过程装备与控制工程专业实验指导书

过程装备与控制工程专业 实验指导书
ห้องสมุดไป่ตู้
大连大学 过控教研室
2013.9
目
录
1 内压容器应力测试 ................................................................................. 1 2 爆破片爆破压力测定 ............................................................................. 6 3 化工设备综合性能测试 ....................................................................... 10 4 精馏塔性能测试与控制 ....................................................................... 23 5 换热器性能综合测试 ........................................................................... 32 6 容积式压缩机性能测试 ....................................................................... 44 7 中空纤维超滤膜分离 ........................................................................... 51 8 超临界流体萃取 ..................................................................................... 3 9 流体机械拆装实验 ................................................................................. 2 附录 1 BZ2205C 静态电阻应变仪及使用方法 .......................................... 5 附录 2 过控专业实验综合装置简介-外压失稳 ...................................... 8
(2-12)
3
1.5 实验步骤
(1) 应变仪操作： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
(2)
检查各接线是否正确、牢固； 打开应变仪电源，预热 20 分钟； 设置测量桥路为 1/4 桥； 设定灵敏系数，本实验中，应变片的灵敏系数为 2.07； 设置公共补偿点； 设置补偿点补偿 20 个测量点； 清空历史数据； 确认上述设置有效； 进行电桥平衡。
图 2-9 锥形封头的应变片布置
表 2-11 锥形封头各测点至锥形封头顶点距离[mm]
序号 距离
1 40
2 80
3 120
4 150
5 180
6 210
7 240
8 265
9 285
10 310
2
1.4 实验原理
(1) 应力计算：
薄壁压力容器主要由封头和圆筒体两个部分组成，由于各部分曲率不同，在 它们的连接处曲率发生突变。受压后，在连接处会生产边缘力系 ——边缘力矩和 边缘剪力。使得折边区及其两侧一定距离内的圆筒体和封头中的应力分布比较复 杂，某些位置会出现较高的局部应力。可利用电阻应变测量方法对封头和与封头 相连接的部分圆筒体的应力分布进行测量。 (2) 应力测定中采用电阻应变仪来测定封头上各点的应变值，然后根据广义 虎克定律换算成相应的应力值。由于封头受力后是处于二向应力状态， 于是在弹性范围内可用广义虎克定律表示如下： 经向应力： 环向应力：
6
爆破片试验装置附件如图 2-24 所示。图中：1.上夹持器、2.爆破片、3.下夹持器、 4 连接板、5.螺钉。
图 2-22 爆破片
图 2-23 爆破片装置
实验用爆破片为正拱形，型号为 LP50-0.4-22，爆破片参数如表 2-13。 爆破片试验装置附件如图 2-24 所示，图中：1.立式实验容器法兰；2.垫片；3. 下法兰；4.垫片；5.密封垫片；6.爆破片装置；7.上法兰；8.防护罩；9.螺栓 螺母。 10.
1
的。所以只需要在同一平行圆的某一点沿着经向和环向各贴一个应变片即可。经 向应变片的中点线和环向应变片的轴线必须位于欲测之点所在的平行圆上。
图 2-8 椭圆形封头的应变片布置
表 2-10
序号 距离 序号 距离 1 20 6 170
椭圆型封头各测点距封头顶点距离(mm)
2 60 7 190 3 90 8 210 4 120 9 230 5 145 10 250
2.6 数据记录和整理
将爆破片的实测爆破压力 PS 值填入表 2-14，观察爆破片爆破后的形状；
2.7 实验报告要求
