常用化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)

1、化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)第一章 軸軸的主要作用是用來支撐和固定旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)零件，常見的軸有直軸和曲軸兩種。一、直軸的分類：根據(jù)承受荷載的情況不同，直軸可分為心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸三類。1、心軸：心軸工作時(shí)主要用來支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件，承受彎矩而不傳遞運(yùn)動(dòng)，也不傳遞動(dòng)力。心軸隨零件轉(zhuǎn)動(dòng)的（如火車輪軸）稱為活動(dòng)心軸，不隨零件一起轉(zhuǎn)動(dòng)的（如自行車軸、滑輪軸）稱為固定心軸，它們承載時(shí)均產(chǎn)生彎曲變形。2、轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸既要支承旋轉(zhuǎn)零件還要傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，如機(jī)床主軸、減速機(jī)齒輪軸、攪拌軸等。這類軸在外力作用下將產(chǎn)生彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。3、傳動(dòng)軸主要用來傳遞扭矩，它不承受或承受較小的彎矩，如汽車、拖拉機(jī)變速箱與后輪軸間的傳動(dòng)軸。軸的材

2、料：選取軸用材料主要取決于軸的工作條件載荷和加工工藝等綜合因素，除滿足強(qiáng)度、剛度、耐磨性外，還要求對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，常用碳素鋼、合金鋼的鍛件和軋制圓鋼做為軸的毛坯。碳素鋼對(duì)應(yīng)力 集中的敏感性較小，其機(jī)械性能可通過熱處理進(jìn)行調(diào)整，比合金鋼價(jià)廉，所以應(yīng)用最廣，常用30、40、45、50號(hào)鋼，其中45號(hào)鋼最常用。對(duì)于非重要或受載荷較小的軸可用Q235、Q237等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金鋼可淬性好，且具有較高的機(jī)械性能，常用于傳遞較大功率并要求減小尺寸和重量以及提高軸頸耐磨性的場(chǎng)合。合金鑄鐵和球墨鑄鐵也常用來做軸的原因是鑄造成型容易得到較復(fù)雜且更合理的形狀，鑄造材料吸振性高，并可用熱處理的方法提高耐磨性

3、，對(duì)應(yīng)力敏感性較低，且價(jià)廉。但鑄造質(zhì)量不易控制，可靠性較差，需慎用。二、軸的結(jié)構(gòu)軸的外形通常作成階梯形的圓柱體。軸上供安裝旋轉(zhuǎn)零件的部位叫軸頭，軸與軸承配合部分叫軸頸，軸的其他部分叫軸身軸的設(shè)計(jì)與選擇要考慮很多因素的影響，在滿足不同截面的強(qiáng)度和剛度要求的同時(shí)，還要便于軸上零件的固定、定位、拆裝、調(diào)整，盡可能減小應(yīng)力集中以提高軸整體的疲勞強(qiáng)度，以及軸本身的加工工藝性。旋轉(zhuǎn)零件一般要隨軸旋轉(zhuǎn)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，零件在圓周方向和軸線方向都需要確定他們之間的相對(duì)位置以保證各零件正常的工作關(guān)系。1、零件在軸上的周向定位和固定：周向固定的目的是使軸上的零件隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，周向定位和固定的方法常采用

4、花鍵連接、鍵連接、銷釘連接、錐面過盈配合，在傳力不大時(shí)可用緊定螺釘連接。2、零件在軸上的軸向定位和固定：件在軸上的軸向定位和固定常采用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、過盈配合。當(dāng)軸向荷載較小時(shí)采用銷釘、緊定螺釘、擋圈、軸端擋圈。第二章 軸承軸承是支撐軸和軸上零部件并保證軸繞軸線運(yùn)動(dòng)的部件。軸承的種類按照承受荷載的方向可分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承；按照軸承工作的摩擦性質(zhì)又分為滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承。一、滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承工作平穩(wěn)、可靠、無噪音。若能保證摩擦的潤(rùn)滑，使滑動(dòng)表面被潤(rùn)滑油膜分開不直接接觸，表面間的摩擦實(shí)為液體分子間的摩擦。這樣就能大大減小摩擦損失和表面磨損，且油膜還具有一定的吸振

