比教。 4(实验步骤 1) 两台泵的并联试验 i)单台泵I特性曲线(Q?H)I的测试。(从略，可参看离心泵特性曲线测定试验的步骤) ii)单台泵II特性曲线(Q?H)II的测试。(从略，可参看离心泵特性曲线测定试验的步 骤) iii)两台泵并联工况下某些工作点的测定 ? 开启阀门3，4，11，14，关闭阀门10 ? 接通电源，启动泵I和泵II。 ? 调节阀门11和14，使压力表12和13都指示在某一相同地扬程HI?HII?H并， 此时，记下孔板流量计的相应压差值，由此测得一个工况下的Q并和H并 ? 按上述?的方法，再测试出几个不同并联工况下的Q并和H并，即改变H并，测出 相应的Q并。 ? 试验结束，关闭电源。 2) 两台泵的串联试验 i)单泵I和泵II特性曲线(Q?H)I和(Q?H)II的测试。(与上面相同，从略) ii)两台泵串联工况下某些工作点的测定; ? 开启阀门3，关闭阀门10，11，4，14; ? 接通电源，首先启动泵II，待其运行正常后，打开串联阀门10，再启动泵I，待泵 I又运行正常后，最后打开泵II的出口阀门11; ?调节阀门11到一定开度，即调节到某一扬程H串和流量Q串的工况，在此工况下，测 读压力表12和13的扬程值，并测得孔板流量计的压值h，计算出Q串。 ? 按上述?的方法，再测试出几个不同串联工况下的H串和Q串。 5(实验数据记录和处理 24 过程装备与控制工程专业实验指导书 记录表2 将试验中说测得的数据H、Q计入记录表2中，并以Q为横坐标、H为纵坐标，由实验数 据在坐标系中绘出一系列实验点，再将这些点光滑地分别连成单泵I和II的(Q?H)I和 (Q?H)II特性曲线，再分别合成为并联和串联的总特性曲线(Q?H)并和(Q?H)串如图7 所示。最后，再把并联和串联工况下实际测出的一些工作点在合成的 总特性曲线周围标出， 以示比较。 25 过程装备与控制工程专业实验指导书 三、泵的汽蚀现象演示实验 1(实验目的 泵在运行实可能发生的气蚀现象，增加学生对这方面的感性认识。 2(试验装置 利用离心泵综合实验台中的泵II运行系统来运行。 3(实验原理 对于泵的运行来说，在转速和流量为定值时，泵的汽蚀余量是不变的，而利用本实验装 置可以人为地使其汽蚀余量在固定的流量情况下改变。它是采用抽真空的办法来改变装 置的汽蚀余量(泵的蓄水箱可以使其成为密封的水箱，水箱中的水被泵抽出而产生真空，其 真空度可以用阀门21调节回水量来改变)，直到达到汽蚀的临界状态而开始发生汽蚀。 26 过程装备与控制工程专业实验指导书 4(演示实验步骤 1)试验前准备 i)将水箱5注满水直至排气阀18溢出水为止; ii)关闭阀门4，10，11，16;打开阀门14，21; 2)进行演示 i)启动泵II，即打开阀门3; ii)调节阀门14到一定的流量Q; iii)在此流量下将阀门21由开启向关闭方向逐步调节，使水箱内的真空度逐渐增大，同时观察流量计读数?h，真空压力表8读数HS和压力表13读数H(扬程)。继续调节阀门21，直至观察到压力表13的指针发生颤动或急剧下降为止，此时 流量也急剧减小，甚至直到流量为零，即发生了汽蚀。 27 过程装备与控制工程专业实验指导书 实验五 压缩机性能测定实验 一、实验目的与要求 本实验是通过操作与调节，了解压缩机的性能，并绘制压缩机的性能曲线，具体要求如下: 1(改变排气阀的开度，测定7个不同压力比ε下的实际排气量Q0、轴功率Ne、计算出相应压力比下的绝热效率ηad; 2(根据实验及计算数据绘制某一个转速下压缩机的综合性能曲线;Q0—ε; Ne—ε;ηad—ε曲线; 3(对该压缩机的运行工况进行分析和讨论; 4(利用附属装置测出压缩机的示功图(封闭图形)。 