⑪写出实验目的、实验内容、爆破片爆破压力的实验步骤； ⑫填写实验数据； ⑬回答思考题。
表 2-13 爆破片参数表 泄放口径 设计爆破压力 设计爆破温度 爆破允差 制造范围 DN PB TB △PB %PB MPa MPa 50 mm 0.4 MPa 22℃ ± 10% 0% 允许最大爆破压力 PBmax 允许最小爆破压力 PBmin 初选爆破片类型 材 料 爆破片 夹持器 0.44 MPa 0.36 MPa LP 铝 304
1.6 数据记录和整理
(1) 将内压容器在 0.2，0.4，0.6MPa 压力下测量出的经向应变和环向应变值 填入表 2-12，在坐标纸上将同一点在上应变值做 0、0.2，0.4，0.6MPa 下的线性化修正曲线； (2) (3) 在线性化修正曲线上取 0.6MPa 压力时的应变值， 并按式(2-10)和式(2-11) 计算内压容器在 0.6MPa 压力下的经向应力和环向应力值，填入表 2-12； 在坐标纸上绘制带有椭圆封头或带有锥形封头的内压容器的应力分布曲 线。
1
内压容器应力测试
1.1 实验目的
(1) (2) 实测在内压作用下封头的应力，绘制封头的压力分布曲线。 了解边缘力矩对容器应力分布的影响。
1.2 实验内容
实测在不同内压力作用下椭圆封头与锥形封头和筒体上各测点的应变值，画 出各测点的 P-ε 修正曲线(线性关系)，并在修正曲线上求得在 0.6 MPa 压力下应变 修正值，由应变修正值计算在 0.6 MPa 下各点的应力值，绘制 0.6 MPa 下的封头应 力分布曲线，利用所学理论解释封头的应力分布状况，并对存在的问题进行讨论。

应变片
dR 电桥 放大器 数据采集 或I 显示应变值 R 将应变片粘贴在封头外壁面上，使它与封头一起变形。封头的伸长或压
缩变形将引起应变片电阻值的变化，它们之间有如下关系：
R1 l K K R1 L
式中： K—电阻应变片的灵敏系数； ε—试件的应变； ΔR1—电阻应变片电阻值的改变值； R1—电阻应变片电阻值未变形时的电阻值。
图 2-24 爆破片试验装置附件
2.5 实验步骤
⑪爆破片装置组装 ①应小心搬运爆破片，且只能接触其边缘部分； ②检查夹持器是否有损坏； ③把夹持器放在平面上，下夹持器(边缘有缺口)缺口朝上； ④把爆破片放在夹持器上，拱面朝上； ⑤放好上夹持器，标牌上泄放方向箭头朝上，并使上下夹持器侧面螺钉孔对 齐； ⑥用连接板把上下夹持器连接好。
4
1.7 实验报告要求
(1) (2) (3) 写出实验目的、实验内容、应变测量的实验步骤； 在同一张坐标纸上画出各点的线性化修正曲线、应力计算步骤、绘制应 力分布曲线； 回答思考题。 表 2-12 实验数据表
应 变 值 序 号
0.2MPa
0.4MPa
0.6MPa
应变修正值 ε1
0.6MPa
应力值/MPa ε2 ζ1 ζ2
7
⑫爆破片装置安装 ①检查安装爆破片装置的螺栓螺母是否可以用手轻松拧动； ②放好垫片后，将爆破片装置放在实验装置下法兰上，标牌上泄放方向箭头 朝上； ③放好上法兰，将螺母用手均匀拧紧； ④使用扭力扳手，用十字型模式分四步拧紧螺栓，第一步将扭力扳手设置为 20[N•M]； 第二步将扭力扳手设置为 45[N•M]； 第三步将扭力扳手设置为 60[N•M]； 第四步将扭力扳手设置为 63[N•M]，沿顺时针方向再将每个螺栓拧紧一遍； ⑤将下法兰连同爆破片装置安装在立式实验容器法兰上，均匀用力旋紧螺母； ⑥装上有机玻璃防护罩，均匀用力旋紧螺母。 ⑬实验 ①启动计算机，打开实验主程序，选择“实验” ，进入“实验选择”界面； ②选择“爆破片爆破压力测定”实验，进入爆破片实验程序； ③点击“开始”按钮，输入姓名和组别(也可以不响应；直接按确定)按确定； ① 击“记录”按钮； ② 用手动试压泵给容器加压，直至爆破片爆破； ③ 记下爆破压力，点击退出，退出实验程序。
1
2
E 1 2 1 2
E 2 1 1 2
(2-10) (2-11)
式中：E－材料的弹性模量； μ－泊松比； ε1、ε2－经向应变和环向应变；
1 、 2 －经向应力和环向应力。
(3) 电阻应变仪的基本原理是将应变片电阻的微小变化，通过电桥转换成电 压的变化。其过程为：
⑪ 了解爆破片结构及其使用方法； ⑫ 实测爆破片的爆破压力。
2.2 实验内容
测量爆破片爆破时的爆破压力值，并与爆破片的标称爆破压力进行比较。观 察爆破片爆破后的形态，对实验结果进行分析和讨论。
2.3 实验装置
过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台，实验流程图如图 2-21 所示。 爆破片是压力容器、压力管道的重要安全泄放装置。它能在规定的温度和压 力下爆破， 泄放压力，保障人员生命和生产设备的安全。爆破片安全装置具有结 构简单、灵敏、准确、无泄漏、泄放能力强等优点。能够在粘稠、高温、低温、 腐蚀的环境下可靠地工作，还是超高压容器的理想安全装置。