5、作用。由于以上特點(diǎn)常用在轉(zhuǎn)速特別高、沖擊振動(dòng)載荷和特殊裝配要求的場(chǎng)合。 （一）滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)1、向心滑動(dòng)軸承的類型和結(jié)構(gòu)常用的向心滑動(dòng)軸承分為整體式和剖分式兩類。整體式滑動(dòng)軸承由軸承座、軸套、油杯和油溝組成。軸承座常用鑄鐵制成，軸承座用螺栓固定在支架上，頂部裝有供潤(rùn)滑的油杯，軸承孔內(nèi)壓入用減摩擦材料制成的軸套，軸套上開有油孔與內(nèi)表面上的油溝相連。整體式滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低廉。但裝配不太方便，拆裝時(shí)必須通過軸端。軸磨損后軸頸與軸套間的徑向間隙過大時(shí)無法在調(diào)整，常用于輕載、低速或間歇操作和非重要場(chǎng)合。剖分式滑動(dòng)軸承由軸承座、軸承蓋、剖分軸瓦、軸承蓋緊固螺栓等組成。為了節(jié)約貴重金屬，常

6、在軸瓦表面帖服一層軸承襯，非重要的軸承可不裝軸瓦，在軸瓦內(nèi)壁不負(fù)擔(dān)載荷的部分表面開設(shè)供潤(rùn)滑用的油溝。剖分面最好與載荷方向近于垂直，故一般軸承的剖分面是水平的，軸承蓋與軸承座常作成階梯形，裝配時(shí)便于定位和工作時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)位。剖面上放有少量薄墊片，可在軸瓦磨損后用減少墊片來調(diào)整軸頸與軸瓦間的間隙。軸承蓋上端有安裝油杯的螺紋孔。2、推力滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu).（二）滑動(dòng)軸承材料和軸瓦結(jié)構(gòu)軸承材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬材料包括軸承合金、青銅、鋁基合金、鋅基合金、見摩擦鑄鐵和含油軸承等。軸承合金:錫、鉛、銻、銅的合金統(tǒng)稱為軸承合金。一般是以錫或鉛做為基體，懸浮體和銅的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，軟基體則增加材料

7、的塑性。巴氏合金的機(jī)械強(qiáng)度較低，價(jià)格貴，通常做軸襯使用。青銅：用的最廣的是以鑄鋅錫鉛青銅，它有很好的疲勞強(qiáng)度。鑄錫磷青銅的減摩性和耐磨性都很好，機(jī)械強(qiáng)度都很高，適用于重載荷。銅鉛合金適宜用于高溫。鑄鐵：它的各項(xiàng)性能具均不如軸承合金和青銅，由于價(jià)格便宜，常用于低速、輕載和無沖擊的場(chǎng)合。含油軸承是一種粉末冶金材料，一般有鐵-石墨和銅-石墨兩種。它們屬于多孔組織，細(xì)孔內(nèi)可充滿潤(rùn)滑油起潤(rùn)滑作用，并有很好的耐磨性。非金屬軸承材料包括塑料、尼龍、硬木、橡膠和石墨等。常用酚醛塑料和聚四氟乙烯等。二、滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承相比是以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，摩擦阻力小，啟動(dòng)靈活、效率高、潤(rùn)滑方式簡(jiǎn)單、使用方便。

8、滾動(dòng)軸承的種類、尺寸、精度等級(jí)已經(jīng)建立標(biāo)準(zhǔn)和系列并由專門廠家成批生產(chǎn)，成本低廉，便于互換等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但它抗沖擊能力差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)噪音，工作壽命比較短，也受到一定限制。 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架組成。內(nèi)圈安裝在軸的軸頸上，外圈裝在軸承座或其他零件上，多數(shù)情況是內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈不動(dòng)，有時(shí)也相反或內(nèi)外圈分別按不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)外圈上凹槽稱為滾道，允許滾動(dòng)體在滾道內(nèi)滾動(dòng)，滾動(dòng)體的外形有球形、圓柱形、圓錐體形、鼓形、螺旋體形和滾針形等。第三章 聯(lián)軸器聯(lián)軸器是用來連接軸與軸和軸與其糨傳動(dòng)件使之一起旋轉(zhuǎn),傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩的部件.聯(lián)軸器的種類很多,結(jié)構(gòu)各異,其中大部分已

