過程裝備設計課程實驗指導

實驗一離心泵恒轉速性能測定實驗一、 實驗目的1.測定離心泵在恒定轉速下的性能，繪制出該泵在恒定轉速下的揚程一流量（H-Q）曲線；軸功率一流量（N-Q）曲線及泵效率一流量（n-Q）曲線；熟悉離心泵的操作方法，了解流量儀表、測功裝置的原理及操作使用方法，進一步鞏固離心泵的有關知識。二、 實驗裝置過程設備與控制多功能綜合試驗臺三、 基本原理揚程H的測定根據(jù)柏努利方程，泵的揚程H可由下式計算：(1-1)p-p. u2-u2(1-1)H=cb+Az+cbpg 2g式中：H 泵的揚程，m水柱；pb——真空表讀數(shù)（為負值），Pa；p 壓力表讀數(shù)，Pa；七——真空表測量點接頭處管內水流速度，m/s；匕=10-3xQ/Ab Ab=n/4Xd;七——壓力表測量點接頭處管內水流速度，m/s；m2u=10-3xQ/A^c A=n/4Xdm2Az 壓力表與真空表測量點之間的垂直距離，m；p——水的密度，p=1000kg/m3；g 重力加速度，9.81m/s2。在本實驗裝置中，Az=0、真空表測量點接頭處管內徑d=32mm、壓力表測量點接頭處管內徑d=25mm功率測定

(1)軸功率N(電動機傳到泵軸上的功率)vM-nN9554(1)軸功率N(電動機傳到泵軸上的功率)vM-nN9554kW(1-2)式中：M——轉矩，N.m;n ^泵轉速，r.p.nio(2)有效功率N(單位時間內離心泵所做的有用功)6 N廣端 kW(1-3)式中：Q 流量，m3/s。3.效率n(1-4)四、實驗步驟關閉熱流體進出口閥門，打開換熱器殼程的進出口閥門；打開自來水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；啟動水泵(11-9)，向右轉動“11-6”水泵運行選擇開關為直接啟動運轉方式;啟動組態(tài)王程序，進入“實驗一”畫面后，清空數(shù)據(jù)庫；調節(jié)冷水泵出口流量調節(jié)閥，改變流量Q，使冷水流量從0到2.36L/s,每間隔0.3L/s單擊“記錄”按鈕，記錄一次數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)記錄和整理記錄真空表和壓力表讀數(shù)Pb、pco將測量和計算出的結果填入數(shù)據(jù)表1-1和表1-2中。表1-1實驗測量結果數(shù)\流量Q(L/s)真空表讀數(shù)Pb(MPa)壓力表讀數(shù)Pc(MPa)轉矩M(N?m)轉速n(r.p.m)1234567表1-2實驗計算結果^\目數(shù)、流量Q(L/s)揚程H(m)軸功率N(kW)有效功率七(kW效率n(%)234567六、要求寫出實驗報告。繪制H-Q,N-Q,n-Q曲線，并進行分析。回答思考題。思考題泵的性能曲線有何作用？離心泵啟動前為什么要引水灌泵？答：是為了除去泵內的空氣，使泵能夠把水抽上來。啟動泵前，為什么要先關閉出口閥，待啟動后再逐漸開大？而停泵時也要先關閉出口閥。答：因為N隨Q的增大而增大，當Q=0時，N最小，因此，啟動離心泵時，應關閉出口閥，使電動機的啟動電流減至最小，以保護電機。啟動后再逐漸開大，使為了防止管部收到太大的沖擊。而停泵時也要先關閉出口閥，是為了防止水倒流。離心泵的特性曲線是否與連結的管路系統(tǒng)有關？答：特性曲線與管路無關，因為測量點在電機兩端，管路的大小、長短與流量無關，只是與流速有關。離心泵流量愈大，則泵入口處的真空度愈大，為什么？答：流量越大，泵的有效功率就越大，由公式：He=hU2-U2+ +P^P+￡hHe+g=h+UlMt+%+￡h02gPg f可得：Pg 0 2gPg fu2-u2,P+22gPg增大，Pg也增大離心泵的流量可由泵出口閥調節(jié)，為什么？答：因為當閥小時，管阻大，電機的有效功率低，流量低。同理，當閥開大時，管阻小，電機的有效功率高，流量高。

