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1、实验五 换热器壳体应力测定实验一、实验目的 1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； 2测定在壳程压力作用下换热器壳体上的应力； 3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1过程设备与控制多功能实验台2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 z、E宀宀,毎=（豈+卩耳）z .周向应力：（2-1）E z、轴向应力：（2-2）式中E和国分别为设备材料的弹性模量和泊桑比；耳和分别为周向应变和
2、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 图、 管程压力團）、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。(2-3)(2-4)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：式中取压力载荷在换热器壳体中引起的环向应力，MPa ；或压力载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，倔；曲温度载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，加力。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
3、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,、焉分别为换热器管程热水入口和出口温度热器壳程冷水入口和出口温度，其中入口温度和测量值是一致的。图 2-1 温度分布示意图（1）计算T流体流经管路损失的热量等于流体经过管壁传出的热量，因管内为水，管外为空气（设温度为t0）,总传热系数K可近似等于水的传热系数，因此有：T + TQ = S K （七-1 ） = V p c （T -T）1 t 1 t 120t t pt 11SKT由此得V p c T + S K t t t pt 1t 1t 1
4、 0ti ti + V p c2ttpt2-5)LJ* |rS 兀 d l其中：t1i t1 ，di 管内径， di =0.025mlt1从传感器到换热器热水入口的长度，仃=0.3m；lt1？t1Kt1从传感器到换热器热水入口管程总传热系数，K = a = 0.027 xt1t10.14九t X R 0.8 X P 0.33 X deri其它符号说明见本实验附录。(2)计算T2瑁的计算与T1相似。根据Q2 = I T +T2t 2 t 22-1 ) = V P c (T - T ) 0t t pt 22得：其中：St2T2V P c Tt t pt 2Ktt 2 t 2 0“KV P c 12
5、12t t pt2SKT+ 12 12 222-6)管内径，di =0.025mlt2从换热器热水出口到传感器的长度，lt2 =0.3m；lt2 ？t2Kt2从换热器热水出口到传感器的管程总传热系数，九K = a = 0.027 xt2t20.14（3）计算12得：其中：s2ls2Ks2# X R 0.8 X P 0.33 X derit2 计算如下：+t22 s 2s22tq = S K (2t2t ) = V p c (t 一 t )0ssps 2 2SKt+ s2s 2 22S Ks22tps 2s 2 s2 0V p c t 一 Sss管内径，Vpcs s ps2-7)di =0.02
6、5m从换热器冷水出口到传感器的长度， ls2 =0.3m从换热器冷水出口到传感器的管程总传热系数，九K =a = 0.027 x t x R0.8 x P0.33 x der0.14s2四、实验步骤（一）YJ-33 型静态电阻应变仪及使用方法_ |转换YJ-33 型静态电阻应变仪是一种带有 W78E516 单片处理机的智能型应变仪， 配合YZ-22型转换箱可进行自动测量。具有单片桥路非线性修正及自动调零功能, 因此预热时间短，测量精度高，稳定性好YJ-33型静态电阻应变仪可通过通用 并行打印接口外接打印机，还可通过RS232接口与PC机相连，完成复杂的测量 与数据处理任务。其硬件工作原理如图2
7、-2所示。应变测量桥1转应变测量桥2换应变测量桥3箱图 2-2 YJ-33 型静态电阻应变仪工作原理J-33 型静态电阻应变仪所带的三蕊电源插头连接导电源线上, 注意电源插 头接线的要求，错误的接法会损坏仪器或引起测量误差。特别注意要有良好的接 地，若不仍保证电源插座上有良好的接地，则一定要用专用的接地线连接仪器后 面板的接地接线柱上。将连接电缆分别连接到应变仪和YZ-22型转换箱的七芯及24芯插座上，YJ-33 型静态电阻应变仪后面板通讯接口与计算机串口连接好。YJ-33 型静态电阻应变仪的使用方法：1） 开机开启YJ-33型静态电阻应变仪的电源开关，仪器显示“欢迎使用YJ-33型静态电阻应
