课程名称：过程装备专业实验
英文名称：Professional Experiments for Process Equipment
课程编码：03804课程总学分：1 课程总学时：24 实验学时：24 上机学时：
适用专业：过程装备与控制工程
大纲执笔人：王宗明 系（教研室）主任：左海强
一、实验教学目标
过程装备专业实验为过程装备与控制工程专业的必修专业课，与专业课程理论教学相配套。目的是使学生巩固、加深对专业课基本理论和专业知识的理解，使学生巩固本学科的核心专业知识，掌握基本的专业实验技能与方法，提高学生的动手能力和工程实践能力，培养学生观察问题、分析问题与解决问题的能力，从而提高和培养学生的科技创新与实践创新能力，也培养学生的团结协作能力。
二、基本要求
过程装备专业实验要求学生在系统学习基础课实验后进行，其任务除了消化、巩固和加深对专业课基本理论和专业知识的理解外，还要掌握重要的实验方法、学习有关的实验技术和设备的调节和使用，培养分析问题和解决问题的能力。具体要求如下：
1.深入了解与实验相关的知识。包括实验室安全知识，事故的预防与急救处理，实验常用设备及仪器的保护、维修与保养，工具书的查阅方法以及实验报告的撰写等知识。
2.掌握过程装备测控技术相关实验的基本操作，掌握对象数学模型的建立，掌握用MATLAB对控制系统进行分析等方面的知识，掌握典型检测元件与仪表的使用和校验，掌握控制对象特性的测取，掌握化工装备系统中的信息传递和反馈的过程以及反馈控制系统的构成，掌握就简单控制系统的设计、调节规律的确定、参数整定方法及投运，掌握典型复杂控制系统的设计、运行过程，掌握计算机控制系统的组成及运用等方面的工程知识。
3.掌握压力容器性能检测方面相关实验的基本操作，了解电测应力的基本原理与方法，学会使用应变仪进行多点测量的基本技术及数据处理方法，理解和掌握薄膜理论、板壳理论及典型容器封头等结构的受力分布特点，学习压力容器升压实验、容器爆破试验、容器外压失稳实验的基本知识、技术与特点，了解压力容器安全操作的基本知识。
4.掌握过程流体机械方面相关实验的基本操作，熟悉过程流体机械的操作运行和调节控制过程，掌握过程流体机械的实际工作特性，熟悉过程流体机械性能参数的测试技术。
5.学会认真观察实验现象，合理处理数据，正确分析实验结果，独立撰写实验报告。
6.通过实验教学，培养学生的工程意识和创新能力，加强学生的动手操作能力及自主设计实验探索科学问题规律的能力。
三、主要仪器设备
序号 | 设备名称 | 台套数 |
1 | 应力测试实验装置 |
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2 | 圆筒容器爆破实验装置 |
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3 | 外压容器失稳实验装置 |
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4 | 压力容器质量检测实验台 |
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5 | 离心泵性能测定实验装置 |
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6 | 离心泵汽蚀实验装置 |
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7 | 离心泵综合操控实验台 |
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8 | 压缩机性能测定实验装置 |
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9 | 离心风机性能测试实验台 |
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10 | 简单控制系统实验台 |
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11 | 复杂控制系统实验 |
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12 | 计算机控制系统实验 |
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13 | 超声波探伤仪 |
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14 | 振动测试仪 |
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15 | 转速测定仪 |
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16 | 噪声测试仪 |
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17 | 热电偶 |
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18 | 压力测量仪表 |
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19 | 计算机及MATLAB软件 |
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四、实验内容与学时分配
