第一章 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)ppt課件

概述 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 課程概況 總學(xué)時(shí) 36教材 刁玉瑋 王立業(yè)編著 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 第六版 大連理工大學(xué)出版社 參考書籍 工程材料 閆康平化學(xué)工業(yè)出版社2001 壓力容器材料實(shí)用手冊(cè) 潘家禎化學(xué)工業(yè)出版社2000 化工容器及設(shè)備 卓震中國(guó)石化出版社1998 化工設(shè)備設(shè)計(jì) 聶清德化學(xué)工業(yè)出版社1991 鋼制壓力容器 GB150 1998 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 潘永亮科學(xué)出版社 化工安全工程 蔡鳳英科學(xué)出版社 課程的目的 按照化學(xué)工程與工藝專業(yè)的要求 提高化工設(shè)備的選擇 計(jì)算與設(shè)計(jì)能力熟悉化學(xué)工程與工藝專業(yè)基本的零部件熟悉化工設(shè)備材料選擇的原則了解常用化工設(shè)備的基本構(gòu)造提高繪制化工工藝流程圖 設(shè)備流程圖 設(shè)備裝配圖與車間布置圖的能力 為今后課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ) 課程的地位與作用 化工與化學(xué)的差別主要在于 前者偏重于理論 后者在意加強(qiáng)工程意識(shí)作為化學(xué)工程與工藝的學(xué)生 認(rèn)真學(xué)習(xí)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程對(duì)于培養(yǎng)工程意識(shí)有著重要的實(shí)踐意義 對(duì)于 五一 以后的課程設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)以及今后的工作有著直接的指導(dǎo)意義 機(jī)械設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì) 材料 強(qiáng)度 剛度外形設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu) 連接 進(jìn)料 出料標(biāo)準(zhǔn)件 零部件 軸承 螺桿 螺帽非標(biāo)件化工設(shè)備的選擇 本課程主要內(nèi)容 化工設(shè)備材料及其選擇容器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁賀筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)外壓圓筒與封頭的設(shè)計(jì)容器零部件典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì) 考核方式 平時(shí)成績(jī) 30 課堂考勤 課堂提問(wèn) 期末成績(jī) 70 第一章化工設(shè)備材料及其選擇 化工設(shè)備概述材料的機(jī)械性能材料的物理化學(xué)性能金屬材料的分類與牌號(hào)碳鋼與鑄鐵特種鋼 有色金屬與非金屬化工設(shè)備防腐及防腐措施化工設(shè)備選材的原則 化工設(shè)備概述 設(shè)備材料選擇的重要性與復(fù)雜性 化工生產(chǎn)自身的特點(diǎn) 1 生產(chǎn)的連續(xù)性強(qiáng)2 生產(chǎn)的條件苛刻介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)溫度和壓力變化大介質(zhì)大多易燃易爆有毒性生產(chǎn)原理的多樣性生產(chǎn)技術(shù)含量高 化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的基本要求 一 安全性能要求 足夠的強(qiáng)度良好的韌性足夠的剛度和抗失穩(wěn)能力良好的抗腐蝕型可靠的密封性 二 工藝性能要求 達(dá)到工藝指標(biāo)生產(chǎn)效率高 消耗低 三 使用性能要求 結(jié)構(gòu)合理 制造簡(jiǎn)單運(yùn)輸與安裝方便操作 控制 維護(hù)簡(jiǎn)便 四 經(jīng)濟(jì)性能要求 設(shè)備的分類 1 按設(shè)計(jì)壓力分類低壓容器0 1MPa p 1 6MPa 中壓容器1 6MPa p 10 0MPa 高壓容器10 0MPa p 100MPa 超高壓容器p 100MPa 按作用原理分 反應(yīng)容器換熱容器分離容器儲(chǔ)運(yùn)容器 按工作溫度分 低溫容器設(shè)計(jì)溫度 20 深冷和淺冷 常溫容器設(shè)計(jì)溫度 20 200 中溫容器設(shè)計(jì)溫度 200 450 介于高溫與常溫之間 高溫容器設(shè)計(jì)溫度 450 在壁溫達(dá)到材料蠕變溫度下工作的容器 對(duì)碳素鋼或低合金鋼 溫度超過(guò)420 合金鋼超過(guò)450 奧氏體不銹鋼超過(guò)550 4 按壁厚分類薄壁容器K D0 Di 1 2厚壁容器K D0 Di 