化工設(shè)備課件(修改-3)

1、化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)施強(qiáng)前 言v化工容器及設(shè)備設(shè)計(jì)包括工藝和機(jī)械設(shè)計(jì),前者是化工原理解決的問(wèn)題,后者是本課程解決的問(wèn)題。v在學(xué)好本課程的基礎(chǔ)上,結(jié)合其他專業(yè)課程所學(xué)知識(shí),同學(xué)們可選擇一種產(chǎn)品,進(jìn)行合成、工藝及設(shè)備設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值。v本課程的課程設(shè)計(jì)即是對(duì)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)能力的強(qiáng)化訓(xùn)練。l財(cái)富財(cái)富生產(chǎn)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)備l容器容器是設(shè)備外殼及容器的總稱是設(shè)備外殼及容器的總稱化工容器及設(shè)備設(shè)計(jì)化工容器及設(shè)備設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)尺寸、高、徑尺寸、高、徑換熱面積換熱面積塔板數(shù)塔板數(shù) 化化工工原原理理整體及部件結(jié)構(gòu)整體及部件結(jié)構(gòu)選材選材強(qiáng)、剛度計(jì)算強(qiáng)、剛度計(jì)算設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)備設(shè)計(jì)預(yù)預(yù)算算合成設(shè)計(jì)合成設(shè)計(jì)工藝

2、設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)備設(shè)計(jì)啟動(dòng)資金啟動(dòng)資金效益效益回收期回收期二、怎樣學(xué)好本課程v掌握教材中涉及的一些基本專業(yè)名詞和知識(shí)掌握教材中涉及的一些基本專業(yè)名詞和知識(shí)v 弄懂經(jīng)驗(yàn)圖表和公式的用處及適用范圍弄懂經(jīng)驗(yàn)圖表和公式的用處及適用范圍v將課本當(dāng)作工具箱，要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，將課本當(dāng)作工具箱，要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，形成解決問(wèn)題形成解決問(wèn)題 的清晰思路的清晰思路三、本課程成績(jī) 由三部分組成：由三部分組成： 平時(shí)（筆記、作業(yè)、出勤）平時(shí)（筆記、作業(yè)、出勤） 課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 20% 期末考試期末考試 80%四、參考書(shū)籍1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第二版），（第二版）， 董大勤主編，化學(xué)工業(yè)

3、出版社。董大勤主編，化學(xué)工業(yè)出版社。 2、 化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)， 賀匡國(guó)主編，化學(xué)工業(yè)出版社賀匡國(guó)主編，化學(xué)工業(yè)出版社。第一章 化工設(shè)備材料v 這就對(duì)設(shè)備的選材造成了這就對(duì)設(shè)備的選材造成了復(fù)雜性復(fù)雜性。腐、毒性、介質(zhì)低、高溫、溫度負(fù)、常、低、中、高壓、壓力321為什么將設(shè)備材料作為一章來(lái)加以學(xué)習(xí)？為什么將設(shè)備材料作為一章來(lái)加以學(xué)習(xí)？ 化工生產(chǎn)是多種多樣的，其設(shè)備化工生產(chǎn)是多種多樣的，其設(shè)備操作操作條件條件也是多種多樣的也是多種多樣的：第一節(jié) 材料的一般性能一、物理性能物理性能 金屬材料的物理性能有密度、熔點(diǎn)、比金屬材料的物理性能有密度、熔點(diǎn)、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熱

4、膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、彈性熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、彈性模量和泊松比等模量和泊松比等。1、導(dǎo)熱系數(shù)材料的導(dǎo)熱溫度系數(shù)。度時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；溫時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；0)1(00ttxtdAdQtt2、熱膨脹系數(shù)變因溫度變化引起的線應(yīng)線應(yīng)變tttLL123、彈性模量彈性模量（1）彈性變形階段(ob段）A、虎克定律虎克定律其值隨溫度而變。是材料的基本屬性，但示材料的彈性。彈性模量，其值大小表EMPaEtg示材料的彈性。彈性模量，其值大小表EMPaEtgB 、泊松比泊松比隨溫升而變?。╇S溫而變（、）限內(nèi)；）以上討論是在彈性極注意：又叫橫向變形系數(shù)故EEllldddlllddd2100000000隨溫升而變小）

5、隨溫而變（、）限內(nèi)；）以上討論是在彈性極注意：又叫橫向變形系數(shù)故EElllddd210000（2）屈服階段（初塑變階段，屈服階段（初塑變階段，c段）段）電子電子 自由自由 不自由不自由跑動(dòng)跑動(dòng)連接連接正離子正離子 原子原子不動(dòng)不動(dòng)晶體晶體自由電子穿梭于動(dòng)態(tài)正離子間，象一團(tuán)電自由電子穿梭于動(dòng)態(tài)正離子間，象一團(tuán)電子云氣把金屬正離子牢固地束縛在一起，子云氣把金屬正離子牢固地束縛在一起，這種金屬原子間的結(jié)合稱為這種金屬原子間的結(jié)合稱為金屬鍵金屬鍵?！扒倍值挠蓙?lái)？二字的由來(lái)？A、（補(bǔ)充內(nèi)容）金屬鍵、（補(bǔ)充內(nèi)容）金屬鍵金屬鍵是一種動(dòng)態(tài)平衡金屬鍵是一種動(dòng)態(tài)平衡B、桿內(nèi)斜截面上的受力分析當(dāng)拉力當(dāng)拉力

6、F 增大，斜截面增大，斜截面上的剪力上的剪力 也增大。而也增大。而 的作用是使晶體相的作用是使晶體相鄰晶面有相互錯(cuò)動(dòng)的趨鄰晶面有相互錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)。一旦錯(cuò)動(dòng)在金屬學(xué)勢(shì)。一旦錯(cuò)動(dòng)在金屬學(xué)中稱為中稱為滑移滑移。A、當(dāng)當(dāng)F不大時(shí)，不大時(shí)， ，金屬原子間的結(jié)合力抵金屬原子間的結(jié)合力抵抗了剪應(yīng)力，錯(cuò)動(dòng)只是抗了剪應(yīng)力，錯(cuò)動(dòng)只是趨勢(shì)，此時(shí)只彈性變形趨勢(shì)，此時(shí)只彈性變形。B、當(dāng)當(dāng) 時(shí)，錯(cuò)動(dòng)時(shí)，錯(cuò)動(dòng)發(fā)發(fā)生了。此時(shí)滑移并沒(méi)破生了。此時(shí)滑移并沒(méi)破壞金屬鍵，所以滑移是壞金屬鍵，所以滑移是有限的。易滑的滑完后有限的。易滑的滑完后就不再屈服了。就不再屈服了。se 由于滑移是外力功的宏觀表現(xiàn)，故此功不象彈性由于滑移是外力功的宏

7、觀表現(xiàn)，故此功不象彈性變形時(shí)那樣全部轉(zhuǎn)變成材料的變形能。故滑移后變形時(shí)那樣全部轉(zhuǎn)變成材料的變形能。故滑移后的晶面在外力除去后也不能滑回去了。的晶面在外力除去后也不能滑回去了?；谱龉τ邢奘刮飶?fù)原變形能后，外力功達(dá)使物復(fù)原變形能內(nèi)，外力功在ee、外力功外力功 思考題：思考題：為什么滑移之后的材料不能復(fù)原？為什么滑移之后的材料不能復(fù)原？（3） 強(qiáng)化階段（強(qiáng)化階段（cd段，彈塑變形階段）段，彈塑變形階段）在屈服階段，隨著滑移的進(jìn)行，金屬的晶在屈服階段，隨著滑移的進(jìn)行，金屬的晶粒會(huì)出現(xiàn)變形、破碎，晶格會(huì)出現(xiàn)扭曲、粒會(huì)出現(xiàn)變形、破碎，晶格會(huì)出現(xiàn)扭曲、破壞現(xiàn)象，這就改變了最大剪應(yīng)力的角度破壞現(xiàn)象，這就改變

