化工设备基础复习重点

1、力的平移定理力的平移定理：虽然力与力偶都是基本物理量，这二者不能相互等效代替，但是一个力却可以用一个与之平行且相等的力和一个附加力偶来等效代替。反之，一个力和一个力偶也可以用另一个力来等效代替。 刚体的概念：在讨论力的外效应时，可以把实际变了形的物体，看成是不发生变形的刚体。刚体。柔性约束柔性约束 ：光滑接触面约束：光滑接触面约束：铰链约束：（固定铰链支座约束、活动铰链铰链约束：（固定铰链支座约束、活动铰链支座约束）支座约束）固定端约束：固定端约束： 1.强度：构件抵抗破坏的能力；2.刚度：构件抵抗变形的能力；3.稳定性：构件维持自身几何形状的力。杆件变形的基本形式有以下几种: (1)拉伸：拉

2、伸：当杆件受到作用线与杆的轴线重合的大小相等、方向相反的两个拉力作用时，杆件将产生沿轴线方向的伸长。这种变形称为拉伸变形。 压缩压缩 ：当杆件受到作用线与杆的轴线重合的大小相等、方向相反的两个压力作用时，杆件将产生沿轴线方向的缩短。这种变形称为压缩变形。 (2) 弯曲：弯曲： 当杆件受到与杆轴垂直的力作用(或受到在通过杆轴的平面内的力偶作用)时，杆的轴线将变成曲线。这种变形称为弯曲变形。 (3) 剪切剪切 ：当杆件受到作用线与杆的轴线垂直，而又相距很近的大小相等、方向相反的两个力作用时，杆上两个力中间的部分，各个截面将互相错开。这种变形称为剪切变形。 (4) 扭转：扭转： 当杆件受到在垂直于杆

3、轴平面内的大小相等、转向相反的两个力偶作用时，杆件表面的纵线(原来平行于轴线的纵向直线)扭歪成螺旋线。这种变形称为扭转变形。 变形的度量AQpA0limt泊松比：材料的力学性质材料的力学性质弹性阶段0tanEAPLLEE拉伸虎克定律：屈服阶段、屈服极限强化阶段、强度极限铸铁在压缩试验时所显示的机械性能的最大特点是抗压强度比抗拉强度 高。抗拉刚度 剪切虎克定律剪切虎克定律xtanxG)1 (2EG反映材料机械性能的主要指标是：反映材料机械性能的主要指标是： 1.强度性能，用屈服极限强度性能，用屈服极限 和强度极限和强度极限 来表示，来表示，反映材料抵抗破坏的能力。反映材料抵抗破坏的能力。 2.弹

4、性性能，用弹性模量弹性性能，用弹性模量E来表示，反映材料抵抗弹来表示，反映材料抵抗弹性变形的能力。性变形的能力。 3.塑性性能，用延伸率塑性性能，用延伸率d d和截面收缩率和截面收缩率y y来表示，反来表示，反映材料具有的塑性变形的能力。映材料具有的塑性变形的能力。sb低温对材料机械性能的影响低温对材料机械性能的影响受拉、压与受剪切构件的强度计算maxmax NA安全系数： 1.在强度条件中有些量的本身就存在着主观考虑与客观实际间的差异。 2.给构件以必要的强度储备 。剪切、挤压强度计算=QA jyyyAPjjjy=直梁的弯曲 简支梁，外伸梁简支梁，外伸梁 ，悬臂梁悬臂梁 梁横截面上的内力梁横

5、截面上的内力剪力与弯矩剪力与弯矩 梁弯曲时横截面上的正应力及正应力的分梁弯曲时横截面上的正应力及正应力的分布规律布规律b梁截面合理形状的选择zzmaxIW =y2zI = y dA一卧式贮耀，内径为1600mm，壁厚20mm，封头高H=450mm；支座位置如图，L=8000mm，a=1000mm。内贮液体，包括贮罐自重在内，可简化为单位长度上的均布载荷q=28Nmm。简化图如(b)。求罐体上的最大弯矩和弯曲应力。 圆轴的扭曲 搅拌轴的三项功能：1）传递旋转运动 2）传递扭转力偶矩 3）传递功率nPm9550剪应力互等定理剪应力互等定理dxtdy()()t yxt xydddd微元体微元体 单元

