教案首頁(yè)
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課程名稱 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) |
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項(xiàng) 目 |
第一章 |
課題 |
化工容器 |
課型 |
理論課 |
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授課班級(jí) |
13級(jí)應(yīng)用化工班 |
授課
時(shí)間 |
9月11日 |
課
時(shí) |
1課時(shí) |
授課教師 |
喬曼 |
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學(xué)習(xí)目標(biāo) |
專業(yè)能力 |
掌握常用化工容器的結(jié)構(gòu)、分類及安全技術(shù)監(jiān)察
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核心能力 |
1、掌握容器設(shè)計(jì)的基本要求
2、理解公稱直徑和公稱壓力的意義 |
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教學(xué)對(duì)象分 析 |
2013級(jí)三年制學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)過(guò)分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程的基本知識(shí)，但是部分學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，自律性差，上課好動(dòng)，喜歡說(shuō)話等。針對(duì)以上問(wèn)題學(xué)生對(duì)于化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課學(xué)起來(lái)一定會(huì)有難度，所以在教學(xué)過(guò)程中，盡量采用模塊式教學(xué)和導(dǎo)入式教學(xué)方法結(jié)合，盡量讓學(xué)生學(xué)好這門(mén)課程，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。 |
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教學(xué)方法 |
教學(xué)媒體—板書(shū)一體化教學(xué)、分析討論法、講授法、演示法、比較法等 |
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教學(xué)回顧 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，所以、理論性比較強(qiáng)，有許多概念性東西，所以學(xué)生聽(tīng)著就比較枯燥，但是通過(guò)給學(xué)生放一些動(dòng)畫(huà)，學(xué)生基本能夠區(qū)分這些概念。 |
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教研室主任審簽： 年 月 日
教學(xué)環(huán)節(jié) |
教學(xué)過(guò)程（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法） |
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教學(xué)過(guò)程：
一、 課前準(zhǔn)備工作
1、自我介紹
2、課程安排
本學(xué)期上課周數(shù) 12 周，每周 4 學(xué)時(shí)，共 48 學(xué)時(shí)
3、課堂要求
1、上課紀(jì)律（不玩手機(jī)、不交頭接耳、不看課外書(shū)、不隨意走動(dòng)）
2、作業(yè)認(rèn)真完成
二、導(dǎo)入新課
從一些簡(jiǎn)單的化工設(shè)備入手導(dǎo)入今天的課程——化工容器。
三、探索--接收新知
（一）、容器的結(jié)構(gòu)和分類
1.壓力容器的主要作用：儲(chǔ)裝壓縮氣體、液體、液化氣體或?yàn)檫@些介質(zhì)的傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)密閉的空間。
壓力容器的主要結(jié)構(gòu)部件:一個(gè)能承受壓力的殼體及其他必要的連接件和密封件。
2.容器的分類
表1-1 1-2 1-3 1-4
（二）、容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化
標(biāo)準(zhǔn)化的目的：使容器零部件具有通用性，將容器零部件規(guī)定在一定的壓力等級(jí)（公稱壓力）和一定的尺寸范圍（公稱直徑）內(nèi)，制定標(biāo)準(zhǔn)化系列。
壓力容器零部件的兩個(gè)基本參數(shù)：公稱直徑（DN）和公稱壓力(PN)。
（三）容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求
強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、密封性、節(jié)省材料和便于制造、方便操作和便于運(yùn)輸、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理
四、 總結(jié)——課堂小結(jié)
通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對(duì)一些常見(jiàn)的化工容器的基礎(chǔ)知識(shí)有了初步的認(rèn)識(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)拓展到以后課程的學(xué)習(xí)中，為之后的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
五、鞏固----作業(yè)布置
習(xí)題: 一、二、三 |
教案首頁(yè)
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課程名稱 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) |
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項(xiàng) 目 |
第二章 |
課題 |
化工設(shè)備常用材料及選擇 |
課型 |
理論課 |
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授課班級(jí) |
13級(jí)應(yīng)用化工班 |
授課
時(shí)間 |
9月11~25日 |
課
時(shí) |
9 |
授課教師 |
喬曼 |
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學(xué)習(xí)目標(biāo) |
專業(yè)能力 |
1、材料的力學(xué)性能；
2、化工設(shè)備材料的選擇 |
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核心能力 |
材料的性能 |
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教學(xué)對(duì)象分 析 |
2013級(jí)三年制學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)過(guò)第一章節(jié)的內(nèi)容，對(duì)本章節(jié)的學(xué)習(xí)起了一定的鋪墊左右，但本章新的概念性東西，和需要理解記憶的知識(shí)較多，所以學(xué)生學(xué)起來(lái)會(huì)有一定的困難。在教學(xué)過(guò)程中，盡量采用模塊式教學(xué)和導(dǎo)入式教學(xué)方法結(jié)合，盡量讓學(xué)生學(xué)好這門(mén)課程，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。 |
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教學(xué)方法 |
教學(xué)媒體—板書(shū)一體化教學(xué)、分析討論法、講授法、演示法、比較法等 |
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教學(xué)回顧 |
通過(guò)上一節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生對(duì)化工容器的一些知識(shí)有了一定的了解為本節(jié)課的學(xué)習(xí)起了鋪墊的作用。 |
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教研室主任審簽： 年 月 日
教學(xué)環(huán)節(jié) |
教學(xué)過(guò)程（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法） |
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教學(xué)過(guò)程：
一、 課前準(zhǔn)備工作
1、自我介紹
2、課程安排
本學(xué)期上課周數(shù) 12 周，每周 4 學(xué)時(shí)，共 48 學(xué)時(shí)
3、課堂要求
1、上課紀(jì)律（不玩手機(jī)、不交頭接耳、不看課外書(shū)、不隨意走動(dòng)）
2、作業(yè)認(rèn)真完成
二、導(dǎo)入新課
從回顧上一節(jié)課的知識(shí)入手導(dǎo)入今天的課程——化工設(shè)備常用材料及選擇。
三、探索--接收新知
概述
一、化工設(shè)備選材的重要性和復(fù)雜性
1.操作條件的限制
2.制造條件的限制
3.材料自身性能的限制
二、選材要遵循
適用、安全和經(jīng)濟(jì)的原則。
第一節(jié) 材料的性能
一、力學(xué)性能
材料在外力(或外加能量)作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，包括變形和抗力，即在外力作用下不產(chǎn)生超過(guò)允許的變形或不被破壞的能力。
1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。
屈服強(qiáng)度σs(σ0.2) ：金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加或緩慢增加時(shí)，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象就稱為屈服。
抗拉強(qiáng)度σb ：金屬在拉伸條件下，從開(kāi)始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力值，叫作抗拉強(qiáng)度。
蠕變強(qiáng)度σn ：材料在高溫下，在一定的應(yīng)力下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力。
“蠕變”現(xiàn)象：高溫高壓的蒸汽管道下?lián)献冃危?br>
高溫高壓下法蘭及螺栓蠕變變形而泄漏；
鉛絲在常溫下受重力作用而變長(zhǎng)變細(xì)。
持久強(qiáng)度σD ：材料在高溫下，抵抗發(fā)生斷裂的能力。
疲勞極限σn ：材料在交變載荷作用下，會(huì)在遠(yuǎn)低于材料本身的屈服點(diǎn)時(shí)就已經(jīng)斷裂了，這種現(xiàn)象就是疲勞。我們把）經(jīng)過(guò)106~108次循環(huán)試驗(yàn)而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，作為疲勞強(qiáng)度。
疲勞強(qiáng)度舉例：頻繁開(kāi)、停車——容器內(nèi)壓力或溫度波動(dòng)；
活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體——容器及管道內(nèi)壓力波動(dòng)；
離心泵頻繁開(kāi)停機(jī)或震動(dòng)——泵軸受力成交變式。
2、塑性：
金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。
主要有兩個(gè)塑性指標(biāo)：
伸長(zhǎng)率δ
斷面收縮率Ψ
冷彎性能：室溫下對(duì)試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.5～3板厚）進(jìn)行彎曲，a=1200或1800 ，是否出現(xiàn)裂紋或起層。-----是鋼材塑性指標(biāo)和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。
塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；
使構(gòu)件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂。
——壓力容器及其零件都需要具備這個(gè)性質(zhì)。
3、韌性：
表示材料彈塑性變形為斷裂全過(guò)程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。
承受靜載荷抗裂紋擴(kuò)展的能力—— 缺口敏感性
承受動(dòng)載荷時(shí)抗裂紋的能力—— 沖擊韌性
問(wèn)題：判斷正誤并說(shuō)出理由
韌性高的材料，塑性好；塑性較高的材料，韌性也好。
注意！韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。韌性高的材料，一般都有較高的塑性指標(biāo)；但塑性較高的材料，卻不一定都有高的韌性。其所以如此，就是因?yàn)殪o載菏下能夠緩慢塑性變形的材料．在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形。
缺口敏感性：指在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，并且在靜載荷作用條件下，抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。
4、硬度：
金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。
表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗
彈性變形、塑性變形或破斷的能力。
布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的材料) 、 維氏硬度HV ( 比洛氏硬度更適合于測(cè)定極薄試樣的硬度) ，顯微硬度。
小結(jié)
材料的力學(xué)性能所包括的強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度四個(gè)指標(biāo)中，強(qiáng)度和塑性占主導(dǎo)地位，但使用時(shí)要考慮溫度的變化。
二、化學(xué)性能
1、耐腐蝕性
金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性。
2、抗氧化性
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的許多高溫化工設(shè)備，在高溫工作條件下，不僅有自由氧的氧化腐蝕過(guò)程，還有其他氣體介質(zhì)如水蒸氣，CO2、SO2等的氧化腐蝕作用，因此鍋爐給水中的含氧量和其他介質(zhì)中的硫及其他雜質(zhì)的含量對(duì)鋼的氧化是有一定影響的。
三、物理性能
相對(duì)密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比等。
1、線膨脹系數(shù)α
2、彈性模量E
材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即σ＝Eε，這個(gè)比例系數(shù)E稱為彈性模量，表示金屬材料在彈性變形階段的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系。
對(duì)不同材料，材料的彈性模量越大．使它產(chǎn)生一定量的彈性變形的應(yīng)力也越 。對(duì)同一種材料，彈性模數(shù)E隨溫度的升高而 。
3、泊桑比
泊桑比是拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比，以μ表示。對(duì)于各種鋼材它近乎為一個(gè)常數(shù)，即μ＝0.3。
四、加工工藝性能
