《環(huán)境工程設(shè)備全套》PPT課件.ppt

1、環(huán)境工程設(shè)備,長(zhǎng)沙大學(xué),環(huán)境工程設(shè)備材料,主要內(nèi)容 1.1 材料的基本性能 1.2 碳鋼與鑄鐵 1.3 合金鋼 1.4 有色金屬及合金 1.5 非金屬材料與復(fù)合材料 1.6 材料的腐蝕與防腐 1.7 環(huán)境工程設(shè)備材料的選擇,環(huán)境工程設(shè)備材料,根據(jù)人類使用生產(chǎn)工具的材料把人類的歷史時(shí)代劃分為石器時(shí)代、青銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代等。 環(huán)境工程的材料的發(fā)展: 鋼筋混凝土、鋼材 各種工程塑料、合金材料和復(fù)合材料,使用性能和工藝性能 使用性能：指它在使用條件下表現(xiàn)出來(lái)的 化學(xué)性能、物理性能和機(jī)械性能 工藝性能：指在制造工藝過(guò)程中材料適應(yīng)加 工的性能 與化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝有關(guān),1.1 材料的基本性能,化學(xué)性能

2、指在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，包括抗氧化性和耐腐蝕性等。 物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等 機(jī)械性能：（力學(xué)性能）指材料在外力（外加能量）作用下抵抗外力所表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度等 加工工藝性能：鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能,1.1 材料的基本性能,材料的工藝性能 材料要經(jīng)過(guò)各種加工后，才能做成設(shè)備或機(jī)器的零件。材料在加工方面的物理、化學(xué)和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)構(gòu)成了材料的工藝性能，又叫加工性能。選材時(shí)必須同時(shí)考慮材料的使用與加工兩方面的性能。 環(huán)境工程中容器和設(shè)備主要零部件的制造主要是焊接、鍛造、切削、沖壓、彎曲和熱處理工藝過(guò)程,

3、1.1 材料的基本性能,現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的金屬材料，也是制造環(huán)保設(shè)備的主要材料。 由95%以上的鐵+0.05%-4%的碳及1%左右的雜質(zhì)元素組成的合金，“鐵碳合金” 鋼：含碳量0.02%-2% 鑄鐵：含碳量大于2% 純鐵：含碳量小于0.02,1.2碳鋼與鑄鐵,鐵碳合金的組織與結(jié)構(gòu) 純鐵在不同的溫度下：面心立方晶格與體心立方晶格 面心立方晶格：強(qiáng)度高 體心立方晶格：塑性好,1.2碳鋼與鑄鐵,純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 定義：在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度改變而發(fā)生的變化的現(xiàn)象 體心立方晶格（-Fe）經(jīng)加熱（910恒溫）可轉(zhuǎn)化為面心立方晶格（-Fe） 碳鋼的基本組織 鐵素體：碳溶解在體心立方晶格（-Fe

4、）的固溶體。溶碳能力低：強(qiáng)度硬度低，塑性和韌性好 奧氏體：碳溶解在面心立方晶格（-Fe）的固溶體。由于其較大的溶解度，塑性韌性好且無(wú)磁性 滲碳體、珠光體、萊氏體、馬氏體,1.2碳鋼與鑄鐵,鐵碳合金的分類：按特性和其工業(yè)的應(yīng)用分為鋼和生鐵 鋼：含碳量0.8%，共析鋼：0.8% 生鐵：含碳量2% 亞共晶生鐵：2-4.3%，過(guò)共晶生鐵：4.3-6.67%，共晶生鐵：4.3,1.2碳鋼與鑄鐵,鋼的熱處理 熱處理：鋼、鐵在固態(tài)下通過(guò)加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能的加工工藝。 退火和正火 退火在爐中緩慢冷卻，正火在空氣中冷卻 淬火和回火 淬火：在淬火劑中冷卻，急

5、冷得到馬氏體。冷卻太快引起零件變形和裂紋，太慢達(dá)不到技術(shù)要求，淬火是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在 淬火劑：空氣、油、水、鹽水。 回火：淬火后進(jìn)行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝,1.2碳鋼與鑄鐵,低溫回火：150-250 中溫回火：300-450 高溫回火：500-680調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火） 表面淬火：改變表層組織 化學(xué)熱處理：在化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫、冷卻等方法，使介質(zhì)中的某些元素滲入零件表面，改變表面層的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從面使零件具有某些特殊性能。滲碳、滲氮、滲鉻、滲鋁、氰化,1.2碳鋼與鑄鐵,1、碳鋼 雜質(zhì)元素(化學(xué)成分)的變化對(duì)鋼材的基本力學(xué)性能如強(qiáng)度及塑韌性等有較大影響，對(duì)熱

6、處理效果也有較大影響。 （1）碳（C） 主要元素。一般地，碳含量增加，強(qiáng)度極限和硬度提高，而塑性、韌性下降。當(dāng)碳的含量超過(guò)0.9%時(shí)，鋼的強(qiáng)度極限反而降低。碳含量偏高會(huì)對(duì)鋼的焊接性能產(chǎn)生不利影響。 （2）硫（S） 一種有害元素。以FeS形式存在（熔點(diǎn)只有989），使鋼材在熱加工時(shí)容易開(kāi)裂，產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。硫含量高還使材料的斷裂韌性降低,1.2碳鋼與鑄鐵,3）磷（P） 也是一種有害元素。磷能全部溶于鐵素體中，使強(qiáng)度和硬度增加，會(huì)導(dǎo)致塑性和沖擊韌性的顯著降低。在低溫變脆，產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。在某些特殊用途鋼中，如含磷的銅鋼，可以提高在大氣中的耐蝕性。 （4）錳（Mn） 一種有益的元素。錳是煉鋼時(shí)作為脫

7、氧劑和合金元素加入鋼中。由于錳可以和硫形成高熔點(diǎn)(1600)的硫化錳，能減輕硫的有害作用，并能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，是低合金鋼中的常見(jiàn)元素。 （5）硅（Si） 一種有益的元素。作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。能使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。硅作為合金元素，可以提高鋼的耐蝕性和耐熱性，但過(guò)量的硅會(huì)惡化鋼的熱加工工藝性能。 （6）氫（H）溶氫會(huì)引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷，制造容器的鋼不允許有白點(diǎn),1.2碳鋼與鑄鐵,鋼的分類與編號(hào) 按品質(zhì)分： 普通碳素鋼 S0.055%；P0.045%；編號(hào)Q235A等,若牌號(hào)后面標(biāo)注A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，其中A級(jí)最低，D級(jí)最高。 優(yōu)質(zhì)

8、碳素鋼 S、P均應(yīng)0.04%；含S、P低。編號(hào)10等，表示鋼中含碳量的萬(wàn)分之十 優(yōu)質(zhì)低碳鋼：25以下，優(yōu)質(zhì)中碳鋼：30-55，優(yōu)質(zhì)高碳鋼：60-80 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼： S0.03%；P0.035%含S、P更低。編號(hào)20A等 碳鋼鋼材的品種及規(guī)格 鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼,1.2碳鋼與鑄鐵,鑄鐵 分為：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵 灰鑄鐵：C：2.7-4.0%產(chǎn)量最高 球墨鑄鐵：石墨成球狀分布在其中，很高的強(qiáng)度和塑性、韌性，綜合機(jī)械性能接近于鋼 高硅鑄鐵是特殊性能鑄鐵中的一種，而腐蝕性強(qiáng)，隨Si的含量增加而增強(qiáng),1.2碳鋼與鑄鐵,1.3合金鋼,合金鋼：在鐵碳合金中添加適量的