1 2 7 按幾何形狀分類圓柱形 球形 橢圓形 錐形和矩形等 5 按支承形式分類立式和臥式 6 按材料分類金屬和非金屬 按安全技術(shù)管理分類 選材的基本要求有足夠的力學(xué)性能 具有良好的加工性能 具有良好的耐腐蝕性能 經(jīng)濟(jì)合算 其它各種性能符合設(shè)計(jì)要求 材料的性能 力學(xué)性能 物理性能 化學(xué)性能和加工工藝性能 基本概念應(yīng)力 Stress 單位面積上所承受的力按照載荷 Load 作用形式不同 應(yīng)力又可 拉伸 壓縮 扭曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變 Strain 幾何形狀和尺寸的變化 力學(xué)性能 定義 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 定義 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 1 1屈服點(diǎn) 在外力不再增加 仍發(fā)生明顯塑性變形開始出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 MPa 金屬或合金一般很少有明顯的屈服現(xiàn)象 而高分子材料一般具有明顯的屈服現(xiàn)象 條件屈服點(diǎn) 發(fā)生0 2 殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力 常溫拉應(yīng)力下20號(hào)鋼的拉抻試驗(yàn) l0 10d0 l0 5d0 或 從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值 叫做抗拉強(qiáng)度 開始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的應(yīng)力 稱為 屈服點(diǎn) ss sb 影響屈服點(diǎn)大小的因素內(nèi)在因素結(jié)合鍵組織結(jié)構(gòu)原子本性外在因素溫度 溫度升高 屈服點(diǎn)下降應(yīng)變速率 應(yīng)變速率升高 屈服點(diǎn)升高 1 2拉伸強(qiáng)度 材料發(fā)生斷裂時(shí)所能達(dá)到的最大應(yīng)力值 抗壓 抗彎 抗剪 屈強(qiáng)比 反映了材料塑性儲(chǔ)備的一個(gè)指標(biāo)由于一般 屈強(qiáng)比一般小于1 屈強(qiáng)比越大 屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度逾接近 塑性儲(chǔ)備越小 這是有可能發(fā)生脆性斷裂 如木棒 屈強(qiáng)比越小 屈服點(diǎn)逾小于拉伸強(qiáng)度 這時(shí)塑性儲(chǔ)備越大 但是材料的強(qiáng)度往往得不到充分的發(fā)揮 如竹條 銅制品 1 3蠕變 n 在一定應(yīng)力下 應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象發(fā)生蠕變的時(shí)間根據(jù)材料而定 舉例蠕變強(qiáng)度 材料抵抗蠕變現(xiàn)象發(fā)生的能力 有兩種表達(dá)蠕變強(qiáng)度的方法 達(dá)到某一蠕變速率的應(yīng)力值達(dá)到某一總變形的應(yīng)力值 1 4持久強(qiáng)度 在給定溫度下 促使材料經(jīng)過(guò)一定時(shí)間發(fā)生斷裂的應(yīng)力在化工容器用鋼中 設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命一般為十萬(wàn)小時(shí)持久強(qiáng)度是一定溫度和一定應(yīng)力下材料抵抗斷裂的能力 在相同的條件下 能支持的時(shí)間越久 則該材料抵抗斷裂的能力也越大 1 5疲勞強(qiáng)度 很多構(gòu)件經(jīng)常受到大小及方向變化的交變載荷 這種交變載荷使金屬材料在應(yīng)力還遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn)時(shí)就發(fā)生斷裂 這種現(xiàn)象稱為 疲勞 金屬在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下 而不至引起斷裂的最大應(yīng)力 稱為 疲勞極限 實(shí)際上不可能進(jìn)行無(wú)數(shù)次試驗(yàn) 一般以十萬(wàn)至百萬(wàn)次循環(huán)試驗(yàn)作為疲勞強(qiáng)度 影響金屬疲勞強(qiáng)度的因素主要有 合成成分 表面狀態(tài) 組織結(jié)構(gòu) 夾雜物多少與分布狀況 應(yīng)力集中情況 2 塑性 定義 在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力 2 1延伸率式樣受力拉斷后 總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比的百分率 延伸率愈大 材料的塑性愈好由于式樣的總伸長(zhǎng)為均勻伸長(zhǎng)與局部縮頸伸長(zhǎng) 故延伸率與式樣尺寸有關(guān) 2 2斷面收縮率 式樣受力拉斷后 斷面縮小的面積與原始面積之比的百分率 斷面收縮率愈大 塑性愈好 由于斷面收縮率與材料尺寸無(wú)關(guān) 故它能更加