金屬和合金的工藝性能是指鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性、熱處理性能等直接影響化工設(shè)備和零部件的制造工藝方法，也是選擇材料時(shí)
必須考慮的因素。
良好的冷熱加工性能
良好的焊接性能
第二節(jié) 化工設(shè)備常用材料特性
分類
1.黑色金屬—— 1）生鐵
2）鋼
按質(zhì)量分：
按化學(xué)成分：
按冶煉方法分：
按用途分：
2.有色金屬
鋼鐵牌號(hào)及表示方法
1.牌號(hào)的表示原則
依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB221-2000,牌號(hào)中化學(xué)元素——化學(xué)符號(hào)或漢字表示；產(chǎn)品用途、冶煉和澆鑄方法——漢字或漢語(yǔ)拼音字母表示。
例如：沸騰鋼——F或沸
灰口鑄鐵——HT或灰鐵
鑄鋼——ZG
鍋爐鋼——g或鍋
容器鋼——R或容
2.鋼號(hào)表示法
低合金鋼—— 16MnR 16——含碳量0.16%；
Mn——合金元素；
R ——容器鋼。
特殊性能鋼—— Cr18Ni9 1——含碳量0.1%（千分?jǐn)?shù)）；
Cr,Ni——主要合金元素；
18——含鉻量18%；
9 ——含鎳量9%。
碳鋼與鑄鐵：鋼鐵的組成=95%以上鐵+（0.05～4%）碳+1%雜質(zhì) ——鐵碳合金
含碳量0.02~2% 為鋼；含碳量＞2% 為鑄鐵；含碳量＜0.02% 為工業(yè)純鐵；含碳量＞ 4.3% 無(wú)實(shí)用價(jià)值。
一、 鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)
1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)
在1500倍顯微鏡下觀察到的顯微組織，即金屬的金相組織。
金相組織結(jié)構(gòu)直接影響金屬材料的性質(zhì)。
如，鑄鐵中的石墨形式不同，其性質(zhì)也不同。
球狀石墨：強(qiáng)度最好；細(xì)片狀石墨：次之；粗片狀石墨：差
純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：
2. 鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織
鐵碳關(guān)系：固溶態(tài)，化合態(tài)，混合態(tài)
固溶：元素于固態(tài)下相互溶解，保持溶劑晶格原來(lái)形式。
（1）鐵素體（F）
體心立方晶格（α-Fe ）+C→
塑性好，強(qiáng)度低
韌性好，強(qiáng)度高
滲碳體（C）——鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)
C+Fe→ Fe3C Fe3C 稱為滲碳體。
性能特點(diǎn):.硬，脆；在一定條件下可以分解
滲碳體的作用：少量滲碳體散布在鐵素鐵中（總含c量﹤2%）成為碳素鋼。提高了強(qiáng)度和硬度，可軋制成鋼材。
鐵碳關(guān)系之三——游離態(tài)
鐵碳合金中含碳量﹥2%時(shí)，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵。
組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——
性能特點(diǎn)：石墨性軟、強(qiáng)度極低，相當(dāng)于鑄鐵中存在許多孔洞。
二、碳鋼
1.碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響
1）.錳(Mn)
來(lái)源——在冶煉過(guò)程中加入錳鐵。
作用——鋼材中錳含量高于0.8%時(shí)，即為合金元素存在——提高強(qiáng)度。是有益元素。
2）.硫(S)
· 來(lái)源——礦石和焦炭。
· 存在形式：FeS。
· 作用——FeS 的熔點(diǎn)低于鋼材熱加工開(kāi)始溫度， 它過(guò)早熔化，導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱為熱脆性。
有害元素！
3). 磷(P)
· 來(lái)源——礦石。
· 作用——溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性”。
有害元素！
4）.氫(H)
來(lái)源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時(shí)，氫的溶解度降低，來(lái)不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點(diǎn)”。
“白點(diǎn)”——裂紋源
有害元素！
2.碳鋼的分類、牌號(hào)
（1）普通碳鋼
含P、S等有害雜質(zhì)較多（S≤0.055% P≤0.045%)
· 常用有：Q215-A, Q235-A, Q235-A.F
#Q235-B, # Q235-C, Q275 (參見(jiàn)表1-6）
式中 Q—普通碳鋼，“屈服”的拼音首位字母。
235——材料屈服點(diǎn)（MPa)
A,B,C,D——鋼材質(zhì)量等級(jí)，越后越高。
F——沸騰鋼
#—GB150-98規(guī)定使用材料
（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼
特點(diǎn)：含硫、磷等雜質(zhì)較少，均≤0.04%，雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量好。
常用有：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。
式中 數(shù)字--含c量的萬(wàn)分?jǐn)?shù);
g --鍋爐鋼；
R --容器鋼；
Mn ---含錳元素約1%。
（3）.高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 磷硫雜質(zhì)極少
P,s含量≤0.03%。
表示法：如20A
三、 鑄鐵
鐵+ (2.5～4.0%)碳+Si、Mn、P、S 等雜質(zhì)
1）灰鑄鐵 如 HT150-330, HT200-400
HT---灰鑄鐵
第一個(gè)數(shù)字---抗拉強(qiáng)度（MPa)
第二個(gè)數(shù)字---抗彎強(qiáng)度（MPa)
特點(diǎn)：斷口呈灰色，石墨呈片狀；
質(zhì)脆，耐磨，抗壓不抗拉，可鑄性好，易切削；
吸音減振，某些介質(zhì)中耐腐蝕性好。
2）.可斷鑄鐵 如 KT300-10
KT---可斷鑄鐵
300---抗拉強(qiáng)度（MPa)
10----延伸率（%）
特點(diǎn)：碳以團(tuán)絮狀存在，強(qiáng)度比灰鑄鐵高，具有較高的塑性和韌性。
3）球墨鑄鐵 如 QT400-15
QT---球墨鑄鐵 400---抗拉強(qiáng)度（MPa)
15----延伸率（%）
特點(diǎn)：碳以球狀石墨存在，可鑄性好，易切削；強(qiáng)度高，較好的塑性和韌性。
45號(hào)鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵的機(jī)械性能比較
4）高硅鑄鐵：STSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17R…
式中 ST---高硅耐蝕鑄鐵，Si15---含硅15%左右，
Cu2---含銅2%左右，R ---混合稀土元素（≤0.1%）。
特點(diǎn)：※耐腐蝕性好；
※質(zhì)硬、脆，較難機(jī)加工，一般采用鑄造；
※導(dǎo)熱性能差，膨脹系數(shù)大，受熱易裂。
用途：制造耐腐蝕泵、閥門(mén)、旋塞、冷卻排管、輔助陽(yáng)極、管道配件等。
四、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼
鎮(zhèn)靜鋼——質(zhì)量最好；半鎮(zhèn)靜鋼——質(zhì)量次之；沸騰鋼——質(zhì)量最差
五、鋼的熱處理
熱處理工藝實(shí)例：
※縫紉用鋼針在火上燒，再慢慢冷下來(lái)后變軟；
※建筑用鐵線用火燒軟；
※泵軸調(diào)質(zhì)—內(nèi)韌外硬；
※扁鏟淬火—提高硬度和韌性 ；
※容器焊后退火—消除內(nèi)應(yīng)力；
熱處理工藝曲線：
1）常用熱處理工藝
緩慢加熱，保溫一定時(shí)間后
※ 隨爐冷卻（曲線1） -- 退火；
※ 空氣中冷卻（曲線2）--正火 ；
作用：①降低硬度，增加塑性，改善機(jī)械性能；
②使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力。
【注】加熱溫度為臨界點(diǎn)（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度) 以上30～50℃。
（2）化學(xué)熱處理--將零件放在化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行加熱-保溫-冷卻的過(guò)程?！沽慵砻娓男?。
方式：滲碳，滲氮，滲鉻，氰化等。
淬火
緩慢加熱，保溫一定時(shí)間 淬火劑中冷卻（曲線3）；
淬火劑:水，鹽水---用于 碳鋼；油---用于合金鋼。
作用：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性。
回火
淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻。
作用：消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，滿足技術(shù)要求。
回火又分為：低溫回火（150～250 ℃ ）；
中溫回火（300～450 ℃ ）；
高溫回火（500～680℃）。
淬火+高溫回火 稱為調(diào)質(zhì)處理。
效果：強(qiáng)度、塑性、韌性均提高 。
第三節(jié) 低合金鋼及化工設(shè)備用特種鋼
1. 合金元素對(duì)鋼的影響
——為改善鋼材性能特意加入合金元素，以改變鋼材性質(zhì)。例如：
鉻：耐腐蝕抗氧化；
提高了強(qiáng)度硬度和耐磨性；
使鋼材的韌性和塑性降低。
錳：提高強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。
鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性；
提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性；
提高熱強(qiáng)性能。
硅：提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性、耐H2S腐蝕；
降低了塑性和沖擊韌性。
2. 普通低合金鋼
1. 成分特點(diǎn)：
※由碳素鋼+Si、Mn、Cu、 Ti、V、Nb等元素組成；
※含碳量均較低，≤0.2%；
※合金元素總含量＜5% 。
2. 相對(duì)于碳素鋼，其性能特點(diǎn)：
※強(qiáng)度提高；
※耐腐蝕性能提高；
※低溫性能提高。
碳素鋼與低合金鋼比較
3.常用材料：板，管，圓鋼等型材。
4.用途：
廣泛用于造船，壓力容器，橋梁，高壓鍋爐，汽車，礦山機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。
5.常用材料：
16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,
16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….
3. 容器鋼和鍋爐鋼
（1）.工作環(huán)境：
鍋爐：中溫或高溫；中壓或高壓。
容器：壓力；溫度；介質(zhì)腐蝕；操作特點(diǎn)。
（2）.對(duì)材質(zhì)要求：
1）較高的強(qiáng)度；
2）良好的塑性、韌性和冷彎性能；
3）較低的缺口敏感性；
4）良好的焊接性能和其他工藝性能；
5）良好的冶金質(zhì)量。
4.常用的材料：
容器鋼——（GB150-1998 《鋼制壓力容器》推薦）
Q235-B，Q235-C;20R;16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。
鍋爐鋼—— 20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。
（4）.標(biāo)準(zhǔn)：
《壓力容器用鋼板》GB6654-1996
《壓力容器用碳素鋼和低合金厚鋼板》YB/T40-87
5. 不銹耐酸鋼
不銹---耐大氣腐蝕；
耐酸---耐酸及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。
常用品種：
1）鉻不銹鋼---如1Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。
第一個(gè)數(shù)字---含碳量的千分?jǐn)?shù)[見(jiàn)表1-5(1-4）]； Cr13---含鉻13%。
◎組織成分：鉻固溶于鐵素體的晶格中形成固溶體。
“不銹”的原因：在氧化性介質(zhì)中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密的氧化膜，對(duì)鋼材起保護(hù)作用。
性能特點(diǎn)：碳的作用---與鉻生成碳化鉻(Cr23C6)，消耗大量的鉻。為保證耐腐蝕性能，不銹鋼中碳含量越低越好。
鉻的作用：——能提高耐腐蝕性能。實(shí)際鉻不銹鋼的平均含鉻量≥13%。
——能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而塑性、韌性降低。
用作受載荷大的耐蝕零件，如軸類，活塞桿、螺栓、浮閥等
2）鉻鎳不銹鋼
常用鉻鎳不銹鋼型號(hào):0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti
式中 0---含碳量的千分?jǐn)?shù)； Cr18---含鉻量18%左右；Ni9---含鎳量9%左右。
通常以鉻鎳平均含量“18-8”標(biāo)志這種鋼。
組織特征：C、Cr、Ni固溶于奧氏體晶格中，是單一的奧氏體組織。
性能特點(diǎn):
①耐腐蝕性好 ※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※組織為單一的奧氏體，在電解液中不能形成微電池，避免了電化學(xué)腐蝕。
②力學(xué)性能優(yōu)異。[見(jiàn)P298附錄五]
③在400～850℃期間，碳生成碳化鉻在晶界析出，使晶界附近貧鉻（鉻含量低于12%）導(dǎo)致晶間腐蝕。不能反復(fù)施焊，否則必須進(jìn)行熱處理。
④不耐氯離子腐蝕。
6. 高溫用鋼（耐熱鋼）
高溫環(huán)境---原油加熱、裂解、催化等。如轉(zhuǎn)化爐爐管，工作溫度為650～800℃。碳鋼使用溫度一般在400℃以下。如20鋼 500℃時(shí)屈服點(diǎn)只有50MPa,變得很軟，鋼中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化過(guò)程）；同時(shí)鋼表面生成氧化皮，層層剝落?！间撛诟邷叵聫?qiáng)度和抗氧化性均下降。
高溫設(shè)備對(duì)材料的要求：
①化學(xué)穩(wěn)定性?！挚垢邷貧怏w（O2、H2S、SO2 等)腐蝕的能力。鋼的表面能生成致密的氧化膜。
抗氧化鋼——抗高溫氧化，強(qiáng)度不高。 Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。
②熱強(qiáng)性。——抗高溫蠕變能力。
熱強(qiáng)鋼——抗蠕變，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。
各元素的作用：
元素 Cr—提高抗氧化性，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織。
Mo—提高高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織，提高再結(jié)晶溫度。
Ni—形成奧氏體組織，提高高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。
Ti—穩(wěn)定金相組織，不銹鋼中能減少鉻與碳的化合。
Al,Si—提高高溫抗氧化性，本身生成致密的氧化膜。
7. 低溫用鋼
低溫環(huán)境——天然氣液化、空氣分離、潤(rùn)滑油脫脂、輕烴回收等。普通碳鋼在低溫下（-20℃以下）變脆，沖擊韌性顯著下降。 低溫用鋼的組織 成分特點(diǎn)：※一般低溫（-40~-20 ℃)鋼——含碳量很低的鐵素體組織，再加入適量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。如 16MnDR,09MnNiDR等。
※深冷（-40℃以下)用鋼——含碳量低的奧氏體組織。如 15Mn26Al4。
8. 鋼材的品種和規(guī)格
無(wú)縫鋼管表示法： 如 f219×10其中 219-鋼管的外徑,mm；
10-鋼管名義壁厚,mm。有縫鋼管 由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。
如 1吋,1/4吋,3/4吋等.