6、体单元体剪应力分布规律 R WMTmax扭转的强度条件扭转的强度条件扭转的刚度条件扭转的刚度条件基本变形小结 一、五种基本变形 1.受力特点： 2.变形特点： 拉、压、弯曲是尺寸变化的线应变；剪切和扭转是形状变化的角应变。 dxdxxxxxdd0limdydyyyyydd0limdzdzzzzzdd0limxxtan虎克定律与剪切虎克定律：GE二、外力与内力外力采用静力学中力与力矩的平衡条件求。内力用截面法求：轴力沿杆轴线方向、剪力垂直于杆轴线、扭矩作用面垂直于轴线、弯矩作用在纵向对称面内。 习题1. 试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力以及内力和应力以及总伸长量总伸长量。杆的横截面

7、面积A为250mm2，P=10KN。习题2习题3三、内力与应力 通过观察实验现象，找到变形规律，结合虎克定律，确定横截面上应力的分布规律。有均匀分布和线性分布两种。 轴力横截面均布的正应力； 剪力横截面剪应力； 弯矩横截面线形分布的正应力； 扭矩横截面线形分布的剪应力；AN=QAzWMmaxWMTmax四、强度计算 maxAQ=maxmax NAmaxmaxzWM WMT maxmaxjyjjjy=yyAP习题5.1.两块Q235-A钢板用J425焊条对焊起来作为拉杆， =10mm。已知钢板的许用应力 ，对接焊缝许用应力128MPa ，拉力P=60KN。试校核其强度。 mm10dmmb60 M

8、pa160 Mpa128销钉联接，已知P=18KN，板厚t1=8mm，t2=5mm，销钉与板的材料相同，许用剪应力 ，许用挤压应力 ，销钉直径d=16mm，试校核销钉强度。 Mpa60Mpajy200习题6.习题7.图示外伸梁，受均布载荷作用，材料的许用应力=160MPa，校核该梁的强度。 10kN / m2m4m1002001.某化工厂的螺旋输送机，输入功率为72KW。现拟用外径D=50mm、内径d=40mm的热轧无缝钢管做螺旋的轴，轴的转速n150r/min，材料的扭转许用剪应力=50MPa，问强度是否足够? 习题8：五、刚度条件 （抗拉刚度、抗扭刚度、抗弯刚度）压力容器与化工设备常用材料

9、 铁碳合金铁碳合金 含碳量在0.022.11者称为钢； 大于2.11者称为铸铁； 钢的热处理钢的热处理 退火和正火，其作用？退火和正火，其作用？ 淬火和回火，淬火和回火，其作用？ 常存杂质元素对钢材性能的影响硫：热脆磷：冷脆锰 ：与硫形成高熔点(1600)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。 压力容器常用铁碳合金的种类：压力容器常用铁碳合金的种类：碳素钢：Q235C、20、Q245R低合金钢：16Mn，Q345R,14Cr1MoR高合金钢：06Cr19Ni10（S3040

10、8），022Cr7Ni12Mo2（S31603）压力容器设计基础容器的分类容器的分类设计压力设计压力 p （MPa）低压容器低压容器0.1p1.6中压容器中压容器1.6p10高压容器高压容器10p100超高压容器超高压容器p100为有利于安全技术管理和监督检查，根据容器的介介质毒性危害程度、压力高低、以及容积大小质毒性危害程度、压力高低、以及容积大小，压力容器（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接受火焰加热的容器）可分为三类。 容器的零部件标准容器的零部件标准 容器零部件标准的最基本参数：用钢板卷焊制成的筒体，其公称直径DN指的是内径。管法兰的公称直径：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准

11、压力称为公称压力，以PN表示，单位MPa压力容器常规设计、制造、检验、验收标准GB150压力容器内压薄壁容器设计 无力矩理论：是在回转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。由于这种情况下的应力状态和承受内压的薄膜相似，故又称薄膜理论。 几何结构参数：R1、R2、rdd4,221pDpDm圆筒形壳体圆筒形壳体半球形封头、标准椭圆形封头，a/b=2、碟形封头、锥形封头球形壳体球形壳体边缘应力特点：边缘应力特点：局部性、自限性各种凸形封头和平板封头进行比较和选用各种凸形封头和平板封头进行比较和选用14mpDd圆筒形容器厚度PDPticd 2计算厚度计算厚度设计厚度设计厚度名义厚度名义厚度有效厚度有效厚度