8、了最大剪應(yīng)力的角度加上金屬鍵的作用，滑移就被阻止了。要加上金屬鍵的作用，滑移就被阻止了。要想再滑，就要增大外力，此即想再滑，就要增大外力，此即強(qiáng)化強(qiáng)化現(xiàn)象現(xiàn)象。4（4）頸縮階段（bf階段）問(wèn)答題：?jiǎn)柎痤}：斷裂后彈變將隨內(nèi)力消失而消失，它是怎樣消失斷裂后彈變將隨內(nèi)力消失而消失，它是怎樣消失的呢？的呢？bb當(dāng)應(yīng)力達(dá)當(dāng)應(yīng)力達(dá) 時(shí)，試件的直徑會(huì)突然變細(xì)，時(shí)，試件的直徑會(huì)突然變細(xì)，此即此即頸縮頸縮現(xiàn)象。此時(shí)金屬鍵遭破壞。一旦現(xiàn)象。此時(shí)金屬鍵遭破壞。一旦頸縮，斷裂就不可避免。故頸縮，斷裂就不可避免。故 又叫又叫斷裂斷裂極限極限。是沿平行于是沿平行于ob的直線的直線dg消失的。這說(shuō)明彈性變形在恢復(fù)消失的。這

9、說(shuō)明彈性變形在恢復(fù)時(shí)也符合虎克定律。時(shí)也符合虎克定律。是總彈性變形量；能表示材料的塑性大小，是總塑性變形量圖中：nmmo是總彈性變形量；能表示材料的塑性大小，是總塑性變形量圖中：nmmo二、力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下的力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下的表現(xiàn)出來(lái)的特性，如強(qiáng)度、硬度、彈表現(xiàn)出來(lái)的特性，如強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性和韌性等。性、塑性和韌性等。1、強(qiáng)度（1） ：不允許有微量變形不允許有微量變形（2） ：允許有微量變形允許有微量變形sb2、硬度力單位壓陷球面所承受壓222MPadDDDFHB NDP22943、塑性材料受力到了屈服點(diǎn)材料受力到了屈服點(diǎn) ， 就開(kāi)始表現(xiàn)出塑就開(kāi)始

10、表現(xiàn)出塑性。性。 表示了材料抗塑變的能力。而塑性的表示了材料抗塑變的能力。而塑性的大小，即塑變的能力則用大小，即塑變的能力則用 或或 表示。表示。塑性塑性是單位長(zhǎng)度的材料所能提供的最大不是單位長(zhǎng)度的材料所能提供的最大不可逆變形量?？赡孀冃瘟?。ss0ll202ddAA4、彈性1）定義：物體受力變形，除去外力后能自行定義：物體受力變形，除去外力后能自行復(fù)原的能力，即彈性是抗變形的能力。復(fù)原的能力，即彈性是抗變形的能力。2）E值表示彈性大小，是材料屬性，但隨溫度值表示彈性大小，是材料屬性，但隨溫度變化而變化變化而變化。5、韌性沖擊功沖擊功：沖擊韌性沖擊韌性：)(21mNHHGAkSAakk 破壞過(guò)程

11、破壞過(guò)程： 受擊受擊裂紋裂紋擴(kuò)展擴(kuò)展斷裂斷裂1）定義：?jiǎn)挝蝗笨诮孛嫠艹惺艿臉O限沖擊功。定義：?jiǎn)挝蝗笨诮孛嫠艹惺艿臉O限沖擊功?；蛘哒f(shuō)：韌性是材料在外加動(dòng)載荷突擊時(shí)的一或者說(shuō)：韌性是材料在外加動(dòng)載荷突擊時(shí)的一種及時(shí)而迅速塑性變形的能力種及時(shí)而迅速塑性變形的能力。2）韌性高，塑性高，塑是韌的基礎(chǔ)。韌性高，塑性高，塑是韌的基礎(chǔ)。 但塑性但塑性高，韌性不一定高高，韌性不一定高。因靜載下能緩慢塑變的材料不一定在動(dòng)載下能因靜載下能緩慢塑變的材料不一定在動(dòng)載下能迅速塑變。迅速塑變。三、化學(xué)性能v化學(xué)性能指材料在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)化學(xué)性能指材料在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，主要指耐腐蝕性和抗氧化性定性，主要指耐

12、腐蝕性和抗氧化性。l金屬的腐蝕現(xiàn)象很復(fù)雜。金屬的腐蝕現(xiàn)象很復(fù)雜。l 碳鋼不耐稀硫酸，而耐濃硫酸；碳鋼不耐稀硫酸，而耐濃硫酸；l 鉛不耐濃硫酸，而耐稀硫酸；鉛不耐濃硫酸，而耐稀硫酸；l 不銹鋼不耐濃硝酸，而耐稀硝酸不銹鋼不耐濃硝酸，而耐稀硝酸;l 1、電化學(xué)腐蝕由于金屬表面組織結(jié)構(gòu)由于金屬表面組織結(jié)構(gòu)不均，左邊一對(duì)電化學(xué)不均，左邊一對(duì)電化學(xué)反應(yīng)分別在金屬表面的反應(yīng)分別在金屬表面的不同區(qū)域進(jìn)行。不同區(qū)域進(jìn)行。滲碳體滲碳體電負(fù)性較小，電負(fù)性較小， 內(nèi)部得內(nèi)部得e表面放表面放e。鐵素體鐵素體電負(fù)性較大，內(nèi)部電負(fù)性較大，內(nèi)部供供e表面放表面放Fe。電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電指金屬與電

13、解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞。其化學(xué)作用而引起的破壞。其特點(diǎn)特點(diǎn)是在腐蝕是在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，且是點(diǎn)腐蝕。過(guò)程中有電流產(chǎn)生，且是點(diǎn)腐蝕。兩種相互接觸的不同金屬浸在腐蝕性介質(zhì)兩種相互接觸的不同金屬浸在腐蝕性介質(zhì)中，由于存在電位差，其中一種電位較負(fù)中，由于存在電位差，其中一種電位較負(fù)的金屬往往會(huì)遭受腐蝕，這叫的金屬往往會(huì)遭受腐蝕，這叫電偶腐蝕電偶腐蝕。防護(hù)的辦法是墊絕緣片，叫防護(hù)的辦法是墊絕緣片，叫“斷橋斷橋”。2、化學(xué)腐蝕金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生化金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用所引起的腐蝕叫學(xué)作用所引起的腐蝕叫化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕。其其特點(diǎn)特點(diǎn)是在腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)

14、生，且是是在腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生，且是面腐蝕。（有的能形成穩(wěn)定的面腐蝕。（有的能形成穩(wěn)定的“鈍化膜鈍化膜”）問(wèn)答題：?jiǎn)柎痤}：電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的主要區(qū)別？電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的主要區(qū)別？第二節(jié) 碳鋼與鑄鐵v什么是鋼？什么是鋼？l鋼和鑄鐵是由鋼和鑄鐵是由95%以上的鐵和以上的鐵和0.05-4%的的碳以及碳以及1%左右的其他雜質(zhì)元素所組成，因左右的其他雜質(zhì)元素所組成，因此，鋼和鑄鐵又稱此，鋼和鑄鐵又稱“鐵碳合金鐵碳合金”。l一般來(lái)說(shuō)，含碳量一般來(lái)說(shuō)，含碳量 2%的稱為的稱為鑄鐵鑄鐵。一、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1、金屬的組織與結(jié)構(gòu)金屬的組織與結(jié)構(gòu) 晶胞晶胞：將代表原子振動(dòng)中心的點(diǎn)用直線連：將代表原子振

