燃气实验-.doc

《燃气工程》课程实验指导书

实 验 报 告

学生姓名：
班 级：
专 业：
学 号：
任课教师：
成 绩：

中国矿业大学建筑工程学院
建筑环境技术综合实验室

2006年3月

13

实验一 家用液化石油气调压器调压特性试验

一、实验目的
通过家用液化石油气调压器调压特性的测试，确定调压器是否满足技术要求。加深对调压器工作原理的理解。
二、实验装置
工作原理：检验用气源压力在不低于1.56MPa、压力波动不大于额定值±2%的条件下流入实验台，根据需要定值调压器调控压力P1，打开相应测量范围内的压力表测量，供给被测调压器。通过被测调压器后的气体，被U型水柱压力表测定调压器出口压力P2，温度计测定其温度，然后流经流量调节阀进入转子流量计，计量流量后排出。由不同的进、出口压力和流量数值，即可评定被测调压器的性能。实验装置系统如图1所示。

图1 调压器特性试验装置系统图

三、调压器的基本设计参数
1、术语、符号、代号
a、家用液化石油气压调压器
将液化石油气进口压力由0.03-1.56MPa调至规定的出口压力2.75±0.49kPa的调节装置（以下简称调压器）
b、额定出口压力P2sh
把调压器的出口压力调整到规定压力范围内的某一定值，以值即为该调压器的额定出压力值。
c、关闭压力Pb
缓慢关闭调压器出口阀门，当流量等于零时，1min后所得到的出口压力值。
d、压力回差 P
当流量一定时，在设计规定的进口压力全范围内，升高、降低的往返过程中，同一进口压力下所得到的两个相应出口压力值之差。
e、稳压精度δP2
调压器出口压力偏离额定值的偏差与额定出口压力的比值。
f、额定流量Qn
在设计规定的性能范围内，当进口压力为允许最低值，其出口压力为稳压精度范围内的下限值时的流量。
2、技术要求
一般规定：
a、调压稳压精度应≤±18%。
b、调压器的压力回差应不大于额定出口压力的2%。
c、调压器应有足够的强度，其下壳体应能承受2MPa的水压；膜片应能承受0.35MPa的气压。
d、调压器应进行气密性试验，应不漏气。
e、调压器的调压特性应符合表1的要求：
表1 调压器的基本设计参数
序号
名称及代表
符 号
型号
设计参数
单 位

JYT-0.3

JYT-0.6

JYT-1.2

JYT-2.0
1
额定流量Qn
m3/h
0.3
0.6
1.2
2.0
2
流量范围
m3/h
0.3-0.6
0.6-1.2
1.2-2.0
2.0-2.5
3
进口压力P1
MPa
0.03-1.56
4
出口压力P2
kPa
2.75±0.49
5
额定出口压力P2n
kPa
2.75
6
关闭压力Pb
kPa
≤3.43
7
使用环境温度
℃
-20-45