二(压缩机性能实验主要设备及技术规格 1(实验装置简图(见图一) 2(压缩机型号及性能参数 1)型号:11ZA-1.5/8 立式一级双缸单动水冷固定使空气压缩机 2) 气缸直径:D=153毫米 3) 活塞行程:S=114毫米 4) 排气量:Q0=1.5立方米,分(额定工况下) 5) 轴功率:Nz<12千瓦(额定工况下) 6) 转速:n=500转,分 7) 额定排气压力:P2=0.8Mpa(表) 3(三相异步电动机 型号:Y160L1-4-T 1) 额定功率 13 kW 2) 转速 1460 r/min 3) 额定电压 V=380V 4) 额定电流 I=26.22A 5) 频率 50Hz 6) 电机效率 η=0.882 7) 功率因数 cosφ=0.88 8) 皮带传动效率 ηC=97, 4(其它辅助装置 1) 控制箱和操作台 2) 储罐:容积V=0.3米3;直径D=600毫米 高度H=1.725米 3)水冷却器 4)低压箱及喷嘴 喷嘴直径d=19.05 mm 5)导管及调节阀 5(主要测量仪器及仪表 1) 干湿温度计 2) 喷嘴流量差压计 3) 压力表 4) 测速齿轮及磁电式传感器 5) 电阻式温度传感器 6) 行程位移传感器 28 过程装备与控制工程专业实验指导书 7) 工控机 图一 空气压缩机性能实验装置简图 1(可控硅整流器 2(电动机 3(吸气阀 4(空压机 5(换热器 6(储气罐 7(排气阀 8(低压箱 9(喷嘴 三(实验方式与步骤 1(方法:本实验用调节压缩机储罐出口调节阀来改变压力比ε大小，以得到不同的排气量、功率、效率; 根据GB3853-83《一般用容积式空气压缩机性能试验方法》标准 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，本压缩机实验中采用喷嘴作为测定流量用节流元件，首先必需按该标准确定喷嘴系数C。 2(步骤 1)启动:a(盘车——用手转动皮带论一周以上;b(将储罐出口调节阀完全打开;c(打开冷却水阀门(阀门开度的大小，以安全指示灯亮为准);d(合上控制箱电闸;e(启动压缩机按钮; 2) 测量: a( 压缩机试验程序，选择“试验”按钮，进入试验画面; b( 输入实验条件; c( 调节储罐出口节流阀，改变排气压力，等气罐上的压力表指针稳定后，记录各项数据。; 3)停车:关闭压缩机;关冷却水阀门;将储罐内压缩空气自然放空;关总电闸;排放冷却水。 清理实验现场。 四(数据整理 1(实测排气量计算 喷嘴法测量排气量计算公式 29 过程装备与控制工程专业实验指导书 Q0?1129?Cd02Tx1P1?P?P0 T1 式中:d0——喷嘴直径，本实验用喷嘴do=0.01905 m; C——喷嘴系数，所用喷嘴系数用线图和喷嘴系数表查出，见图二和表1; Txl——吸气温度，K; p1——吸气压力， pa ; T1——喷嘴前温度，K; P0——实验现场大气压，pa;(lbar=1000mbar=1(02×105pa) Δp——喷嘴前后压差，pa;(1mmH2O=9.087 Pa) 3Q0——排气量，m/min; 2(电机输出功率的计算 Ne?3?U?I?cos???/1000 kW 式中V——电压，U，伏v; I一—电流，I，安A; cosφ——功率因数，cosφ=0.88 η——电机效率，η=0.882 3(轴功率Nz的计算 Nz = Ne ?ηc 式中ηc——皮带效率，ηc=0.97 4(理论绝热功率Nad的计算 Nadk?1??k??k?p2??1 (kw) ???G1R1Tx1??1?60k?1??p1??????? 式中:R1——吸气状态下的气体常数， kJ/kg?K; R1?0.28698 P1?0.378?1s1P1 式中:ps1——吸气温度下的饱和水蒸汽压，pa;(可查《化工原理》) p1一—吸气压力，pa; φ一—相对湿度 Txl——吸气温度，K; p2——排气压力，pa; 30 过程装备与控制工程专业实验指导书 k ——气体绝热指数;空气 k = 1.4 G1——压缩空气的质量流量，kg,min; G1=Q0?ρa + Gs 式中:ρa——吸气状态下的空气密度，kg,m3;(可查《化工原理》) Gs—冷凝水量，kg,min; Gs? 1??? ??Ps1 ??s1P1?Q0 式中:ρs1一—吸气状态下的饱和水蒸汽密度，kg,m3;(可查《化工原理》) Q0——排气量，M3,min; λφ一—凝析系数 ??? PP1??1Ps1 ?2 PP2?Ps21 φl——吸人空气的相对湿度 Ps1一—吸气温度下的饱和水蒸汽压， pa; Ps2一—喷嘴前温度下的饱和水蒸汽压，pa; 5(压缩机效率(绝热轴效率) ?ad? Nad NZ Nad ——理论等熵功率 kw Nz ——轴功率 kw ηad—压缩机等熵轴效率 6(冷却水带走热量 Qr =( tr2-tr1)?QL?