9、一種或多種合金元素所制得鋼?？蓾M足特殊要求 分類： 按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼 按合金元素分：鉻鋼、錳鋼等 按用途為：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼,編號(hào): 漢字牌號(hào)：35鉻鉬； 國(guó)際化學(xué)符號(hào)：35CrMo 合金結(jié)構(gòu)鋼的編號(hào)是利用“兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”來(lái)表示。 如果平均含量低于1.5%，則不標(biāo)明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%，則相應(yīng)地以2、3、4等表示。例如12CrNi3鋼，30CrMnSi鋼 若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，則在鋼號(hào)的最后加A字，例如20Cr12Ni14WA,1.3合金鋼,專業(yè)用鋼（低合金鋼的一種） 鍋爐用鋼、壓力用鋼、焊接氣瓶用

10、鋼等 特殊性能鋼： 具特殊物理或化學(xué)性能的鋼，有不銹鋼、低溫用鋼、耐磨鋼 不銹鋼：是不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱。耐空氣、蒸汽和水的為不銹鋼，耐酸、堿、鹽的為耐酸鋼。 金屬材料的腐蝕為電化學(xué)腐蝕 不銹鋼的成分：C、Cr、Ni等成分增加耐腐性 不銹鋼的分類：鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼,1.3合金鋼,1.4 有色金屬及合金,工業(yè)上鋼鐵稱為黑色金屬，除鋼鐵以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬及其合金因具有良好的耐腐蝕性和低溫性能，常用來(lái)制造環(huán)境工程設(shè)備零部件。 （1）銅及其合金 銅及其合金具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性，并且在許多介質(zhì)中具有高的耐蝕性能。 純銅: 也

11、稱紫銅。銅在一般大氣、工業(yè)大氣、海洋性大氣中和在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當(dāng)穩(wěn)定 若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴(yán)重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。 銅的強(qiáng)度低，鑄造性能不好，且在某些介質(zhì)中的耐蝕性不高，很少用作結(jié)構(gòu)材料,銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅。 黃銅：銅與鋅組成的合金稱為黃銅。為改善其性能，常加入錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱為特殊黃銅。 特點(diǎn) ：機(jī)械性能與含鋅量有著極為密切的關(guān)系；鑄造性能很好；抗蝕性較好；含鋅量大于20%的黃銅經(jīng)冷加工后，在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽及一切含氨的環(huán)境中都可引起應(yīng)力腐蝕斷裂。 青銅：凡是銅合金中的主加

12、元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其它元素者，通稱為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等,1.4 有色金屬及合金,2）鋁及其合金 鋁 特點(diǎn)：鋁的密度小，比重為2.7，約為銅的1/3；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性都好，但強(qiáng)度低，經(jīng)冷變形后強(qiáng)度可提高；能承受各種壓力加工。鋁在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。 應(yīng)用：廣泛用于制造反應(yīng)器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管件等 鋁合金 純鋁的強(qiáng)度較低，若在鋁中加入一些元素，如銅、鎂、鋅、錳、硅等形成鋁合金，其性能將會(huì)有很大的改善,1.4 有色金屬及合金,3）鈦及鈦合金 純鈦 特點(diǎn)：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩(wěn)定，在許

13、多環(huán)境中表現(xiàn)出很好的耐蝕性。有“耐海水腐蝕之王”之稱。高溫下，鈦的化學(xué)活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應(yīng)。 鈦合金 特點(diǎn)：鈦合金的機(jī)械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應(yīng)力腐蝕破裂,1.4 有色金屬及合金,4）鉛及其合金 鉛： 特點(diǎn)：鉛的強(qiáng)度?。▋H為鋼的1/20）、硬度低、密度大、再結(jié)晶溫度低、熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱性差，有很高的耐蝕性，在生產(chǎn)上多用于處理硫酸的設(shè)備上。鉛有毒，且價(jià)格高。純鉛不耐磨，非常軟，不宜單獨(dú)制作設(shè)備，只能做襯里。 鉛合金：鉛中加銻，可增加鉛的硬度、強(qiáng)度和在硫酸中的穩(wěn)定性。加入不同銻含量的鉛銻合金稱為硬鉛（編號(hào)規(guī)則

14、同前）。硬鉛可制作硫酸工業(yè)用的泵、閥門、管道等,1.4 有色金屬及合金,5) 鎳及其合金 鎳： 特點(diǎn)：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，具有特別高的耐蝕性。但鎳在含硫氣體、濃氨水和強(qiáng)烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質(zhì)中，耐蝕性很差。鎳具有高強(qiáng)度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和拉成細(xì)絲。鎳很稀貴，在工業(yè)上主要用于制造堿性介質(zhì)設(shè)備，以及鐵離子在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生催化影響而不能采用不銹鋼的那些過(guò)程設(shè)備。 鎳合金：Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金具有很好的力學(xué)性能和機(jī)械性能，易于壓力加工和切削加工，耐蝕性好。主要用于在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設(shè)備。 NiMo合金中的哈氏合金（0Cr16Ni5

15、7Mo16Fe6W4）能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。 NiCr合金中的因考爾合金（0Cr15Ni57Fe），在高溫下具有很好的力學(xué)性能和很高的抗氧化能力，是能抗熱濃MgCl2腐蝕的少數(shù)幾種材料之一,1.4 有色金屬及合金,作業(yè),金屬材料的基本性能有哪些方面？ 碳鋼的熱處理有哪幾種，各有何作用？ 不銹鋼有哪些類型，它們分別適用于哪些介質(zhì),Over,1 環(huán)境工程設(shè)備材料(2,非金屬材料與復(fù)合材料等,陶瓷,景德鎮(zhèn)藝術(shù)陶瓷,水龍頭,加熱陶器絕緣體隔熱體,陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管,陶瓷材料,陶瓷鮑爾環(huán),無(wú)機(jī)陶瓷膜濾芯,用于飲用水中,耐腐耐高溫,用于水處理中,作生物附著載體,陶瓷材料,無(wú)機(jī)非金屬材料 耐酸陶瓷

16、 搪瓷 玻璃 巖石 耐腐性好,但質(zhì)脆,耐溫度劇變性差,不能機(jī)加工 有機(jī)非金屬材料(有機(jī)高分子材料) 橡膠 塑料 耐蝕涂料 成型加工好,耐腐,密度小,但不耐高溫,氧化性介質(zhì)和溶劑 復(fù)合材料: 玻璃鋼 不透性石墨,非金屬材料,無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,陶瓷材料定義: 以天然礦物或人工合成的各種化合物為原料,經(jīng)粉碎配料成形和高溫?zé)Y(jié)而制成的無(wú)機(jī)非金屬固體材料 工程材料三大支柱 陶瓷材料 金屬材料 高分子材料,陶瓷的機(jī)械性能 剛度：陶瓷的剛度由彈性模量衡量，彈性模量反映結(jié)合鍵的強(qiáng)度，所以具有強(qiáng)大化學(xué)鍵的陶瓷都有很高的彈性模量，是各類材料中最高的，比金屬材料高若干倍，比高聚物高24個(gè)數(shù)量級(jí)。 硬度：同剛度一