9、標(biāo)準(zhǔn)化.選擇時(shí)可根據(jù)不同的載荷和工作場(chǎng)合的要求選擇其不同的類型,再按軸的直徑計(jì)算最大起動(dòng)扭矩MC和轉(zhuǎn)速n,最后從有關(guān)手冊(cè)中查出適合的型號(hào).若用于重要場(chǎng)合對(duì)其個(gè)別關(guān)鍵零件還需進(jìn)行強(qiáng)度校核.最大起動(dòng)扭矩按下式計(jì)算: MC=MO+M1=KMO,式中: MC_最大起動(dòng)扭矩;MO_克服載荷和摩擦阻力所需工作扭矩;M1_全部質(zhì)量在起動(dòng)加速時(shí)所需扭矩.由于起動(dòng)扭矩計(jì)算的影響因素很多,計(jì)算十分復(fù)雜且不精確,工作中常引入載荷系數(shù)K的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算.當(dāng)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)時(shí)其K值按表11-13選取.聯(lián)軸器的分類一般按聯(lián)接兩軸的相對(duì)位置和位置之間的變化關(guān)系,分為固定式聯(lián)軸器和可移式聯(lián)軸器.可移式聯(lián)軸器又按照補(bǔ)償位移的方

10、法不同分為剛性和彈性聯(lián)軸器兩種.表11-13載荷系數(shù)K載荷情況起動(dòng)質(zhì)量輕載荷較平穩(wěn)(小型發(fā)電機(jī)離心泵透平壓機(jī)等)起動(dòng)質(zhì)量中,受變載較小沖擊載茶(攪拌增壓泵沖床壓縮機(jī)等)起動(dòng)質(zhì)量大,受沖擊大的變載荷(控掘起重碎石軋機(jī)等)K11.51.5223注:1.固定式和剛性可移式聯(lián)軸器宜取大值,彈性聯(lián)軸器宜取小值.2.當(dāng)原動(dòng)面為內(nèi)燃機(jī)時(shí),上表的K值應(yīng)增加20%40%,缸數(shù)小的(單缸)取大值,多的(四缸及以上)取小值.一、固定式聯(lián)軸器:主要由兩個(gè)分別裝在兩軸上的關(guān)聯(lián)軸器(1,2)和聯(lián)接螺栓(3)組成.聯(lián)軸器通常用鑄鐵鑄鋼或鍛鋼制造.這種聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速和載荷都受到一定的限制.鑄鐵制成的一般適用于中載和U35m/s

11、.鑄鋼鍛鋼制成的聯(lián)軸器可適用于重載和轉(zhuǎn)速U75m/s的場(chǎng)合.凸緣聯(lián)軸器按對(duì)中方式不同分為I型和II型.凸緣聯(lián)軸器按標(biāo)準(zhǔn)選用,在必要時(shí)應(yīng)對(duì)螺栓及鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核.套筒式聯(lián)軸器:它通過套筒與兩軸聯(lián)接.當(dāng)d80mm的套筒常用35或45號(hào)鋼制造. d 80mm時(shí)允許用鑄鐵制造,一般控制在d100mm范圍內(nèi).該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,常用于傳遞扭矩較小的場(chǎng)合.夾殼式聯(lián)軸器:夾殼式聯(lián)軸器是由兩半筒形夾殼(1,2)和螺栓(3)組成.夾殼聯(lián)軸器常用鑄鐵(有時(shí)也用鋼)制成,這種聯(lián)軸器是部分式的,裝卸特別方便,且價(jià)廉.常用于低速(U5m/s)的場(chǎng)合.夾殼式聯(lián)軸器按標(biāo)準(zhǔn)選用.對(duì)于U5m/s的場(chǎng)合必要進(jìn)行平衡檢驗(yàn)合格