15、動(dòng)中心的點(diǎn)用直線連接起來(lái)形成一個(gè)空間格子，稱為晶胞接起來(lái)形成一個(gè)空間格子，稱為晶胞。 晶格晶格：由晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。：由晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。 晶界晶界：多晶體的晶粒與晶粒之間由于：多晶體的晶粒與晶粒之間由于結(jié)晶方位不同而形成的交界稱為晶界。結(jié)晶方位不同而形成的交界稱為晶界。2、鐵碳關(guān)系珠光體、萊氏體混合固溶體溶解化合珠光體、萊氏體混合固溶體溶解化合CFeCFe33珠光體、萊氏體混合固溶體溶解化合CFe3A 固溶體固溶體：兩種或兩種以上元素在固態(tài)下兩種或兩種以上元素在固態(tài)下互溶而仍保持溶劑晶格原來(lái)形狀的物體?；ト芏员３秩軇┚Ц裨瓉?lái)形狀的物體。B 鐵素體鐵素體：碳溶解在：碳溶解在

16、中的固溶體。中的固溶體。C奧氏體奧氏體：碳溶解在：碳溶解在 中的固溶體。中的固溶體。D滲碳體滲碳體：碳化鐵：碳化鐵E珠光體珠光體：是：是 和和 組成的共析混合物，組成的共析混合物，含碳含碳0.8%，含，含11%，又叫，又叫共析鋼共析鋼。F萊氏體萊氏體：是：是 和和 的共晶混合物，又叫的共晶混合物，又叫共共晶白口鐵晶白口鐵。G馬氏體馬氏體：碳在：碳在 中過(guò)飽和的固溶體。中過(guò)飽和的固溶體。 FeFeCFe3CFe3CFe3FeFeFe3、鐵碳平衡狀態(tài)圖鐵碳平衡狀態(tài)圖4、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 純鐵純鐵相變點(diǎn)相變點(diǎn)：910 C 高溫高溫 低溫低溫面心面心 體心體心無(wú)磁性無(wú)磁性 有磁性有磁性FeFe問(wèn)答題

17、問(wèn)答題： 純鐵有相變點(diǎn)，含碳的鋼有嗎？純鐵有相變點(diǎn)，含碳的鋼有嗎？鐵、奧固溶體鐵、奧固溶體相變區(qū)相變區(qū)：910727 C思考題鑄鐵含碳量高于鋼，其強(qiáng)度為什么不如鋼？鑄鐵含碳量高于鋼，其強(qiáng)度為什么不如鋼？ FeCFe3鑄鐵中的碳，除了溶入固溶體鑄鐵中的碳，除了溶入固溶體 及化合物及化合物 外，還存在游離石墨，而石外，還存在游離石墨，而石墨很軟，從而降低了強(qiáng)度。墨很軟，從而降低了強(qiáng)度。二、鋼的鋼的熱處理熱處理v以消除鋼的某些缺陷或改善某些性能為以消除鋼的某些缺陷或改善某些性能為目的，將鋼加熱到一定溫度并保持一段目的，將鋼加熱到一定溫度并保持一段時(shí)間，然后以不同速度冷卻的一種操作時(shí)間，然后以不同速度

18、冷卻的一種操作。1、 （補(bǔ)充）（補(bǔ)充）共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 這個(gè)曲線又叫這個(gè)曲線又叫C型線，是熱處理的理論依據(jù)型線，是熱處理的理論依據(jù)。 原子能擴(kuò)散原子能擴(kuò)散晶格重整鐵重新分布碳Fe因?yàn)殍F已不能擴(kuò)散因?yàn)殍F已不能擴(kuò)散，碳也擴(kuò)不快，故，碳也擴(kuò)不快，故碳開(kāi)始過(guò)飽和。碳開(kāi)始過(guò)飽和。原子都不能擴(kuò)散。原子都不能擴(kuò)散。因含碳過(guò)飽的因含碳過(guò)飽的 存有相當(dāng)內(nèi)應(yīng)力，存有相當(dāng)內(nèi)應(yīng)力，體體心立方晶格被扭曲，心立方晶格被扭曲，故強(qiáng)、硬度好，塑、故強(qiáng)、硬度好，塑、韌性差，發(fā)脆。韌性差，發(fā)脆。2、鋼的熱處理3）淬火淬火：在冷介質(zhì)中降溫在冷介質(zhì)中降溫 目的：獲得馬氏體，提高硬度目的：獲得馬

19、氏體，提高硬度止變形目的：消除內(nèi)應(yīng)力，防正火：在空氣中降溫退火：隨爐或沙降溫)21)4）回火回火：淬火后重新加熱再冷卻淬火后重新加熱再冷卻分類分類溫度范圍溫度范圍作用作用低溫回火低溫回火150-250 消除部分內(nèi)應(yīng)力消除部分內(nèi)應(yīng)力（耐磨）（耐磨）中溫回火中溫回火350-450 消除大半內(nèi)應(yīng)力消除大半內(nèi)應(yīng)力（提高彈性）（提高彈性）高溫回火高溫回火500-650 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力（提高塑、韌性，強(qiáng)度）（提高塑、韌性，強(qiáng)度）思考題：思考題：為什么含碳量小于為什么含碳量小于0.3%或大于或大于0.6%的鋼不的鋼不能做調(diào)質(zhì)鋼？能做調(diào)質(zhì)鋼？5）調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)：淬火后高溫回火淬火后高溫回火。含碳量低于含碳量低

20、于0 .3%的鋼淬不硬。的鋼淬不硬。 含碳量高于含碳量高于0 .6%的鋼調(diào)不去內(nèi)應(yīng)力的鋼調(diào)不去內(nèi)應(yīng)力。三、碳鋼(一)常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響1、硫硫的影響的影響-熱脆熱脆現(xiàn)象現(xiàn)象 硫以硫化鐵的形態(tài)存在于鋼中。硫化鐵和鐵形硫以硫化鐵的形態(tài)存在于鋼中。硫化鐵和鐵形成低熔點(diǎn)化合物成低熔點(diǎn)化合物(985 ) )，而鋼材的熱加工溫度一，而鋼材的熱加工溫度一般在般在1150-1200 1150-1200 以上，故當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由以上，故當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于硫化鐵化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱于硫化鐵化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱為為熱脆熱脆。 2、磷磷的影響的影響

21、冷脆冷脆現(xiàn)象現(xiàn)象 磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增加，磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增加，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低，特別是但引起塑性、沖擊韌性顯著降低，特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，稱之為在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，稱之為冷冷脆脆。使鋼材的冷加工及焊接性變壞。使鋼材的冷加工及焊接性變壞。3、錳的影響錳的影響 錳是有益元素，脫氧、耗硫錳是有益元素，脫氧、耗硫(MnS,m.p.1600 )。4、硅的影響硅的影響 硅是有益元素，脫氧硅是有益元素，脫氧(SiO2)。5、氧的影響、氧的影響 氧是有害元素。以氧是有害元素。以MnO、SiO2、FeO、Al2O3的的高熔點(diǎn)顆粒形式存在于鋼中，破壞了鋼體的連續(xù)性，

22、高熔點(diǎn)顆粒形式存在于鋼中，破壞了鋼體的連續(xù)性，降低了其韌性和疲勞強(qiáng)度。稱為降低了其韌性和疲勞強(qiáng)度。稱為氧脆氧脆。6、氮氮的影響的影響時(shí)效時(shí)效(氮脆氮脆)現(xiàn)象現(xiàn)象 氮是有害元素。鐵素體溶氮能力低，氮是有害元素。鐵素體溶氮能力低，在加熱到在加熱到200 200 時(shí)，會(huì)發(fā)生氮化物的析時(shí)，會(huì)發(fā)生氮化物的析出，使鋼強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降，出，使鋼強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降，在鋼液中加入在鋼液中加入Al、Ti生成生成AlN、TiN可固可固氮，消除時(shí)效。氮，消除時(shí)效。7、氫氫的影響的影響白點(diǎn)白點(diǎn)(氫脆氫脆)現(xiàn)象現(xiàn)象 鋼由高溫奧氏體冷至低溫時(shí)，氫原子來(lái)不及鋼由高溫奧氏體冷至低溫時(shí)，氫原子來(lái)不及擴(kuò)散到表面逸出，

