化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)授課課件(已修改)
2025-01-07 01:51 本頁面
【正文】 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)大連理工大學(xué)化工學(xué)院化機(jī)系王立業(yè) 編1課程簡介2 ——經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，生產(chǎn)可靠度，能力，材質(zhì)，自動(dòng)化程度，設(shè)備備用，進(jìn)一步的發(fā)展，等。 ——年操作時(shí)間，原材料，產(chǎn)品，消耗與回收，界區(qū)交接條件，公用工程規(guī)格等。 (PFD)——過程確定，系統(tǒng)合成，工藝計(jì)算，設(shè)備特性要求，控制要求等。（ PID) ——設(shè)計(jì)溫度，設(shè)計(jì)壓力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材質(zhì)選擇，壁厚確定等。3。 。 。45化工設(shè)備 ——儲(chǔ)罐 固定管板式換熱器膨脹節(jié)式固定管板換熱器塔設(shè)備 反應(yīng)釜67一 .主要內(nèi)容： —— 簡介化工設(shè)備常用材料性能 、 分類、熱處理方法；、低壓化工容器設(shè)計(jì) —— 薄膜理論；內(nèi)、外壓容器設(shè)計(jì)方法、容器零部件設(shè)計(jì)； —— 列管式換熱器、塔設(shè)備以及反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)方法。8二 .學(xué)習(xí)本課程的目的與要求：n 目的 ： 基本掌握化工設(shè)備常用材料的 主要性能及選用方法； 基本掌握中低壓、外壓容器及典型化工設(shè)備的 設(shè)計(jì)方法 。 n 要求 ： 1. 重點(diǎn)掌握 ——設(shè)計(jì)概念及方法； ——化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ； ——課堂上講授的內(nèi)容。9三 .主要參考書及參考資料 ：n 1.《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 (第五版） 刁玉瑋 王立業(yè)編著；n 2.《 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 1999；n 3. 《鋼制壓力容器 》 GB1501998；n 4. 《管殼式換熱器 》 GB1511999 ；n 5. 《鋼制塔式容器 》 JB47102023 ；10第一篇 化工設(shè)備材料第一章 化工設(shè)備材料及其選擇 概述1） .化工設(shè)備的 使用環(huán)境 ：n 壓力：真空 —低壓 —中壓 — 高壓 —超高壓n 溫度：低溫 —中溫 —高溫n 介質(zhì)：有毒；易燃；劇毒。11 金屬材料的性能 力學(xué)性能——在外力作用下不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力。如彈性、塑性、強(qiáng)度、硬度和韌性等指標(biāo)。1. 強(qiáng)度 及其主要指標(biāo) . 固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的特性。例如： ※ 容器爆裂； ※ 管道破裂 。 ※ 地腳螺栓拉斷 。 ※ 爐管爆裂； ….. ——強(qiáng)度不夠！12金屬材料的重要強(qiáng)度指標(biāo)13（ 1） .屈服點(diǎn)n 屈服現(xiàn)象 ： 金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加時(shí)， 仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。n 屈服點(diǎn)： （ ?s）—— 材料發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力 。 單位： MPa?！?一些合金沒有明顯的屈服點(diǎn) ,規(guī)定 發(fā)生 %殘余變形時(shí)的應(yīng)力，作為 “條件屈服點(diǎn) ”。 記作 。 14（ 2） .抗拉強(qiáng)度 (?b)n 定義： 金屬材料在受力過程中， 發(fā)生斷裂所達(dá)到的最大應(yīng)力值 ， 以 σb 表示，單位 MPa。 是壓力容器設(shè)計(jì) 常用的性能指標(biāo) 。n 屈強(qiáng)比 ： ?s/ ?b 屈強(qiáng)比小，表明材料具有較大的 塑性儲(chǔ)備 。15（ 3） . 蠕變強(qiáng)度（ ?n）n “ 蠕變 ” 現(xiàn)象： 高溫高壓的蒸汽管道下?lián)献冃危桓邷馗邏合路ㄌm及螺栓蠕變變形而泄漏；鉛絲在常溫下受重力作用而變長變細(xì)。 “蠕變強(qiáng)度 ”： 材料在 高溫 下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的 能力 ，以 ?n 表示，單位 MPa 。16（ 4） .持久強(qiáng)度（ ?D）n 定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間斷裂時(shí)的應(yīng)力，以 ?D 表示，單位 MPa 。是一定溫度和一定載荷下，材料抵抗斷裂的能力。 n 材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時(shí)間越久。n 規(guī)定 ： 化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為十萬小時(shí)，所以用試件在十萬小時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。17（ 5）疲勞強(qiáng)度n 構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)就斷裂 ——疲勞。n “疲勞極限 ”——構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應(yīng)力。表示符號(hào)： σ1 (MPa)。n 例如： 頻繁開、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)； 離心泵頻繁開停機(jī)或震動(dòng) —— 泵軸受力成交變式。 182. 塑性及其主要指標(biāo)n 金屬的塑性： 外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質(zhì)。n 因塑性不足引起材料破壞的例子： ◎ 鍛件裂紋 。 ◎ 卷板裂紋 。 ◎ 焊縫熱影響區(qū)裂紋19主要指標(biāo) ：(1) 延伸率（ δ）20（ 2）斷面收縮率（ y）如： 純鐵的延伸率為 50%， 20R的 d5不小于 25% ； 16MnR的 d5不小于 21%； 1Cr18Ni9Ti的 d5不小于 40%。21（ 3）冷彎性能 室溫下對(duì)試板以一定的內(nèi)半徑（ R=～ 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) 。22塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：n 便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；n 使構(gòu)件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂?！獕毫θ萜骷捌淞慵夹枰邆溥@個(gè)性質(zhì) 。233. 硬度的概念n 金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 n 硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好 ；—綜合性能指標(biāo) 。 布氏硬度試驗(yàn)示意圖24 常用硬度指標(biāo)： 布氏硬度（ HBS)。 洛氏硬度（ HRA、 HRB、 HRC)。 維氏硬度（ HV)等。硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系： 如：低碳鋼 ?b≈36HBS。254. 沖擊韌性及指標(biāo)（ Ak）材料在外加動(dòng)載荷作用下的一種吸收機(jī)械能，迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。26看看沖擊試驗(yàn)27n 擺錘沖斷試樣所失去的位能為 沖擊功 （試件所吸收的功）： Ak =G(H1H2) 焦耳！吸收功的高低取決于 ——材料能否迅速塑性變形的能力。 沖擊韌性值的試驗(yàn)確定28 材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。 ——靜載荷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。——本質(zhì)區(qū)別在于 材料在動(dòng)載荷作用下是否能夠 迅速發(fā)生塑性變形 ，吸收沖擊能量 。295 缺口敏感性——在帶有一定應(yīng)力集中的 缺口 條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。
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