序号 | 实验项目名称 | 主要内容 | 每组人数 | 实验学时 | 实验属性 | 实验要求 | 实验 类型 |
1 | 内压薄壁筒应力测定 | 测定薄壁圆筒的薄膜应力，并与理论计算应力作比较；学习电测应力的基本原理与方法。 | 6 | 1 | 专业基础 | 必做 | 验证性 |
2 | 平板盖容器应力测试 | 测定平板封头的应力分布，加深对板盖受力特点、边缘连接结构影响及板盖设计公式的理解、认识。 | 6 | 1 | 专业基础 | 必做 | 验证性 |
3 | 椭圆封头应力测试 | 测定椭圆封头的应力分布，加深认识其受力特点，深入理解设计公式引入的应力增值系数；与其它封头的受力情况比较。 | 6 | 2 | 专业 | 必做 | 综合性 |
4 | 圆筒容器爆破试验 | 观察圆筒容器升压直至爆破的全过程及爆破口的形状、特点，对比核算屈服压力和爆破压力的理论值与实验值。 | 6 | 1 | 专业 | 必做 | 综合性 |
5 | 外压容器失稳实验 | 观察外压圆筒容器失稳破坏的形式，测定、核算容器失稳的临界压力、波数。 | 6 | 1 | 专业 | 必做 | 综合性 |
6 | 压力容器质量检测实验 | 超声波壁厚检测和焊缝质量检测、动态应变测量、液压实验 | 6 | 2 | 专业 | 必做 | 综合性 |
7 | 离心泵性能实验 | 调节离心泵流量，测量离心泵流量、扬程、功率、效率和转速参数，绘制离心泵扬程–流量（H–Q）、功率–流量（N–Q）、效率–流量（η–Q）特性曲线，确定离心泵额定工况点（最高效率工况点）。 | 5 | 1 | 专业基础 | 必做 | 验证性 |
8 | 离心泵汽蚀实验 | 调节稳定离心泵流量，连续测量泵装置降压过程中的泵出口压力和进口压力（吸入真空度）；绘制泵扬程–吸入真空度变化过程曲线，观察汽蚀发生现象（性能参数下降、振动噪声增大），判断汽蚀工况点（最大吸入真空度）； 可测量不同流量汽蚀点，绘制离心泵吸入真空度[Hs]―Q和汽蚀余量[NPSHr]―Q吸入特性。 | 5 | 1 | 专业基础 | 必做 | 验证性 |
9 | 往复压缩机性能实验 | 调节往复压缩机压力比，测量往复压缩机排气量、排气压力、排气温度、转速和功率（轴功率和驱动功率），测绘往复压缩机指示图，计算排气系数、功率（理论功率、指示功率）和效率（指示效率、轴效率）； 分析往复压缩机压力比ε与排气量Q、功率N和效率η等参数之间的相互关系，确定往复压缩机的最佳压力比。 | 5 | 2 | 专业 | 必做 | 综合性 |
10 | 离心风机性能实验 | 离心风机结构及运行特点，变频器的使用，风机变速工作特性，风机风量、风压、轴功率、转速测量方法，噪音测试方法，计算机数据采集与处理方法，风压、功率、效率曲线绘制，噪音水平分析。 | 5 | 1 | 专业 | 必做 | 综合性 |
11 | 泵的串并联特性测定 | 通过改变管路的连接方式，实现泵的串联和并联运行，并通过实际测量并联或串联的运行结果，得到泵的串并联特性。 | 5 | 1 | 专业 | 必做 | 设计性 |
12 | 离心泵变速节能实验 | 利用变频器，实现转速的调节，改变泵的工作点，测量功率特性及效率。 | 5 | 1 | 专业 | 必做 | 设计性 |
13 | 离心泵综合操控实验 | 通过自动控制系统，对离心泵进行远程操控，改变泵的串并联模式，改变管路组合方式，测量管路流量特性。 | 5 | 1 | 专业 | 必做 | 设计性 |
14 | 热电偶及压力表 实验 | 热电偶焊接、校验；压力表校验 | 4 | 1 | 专业基础 | 必做 | 综合性 |
15 | 简单控制系统 实验 | 测取对象特性、控制系统参数整定、过渡过程参数测量 | 6 | 2 | 专业 | 必做 | 综合性 |
16 | 复杂控制系统 实验 | 多容对象特性测取、串级控制系统设计与运行 | 6 | 2 | 专业 | 必做 | 综合性 |
17 | 计算机控制系统 实验 | 计算机控制系统参数设定、控制效果评价、分级控制 | 6 | 1 | 专业 | 必做 | 设计性 |
18 | MATLAB软件 认识与学习 | 了解MATLAB软件的构成；掌握用MATLAB进行矩阵分析等 | 1 | 1 | 专业基础 | 必做 | 验证性 |
19 | 控制对象和系统的MATLAB分析 | 用MATLAB进行对象输入响应分析、瞬态响应分析、频率特性分析、稳定性分析等 | 1 | 1 | 专业基础 | 必做 | 综合性 |
五、考核方式
1.实验报告
学生完成实验后要认真书写实验报告。实验报告主要包含实验目的、实验原理、实验装置图、实验步骤及现象记录、实验结果、结果及现象的分析讨论、实验相关知识拓展及实验改进等。其中实验相关知识拓展及实验改进为选做项目，学生根据自己的知识水平及兴趣进行自主学习。
2.考核方式
过程装备与控制工程实验单独开课，成绩评定方式为考查，结合学生完成各项实验的能力和实验报告的成绩给出总成绩，成绩不及格的学生必须重做实验。
六、实验教材及参考书
（一）教材
1．过程装备专业实验指导书，校内编写。
（二）主要参考书
1．过程装备与控制工程专业实验，宋树波、邵泽波主编，化学工业出版社，2005.1；
2．过程设备设计，郑津洋等编，化学工业出版社，2001；
3．化工机械测试技术，岑汉钊主编，化学工业出版社，1989年。
4．石油化工流体机械，张湘亚、陈弘主编，石油大学出版社，1996.10；
5．泵与压缩机，钱锡俊、陈弘主编，石油大学出版社，1989.4。
6．控制工程基础（第二版），董景新等编著，清华大学出版社，2003.8；
7．过程设备控制系统及仪表，李亚芬主编，大连理工大学出版社，2006.8；
8．MATLAB实用教程，郑阿齐，电子工业出版社，2004.6。