3）型鋼：圓鋼、方鋼、扁鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼、工字鋼、槽鋼
4）鑄鋼和鍛鋼：鋼水鑄造成型---鑄鋼。
如：ZG200-400式中200-屈服點(diǎn)；400-抗拉強(qiáng)度。
鋼坯鍛壓成型---鍛鋼
第四節(jié) 有色金屬材料
一. 鋁及其合金
1.特性：1）密度小，體輕；2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。不產(chǎn)生火花；3）塑性高，強(qiáng)度低；4）易冷加工，可焊，可鑄；5）耐低溫；6）一定的耐腐蝕性；7）不污染食物。
2.常用鋁材：
1）純鋁：高純鋁——L01，L02（濃硝酸設(shè)備）；
工業(yè)純鋁—L1，L2，L4（換熱器，塔，儲(chǔ)罐，深冷設(shè)備等）。
2）鑄造鋁——ZL（泵，閥門(mén)，離心機(jī)等）。
3）防銹鋁——LF（深冷設(shè)備，分離塔等）。
二. 銅及其合金
1.純銅（紫銅）
特性：1）塑性好，導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱好；
2）低溫下保持較高塑性和沖擊韌性；
3）耐低濃度酸。
用場(chǎng)：深冷裝置；密封墊片。常用材料：T2，T3，T4，TUP（用磷脫氧的無(wú)氧純銅）。
2.黃銅——銅與鋅的合金。
特性：鑄造性能好；較高的力學(xué)性能；易切削加工；可焊接；耐蝕性較好；有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向。
化工常用材料：H80,H68,H62等。
3.青銅
常用材料：錫青銅（銅錫合金）——鑄造青銅用場(chǎng)較多。
特點(diǎn)：良好的耐腐蝕性，耐磨性。
用場(chǎng)：泵殼，軸承，渦輪，閥門(mén)等。
三. 鉛及其合金
特點(diǎn)：
1）強(qiáng)度低、硬度低、不耐磨、非常軟；
2）耐硫酸腐蝕性能強(qiáng)，但不耐甲酸、乙酸、硝酸及堿溶液；
3）耐輻射性強(qiáng)。
用場(chǎng)：加料管、鼓泡器、耐酸泵等，特別是在一些有輻射的場(chǎng)合用來(lái)進(jìn)行屏蔽。
四. 鈦及其合金
特點(diǎn)：1）密度不大而強(qiáng)度高； 2）耐腐蝕性能近乎或超過(guò)不銹鋼； 3）耐熱。
用場(chǎng)：航空工業(yè)，化學(xué)工業(yè)。
第五節(jié) 非金屬材料
1. 無(wú)機(jī)非金屬材料
1）. 化工陶瓷
特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能；2）足夠的不透性、耐熱性；
3）一定的機(jī)械強(qiáng)度；4）性脆易裂，導(dǎo)熱性差。
用場(chǎng)：化工陶瓷設(shè)備及管道，管件等。
2）.化工搪瓷
——含高硅的瓷釉經(jīng)900℃煅燒，密著在金屬胎表面而成。
特點(diǎn)：1）優(yōu)良的耐腐蝕性能；
2）優(yōu)良的電絕緣性能；
3）易碎裂。
用場(chǎng)：搪瓷設(shè)備，如反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐、換熱器、塔、閥門(mén)等。
3）.玻璃
特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能；
2）足夠熱穩(wěn)定性；
3）透明、清潔、阻力?。?br>
4）性脆易裂，導(dǎo)熱性差。
用場(chǎng)：管道，管件等。
4）.輝綠鹽柱石
特點(diǎn)：良好的耐腐蝕性能；用場(chǎng)：用作設(shè)備襯里。
2. 有機(jī)非金屬材料
1）. 工程塑料：高分子合成樹(shù)脂+
填料——提高力學(xué)性能；
增塑劑——降低硬度和脆性；
穩(wěn)定劑——延緩老化；
固化劑——加快固化速度。
特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能；2）一定的機(jī)械強(qiáng)度；3）密度不大；4）價(jià)格較低。
常用材料： 硬聚氯乙烯塑料；聚乙烯塑料；耐酸酚醛塑料；四氟乙烯塑料
2）.涂料——高分子膠體的混合物溶液。用途：設(shè)備防腐
常用涂料：防銹漆；底漆；大漆；環(huán)氧樹(shù)脂漆；酚醛樹(shù)脂漆。等
3). 不透性石墨——各種樹(shù)脂侵汲石墨，消除孔隙而成。
特點(diǎn)：1）較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好；2）不污染介質(zhì)；3）加工性能好，相對(duì)密度??；4）力學(xué)性能較低，性脆。
用場(chǎng)：腐蝕性強(qiáng)的換熱器；泵，管道，機(jī)械密封環(huán)，爆破片等。
4). 玻璃鋼——用合成樹(shù)脂做黏結(jié)劑，玻璃纖維為骨架制成。
特點(diǎn)：1）強(qiáng)度高
2）加工性能好
3）耐腐蝕性好
用場(chǎng)：容器，儲(chǔ)槽，塔，鼓風(fēng)機(jī)，攪拌器，泵，管道，閥門(mén)等。
第六節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施
一. 金屬的腐蝕
1.化學(xué)腐蝕——金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生的腐蝕。
特點(diǎn)：1）腐蝕產(chǎn)物在金屬表面；2）腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生。
腐蝕產(chǎn)物特性：1）致密而穩(wěn)定，與金屬結(jié)合牢固——鈍化膜——鈍化作用；2）不穩(wěn)定，與金屬結(jié)合不牢固——脫落——活化作用。
（1）金屬的高溫氧化及脫碳——金屬在高溫下的氣體腐蝕。
解決方法：冶煉時(shí)加入鉻，硅或鋁——不起皮鋼
溫度＞700℃時(shí)——脫碳作用。
脫碳反應(yīng)：Fe3C+O2=3Fe+CO2
Fe3C+CO2=3Fe+CO
Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2
力學(xué)性能下降。
（2）氫腐蝕
鐵碳合金發(fā)生氫腐蝕的開(kāi)始溫度和壓力：
第一階段：氫脆——以原子狀態(tài)侵入鋼材內(nèi)部，聚集，使鋼變脆。與氫在鋼中的溶解度成正比。
第二階段：氫侵蝕——發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：Fe3C+2H2=3Fe+CH4
危害：1）甲烷在晶界聚集，成為裂紋源；
2）甲烷在鋼材表面鼓泡，降低力學(xué)性能；
3）滲碳體還原為鐵素體，體積減小，產(chǎn)生組織應(yīng)力，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。又提供氫和甲烷聚集條件，加重氫侵蝕——鋼材組織成為網(wǎng)格。
2.電化學(xué)腐蝕
——金屬與電解液接觸發(fā)生電化學(xué)反映。
三個(gè)環(huán)節(jié)：
發(fā)生電化學(xué)腐蝕必備條件：
1）同一金屬中有不同電位的組織成分或存在不同電位的金屬；
2）陽(yáng)極和陰極互相連接；
3）陽(yáng)極和陰極同處在連通的電解液中。
晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕——均屬于電化學(xué)腐蝕。
1.晶間腐蝕
腐蝕性介質(zhì)沿晶粒間滲入金屬深處，腐蝕破壞金屬晶粒間的結(jié)合力，使之強(qiáng)度和塑性完全喪失?！皟?nèi)部瓦解”作用。
不銹鋼有晶間腐蝕可能：
在450~850 ℃之間，生成(Cr·Fe)23C6，沿晶界析出，晶界成為貧鉻帶。在電化學(xué)行為中，貧鉻帶成為陽(yáng)極，晶粒成為陰極，形成微電池。
解決辦法：
1）鋼中加入Ti和Nb元素；
2）減少不銹鋼中的碳含量。
2.應(yīng)力腐蝕亦稱腐蝕開(kāi)裂——金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的破壞形式。
腐蝕斷裂過(guò)程分三個(gè)階段：
1）孕育階段——機(jī)械裂紋。
2）裂紋擴(kuò)展——裂紋尖端為高度應(yīng)力集中區(qū)，出現(xiàn)微電池。
3）破壞階段。
二.金屬腐蝕的評(píng)定方法：
1）質(zhì)（重）量變化評(píng)定法——試驗(yàn)測(cè)定，單位表面、單位時(shí)間腐蝕引起的質(zhì)（重）量變化量。
2）腐蝕深度評(píng)定法——用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速度。
三. 金屬腐蝕破壞的形
危險(xiǎn)性較小，
壁厚有保證即可。
四. 金屬設(shè)備的防腐措施
1.襯覆保護(hù)層
1）金屬保護(hù)層——電鍍，噴鍍，襯里等。2）非金屬保護(hù)層
· 非金屬襯里——瓷磚，石墨板，水玻璃膠泥；
· 防腐涂料——防腐漆，環(huán)氧樹(shù)脂等。
2.電化學(xué)保護(hù)
1）陽(yáng)極保護(hù)——被保護(hù)設(shè)備接直流電源陽(yáng)極，生成“鈍化膜”。
2）陰極保護(hù)
——犧牲陽(yáng)極保護(hù)
3.添加緩蝕劑——腐蝕性介質(zhì)中加入少量緩蝕劑，降低或停止腐蝕作用。
注意！
1）不影響產(chǎn)品（介質(zhì)）質(zhì)量；
2）符合性；
3）種類和用量要經(jīng)試驗(yàn)確定。
第七節(jié). 化工設(shè)備材料的選擇
要考慮：
· 設(shè)備的操作條件——壓力、溫度、介質(zhì)特性、操作特點(diǎn)；
· 材料的使用性能——力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能；
· 加工工藝性能——焊接性能、熱處理性能、冷彎性能及其他冷熱加工性能；
· 經(jīng)濟(jì)合理性及設(shè)備結(jié)構(gòu)——材料價(jià)格、制造費(fèi)用和使用壽命。
選材一般原則：
1.壓力容器用鋼材應(yīng)符合GB150-1998《鋼制壓力容器》的要求，設(shè)計(jì)壓力不大于35MPa。接受《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。
2.壓力容器承壓件用普通碳鋼鋼板的適用范圍：
3.設(shè)計(jì)溫度應(yīng)在允許使用溫度范圍內(nèi)。見(jiàn)書(shū)p46表1-30。
4.耐腐蝕
!同時(shí)考慮正常生產(chǎn)、停車、空料、內(nèi)填料等的實(shí)際情況。
5.經(jīng)濟(jì)性好
6.其他
（1）高壓設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用低合金高、中強(qiáng)度鋼，從而節(jié)省鋼材。
（2）承受剛度控制的設(shè)備，不宜采用高強(qiáng)度材料。
（3）1Cr18Ni9Ti 鋼材使用溫度不高于500℃時(shí)，許用應(yīng)力按0Cr18Ni10Ti 選取。
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教案首頁(yè)
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課程名稱 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) |
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項(xiàng) 目 |
第三章 |
課題 |
內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì) |
課型 |
理論課 |
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授課班級(jí) |
13級(jí)應(yīng)用化工班 |
授課
時(shí)間 |
9月27日~10月11 |
課
時(shí) |
8課時(shí) |
授課教師 |
喬曼 |
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學(xué)習(xí)目標(biāo) |
專業(yè)能力 |
薄膜理論及其應(yīng)用 |
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核心能力 |
對(duì)容器的基本感性認(rèn)識(shí)
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教學(xué)對(duì)象分 析 |
2013級(jí)三年制學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)過(guò)分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程的基本知識(shí)，但是部分學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，自律性差，上課好動(dòng)，喜歡說(shuō)話等。針對(duì)以上問(wèn)題學(xué)生對(duì)于化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課學(xué)起來(lái)一定會(huì)有難度，所以在教學(xué)過(guò)程中，盡量采用模塊式教學(xué)和導(dǎo)入式教學(xué)方法結(jié)合，盡量讓學(xué)生學(xué)好這門(mén)課程，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。 |
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教學(xué)方法 |
教學(xué)媒體—板書(shū)一體化教學(xué)、分析討論法、講授法、演示法、比較法等 |
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教學(xué)回顧 |
通過(guò)上一章課的學(xué)習(xí)學(xué)生基本掌握了化工設(shè)備常用材料及其選擇，為本章節(jié)的學(xué)習(xí)做了鋪墊。 |
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教研室主任審簽： 年 月 日
教學(xué)環(huán)節(jié) |
教學(xué)過(guò)程（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法） |
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教學(xué)過(guò)程：
一、回顧--溫故知新
以PPT呈示一些簡(jiǎn)單的內(nèi)壓薄壁容器，以提高學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣。
二、觀察--思考討論
引出上一章節(jié)化工設(shè)備材料的基本內(nèi)容，讓學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)聯(lián)想到與本節(jié)課的聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)討論積極性。
三、探索--接收新知
第一節(jié) 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析—薄膜應(yīng)力理論
薄壁容器：容器的厚度與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器稱為薄壁容器。（超出這一范圍的稱為厚壁容器）
應(yīng)力分析是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中首先要解決的問(wèn)題。
計(jì)算殼壁應(yīng)力有如下理論：
（1）無(wú)矩理論，即薄膜理論。假定殼壁如同薄膜一樣，只承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，完全不能承受彎矩和彎曲應(yīng)力。殼壁內(nèi)的應(yīng)力即為薄膜應(yīng)力。
（2）有矩理論。殼壁內(nèi)存在除拉應(yīng)力或壓應(yīng)力外，還存在彎曲應(yīng)力。
在工程實(shí)際中，理想的薄壁殼體是不存在的，因?yàn)榧词箽け诤鼙?，殼體中還會(huì)或多或少地存在一些彎曲應(yīng)力，所以無(wú)矩理論有其近似性和局限性。由于彎曲應(yīng)力一般很小，如略去不計(jì)，其誤差仍在工程計(jì)算的允許范圍內(nèi)，而計(jì)算方法大大簡(jiǎn)化，所以工程計(jì)算中常采用無(wú)矩理論。
一、薄膜容器及其應(yīng)力特點(diǎn)
1. 內(nèi)壓薄壁容器的結(jié)構(gòu)與受力：
2. 內(nèi)壓薄壁容器的變形：
3. 內(nèi)壓薄壁容器的內(nèi)力：
結(jié)論
在任何一個(gè)壓力容器中，總存在著兩類不同性質(zhì)的應(yīng)力
①環(huán)向應(yīng)力或周向應(yīng)力，單位MPa，方向?yàn)榇怪庇诳v向截面；
②軸向應(yīng)力或經(jīng)向應(yīng)力，單位MPa，方向?yàn)榇怪庇跈M向截面；
③由于厚度δ 很小，認(rèn)為都是沿壁厚均勻分布的，并把它們稱為薄膜應(yīng)力。
二、基本概念與基本假設(shè)
1、回轉(zhuǎn)殼體中的基本的幾何概念
中間面：平分殼體厚度的曲面稱為殼體的中間
面。中間面與殼體內(nèi)外表面等距離，它代表了殼體的幾何特性。
回轉(zhuǎn)曲面 ：由平面直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周所形成的曲面。
回轉(zhuǎn)殼體：由回轉(zhuǎn)曲面作中間面形成的殼體。
本章研究的是滿足軸對(duì)稱條件的薄壁殼體。
母線：形成回轉(zhuǎn)殼體中間面的那條直線或平面曲線。
經(jīng)線：通過(guò)回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線
經(jīng)線與母線形狀完全相同
法線：過(guò)中間面上的點(diǎn)M且垂直于中間面的直線n稱為中間面在該點(diǎn)的法線。（法線的延長(zhǎng)線必與回轉(zhuǎn)軸相交）
緯線：以法線為母線繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周所形成的園錐法截面與中間面的交線圓
平行圓：垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線稱平行圓。顯然，平行圓即緯線。
