过程装备设计课程实验指导

实验一离心泵恒转速性能测定实验一、 实验目的1.测定离心泵在恒定转速下的性能，绘制出该泵在恒定转速下的扬程一流量（H-Q）曲线；轴功率一流量（N-Q）曲线及泵效率一流量（n-Q）曲线；熟悉离心泵的操作方法，了解流量仪表、测功装置的原理及操作使用方法，进一步巩固离心泵的有关知识。二、 实验装置过程设备与控制多功能综合试验台三、 基本原理扬程H的测定根据柏努利方程，泵的扬程H可由下式计算：(1-1)p-p. u2-u2(1-1)H=cb+Az+cbpg 2g式中：H 泵的扬程，m水柱；pb——真空表读数（为负值），Pa；p 压力表读数，Pa；七——真空表测量点接头处管内水流速度，m/s；匕=10-3xQ/Ab Ab=n/4Xd;七——压力表测量点接头处管内水流速度，m/s；m2u=10-3xQ/A^c A=n/4Xdm2Az 压力表与真空表测量点之间的垂直距离，m；p——水的密度，p=1000kg/m3；g 重力加速度，9.81m/s2。在本实验装置中，Az=0、真空表测量点接头处管内径d=32mm、压力表测量点接头处管内径d=25mm功率测定

(1)轴功率N(电动机传到泵轴上的功率)vM-nN9554(1)轴功率N(电动机传到泵轴上的功率)vM-nN9554kW(1-2)式中：M——转矩，N.m;n ^泵转速，r.p.nio(2)有效功率N(单位时间内离心泵所做的有用功)6 N广端 kW(1-3)式中：Q 流量，m3/s。3.效率n(1-4)四、实验步骤关闭热流体进出口阀门，打开换热器壳程的进出口阀门；打开自来水阀门灌泵，保证离心泵中充满水，开排气阀放净空气；启动水泵(11-9)，向右转动“11-6”水泵运行选择开关为直接启动运转方式;启动组态王程序，进入“实验一”画面后，清空数据库；调节冷水泵出口流量调节阀，改变流量Q，使冷水流量从0到2.36L/s,每间隔0.3L/s单击“记录”按钮，记录一次数据。五、数据记录和整理记录真空表和压力表读数Pb、pco将测量和计算出的结果填入数据表1-1和表1-2中。表1-1实验测量结果数\流量Q(L/s)真空表读数Pb(MPa)压力表读数Pc(MPa)转矩M(N•m)转速n(r.p.m)1234567表1-2实验计算结果^\目数、流量Q(L/s)扬程H(m)轴功率N(kW)有效功率七(kW效率n(%)234567六、要求写出实验报告。绘制H-Q,N-Q,n-Q曲线，并进行分析。回答思考题。思考题泵的性能曲线有何作用？离心泵启动前为什么要引水灌泵？答：是为了除去泵内的空气，使泵能够把水抽上来。启动泵前，为什么要先关闭出口阀，待启动后再逐渐开大？而停泵时也要先关闭出口阀。答：因为N随Q的增大而增大，当Q=0时，N最小，因此，启动离心泵时，应关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电机。启动后再逐渐开大，使为了防止管部收到太大的冲击。而停泵时也要先关闭出口阀，是为了防止水倒流。离心泵的特性曲线是否与连结的管路系统有关？答：特性曲线与管路无关，因为测量点在电机两端，管路的大小、长短与流量无关，只是与流速有关。离心泵流量愈大，则泵入口处的真空度愈大，为什么？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也增大离心泵的流量可由泵出口阀调节，为什么？答：因为当阀小时，管阻大，电机的有效功率低，流量低。同理，当阀开大时，管阻小，电机的有效功率高，流量高。

实验二换热器壳体应力测定实验一、实验目的掌握电阻应变片测定应力的原理和方法，熟悉有关应力测定仪器;测定在壳程压力作用下换热器壳体上的应力；测定在压力和温度载荷联合作用下换热器壳体上的应力。二、实验装置过程设备与控制多功能实验台静态电阻应变仪YJ-33三、基本原理应力测定中通常用电阻应变仪来测定各点的应变值，然后根据广义胡克定律换算成相应的应力值。换热器壳体可认为是处于二向应力状态，因此，在弹性范围内广义胡克定律表示如下：E周向应力：气=Y~^~（£0+V8） （2-1）E轴向应力：b=厂厂（8+V%） （2-2）式中E和v分别为设备材料的弹性模量和泊桑比；％和气分别为周向应变和轴向应变。电阻应变仪的基本原理就是将应变片电阻的微小变化，用电桥转换成为电压电流的变化。在正常操作条件下，换热器壳体中的应力是流体压力载荷（壳程压力?、管程压力七）、温度载荷及重力与支座反力所引起的。由于换热器的轴向弯曲刚度大，重力与支座反力在壳体上产生的弯曲应力相对较小，可以忽略。因温度载荷只引起轴向应力，当压力载荷和温度载荷联合作用时有:(2-3)(2-4)b(2-3)(2-4)b=bp+bt式中bS——压力载荷在换热器壳体中引起的环向应力，MPa；0压力载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，MPa；

