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1、.目 录活塞式压缩机结构、运转及性能实验1离心泵性能测试12内压薄壁容器应力测定15外压圆筒失稳实验20高压容器爆破实验23超声波探伤实验28换热器总传热系数的测定31精馏操作与塔效率的测定34搅拌反应器性能实验38碳钢极化曲线测定44不锈钢钝化曲线测定48振动测量52临界转速测量55法兰非金属垫片密封性能实验60传感器系统综合实验62二容水箱液位控制实验70雷诺实验74活塞式压缩机结构、运转及性能实验实验项目性质：综合性所属课程名称：过程流体机械计划学时：4学时一、实验目的及任务1. 实验目的本实验室过程流体机械实验课中的一项综合性实验,包括两部分：活塞式压缩机结构和活塞式压缩机运转性能测定
2、。实验目的有二：1 通过观察多种结构的压缩机和拆解一台空气压缩机,把课堂教学与实际应用有机地结合起来,达到获得对实际往复活塞压缩机内外各部件的感性认识的目的。了解气阀、活塞、十字头、曲柄连杆机构与曲轴箱之间的相对位置,以及他们的形状与作用。认识气体进出压缩机的途径,压缩机的冷却方式,润滑方法。掌握各主要零部件的拆装步骤及方法。2通过实验测量一台活塞式压缩机运转性能,进一步理解活塞式压缩机的基本理论,掌握过程流体机械的实验研究方法和手段。本实验通过测定一台活塞式压缩机的排气量、功率、转速来研究和分析活塞式压缩机的运转性能和影响活塞式压缩机性能的因素,同时观察压缩机气缸内部的工作过程示功图。2.
3、任务1观察多种结构的压缩机并拆解一台空气压缩机。2测定在一定转速下和一定工况下,压缩机的排气量Q、指示功率、轴功率Nz并与理论计算值比较；观察示功图。3了解计算机控制的参数采集系统的工作机理包括信号与采集、运算处理、结果显示及结果打印； 二、 实验内容及要求1. 活塞式压缩机结构实验a. 实验压缩机压缩机3台：立式单级单作用空压机1台,W型单级单作用空压机1台,L型两级双作用空压机可动有机玻璃模型机1台。b. 压缩机的总体结构及主要零部件介绍工作机构工作机构是实现空气压缩的主要部件。由气缸、气阀、活塞组件等组成。气缸呈圆筒形,在气缸盖及汽缸座设有若干吸气阀与排气阀。活塞由曲柄连杆机构带动在气缸
4、中做往复运动。L型压缩机有两个气缸,通常垂直列为一级缸,水平列为二级缸。空气吸入一级气缸经过压缩后,进入中间冷却器降温,再进入二级气缸压缩,最后排出到输气管路供使用。运动机构运动机构由曲轴、连杆、十字头用于双作用压缩机,对单作用压缩机为连杆组成,用于传递动力,将曲轴的旋转运动变成往复运动。曲轴的曲拐上装有一个或多个连杆。连杆的另一端与只能在滑道内作往复运动的十字头对单作用压缩机为在汽缸内作往复运动的活塞连接。这样,旋转的曲轴使连杆摆动,传到十字头活塞作往复运动,在通过活塞杆使活塞往复运动对气体做功。机身机身上支承和安装着整个运动机构与工作机构,又兼作润滑油箱用。曲轴用轴承支承在机身上。对于双作
5、用压缩机,机身上两个滑道又支托着十字头,两个气缸分别固定在L型机身的两臂上。气缸气缸是构成压缩容积实现气体压缩的主要部件。本实验的压缩机气缸有空冷的,也有水冷的。单作用压缩机为空冷,缸体和缸盖上有散热翅片。双作用压缩机气缸为水冷结构。活塞组件活塞组件包括活塞、活塞环及活塞杆双作用压缩机或活塞、活塞环及活塞销单作用压缩机等。实验的L型压缩机活塞为盘形活塞机构。在活塞盘侧面上有两道凹槽,用来安装活塞环。活塞杆的作用是将活塞与十字头连接起来,传递作用在活塞上的力,带动活塞运动。其它压缩机用的是筒型活塞,活塞与连杆是通过活塞销连接。活塞环为一开口圆环,在自由状态下,其外径大于气缸直径。装入气缸后,环径