2、無(wú)力矩理論基本假設(shè)
假定材料具有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的
小位移假設(shè)：殼體受力后，殼體中各點(diǎn)的位移遠(yuǎn)小于壁厚 ，利用變形前尺寸代替變形后尺寸
直法線假設(shè)：殼體在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后仍保持為直線段，并且垂直于變形后的中間面。
不擠壓假設(shè)：殼體各層纖維變形前后均互不擠壓
三、經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式
1、截面法
用假想截面將殼體沿經(jīng)線的法線方向切開(kāi)，即平行圓直徑D 處有垂直于經(jīng)線的法向圓錐面截開(kāi)，取下部作脫離體，建立靜力平衡方程式。
2、回轉(zhuǎn)殼體的經(jīng)向應(yīng)力分析
⒈Z軸上的合力為Pz
⒉作用在截面上應(yīng)力的合力在Z軸上的投影為Nz
⒊在Z 方向的平衡方程
四、環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式
五、薄膜理論的適用條件
無(wú)力矩理論是在旋轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用。此時(shí)應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似，又稱薄膜理論。
回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對(duì)稱,殼體厚度無(wú)突變；曲率半徑是連續(xù)變化的，材料是各向同性的，且物理性能（主要是E和μ）應(yīng)當(dāng)是相同的
載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的
殼體邊界的固定形式應(yīng)該是自由支承的
殼體的邊界力應(yīng)當(dāng)在殼體曲面的切平面內(nèi)，要求在邊界上無(wú)橫剪力和彎矩
· δ/Di≤0.1
薄膜理論的應(yīng)用
區(qū)域平衡方程式
微體平衡方程式
討論1：薄壁圓筒上開(kāi)孔的有利形狀
① 環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力的2倍，所以環(huán)向承受應(yīng)力更大，環(huán)向上就要少削弱面積，故開(kāi)設(shè)橢圓孔時(shí)，橢圓孔之短軸平行于筒體軸線
討論2：介質(zhì)與壓力一定，壁厚越大，是否應(yīng)力就越小
二、受氣體內(nèi)壓的球形殼體
對(duì)相同的內(nèi)壓，球殼的環(huán)向應(yīng)力要比同直徑、 同厚度的圓筒殼的環(huán)向應(yīng)力小一半，這是球殼顯著的優(yōu)點(diǎn)。
三、受氣體內(nèi)壓的錐形殼體
錐形殼體環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力兩倍，隨半錐角a的增大而增大。
α角要選擇合適，不宜太大
在錐形殼體大端r=R時(shí)，應(yīng)力最大，在錐頂處，應(yīng)力為零。因此，一般在錐頂開(kāi)孔。
第二節(jié) 內(nèi)壓圓筒邊緣應(yīng)力及其處理
一、邊緣應(yīng)力概念
壓力容器邊緣——指“不連續(xù)處”，主要是幾何不連續(xù)及載荷（支撐）不連續(xù)處，以及溫度不連續(xù)，材料不連續(xù)等處。
在不連續(xù)點(diǎn)處，由于介質(zhì)壓力及溫度作用，除了產(chǎn)生薄膜應(yīng)力外，還發(fā)生變形協(xié)調(diào)，導(dǎo)致了附加內(nèi)力的產(chǎn)生。
二、邊緣應(yīng)力特點(diǎn)
（1）.局部性
只產(chǎn)生在一局部區(qū)域內(nèi)，邊緣應(yīng)力衰減很快。
（2）.自限性
邊緣應(yīng)力是由于不連續(xù)點(diǎn)的兩側(cè)產(chǎn)生相互約束而出現(xiàn)的附加應(yīng)力。
當(dāng)邊緣處的附加應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限時(shí)，相互約束便緩解了，不會(huì)無(wú)限制地增大。
三、對(duì)邊緣應(yīng)力的處理
1.利用局部性特點(diǎn)——局部處理。如：改變邊緣結(jié)構(gòu)，邊緣局部加強(qiáng)，筒體縱向焊縫錯(cuò)開(kāi)焊接，焊縫與邊緣離開(kāi)，焊后熱處理等。
2.利用自限性——保證材料塑性
——可以使邊緣應(yīng)力不會(huì)過(guò)大，避免產(chǎn)生裂紋。
——尤其對(duì)低溫容器，以及承受疲勞載荷的壓力容器，更要注意邊緣的處理。
對(duì)大多數(shù)塑性較好的材料，如低碳鋼、奧氏體不銹鋼、銅、鋁等制作的壓力容器，一般不對(duì)邊緣作特殊考慮。
3.邊緣應(yīng)力的危害性。邊緣應(yīng)力的危害性低于薄膜應(yīng)力。
1）薄膜應(yīng)力無(wú)自限性，正比于介質(zhì)壓力。屬于一次應(yīng)力。
2）邊緣應(yīng)力具有局部性和自限性，屬于二次應(yīng)力。
第三節(jié) 內(nèi)壓薄壁圓筒的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式推導(dǎo)過(guò)程
1. 根據(jù)薄膜理論進(jìn)行應(yīng)力分析，確定薄膜應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力
2. 根據(jù)彈性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)用強(qiáng)度理論確定應(yīng)力的強(qiáng)度判據(jù)
3. 對(duì)于封頭，考慮到薄膜應(yīng)力的變化和邊緣應(yīng)力的影響，按殼體中的應(yīng)力狀況在公式中引進(jìn)應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)
4. 根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度判據(jù)，考慮腐蝕等實(shí)際因素導(dǎo)出具體的計(jì)算公式。
一、強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本知識(shí)
（一）、關(guān)于彈性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1、彈性失效理論
容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是說(shuō)，容器的每一部分必須處于彈性變形范圍內(nèi)。
保證器壁內(nèi)的相當(dāng)應(yīng)力必須小于材料由單向拉伸時(shí)測(cè)得的屈服點(diǎn)。
2、強(qiáng)度安全條件
為了保證結(jié)構(gòu)安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結(jié)構(gòu)中的最大工作應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力之間滿足一定的關(guān)系，即
（二）、強(qiáng)度理論及其相應(yīng)的強(qiáng)度條件
1、薄壁壓力容器的應(yīng)力狀態(tài)
2、常用強(qiáng)度理論
第一強(qiáng)度理論
（最大主應(yīng)力理論）
強(qiáng)度條件適用于脆性材料
第三強(qiáng)度理論
（最大剪應(yīng)力理論）
強(qiáng)度條件適用于塑性材料
第四強(qiáng)度理論
（能量理論） 強(qiáng)度條件適用于塑性材料
第二強(qiáng)度理論（最大變形理論）與實(shí)際相差較大，目前很少采用。
壓力容器材料都是塑性材料，應(yīng)采用三、四強(qiáng)度理論
二、內(nèi)壓薄壁圓筒殼體與球殼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（一）、內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度計(jì)算公式：
計(jì)算壁厚公式：
再考慮腐蝕裕量C2 ,于是得到圓筒的設(shè)計(jì)壁厚為：
在公式（3-6a）基礎(chǔ)上，考慮到鋼板的負(fù)偏差C1（鋼板在軋制時(shí)產(chǎn)生了偏差）
——名義壁厚公式：
再根據(jù)鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格向上圓整。
Sn——最終名義厚度。
這是寫(xiě)在圖紙上的鋼板厚度！
強(qiáng)度校核公式
最大允許工作壓力計(jì)算公式
1、當(dāng)筒體采用無(wú)縫鋼管時(shí)，應(yīng)將式中的Di換為D0
2、以上公式的適用范圍為
3、用第四強(qiáng)度理論計(jì)算結(jié)果相差不大
（二）、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
1、壓力
工作壓力：指在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。
設(shè)計(jì)壓力： 指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，它與相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。
計(jì)算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定殼體各部位厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。
計(jì)算壓力pc=設(shè)計(jì)壓力p+液柱靜壓力
工作壓力pw---正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。
· 由工藝計(jì)算確定：
· 化學(xué)反應(yīng)所要求的；
· 傳遞過(guò)程所必需的；
· 由液化氣體的飽和蒸汽壓所決定的。
設(shè)計(jì)壓力p：設(shè)定的容器頂部的最高壓力---設(shè)計(jì)載荷。
取值方法：
（1）容器上裝有安全閥取不低于安全閥開(kāi)啟壓力 ： p ≤（1.05～1.1）pw系數(shù)取決于彈簧起跳壓力 。
（2）容器內(nèi)有爆炸性介質(zhì)，安裝有防爆膜時(shí)：
取 設(shè)計(jì)壓力為爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造范圍上限。
（3）無(wú)安全泄放裝置——取 p=（1.0~1.1）pw 。
（4）盛裝液化氣容器—— 設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。（地面安裝的容器按不低于最高飽和蒸汽壓考慮，如40℃，50℃，60℃時(shí)的氣體壓力）。
注意：要考慮實(shí)際工作環(huán)境，如放置地區(qū)，保溫，遮陽(yáng)，噴水等。
（5）外壓容器——取 p≥正常操作下可能產(chǎn)生的最大壓差。注意：“正常操作”——含空料，真空檢漏，穩(wěn)定生產(chǎn)，中間停車等情況。
（6）真空容器—不設(shè)安全閥時(shí)，取0.1MPa ；設(shè)有安全閥時(shí) 取Min（1.25×△p ,0.1MPa) 。
（7）帶夾套容器——取正常操作時(shí)可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓差。例如 帶夾套的反應(yīng)釜：夾套內(nèi)蒸汽壓力為0.2MPa,釜內(nèi)開(kāi)始抽真空，然后釜內(nèi)升壓至0.3MPa。該釜壁承受壓力如何？
釜壁可能承受壓力情況：
※釜內(nèi)空料，夾套內(nèi)充蒸汽-----外壓0.2MPa;
※釜內(nèi)真空，夾套內(nèi)充蒸汽-----外壓0.3MPa;
※釜內(nèi)0.3MPa，夾套內(nèi)0.2MPa----內(nèi)壓0.1MPa;
※釜內(nèi)0.3MPa，夾套內(nèi)空料—--內(nèi)壓0.3MPa;
釜壁承受的最大壓差:內(nèi)壓0.3MPa或外壓0.3MPa.
計(jì)算壓力pc---在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。
即計(jì)算壓力=設(shè)計(jì)壓力+液柱靜壓力(≥5%P時(shí)計(jì)入)，可見(jiàn)，計(jì)算壓力≥設(shè)計(jì)壓力≥工作壓力=容器頂部表壓
2、設(shè)計(jì)溫度
指容器在正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面厚度的溫度平均值）。
設(shè)計(jì)溫度是選擇材料和確定許用應(yīng)力時(shí)不可少的參數(shù)。
確定設(shè)計(jì)溫度的方法：（1）對(duì)類似設(shè)備實(shí)測(cè)；（2）傳熱計(jì)算；（3）參照書(shū)P45表3-2。
3、許用應(yīng)力和安全系數(shù)
許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的。
4.焊接接頭系數(shù)（f）
容器上存在有：
縱焊縫----A類焊縫
環(huán)焊縫----B類焊縫
需要進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)。
檢驗(yàn)方法主要是：X射線檢查和超聲波檢查。焊接后常出現(xiàn) ①缺陷，夾渣，未焊透，晶粒粗大等，在外觀看不出來(lái)；②熔池內(nèi)金屬?gòu)娜刍侥痰倪^(guò)程受到熔池外金屬的剛性約束，內(nèi)應(yīng)力很大。
焊縫區(qū)強(qiáng)度比較薄弱
焊縫區(qū)的強(qiáng)度主要取決于熔焊金屬、焊縫結(jié)構(gòu)和施焊質(zhì)量。
焊接接頭系數(shù)的大小決定于焊接接頭的型式和無(wú)損檢測(cè)的長(zhǎng)度比率。
焊接接頭系數(shù)φ是焊接削弱而降低設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的系數(shù)。
5.壁厚附加量
滿足強(qiáng)度要求的計(jì)算厚度之外，額外增加的厚度，包括鋼板負(fù)偏差(或鋼管負(fù)偏差) C1、腐蝕裕量 C2
即 C＝ C1十 C2
容器壁厚附加量——
（1）鋼板或鋼管厚度負(fù)偏差 C1:
在設(shè)計(jì)容器壁厚時(shí)要預(yù)先考慮負(fù)偏差。
1、鋼板負(fù)偏差參見(jiàn)P49表3-7選取；鋼管厚度負(fù)偏差參見(jiàn)相關(guān)文件。
2、當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)。
2）腐蝕裕量C2
容器元件由于腐蝕或機(jī)械磨損——厚度減薄。在設(shè)計(jì)壁厚時(shí)要考慮容器使用壽命期內(nèi)的安全性！
具體規(guī)定如下：
對(duì)有腐蝕或磨損的元件: C2=KaB
Ka---腐蝕速率（mm/a），由材料手冊(cè)或?qū)嶒?yàn)確定。
B----容器的設(shè)計(jì)壽命，通常為10～15年。
一般情況, Ka=0.05～0.13mm/a的輕微腐蝕時(shí)， 對(duì)單面腐蝕取C2=1～2mm; 對(duì)雙面腐蝕取C2=2～4mm。對(duì)于不銹鋼，一般取0。容器各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，設(shè)計(jì)中可采用不同的腐蝕裕量。
介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣或水的碳鋼或低合金鋼容器，單面腐蝕裕量不小于1mm；
對(duì)不銹鋼容器，腐蝕輕微時(shí)可取C2=0
6.直徑系列與鋼板厚度
壓力容器的直徑系列已經(jīng)施行標(biāo)準(zhǔn)化（GB9019-88)，筒體與封頭的公稱直徑配套
（三）、容器的壁厚和最小壁厚
1.容器壁厚的定義
※實(shí)際壁厚不得小于名義壁厚減去鋼板負(fù)偏差，可保證強(qiáng)度要求！
※熱加工封頭時(shí)，加工單位應(yīng)預(yù)先考慮加工減薄量！
2、最小厚度
設(shè)計(jì)壓力較低的容器計(jì)算厚度很薄。大型容器剛度不足，不滿足運(yùn)輸、安裝。限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度：
a.碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm
b.對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm
（四）、容器耐壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核
目的 在于檢驗(yàn)容器的宏觀強(qiáng)度和有無(wú)滲漏現(xiàn)象，即考察容器的密封性，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。
1）檢驗(yàn)容器宏觀強(qiáng)度—是否出現(xiàn)裂紋,是否變形過(guò)大；
2）密封點(diǎn)及焊縫的密封情況。
需要注意的問(wèn)題：
（1）需要焊后熱處理的容器，須熱處理后進(jìn)行 壓力試驗(yàn)和氣密試驗(yàn)；
（2）須分段交貨的容器，在工地組裝并對(duì)環(huán)焊 縫進(jìn)行熱處理后，進(jìn)行壓力試驗(yàn)；
（3）塔器須安裝后進(jìn)行水壓試驗(yàn)；
1、試驗(yàn)壓力
內(nèi)壓容器試驗(yàn)壓力
液壓試驗(yàn)
氣壓試驗(yàn)
p——設(shè)計(jì)壓力 MPa ;
[s]---元件材料在實(shí)驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，MPa;
[s]t——元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。
[s]/[s]t大于1.8時(shí)，按1.8計(jì)算；如果容器各元件(圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件等)所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料的比值中最小者.
