过程流体机械实验指导书.docx
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过程流体机械实验指导书
《过程流体机械》
实验指导书
V3.0
东北大学秦皇岛分校
控制工程学院实验室
实验一离心泵性能测定实验
一、实验装置基本配置表
符号
设备名称
规格
数量
P101
不锈钢多级立式离心泵
CDLF2-130FSWSCH=98m,Q=3.5m3/h
1台
P102
不锈钢卧式离心泵
WB50/025H=36m,Q=3.5m3/h
1台
V103
应力测试罐
Dg300×600 Pg1.0
1台
V102
外压失稳罐
Dg400×600 Pg1.0
1台
V101
不锈钢高位槽
Dg300×600 常压
1台
LI01
液位传感器
LKWYZ(0-600mmH2o)
1支
LI02
液位传感器
LKWYZ(0-800mmH2o)
1支
PI01
压力传感器
LKWYD(0-0.5MPa)
1
PI02
压力传感器
LKWYD(0-1.0MPa)
1
PI03
压力传感器
LKWYD(0--0.1MPa)
1
PI04
压力传感器
LKWYD(0-1.0MPa)
1
E101
电阻应变仪
YJ-33
1套
VA101
高位槽液位计阀1
球阀
1个
VA102
高位槽液位计放空阀
球阀
1个
VA103
手动泵前阀
球阀
1个
VA104
外压失稳罐液位计阀1
球阀
1个
VA105
外压失稳罐液位计阀
球阀
1个
VA106
高位槽液位计阀2
球阀
1个
VA107
高位槽入水阀
球阀
1个
VA108
高位槽溢流阀
球阀
1个
VA109
高位槽出水阀1
球阀
1个
VA110
高位槽出水阀2
球阀
1个
VA111
外压失稳罐入水阀
球阀
1个
VA112
外压失稳罐液位计阀2
球阀
1个
VA113
应力测定罐入水阀
球阀
1个
VA114
应力测定罐放空阀
球阀
1个
VA115
卧式泵出口阀
球阀
1个
VA116
卧式泵入口阀
球阀
1个
VA117
外压失稳罐回水阀
球阀
1个
VA118
外压失稳罐放水阀
球阀
1个
VA119
应力测定罐放水阀
球阀
1个
VA120
电动调节阀
Dg25、Pg16、
1台
VA121
放水阀
球阀
1个
VA122
干扰泵放水阀
球阀
1个
智能工业调节器
AI-519(输出4--20mA)
1
涡轮流量传感器
LWGY
1台
电脑配置
CPU酷睿1.6G、内存1.0G、硬盘160G、DVD光驱,17”液晶显示器(触摸屏)
1套
A/DD/A数采卡
A/D12位10μs,单端32路
1块
压力数显表
AI-501FV24S4
4
液位数显表
AI-501FV24S4
2
电机功率数显表
AI-501FV24S4
1
数显温度计
AI-501FS
1
变频调速器
2.2KW 0—50Hz 3×380V
1台
仪表控制柜
静电喷涂
1台
二、实验装置流程示意图
图一、过程装备与控制工程专业基本实验综合装置流程示意图
三、实验原理:
离心泵是最常见的液体输送设备。
在一定的型号和转速下,离心泵的扬程H、轴功率及效率η均随流量Q而改变。
通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q关系,并用曲线表示之,称为特性曲线。
特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。
泵特性曲线的具体测定方法如下:
a)、H的测定:
在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程
(6)
上式中
是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失),当所选的两截面很接近泵体时,与柏努利方程中其它项比较,
值很小,故可忽略。
于是上式变为:
(7)
将测得的
和
的值以及计算所得的u入,u出代入上式即可求得H的值。
b)、N的测定:
功率表测得的功率为电动机的输入功率。
由于泵由电动机直接带动,传动效率可视为1.0,所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。
即:
泵的轴功率N=电动机的输出功率,kW(8)
电动机的输出功率=电动机的输入功率×电动机的效率。
(9)