6、缩小,仅在切口处留下一个热膨胀间隙。其主要作用是密封气缸与活塞盘之间的间隙,防止气体从压缩容积的一侧漏向另一侧,此外还有均布润滑油的作用。单作用压缩机用的筒型活塞上还有一道刮油环,用于刮去汽缸表面多余的润滑油。气阀气阀是压缩机中的重要部件,其作用是控制气体及时吸入与排出气缸。实验所用压缩机的气阀为环状阀,主要由阀座、阀片、弹簧及升高限制器等零件组成。它的工作原理以吸气阀为例来说明。在吸气过程,当气缸内的压力低于吸气管道中的压力,且两者压力差所产生的推力足已克服弹簧压紧力及阀片、弹簧的惯性力时,弹簧随即把阀片弹回,阀片由落在阀座上,吸气阀关闭,完成吸气过程。曲轴曲轴是压缩机的运动部件。主要由主轴
7、颈、曲轴销、曲柄等组成。曲轴搁置在机体轴承座上的部份,称为猪轴颈；与连杆连接的部分称为曲柄销；连接主轴颈与曲柄销的部分称为曲柄。曲柄与曲柄销组合在一起称为曲拐。本实验所用压缩机的曲轴均为曲拐轴,其特点是曲柄销两端均有曲柄形成曲拐。连杆连杆是连接曲轴与十字头或活塞的部件,它将曲轴的旋转运动转换成活塞的往复运动,并将外界输入的功率传给活塞组件。压缩机工作时,连杆组件作平面运动,其中与曲柄销相连的大头作旋转运动,与十字头销活塞销相连的小头作往复运动,连杆体作摆动。十字头十字头是连接活塞杆与连杆的部件,是双作用压缩机特有的。它在导轨里作往复运动,并将连杆的动力传给活塞部件。实验用L型压缩机的十字头与连
8、杆的连接方式为闭式。十字头与活塞杆的连接采用螺纹连接方式,可根据活塞杆螺纹旋入十字头的深浅来调整活塞杆与气缸端面的间隙,并用自锁螺母锁紧。十字头与连杆采用十字头销连接。压缩机的润滑系统本实验的L型压缩机采用压力润滑方式。分为两个独立的系统：气缸部分靠注油器供润滑,传动部分靠齿轮油泵供油润滑；其它两台压缩机采用的是飞溅润滑方式,即汽缸活塞及曲轴连杆的润滑都采用由连杆大头上的打油机构将曲轴箱内的润滑油溅起到润滑表面实现润滑。L型压缩机传动机构的润滑：传动机构的润滑路线如下：连杆大头主轴承油冷却器滤油器齿轮油泵储油箱连杆小头十字头滑道十字头销图传动机构的润滑路线冷却系统：本实验L型压缩机采用水冷方式
9、。两级之间设有中冷器,用于冷却一级排气；汽缸及填料函外设有冷却水夹套,用于冷却汽缸和填料。c. 实验步骤拆解并安装1台立式单级单作用空压机。拆卸时遵循从上到下,从外到内的基本原则,安装时次序与拆卸是相反。本压缩机结构较简单,拆装的重点是观察汽缸、气阀及气道的内部结构。拆卸次序为：. 拆气缸盖卸下缸盖顶部的螺母,向上拆下气缸盖。注意观察其结构形式以及内部气道的布置。. 拆气阀本压缩机的气阀为组合式气阀,即进气阀和排气阀组合在一起。拆下气缸盖后即可拿出装在气缸正上方的气阀组件。松开位于中心螺栓和螺母,即可将阀座和升程限制器分开,取出阀片和弹簧。. 盘动飞轮,使曲柄连杆机构与活塞动作,观察气缸内部及
10、活塞在气缸内的运动情况。. 安装复原压缩机。安装时注意参照压缩机的拆开步骤及压缩机结构形式,正确安装各部件。d. 实验要求本部分要求观察3种压缩机的结构形式并作出记录。包括：总体结构,单、双作用活塞对应的运动机构,气阀结构及类型,汽缸结构及冷却方式,润滑方式。2. 活塞式压缩机运转性能测量本部分实验内容为测量一台空气压缩机在设计工况下的排气量、指示功率并与理论计算结果对比。实验装置由容积式空气压缩机测试系统和空气压缩机组组成,见图2。图2 压缩机性能测试系统示意图1.喷嘴流量计 2.压缩机 3.转速传感器 4.储气罐5.信号处理系统 6.数据采集接口箱 7.压力传感器a. 实验装置与实验原理1
