工藝技術(shù)--水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ)(ppt42頁)(已修改)
2025-03-13 12:42 本頁面
【正文】 第三章 水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ) 主要內(nèi)容 一、容器應(yīng)力理論 二、機械傳動理論 三、機械制造工藝 四、熱量傳遞與交換理論 167。 容器應(yīng)力理論 167。 容器概述 一、容器概念 容器 是設(shè)備外部殼體的總稱。 在這些設(shè)備中，有的用來貯存物料，例如各種貯罐、水槽、泥槽；有的進行反應(yīng)過程，例如各種床式反應(yīng)器、離子交換柱、吸附塔。水工藝中使用的 容器壁厚 t與曲率半徑 R之比一般小于 1/10，稱作 薄壁容器 。即 二、容器的分類 容器根據(jù)其形狀、承壓、材質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造可分成不同的類型 （ 1）按容器形狀分為 ① 方形或矩形容器 —— 由平板焊成 特點：制造簡單，便于布置和分格，但承壓能力差 適用范圍：故只用于小型常壓設(shè)備。 10/1( )/ m ax ?Rt 167。 容器應(yīng)力理論 ② 球形容器 —— 由數(shù)塊球瓣板拼焊而成 (類似籃球 ) 特點：承壓能力好且相同表面積時容器容積最大，但制作麻煩且不便于安置內(nèi)部構(gòu)件 適用范圍：一般只用于承壓的貯罐。 ③ 圓筒形容器 —— 由圓柱形筒體和各種形狀的封頭組成 特點：制造較為容易，便于安裝各種內(nèi)部構(gòu)件，且承壓性能較好。 適用范圍：各種儲罐，在水工藝中應(yīng)用最為廣泛 (后面主要以圓筒容器為例講 )。 （ 2）按容器承壓情況分為 ①常壓容器：容器僅承受容器內(nèi)介質(zhì)的靜壓力，一般為開口容器。 ②內(nèi)壓容器：容器內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力的容器。 按介質(zhì)工作壓力 Pw 的大小，內(nèi)壓容器可分為低壓（ ~ ）、中壓（ 10~100MPa） 和高壓容器（ 100MPa）。 水工藝設(shè)備中，內(nèi)壓容器應(yīng)用較多，但一般屬于低、中壓容器。內(nèi)壓容器設(shè)計時考慮的是強度問題 167。 容器應(yīng)力理論 ③外壓容器：容器內(nèi)介質(zhì)壓力小于外界壓力的容器。 外壓容器設(shè)計時主要應(yīng)考慮穩(wěn)定問題。（變形） （ 3）按容器組成材料分為 ①金屬容器 ②非金屬容器 （ 4）按容器內(nèi)有無填料分為 ①無填料容器 ②填料容器 (本章中僅討論水工藝中使用最多的鋼制內(nèi)壓容器。 ) 三、容器結(jié)構(gòu) (以圓筒形容器為例 ) 容器一般由筒體（又稱筒身）、封頭（又稱端蓋）、法蘭、支座、進出管及人孔（或手孔）視鏡等組成（如圖所示）。下面主要講的是有關(guān)中、低壓容器的筒體、封頭的設(shè)計計算的基本知識。 167。 容器應(yīng)力理論 接管人孔 封頭支座 罐體圓筒形容器結(jié)構(gòu) 167。 容器應(yīng)力理論 四、 容器設(shè)計的基本要求 （ 1） 工藝要求 容器的總體尺寸、接口管的數(shù)目與位置、介質(zhì)的工作壓力 Pw、 填料的種類、規(guī)格、厚度等一般是根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求通過工藝設(shè)計算及生產(chǎn)經(jīng)驗決定。 （ 2） 機械設(shè)計的要求 ① 強度 強度是容器抵抗外力而不破壞的能力。 ② 剛度 剛度是容器抵抗外力使其不發(fā)生不允許變形的能力。 ③ 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是容器或容器構(gòu)件在外力作用下維持其原有形狀的能力。以防止在外力作用下容器被壓癟或出現(xiàn)折皺。 ④ 嚴(yán)密性 容器必須具有足夠的嚴(yán)密性，特別是承壓容器和貯存、處理有毒介質(zhì)的容器應(yīng)具有良好嚴(yán)密性。 ⑤ 抗腐蝕性和抗沖刷性 容器的材料及其構(gòu)件和填充的填料要能有效的抵抗介質(zhì)的腐蝕和水流的沖刷，以保持容器具有較長的使用年限 10/1( )/ m ax ?Rt 167。 容器應(yīng)力理論 ⑥ 經(jīng)濟方面的要求 在保證容器和工藝要求和機械設(shè)計的要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇較為便宜的材料以降低制作成本。 ⑦ 制作、安裝、運輸及維修均應(yīng)方便。 167。 回轉(zhuǎn)曲面與回轉(zhuǎn)薄殼 回轉(zhuǎn)曲面 以一條直線或平面曲線作母線，繞其同平面的軸線（即回轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)一周就形成了回轉(zhuǎn)曲面。 回轉(zhuǎn)薄殼 以回轉(zhuǎn)曲面作為 中間面 的殼體稱作 回轉(zhuǎn)殼體 。內(nèi)外表面之間的法向距離稱為殼體厚度。對于薄殼，常用中間面來代替殼體的幾何特性。 經(jīng)線 如圖示，在曲面上取一點 C， 過 C點和回轉(zhuǎn)軸 OO′作一平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線 OB稱作曲面的經(jīng)線 167。 容器應(yīng)力理論 緯線 過 C點作與 OO′軸垂直的平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線為一個圓，稱為 回轉(zhuǎn)曲面的平行圓 ，平行圓就是回轉(zhuǎn)曲面的緯線。平行圓的圓心 K3必在軸 OO′上， 平行圓的半徑 CK3用 r表示。 第一曲率半徑 過 C點作經(jīng)線的法線 CN， CN線上必有 C點的曲率中心 K1點， CK1是經(jīng)線上 C點的曲率半徑，用 ρ1表示，稱 C點的第一曲率半徑。 第二曲率半徑 過 C點再作一個與經(jīng)線 OB在 C點的切線相垂直的平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線為一條平面曲線，可以證明該曲線在 C點的曲率中心K2必定在 OO′軸上， CK2稱作點的第二曲率半徑，用 ρ2表示。 167。 容器應(yīng)力理論 (a) (b) (d) (c) dQ＝ 2πr p dL cosφ dQ＝ 2πrpdr prrdrpQ crc 202 pp == ?Q′＝ 2πrcδ σm sinφ= prc2pfr sin2cr= 167。 容器應(yīng)力理論 167。 回轉(zhuǎn)薄殼承受內(nèi)壓后，在經(jīng)線方向和緯線方向都要產(chǎn)生伸長變形，所以，在經(jīng)線方向?qū)a(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力 σm， 在緯線方向會產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力 σm 。 由于軸對稱，故同一緯線上各點的經(jīng)向應(yīng)力 σm 和環(huán)向應(yīng)力 σm 均相等。由于我們涉及的殼體為薄殼，可以認(rèn)為 σm 和 σm 在殼壁厚度上均勻分布。 （ 1） 經(jīng)向薄膜應(yīng)力 （殼體平衡方程） 用一個與回轉(zhuǎn)殼體中間面正交的圓錘面切割一承受內(nèi)壓的殼體，取截面以下的分離體進行研究。該 分離體上作用著介質(zhì)的內(nèi)壓力 p和經(jīng)向應(yīng)力 σm（ 圖 b、 c）， 二者 在軸方向
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