泵的轴功率=功率表的读数×电动机效率,kw。
(10)
c)、η的测定
其中
kw(11)
式中:
η—泵的效率;
N—泵的轴功率,kw;Ne—泵的有效功率,kw
H—泵的压头,m;Q—泵的流量,m3/s
ρ—水的密度,kg/m3
四、实验操作步骤:
打开实验软件,在“实验内容”中点击“离心泵性能测定实验”全开阀门VA113、VA119和VA120,关闭其它所有阀门。
将变频器的频率设为50.00Hz,启动立式离心泵。
调节电动调节阀,改变水流量,点击“采集数据”。
绘制出离心泵性能曲线后,点击“文件”,点击“保存”,将实验数据保存好。
完成实验操作。
五、实验数据及举例:
在离心泵恒转速性能测定实验中,现测得流量Q=2.9m3/h;真空表读数P1=0.012MPa;压力表读数为P2=0.100MPa;电机功率N电=0.87Kw;电机效率η电=60%
1.计算离心泵的扬程H
因离心泵进出口直径相同
固:
=
=0
真空表测量点和压力表测量点高度相同,ΔZ=255mm,
因此有:
H=
ΔZ=
=11.7m
2.计算离心泵的轴功率N
泵的轴功率公式:
N轴=N电
η电=0.87
0.6=0.522Kw
其中:
N电-电机输入功率(Kw),
η电-电机效率:
60%
3.计算离心泵的效率η
Ne=
=_
Kw_
因此,η=
=
=17.7%
表一、离心泵性能测定实验数据记录(第一套)
水温度19.6℃液体密度ρ=997.75kg/m泵进出口高度=0.255米
序号
入口压力P1
出口压力P2
电机功率
流量Q
压头H
泵轴功率N
η
(MPa)
(MPa)
(kw)
(m3/h)
(m)
(w)
(%)
1
0.012
0.1
0.87
2.90
11.7
522
92.4
2
0.012
0.4
1.07
3.00
42.3
642
53.9
3
0.008
0.55
1.06
2.60
57.3
636
63.8
4
0.004
0.69
1.04
2.20
71.2
624
68.4
5
0.002
0.75
0.98
1.90
77.1
588
67.9
6
0
0.8
0.93
1.60
82.0
558
64.1
7
0
0.85
0.89
1.40
87.1
534
62.2
8
0
0.9
0.82
1.10
92.2
492
56.2
9
0
0.95
0.75
0.80
97.3
450
47.1
10
0
1
0.7
0.50
102.4
420
33.2
11
0
1.05
0.62
0.00
107.5
372
0.0
实验二活塞式压缩机性能测定实验
一、实验目的
1.活塞式压缩机性能曲线测试
压力比—排气量曲线(ε—Q)
压力比—轴功率曲线(ε—Ne)
压力比—效率曲线(ε—η)
2.活塞式压缩机闭式示功图
3.实验数据、实验曲线的显示存储和打印。
二、实验设备
1.实验装置如图1所示。
2.压缩机性能参数:
1)型号:
TA-80型一级三缸风冷移动式空气压缩机;
2)气缸直径:
D=80毫米×3个
3)活塞行程:
S=60毫米
4)排气量:
Q0=0.5立方米/分(额定工况下)
5)轴功率:
Nz<4千瓦(额定工况下)
6)回转速:
n=875rpm
7)额定排气压力:
P2=0.8Mpa(表)
3.三相交流异步电动机型号:
Y112M-2FSY
1)额定功率4kW
2)转速1440rpm
3)额定电压V=380V
4)额定电流I=8.2A
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.辅助装置
1)控制箱和操作台
2)储罐:
容积V=0.17米3;直径D=400毫米长度L=1.7米
3)低压箱及喷嘴喷嘴直径d=9.52mm
4)导管及调节阀
5.主要测量仪器及仪表
1)喷嘴流量测量装置
2)差压变送器
3)压力变送器
4)温度变送器
5)磁电式齿轮转速传感器
图1空气压缩机性能实验装置简图
1.喷嘴2.差压变送器3.温度变送器4.出口调节阀5.压力变送器
6.压力变送器7.气缸8.电动机9.电气控制箱10.储气罐
三、实验步骤
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,采用喷嘴测量压缩机的排气流量,标准喷嘴系数为C。
2.步骤:
1)启动测量装置:
启动计算机,运行“压缩机试验”程序,点击“试验”按钮进入试验条件输入画面,输入实验条件。