四、调压器静特性试验方法
进口压力分别控制在0.03,0.07,0.14,0.35,0.7,1.0,1.56MPa时，改变流量（流量变化点不少于七个），使其由零至最大，由最大至零，往返一次，分别记录相应的流量和出口压力值。同一流量下所得两个出口压力值之差不应大于55Pa。出口压力P2值按算术平均值计算。
调压特性应符合下列要求：
a、在不同的进口压力下，关闭调压器出口阀门，当流量等于零时，1min后其出口压力 应不大于3.43kPa。
b、当进口压力为0.03MPa时，其流量应不小于表1所列的额定流量。
c、出口压力的变化应不大于额定出口压力的±18%。
五、测试步骤
1. 外观检查
根据一般要求，检查调压器外型尺寸，加工精细度，材质情况以及标牌内容等。
2. 流量特性曲线的测试
为了衡量调压器出口压力受流量变化的影响，需要测出在不同进口压力条件下，出口压力随流量改变而变化的曲线，具体测试步骤如下：
(1) 由定值调压器控制进口压力P1=P1max并且维护其在测试过程中不变。
(2) 调节被测调压器出口压力（调节弹簧），使P2=P2max。
(3) 用图中流量调节阀改变流量，在稳定工作条件下，记录出各个流量（Vτ）下的稳定后的出口压力P＇2max值。这样就可得到一系列P＇2max =f(Vτ)的关系值。
(4)调节调压器出口压力，使P2=P2Sh，用同样方法，通过改变流量测得一系列P＇2sh=f(Vτ)的关系值。
(5)调节调压器出口压力，使P2=P2min，用同样方法，通过改变流量测得一系列P＇2min=f(Vτ)的关系值。
通过以上步骤，得到第Ⅰ组流量特性曲线的测量点。
P＇2max =f(Vτ)
（Ⅰ） P1=P1max P＇2Sh =f(Vτ)
P＇2mi n =f(Vτ)
改变进口压力，重复以上步骤，可得第Ⅱ组与第Ⅲ组流量特性曲线测量点。
P＇2max =f(Vτ)
（Ⅱ） P1=P1Sh P＇2Sh =f(Vτ)
P＇2mi n =f(Vτ)

P＇2max =f(Vτ)
（Ⅲ） P1=P1min P＇2sh =f(Vτ)
P＇2mi n =f(Vτ)

在测试流量特性曲线时，要注意保持进口压力P1值不变。另外，在读流量Vτ与出口压力P2时，应处于同一的稳定条件下。流量Vτ的测试点应均匀分布，并且不应少于7个。
3. 压力特性曲线的测试
为了衡量调压器的出口压力受进口压力变化的影响，需要测出在不同流量条件下，出口压力随进口压力改变而变化的曲线，具体测试步骤如下：
（1）首先控制流量Vτ= V＇max，并且维持其在测试过程中不变。V＇max是在调节范围内能达到最大流量。
（2）调节调压器弹簧，使出口压力P2=P2max。
（3）用进口压力调节器改变进口压力P1，在稳定工作条件下记录出各进口压力（P1）与相应稳定后的P＇2max值。 这样就可以得到一系列P＇2max=f1（P1）的关系值。
（4）调节调压器的弹簧，使出口压力P2=P2Sh。用同样方法改变进口压力并测出一系列P＇2sh =f2 (P1)的关系值。
（5）调节调压器的弹簧，使出口压力P2=P2min。用同样方法改变进口压力并测出一系列P＇2min=f3 (P1)的关系值。

这样即得到第Ⅰ组压力特性曲线点。
P＇2max =f1（P1）
（Ⅰ）Vτ= V＇max P＇2sh =f2 (P1)
P＇2mi n =f3 (P1)
改变流量 等于最大流量的5~15%，并维持其为常数，重复以上步骤，可得第Ⅱ组压力特性曲线测量点，
P＇2max=f1（P1）
（Ⅱ）Vτ= （0.05~0.15）V＇max时 P＇2sh =f2 (P1)
P＇2mi n =f3 (P1)
4. 关闭压力的测定
控制进口压力P1= P1max，出口压力等于P2= P2min及 流量等于任一数值时，缓慢关闭调压器出口阀门，并读出完全关闭一分钟后的调压器出口压力（关闭压力）。
六、数据整理
在测流量前，应测出气体的压力与温度以便折算成标准体积流量。再将具体的各个测量值填入表2和表3中进行整理计算。最后根据表中读数可绘出流量特性曲线9条；压力特性曲线6条。

思考题：
1、叙述所做实验调压器的工作原理，画出简图。
2、请对所做实验调压器的工作性能进行评价。

表2 流量特性曲线测试表
调压器名称及型号： 测试日期：
测试环境温度（/℃）： 大气压力：
进口压力P1
(MPa)
出口压力P2
(Pa)
流 量 计 处 参 数
标准流量
Vτ=fV‘τ
(Nm3/h)
出口压力P‘2
(Pa)
序号
V‘τ
(m3/h)
压力H
(Pa)
温度t
(℃)
折算
系数f