12、后方能使用.二、可移動(dòng)性剛性聯(lián)軸器在傳動(dòng)裝置中,由于制造,安裝等誤差兩軸往往難精確對(duì)中,即是安裝時(shí)能保證,但由于旋轉(zhuǎn)零件或載荷不平衡,工作溫度變化的影響,補(bǔ)聯(lián)接兩軸可能發(fā)生較大的相對(duì)位移或偏斜.常出現(xiàn)軸向位移、徑向位移、偏角位移或綜合位移等情況.這時(shí)采用或移性聯(lián)軸器對(duì)這些位移進(jìn)行補(bǔ)償.常用的可移性剛聯(lián)軸器分為以下幾種：1、牙嵌聯(lián)軸器:牙嵌聯(lián)軸器是由兩個(gè)端面都有凸牙和凹槽的半聯(lián)軸器組成, 凸牙和凹槽對(duì)應(yīng)安放,當(dāng)發(fā)生位移時(shí)凸牙可在凹槽中滑動(dòng)以補(bǔ)償軸向位移.為了便于對(duì)中,在左端裝有對(duì)中環(huán)并用螺釘固定.牙嵌聯(lián)軸器一般采用中強(qiáng)度鑄鐵(也可用鑄鋼)制成.該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸較小時(shí)能承擔(dān)較大的載荷.2、十

13、字滑塊聯(lián)軸器：這種聯(lián)軸器是由兩個(gè)端面都開有凹槽的兩個(gè)半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面都設(shè)有榫的圓盤組成.凹槽的中心線分別通過兩軸的中心,兩榫中心線相互垂直并通過圓盤中心.關(guān)聯(lián)軸器分別因固裝在兩軸上,由圓盤兩面的榫分別嵌在兩半聯(lián)軸器的凹槽中而構(gòu)成.轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤的榫在凹槽中滑動(dòng),從而補(bǔ)償其徑向位移的同時(shí)保持聯(lián)動(dòng).為了減少滑動(dòng)的摩擦磨損,一般在滑動(dòng)面加潤(rùn)滑劑.這類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,徑向尺寸小,可承受較大的載荷.但由于圓盤在作偏心轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的離心力隨圓盤質(zhì)量和速度的增加而增加,故轉(zhuǎn)速受到一定的限制.這種聯(lián)軸器常用于徑向位移小于轉(zhuǎn)軸直徑的0.04倍,小于30角位移和沖擊載荷小的場(chǎng)合.3、齒輪聯(lián)軸器：所示齒輪聯(lián)軸器是由兩個(gè)

14、具有外齒環(huán)的半聯(lián)軸器和兩個(gè)具有內(nèi)齒環(huán)的外殼所組成,兩外殼用螺栓聯(lián)接起來.當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過齒輪互相嚙合帶動(dòng)一個(gè)半聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng).再通過另一半聯(lián)軸器的內(nèi)外齒相互嚙合,帶動(dòng)另一半聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)另一軸的旋轉(zhuǎn).齒輪聯(lián)軸器是靠?jī)?nèi)外齒相互嚙合進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力.為了減少嚙合輪齒間的摩擦磨損和相對(duì)移動(dòng)的阻力,在外殼內(nèi)貯存有潤(rùn)滑油,當(dāng)聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)將甩開以潤(rùn)滑互相嚙合的齒輪.齒輪聯(lián)軸器允許兩軸作綜合位移.由于嚙合齒間留有較大的齒側(cè)間隙,故可補(bǔ)償兩軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的偏斜.若齒頂作成球面形(球面中心應(yīng)在軸線上)或?qū)⑤嘄X作成鼓形,均能允許兩軸作較大的綜合位移和增大允許的位移量.齒輪聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)一般是幾個(gè)齒同時(shí)嚙合,故

