过程机械专业实验课

化工过程机械系二 00七年三月

过程机械专业实验开设的目的是为加深学生对所学知识理论的理解，着重培养同学掌握本专业最基本的一些实验方法和测试技术，培养学生观察现象、分析问题和整理实验结果的能力以及提高学生亲自动手来解决实际工程问题的能力。

为了达到这些目的，本实验课特别增加了一些属于设计型、计算型和障碍型的实验内容。为真正达到训练的目的，要求同学做好实验前的预习，明确实验目的、要求、实验步骤、所需测定的内容以及熟悉了解使用的仪器和工具。

在实验过程中，学生应遵守实验室规定要求，听从教师的指导，细心操作、注意人身安全及设备安全。实验完毕后，整理数据，得出结论，分析差别、原因，提交实验报告。

• 实验一 轴的临界转速试验• 实验二 涡流管性能实验• 实验三 活塞压缩机示功图的测定• 实验四 无损检验

实验一 轴的临界转速试验一、实验目的1 、掌握轴的临界转速实测方法，即特定系统固有频率的测定。2、掌握几种简单的临界转速的计算方法。3、观察轴在通过临界转速时的现象及影响临界转速的因素

二、实验内容1 、实测轴的临界转速，2 、测定系统固有频率 3 、测定刚性系数 K

二、实验内容

改变调速装置的输出电压，从而改变电机的转速，记录在升速和降速过程中最大振荡时的转数值。用转速表或测速仪直接测量。

1 、实测轴的临界转速

2 、测定轴的固有频率

利萨如图形

3 、测定刚性系数 K 1 、百分表 2 、砝码（ 2.45N ）

在转子安装位置处。每产生单位长度挠度时的弹性反力．在测定时轴不转动。平稳放置砝码。测定前给百分表以初位移。并旋转表使指针指零。然后记录逐一加砝码和卸砝码时的百分表读数。测量

其相应的挠度值 y （ Cm ）。则刚性系数 K 为：

K=G/y (N/cm)

记录加卸砝码的读数取算术平均值。

三、临界转速的解析计算 当轴的转速等于系统的固有频率时，就发生共振，轴在此时的振动、振幅最大，这时的转速称为临界转速。因此，求轴的临界转速，实质就是求该系统的固有频率。

1 、简支、一端外伸、单转子系统的固有频率计算（忽略轴自重和转子的回转效应）

2 、简支、一端外伸、考虑轴自重的固有频率计算（无转子）

b a

W

b a

qc

3 、当梁上有集中质量时 , 同时考虑轴自重 , 即均布载荷 q 。

W2 q L a2

a1 轴承间距 L ，载荷 W2 距中间支撑 a2 ，均布载荷 q 用当量载荷 W

1 代替距中间支撑 a2, 变形后 W1 、 W2 处各自的挠度分别为 y1 、y2 。

W2 W1 y2 y1

a2

L a1

实验二 涡流管性能实验 制冷技术领域中一种最简

单的气体制冷方法。气体经涡流分离成热、冷两部分即可同时产生冷、热两种效应。

特点：结构简单，体积小，无易损部件，使用寿命长。 但效率较低，处理量较小，固应用推广受到了一定的限制。 在压力能源充足和有余压、废压可供利用的特殊场合较为适用。

1 、基本特性2 、性能测试方法（ 1 ） 温度测量（ 2 ）流量测量与换算

涡流管的结构主要是由喷嘴、涡流室、分离孔板、及冷热两端的管子组成。

二、工作过程：气体在喷嘴内膨胀以后以很高的速度沿切线方向进入涡流管，形成自由涡流，经过动能的交换并分离成温度不相同的两部分，中心部分的气流经孔板流出，即是冷气流；边缘部分的气体从另一端经控制阀流

出，即是热气流。

实验三 活塞压缩机示功图的测定 化工过程装备中最主要的动力机械之一，广泛

用于工业和民用气体的压缩、输送过程，如在与风机、冰机配套和化工生产等许多领域都是不可缺少的重要设备。在对大型活塞压缩机进行检测和维修时通过示功图的变化能够判定机器的性能如何和功率的消耗状况。

一、实验目的1 、了解压缩机的结构和操作2 、掌握本实验测试示功图的原理和方法3 、用示功图来分析活塞示压缩机气缸内的实际

压缩循环

实验三 活塞压缩机示功图的测定 二、实验原理 1 、压力和行程讯号的采集和合成 2 、压力和行程的标定

三、实验装置 实验装置流程图

P

S

△ Pd

△ Ps

Fi

Pd

Ps

SiS1

h0

曲轴

气缸

换向阀

PsPd

Y X

示波器

行程转换器

3 、示功图的绘制、测量及相关计算P

S

Fi

Ps

SiS1

h0

△ Ps

Pd△ Pd

1.平均指示压力

i

ipl s

fyp

N/m2

实验四 超声波检验

— 、实验目的1 、了解掌握超声波测厚的原理和方法。2、了解掌握超声波探伤原理及缺陷定位、定量测量的方法。

二、实验内容1 、超声波测厚 探头接收到仪器给定的电脉冲信号

后，探头晶片产生高频机械振动。激发出超声波。 探头与工件表面接触，又将超声波传到工件中。超声波到达工件底面，又从底面返回（超声波在空气中不传播）上表面并被探头接收，又经探头晶片转换成电讯号回到仪器。发射脉冲和反射脉冲之间的时间，表示了超声波在工件中来回传播的路程：即 2H=T C

一种无损检测的方法 频率 20000Hz 以上

对声波衰减小（细晶粒）的材料选用 10MHz 探头；对声波衰减大或表面粗糙的工件应选用频率 5MHz 的探头。钢材的纵波声速为 5850 m／ s 。

2 ．超声波探伤优点：灵敏度高，探伤速度快，经济和应用广。缺点：缺陷显示不直观，不能存档。 不仅可检表面缺陷，对深埋在工件内部的缺陷也能检验。

探伤仪的脉冲发生器，发出高频电脉冲信号并激发探头晶片。由于探头晶片具有压电效应，电脉冲信号被转换成机械弹性振动，产生超声波。探头与工件接触后，将超声波传送到工件中，在超声波传播过程中，当碰到不同声阻抗界面（如小缺陷）时，一部分波被提前反射或折射回来。而另一部分到达工件底面返回来，造成时间差。返回的二部分超声波均被探头接收。因压电效应是可逆的，超声波脉冲被转换成电讯号。发射脉冲和反射脉冲通过仪器接收电路放大、检波和增幅等过程，在扫描示波器上显示出来。

检测焊件时，在荧光屏上可看到始波和底波，若焊接接头内部存在缺陷，将另外发生脉冲反射波形，界于始波与底波之间，根据脉冲反射波形的相对位置及形状，即可判断出缺陷的位置、种类和大小。工件中有小于探头面积的缺陷，在荧光屏

上会出现始波 T ，缺陷波 F ，底波 B 。