维持调压器进口压力为P1为P1ma不变条件

把调压器出口压力调到P2max
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器出口压力调到P2sh
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器出口压力调到P2min
1

2

3

4

5

6

7

8

维持调压器进口压力为P1为P1sh不变条件

维持调压器进口压力为P1为P1sh不变条件

把调压器出口压力调到P2ma
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器出口压力调到P2sh
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器出口压力调到P2min
1

2

3

4

5

6

7

8

维持调压器进口压力为P1为P2min不变条件

把调压器出口压力调到P2max
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器出口压力调到P2 sh
1

2

3

4

5

6

7

8

维持调压器进口压力为P1为P2min不变条件

把调压器出口压力调到P2min
1

2

3

4

5

6

7

8

注：表中第一、二项的P1与P2应填具体的压力数字。
表3 压力特性曲线测试表
调压器名称及型号： 测试日期：
测试环境温度（/℃）： 大气压力：
流 量
(Nm3/h)
出口压力P2
（Pa）
序 号
入口压力P1
（MPa）
出口压力读数P＇2
（Pa）
备　注

维持流量
为最大值
不变条件
Vτ＝V＇2min不变条件

把调压器
出口压力
调到P2min
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器
出口压力
调到P2e
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器
出口压力
调到P2min
1

2

3

4

5

6

7

8

维持流量
为最大值
不变条件
Vτ＝（0.05~0.15）V＇2min不变条件

把调压器
出口压力
调到P2max
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器
出口压力
调到P2e
1

2

3

4

5

6

7

8

把调压器
出口压力
调到P2max
1

2

3

4

5

6

7

8

注：第一项应填写具体流量数字。
第二项应填写具体调节到的出口压力数字。

实验二 燃气热水器热工性能试验
一、实验目的
通过测定燃气快速热水器的热负荷，热效率，了解快速热水器的结构及工作原理，初步掌握对燃气热水器的热工性能测试技术。
二、基本原理
快速热水器是专门制取生活热水的设备。其结构比较复杂，它本身无储水容积，要求控制性能好，安全可靠。其原理是冷水经快速热水器的受热面，吸收燃气燃烧产生的热量，使冷水温度升高至规定的温度并保持相对稳定，连续供应热水。由于快速热水器结构紧凑，受热面又大，所以其热效率比较高。
1、热流量（热负荷）
热水器的热流量（热负荷）是指单位时间内热水器使用的燃气燃烧所放出的热量，计算公式如下：
式中：Φ —在标准大气条件下，灶前压力为Pg时的折算热流量，MJ/h；
Qis —设计时采用的基准干燃气的低发热值，MJ/Nm3；
—在标准大气条件下，燃具前燃气压力为，试验气相对密度为，算为相对密度为的干设计气的燃气消耗量，m3/h，计算式如下：

式中：—试验时湿试验气的消耗量， m3/h（Pamb+Pg，t℃）；
Pamb —试验时的大气压力，KPa；
Pg —试验时通入燃气流量计的试验气压力，KPa；
t —试验时通入燃气流量计的试验气温度，℃；
Pv —在温度为t℃时饱和水蒸气的压力，KPa；
dmg —标准条件下干试验气的相对密度；
dsg —标准条件下干设计气的相对密度；
0.644 —标准条件下水蒸气的相对密度。

F称为体积折算系数。
则实际测试时：
式中： ΦC —在标准大气条件下，灶前压力为Pg时的实测折算热流量，MJ/h；
QC —测试时采用的基准干燃气的低位热值，MJ/Nm3。
进一步可写成：
式中： V1、V2 —流量计的初、终读值，m3；
f —流量计校正系数；
τ —计量时间，h。
2、热效率
热效率是表示热能的利用率。快速热水器的测试热效率可定义为：
单位时间内水所吸收的热量
η= ×100%
单位时间内燃气燃烧所放出的热量