23、留在鋼中一些缺陷處，由原子擴(kuò)散到表面逸出，留在鋼中一些缺陷處，由原子態(tài)氫變成分子態(tài)氫，局部產(chǎn)生幾百大氣壓的壓力，態(tài)氫變成分子態(tài)氫，局部產(chǎn)生幾百大氣壓的壓力，超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限，而在此處形成超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限，而在此處形成白點(diǎn)白點(diǎn)裂紋裂紋源，這種很危險(xiǎn)的現(xiàn)象叫源，這種很危險(xiǎn)的現(xiàn)象叫“氫脆氫脆”。(二) 鋼的分類與編號(hào)1、按化學(xué)成分分類、按化學(xué)成分分類%10.%105.%5.%60. 0.%60. 025. 0.%25. 0.%04. 0.合金總量高合金鋼合金總量中合金鋼合金總量低合金鋼合金鋼含碳高碳鋼含碳中碳鋼含碳低碳鋼含碳工業(yè)純鐵碳素鋼%10.%105.%5.%60.0.%60.025.0.%

24、25.0.%04.0.合金總量高合金鋼合金總量中合金鋼合金總量低合金鋼合金鋼含碳高碳鋼含碳中碳鋼含碳低碳鋼含碳工業(yè)純鐵碳素鋼 另外，合金鋼又根據(jù)合金元素的種類分為錳另外，合金鋼又根據(jù)合金元素的種類分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼等。其中，各合金元素作用鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼等。其中，各合金元素作用見(jiàn)下表：見(jiàn)下表：合金元素種類合金元素種類作用作用Si耐耐H2SCr耐腐耐腐Mn高強(qiáng)、高韌高強(qiáng)、高韌Ni耐腐、耐熱耐腐、耐熱Mo耐耐H+Ti耐熱、防腐耐熱、防腐V耐熱、高塑耐熱、高塑2、按品質(zhì)分類按品質(zhì)分類%030. 0%040. 0%050. 0含量，含量均、優(yōu)質(zhì)鋼含量均、普碳鋼CuSPSP%025. 0%030.

25、0%030. 0%040. 0%050. 0含量，含量均、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼含量，含量均、優(yōu)質(zhì)鋼含量均、普通鋼CuSPCuSPSP1)普碳鋼普碳鋼1.GB700-88以屈服極限值區(qū)分普通鋼為五種：以屈服極限值區(qū)分普通鋼為五種： Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。2.再按質(zhì)量分四級(jí)：再按質(zhì)量分四級(jí)：A不做沖擊實(shí)驗(yàn)；不做沖擊實(shí)驗(yàn)； B做沖擊實(shí)驗(yàn)，做沖擊實(shí)驗(yàn)，V型缺口；型缺口； C、D做焊接結(jié)構(gòu)等更多質(zhì)檢做焊接結(jié)構(gòu)等更多質(zhì)檢。3.又按脫氧方法不同分四種：又按脫氧方法不同分四種： F沸騰鋼，冶煉過(guò)程中和弱脫氧劑沸騰鋼，冶煉過(guò)程中和弱脫氧劑Mn脫氧；脫氧； Z鎮(zhèn)靜鋼，加入強(qiáng)脫氧劑鎮(zhèn)靜鋼，加入強(qiáng)脫

26、氧劑Al，脫氧完全；，脫氧完全； b半鎮(zhèn)靜鋼；半鎮(zhèn)靜鋼； TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼。特殊鎮(zhèn)靜鋼。2)優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼1.以含碳量的萬(wàn)分之幾編號(hào)，取兩位數(shù)。以含碳量的萬(wàn)分之幾編號(hào)，取兩位數(shù)。2.若含錳量較高，鋼號(hào)中將標(biāo)有若含錳量較高，鋼號(hào)中將標(biāo)有Mn元素。元素。例如：例如：30Mn30代表平均含碳量為代表平均含碳量為0.3%，標(biāo)出，標(biāo)出Mn表示含表示含錳量較高，達(dá)錳量較高，達(dá)0.71.0%。3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼1.在優(yōu)質(zhì)鋼的末尾加在優(yōu)質(zhì)鋼的末尾加“A”，例：，例：30MnA。2.特種鋼：特種鋼：g鍋爐用鋼；鍋爐用鋼； R容器用鋼；容器用鋼； Hp 氣瓶用鋼。氣瓶用鋼。例：例：20g、16MnR、20Hp。

27、3.不銹鋼：以含碳量的千分之幾編號(hào)，取不銹鋼：以含碳量的千分之幾編號(hào)，取一位數(shù)。例：一位數(shù)。例：1Cr13、1Cr18Ni9、0Cr13。思考題：思考題：不銹鋼為什么含碳量都很低？不銹鋼為什么含碳量都很低？ 623CCr623CCrFe不銹鋼是以其所含的不銹鋼是以其所含的 Cr 在氧化介質(zhì)在氧化介質(zhì) 形成氧化膜保形成氧化膜保護(hù)層而不銹。而護(hù)層而不銹。而 C 與與 Cr 生成生成 消耗了消耗了 Cr 。同時(shí)，。同時(shí)， 沿晶界析出造成晶間腐蝕沿晶界析出造成晶間腐蝕。討論：討論：不銹鋼為什么無(wú)磁性？（奧氏體不銹鋼？）不銹鋼為什么無(wú)磁性？（奧氏體不銹鋼？）因合金元素太多，破壞了因合金元素太多，破壞了

28、的體心立方結(jié)構(gòu)。的體心立方結(jié)構(gòu)。第三節(jié) 合金鋼一、分類與編號(hào)一、分類與編號(hào)例：例：35CrMoA二、普通低合金鋼二、普通低合金鋼1)普低鋼按強(qiáng)度分類普低鋼按強(qiáng)度分類2)選鋼材的依據(jù)選鋼材的依據(jù)三、特殊性能鋼三、特殊性能鋼第二章 容器設(shè)計(jì)本章內(nèi)容：本章內(nèi)容： 1.討論承受中、低壓容器的筒體、封討論承受中、低壓容器的筒體、封頭的設(shè)計(jì)頭的設(shè)計(jì) 計(jì)算。計(jì)算。 2.介紹常、低壓化工設(shè)備通用零部件介紹常、低壓化工設(shè)備通用零部件標(biāo)準(zhǔn)及其選用方法標(biāo)準(zhǔn)及其選用方法。第一節(jié) 概述一、容器的結(jié)構(gòu)容器的結(jié)構(gòu)v 定義：定義：容器是化工生產(chǎn)所用各種設(shè)備外部的總稱容器是化工生產(chǎn)所用各種設(shè)備外部的總稱。用途：用途： 儲(chǔ)存物料

29、用儲(chǔ)存物料用儲(chǔ)罐、高位槽儲(chǔ)罐、高位槽v 進(jìn)行物理過(guò)程進(jìn)行物理過(guò)程換熱器、蒸餾塔換熱器、蒸餾塔v 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)聚合釜、反應(yīng)器聚合釜、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)：容器一般是由筒體、封頭、法蘭、支座等結(jié)構(gòu)：容器一般是由筒體、封頭、法蘭、支座等構(gòu)成，如圖構(gòu)成，如圖3-1。二、容器的分類1、按容器形狀分按容器形狀分 1)方形方形或或矩形矩形容器容器由平板焊成，承壓能力差，用作小型常壓儲(chǔ)槽；由平板焊成，承壓能力差，用作小型常壓儲(chǔ)槽； 2)球形球形容器容器由弓形板拼焊成，承壓能力好，用作儲(chǔ)罐；由弓形板拼焊成，承壓能力好，用作儲(chǔ)罐； 3)圓筒形圓筒形容器容器由圓柱形筒體和各種成型封頭組成，承壓能力較由圓柱形筒體和