11、实验压缩机装置实验压缩机是上海压缩机厂制造的无十字头3缸单作用风冷式压缩机一台,压缩机基本参数如下：额定排气量：1.0 m3/min额定排气压力：0.7 MPa表压额定转速：1000 r/ min活塞行程：75 mm曲柄半径37.5mm气缸直径：90 mm气缸数目：3润滑方式：飞溅式压缩机轴功率：6.7 KW气缸相对余隙容积约为6驱动电动机额定功率：7.5KW电动机功率因数：0.85压缩机是由曲柄连杆机构运转的,连杆直接与活塞相连接,没有十字头,连杆大头为对分式。曲柄安装在滑动轴承上,压缩机的运动机构及气缸均用击溅方式进行润滑。压缩机机身与气缸外套铸成整体。空气自大气进入压缩机,经压缩后排出,
12、压缩机的排气管接储气罐,储气罐为直径300,长900mm壁厚10mm的容器,容器顶部有0.7 MPa的安全阀及压力表,储气罐出口连接有调节阀,以调节压缩机的出口压力。2 压缩机的排气测定装置在储气罐出口的压力调节阀后设有一套排气量测定装置,即喷嘴流量计,装置设计按照排气量按照GB/T15487-1995容积式压缩机流量测方法中所规定的方法进行测定。装置由减压箱、喷嘴、测压管及测温管所组成,减压箱内有多孔小板及井字形隔板所组成的气体流动装置,喷嘴由不锈钢或黄铜制造,孔径尺寸为19.05mm。差压传感器或U型压力计与测压装置连通,用以测定喷嘴前后的压差。根据测量得到的有关参数,压缩机实际排气量由下
13、式计算得出 式中：Q压缩机排气量m3/min喷嘴系数查表喷嘴前后的压力差mm水柱,1mm水柱10.2 Pa喷嘴直径mm大气压力105 Pa压缩机吸入气体的绝对温度K喷嘴前气体的绝对温度K3 示功图P-V图的测试装置压缩机的一个一级气缸顶部开孔,通过接头连接压电式压力传感器,测试气缸内气体的瞬间压力P。压缩机飞轮上装有键相器,通过光电转速器,测试压缩机的瞬间曲柄转角。由下面公式确定活塞位移x, 2式中：活塞位移,曲柄半径,曲轴半径与连杆长度l的比值,曲柄转角。由活塞位移x与气缸截面积A的乘积即可确定活塞扫过的气缸容积V。 3式中：气缸容积；气缸截面积,A=D2/4 ；x活塞位移。由和可绘出压缩机
14、一个循环的图示功图。由示功图封闭面积即可算出一个循环的压缩功；再乘以转速和气缸数目即得压缩机指示功率：封闭面积气缸数目 4式中：转速,r/min。4电动机功率的测定电机负载为三角形的三相电路,电动机输入功率为 5式中：电机功率；相电压； 相电流； 功率因数,等于0.85。 5计算机化的数据采集与信号分析系统本实验的数据采集与处理通过计算机化的信号采集与分析系统CRAS实现。示功图绘制、排气量和指示功率计算通过示功图软件实现。数据采集与信号处理系统包括传感器以及放大器,数据采集卡,接口箱,以及VMCRAS及示功图软件等。b. 实验步骤1 熟悉实验用设备和仪器。2 打开数据采集系统进行数据采集。3 进入数据采集系统。打开计算机电源,用鼠标点击桌面上的CRAS 6.1快捷方式,进入计算机化的振动信号采集分析系统CRAS。再点击：旋转机械振动监示与分析VMCRAS。在VMCRAS界面下,先定义作业文件即数据采集文件名称及类型。点击作业 在搜寻I 栏确认作业文件的位置在文件名称N 栏写入所起的文件名不写扩展名；在文件类型T 栏点入外部双通道 。4 设置实验参数,点击参数设置,逐步完成以下各项设置：采集方式：选择外部；键相位必须为128键相位表示整转速周期的测点。 采集