實驗二換熱器殼體應力測定實驗一、實驗目的掌握電阻應變片測定應力的原理和方法，熟悉有關應力測定儀器;測定在殼程壓力作用下?lián)Q熱器殼體上的應力；測定在壓力和溫度載荷聯(lián)合作用下?lián)Q熱器殼體上的應力。二、實驗裝置過程設備與控制多功能實驗臺靜態(tài)電阻應變儀YJ-33三、基本原理應力測定中通常用電阻應變儀來測定各點的應變值，然后根據(jù)廣義胡克定律換算成相應的應力值。換熱器殼體可認為是處于二向應力狀態(tài)，因此，在彈性范圍內廣義胡克定律表示如下：E周向應力：氣=Y~^~（￡0+V8） （2-1）E軸向應力：b=廠廠（8+V%） （2-2）式中E和v分別為設備材料的彈性模量和泊桑比；％和氣分別為周向應變和軸向應變。電阻應變儀的基本原理就是將應變片電阻的微小變化，用電橋轉換成為電壓電流的變化。在正常操作條件下，換熱器殼體中的應力是流體壓力載荷（殼程壓力?、管程壓力七）、溫度載荷及重力與支座反力所引起的。由于換熱器的軸向彎曲剛度大，重力與支座反力在殼體上產生的彎曲應力相對較小，可以忽略。因溫度載荷只引起軸向應力，當壓力載荷和溫度載荷聯(lián)合作用時有:(2-3)(2-4)b(2-3)(2-4)b=bp+bt式中bS——壓力載荷在換熱器殼體中引起的環(huán)向應力，MPa；0壓力載荷在換熱器殼體中引起的軸向應力，MPa；

溫度載荷在換熱器殼體中引起的軸向應力，MPa。

溫度載荷或溫差大小的計算應以管程和殼程流體進出換熱器殼體的溫度值為依據(jù)。但在實際試驗中，從溫度傳感器到換熱器出入口的過程中有熱量損失，所以換熱器入口和出口的溫度與測得的數(shù)據(jù)并非一致，換熱器入口和出口的溫度可估算如下。如圖2-1，T'、廠分別為換熱器管程熱水入口和出口溫度，t、t，分別為換1 2 1 2熱器殼程冷水入口和出口溫度，其中入口溫度t和測量值是一致的。1圖2-1溫度分布示意圖（1）計算T1T+TQ1=.T+TQ1=.Kq―-1)=Vpc (T-T')2 0ttpt1 1由此得VpcT+VpcT+SKt

ttpt1t1 t10T'= 1 St1Kt1+VPc2ttSKTt12t11（2-5）pt其中：S1=兀dl,其中：S1=兀dl,d 管內徑，d=0.025m；lt1從傳感器到換熱器熱水入口的長度，lt1=0.3m；K K t1從傳感器到換熱器熱水入口管程總傳熱系數(shù)，K=a=0.027x土xR0.8xP0.33xf土［^"

t1 t1 derH其它符號說明見本實驗附錄。(2)計算T2T，的計算與T'相似。21根據(jù)QQ=SK(T2+T22 1212 2-1)=Vpc (T'-T)0ttpt2 2得：VpcT-SKt+S2得：VpcT-SKt+S2KLttpt2 12 120 2Vtptcpt-St2Kt22（2-6）其中：S2=兀dl2，d 管內徑，d=0.025m；匕——從換熱器熱水出口到傳感器的長度，lt2=0.3m； 七？K2——從換熱器熱水出口到傳感器的管程總傳熱系數(shù)，K=以=0.027x土xR0.8xP0.33x-^^ 。12 12 der3Ji w（3）計算t'2與T'和T，計算相似，t，計算如下：12 2由q=SK('2+‘2-1)=Vpc(t'-1)2 s2s2 2 0ssps22得：Vpct-SKt+(2-7)TOC\o"1-5"\h\zssps2s2s20 2(2-7)VspsCps\o"CurrentDocument"SK