17、樣，硬度也決定于化學(xué)鍵的強(qiáng)度，所以陶瓷也是各類材料中硬度最高的，這也是陶瓷的最大特點(diǎn)。陶瓷的硬度隨溫度的升高而降低，但在高溫下仍能保持較高的數(shù)值。 強(qiáng)度：陶瓷實(shí)際強(qiáng)度比理論值低得多。它的破壞作用比在金屬中更大,無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,塑性：陶瓷在室溫下幾乎沒(méi)有塑性。塑性變形是在切應(yīng)力作用下由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所引起的密排原子面間的滑移變形。陶瓷晶體的滑移比金屬困難得多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需要的切應(yīng)力很大，比較接近于晶體的理論剪切強(qiáng)度。另外，共價(jià)健有明顯的方向性和飽和性，而離子鍵的同號(hào)離子接近時(shí)斥力很大，所以主要由離子晶體和共價(jià)晶體構(gòu)成的陶瓷的塑性極差。 韌性或脆性：陶瓷受載時(shí)都不發(fā)生塑性變形，在較低的應(yīng)力下就會(huì)斷

18、裂，因此韌性極低或脆性極高。脆性是陶瓷的最大缺點(diǎn)，是阻礙其作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用的首要問(wèn)題，是當(dāng)前的重要研究課題,無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,物理化學(xué)性能 熱膨脹：溫度升高時(shí)物質(zhì)原子振動(dòng)振幅提高、原子間距增大所導(dǎo)致的體積長(zhǎng)大現(xiàn)象。陶瓷的熱膨脹系數(shù)比高聚物低，比金屬低得多。 導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱性為在一定溫度梯度作用下熱量在固體中的傳導(dǎo)速率。陶瓷的導(dǎo)熱性比金屬小，陶瓷多為較好的絕熱材料。 熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性就是抗熱振性，為陶瓷在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)的壽命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高溫度來(lái)表征。陶瓷的熱穩(wěn)定性很低，比金屬低得多。這是陶瓷的另一個(gè)主要缺點(diǎn)。 化學(xué)穩(wěn)定性：陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。具有很好的耐火性能

19、或不可燃燒性，對(duì)酸、堿、鹽等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的抗蝕能力,無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,導(dǎo)電性：陶瓷的導(dǎo)電性變化范圍很廣。大多數(shù)陶瓷是良好的絕緣體。但不少陶瓷既是離子導(dǎo)體，又有一定的電子導(dǎo)電性，是重要的半導(dǎo)體材料 陶瓷性能的主要特點(diǎn)是: 具有不可燃燒性、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、不老化性、高的硬度和良好的抗壓能力，但脆性很高，對(duì)溫度劇變的抵抗力很低，抗拉、抗彎性能差,無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,耐酸陶瓷 性能：耐酸陶瓷可耐沸騰溫度下任何濃度的鉻酸、96%的硫酸、沸點(diǎn)以下的任何濃度鹽酸和任何濃度的醋酸、草酸等有機(jī)酸，但不耐氫氟酸，耐堿性也差。另外，由于其性脆、抗拉強(qiáng)度低，在急熱、急冷變化時(shí)和硬物敲擊下易碎

20、裂 應(yīng)用：耐酸陶瓷主要用來(lái)制作耐酸容器和塔器、泵、管道、閥門等，也用來(lái)制作耐酸瓷磚和填料,無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,特種陶瓷 具特殊力學(xué),物理,化學(xué)性能.(硬度高) 氧化鋁陶瓷:耐磨耐高溫,制作耐蝕耐磨泵零件 氮化硅陶瓷:耐磨,制作耐磨耐蝕耐高溫零件 碳化硅陶瓷:耐麻耐熱沖擊,用于機(jī)械密封環(huán),無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷,傳統(tǒng)陶瓷與現(xiàn)代陶瓷對(duì)比,特種陶瓷設(shè)備或部件,特種耐磨陶瓷風(fēng)機(jī)葉輪,機(jī)械密封:靜環(huán)選用99.9%(氧化鋁陶瓷或氮化硅,玻璃及其耐蝕性能 特點(diǎn)：玻璃是一種優(yōu)良的耐蝕非金屬材料。它表面光滑、透明度好。耐溫度急變性差、質(zhì)脆、不耐沖擊和震動(dòng)。 應(yīng)用：可用作制造容器、量具、管道、閥門、泵及金屬管道的

21、內(nèi)襯等,無(wú)機(jī)非金屬材料,化工搪瓷及其耐蝕性能 將含硅量高的耐酸瓷釉涂敷在鋼鐵設(shè)備的表面,經(jīng)900度左右高溫鍛燒,使之與金屬密著,形成致密的耐腐蝕的玻璃質(zhì)薄層. 特點(diǎn)：它兼有金屬設(shè)備的力學(xué)性能和瓷釉的耐腐蝕性能雙重優(yōu)點(diǎn)。瓷表面光滑易清洗，并有防止金屬離子干擾化學(xué)反應(yīng)和玷污產(chǎn)品的作用 應(yīng)用：廣泛用于醫(yī)藥、釀造、合成纖維生產(chǎn)和環(huán)保中,無(wú)機(jī)非金屬材料,化工搪瓷,石墨及其耐蝕性能 特點(diǎn)：天然石墨含有大量雜質(zhì)耐蝕性差。人工不透性石墨具有優(yōu)良的耐蝕性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)小、耐溫度急變性好、不污染介質(zhì)、密度低、易于加工成形。其缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度低、性脆。 應(yīng)用：用于制造熱交換器、塔及塔件、管道、管件、鹽酸合

22、成爐等,無(wú)機(jī)非金屬材料,高分子材料概念 是指分子量很大的化合物。分子量大多在1104以上。 工程上認(rèn)為，只有具備較好的強(qiáng)度、彈性和塑性等機(jī)械性能的高分子化合物才是工業(yè)用高分子化合物。 來(lái)源豐富,性能優(yōu)異,加工成型方法簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉:以塑代鋼,以塑代木,高分子材料,高分子化合物的合成 高分子化合物的合成就是將單體通過(guò)聚合反應(yīng)聚合起來(lái)形成化合物的過(guò)程。因此，高分子化合物也稱為聚合物或高聚物。最常見(jiàn)的聚合反應(yīng)有加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種。 加聚反應(yīng)：加聚反應(yīng)是指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。分均加聚反應(yīng)和共加聚反應(yīng)。 縮聚反應(yīng)：縮聚反應(yīng)是指一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析出（縮

23、去）其它低分子物質(zhì)（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。又可分為均縮聚和共縮聚反應(yīng)兩種,高分子材料,高分子材料的分類 按來(lái)源：天然高分子、合成高分子材料； 按大分子鏈的幾何形狀：線型、支鏈型和體型三種； 按大分子鏈的排列特點(diǎn)：無(wú)定型和晶態(tài)兩種； 按極性：極性和非極性兩種； 按照實(shí)際用途：塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等,高分子材料,最本質(zhì)和最重要的是按照化學(xué)組成： 碳鏈有機(jī)聚合物：該類聚合物的大分子主鏈全部由飽和碳鏈或雙鍵不飽和碳鏈組成（如聚烯烴、聚二烯烴）-C-C-C-C-C- 或 -C-C=C-C- 雜鏈有機(jī)聚合物：該類聚合物的大分子主鏈中除碳原子外，還含有氧、氮、硫、磷等其它原子：-C-C-O-C