容器銘牌上規(guī)定有最大允許工作壓力時(shí)，公式中應(yīng)以最大允許工作壓力代替設(shè)計(jì)壓力p
2、壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校核
圓筒壁在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算應(yīng)力
液壓試驗(yàn)
氣壓試驗(yàn)
3.壓力試驗(yàn)的要求與試驗(yàn)方法
壓力試驗(yàn)的種類：液壓試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) 氣密性試驗(yàn)
①液壓試驗(yàn)介質(zhì)：一般為水；
過(guò)程： 開(kāi)始→充水排氣→設(shè)計(jì)壓力無(wú)泄漏→試驗(yàn)壓力下保壓30分鐘→試驗(yàn)壓力的80%保壓檢查→卸壓→吹凈→結(jié)束
試壓合格的條件：
1）無(wú)滲漏；
2）無(wú)可見(jiàn)變形；
3）試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常響聲；
4）σb ≥540MPa的材料，表面經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)
無(wú)裂紋。
②氣壓試驗(yàn)
——不適合液壓試驗(yàn)的，如因結(jié)構(gòu)緣故排液或充液困難，或容器內(nèi)不允許殘留微量液體時(shí)采用。
③氣密試驗(yàn)
—針對(duì)介質(zhì)具有毒性程度為極度或具有高度危害的容器；
——在液壓試驗(yàn)后進(jìn)行；
——?dú)饷茉囼?yàn)壓力取設(shè)計(jì)壓力。
第四節(jié) 內(nèi)壓圓筒封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
一、半球形封頭
結(jié)構(gòu)：（1）整體半球殼體；
（2）焊接半球殼體--瓜瓣組焊。
半球形封頭是由半個(gè)球殼構(gòu)成的，它的計(jì)算壁厚公式與球殼相同
二、橢圓形封頭
——橢圓殼應(yīng)力分布
1.橢圓封頭的結(jié)構(gòu) ：為什麼要有直邊？（1）保證封頭的制造質(zhì)量；
（2）不連續(xù)點(diǎn)與環(huán)焊縫分開(kāi)，從而避免邊緣應(yīng)力與焊接應(yīng)力、膜應(yīng)力集聚，降低合應(yīng)力。
2. 壁厚的計(jì)算公式
橢球殼壁內(nèi)應(yīng)力的大小及變化受a/b值的影響，——形狀系數(shù)K。
厚度計(jì)算公式為：
三、碟形封頭
計(jì)算厚度公式
標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭計(jì)算厚度公式
四、球冠形封頭（無(wú)折邊球形封頭）
壁厚計(jì)算公式：
五、錐形封頭
廣泛應(yīng)用于許多化工設(shè)備的底蓋，它的優(yōu)點(diǎn)是便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。此外，有一些塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體將直徑不等的兩段塔體連接起來(lái)，這時(shí)的錐形殼體稱為變徑段。
錐形封頭厚度計(jì)算公式
五、平板封頭
是常用的一種封頭。其幾何形狀有圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、矩形和方形等，最常用的是圓形平板封頭。
在各種封頭中，平板結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，制造就方便，但在同樣直徑、壓力下所需的厚度最大，因此一般只用于小直徑和壓力低的容器。
但有時(shí)在高壓容器中，如合成塔中也用平蓋，這是因?yàn)樗亩松w很厚且直徑較小，制造直徑小厚度大的凸形封頭很困難。
平板封頭厚度設(shè)計(jì)公式
六、封頭的選擇
封頭的選擇主要根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的要求，并考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
1、幾何方面
單位容積的表面積，半球形封頭為最小。橢圓形和碟形封頭的容積和表面積基本相同，可以認(rèn)為近似相等。
2、力學(xué)方面
半球形封頭的應(yīng)力分布最好，橢圓形封頭應(yīng)力情況第二，碟形封頭在力學(xué)上的最大缺點(diǎn)在于其具有較小的折邊半徑r，平板受力情況最差。
3、制造及材料消耗方面
封頭愈深，直徑和厚度愈大，制造愈困難
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教案首頁(yè)
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課程名稱 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) |
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項(xiàng) 目 |
第五章 |
課題 |
攪拌式反應(yīng)器及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) |
課型 |
理論課 |
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授課班級(jí) |
13級(jí)應(yīng)用化工班 |
授課
時(shí)間 |
10月25日~10月30 |
課
時(shí) |
4課時(shí) |
授課教師 |
喬曼 |
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學(xué)習(xí)目標(biāo) |
專業(yè)能力 |
攪拌器各部分結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) |
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核心能力 |
攪拌器的各部分性能參數(shù) |
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教學(xué)對(duì)象分 析 |
2013級(jí)三年制學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)過(guò)分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程的基本知識(shí)，但是部分學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，自律性差，上課好動(dòng)，喜歡說(shuō)話等。針對(duì)以上問(wèn)題學(xué)生對(duì)于化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課學(xué)起來(lái)一定會(huì)有難度，所以在教學(xué)過(guò)程中，盡量采用模塊式教學(xué)和導(dǎo)入式教學(xué)方法結(jié)合，盡量讓學(xué)生學(xué)好這門(mén)課程，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。 |
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教學(xué)方法 |
教學(xué)媒體—板書(shū)一體化教學(xué)、分析討論法、講授法、演示法、比較法等 |
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教學(xué)回顧 |
通過(guò)上一章課的學(xué)習(xí)學(xué)生基本掌握了壓力容器零部件的相關(guān)知識(shí)，為本章節(jié)的學(xué)習(xí)做了鋪墊。 |
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教研室主任審簽： 年 月 日
教學(xué)環(huán)節(jié) |
教學(xué)過(guò)程（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法） |
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教學(xué)過(guò)程：
一、回顧--溫故知新
以PPT呈示一些常見(jiàn)的攪拌器視圖，以提高學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣。
二、觀察--思考討論
引出上一章節(jié)壓力容器零部件的基本內(nèi)容，讓學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)聯(lián)想到與本節(jié)課的聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)討論積極性。
三、探索--接收新知
1 概述
結(jié)構(gòu)：
2 攪拌器的型式及選型
3 攪拌器的功率
3.1 攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率
攪拌器功率：對(duì)液體作功使之流動(dòng)，并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率。
攪拌器作業(yè)功率：使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過(guò)程所需要的功率。
3.2 影響攪拌器功率的因素
· 攪拌器的幾何參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)；
· 攪拌槽的幾何參數(shù)；
· 介質(zhì)的物性參數(shù)。
4 攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）.罐體的長(zhǎng)徑比
主要因素：攪拌功率；傳熱；物料攪拌反應(yīng)特性。
（1）長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率的影響
在固定轉(zhuǎn)速下，攪拌功率∝漿葉直徑的5次方。
——長(zhǎng)徑比應(yīng)選得大一些。
（2）長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響
要考慮：傳熱面積；物料的溫度梯度。
2）.攪拌罐裝料量
(1)裝料系數(shù)η
盛裝物料的容積=η*罐體全容積
Η取值：一般取0.6~0.85
· 物料反應(yīng)時(shí)有泡沫——0.6~0.7；
· 物料黏度較大或運(yùn)作平穩(wěn)——0.8~0.85。
（2）確定筒體直徑和高度
5 傳動(dòng)裝置及攪拌軸
5.1 傳動(dòng)裝置
· 包括：電動(dòng)機(jī)，減速裝置，聯(lián)軸節(jié)，攪拌軸。
· 軸承的布置：
（1）設(shè)在支架內(nèi)；
（2）設(shè)在設(shè)備底部，承受徑向載荷，軸向載荷由減速機(jī)或電機(jī)承受；
（3）設(shè)在密封函處，主要控制擺動(dòng)量，保證密封運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
5.2 軸的計(jì)算
1.軸的強(qiáng)度計(jì)算
——軸承受扭轉(zhuǎn)+彎曲的聯(lián)合作用。
載荷：扭矩+彎矩，以扭矩為主。
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：
許用剪應(yīng)力[τ]=（0.5~0.6）[σ]
考慮到彎曲作用和動(dòng)載荷性質(zhì)， [τ]k 常規(guī)定的較低。Q235-A軸，取12~20MPa。
抗扭截面模數(shù)為：
便可計(jì)算軸徑。
2.軸的剛度計(jì)算
目的：避免過(guò)大扭轉(zhuǎn)變形，保護(hù)軸封。
剛度條件：
1）精密穩(wěn)定傳動(dòng)，取0.25~0.5°/m ;
2) 一般傳動(dòng)，取0.5~1 °/m ；
3) 精度要求低的傳動(dòng)，取＞1 °/m 。
6 軸封
常用形式：填料密封，機(jī)械密封，迷宮密封，浮動(dòng)環(huán)密封等。
連接，法蘭對(duì)管壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小。常用于高壓管道。
3、按法蘭形狀分圓形、方形和橢圓形
三、影響法蘭密封的因素
1、螺栓預(yù)緊力
預(yù)緊力使墊片壓緊實(shí)現(xiàn)初始密封。適當(dāng)提高預(yù)緊力可增加墊片的密封能力，即在正常工況下保留較大的接觸面比壓力。
預(yù)緊力不宜太大，否則使墊片整體屈服喪失回彈能力，甚至將墊片擠出或壓壞。
預(yù)緊力應(yīng)均勻地作用到墊片上，可采取減小螺栓直徑、增加螺栓個(gè)數(shù)等措施來(lái)提高密封性能。
2、壓緊面（密封面）
壓緊面的質(zhì)量要求：形狀和粗糙度應(yīng)與墊片相匹配;使用金屬墊片時(shí)其壓緊面的質(zhì)量要求比使用非金屬墊片時(shí)高；壓緊面表面不允許有刀痕和劃痕；應(yīng)能均勻地壓緊墊片，保證平面度和垂直度。
壓緊面的型式: 主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及準(zhǔn)備采用的墊片等進(jìn)行（常用5種）選擇
平面型壓緊面: 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。
缺點(diǎn)：是接觸面積大，需要的預(yù)緊比壓大，螺栓承載大，故法蘭等零件要求高、笨重，墊片易擠出，密封性能較差。使用壓力P≤2.5MPa，有毒、易燃、易爆介質(zhì)中不能使用。
凹凸型壓緊面:由一個(gè)凹面和一個(gè)凸面配合組成。墊片放凹面中。
優(yōu)點(diǎn)：便于對(duì)中，能防墊片擠出。
可用在P≤6.4MPa，DN≤800mm
榫槽型壓緊面: 一榫一槽密封面組成，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)中性好，密封預(yù)緊壓力小，墊片不易擠出，不受介質(zhì)沖刷，用于易燃易爆密封要求高處。缺點(diǎn)是更換較困難，榫易損壞。注意：應(yīng)使固定在設(shè)備上的法蘭為槽面,可拆下部分的法蘭為榫面。
錐形壓緊面: 通常用于高壓密封，其缺點(diǎn)是需要的尺寸精度和表面粗糙度要求高。須與透鏡墊片配合,常用于高壓管道。
梯形槽壓緊面: 槽底不起密封作用，是槽的內(nèi)外錐面與墊片接觸成梯形,形成密封的，與橢圓或八角形截面的金屬墊圈配合。
3、墊片性能
· 墊片密封面的塑性變形能力——實(shí)現(xiàn)初始密封；
· 墊片材料及結(jié)構(gòu)的回彈能力——提高工作狀態(tài)下的殘余密封比壓。
· 耐腐蝕能力。
· 力學(xué)性能，尤其抗高溫蠕變能力。
· 工作溫度下的變質(zhì)硬化或軟化性。
4、法蘭剛度——法蘭在外力作用下抵抗變形的能力。
剛度小——受力後變形大，墊片受力不均，易泄漏。剛度不足：過(guò)大的翹曲變形,這也是密封失效的主要原因之一。
提高法蘭剛度的措施：增加法蘭厚度；減小螺栓力作用的力臂(即縮小中心圓直徑)；增大法蘭盤(pán)外徑；螺栓數(shù)量要足夠。
5、操作條件：指壓力、溫度及介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)密封性能的影響。
特點(diǎn)：在壓力、介質(zhì)和溫度的聯(lián)合作用下，尤其是波動(dòng)的高溫下，會(huì)嚴(yán)重影響密封性能，甚至使密封因疲勞而完全失效。
原因：高溫下，介質(zhì)粘度小，滲透性大，易泄漏；介質(zhì)對(duì)墊片和法蘭的腐蝕作用加劇，增加了泄漏的可能性；法蘭、螺栓和墊片均會(huì)產(chǎn)生較大的高溫蠕變與應(yīng)力松弛，使密封失效；某些非金屬墊片還會(huì)加速老化、變質(zhì)，甚至燒毀。
四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用
1、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)
壓力容器法蘭：平焊法蘭和對(duì)焊法蘭
平焊法蘭比較：乙型法蘭帶有一個(gè)短筒體，因此剛性較甲型法蘭好，可用于壓力較高，直徑較大的場(chǎng)合；
焊縫形式：甲型為V型坡口，乙型為U型坡口，因此乙型更易焊透，故其強(qiáng)度和剛度更高。
對(duì)焊法蘭特點(diǎn)：由于有長(zhǎng)頸，并采用對(duì)焊，故剛性更好，用于壓力更高處.