——s2 dVspsCps2其中：S2=兀dl2,d——管內徑，d=0.025m；l——從換熱器冷水出口到傳感器的長度，l=0.3m；s2 s2K2——從換熱器冷水出口到傳感器的管程總傳熱系數(shù)，K=a=0.027x土xR0.8xP0.33x［土］s2s der日/四、實驗步驟啟動“組態(tài)王”軟件，選擇yj33工程；單擊“靈敏系數(shù)設置”按鈕，設置靈敏系數(shù)2。08；單擊“關閉”按鈕，單擊“聯(lián)機”，單擊“清零”；啟動YJ-33型靜態(tài)電阻應變儀，切換全主菜單，調節(jié)上、下箭頭使其指示聯(lián)機測量，按“確認”鍵；（應變儀上的“聯(lián)機測量”顯示“RUN”，即聯(lián)機成功，如果聯(lián)機失敗，關閉應變儀重復步驟3、4）單擊“清零”按鈕；A.只有冷流體走殼程打開管程流量調節(jié)閥6、冷流體殼程入口閥7、冷流體殼程出口閥8，使冷流體走殼程，其它閥門關閉；開自來水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；關自來水閥門，啟動泵；清空數(shù)據(jù)庫；調節(jié)壓力調節(jié)旋鈕11-8，調節(jié)壓力從0.3到0.97MPa，每隔0.1MPa測量和記錄一次。B.熱流體走管程、冷流體走殼程打開熱流體管程入口閥1、熱流體管程出口閥2,使熱流體走管程，冷流體走殼程；清零；13.控制殼程流體壓力恒為0.5MPa左右；開循環(huán)泵，待熱水基本均勻后關循環(huán)泵開熱水泵；改變溫度從70°C到40°C，每5°C測量并記錄一次。五、數(shù)據(jù)記錄和整理殼程壓力引起的殼體應力（只有冷流體走殼程）殼程壓力p可取殼程冷流體進出口壓力p、p的平均值，即

s sisop=Psi+Pso。管程沒有流體，因此管程壓力p和溫差載荷為零。將測量出的s2 t結果填入數(shù)據(jù)表2-1中。表2-1實驗測量結果p(MPa)p(MPa)測點￡°￡12341234123412壓力和溫度載荷聯(lián)合作用引起的殼體應力讓熱水走管程，冷水走殼程。此時，殼程壓力p取殼程冷流體進出口壓力p、p的平均值，即p=Psi+Pso。管程壓力p取管程熱流體進出口壓力p、TOC\o"1-5"\h\zsiso s 2 t tip的平均值，即p=^Lo。由于換熱管內外均為水，換熱器殼體外為大氣，to t 2t+1'+T'+T' …因此，換熱管壁溫可近似取兩側流體溫度的平均值，即七='1+I了1+T，其中t、t'為殼程冷流體進出口溫度，T'、T'為管程熱流體進出口溫度。換熱器殼1 2 1 2體壁溫可近似取殼程冷流體平均溫度，t=工史。s2因此，管壁和殼體的溫差為：At=t-1將測量出的結果填入數(shù)據(jù)表2-2中。根據(jù)所測壓力及溫度值，參照實驗二附錄計算在壓力和溫度載荷聯(lián)合作用下?lián)Q熱器中的應力并與實驗結果各測點應力平均值進行比較。以溫差也為橫坐標，殼體軸向總應力Cz為縱