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/h1台P102不锈钢卧式离心泵WB50/025H=36m，Q=3.5m3/h1台V103应力测试罐Dg300×600Pg1.01台V102外压失稳罐Dg400×600Pg1.01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)1PI02压力传感器LKWYD(0-1.0MPa)1PI03压力传感器LKWYD(0--0.1MPa)1PI04压力传感器LKWYD(0-1.0MPa)1E101电阻应变仪YJ-331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LWGY1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-501FV24S44液位数显表AI-501FV24S42电机功率数显表AI-501FV24S41数显温度计AI-501FS1变频调速器2.2KW0—50Hz3×380V1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6三、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出入入出入出入出出入出出出入入入）ffHguugPPZZHHgugPZHgugPZ2(222222（6）上式中出入fH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，出入fH值很小，故可忽略。于是上式变为：guugPPZZH2(22入出入出入出）（7）将测得的）入出ZZ(和入出PP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NNe其中1021000HQgHQNekw（11）式中：η—泵的效率；7N—泵的轴功率，kw;Ne—泵的有效功率，kwH—泵的压头，m;Q—泵的流量，m3/sρ—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：2114dQu=224Q=0真空表测量点和压力表测量点高度相同，ΔZ=255mm，因此有：H=gPP12ΔZ=0.2559.81998.2100.1000.0126）（=11.7m2.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ηNe=1000gHQ=＿5209.036001000100081.92.9011.7Kw＿8因此，η=%100NNe=%100522.00925.0=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Nη(MPa)(MPa)(kw)(m3/h)(m)（w）(%)10.0120.10.872.9011.752292.420.0120.41.073.0042.364253.930.0080.551.062.6057.363663.840.0040.691.042.2071.262468.450.0020.750.981.9077.158867.9600.80.931.6082.055864.1700.850.891.4087.153462.2800.90.821.1092.249256.2900.950.750.8097.345047.110010.70.50102.442033.21101.050.620.00107.53720.09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：Nz4千瓦(额定工况下)6)回转速：n=875rpm7)额定排气压力：P2=0.8Mpa(表)3．三相交流异步电动机型号：Y112M-2FSY1)额定功率4kW2)转速1440rpm3)额定电压V=380V4)额定电流I=8.2A5)频率50Hz6)电机效率η=0.8827)功率因数cosφ=0.888)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=9.52mm4)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102）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11喷嘴法测量排气量计算公式10112001129TPPPTdCQx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ABCDEFGH喷嘴系数0.9570.9600.9640.9660.9680.9690.9700.972特性线IJKLMNOP喷嘴系数0.9740.9750.9760.9770.9780.9790.9800.9812．电机输出功率的计算1000/cos3IUNekW式中U—电压，v;I—电流，A;cosφ—功率因数，cosφ=0.88η—电机效率，η=0.8823．轴功率Nz的计算Nz=Ne×ηc式中ηc—皮带效率，ηc=0.974．理论绝热功率Nad的计算1260111112111kkxadppkkTRGN（kw）式中R1—吸气状态下的气体常数，kJ/kg·K；1111378.0128698.0PPRs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=1.4G1—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；01111QPPGsss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1222111PPPPPPss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)ZadadNN13Nad——理论等熵功率kwNz——轴功率kwηad—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）123456789102．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)Pa14排气压力p2(绝压)Pa名义压力比εp2/p1—喷嘴前后压力差Δp——Pa喷嘴前温度T1t℃+273K吸气温度Txt℃+273K实测排气量Q01011201129TPPPTdCxm3/min电压U——V电流I——A电机输出功率Ne3I×U×cosφ×ηkw压缩机轴功率NZNe×ηc(ηc=0.9