12、设计参数设计参数设计压力（设计压力（P）：设定容器的顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件。是标准零部件选取的依据；是水压试验压力的依据；是容器分类的依据。计算压力（计算压力（Pc）：在相应的设计温度下，用以确定受压元件厚度的压力。设计温度：设计温度：在相应的设计条件下，金属器壁可能达到的最高或最低(指-20下)温度。最小壁厚最小壁厚 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量（C2）的最小厚度 按下述方法确定：a. 碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm 。b对高合金钢制容器，不小于2mm 。压力试验目的：压力试验目的：检验容器的宏观强度及密封性能。检验容器的宏观强度及密封性能。压力试验的应力校

13、核：压力试验的应力校核：立式容器，确定P，Pc，PT TtPp)(8 . 02)(2 . 0ddseeiTTDP 圆筒形锅炉汽包，内径为圆筒形锅炉汽包，内径为 =1200mm，工作，工作压力为压力为12.6MPa，汽包上装有安全阀，设，汽包上装有安全阀，设计温度为计温度为350，材质为，材质为Q345R，双面焊对，双面焊对接接头，接接头，100%探伤探伤，C1=0， C2=1mm， 【】=【】t=170MPa，试设计该汽包厚试设计该汽包厚度，并校核水压试验强度。度，并校核水压试验强度。外压容器稳定性计算 凡有压应力的存在，均需要考虑稳定性的问题。 临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结构因素有

14、关。 加强圈加强圈 设置加强圈主要提高刚性，增加外压筒体稳定性，减少壁厚。容器零部件及焊接结构设计 法兰联接法兰联接 密封原理 管法兰、容器法兰管法兰、容器法兰f P =P 容器法兰结构：甲型平容器法兰结构：甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰长颈对焊法兰法兰密封面型式：平面型、凹法兰密封面型式：平面型、凹凸面、榫槽面凸面、榫槽面标准法兰选用： 公称压力公称压力：是将压力划分成若干等级，以方便设计制造和管理。法兰公称压力是以16Mn(16MnR)材料在200时的机械性能为基础制定的法兰尺寸。 公称直径公称直径：与法兰相配的容器或管子的公称直径。 影响法兰密封的因素有

15、、 、 、 和操作条件等。 容器壳体上开孔后，开孔不但削弱了容器壁的强度，而且在筒体与接管的连接处，由于原壳体结构产生了变化，出现不连续，在开孔区域将形成一个局部的高应力集中区。开孔应力集中应力集中 开孔补强结构 补强圈结构简单，易于制造，应用广泛。但补强圈与壳体之间存在着一层静止的气隙，传热效果差，致使二者温差与热膨胀差较大，容易引起温差应力。补强圈与壳体相焊时，使此处的刚性变大，对角焊缝的冷却收缩起较大的约束作用，容易在焊缝处造成裂纹。特别是高强度钢淬硬性大，对焊接裂纹比较敏感，更易开裂。还由于补强圈和壳体或接管金属没有形成一个整体，因而抗疲劳性能差。容器的开孔容器的开孔容器支座 卧式容器

16、的支座鞍式支座立式容器的支座耳式支座耳式支座支承式支座支承式支座腿式支座腿式支座裙式支座裙式支座支座与壳体连接处加垫板的支座与壳体连接处加垫板的目的：目的：管壳式换热器的种类和结构 固定管板式：两块管板分别焊于壳体两端，是一种不可拆结构1）结构简单，设计成熟；2）管束（管间）无法清洗；3）壳程温度t50，需设置膨胀节当管、壳程有温差时，按温差计算出壳体轴向应力H，换热管轴向应力t，换热管与管板之间拉脱力q，当有一项不能满足强度条件时，就需要设置膨胀节 浮头式换热器：一块管板固定，一块管板同换热管在壳体内壳可自由伸缩，当管、壳程有温差时，可自由伸缩，不会产生温差应力。1）可进行管间管内清洗；2）一端管板是浮动的，无温差应力，可用于大温差场合 ；3）一般情况Pmax6.4Mpa，Tmax400 U型管式换热器：只有一块管板，一端是自由伸缩的U形管，结构简单，也不会产生温差应力 。1）可进行管间清洗；2）结构简单，泄漏点少 ；3）弯管R有一定限制，Rmin2d04) 可用于高温，高压和大温差场合 填料函式换热器：浮动端管板可在填料函内自由滑动，补偿管、壳间温差。 1