8、变仪”等字样，此时，按下“菜单”键，则进入主菜单操作界面。（2）主菜单操作主菜单中有十个功能菜单条，依次为：设定、调零、手动测量、自动测量、 联机测量、标定、打印、数据输出、显示初值、显示读数。各功能条前都一个提 示框“口”，当“口”中有“*”时按“确定”键，则进入该功能的进程，完成 该功能后自动退出主菜单；各功能条间可以通过“向上”、“向下”键来移动提 示框“口”中的“*”的位置，从而可以完成各种操作。仪器在主菜单操作界面时，可分别按快捷键“联机”、“打印”、“测量”， 从而可以同上述操作一样分别完成“联机测量”、“打印”、“自动测量”的功 能。（3）设定菜单的操作设定菜单包括灵敏系数、选择
9、通道、检测通道、通讯方式四个参数，灵敏系 数为1.00009.9999 之间的任意值，默认值 2.0000;通道选择指的是需要自动测 量的通道范围，默认值为 000999 通道；监测通道是指需特别注意的通道，默认 值为000 通道；通讯方式是指仪器与上位机之间的通讯的波特率，可以是 2400 和 9600 两种，默认值为 9600。第一次开机显示的各参数的值就是默认值。当参数前的“口”内有“*”时，按“确定”键就能对该参数进行改写，此 时该参数中的某一位会闪烁，则该位的值可以通过“向上”、“向下”键来减小 或增大所需的值，并且可以用“向左”、“向右”来改变闪烁的位置，直到每一 位的值都达到要求
10、后，按“确认”键确认该参数的值并退出该参数的设定。若所 有的参数都设定好后，按“菜单”键返回到主菜单。（4）调零当调零菜单条前的提示“口”中有“*”时，按“确认”键， YJ-33 型静态电 阻应变仪则把从起始点到终止点的初始不平衡值测量出来，并把结果存于内存， 作为测量时的初始零点可以按“向上”、“向下”键翻页查看。5）手动测量当手动测量菜单前的提示“口”中有“*”时，按“确认”键，YJ-33型静态 电阻应变仪则测量起始点的应变量，并显示通道号及应变量。可以按“向下”键 测量第二点的应变量，依此类推，可以测量到终止点的应变量；同样，也可以按 “向上”键测量终止点的应变量直到起始点。测量结束后，
11、按“菜单”键返回主 菜单。（6）自动测量当自动测量菜单条前提示“口”中有“*”时，按“确认”键， YJ-33 型静态电 阻应变仪对从起始点到终止点以每秒 12 次的速度测量每一点的应变量，并存与 内存中，结束后显示监测的实时测量值，可以按“向上”或“向下”键循环翻页， 显示每一点的测量值，每一页显示20点，显示任一页时都能按“菜单”键返回 主菜单。（7）联机测量当联机测量菜单条前提示“口” 中有“*”时，按“确认”键， YJ-33 型静 态电阻应变仪则把一切控制权交给上位机，仪器本身不能作任何操作。（8）标定当标定菜单条前提示“口”中有“*”时，按“确认”键， YJ-33 型静态电 阻应变仪则
12、进入标定子菜单。为了防止误操作，所以一定要密码相符时才能进行 标定，即：标定值、系数的设定、调零、实际值的测量。密码、标定值、系数的 设定方法与参数设定方法相同。（9）数据输出当数据输出菜单条前提示“ 口”中有“*”时，仪器上的RS232接口与上位 机联接好，且上位机处于数据接受状态时，按“确认”键， YJ-33 型静态电阻应 变仪会把最后一次自动测量的结果传输给上位机，结束后自动返回主菜单10）显示初值当显示初值菜单条前提示“口”中有“*”时，按“确认”键，YJ-33型静 态电阻应变仪显示最后一次调零侧得的初始不平衡值，按“向上”、“向下”键 翻页，按“菜单”键返回主菜单。（11）显示读数当
13、显示读数菜单条前提示“口”中有“*”时，按“确认”键， YJ-33 型静 态电阻应变仪显示最后一次 自动测量得到的值，按“向上”、“向下”键翻页， 按“菜单”键返回主菜单。（二）YJ-22 型转换箱及使用方法YJ-22 型转换箱配用 YJ-33 型静态电阻应变仪进行多点静态应变测量用，用 户也可以根据自己的需要配置适当的接口与其他仪表配用进行测量和巡回检查。 每台转换箱有 20 个测定点，可进行半桥（单片补偿和多点公共补偿）、全桥应 变测量及对其他可转换成电压信号物理量的测量。每台转换箱都具备有级连插座 可供多台转换箱级联使用。转换箱利用干簧继电器触点的闭合及断开来切换桥路达到转换测量的目的。
14、 干簧继电器的吸合靠输入控制讯号，通过转换箱内的符合电路来控制。YJ-22 型转换箱的指标与技术参数为：1转换时间： 100ms2测量点数:20个测定点3测量方式:单臂、半桥、全桥4内半桥电阻阻值120QX25.输入控制讯号:BCD码、TTL电平YJ-22型转换箱的连接方法如图2-3所示，接线方法图2-4所示。EZZI E=l出ri I 7110信号输入下一台丫. * _ 尹 图 2-3 YJ-22 型转换箱的连接方法下一台图 2-4 接线方法（三）粘贴应变片及接线1. 粘贴应变片（1）除锈 打磨换热器需要贴应变片的大概位置；（2）画线 在换热器的轴向和周向画好应变片的位置；（3）打磨 用砂纸沿 45度角打磨被测部分，并用甲酮清洗表面4）按经向和周向粘贴应变片；5）经过一段时间干燥固化应变片； 2准备导线，焊接应变片；3