注意問(wèn)題 ：平焊與對(duì)焊法蘭都有帶襯環(huán)與不帶襯環(huán)兩種。
密封面都有平面型、凹凸型、榫槽型三種。
2、如何選用壓力容器法蘭
選擇法蘭的主要參數(shù)：公稱壓力（PN）和公稱直徑（DN）
公稱直徑的確定：
◎管法蘭—與相聯(lián)接管子的公稱直徑相同；
◎壓力容器法蘭— ·板卷筒體，與相聯(lián)接筒體的公稱直徑相同；
·無(wú)縫鋼管作筒體，與相聯(lián)接無(wú)縫管的公稱直徑相同。
公稱壓力 ：公稱壓力——是以16Mn在200℃時(shí)的最高工作壓力為依據(jù)制定的，因此當(dāng)法蘭材料和工作溫度不同時(shí)，最大工作壓力將降低或升高。
法蘭公稱壓力與法蘭的最大操作壓力和操作溫度以及法蘭材料三個(gè)因素有關(guān)。
壓力容器法蘭設(shè)計(jì)步驟：
（1）確定DN;
（2）根據(jù)法蘭材質(zhì)、工作溫度和最高工作壓力，確定PN；
（3）由PN,DN確定法蘭形式及連接尺寸、螺栓尺寸及數(shù)量。
（4）根據(jù)介質(zhì)工作溫度、工作壓力確定密封面及墊 片類型；
（5）確定螺栓、螺帽材質(zhì)；
（6）繪制草圖。
2.管法蘭
管法蘭標(biāo)準(zhǔn)：
1）HG20592~20635——97 ?鋼制管法蘭、墊片、緊固件?
2）GB9112~9123 ?鋼制管法蘭?
注：?壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程?推薦1）。
第二節(jié) 容器支座
概述：容器支座，支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。
結(jié)構(gòu)型式由容器自身的型式?jīng)Q定，分臥式容器支座、立式容器支座、球形容器支座。
一、立式容器支座
立式容器的支座主要有耳式支座、支承式支座、裙式支座
中、小型直立容器常采用前二種，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。
㈠ 耳式支座：
簡(jiǎn)稱耳座，筋板和支腳板。廣泛用在反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。簡(jiǎn)單、輕便，但局部應(yīng)力較大。當(dāng)設(shè)備較大或器壁較薄應(yīng)加墊板。不銹鋼制設(shè)備，用碳鋼作支座，防止合金元素流失，也需加一個(gè)不銹鋼墊板。
已標(biāo)準(zhǔn)化JB/T 4725-92 《耳式支座》。
該標(biāo)準(zhǔn)分A型（短臂）和B型（長(zhǎng)臂）（有保溫層或直接放在樓板上）
每類又分帶墊板與不帶墊板兩種結(jié)構(gòu)
耳式支座選用的方法：
（1）估算設(shè)備總重，算每個(gè)支座（按2個(gè)計(jì)算）的負(fù)荷Q值；
（2）確定支座型式，從表4-13或表4-15按允許負(fù)荷Q允大于實(shí)際負(fù)荷Q，選支座。
小型設(shè)備耳式支座，可支承在管子或型鋼制的立柱上。大型設(shè)備的支座往往擱在鋼梁或混凝土制的基礎(chǔ)上。
㈡ 支承式支座
用鋼管、角鋼、槽鋼制作，或用數(shù)塊鋼板焊成，型式、結(jié)構(gòu)、尺寸及材料JB/T 4724-92 《支承式支座》。
㈢ 裙式支座
塔設(shè)備最常用裙式支座。目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)。各部分尺寸均需通過(guò)計(jì)算或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)確定。有關(guān)裙式支座的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法詳見(jiàn)第十七章。
二、臥式容器支座
鞍式支座：應(yīng)用最廣泛的臥式容器支座。已有標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712-92 《鞍式支座》，根據(jù)容器公稱直徑和重量選用。
由橫向筋板、若干軸向筋板和底板焊接而成。在與設(shè)備連接處，有帶加強(qiáng)墊板和不帶加強(qiáng)墊板兩種結(jié)構(gòu)。
㈡ 圈座
采用圈座的情況：對(duì)于大直徑薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成嚴(yán)重?fù)锨?；多于兩個(gè)支承的長(zhǎng)容器。
除常溫常壓下操作的容器外，至少應(yīng)有一個(gè)圈座是滑動(dòng)支承的。
㈢ 腿式支座:簡(jiǎn)稱支腿
連接處造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，只適用于小型設(shè)備（DN≤1600、L≤5m）。
腿式支座的結(jié)構(gòu)型式、系列參數(shù)等參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4714-92 《腿式支座》。
第三節(jié) 容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)
一. 容器開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因
容器為什么要開(kāi)孔？工藝、安裝、檢修的要求。
開(kāi)孔后，為什么要補(bǔ)強(qiáng)？削弱器壁的強(qiáng)度，出現(xiàn)不連續(xù)，形成高應(yīng)力集中區(qū)。
峰值應(yīng)力通常較高，達(dá)到甚至超過(guò)材料屈服極限。局部應(yīng)力較大，加之材質(zhì)和制造缺陷等,為降低峰值應(yīng)力，需要對(duì)結(jié)構(gòu)開(kāi)孔部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以保證容器安全運(yùn)行。
開(kāi)孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)為：K=σ實(shí)際/σ膜
開(kāi)孔的形狀：應(yīng)力集中和開(kāi)孔形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低。
二.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)
(一)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)原則
1.等面積補(bǔ)強(qiáng)原則：該方法認(rèn)為在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，殼體處本身承受內(nèi)壓所需截面積外的多余截面積A不應(yīng)少于開(kāi)孔所減少的有效截面積。即這種以通過(guò)開(kāi)孔中心的縱截面上的投影面積來(lái)衡量的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法，具有使開(kāi)孔后截面的平均應(yīng)力不致升高的含義。在一般情況下可以滿足開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的需要，方法簡(jiǎn)便，我國(guó)的容器標(biāo)準(zhǔn)采用的主要是這種方法。
2.極限分析補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：由于開(kāi)孔只造成殼體的局部強(qiáng)度削弱，如果在某一壓力載荷下容器開(kāi)孔處的某一區(qū)域其整個(gè)截面進(jìn)入塑性狀態(tài)，以至發(fā)生塑性流動(dòng)，此時(shí)的載荷便為極限載荷。利用塑性力學(xué)方法對(duì)帶有整體補(bǔ)強(qiáng)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)求解出塑性失效的極限載荷。以極限載荷為依據(jù)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即以大量的計(jì)算可以定出補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的尺寸要求，使其具有相同的應(yīng)力集中系數(shù)。。
（二）.補(bǔ)強(qiáng)形式：
1.內(nèi)加強(qiáng)齊平接管
2.外加強(qiáng)齊平接管
3.對(duì)稱加強(qiáng)凸出接管
4.密集補(bǔ)強(qiáng)
(三). 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：
（1）補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)
材質(zhì)厚度一般與殼體相同；補(bǔ)強(qiáng)圈要與殼體、接管很好地焊接，以同時(shí)受力。補(bǔ)強(qiáng)板上有一個(gè)M10小孔，用以檢查焊縫缺陷；名曰泄漏信號(hào)孔。
（2）整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)
若須補(bǔ)強(qiáng)的接管較多，可采取增加殼體壁厚的辦法，也稱為整體補(bǔ)強(qiáng)。
(四).等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法
1. 開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算
等面積補(bǔ)強(qiáng)——補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開(kāi)孔所削弱的金屬量。
2. 容器上開(kāi)孔及補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)規(guī)定
筒體及封頭開(kāi)孔最大直徑不允許超過(guò)：
（1） 圓筒Di≤1500mm，開(kāi)孔最大直徑d≤1/2Di，且d≤520mm；圓筒Di＞1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤1/3Di，且d≤1000mm；
（2） 凸形封頭或球殼的開(kāi)孔最大直徑d＜1/2Di。
（3） 錐殼開(kāi)孔最大直徑d≤1/3Di，Di為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。
3. 不需補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑
計(jì)算壁厚考慮了焊縫系數(shù)，鋼板規(guī)格，殼體壁厚超過(guò)實(shí)際強(qiáng)度，最大應(yīng)力值降低，相當(dāng)于容器已被整體加強(qiáng)。
且容器開(kāi)孔總有接管相連，其接管多于實(shí)際需要的壁厚也起補(bǔ)強(qiáng)作用。
容器材料有一定塑性儲(chǔ)備，允許承受不是十分過(guò)大的局部應(yīng)力，所以當(dāng)孔徑不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，可不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
殼體開(kāi)孔滿足全部條件，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：
(1) 設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa；
(2) 兩相鄰開(kāi)孔中心的間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算)應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；
(3) 殼體名義壁厚大于12mm，接管公稱外徑小于或等于80mm；殼體名義壁厚小于或等于12mm ，接管公稱外徑小于或等于50mm
(4) 接管最小壁厚滿足表4-19的要求。
第四節(jié) 容器附件
一、接口管：用于裝置測(cè)量、控制儀表，或連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。
鑄造接管：鑄造設(shè)備接管可與筒體一并鑄出。
螺紋管主要用來(lái)接溫度計(jì)、壓力表或液面計(jì)等，陰螺紋或陽(yáng)螺紋
二、凸緣：接管長(zhǎng)度必須很短時(shí)可用凸緣代替(又叫突出接口)，凸緣本身有加強(qiáng)作用，不需另外補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)螺柱折斷在螺栓孔中，取出較困難。凸緣與管道法蘭配用，聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來(lái)確定。
三、手孔與人孔：檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸內(nèi)部構(gòu)件。手孔直徑150mm～250mm，標(biāo)準(zhǔn)手孔公稱直徑有DN150和DN250兩種。
手孔結(jié)構(gòu)：容器上接一短管，其上蓋一盲板。
人孔：設(shè)備直徑超過(guò)900mm，有手孔也設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形。橢圓形人孔短軸與筒身軸線平行。圓形人孔直徑400mm～600mm，容器壓力不高或有特殊需要時(shí)，直徑可以大一些。橢圓形人孔(或稱長(zhǎng)圓形人孔)的最小尺寸為400mm×300mm?！?br>
使用中常打開(kāi)，可用快開(kāi)式結(jié)構(gòu)人孔。
手孔（HG21515～21527-95）和人孔（HG21528～21535-95）已有標(biāo)準(zhǔn)，
設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)設(shè)備的公稱壓力，工作溫度以及所用材料等按標(biāo)準(zhǔn)直接選用。
四、視鏡與液面計(jì)
㈠ 視鏡：觀察內(nèi)部，也可用作物料液面指示鏡。分為不帶頸視鏡和帶頸視鏡。
不帶頸視鏡——凸緣構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易結(jié)料，有比較寬闊的視察范圍。
當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時(shí)，則需采用帶頸視鏡。
視鏡已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，化工生產(chǎn)中常用的還有壓力容器視鏡、帶燈視鏡、帶燈有沖洗孔的視鏡、組合視鏡等。
㈡ 液面計(jì)
公稱壓力不超過(guò)0.7MPa，開(kāi)長(zhǎng)條孔，矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。
承壓容器，一般都是將液面計(jì)通過(guò)法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起設(shè)備直徑大，可同時(shí)用幾組液面計(jì)接管。
現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中有反射式玻璃板液面計(jì)、反射式防霜液面計(jì)、透光式板式液面計(jì)和磁性液面計(jì)。
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教案首頁(yè)
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課程名稱 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) |
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項(xiàng) 目 |
第七章 |
課題 |
換熱設(shè)備 |
課型 |
理論課 |
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授課班級(jí) |
13級(jí)應(yīng)用化工班 |
授課
時(shí)間 |
11月13~11月27日 |
課
時(shí) |
10課時(shí) |
授課教師 |
喬曼 |
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學(xué)習(xí)目標(biāo) |
專業(yè)能力 |
（1）典型管殼式換熱器的選型
（2）固定管板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)
（3）管子的選用及管板的連接
（4）溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因及補(bǔ)償措施
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核心能力 |
管、殼程的分程及隔板 |
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教學(xué)方法 |
教學(xué)媒體—板書(shū)一體化教學(xué)、分析討論法、講授法、演示法、比較法等 |
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教學(xué)回顧 |
通過(guò)上一章課的學(xué)習(xí)學(xué)生基本掌握了塔設(shè)備及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)原理，為本章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 |
