冷气试验与蒸气动力厂试验Demo-成功大学机械系.PDF

機械工程實驗（三） 冷氣實驗與蒸氣動力廠實驗Demo 一、實驗目的： 1. 了解蒸氣動力系統循環的組成設備及運作原理。 2. 了解冷氣機之基本構造、循環過程及設計之概念。 3. 實作冷氣實驗，測量冷媒分別經壓縮機、冷凝器、蒸發器之壓力以及冷 凝器和蒸發器之溫度。並計算冷氣機之性能係數(COP) 、能量效率比值 (EER)及系統損失能量。 二、實驗設備： 1. 蒸汽動力循環實驗： 圖 1 蒸汽動力循環設備配置圖 1 圖 2 實際 蒸汽動力循環設備 a. 燃燒器 ( Burner ) 燃燒器包含機台瓦斯閥門(operator panel gas valve) 、鼓風機 (blower) 、導流葉片盤(vortex disk) 、點火器(ignitor) 。瓦斯通過閥門 後，先在噴嘴與鼓風機帶入的空氣混合，再經過導流葉片作進一步 的混合後，在主要火管內燃燒。主要火管尾端 (鍋爐右側)設有點 火器和火焰偵測器，會在燃燒器開關打開後，自行偵測火焰並點 火。 b. 蒸氣鍋爐 (Steam generation boiler ) 本系統使用水平火管式(fire tube)鍋爐 圖( 3 ) 。直徑20.3 cm (8 in) 、長29.2 cm (11.5 in)的圓柱型鍋爐內，包含了 13根直徑 1.3 cm (0.5 in)的火管和 1根直徑 5.2 cm (2 in)的主要火管 (primary flame tube) 。燃燒後的高溫氣體會經過中央的主要火管，在底部分流至其 他火管，最後由上方的排氣口排出。火管外表面積總和約為 2451.6 cm2 。鍋爐內部設有壓力和溫度感測器，外部則有可視的水位窗口 (sight glass) 和類比式鍋爐壓力表 (boiler pressure gage) ，可直接監 測鍋爐狀態。為了保有適量的空間，能使蒸氣達到過熱狀態，同時 避免鍋爐之溫度及壓力過高，鍋爐起始注水量不可超過 6000 ml ， 最低水位不可低於水位窗口上標示的警戒線，鍋爐壓力也不可超過 827 kPa (120 psi) 。 2 c. 蒸氣渦輪機 (Steam turbine ) 蒸氣渦輪機或稱汽輪機圖( 4) 有如動力系統的心臟，因此在 設計和製造上通常是整套系統最講究的地方。高壓蒸氣在通過蒸汽 閥 節流閥( ) 後，經由六個噴嘴加速撞擊在渦輪葉片上，使得渦輪 轉動進而對外部作功，最後通過擴流器釋放至冷凝塔。汽輪機進出 口處都有壓力及溫度感測器 。 d. 發電機 (AC/DC generator ) 本系統使用電磁感應式發電機圖( 5) 。其構造主要是將永久 磁鐵直接連結於轉動軸上，並使用滾珠軸承支撐。當磁鐵隨著轉軸 旋轉，外部線圈就會感應磁場的變化形成感應電動勢，生成電流達 到發電的效果。 e. 冷凝塔 (Condenser tower ) 本系統使用表面式冷凝器 (surface condenser)圖( 6) 。渦輪機 排出的蒸汽和外界較低溫的空氣接觸後，部分凝結於冷凝塔表面， 其餘則經由排氣管排至室外。 f. 鼓風機 (Blower ) 鼓風機主要的功用，在控制燃燒時的燃料 - 空氣比和驅動整個 流場。之前提到的火焰偵測器，實際的位置，位於靠近鼓風機的流 道內，能夠回授控制鼓風機、機台瓦斯閥門和點火器。 g. 壓力、溫度感測器 (Pressure and temperature sensors) 整套系統除了外部的鍋爐壓力錶、發電機輸出電流和電壓錶外， 內部還有 10個內建感測器，