30、各種成型封頭組成，承壓能力較好，應(yīng)用最廣。好，應(yīng)用最廣。2 、按承壓性質(zhì)分按承壓性質(zhì)分 1)內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器容器的內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓容器的內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力時(shí)為內(nèi)壓容器力時(shí)為內(nèi)壓容器 低壓容器低壓容器 (0.1MPa1.0MPa) 中壓容器中壓容器 (1.0MPa10MPa) 高壓容器高壓容器 (10MPa100MPa) 2)外壓容器外壓容器容器的內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力容器的內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力時(shí)為外壓容器時(shí)為外壓容器三、失效準(zhǔn)則，即整體屈服是失效整體不失效局部塑性失效時(shí)失效材料不能彈變復(fù)原，即彈性失效變形失效剛度失效塑性失效彈性失效強(qiáng)度失效準(zhǔn)則穩(wěn)定失效剛度失效準(zhǔn)則失效準(zhǔn)則ss

31、e. 3. 2. 1)(四、容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化容器零部件標(biāo)準(zhǔn)的最基本參數(shù)是容器零部件標(biāo)準(zhǔn)的最基本參數(shù)是公稱直徑公稱直徑與與公稱壓力公稱壓力1.公稱直徑公稱直徑DN表示，單位表示，單位mm 用鋼板卷制成的筒體，用鋼板卷制成的筒體，DN為內(nèi)徑為內(nèi)徑 用無(wú)縫鋼管制作的筒體，用無(wú)縫鋼管制作的筒體，DN為外徑為外徑注意：設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)注意：設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表徑，調(diào)整為符合表2-3或表或表2-4所規(guī)定的公稱直徑。所規(guī)定的公稱直徑。2.公稱壓力公稱壓力PN表示，單位表示，單位Mpa 容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的壓力容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的

32、壓力第二節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)一、薄壁容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)薄壁容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)1.薄壁容器薄壁容器v 工程上，以容器內(nèi)、外徑之比工程上，以容器內(nèi)、外徑之比K來(lái)區(qū)分厚薄。來(lái)區(qū)分厚薄。v 當(dāng)當(dāng)K1.2時(shí)，容器為薄壁容器；時(shí)，容器為薄壁容器；v 當(dāng)當(dāng)K 1.2時(shí)，容器為厚壁容器時(shí)，容器為厚壁容器。iiiiDDDDDK2120內(nèi)徑外徑為什么要區(qū)分筒壁的厚??？為什么要區(qū)分筒壁的厚??？2.分析薄壁殼體中的應(yīng)力有兩種理論分析薄壁殼體中的應(yīng)力有兩種理論 1)無(wú)力矩理論無(wú)力矩理論 假定殼體很薄，其斷面不能承受彎矩，殼體假定殼體很薄，其斷面不能承受彎矩，殼體中只有拉或壓應(yīng)力，不存在彎曲應(yīng)力中只有拉或壓應(yīng)力，不存在彎

33、曲應(yīng)力。 2)有力矩理論有力矩理論 殼壁雖薄，但仍有一定厚度和剛度，故除拉殼壁雖薄，但仍有一定厚度和剛度，故除拉應(yīng)力外，還存在由彎矩引起的彎曲應(yīng)力應(yīng)力外，還存在由彎矩引起的彎曲應(yīng)力。注意：實(shí)際中，無(wú)力矩是相對(duì)的，有力矩是絕對(duì)的。注意：實(shí)際中，無(wú)力矩是相對(duì)的，有力矩是絕對(duì)的。但一般彎應(yīng)力很小，可略，故可用無(wú)力矩理論簡(jiǎn)化計(jì)算但一般彎應(yīng)力很小，可略，故可用無(wú)力矩理論簡(jiǎn)化計(jì)算。v3回轉(zhuǎn)殼體回轉(zhuǎn)殼體的幾何概念的幾何概念 以任何以任何直線直線或或平面曲線平面曲線作為作為母線母線，繞其，繞其同平面內(nèi)的軸線（回轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)一周既形同平面內(nèi)的軸線（回轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)一周既形成成回轉(zhuǎn)曲面回轉(zhuǎn)曲面。 v設(shè)平面曲線設(shè)平面曲線

34、OB 饒同平面中的饒同平面中的OO軸旋出一個(gè)軸旋出一個(gè)回轉(zhuǎn)面回轉(zhuǎn)面。OB叫回轉(zhuǎn)面的叫回轉(zhuǎn)面的母線母線又稱又稱經(jīng)線經(jīng)線。過(guò)回。過(guò)回轉(zhuǎn)面上任一點(diǎn)轉(zhuǎn)面上任一點(diǎn)P的的經(jīng)線的曲率半徑經(jīng)線的曲率半徑 稱為稱為P點(diǎn)的點(diǎn)的第一曲率半徑第一曲率半徑。用。用 示之。它與點(diǎn)示之。它與點(diǎn)P的切線垂直，且過(guò)的切線垂直，且過(guò)OO軸。軸。v過(guò)過(guò)P點(diǎn)做圓錐面與殼體中間面正交。所得圓叫點(diǎn)做圓錐面與殼體中間面正交。所得圓叫回轉(zhuǎn)曲面的回轉(zhuǎn)曲面的緯線緯線。 P點(diǎn)的點(diǎn)的維線的曲率半徑維線的曲率半徑 稱為稱為P點(diǎn)的點(diǎn)的第二曲率半徑第二曲率半徑。用。用 示之。示之。v過(guò)過(guò)P點(diǎn)做垂直與點(diǎn)做垂直與OO軸的平面與殼體中間面相軸的平面與殼體中間面

35、相交。得到一個(gè)平行圓。它的曲率半徑交。得到一個(gè)平行圓。它的曲率半徑 稱稱為為P點(diǎn)的點(diǎn)的第三曲率半徑第三曲率半徑。用。用 r 示之。示之。v 能截出殼體的真實(shí)壁厚，能截出殼體的真實(shí)壁厚， r不能不能。1PK2PK1R2R3PK1R2R3.圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力 1）筒體在）筒體在P作用下，縱向伸長(zhǎng)，橫向增大。作用下，縱向伸長(zhǎng)，橫向增大。 2）AC伸長(zhǎng)了，伸長(zhǎng)了，AB不但伸長(zhǎng)了，曲率半徑不但伸長(zhǎng)了，曲率半徑增加，增加，(P86)說(shuō)明筒體同時(shí)存在拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。說(shuō)明筒體同時(shí)存在拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。 3）對(duì)于薄壁容器）對(duì)于薄壁容器 ，根據(jù)，根據(jù)“無(wú)力矩理論無(wú)力矩理

36、論”，忽略彎曲應(yīng)力。忽略彎曲應(yīng)力。微體平衡方程v微體微體abcd受力受力 vab、cd截面上的周向力截面上的周向力 v ad、bc截面上的軸向力截面上的軸向力21dldlPF1dlf2dlf 上下左右的力平衡了，誰(shuí)來(lái)抗衡向外的力上下左右的力平衡了，誰(shuí)來(lái)抗衡向外的力？v側(cè)視看側(cè)視看v(上下拉力上下拉力,v對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)R1)軸向力11222RdlddSindd很小與11222RdldldSinf對(duì)邊分力v俯視看俯視看v(左右拉力，左右拉力，v對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)R2)2212Rdldl 對(duì)邊分力2211122122222222RdldlRdldldldlPdSinfdSinfF2211122122222222Rd

37、ldlRdldldldlPdSinfdSinfF徑向力這方程的意義在于把這方程的意義在于把材料應(yīng)力材料應(yīng)力和和壓力壓力及及幾何尺寸幾何尺寸掛鉤。掛鉤。21RRPl問(wèn)題：一個(gè)方程兩個(gè)未知數(shù)問(wèn)題：一個(gè)方程兩個(gè)未知數(shù)區(qū)域平衡方程 CosP22SinrPCosrP224.無(wú)力矩理論基本方程式無(wú)力矩理論基本方程式1）微體平衡方程）微體平衡方程2）區(qū)域平衡方程區(qū)域平衡方程PRR21cos2 rP5.基本方程式的應(yīng)用基本方程式的應(yīng)用1）圓筒形殼體的受力分析）圓筒形殼體的受力分析2）球形殼體的受力分析）球形殼體的受力分析3）錐形殼體的受力分析）錐形殼體的受力分析4）橢圓形殼體的受力分析）橢圓形殼體的受力分析5

