過(guò)程裝備設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)一離心泵恒轉(zhuǎn)速性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的性能，繪制出該泵在恒定轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)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?jī)x表、測(cè)功裝置的原理及操作使用方法，進(jìn)一步鞏固離心泵的有關(guān)知識(shí)。二、 實(shí)驗(yàn)裝置過(guò)程設(shè)備與控制多功能綜合試驗(yàn)臺(tái)三、 基本原理?yè)P(yáng)程H的測(cè)定根據(jù)柏努利方程，泵的揚(yáng)程H可由下式計(jì)算：(1-1)p-p. u2-u2(1-1)H=cb+Az+cbpg 2g式中：H 泵的揚(yáng)程，m水柱；pb——真空表讀數(shù)（為負(fù)值），Pa；p 壓力表讀數(shù)，Pa；七——真空表測(cè)量點(diǎn)接頭處管內(nèi)水流速度，m/s；匕=10-3xQ/Ab Ab=n/4Xd;七——壓力表測(cè)量點(diǎn)接頭處管內(nèi)水流速度，m/s；m2u=10-3xQ/A^c A=n/4Xdm2Az 壓力表與真空表測(cè)量點(diǎn)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(shí)驗(yàn)裝置中，Az=0、真空表測(cè)量點(diǎn)接頭處管內(nèi)徑d=32mm、壓力表測(cè)量點(diǎn)接頭處管內(nèi)徑d=25mm功率測(cè)定

(1)軸功率N(電動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率)vM-nN9554(1)軸功率N(電動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率)vM-nN9554kW(1-2)式中：M——轉(zhuǎn)矩，N.m;n ^泵轉(zhuǎn)速，r.p.nio(2)有效功率N(單位時(shí)間內(nèi)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(shí)驗(yàn)步驟關(guān)閉熱流體進(jìn)出口閥門，打開換熱器殼程的進(jìn)出口閥門；打開自來(lái)水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；啟動(dòng)水泵(11-9)，向右轉(zhuǎn)動(dòng)“11-6”水泵運(yùn)行選擇開關(guān)為直接啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式;啟動(dòng)組態(tài)王程序，進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)一”畫面后，清空數(shù)據(jù)庫(kù)；調(diào)節(jié)冷水泵出口流量調(diào)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(cè)量和計(jì)算出的結(jié)果填入數(shù)據(jù)表1-1和表1-2中。表1-1實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)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(zhuǎn)矩M(N?m)轉(zhuǎn)速n(r.p.m)1234567表1-2實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果^\目數(shù)、流量Q(L/s)揚(yáng)程H(m)軸功率N(kW)有效功率七(kW效率n(%)234567六、要求寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。繪制H-Q,N-Q,n-Q曲線，并進(jìn)行分析?；卮鹚伎碱}。思考題泵的性能曲線有何作用？離心泵啟動(dòng)前為什么要引水灌泵？答：是為了除去泵內(nèi)的空氣，使泵能夠把水抽上來(lái)。啟動(dòng)泵前，為什么要先關(guān)閉出口閥，待啟動(dòng)后再逐漸開大？而停泵時(shí)也要先關(guān)閉出口閥。答：因?yàn)镹隨Q的增大而增大，當(dāng)Q=0時(shí)，N最小，因此，啟動(dòng)離心泵時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流減至最小，以保護(hù)電機(jī)。啟動(dòng)后再逐漸開大，使為了防止管部收到太大的沖擊。而停泵時(shí)也要先關(guān)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(jié)的管路系統(tǒng)有關(guān)？答：特性曲線與管路無(wú)關(guān)，因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)在電機(jī)兩端，管路的大小、長(zhǎng)短與流量無(wú)關(guān)，只是與流速有關(guān)。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(diào)節(jié)，為什么？答：因?yàn)楫?dāng)閥小時(shí)，管阻大，電機(jī)的有效功率低，流量低。同理，當(dāng)閥開大時(shí)，管阻小，電機(jī)的有效功率高，流量高。