λ 式中:Qr——冷却水带走热量, (kJ/s) tr2——冷却水进口温度，( ) 五，实验数据表格 室温 t1 ______ (?) 当地大气压力P1 ______ (毫巴) 相对温度φl _________ , : 1(实验数据纪录表 31 过程装备与控制工程专业实验指导书 32 过程装备与控制工程专业实验指导书 六(讨论题 1(压缩机的排气压力是怎样形成的? 2(喷嘴法测量排气量的基本原理是什么? 3(通过绘制的曲线图，分析该压缩机的最佳操作压力比范围( 4(NZ与Nad之间的差异反映了压缩机的什么损失? 七(实验报告要求 1(根据实验目的与要求，详细填写两个表格并绘制曲线图; 2(解答讨论题; 3(分析图形，找出最佳压力比范围。 34 过程装备与控制工程专业实验指导书 实验六 多功能柔性转子实验 一实验目的 1 观察和了解转子在临界转速时的振动现象，振动幅制值和相应的相位变化情况; 2 利用振型圆和波德图测量转子的临界转速; 3 观察和验证转子结构对临界转速的影响; 4 了解非接触涡流式位移传感器和振动测量分析仪器的使用。 二 实验原理 测定转子临界转速Wn，可通过观察转子升速旋转时的轴心轨迹图或波德图实现。 轴心轨迹图的测试如图2所示，通过将两个涡流传感器分别置于轴某一截面相互垂直的两个方向，把其上的振动信号分别输入信号分析仪的X轴和Y轴，由此测得转子的涡动运动，这种涡动运动的轨迹称为轴心轨迹。波德图是反映转子振幅和相位随转速变化的曲线。 L=233mm, a=80mm b=63mm d转轴=9.5mm m1=800g m2=600g E=2.1?10N/m 112 35 过程装备与控制工程专业实验指导书 a2(L?a2)a11?3EJL b2(L?b)2 a22?3EJL ab(L2?a2?b2)?4a12?a21?bEJLJ? d 64ma??系数法: 111 m1a21 w? m2a12m2a22?? 解得 ?1 ?2 一阶临界转速: nc1? 二阶临界转速: nc2?30w1 ?30?w2 三 实验步骤及注意事项 1(熟悉实验用设备和仪器 2(打开数据采集接口箱的电源，打开计算机。 3(设置实验参数。 4(在每个轴承座钉孔滴入所需润滑油，然后打开实验台调速器电源。微小转动调压器旋钮，转子即会转动。缓慢地转动调压器，逐步升速。 5(振动记录结束后，反向转动调压器平稳降速。直至电压为零，再切断电源。 6(在转子启动的同时，点击“在线监测”。 四 分析讨论题 1(临界转速数值大小与哪些因素有关, 36 过程装备与控制工程专业实验指导书 实验七 超声波探伤实验 一 实验目的 1( 学会使用仪器试块对一般焊缝、钢板进行质量检测; 2( 掌握超声波检测的一些性能测试方法及基本操作技能; 3( 理论联系实际，掌握超声波检测的基本工作原理。 二 实验原理 超声波检测是利用超声波能在物质中传播，并且像光束一样产生反射及折射等性质实现的。 三 实验内容 测定斜探头的入射点、折射角并用在CSK—?A标准试块上实测的数据绘制距离—波幅曲线。对钢板上的 对接焊缝进行检测，按JB4730—94 标准进行评定。用直探头对锻件进行纵波检测。 四 实验仪器、探头、标准试块 1(A型脉冲反射式超声波探伤仪一台，直探头及斜探头若干个。 2(纵波检测试块(标准):CS1和CS2。 3(横波检测的标准试块:CSK—IA ，CSK—?A ，CSK—IIIA ，耦合剂若干量。 五 实验注意事项 1(计算折射角时，测量探头前沿到试块前边沿的距离作3次，取平均值。 2(按距离—dB曲线法绘制距离—波幅曲线。 3(制作距离—波幅曲线以后，在探头和仪器旋钮未作变动的情况下，对焊缝进行探伤并按JB4730—94标准进行评定。 六 分析讨论题 1(超声波检测的原理。 2(超声波检测的一般工艺操作。 3(距离—波幅曲线的绘制。 37