38、.基本方程式的應(yīng)用基本方程式的應(yīng)用1RRR 2RP2PDPR242cos2PDPRrP1)圓筒形殼體的受力分析圓筒形殼體的受力分析將圓筒的第一曲率半徑將圓筒的第一曲率半徑 、第二曲率半徑、第二曲率半徑 代入微體平衡方程和區(qū)域平衡方程，得代入微體平衡方程和區(qū)域平衡方程，得思考題試解釋橢形人孔的短軸總與筒體縱軸試解釋橢形人孔的短軸總與筒體縱軸平行的原因？平行的原因？ 大，若再開(kāi)大孔，應(yīng)力更加集中大，若再開(kāi)大孔，應(yīng)力更加集中（掰蘋果）。所以，（掰蘋果）。所以，（1）開(kāi)橢圓形人孔）開(kāi)橢圓形人孔時(shí)，應(yīng)使其短軸與筒體縱向一致。（時(shí)，應(yīng)使其短軸與筒體縱向一致。（2） 為保證縱向焊縫質(zhì)量，盡量不要在縱向?yàn)楸ＷC

39、縱向焊縫質(zhì)量，盡量不要在縱向焊縫上開(kāi)孔。焊縫上開(kāi)孔。22)球形殼體的受力分析球形殼體的受力分析將將 、 ，代入，代入微體微體平衡方程，得：平衡方程，得：RRR2142PDPR思考題試解釋大型儲(chǔ)罐總作成球形而不是圓試解釋大型儲(chǔ)罐總作成球形而不是圓筒形？筒形？ (P88)(max)422CosPDCosrPCosrP(max)22CosPDCosrPPR4)橢圓形殼體受力分析橢圓形殼體受力分析babaxaR4322241bbaxaR2224222244222422baxaabbaxaPbbaxaP22224推導(dǎo)過(guò)程1 ） 極限點(diǎn)處的力極限點(diǎn)處的力頂點(diǎn)處，頂點(diǎn)處，x=0,邊緣處，邊緣處，x=a,ba

40、Pa22222baPa42PDPa應(yīng)力分析應(yīng)力分析1）x=0處，經(jīng)向應(yīng)力處，經(jīng)向應(yīng)力 與橫向應(yīng)力與橫向應(yīng)力 相等；相等；2）經(jīng)向應(yīng)力）經(jīng)向應(yīng)力 恒為正值，最大值在頂點(diǎn)恒為正值，最大值在頂點(diǎn)處處(x=0)，最小值在邊緣處，最小值在邊緣處(x=a)，且頂點(diǎn)處，且頂點(diǎn)處 的經(jīng)向應(yīng)力的經(jīng)向應(yīng)力為邊緣處為邊緣處 的二倍；的二倍；3）橫向應(yīng)力）橫向應(yīng)力00200200200222222，處，在處，在bababaaxx2） 當(dāng)當(dāng)a/b=2時(shí)時(shí)，橢球上的最大應(yīng)力，橢球上的最大應(yīng)力x=0時(shí)，時(shí)，x=a時(shí)，時(shí)， 最大應(yīng)力與園筒最大應(yīng)力與園筒 相同，此相同，此為為國(guó)標(biāo)國(guó)標(biāo)。2PD 222PDPa2PD42PDPa二

41、、筒體強(qiáng)度計(jì)算二、筒體強(qiáng)度計(jì)算v據(jù)失效準(zhǔn)則：據(jù)失效準(zhǔn)則：v焊接因素：焊接因素：v計(jì)算壁厚：計(jì)算壁厚：v設(shè)計(jì)壁厚：設(shè)計(jì)壁厚： 腐蝕余量腐蝕余量nPDt22Cd2C tiDP2PPDti2v名義壁厚：名義壁厚：v 鋼板負(fù)偏差鋼板負(fù)偏差 v 示向上圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度示向上圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度v有效壁厚：有效壁厚：v最小壁厚：最小壁厚： （P92）v 1Cdn1C21CCnemin12minCCden園整21,CC取大取大v強(qiáng)度效驗(yàn)：由強(qiáng)度效驗(yàn)：由 得出真實(shí)強(qiáng)度得出真實(shí)強(qiáng)度v許用應(yīng)力：由許用應(yīng)力：由 求出求出e t P eietDP2 teeiDP2v對(duì)無(wú)縫鋼管：對(duì)無(wú)縫鋼管：tDP20PPDt2

42、02Cd1Cdn21CCnev強(qiáng)度效驗(yàn)：強(qiáng)度效驗(yàn)：v許用應(yīng)力：由許用應(yīng)力：由 求出求出 t P teeDP20eetDP02三、設(shè)計(jì)參數(shù)確定 1、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)壓力 P 1）定義：以相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下的最大工作壓）定義：以相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下的最大工作壓力為依據(jù)，加上一定的裕量而確定力為依據(jù)，加上一定的裕量而確定。v2）內(nèi)壓容器與安全閥的壓力關(guān)系示意圖）內(nèi)壓容器與安全閥的壓力關(guān)系示意圖l 工作壓力工作壓力l實(shí)驗(yàn)壓力實(shí)驗(yàn)壓力 l 排放壓力排放壓力 l 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 l 開(kāi)啟壓力開(kāi)啟壓力l 關(guān)閉壓力關(guān)閉壓力 最高工作壓力最高工作壓力 3）考慮液體的靜壓力）考慮液體的靜壓力 （P28,90）ns2、設(shè)計(jì)溫

43、度設(shè)計(jì)溫度 （P29,91） 根據(jù)設(shè)計(jì)溫度，可確定此溫度下材料的許用壓力。根據(jù)設(shè)計(jì)溫度，可確定此溫度下材料的許用壓力。3、許用應(yīng)力許用應(yīng)力l 的選取取決于材料的的選取取決于材料的 判廢標(biāo)準(zhǔn)。判廢標(biāo)準(zhǔn)。l一般按彈性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則取屈服極限一般按彈性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則取屈服極限ln的合理選擇也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵的合理選擇也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。4、焊縫系數(shù)、焊縫系數(shù) （P29,91） 5、壁厚附加量壁厚附加量v 的選取標(biāo)準(zhǔn)的選取標(biāo)準(zhǔn) （P30,92）v 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) （P30,92)21CCC1C2C五、壓力試驗(yàn)及強(qiáng)度效驗(yàn)五、壓力試驗(yàn)及強(qiáng)度效驗(yàn)?zāi)康哪康模?、超壓下的密封性超壓下的密封性 2、超壓下的焊縫、超壓下的焊

44、縫 3、試驗(yàn)強(qiáng)度、試驗(yàn)強(qiáng)度方法：方法：1、液壓、液壓 2、氣壓、氣壓v液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)：v氣壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)：取大 tTPP25. 110. PPT取大 tTPP151.10. PPTv效驗(yàn)：效驗(yàn)：v 液壓試驗(yàn)時(shí)需滿足的強(qiáng)度要求液壓試驗(yàn)時(shí)需滿足的強(qiáng)度要求：v氣壓試驗(yàn)時(shí)需滿足的強(qiáng)度要求氣壓試驗(yàn)時(shí)需滿足的強(qiáng)度要求：v這里這里 不除以安全系數(shù)不除以安全系數(shù) n，是因?yàn)椴皇瞧?，是因?yàn)椴皇瞧诓僮鞑僮?。需效?yàn)強(qiáng)度PPTseeiTTDP902.seeiTTDP802.s小結(jié)v 在厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先確定材料在設(shè)計(jì)在厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先確定材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。但許用應(yīng)力與厚度有關(guān)。溫度下的許用應(yīng)力。但許