24、-， -C-C-N-C-， 或 -C-C-S-C- 元素有機(jī)聚合物:該類聚合物的主鏈主要由硅、鈦、鋁、硼、氧等原子構(gòu)成，如：-O-Si-O-Si-O- 其側(cè)基一般為有機(jī)基團(tuán)（碳鏈）。 無(wú)機(jī)聚合物：該類聚合物的主鏈和側(cè)基均由無(wú)機(jī)元素或基團(tuán)構(gòu)成,高分子材料,命名 由化學(xué)結(jié)構(gòu)命名: 就是以聚合物鏈節(jié)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)來(lái)命名。一是按鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)命名;一是按有機(jī)化合物系統(tǒng)命名 由原料單體命名: 就是以合成聚合物的低分子原料單體為基礎(chǔ)來(lái)命名。對(duì)于加聚類聚合物，在其鏈節(jié)所含單體前加一“聚”字來(lái)取名；對(duì)于縮聚類以及某些共聚類聚合物，在其低分子原料之后習(xí)慣加“樹(shù)脂”或“橡膠”二字命名。 采用商品名稱和代表

25、符號(hào)：有許多聚合物人們習(xí)慣使用其商品名稱，例如有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）、電木（酚醛塑料）、電玉（脲醛塑料）、滌綸或的確良（聚脂纖維）、腈綸或人造羊毛（聚丙烯腈纖維）、維綸或維尼龍（聚乙烯醇纖維）、丙綸（聚丙烯,高分子材料,高分子材料的性能 （1）重量輕：高分子聚合物是最輕的一類材料，比金屬和陶瓷都要輕。重量輕是高分子聚合物的最大優(yōu)點(diǎn)之一。 （2）高彈性： 彈性變形量大；彈性模量 低。拉伸時(shí)溫度升高。 （3）滯彈性：應(yīng)變不隨作用力即時(shí)建立平衡，而有所滯后，這就是滯彈性，它是高聚物的又一重要特性。主要表現(xiàn)有： 蠕變：高聚物在室溫下承受力的長(zhǎng)期作用時(shí)，發(fā)生的不可恢復(fù)的塑性變形稱為蠕變。 應(yīng)力松弛

26、：高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸衰減的現(xiàn)象就是應(yīng)力松弛,高分子材料,滯后與內(nèi)耗：高聚物承受周期性荷載時(shí)，出現(xiàn)應(yīng)變落后于應(yīng)力，即造成應(yīng)變的滯后。在重復(fù)加載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上一次的變形還未來(lái)得及回復(fù)，或分子鏈的構(gòu)象未跟上改變，又施加上了下一次荷載，于是造成了分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生所謂內(nèi)耗。 (4)塑性與受迫彈性 加熱時(shí)，分子鏈各部分受熱的不均云使材料不立即熔化而先有一軟化過(guò)程所表現(xiàn)出的特性稱為塑性。無(wú)定形高聚物在玻璃化溫度以下，較大應(yīng)力下產(chǎn)生的較大的不能回復(fù)變形稱為受迫高彈性 （5）強(qiáng)度與斷裂 強(qiáng)度：高聚物的強(qiáng)度比金屬低得多，比強(qiáng)度還是很高 斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷裂兩種形式,高

27、分子材料,6）韌性 高聚物的優(yōu)點(diǎn)之一是其內(nèi)在的韌性較好，即在斷裂前能吸收較大的能量。 沖擊韌性：是材料在高速?zèng)_擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训目沽?，在高聚物中也被稱為沖擊強(qiáng)度。 （7）減摩、耐磨性 摩擦是接觸表面之間的機(jī)械粘接和分子粘著所引起的。大多數(shù)塑料對(duì)金屬和對(duì)塑料的摩擦系數(shù)值一般在0.20.4倍范圍內(nèi)，但有一些塑料的摩擦系數(shù)很低。塑料（一部分）除了摩擦系數(shù)低以外，更主要的優(yōu)點(diǎn)是磨損率低。 （8）絕緣性 高聚物分子的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，不能電離，沒(méi)有自由電子和可移動(dòng)的離子，因此是良好的絕緣體，絕緣性能與陶瓷相當(dāng),高分子材料,9）耐熱性 高聚物的耐熱性是指它對(duì)溫度升高時(shí)性能明顯降低的抵抗能力。同金屬相比

28、，高聚物的耐熱性是較低的，這是高聚物的一大不足。 (10) 耐蝕性 耐蝕性是材料抵抗介質(zhì)化學(xué)和電化學(xué)破壞的能力。耐蝕性好是高分子材料的優(yōu)點(diǎn)之一。 (11)老化 老化是指高聚物在長(zhǎng)期使用或存放過(guò)程中，由于受各種因素的作用，性能隨時(shí)間不斷惡化，逐漸喪失使用價(jià)值的過(guò)程。老化是高聚物一個(gè)主要缺點(diǎn),高分子材料,改善高分子聚合物的抗老化措施: 采取在表面涂 鍍金屬或防老化涂料; 改進(jìn)高聚物的結(jié)構(gòu),提高穩(wěn)定性,推遲老化過(guò)程; 加入防老化劑等措施,高分子材料,五、常用塑料 1、塑料的組成 塑料是指以有機(jī)合成樹(shù)脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過(guò)加熱、加壓塑造成一定形狀的產(chǎn)品。一般來(lái)講，組成塑料的物質(zhì)主要包括

29、： 合成樹(shù)脂：由低分子化合物通過(guò)聚合或縮聚反應(yīng)合成的高分子化合物。 填料（或增強(qiáng)材料）：是塑料改性最重要的成分，起增強(qiáng)性能的作用。 固化劑：作用是通過(guò)交聯(lián)使樹(shù)脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、硬化和穩(wěn)定塑料制品,有機(jī)非金屬材料,增塑劑：用以提高樹(shù)脂可塑性和柔性的添加劑。 穩(wěn)定劑：其作用主要是延遲塑料在環(huán)境中的老化過(guò)程。 潤(rùn)滑劑：可防止塑料成形過(guò)程中產(chǎn)生的粘模問(wèn)題。 著色劑：其作用是使塑料著色，可為有機(jī)顏料或無(wú)機(jī)顏料。 阻燃劑：作用是遏止燃燒或造成自熄,有機(jī)非金屬材料,常用塑料的分類及特性 （1）按照熱性能分： 熱塑性塑料 加熱時(shí)軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬。線型聚合物。 熱固性塑料 初加熱時(shí)軟化，可塑造成

30、形，但固化之后再加熱，將不再軟化，也不溶于溶劑。體型聚合物,有機(jī)非金屬材料,2）按照使用范圍分 通用塑料 指應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)量大的塑料品種。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等. 工程塑料 主要指綜合工程性能（包括機(jī)械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性絕緣性能等）良好的各種塑料。最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS(聚乙烯 丁二烯和丙烯腈)等四種。 耐熱塑料 100200度 指能在較高溫度下工作的各種塑料。常見(jiàn)的有聚四氟乙烯(塑料王)、聚三氟氯乙烯、有機(jī)硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂(萬(wàn)能膠)等,有機(jī)非金屬材料,橡膠:具有高彈性的高分子材料,較好的抗撕裂耐疲勞 1、天然橡膠 組成：天然橡膠是