式中： G —测试时间τ内的水量，kg；
C —水的比热（c=0.0041861MJ/℃·kg）；
t1 —进口冷水温度，℃；
t2 —出口热水温度，℃；
其它符号同前。
3、热水产率
热水产率是指单位时间内的热水产量。热水器的额定产率是燃气在额定压力下燃烧，压力98Kpa的冷水流过热水器，温度升高25℃时，每分钟的热水量。用下式表示：
式中： g —热水产率，L/min；
M —测试时间内的热水量，L；
τ—测试时间，s。
三、测量仪器及系统
1、测量仪器
a．水银温度计： 0 ~ 50 ℃最小刻度0.5℃一支，
0 ~ 50 ℃最小刻度0.1℃一支,
0~ 100℃最小刻度0.1℃一支；
b．湿式燃气表： 1台；
c．U型压力计： 1个；
d．快速燃气热水器： 1台；
e．秒表： 1块；
f．水桶： 2个；
g．天平： 1架，量程10kg，最小分度值5g；
h．量桶： 2000mml2个。
i．精密压力表： 1块，量程0～1.0MPa，精度0.4；
2、测量系统
系统如图1所示：

图1 热水器测试题同示意图

燃气通过燃气调压器、阀门1进入流量计。阀门即可起开关作用，又可起调整压力作用，燃气压力在U型压力计上显示。燃气经过计量，进入快速热水器，与氧混合燃烧放出热量，生成烟气通过排烟系统排出。
冷水阀门即起到开启作用，又起到水压调节作用。冷水经过阀门调节到额定压力后进入热水器，加热后流出热水器。进出口水温由出、口温度计测出。
四、实验步骤
1、熟悉热水器的使用方法；
2、测量室温及室内大气压力；
3、打开热水器进水总阀门及水气联动阀到最大，点燃热水器使之正常燃烧、再调节进水阀门使进水压力为额定压力。
4、把燃气压力调至额定压力并记下压力值；
5、转动水温调节阀，使热水温度在进水初温加25℃左右。
6．观察进出口温度，在温度变化不大且较稳定后开始测试。
7、等湿式燃气表指向一整数时开始计时，并同时用水桶接水，读取进口水温；
8、热水温度每隔15秒读1次。
9、在秒表指针到1分钟时，迅速停止接水，并同时记下燃气流量计的数值，记下体积，（测试时间也可以大于1分钟，最好取1分的倍数）。
10、称热水重量并用量桶量出热水体积。
11、重复上述过程，进行第二次实验。
五、数据整理及计算
1．数据记录及计算（见下表1）。
表1 燃气热水器热工性能数据记录表
燃气种类

燃气热值（MJ/Nm3）

燃气压力(Pa)

燃气温度（℃）

大气压力(Pa)

室内温度（℃）

体积折算系数F

燃气表校正系数f

进水压力(MP)

额定热水产率(L/min)

项 目
第一次
第二次
平均值
热
负
荷
测试时间τ（s）

流量计初读值V1（m3）

流量计终读值V2（m3）

热负荷I（kw）

热
效
率
热水重量G(kg)

平均温升△t（℃）

热效率η（%）

热水
产率
热水体积M（L）

热水产率ɡ（L/min）

2．计算体积折算系数F。
3．实验误差
（1）热负荷偏差
热负荷偏差 = （实测热负荷—设计热负荷）/设计热负荷 ×100%
（2）热效率
要求：热效率 η≥80%
（3）实测热水产率与设计值比率
要求：比率 = （实测值—设计值）/设计值 ≥90%
思考题：
1、试分析测试快速热水器热负荷、热效率、及热水产率的影响因素。
2、分析你所测试的快速热水器有什么缺陷？请提出你的建议或改进方法。