点击“确认”按钮进入试验画面;
2)压缩机启动:
a.盘车——用手转动皮带轮一周以上;b.将储气罐出口调节阀完全打开;c.转动压缩机控制箱旋钮——启动压缩机;
3)点击“清空数据”按钮,
4)调储气罐出口调节阀,改变排气压力(间隔0.05Mpa),等试验系统稳定后,记录各项数据。
(运转中,如发现有不正常现象应及时停车);
5)停车:
转动压缩机控制箱旋钮——关闭压缩机(注意:
此时不得转动储气罐出口调节阀)。
四、压缩机参数计算
1.实测排气量计算
喷嘴法测量排气量计算公式
式中:
d0——喷嘴直径,本实验用喷嘴do=0.00952m;
C——喷嘴系数,所用喷嘴系数用线图和喷嘴系数表查出,见图2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=9.087Pa)
Q0——排气量,m3/min;
表1喷嘴系数表(喷嘴直径9.52mm)
特性线
A
B
C
D
E
F
G
H
喷嘴系数
0.957
0.960
0.964
0.966
0.968
0.969
0.970
0.972
特性线
I
J
K
L
M
N
O
P
喷嘴系数
0.974
0.975
0.976
0.977
0.978
0.979
0.980
0.981
2.电机输出功率的计算
kW
式中
U—电压,v;
I—电流,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
(kw)
式中R1—吸气状态下的气体常数,kJ/kg·K;
式中ps1—吸气温度下的饱和水蒸汽压,pa;(可查《化工原理》)
p1—吸气压力,pa;
φ—相对湿度
Txl—吸气温度,K;
p2—排气压力,pa;
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;
式中ρs1—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—凝析系数
φl—吸人空气的相对湿度
Ps1—吸气温度下的饱和水蒸汽压,pa;
Ps2—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)
Nad——理论等熵功率kw
Nz——轴功率kw
ηad—压缩机等熵轴效率
五、实验数据处理
1.将实验数据填入表2
室温t1______(℃)
当地大气压力P1______(毫巴)
相对温度φl_________%:
表2.实验数据纪录表
序号
吸气压力
(kPa)
排气压力
(Mpa)
吸气温度
(℃)
喷嘴前温度(℃)
喷嘴前后压差(kPa)
电压
(V)
电流
(A)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2.按表3中计算公式计算各项数据并将结果填入表3内。
3.用坐标纸绘制压缩机性能曲线
横坐标——压力比ε;纵坐标——排气量Q0、轴功率NZ、绝热轴效率ηad
表3.实验数据整理表
名称
符号
公式
单位
测量点数据
吸气压力
p1
(绝压——大气压)
Pa
排气压力
p2
(绝压)
Pa
名义压力比
ε
p2/p1
—
喷嘴前后压力差
Δp
——
Pa
喷嘴前温度
T1
t℃+273
K
吸气温度
Tx
t℃+273
K
实测排气量
Q0
m3/min
电压
U
——
V
电流
I
——
A
电机输出功率
Ne
3I×U×cosφ×η
kw
压缩机轴功率
NZ
Ne×ηc(ηc=0.97)
kw
喷嘴前温度下饱和水蒸汽压力
ps2
(可查《化工原理》
Pa
吸气温度下饱和水蒸汽压力
ps1
(可查《化工原理》
Pa
析水系数
λΦ
——
冷凝水量
Gs
Kg/min
进口气体质量流量
G1
Q0×ρa+Gs
Kg/min
吸气状态下气体密度
ρa
(可查《化工原理》)
Kg/m3
等熵功率
Nad
kw
压缩机效率
ηad
既绝热轴效率Nad/NZ
——
六、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。
图2喷嘴系数图线
七、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?
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- 过程 流体 机械 实验 指导书