31、橡膠樹(shù)的樹(shù)汁經(jīng)過(guò)煉制的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯（C5H8）高分子聚合物。 特點(diǎn)：天然橡膠的力學(xué)性能較差；化學(xué)穩(wěn)定性較好，可耐一般非氧化性強(qiáng)酸、有機(jī)酸、堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強(qiáng)氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。 應(yīng)用：環(huán)境工程設(shè)備防腐處理中，軟橡膠主要用作各種設(shè)備的襯里；硬橡膠還可制成整體設(shè)備，如泵、管道、閥門等,有機(jī)非金屬材料,2、合成橡膠 組成：合成橡膠的主要原料是石油、煤和天然氣。 特點(diǎn)及其應(yīng)用：丁基橡膠的突出特點(diǎn)是不透氣性，對(duì)氧化性環(huán)境如空氣和稀硝酸具有較好的耐蝕性。 硅橡膠無(wú)味、無(wú)毒，其最大的特點(diǎn)是耐熱性好，可用作墊圈、密封件材料和隔熱材料。 氟橡膠具有優(yōu)良的耐高溫、耐油、耐強(qiáng)

32、氧化劑和耐酸堿性能，主要用于高溫、強(qiáng)氧化環(huán)境,有機(jī)非金屬材料,復(fù)合材料,1、概念 復(fù)合材料就是由兩種或更多種的物理和化學(xué)本質(zhì)不同的物質(zhì)，人工復(fù)合制成的一種多相固體材料。 它可改善或克服組成材料的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮它們各自優(yōu)點(diǎn)。 它可按照零部件、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和受力要求，給出預(yù)定的、分布合理的配套性能，進(jìn)行材料的最佳設(shè)計(jì)。 它可造成單一材料不易具備的性能或功能，或在同一時(shí)間里發(fā)揮不同功能的作用,分類 組成復(fù)合材料的相分: 一類起黏結(jié)作用的基體材料; 另一類起提高材料性能的增強(qiáng)體材料. 按基體材料分:金屬基復(fù)合材料 樹(shù)脂基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料 樹(shù)脂基復(fù)合材料 用玻璃纖維增強(qiáng)合成樹(shù)脂的復(fù)合材料，即玻璃鋼

33、。玻璃鋼分熱塑性和熱固性兩種。 熱塑性玻璃鋼 熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強(qiáng)劑和以熱塑性樹(shù)脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料。 熱固性玻璃鋼 熱固性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強(qiáng)劑和以熱固性樹(shù)脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料,復(fù)合材料,玻璃鋼的耐腐蝕性能 取決于纖維 樹(shù)脂 固化劑和表面處理劑 玻璃鋼在環(huán)境工程中的應(yīng)用 應(yīng)用相當(dāng)廣泛 用玻璃鋼制造的冷卻塔 儲(chǔ)罐 管道等 大型生物轉(zhuǎn)盤的盤片,罩殼,電動(dòng)機(jī),水泵,機(jī)械格柵的防護(hù)罩及風(fēng)機(jī)葉片,法蘭,水泵零件等,復(fù)合材料,復(fù)合材料的性能特點(diǎn) （1）比強(qiáng)度和比剛度高 增強(qiáng)劑或者基體為比重小的物質(zhì)，或兩者的比重都不高,且都不是完全致密的；另一方面，增強(qiáng)劑多是強(qiáng)度很高的纖維。比強(qiáng)度和

34、比彈性模量是各類材料中最高的。 （2）抗疲勞性能好 首先，缺陷少的纖維的疲勞抗力很高；其次，基體的塑性好，能消除或減小應(yīng)力集中區(qū)的大小和數(shù)量。 （3）減振能力強(qiáng) 復(fù)合材料的比模量高，所以它的自振頻率很高，不容易發(fā)生共振而快速脆斷；另外，復(fù)合材料是一種非均質(zhì)多相體系，在復(fù)合材料中振動(dòng)衰減都很快,復(fù)合材料,4）高溫性能好 增強(qiáng)纖維多有較高的彈性模量，因而常有較高的熔點(diǎn)和較高的高溫強(qiáng)度。 此外，由于復(fù)合材料高溫強(qiáng)度好，耐疲勞性能好、纖維和基體的相容性好，熱穩(wěn)定性也是很好的。 （5）斷裂安全性高 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料每cm2截面上有成千上萬(wàn)根隔離的細(xì)纖維。過(guò)載會(huì)使其中部分纖維斷裂，但隨即迅速進(jìn)行應(yīng)力的重新

35、分配，而由未斷纖維將載荷承擔(dān)起來(lái)，不至造成構(gòu)件的瞬間完全喪失承載能力而斷裂，所以工作的安全性高。 除上述幾種特性外，復(fù)合材料的減摩性、耐蝕性以及工藝性能也都較好。但是，復(fù)合材料為各向異性材料，橫向拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度是不高的，同時(shí)伸長(zhǎng)率較低，沖擊韌性有時(shí)也不很好，尤其是成本太高，所以目前應(yīng)用還很有限,復(fù)合材料,腐蝕:材料表面受到所處環(huán)境的作用而發(fā)生狀態(tài)變化,從而使材料變質(zhì)和破壞的現(xiàn)象。 環(huán)保設(shè)備的腐蝕: 化學(xué) 電化學(xué) 物理作用 生物作用 機(jī)械荷載 腐蝕與防腐的基本原理 金屬的化學(xué)腐蝕:金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用,生成金屬化合物并使材料性能退化的現(xiàn)象 干燥氣體介質(zhì)的腐蝕(氧化 硫化 鹵化 氫蝕

36、); 液體介質(zhì)的腐蝕(非電解質(zhì)溶液,液態(tài)金屬,低熔點(diǎn)氧化物的腐蝕,材料的腐蝕與防腐,金屬的電化學(xué)腐蝕 金屬與電解質(zhì)溶液間發(fā)生電化學(xué)作用所發(fā)生的腐蝕 金屬腐蝕破壞的形態(tài) 全面(均勻)腐蝕:表面均勻發(fā)生,厚度減小.環(huán)境工程設(shè)備多發(fā)生此類腐蝕. 局部腐蝕:點(diǎn)腐蝕,縫隙腐蝕,晶間腐蝕,應(yīng)力作用下的腐蝕,微生物腐蝕,材料的腐蝕與防腐,防止和減緩腐蝕的方法 襯覆保護(hù)層:金屬保護(hù)層,非金保護(hù)層 電化學(xué)保護(hù):陰極保護(hù),陽(yáng)極保護(hù) 腐蝕介質(zhì)的處理:加入緩蝕劑,材料的腐蝕與防腐,環(huán)境工程設(shè)備材料選擇,防止環(huán)境工程設(shè)備腐蝕,首要的是選擇合適的耐蝕材料,不僅要考慮設(shè)備結(jié)構(gòu) 制造工藝 使用條件和壽命,還要遵循: 材料的物