實(shí)驗(yàn)二換熱器殼體應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针娮钁?yīng)變片測(cè)定應(yīng)力的原理和方法，熟悉有關(guān)應(yīng)力測(cè)定儀器;測(cè)定在殼程壓力作用下?lián)Q熱器殼體上的應(yīng)力；測(cè)定在壓力和溫度載荷聯(lián)合作用下?lián)Q熱器殼體上的應(yīng)力。二、實(shí)驗(yàn)裝置過(guò)程設(shè)備與控制多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀YJ-33三、基本原理應(yīng)力測(cè)定中通常用電阻應(yīng)變儀來(lái)測(cè)定各點(diǎn)的應(yīng)變值，然后根據(jù)廣義胡克定律換算成相應(yīng)的應(yīng)力值。換熱器殼體可認(rèn)為是處于二向應(yīng)力狀態(tài)，因此，在彈性范圍內(nèi)廣義胡克定律表示如下：E周向應(yīng)力：氣=Y~^~（￡0+V8） （2-1）E軸向應(yīng)力：b=廠廠（8+V%） （2-2）式中E和v分別為設(shè)備材料的彈性模量和泊桑比；％和氣分別為周向應(yīng)變和軸向應(yīng)變。電阻應(yīng)變儀的基本原理就是將應(yīng)變片電阻的微小變化，用電橋轉(zhuǎn)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(yīng)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(chǎn)生的彎曲應(yīng)力相對(duì)較小，可以忽略。因溫度載荷只引起軸向應(yīng)力，當(dāng)壓力載荷和溫度載荷聯(lián)合作用時(shí)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(yīng)力，MPa；0壓力載荷在換熱器殼體中引起的軸向應(yīng)力，MPa；

溫度載荷在換熱器殼體中引起的軸向應(yīng)力，MPa。

溫度載荷或溫差大小的計(jì)算應(yīng)以管程和殼程流體進(jìn)出換熱器殼體的溫度值為依據(jù)。但在實(shí)際試驗(yàn)中，從溫度傳感器到換熱器出入口的過(guò)程中有熱量損失，所以換熱器入口和出口的溫度與測(cè)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(cè)量值是一致的。1圖2-1溫度分布示意圖（1）計(jì)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(nèi)徑，d=0.025m；lt1從傳感器到換熱器熱水入口的長(zhǎng)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(hào)說(shuō)明見本實(shí)驗(yàn)附錄。(2)計(jì)算T2T，的計(jì)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(nèi)徑，d=0.025m；匕——從換熱器熱水出口到傳感器的長(zhǎng)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(jì)算t'2與T'和T，計(jì)算相似，t，計(jì)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(nèi)徑，d=0.025m；l——從換熱器冷水出口到傳感器的長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)步驟啟動(dòng)“組態(tài)王”軟件，選擇yj33工程；單擊“靈敏系數(shù)設(shè)置”按鈕，設(shè)置靈敏系數(shù)2。08；單擊“關(guān)閉”按鈕，單擊“聯(lián)機(jī)”，單擊“清零”；啟動(dòng)YJ-33型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，切換全主菜單，調(diào)節(jié)上、下箭頭使其指示聯(lián)機(jī)測(cè)量，按“確認(rèn)”鍵；（應(yīng)變儀上的“聯(lián)機(jī)測(cè)量”顯示“RUN”，即聯(lián)機(jī)成功，如果聯(lián)機(jī)失敗，關(guān)閉應(yīng)變儀重復(fù)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(diào)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(guān)閉；開自來(lái)水閥門灌泵，保證離心泵中充滿水，開排氣閥放凈空氣；關(guān)自來(lái)水閥門，啟動(dòng)泵；清空數(shù)據(jù)庫(kù)；調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)旋鈕11-8，調(diào)節(jié)壓力從0.3到0.97MPa，每隔0.1MPa測(cè)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(guān)循環(huán)泵開熱水泵；改變溫度從70°C到40°C，每5°C測(cè)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(yīng)力（只有冷流體走殼程）殼程壓力p可取殼程冷流體進(jìn)出口壓力p、p的平均值，即

s sisop=Psi+Pso。管程沒(méi)有流體，因此管程壓力p和溫差載荷為零。將測(cè)量出的s2 t結(jié)果填入數(shù)據(jù)表2-1中。表2-1實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果p(MPa)p(MPa)測(cè)點(diǎn)￡°￡12341234123412壓力和溫度載荷聯(lián)合作用引起的殼體應(yīng)力讓熱水走管程，冷水走殼程。此時(shí)，殼程壓力p取殼程冷流體進(jìn)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(jìn)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(nèi)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(cè)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(jìn)出口溫度，T'、T'為管程熱流體進(jìn)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(cè)量出的結(jié)果填入數(shù)據(jù)表2-2中。根據(jù)所測(cè)壓力及溫度值，參照實(shí)驗(yàn)二附錄計(jì)算在壓力和溫度載荷聯(lián)合作用下?lián)Q熱器中的應(yīng)力并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力平均值進(jìn)行比較。以溫差也為橫坐標(biāo)，殼體軸向總應(yīng)力Cz為縱