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教研室主任審簽： 年 月 日
教學(xué)環(huán)節(jié) |
教學(xué)過(guò)程（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法） |
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教學(xué)過(guò)程：
一、 回顧--溫故知新
以PPT呈示一些常見(jiàn)的換熱設(shè)備，以提高學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣。
二、觀察--思考討論
引出上一章節(jié)塔設(shè)備的基本內(nèi)容，讓學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)聯(lián)想到與本節(jié)課的聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)討論積極性。
三、探索--接收新知
第一節(jié) 換熱器概述
一、定義：換熱器是用來(lái)完成各種不同傳熱過(guò)程的設(shè)備。
1、如：開(kāi)水鍋爐、水杯、冰箱、空調(diào)等。
2、是許多工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11％～ 40％ 。
二、衡量標(biāo)準(zhǔn)：
1.先進(jìn)性：傳熱效率高，流體阻力小，材料省
2.合理性：可制造加工，成本可接受
3.可靠性：滿足操作條件 ,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命
三、換熱器的基本類型
按傳熱方式或工作原理分類
1、直接接觸式：傳熱效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影響的流體之間
2、蓄熱式：溫度較高的場(chǎng)合，但有交叉污染，溫度波動(dòng)大
3、間壁式——又稱表面式換熱器，利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。冷熱兩種流體隔開(kāi)，互不接觸，熱量，由熱流體通過(guò)間壁傳遞給冷流體。應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣，如管殼式換熱器、板式換熱器等。
對(duì)于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為 (1)管式(2)緊湊式(3)管殼式
四、管殼式換熱器的分類
基本類型：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、
填料函式換熱器
（一）固定管板式換熱器
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。
缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。
適用場(chǎng)合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場(chǎng)合。
為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。
（二）浮頭式換熱器
優(yōu)點(diǎn)：管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。
缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢查，影響傳熱。
適用場(chǎng)合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。
（三）填料函式換熱器
特點(diǎn)：
1.一端可自由伸縮— 不產(chǎn)生熱應(yīng)力；
2.管束可以抽出，管內(nèi)外均易清洗；
3.填料將殼程介質(zhì)與外界隔開(kāi)，易外漏，介質(zhì)受限制；
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清洗方便。
缺點(diǎn)：填料處易泄漏。
適用場(chǎng)合： 4MPa 以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。
（四）U形管式換熱器
1.只有一個(gè)管板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
2.管子可以抽出，管間易清洗；
3.管子可以自由膨脹；
4.管內(nèi)不便清洗，不易更換；
5.結(jié)構(gòu)不緊湊。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。
缺點(diǎn)：布板少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。
適用場(chǎng)合：特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。
六、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容
（一）工藝計(jì)算
選型；確定管、殼程；通過(guò)化工工藝計(jì)算，確定換熱器的傳熱面積，同時(shí)選擇管徑、管長(zhǎng)，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù) 。
（二）機(jī)械設(shè)計(jì)
1）殼體直徑的決定和殼體厚度的計(jì)算；
2）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；
3）管板尺寸確定；
4）折流板的選擇與計(jì)算；
5）管子拉脫力的計(jì)算；
6）溫差應(yīng)力計(jì)算。
第二節(jié) 管板式換熱器換熱管的選用及其與管板的連接
一、換熱管的選用
小管徑：?jiǎn)挝惑w積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、
金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高
阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞
用于較清潔的流體
大管徑：粘性大或污濁的流體
（二）規(guī)格
（外徑×壁厚），長(zhǎng)度按規(guī)定決定
換熱器的換熱管長(zhǎng)度與公稱直徑之比，一般在4～25之間，常用的為6～10。立式換熱器，其比值多為4～6。
（三）材料
由壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性能決定。常用管子材質(zhì)有：碳素鋼（10，20）、合金鋼（1Cr18Ni9Ti)、低合金鋼（16Mn,15MnV)、銅、鈦、塑料、石墨等。
（四）結(jié)構(gòu)型式
多用光管，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，
為強(qiáng)化傳熱，也采用強(qiáng)化傳熱管。
二、管子與管板的連接
（一）脹接
利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔邊緣同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板邊緣彈性恢復(fù)與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達(dá)到密封緊固連接的目的。
保證緊密性的方法：
· 管板孔開(kāi)槽；
· 脹接周邊保證清潔；
· 管子硬度低于管板孔周邊硬度。
保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法：
· 管端退火處理。
· 選材考慮。
（二）焊接
優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較脹接簡(jiǎn)單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。
缺點(diǎn)：在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)間隙腐蝕。
（三）脹焊并用
克服了單純的焊接及脹接的缺點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是：
· 連接緊密，提高抗疲勞能力；
· 消除間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕；
· 提高使用壽命。
脹焊并用連接主要有：
強(qiáng)度焊＋貼脹………………先焊后脹
強(qiáng)度脹＋密封焊………………先脹后焊
概念解釋：密封焊—不保證強(qiáng)度，只防漏；
強(qiáng)度焊—既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度；
貼脹—只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力；
強(qiáng)度脹—既消除間隙，又滿足脹接強(qiáng)度。
目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學(xué)說(shuō)仍處于爭(zhēng)議之中。
第三節(jié) 管板與管板連接結(jié)構(gòu)
一、管板
管板是管殼式換熱器的重要零部件之一。
二、管板材料
管板材料選擇既有力學(xué)的上考慮，又有耐介質(zhì)腐蝕的考慮。
三、管板結(jié)構(gòu)
在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量減少管板厚度。
四、換熱管排列方式
（一）正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列
三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一體積傳熱面積更大。適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場(chǎng)合。
（二）正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列
管間小橋形成一條直線通道，便于機(jī)械清洗。要經(jīng)常清洗管子外表面上的污垢時(shí)，多用正方形排列。
（三）組合排列法
在多程換熱器中多采用組合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之間，為了便于安裝隔板，則采用正方形排列法，五、管間距
（一）定義
管間距指兩相鄰換熱管中心的距離。
（二）要求
管間距≥1.25d0，符合表7-4規(guī)定，便于管子與管板間的連接，因?yàn)閷?duì)于脹接或焊接來(lái)講，管子間距離太近，那么都會(huì)影響連接質(zhì)量。最外層管壁與殼壁之間的距離不應(yīng)小于1/2換熱管外徑加10mm，主要是為折流板易于加工，不易損壞。
六、管箱與管束的分程
（一）分程原因
當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長(zhǎng)時(shí)，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時(shí)，為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過(guò)各程管子。
管箱
固定管板式換熱器利用管箱來(lái)實(shí)現(xiàn)管束分程。管箱位于換熱器兩端，便于拆裝。隔板安裝在管箱內(nèi)。
（二）分程原則
①各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；
②相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過(guò)28℃；
③各程間的密封長(zhǎng)度應(yīng)最短；
④分程隔板的形狀應(yīng)簡(jiǎn)單。
（三）分程隔板
（四）分程方式
七、管程接管與擋板和導(dǎo)流筒
（一）管程接管
為減緩殼程入口高速流體對(duì)管子的沖刷，將接管做成喇叭形，結(jié)構(gòu)為圓形時(shí)常稱為導(dǎo)流筒。
（二）擋板
為減緩殼程入口高速流體對(duì)管子的沖刷，在入口處安裝擋板。擋板常采用圓形和方形。
八、折流板、支承板、旁路擋板及攔液板的作用與結(jié)構(gòu)
1 折流板及支撐板
作用：a.提高殼程流體流速，改變流動(dòng)方向—提高傳熱效率。
b.支撐換熱管。
結(jié)構(gòu)形式：a.弓形；b.圓盤(pán)-圓環(huán)形；c.扇形。
2 旁路擋板
殼體與管束之間存在有較大間隙時(shí)，為避免流體走短路，沿縱向設(shè)置板條，迫使流體穿過(guò)管束。
3 攔液板
作用：在立式冷凝器中，用來(lái)減薄管壁上的液膜以提高傳熱膜系數(shù)。
九、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)
（一）不可拆的焊接式
（二）可拆式
浮頭式、U型管式及填料函式換熱器固定端管板與殼體的連接
第四節(jié) 溫差應(yīng)力
一.管壁與殼壁溫度差引起的溫差應(yīng)力
二. 管子拉脫力的計(jì)算
——限于管子與管板脹接情況。
1.介質(zhì)壓力和溫差力對(duì)管板的作用：
假設(shè) 管壁溫度＞殼壁溫度
2.拉脫力的計(jì)算
計(jì)算的目的：保證脹接接頭的牢固連接和良好的密封性。
拉脫力定義：管子每平方米脹接周邊上所受的力，單位為帕。
引起拉脫力的因素為：操作壓力和溫差力。
（1）操作壓力引起的拉脫力qp:
介質(zhì)壓力作用的面積 f 如圖示
介質(zhì)壓力p，取管程壓力和殼程壓力兩者中的較大者。
管子外徑為d0 ；管子脹接長(zhǎng)度為l。
則拉脫力為：
（2）溫差力引起的拉脫力 qt ：
每根管承受溫差力為 σt×at 。
則拉脫力為：
（3）合拉脫力：兩者使管子受力方向相同—取之和；
兩者使管子受力方向相反—取之差。
（4）拉脫力判據(jù)：
計(jì)算合拉脫力必須小于許用拉脫力： q＜[q]
三. 溫差應(yīng)力的補(bǔ)償
目的：解決殼體與管束軸向變形的不一致性。或者說(shuō)，消除殼體與管子間的剛性約束，實(shí)現(xiàn)殼體和管子自由伸縮。
補(bǔ)償方法：
1.減小殼體與管束間的溫度差
· 使傳熱膜系數(shù)大的流體走殼程；
· 殼壁溫度低于管壁溫度時(shí)，對(duì)殼體進(jìn)行保溫。
2.裝設(shè)撓性構(gòu)件
· 殼體上安裝膨脹節(jié)；（見(jiàn)書(shū)P170 圖7-39）
· 將直管制成帶S形彎的管。如氨合成塔內(nèi)的冷管：
膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)及設(shè)置
——裝在固定管板式換熱器上的撓性元件。
1.膨脹節(jié)的作用：
作用：對(duì)管子與殼體的膨脹變形差進(jìn)行補(bǔ)償，以消除或減小溫差應(yīng)力；
2.結(jié)構(gòu)形式：
1）平板焊接膨脹節(jié)；
2）波形膨脹節(jié)；
3）夾殼式膨脹節(jié)
4）波紋管
3.必須設(shè)置膨脹節(jié)的條件：
滿足下述條件之一者：
4.膨脹節(jié)的選用及安裝
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB16749-1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》
安裝注意：1）與殼體對(duì)接焊，保證焊透；
2）要進(jìn)行無(wú)損探傷；
3）最低點(diǎn)設(shè)置排液孔。
3.采用殼體與管束自由伸縮的結(jié)構(gòu)
4.套管式結(jié)構(gòu)
如三十萬(wàn)噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；
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· 填料大致可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩種。
· 拉西環(huán):（瓷環(huán)）填充方式有亂堆和整砌兩種。
· 鮑爾環(huán)：在金屬拉西環(huán)的壁上開(kāi)了一排或兩排長(zhǎng)方形的小窗，小窗葉片向環(huán)中心彎入，在中心處相搭，上下兩排小窗的位置相錯(cuò)，增加了接觸面積，效率得到了提高。
· 階梯環(huán)：一頭為鮑爾環(huán)，一頭翻卷，由于不對(duì)稱，裝入塔內(nèi)可減少填料環(huán)相互重疊，使填料表面得以充分利用，同時(shí)增大了空隙，使壓降降低，傳質(zhì)效率提高。
· 鞍形填料：這種填料重迭部分少，空隙率大，利用率高。它有兩種形式，一種是矩鞍環(huán)，一種是弧鞍環(huán)，都是敞開(kāi)式填料，這種填料比拉西環(huán)傳質(zhì)效率高，壓力降低，且強(qiáng)度高。
· 波紋填料：由許多波紋形薄板垂直疊在一起，各層的波紋成４５°，盤(pán)與盤(pán)之間成９０°排列，結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大。傳質(zhì)好，且可根據(jù)物料溫度及腐蝕情況采用不同的材料。
二、填料支承結(jié)構(gòu)
1、作用：支承填料
2、設(shè)計(jì)要求：足夠的強(qiáng)度、剛度以及足夠的自由截面
3、柵板設(shè)計(jì)注意問(wèn)題：
1）柵板必須有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性；