37、理 力學(xué)性能 材料的耐腐性能 材料的經(jīng)濟(jì)性,作業(yè),13什么是復(fù)合材料?它們有哪些性能特點(diǎn),列舉其在環(huán)境工程設(shè)備中的應(yīng)用? 15金屬的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕有什么不同? 17均勻腐蝕和局部腐蝕的不同?局部腐蝕的類型? 20微生物腐蝕是如何發(fā)生的,2 容器設(shè)計(jì)與制造1,2008年9月,容器設(shè)計(jì)概述,環(huán)境工程領(lǐng)域,容器是指儲(chǔ)存設(shè)備和其化各種設(shè)備的外殼 鋼筋混凝土容器 金屬、高分子材料或復(fù)合材料容器,常壓容器與壓力容器,按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 GB150-1998鋼制壓力容器壓力容器劃定為三類： 最高工作壓力Pw0.1a 容器的內(nèi)直徑Din 0.15m,且容積0.025m3 介質(zhì)為氣體、液化氣體或標(biāo)

38、準(zhǔn)沸點(diǎn)最高工作溫度的液體,常壓容器,設(shè)計(jì)壓力：-0.020.1MPa 設(shè)計(jì)溫度：-20350oC,常壓容器,形狀：方形或矩形容器、圓柱形容器、圓筒形容器、球形容器,容器的分類,鋼制焊接容器：占主導(dǎo)地位 鋼板為主要材料，成型后組裝焊接的卷焊結(jié)構(gòu) 按壁厚分：薄壁容器：1.2 厚壁容器：1.2,容器的分類,按受壓狀況分： 內(nèi)壓容器：內(nèi)部壓力高于外表面壓力 外壓容器： 真空容器：內(nèi)部壓力0.1MPa 按安裝方式分：立式、臥式 按工作溫度分：低溫、常溫、中溫和高溫 按管理要求分：第一、二、三類,容器設(shè)計(jì)的基本要求,強(qiáng)度:保證安全性 剛度:抵抗變形的能力 穩(wěn)定性:結(jié)構(gòu)抵抗失穩(wěn)的能力 可靠性:規(guī)定條件和時(shí)間

39、內(nèi),完成規(guī)定功能 安全性 耐用久性:使用壽命 經(jīng)濟(jì)性,容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化,目的：批量生成，便于互換，降低成本，提高效率 基本參數(shù)：（內(nèi)徑,容器材料的選擇,選擇容器用的鋼材：工作壓力、溫度和介質(zhì)的腐蝕性、加工工藝性能和價(jià)格 碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板 壓力容器用碳素鋼和低合金剛 低、中溫壓力容器用鋼板 不銹鋼板,內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì),回轉(zhuǎn)殼體的幾何特性 基本概念 軸對(duì)稱 中間面 母線 經(jīng)線 法線 緯線 第一、第二曲率半徑,基本概念,薄壁殼體的假設(shè)薄膜理論,直法線假設(shè) 變形前后殼體厚度不變 互不擠壓假設(shè) 殼體的法向應(yīng)力可以忽略,回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力分析,經(jīng)向應(yīng)力分析,經(jīng)向應(yīng)力分析,內(nèi)壓在z軸方向上的合力為z 作用在該

40、截面應(yīng)力合力在z軸上投影z Z軸向合力為,得出: D=2R2sin,經(jīng)向應(yīng)力分析,環(huán)向應(yīng)力分析,內(nèi)壓力p在微單元abcd面積上所產(chǎn)生的外力的合力在法線n上的投影為Pn 由bc與ad截面上經(jīng)向應(yīng)力的合力在法線n上的投影 由ab與cd截面上經(jīng)向應(yīng)力的合力在法線n上的投影,環(huán)向應(yīng)力分析,根據(jù)法線n方向上力的平衡條件，得到： nNmn-N n= 簡(jiǎn)化，整理得,環(huán)向應(yīng)力分析,薄膜理論應(yīng)用范圍,無(wú)彎曲變形情況下 回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對(duì)稱的，壁厚無(wú)突變，曲率半徑是連續(xù)變化的，材料是均勻連續(xù)且各向同性的 載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)，沒(méi)有突變 殼體邊界應(yīng)該是自由的 殼體在邊界上無(wú)橫向剪力和彎矩,受

41、內(nèi)壓的圓筒殼體的應(yīng)力分析,受內(nèi)壓的球形殼體的應(yīng)力分析,受內(nèi)壓的橢球殼體的應(yīng)力分析,內(nèi)壓薄壁容器強(qiáng)度計(jì)算,由內(nèi)直徑、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)腐蝕性等條件，選擇合適材料，確定壁厚,內(nèi)壓薄壁圓筒強(qiáng)度計(jì)算,理論計(jì)算厚度,設(shè)計(jì)厚度條件,厚度計(jì)算,焊接系數(shù)校正,內(nèi)徑代替平均直徑,厚度計(jì)算,設(shè)計(jì)厚度,名義厚度,有效厚度,厚度計(jì)算,作業(yè),158 1,2 容器設(shè)計(jì)與制造2,2008年10月,2.3 內(nèi)壓容器封頭設(shè)計(jì),封頭:端蓋 凸形封頭:半球形、橢圓形、碟形、無(wú)折邊球形 錐形封頭：無(wú)折邊、折邊 以薄膜應(yīng)力理論為基礎(chǔ)計(jì)算強(qiáng)度 邊界應(yīng)力條件,凸形封頭：半球形封頭,半球形封頭：大型壓力容器或壓力較高 整體熱壓成型分瓣

42、沖壓焊接 理論計(jì)算厚度： 為筒體厚度的一半，常取筒體厚度 設(shè)計(jì)厚度,凸形封頭：橢圓形封頭,計(jì)算公式,應(yīng)用最廣 1200 mm時(shí)，拼焊 最小有效厚度,筒壁厚度,凸形封頭：碟形封頭,組成：大圓弧、過(guò)渡小圓弧、短直線 由過(guò)渡小圓弧形成環(huán)狀殼體為折邊，其內(nèi)半徑r=(0.150.20)Ri 球面部分內(nèi)徑i=Di或0.9Di,凸形封頭：碟形封頭,壁厚,i：球面內(nèi)半徑 ：折邊應(yīng)力增大系數(shù)，查表2-12,凸形封頭：無(wú)折邊球形封頭,壁厚,系數(shù)，查表GB150-1998,錐形封頭,用途：卸料（立式容器底部） 分類：不帶折邊帶折邊 不帶折邊錐形封頭：30o 帶折邊錐形封頭： 60o 強(qiáng)度計(jì)算參考有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。按標(biāo)準(zhǔn)

43、直接選用封頭,錐形封頭,平板形封頭,形狀:圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、矩形和方形 特點(diǎn)：壁厚比筒體壁厚大（比凸形封頭厚） 不用于承壓設(shè)備，在壓力容器的人孔、手孔和盲板處采用 特別注意平板與圓柱形筒體的連接方式,2.4 容器法蘭連接,可拆卸結(jié)構(gòu) 法蘭連接、螺紋連接、承插式連接 密封問(wèn)題 法蘭連接：具較高剛度、強(qiáng)度和嚴(yán)密性，可迅速多次拆卸、可大批量制造、適用范圍廣 容器法蘭和管法蘭可按DN和DP查現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn),法蘭連接結(jié)構(gòu)：法蘭、螺栓和墊片 法蘭密封：緊固螺栓壓緊墊片2.26,2.4 容器法蘭連接,法蘭密封面的形式,容器法蘭的類型,整體法蘭：平焊法蘭對(duì)焊法蘭,松式法蘭：壓力較低(與容器或管道不成整體,容器法