温度载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，MPa。

温度载荷或温差大小的计算应以管程和壳程流体进出换热器壳体的温度值为依据。但在实际试验中，从温度传感器到换热器出入口的过程中有热量损失，所以换热器入口和出口的温度与测得的数据并非一致，换热器入口和出口的温度可估算如下。如图2-1，T'、厂分别为换热器管程热水入口和出口温度，t、t，分别为换1 2 1 2热器壳程冷水入口和出口温度，其中入口温度t和测量值是一致的。1图2-1温度分布示意图（1）计算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 管内径，d=0.025m；lt1从传感器到换热器热水入口的长度，lt1=0.3m；K K t1从传感器到换热器热水入口管程总传热系数，K=a=0.027x土xR0.8xP0.33xf土［^"

t1 t1 derH其它符号说明见本实验附录。(2)计算T2T，的计算与T'相似。21根据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 管内径，d=0.025m；匕——从换热器热水出口到传感器的长度，lt2=0.3m； 七？K2——从换热器热水出口到传感器的管程总传热系数，K=以=0.027x土xR0.8xP0.33x-^^ 。12 12 der3Ji w（3）计算t'2与T'和T，计算相似，t，计算如下：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——管内径，d=0.025m；l——从换热器冷水出口到传感器的长度，l=0.3m；s2 s2K2——从换热器冷水出口到传感器的管程总传热系数，K=a=0.027x土xR0.8xP0.33x［土］s2s der日/四、实验步骤启动“组态王”软件，选择yj33工程；单击“灵敏系数设置”按钮，设置灵敏系数2。08；单击“关闭”按钮，单击“联机”，单击“清零”；启动YJ-33型静态电阻应变仪，切换全主菜单，调节上、下箭头使其指示联机测量，按“确认”键；（应变仪上的“联机测量”显示“RUN”，即联机成功，如果联机失败，关闭应变仪重复步骤3、4）单击“清零”按钮；A.只有冷流体走壳程打开管程流量调节阀6、冷流体壳程入口阀7、冷流体壳程出口阀8，使冷流体走壳程，其它阀门关闭；开自来水阀门灌泵，保证离心泵中充满水，开排气阀放净空气；关自来水阀门，启动泵；清空数据库；调节压力调节旋钮11-8，调节压力从0.3到0.97MPa，每隔0.1MPa测量和记录一次。B.热流体走管程、冷流体走壳程打开热流体管程入口阀1、热流体管程出口阀2,使热流体走管程，冷流体走壳程；清零；13.控制壳程流体压力恒为0.5MPa左右；开循环泵，待热水基本均匀后关循环泵开热水泵；改变温度从70°C到40°C，每5°C测量并记录一次。五、数据记录和整理壳程压力引起的壳体应力（只有冷流体走壳程）壳程压力p可取壳程冷流体进出口压力p、p的平均值，即

s sisop=Psi+Pso。管程没有流体，因此管程压力p和温差载荷为零。将测量出的s2 t结果填入数据表2-1中。表2-1实验测量结果p(MPa)p(MPa)测点£°£12341234123412压力和温度载荷联合作用引起的壳体应力让热水走管程，冷水走壳程。此时，壳程压力p取壳程冷流体进出口压力p、p的平均值，即p=Psi+Pso。管程压力p取管程热流体进出口压力p、TOC\o"1-5"\h\zsiso s 2 t tip的平均值，即p=^Lo。由于换热管内外均为水，换热器壳体外为大气，to t 2t+1'+T'+T' …因此，换热管壁温可近似取两侧流体温度的平均值，即七='1+I了1+T，其中t、t'为壳程冷流体进出口温度，T'、T'为管程热流体进出口温度。换热器壳1 2 1 2体壁温可近似取壳程冷流体平均温度，t=工史。s2因此，管壁和壳体的温差为：At=t-1将测量出的结果填入数据表2-2中。根据所测压力及温度值，参照实验二附录计算在压力和温度载荷联合作用下换热器中的应力并与实验结果各测点应力平均值进行比较。以温差也为横坐标，壳体轴向总应力Cz为纵