2）柵板必須有足夠的自由截面，一般應(yīng)各填料的自由截面大致相等；
3）槽板扁鋼條之間的距離約為填料外徑的60%~80%；
4）柵板可以制成整塊的或分塊的。
三、噴淋裝置
要求：使整個(gè)塔截面的填料表面很好潤(rùn)濕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便。
作用：噴出液體，使整個(gè)塔截面的填料很好潤(rùn)濕，直接影響塔的處理能力和分離效率。
1、噴灑型分為管式噴灑器、環(huán)管多孔噴灑器、蓮蓬頭噴灑器
管式噴灑器： DN≤300mm，可選用管式噴灑器，通過(guò)填料上的進(jìn)液管（直、彎或缺口）進(jìn)行噴灑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但噴淋面積較小且不均勻。
環(huán)管多孔噴灑器：DN≤1200mm，可選用單環(huán)管多孔噴灑器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝方便，缺點(diǎn)是噴灑面積小，不夠均勻，而且液體要求清潔，否則小孔易堵塞。（環(huán)管下面開(kāi)小孔，一般為3~5排）。
蓮蓬頭噴灑器： 主要有半球形、碟形、杯形，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，缺點(diǎn)是小孔易堵塞，不適于處理污濁液體，一般可用于塔徑小于600mm的塔中。
2、溢流型
盤(pán)式分布器：液體從中央進(jìn)料管加到噴淋盤(pán)內(nèi)，然后從噴淋盤(pán)上的降液管溢流。
槽式分布器：主要用于DN＞1000mm的塔，其優(yōu)點(diǎn)是自由截面大，適應(yīng)性好，處理量大，操作彈性大，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)（圖8－52），液體先加入分配槽，然后再由分配槽的開(kāi)口處到噴淋槽，噴淋槽上有堰口，兩側(cè)有三角形或矩形的開(kāi)口，各開(kāi)口的下緣應(yīng)位于同一水平面上，再由此溢流到填料上。
3、沖擊型：應(yīng)用較少
五、液體再分布器
1、設(shè)置原因
當(dāng)液體流過(guò)填料層時(shí)，流體慢慢地會(huì)從器壁流走（壁流）現(xiàn)象產(chǎn)生，使液體分布不均勻，塔中央部分填料可能沒(méi)有潤(rùn)濕，起不到作用，降低了整個(gè)塔的效率。
2、主要作用
將上層填料流下的液體收集，再分布，避免塔中心的填料不能被液體濕潤(rùn)而形成“干錐 ”。
第四節(jié) 塔體與裙座的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
一.塔體載荷分析：
1.自重載荷：
m01—塔設(shè)備的殼體與裙座質(zhì)量；
m02—塔設(shè)備內(nèi)件質(zhì)量（塔板或填料及其支撐裝置）；
m03—保溫材料質(zhì)量；
m04—平臺(tái)扶梯質(zhì)量；
m05—操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量；
ma—人孔法蘭接管等附件質(zhì)量；
mw—液壓試驗(yàn)時(shí)塔內(nèi)充液質(zhì)量；
me—偏心質(zhì)量。
操作質(zhì)量：m0= m01+ m02 +m03 +m04 +m05 +ma +me
水壓試驗(yàn)質(zhì)量：mmax= m01+ m02 +m03 +m04 +mw +ma +me
吊裝質(zhì)量：mmin= m01+ 0.2m02 +m03 +m04 +ma +me
2.地震載荷
（1）.水平地震力
任一段集中質(zhì)量mk所引起的基本振型水平地震力為：
Fk=CZα1ηk mkg N
式中CZ——結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取0.5；
α1 ——對(duì)應(yīng)于設(shè)備基本自振周期T1的地震影響系數(shù)；
ηk——基本振型參與系數(shù)
mk——任一段（第k段）塔體的操作質(zhì)量。
（2）.垂直地震力
地震烈度為8度或9度地區(qū)的塔設(shè)備考慮垂直地震力。
垂直地震力的作用點(diǎn)：塔器底截面。
計(jì)算式：Fv=αvmax·meq．g
式中αvmax——垂直地震影響系數(shù)最大值，取0.6 αmax 。
meq——塔器的當(dāng)量質(zhì)量，取0.75m0 。
（3）.地震彎距
懸臂梁的彎矩：
任一質(zhì)點(diǎn)mk對(duì)塔底(0-0截面）的彎矩為：
所有質(zhì)點(diǎn)（k=1,2,……n)對(duì)塔底截面的彎矩和為：
對(duì)于等直徑、等壁厚塔器的底截面地震彎矩為：
3.風(fēng)載荷
（1）.力學(xué)模型的簡(jiǎn)化：
塔的迎風(fēng)面受到風(fēng)壓載荷，并隨高度而增加。
將風(fēng)壓按塔的高度離散，任一計(jì)算段的風(fēng)載荷，就假定是集中作用在該段中點(diǎn)的風(fēng)壓合力：
（2）.風(fēng)載荷的計(jì)算
影響風(fēng)載荷的因素：
· 所在地區(qū)的基本風(fēng)壓值q0(距地面10米高處的風(fēng)壓）；
· 塔器高度、直徑、截面形狀以及自振周期。
任一計(jì)算段的水平風(fēng)力為：
式中K1——塔體形狀系數(shù)；
K2——風(fēng)振系數(shù)（與塔自振周期有關(guān)）；
qo——10米塔高處的基本風(fēng)壓值；
fi——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；
li——計(jì)算段的高度；
Dei——該計(jì)算段的 有效直徑。
（3）.風(fēng)彎矩計(jì)算
風(fēng)載荷對(duì)基底截面的彎矩：
4.偏心載荷
塔設(shè)備頂部懸掛有分離器、冷凝器等附屬設(shè)備，其重力對(duì)塔體產(chǎn)生偏心載荷。
偏心載荷引起的彎矩：Me=meg·e
5.介質(zhì)壓力載荷——設(shè)計(jì)壓力p；水壓試驗(yàn)時(shí)的液柱壓力。
二.自支撐式塔設(shè)備塔體壁厚的確定方法
1.塔設(shè)備的危險(xiǎn)截面：
0-0截面——基底；
1-1截面——人孔截面；
2-2截面——塔體與裙座連接焊縫截面。
位于塔體上的危險(xiǎn)截面—— 2-2截面。
2. 塔體應(yīng)力組合（2-2截面）
組合軸向應(yīng)力的構(gòu)成：
· σ1——介質(zhì)壓力引起的軸向應(yīng)力；
· σ2——塔體自重引起的軸向應(yīng)力；
· σ3——塔體所受彎矩引起的軸向應(yīng)力。
3.塔體壁厚的確定方法
（1）依據(jù)內(nèi)壓容器或外壓容器壁厚設(shè)計(jì)方法確定塔體有效壁厚Se1。
（2）塔體穩(wěn)定驗(yàn)算。根據(jù)（1）假定一有效壁厚Se2。
● 計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力：
自重載荷及垂直地震力引起的軸向應(yīng)力：
彎矩在塔體中引起的軸向應(yīng)力
穩(wěn)定條件：
組合軸向壓應(yīng)力要滿足：
（3）塔體拉應(yīng)力驗(yàn)算
依前述，假設(shè)一有效壁厚Se3。
計(jì)算σ1,σ2,σ3，并進(jìn)行組合，滿足如下強(qiáng)度條件：
（4）水壓試驗(yàn)應(yīng)力驗(yàn)算
確定塔殼體試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力，驗(yàn)算是否滿足強(qiáng)度條件和穩(wěn)定條件。
由試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力：
水壓試驗(yàn)組合軸向應(yīng)力的確定：
由試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力：
由液壓試驗(yàn)時(shí)重力引起的軸向應(yīng)力：
由彎矩引起的軸向應(yīng)力：
液壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性判據(jù)：
式中K——載荷組合系數(shù)，取K=1.2;
[σ]cr——許用軸向壓應(yīng)力，
塔體壁厚確定方法：
(1)根據(jù)內(nèi)(外)計(jì)算壓力,確定容器設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚，確定一有效壁厚Se1;
(2)參照Se1，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，確定一有效壁厚Se2;
(3)參照Se2，進(jìn)行塔體拉應(yīng)力驗(yàn)算，確定一有效壁厚Se3;
(4)取Se1、 Se2 、Se3中較大者，加上壁厚附加量，并考慮安裝運(yùn)輸?shù)葘?duì)剛度的要求，最終確定塔體壁厚；
(5)水壓試驗(yàn)驗(yàn)算。
三 裙座設(shè)計(jì)
（一） 裙座結(jié)構(gòu)
四個(gè)部分：
1.座體---承受并傳遞塔體載荷。
2.基礎(chǔ)環(huán)---將載荷傳遞到基礎(chǔ)上。
3.螺栓座---固定塔于基礎(chǔ)上。
4.管孔---人孔、排氣孔、引出管孔。
二）.裙座的設(shè)計(jì)方法
1.座體設(shè)計(jì)：
（1）按塔體壁厚設(shè)定一有效壁厚Ses。
（2）驗(yàn)算裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
危險(xiǎn)截面為基底截面（0-0）和人孔截面（1-1）。
2.基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu)：
基礎(chǔ)環(huán)厚度的確定方法：
將座體載荷轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)對(duì)基礎(chǔ)環(huán)的均布載荷，計(jì)算彎矩載荷，再確定板厚。 |
教案首頁(yè)
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課程名稱 |
化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) |
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項(xiàng) 目 |
第八章 |
課題 |
攪拌設(shè)備 |
課型 |
理論課 |
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授課班級(jí) |
13級(jí)應(yīng)用化工班 |
授課
時(shí)間 |
11月13~11月27日 |
課
時(shí) |
10課時(shí) |
授課教師 |
喬曼 |
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學(xué)習(xí)目標(biāo) |
專業(yè)能力 |
（1）典型攪拌式設(shè)備的選型
（2）攪拌式反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)
（3）攪拌器的使用條件
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核心能力 |
攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì) |
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教學(xué)方法 |
教學(xué)媒體—板書(shū)一體化教學(xué)、分析討論法、講授法、演示法、比較法等 |
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教學(xué)回顧 |
通過(guò)上一章課的學(xué)習(xí)學(xué)生基本掌握了換熱設(shè)備及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)原理，為本章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 |
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教研室主任審簽： 年 月 日
教學(xué)環(huán)節(jié) |
教學(xué)過(guò)程（教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法） |
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教學(xué)過(guò)程：
一、 回顧--溫故知新
以PPT呈示一些常見(jiàn)的攪拌設(shè)備，以提高學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣。
二、觀察--思考討論
引出上一章節(jié)塔設(shè)備的基本內(nèi)容，讓學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)聯(lián)想到與本節(jié)課的聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)討論積極性。
三、探索--接收新知
攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)
1 概述
結(jié)構(gòu)：
2 攪拌器的型式及選型
攪拌器適用條件
3 攪拌器的功率
3.1 攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率
攪拌器功率：對(duì)液體作功使之流動(dòng)，并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率。
攪拌器作業(yè)功率：使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過(guò)程所需要的功率。
3.2 影響攪拌器功率的因素
· 攪拌器的幾何參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)；
· 攪拌槽的幾何參數(shù)；
· 介質(zhì)的物性參數(shù)。
4 攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.罐體的長(zhǎng)徑比
主要因素：攪拌功率；傳熱；物料攪拌反應(yīng)特性。
（1）長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率的影響
在固定轉(zhuǎn)速下，攪拌功率∝漿葉直徑的5次方。
——長(zhǎng)徑比應(yīng)選得大一些。
（2）長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響
要考慮：傳熱面積；物料的溫度梯度。
（3）物料特性對(duì)長(zhǎng)徑比的要求
幾種攪拌罐的H/D值：
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種類 |
設(shè)備內(nèi)物料類型 |
H/Di |
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一般攪拌罐 |
液-固相或液-液相物料 |
1~1.3 |
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氣-液相物料 |
1~2 |
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發(fā)酵罐類 |
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1.7~2.5 |
2.攪拌罐裝料量
(1)裝料系數(shù)η
盛裝物料的容積=η*罐體全容積
Η取值：一般取0.6~0.85
· 物料反應(yīng)時(shí)有泡沫——0.6~0.7；
· 物料黏度較大或運(yùn)作平穩(wěn)——0.8~0.85。
（2）確定筒體直徑和高度
V0 ——封頭容積
5 傳動(dòng)裝置及攪拌軸
5.1 傳動(dòng)裝置
· 包括：電動(dòng)機(jī)，減速裝置，聯(lián)軸節(jié)，攪拌軸。
· 軸承的布置：
（1）設(shè)在支架內(nèi)；
（2）設(shè)在設(shè)備底部，承受徑向載荷，軸向載荷由減速機(jī)或電機(jī)承受；
（3）設(shè)在密封函處，主要控制擺動(dòng)量，保證密封運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
5.2 軸的計(jì)算
1.軸的強(qiáng)度計(jì)算
——軸承受扭轉(zhuǎn)+彎曲的聯(lián)合作用。
載荷：扭矩+彎矩，以扭矩為主。
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：
許用剪應(yīng)力[τ]=（0.5~0.6）[σ]
考慮到彎曲作用和動(dòng)載荷性質(zhì)， [τ]k 常規(guī)定的較低。Q235-A軸，取12~20MPa。
2.軸的剛度計(jì)算
目的：避免過(guò)大扭轉(zhuǎn)變形，保護(hù)軸封。
剛度條件：
1）精密穩(wěn)定傳動(dòng)，取0.25~0.5°/m ;
2) 一般傳動(dòng)，取0.5~1 °/m ；
3) 精度要求低的傳動(dòng)，?。? °/m 。
6 軸封
常用形式：填料密封，機(jī)械密封，迷宮密封，浮動(dòng)環(huán)密封等。
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