44、蘭的類型,任意法蘭,容器法蘭的類型,法蘭的密封墊片,要求：適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能力 分類： 非金屬:質(zhì)軟，適用于常、中溫和中低壓 金屬：軟、韌，用于中、高溫和中高壓 混制：用于二者之中,法蘭標(biāo)準(zhǔn)與選用,壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) 平焊法蘭對(duì)焊法蘭 壓力容器法蘭JB4700470792 管法蘭標(biāo)準(zhǔn) GB9119.788、HG205922060297、SH340696,2.5 容器支座,作用：承重、固定位置 分類：臥式支座、立式支座、球形支座 臥式支座：鞍式支座、圈式支座和腿式支座,鞍式支座（鞍座,應(yīng)用最廣泛 一般不多于兩個(gè)，必須一個(gè)是固定式，一個(gè)是滑動(dòng)式 鞍座的直徑系列與容器的公稱直徑系列一致，可查標(biāo)準(zhǔn),

45、鞍式支座（圖,大直徑薄壁容器和真空操作容器，防止自身重量造成撓屈而采用 至少有一個(gè)圈座是滑動(dòng)支承的,圈座,適用于小型容器 （DN1600 mm,L 5 m） 設(shè)置墊板以減小局部應(yīng)力,腿式支座（支腿,立式容器的支座,腿式支座： DN1600 mm,H 5 m小型 支承式支座： DN8004000 mm, H 10 m中型 耳式支座： DN4000 mm 裙式支座：高大的塔設(shè)備,立式容器的支座,開(kāi)孔：容器上需裝置各種附件，如接管、人孔、視鏡、液面計(jì)等 補(bǔ)強(qiáng)：開(kāi)孔后，容器強(qiáng)度削弱、應(yīng)力分布被破壞，引起局部應(yīng)力集中，為避免造成容器破壞而采取的措施,2.6 容器開(kāi)孔與補(bǔ)強(qiáng),1.接管與凸緣： 接管：工藝接

46、管和儀表接管 接管長(zhǎng)度要考慮保溫層厚及便于安裝 凸緣：接管長(zhǎng)度短時(shí)，用凸緣代替接管，可不考慮補(bǔ)強(qiáng),容器附件,2. 手孔與人孔 目的：檢修及安裝內(nèi)部構(gòu)件 已標(biāo)準(zhǔn)化 手孔直徑：150250 mm 圓形人孔直徑：DN400、 DN450、 DN500、 DN600，常用橢圓形人孔：450350 mm,容器附件,3.視鏡與液面計(jì) 視鏡：觀察內(nèi)部，液面指示 標(biāo)準(zhǔn)視鏡：DN50150，DP2.5MP 考慮沖洗裝置和又層玻璃安全視鏡 液面計(jì) 4.設(shè)備吊耳,容器附件,容器開(kāi)孔與補(bǔ)強(qiáng),開(kāi)孔：容器的破壞源 圓孔的應(yīng)力集中程度最低，一般開(kāi)圓孔 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：在開(kāi)孔附近區(qū)域增加補(bǔ)強(qiáng)金屬，以達(dá)到提高器壁強(qiáng)度、滿足強(qiáng)度設(shè)

47、計(jì)要求 容器標(biāo)準(zhǔn)主要采用等面積補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 內(nèi)外表面 靜壓 常溫 中低壓容器 參考標(biāo)準(zhǔn),補(bǔ)強(qiáng)形式,整體補(bǔ)強(qiáng)：增加殼體厚度或全焊透將厚管或整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體相焊,補(bǔ)強(qiáng)形式,允許開(kāi)孔的范圍 不需補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑,2.7 金屬容器焊接,焊接方法：熔化焊、壓力焊、釬焊 熔化焊：電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、氣焊 電弧焊:利用電弧熱量加熱熔化金屬進(jìn)行焊接 手工電弧焊,焊接變形 焊縫外部缺陷：焊縫增強(qiáng)過(guò)高、焊縫過(guò)凹、焊縫咬邊、焊瘤、燒穿 焊縫內(nèi)部缺陷：未焊透、夾渣、氣孔、裂紋,焊接缺陷,質(zhì)量檢驗(yàn),外觀檢查：肉眼觀察外部缺陷 無(wú)損探傷：射線等檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷 機(jī)械性能試驗(yàn)：拉伸、沖擊、彎曲試驗(yàn) 水壓和氣壓試

48、驗(yàn),作業(yè),157思考題10、19,3 容器設(shè)計(jì)實(shí)例1,中、低壓容器設(shè)計(jì)實(shí)例,工藝設(shè)計(jì)條件,某印染廢水處理站采用生化處理工藝，產(chǎn)生的含水率98%以上的生物污泥擬用板框壓濾機(jī)脫水，根據(jù)工藝計(jì)算知：板框壓濾機(jī)每一工作循環(huán)可處理含水率98%生物污泥5m3,采用氣壓式進(jìn)泥罐將污泥加壓后送入板框壓濾機(jī)，所壓進(jìn)泥罐為立式，筒體內(nèi)徑為1600 mm，高度2500 mm，在常溫下工作，安裝在脫水機(jī)房操作平臺(tái)的混凝土樓板上，其最大工作壓力為w=1.0MPa，試設(shè)計(jì)該氣壓進(jìn)泥罐,2 設(shè)計(jì)步驟及圖紙,2.1 鋼板的選擇: 污泥無(wú)腐性常溫低壓 屬低壓容器 可選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼板235-A (s=235MPa, b=375M

49、Pa) 或低合金鋼容器專用鋼板20R (s=245MPa, b=400MPa) 比較：價(jià)格相近，20R強(qiáng)度高,許用應(yīng)力,則20R的許用應(yīng)力:=s/ ns=245/1.6=153 MPa =b/ nb=400/3.0=133 MPa 取較小值133 MPa,安全系數(shù)： ns 1.6, nb3.0,2.2 罐體壁厚設(shè)計(jì)條件,最大工作壓力Pw=1.0 MPa,以裝安全閥考慮,最大設(shè)計(jì)壓力為Pw的1.051.1倍,則: P=1.1 1.0 MPa= 1.1 MPa 已知內(nèi)直徑:Di=1600 mm 焊接接頭系數(shù)=1.0 腐蝕余量:C2=1.0 mm,設(shè)計(jì)罐厚,設(shè)計(jì)壁厚,鋼板負(fù)偏差:C1=0.8 mm,

50、 鋼板圓整后的名義厚度,2.3 封頭形式與壁厚,擬采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 設(shè)計(jì)壁厚: 焊接接頭系數(shù)=1.0 雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭 考慮C1及圓整,取n=10 mm,與壁厚相同,2.4 校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度,水壓試驗(yàn)時(shí),罐體與封頭應(yīng)力按,PT=1.25P=1.83 MPa,污泥靜壓P1=0.03 MPa, e=n-C=10-1-0.8=8.2 mm, s=245 MPa,鋼板厚度偏差,2.5 支座的選擇,根據(jù)題意:立式、無(wú)保溫層、直接安放在樓板上，選用型耳式支座 進(jìn)泥罐總質(zhì)量：m=m1+m2+m3+m4 式中：m1為罐體質(zhì)量，m2為封頭質(zhì)量，m3為污泥質(zhì)量，m4為附件質(zhì)量 m1