45、用應(yīng)力與厚度有關(guān)。由于事先不能確定厚度，故必須首先假定一由于事先不能確定厚度，故必須首先假定一厚度值，查得許用應(yīng)力再計(jì)算厚度。比較計(jì)厚度值，查得許用應(yīng)力再計(jì)算厚度。比較計(jì)算的名義厚度與初始假設(shè)厚度，檢查許用應(yīng)算的名義厚度與初始假設(shè)厚度，檢查許用應(yīng)力是否在該許用應(yīng)力范圍內(nèi)，如力是否在該許用應(yīng)力范圍內(nèi)，如“跳檔跳檔”，則重設(shè)，直到算設(shè)一致。則重設(shè)，直到算設(shè)一致。例題2-1（P30）v某化工廠欲設(shè)計(jì)一臺(tái)石油氣分離工程中的某化工廠欲設(shè)計(jì)一臺(tái)石油氣分離工程中的 乙烯精餾塔。工藝要乙烯精餾塔。工藝要求為：塔體內(nèi)徑為求為：塔體內(nèi)徑為600mm；設(shè)計(jì)壓力為；設(shè)計(jì)壓力為2.2MPa；工作溫度為；工作溫度為-3-

46、20。試選擇塔體材料并確定壁厚。試選擇塔體材料并確定壁厚。v解：選解：選16MRv設(shè)：設(shè)： （實(shí)際是設(shè)壁厚實(shí)際是設(shè)壁厚=616mm）附表附表2v （P91 表表312） （ P92）v得：得：v v查查： （P92 表表313）得得： MPat1708 . 0mmC6 . 01mmC0 . 12 mmPPDti9 . 42 . 28 . 017026002 . 22mmCd9 . 519 . 42mmn7v查：查： 無(wú)變化，則無(wú)變化，則 合適。合適。v若若 不適，則須重設(shè)不適，則須重設(shè) ， 直到直到設(shè)算一致。設(shè)算一致。v一般解題到此為止，也可繼續(xù)按書(shū)一般解題到此為止，也可繼續(xù)按書(shū)P94進(jìn)行強(qiáng)度

47、核算進(jìn)行強(qiáng)度核算。 tmmn7 t t例1、計(jì)及液柱靜壓力的內(nèi)壓圓筒設(shè)計(jì)v某立罐盛裝比重為某立罐盛裝比重為1.16g/dm3的液體，罐體的液體，罐體材料為材料為Q235-A，罐內(nèi)液面高度為，罐內(nèi)液面高度為3200mm，內(nèi)徑為內(nèi)徑為2000mm，設(shè)計(jì)壓力為，設(shè)計(jì)壓力為0.12MPa，設(shè)，設(shè)計(jì)溫度為計(jì)溫度為60C，腐蝕裕度為，腐蝕裕度為2mm，焊縫系數(shù)，焊縫系數(shù)為為1，試設(shè)計(jì)罐體壁厚。，試設(shè)計(jì)罐體壁厚。解：解： 罐體底部液柱壓力為罐體底部液柱壓力為：由于罐底液壓大于設(shè)計(jì)壓力的由于罐底液壓大于設(shè)計(jì)壓力的5%，故故 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 設(shè)設(shè): 則：則：?。喝。篗PaPaP036. 0363772 . 3

48、8 . 91016. 13液MPa006. 0%512. 0036. 0MPaPPP156. 0036. 012. 0液工作 MPat113mmn62min?。簃mDi410002000210002min mmPPDti38. 1156. 0111322000156. 02mmCn6242minv查：查： 無(wú)變化無(wú)變化v則則 t合適mmn6例例2、內(nèi)壓圓筒采用不同材料時(shí)的比較設(shè)計(jì)、內(nèi)壓圓筒采用不同材料時(shí)的比較設(shè)計(jì)l 試設(shè)計(jì)一內(nèi)壓圓筒容器，設(shè)計(jì)條件為：試設(shè)計(jì)一內(nèi)壓圓筒容器，設(shè)計(jì)條件為：l設(shè)計(jì)壓力為設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa，內(nèi)徑為，內(nèi)徑為1000mm，設(shè)計(jì)溫度為，設(shè)計(jì)溫度為100C，介質(zhì)微腐。，介質(zhì)

49、微腐。v解：解：由于介質(zhì)微腐，可選碳素鋼或低合金鋼。由于介質(zhì)微腐，可選碳素鋼或低合金鋼。焊縫選用雙面對(duì)接焊，局部探傷，則焊縫系數(shù)焊縫選用雙面對(duì)接焊，局部探傷，則焊縫系數(shù)為為0.85。腐蝕裕度為。腐蝕裕度為mm。）選。）選Q235-Av設(shè)許用應(yīng)力為設(shè)許用應(yīng)力為113MPa，v計(jì)算壁厚：計(jì)算壁厚： mm。v設(shè)計(jì)壁厚：設(shè)計(jì)壁厚： mm。v查：查：v?。喝。簐查許用應(yīng)力無(wú)變化，故取名義壁厚為查許用應(yīng)力無(wú)變化，故取名義壁厚為8mm合合適。適。18.48 .085.0113210008 .018. 6218. 4dmmC8 . 01mmn8v）選選16MnR設(shè)：設(shè)： 為為170MPa，則：則： tmmmm

50、d78.4278.28.085.0170210008.0 為宜選討論：從經(jīng)濟(jì)上考慮，合適。無(wú)變化，故查?。翰椋?AntndQmmmmmmCmmCmmC2352min116652338.56 .078.46 .0六、邊緣應(yīng)力邊緣應(yīng)力 （p93）v1、定義：在壓力容器的突變連接處，當(dāng)承壓變形時(shí)，、定義：在壓力容器的突變連接處，當(dāng)承壓變形時(shí)，由于相互制約，在連接處不可避免地引起附加內(nèi)力由于相互制約，在連接處不可避免地引起附加內(nèi)力（應(yīng)力），此即邊界應(yīng)力。（應(yīng)力），此即邊界應(yīng)力。v2、邊緣應(yīng)力的、邊緣應(yīng)力的局限性局限性取決于材料的取決于材料的塑性塑性。v3、邊緣應(yīng)力的、邊緣應(yīng)力的自限性自限性取決于材料的

51、取決于材料的屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)。v 自限性自限性v x局限性Rx5.2第三節(jié)外壓圓筒設(shè)計(jì)v 壓桿的穩(wěn)定與失穩(wěn)壓桿的穩(wěn)定與失穩(wěn)v PPcr，當(dāng)壓力達(dá)到臨界壓力后，桿便會(huì)由于，當(dāng)壓力達(dá)到臨界壓力后，桿便會(huì)由于受到干擾，失穩(wěn)而引起彎曲，并在桿內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)受到干擾，失穩(wěn)而引起彎曲，并在桿內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)大的彎曲應(yīng)力，以致最后使桿突然折斷。大的彎曲應(yīng)力，以致最后使桿突然折斷。lPcr與什么因素有關(guān)與什么因素有關(guān)？ 1）與材質(zhì)有關(guān)）與材質(zhì)有關(guān) （E） 2）與粗細(xì)有關(guān)）與粗細(xì)有關(guān) （） 3）與長(zhǎng)短有關(guān)）與長(zhǎng)短有關(guān) （L）一、外壓容器失穩(wěn)外壓容器失穩(wěn)v失穩(wěn)的實(shí)質(zhì)失穩(wěn)的實(shí)質(zhì):是容器筒壁內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是容器筒壁內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)由單純