51、：附錄15， m1q1H=3972.5=992.5 kg m2：附錄15， m22q2=2237=474 kg,污泥質(zhì)量m3,m3： m3Ve Ve=Vf+Vt 總高度：=Ht+2Hf=2.5+2(0.4+0.04)=3.38 m 總?cè)莘e：V=Vf+Vt=20.617+2.52.017=6.28 m3 污泥高度以4/5計(jì)，則筒體儲(chǔ)泥高度： Ht=3.380.8-(0.4+0.04)=2.26 m m3=Ve=(Vf+Ht 2.017) =1000(0.617+2.262.017)=5175 kg,人孔質(zhì)量：200 kg 各種接管、視鏡質(zhì)量：200 kg m4=200+200=400 kg 進(jìn)泥

52、罐總質(zhì)量： m=m1+m2+m3+m47042 kg,附件質(zhì)量m及總質(zhì)量m,一臺(tái)氣壓進(jìn)泥罐設(shè)個(gè)型耳式支座，同時(shí)受力可能只有兩個(gè)，則每支座承受負(fù)荷： mg/2=7042 9.8/2=35 kN 材料為235-AF，每個(gè)支座承受負(fù)荷60 kN 標(biāo)記：JB/T 4725-92耳式支座4，=8 mm,支座受力情況,B型耳式支座,氣壓進(jìn)泥罐內(nèi)部無(wú)零部件，則封頭與罐體直接焊接，但設(shè)人孔以利清洗 常溫下，氣壓進(jìn)泥罐最高工作壓力為1.0MPa,人孔也應(yīng)按公稱壓力PN1.0MPa選用。 為檢修方便，選DN450、PN1.0垂直吊裝蓋板平焊法蘭人孔。 =8 mm，材料20R,標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：HG21532-95 人孔開(kāi)孔

53、處補(bǔ)強(qiáng)：等面積補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈材料20R, =10 mm，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑：760 mm, 內(nèi)徑：480 mm,2.6 人孔及補(bǔ)強(qiáng),2.7 接管,主要有以下接管 1.污泥進(jìn)料管： 采用108 5 mm無(wú)縫鋼管，設(shè)于頂部封頭中心位置 因罐體n=10 mm80 mm,需對(duì)開(kāi)孔處補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑：210 mm, 內(nèi)徑：112 mm, =10 mm,2.污泥出料管： 采用108 5 mm無(wú)縫鋼管，設(shè)于底部封頭中心位置 污泥出料管DN=100 mm,需對(duì)開(kāi)孔處補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑：210 mm, 內(nèi)徑：112 mm, =10 mm,接管,接管,3.壓縮空氣進(jìn)口管： 采用38 3 mm無(wú)縫鋼管，設(shè)于頂部封頭上 因罐體n

54、=10 mm12 mm，接管DN=32 mm80 mm,不需對(duì)開(kāi)孔處補(bǔ)強(qiáng),接管,4. 氣體放空管： 采用38 3 mm無(wú)縫鋼管，設(shè)于頂部封頭上 因罐體n=10 mm12 mm，接管DN=32 mm80 mm,不需對(duì)開(kāi)孔處補(bǔ)強(qiáng) 5.安全閥接管： 采用25 2.5 mm無(wú)縫鋼管，設(shè)于頂部封頭上 因罐體n=10 mm12 mm，接管DN=20 mm80 mm,不需對(duì)開(kāi)孔處補(bǔ)強(qiáng),接管,6.視鏡接口： 罐中污泥流動(dòng)性差，易黏附在液面計(jì)上的玻璃管上，甚至堵管，所以不用玻璃管液面計(jì)。而選用帶沖洗管的視鏡。 安裝高度：罐體總高度4/5處，DN150mm，PN1.0MPa, 不需對(duì)開(kāi)孔處補(bǔ)強(qiáng) 7.壓力計(jì)接管：

55、采用DN15帶螺紋鋼管，設(shè)于頂部封頭上。不需補(bǔ)強(qiáng),設(shè)備施工圖由設(shè)備總裝配圖和零部件圖組成 零部件圖詳細(xì)給制和標(biāo)明每個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)零部件的形狀、尺寸、材料、加工要求等 總裝配圖則繪制和標(biāo)明設(shè)備的總體形狀、尺寸，各零部件的名稱、規(guī)格、尺寸、材料（包括標(biāo)準(zhǔn)零部件）及其在設(shè)備上的安裝位置和方位。此外，總裝配圖還包括必要的文字說(shuō)明（技術(shù)要求）和表格（技術(shù)特性表、接管表、材料明細(xì)表等,2.8 繪制設(shè)備施工圖,本例包含內(nèi)容如下： 技術(shù)要求 技術(shù)特性表 接管表 材料明細(xì)表 氣壓進(jìn)泥罐總裝配圖,繪制設(shè)備施工圖,技術(shù)要求,技術(shù)特性表,接管表,3 容器設(shè)計(jì)實(shí)例2,矩形容器設(shè)計(jì)實(shí)例,3. 工藝設(shè)計(jì)條件,某啤酒廢水處理所采用

56、的鋼制矩形接觸氧化池,其工藝尺寸已確定如下: 有效水深:3.0 m 干舷高度:0.5 m 池長(zhǎng):4.0 m 池寬:2.5 m 設(shè)置在鋪有砂墊層的平板狀鋼筋混凝土基礎(chǔ)上,3.2 設(shè)計(jì)步驟及圖紙,矩形容器高度超過(guò)2.2 m時(shí),宜采用垂直和橫向組合加固的加固方式,以保證容器的剛度 接觸氧化池內(nèi)應(yīng)設(shè)置填料,作為微生物附著生長(zhǎng)的載體,則填料支架可起部分內(nèi)部拉桿作用,對(duì)池體的剛度有一定的貢獻(xiàn). 考慮池體安全,按內(nèi)部無(wú)拉桿的垂直和橫向組合加固矩形容器計(jì)算,3.2.1 橫向加固圈數(shù)量和位置,接觸氧化池總高度:H=3.0+0.5=3.5 m 容器高度H3 m,加強(qiáng)圈3個(gè),從頂邊至底板依次為: H1=0.37H=

57、0.373500=1295 mm H2=0.25H=0.253500=875 mm H1=0.21H=0.213500=7395 mm H1=0.17H=0.173500=595 mm4 可計(jì)算出: h1=H1=1295 mm h2=H1+H2=2170 mm h3=H1+H2+H3=2905 mm h4=H1+H2+H3+H4=1295 mm,加強(qiáng)圈段距,段距圖,條件:廢水無(wú)腐蝕,室溫下工作,只承受液體靜壓的常壓敞口容器 供選擇的材料:碳素鋼或低合金鋼容器專用鋼板 16MnR:(s=345MPa, b=510MPa,=170) 235-A:(s=235MPa, b=375MPa,=113) 價(jià)格相近,選用16MnR,3.2.2 確定垂直加固柱的最大間距,計(jì)算橫向加固圈的慣性矩時(shí)需要確定垂直加固柱的最大間距L3 假定壁厚n=8 mm,則: 需查圖:根據(jù)H/L=3.5/4.0=0.875,求系數(shù)=0.016,垂