52、的壓應(yīng)力平衡躍變?yōu)橹饕軓澢蓡渭兊膲簯?yīng)力平衡躍變?yōu)橹饕軓澢鷳?yīng)力的新平衡應(yīng)力的新平衡(P94)l臨界壓力：臨界壓力： Pcr的數(shù)值與筒體的幾何尺寸、的數(shù)值與筒體的幾何尺寸、材質(zhì)及結(jié)構(gòu)有關(guān)，是每個(gè)容器固有的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)有關(guān)，是每個(gè)容器固有的。 這種關(guān)系是怎樣的？這種關(guān)系是怎樣的？二、臨界壓力計(jì)算公式臨界壓力計(jì)算公式v、長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒v定義定義v臨界壓力臨界壓力vv臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力200112DEDPetecrcr.30192DEPetcr.、短圓筒v）定義）定義v）臨界壓力）臨界壓力05 . 2059. 2DLDEPecr兩相臨加強(qiáng)圈的間距相對(duì)長(zhǎng)度相對(duì)厚度LDLDe00、剛性筒v）定義）定義v）剛

53、性筒只能是強(qiáng)度校核）剛性筒只能是強(qiáng)度校核 teeiDP2eietDP2、長(zhǎng)短圓筒判據(jù)臨界長(zhǎng)度v臨界時(shí)：臨界時(shí)：P=Pc r 長(zhǎng)長(zhǎng)=短短052030592192DLDEDEcreet.eocrDDL0171.crL短、剛圓筒的判據(jù)臨界長(zhǎng)度v同理，臨界時(shí)：同理，臨界時(shí)： 短短=剛剛 eieteDDLDE25920520.etetcrDEL031 . PP crL公式范圍 %5 . 0minmaxnDDDe三、外壓圓筒的設(shè)計(jì)v1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則v 1）內(nèi)壓容器）內(nèi)壓容器彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則v 2）外壓容器）外壓容器臨界失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則臨界失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 mPPPcrntvP設(shè)計(jì)外壓；設(shè)計(jì)外壓

54、；MpavP許用外壓；許用外壓；MpavPcr臨界壓力；臨界壓力；Mpavm穩(wěn)定安全系數(shù)，其選取主要考慮兩個(gè)因穩(wěn)定安全系數(shù)，其選取主要考慮兩個(gè)因素。（素。（P96） GB規(guī)定：規(guī)定：m=3v2、解決問(wèn)題的思路解決問(wèn)題的思路比較 取小設(shè)PPPPce25. 11 . 0lP不小于正常工作過(guò)程中可能出現(xiàn)得最大內(nèi)不小于正常工作過(guò)程中可能出現(xiàn)得最大內(nèi)外壓差。外壓差。3、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)步驟（P97）短臨界長(zhǎng)P的取值1）真空容器真空容器 a、裝有安全控制裝置：、裝有安全控制裝置： b、沒(méi)有安全控制裝置、沒(méi)有安全控制裝置 ： P=0.1MPa取小 PP25. 11 . 02）帶夾套的真空容器：帶夾套的真空容器

55、： 設(shè)計(jì)壓力為真空容器的設(shè)計(jì)壓力（負(fù)壓）設(shè)計(jì)壓力為真空容器的設(shè)計(jì)壓力（負(fù)壓）再加上夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力（正壓）。再加上夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力（正壓）。v4、關(guān)于設(shè)計(jì)外壓關(guān)于設(shè)計(jì)外壓P及液試及液試 tPcrP PtPminPPPt25.1 外壓外壓 （絕對(duì)值）（絕對(duì)值） 臨界臨界 試壓試壓 許用許用 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) P 過(guò)程中可能出現(xiàn)的過(guò)程中可能出現(xiàn)的四、外壓容器的試壓v1）外壓容器和真空容器）外壓容器和真空容器Ppt25. 1l2）帶夾套的容器）帶夾套的容器 (P103)五、加強(qiáng)圈加強(qiáng)圈mPDEDLe5 . 2006 . 2 05 . 206 . 2ccPDLDeEmPPmP 作用作用:能使長(zhǎng)筒變短筒，從而增

56、加了筒體的抗壓能力能使長(zhǎng)筒變短筒，從而增加了筒體的抗壓能力。 若已知加強(qiáng)圈間距，則可確定筒體壁厚。若已知加強(qiáng)圈間距，則可確定筒體壁厚。 若已知筒體的壁厚，則可確定加強(qiáng)圈的間距。（若已知筒體的壁厚，則可確定加強(qiáng)圈的間距。（P104 ， 325）v例題例題33 (P103)足要求鋼板設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈可滿用 mmmmmPDEDLe941 . 32093634020931 . 032014720141069. 16 . 26 . 25 . 255 . 200l例題例題 5 若若33題中庫(kù)存僅有題中庫(kù)存僅有9mm厚的厚的20g鋼鋼板，怎么辦？板，怎么辦？l解：設(shè)置加強(qiáng)圈解：設(shè)置加強(qiáng)圈例題6v試確定一外壓圓筒

57、的壁厚。設(shè)計(jì)條件：試確定一外壓圓筒的壁厚。設(shè)計(jì)條件：16MnR,vP=0.2MPa, Di=1800mm, t=250， C=2mm, L=10350mm( 包括包括2/3h) ， E=180000MPa解：設(shè)解：設(shè) 則則mmn141521218287 . 51828103501221418281421800000eneDDLmmCmmDv查：查：A=0.0001v查查B: P100,T317 或設(shè)置加強(qiáng)圈須重設(shè)曲線的直線段落在neMPaPPMPaDBPMPaEABBAA2 . 0083. 0152167.1267.121011081. 13232045 或設(shè)置加強(qiáng)圈須重設(shè)曲線的直線段落在ne

58、MPaPPMPaDBPMPaEABBAA2 . 0083. 0152167.1267.12101108 . 13232045v設(shè)：添兩個(gè)加強(qiáng)圈設(shè)：添兩個(gè)加強(qiáng)圈v則：則：1529 .118283450345031035000eDDLmmL 。設(shè)兩個(gè)加強(qiáng)圈適合要求取切交接近或查：查：,14,28. 015215 .4242325 .4200035. 00mmPpMPaDBPEABMPaBAne解法二：解法二：mmn14設(shè)：設(shè)：則：則：足要求鋼板設(shè)兩個(gè)加強(qiáng)圈可滿用mmmmmPDEDLe1431 . 249771035049772 . 031828121828108 . 16 . 26 . 25 .

59、255 . 200第四節(jié)、封頭設(shè)計(jì)v一、半球形封頭一、半球形封頭 1、內(nèi)壓、內(nèi)壓 2、外壓、外壓 求求 步驟步驟mmPPDti4neiieinenRoAARRc125.2.1求球之半徑得得設(shè) 止。直到重設(shè)若與比較值后落右方，讀得二）若落左方一）若和求據(jù)材料選PPPPPPRBPBAMPaREPAPTneieit,4083.03219.18.17.16.153B二、橢圓形封頭v1、內(nèi)壓、內(nèi)壓 MPaKDPhDKmmPKPDeietiiti2226122v2、外壓、外壓v同球形公式和步驟，同球形公式和步驟，v只是變只是變iiDR9 . 0三、碟形封頭v1、組成、組成1050PhrRi直邊高度過(guò)度半徑

60、球面半徑v過(guò)度部與球面部連接處的經(jīng)線曲率有突變，過(guò)度部與球面部連接處的經(jīng)線曲率有突變，產(chǎn)生邊沿應(yīng)力。產(chǎn)生邊沿應(yīng)力。 值越大，邊沿應(yīng)力越大。值越大，邊沿應(yīng)力越大。 故碟蓋比橢蓋要厚些，開(kāi)孔時(shí)也要避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)。故碟蓋比橢蓋要厚些，開(kāi)孔時(shí)也要避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)。1、內(nèi)壓、內(nèi)壓rRi MPaMRPrRMmmPMPReietiti5 . 023415 . 02 MPaMRPrRMmmPMPReietiti5 .023415 .02v2、外壓、外壓v同球形公式和步驟，只是變同球形公式和步驟，只是變iiDR 四、錐形封頭A、內(nèi)壓內(nèi)壓v據(jù)微體平衡方程得：據(jù)微體平衡方程得：v據(jù)區(qū)域平衡方程得：據(jù)區(qū)域平衡方程得：CosPR