15、傳遞扭矩的能力比相同尺寸的其它聯(lián)軸器要大得多,當(dāng)軸直徑為14250mm時(shí)許用扭矩為3551.0×105N·m,許用轉(zhuǎn)速為9504000r/min,允許軸向位移為6.3mm以下.若采用鼓形輪齒時(shí),允許角位移可高達(dá)3°。該聯(lián)軸器一般用鑄鋼或鍛鋼制成,適用于高速和重載,該聯(lián)軸器按標(biāo)準(zhǔn)選用.4、萬向聯(lián)軸器(十字鉸鏈聯(lián)軸或簡(jiǎn)稱萬向聯(lián)軸節(jié))主要用于兩軸有較大的偏轉(zhuǎn)(偏斜角最大可達(dá)45°)或較大的角位移的場(chǎng)合.萬向聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,一般由兩個(gè)叉形零件一個(gè)十字形零件和軸銷等組成,兩個(gè)叉形零件的叉端則與十字型零件鉸鏈聯(lián)接,這種聯(lián)軸器通常用40Cr或40CrNi鋼制造,常

16、成對(duì)使用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和軋鋼機(jī)等傳動(dòng)裝置中.上述聯(lián)軸器都是采用剛性零件組裝而成,沒有吸振和緩沖功能,在運(yùn)轉(zhuǎn)中若有滑動(dòng)件與滑動(dòng)件互相摩擦磨損后間隙就會(huì)逐漸增大.當(dāng)速度和載荷發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng),故剛性聯(lián)軸器適用于載荷穩(wěn)定和速度變化不大的場(chǎng)合.三、可移性彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器是在聯(lián)軸器中裝有金屬或非金屬的彈性元件,利用這些彈性元件受載后產(chǎn)生的彈性變形來補(bǔ)償軸與軸間的相對(duì)位移.彈性元件還具有緩沖和吸振的能力.常用于頻繁起、載荷、轉(zhuǎn)速變化大及兩軸難以對(duì)中的場(chǎng)合.彈性聯(lián)軸器的使用還可以大大降低聯(lián)軸器的加工要求,有利于降低成本和提高經(jīng)濟(jì)性.彈性元件可分別由金屬和非金屬材料做成,用金屬材料做成的常用

17、桿彈簧式、蛇形彈簧式、扭轉(zhuǎn)彈簧式、旋轉(zhuǎn)彈簧式、徑向?qū)影鍙椈墒?、軸向?qū)影鍙椈墒胶途戆鍙椈墒降?金屬彈性元件具有體積小,強(qiáng)度高,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn).非金屬彈性元件具有良好的彈性滯后性,消振能力強(qiáng),單位重量的非金屬材料所能儲(chǔ)存的能量比金屬大得多(橡膠比鋼大10倍左右)緩沖能力好.采用非金屬元件的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,互換性好而補(bǔ)廣泛采用.非金屬彈性元件有:彈性圈柱銷式、盤式、彈性爪式、橡膠板式聯(lián)軸器等,常用的是彈性圈柱銷式和尼龍柱銷式聯(lián)軸器兩種.彈性圈柱銷聯(lián)軸器,其結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器相似,只是用套有非金屬彈性圈的柱銷代替凸緣聯(lián)軸器的螺栓,并取消了凸肩和凹槽的結(jié)構(gòu).在兩半聯(lián)軸器之間留有一定的軸向間隙,

18、這可補(bǔ)償工作時(shí)出現(xiàn)的少量綜合位移,彈性圈要求彈性較好,以適應(yīng)于軸的正反轉(zhuǎn)變化多,啟動(dòng)頻繁和載荷變化大的場(chǎng)合.一般工作溫度范圍在橡膠適應(yīng)的范圍(-2050內(nèi)),并不容許與有害于橡膠的介質(zhì)接觸.該聯(lián)軸器有標(biāo)準(zhǔn)型和輕型兩種,選擇時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)選用.當(dāng)選定后須對(duì)作用在彈性圈單位面積上的壓力P和柱銷的彎曲強(qiáng)度0b進(jìn)行校核.第四章 減速機(jī)減速器是由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪或蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件,它具有固定傳動(dòng)比,常用在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間作為減速的傳動(dòng)裝置.由于減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),因此在現(xiàn)代機(jī)器中的應(yīng)用極為廣泛.常用減速器已標(biāo)準(zhǔn)化.一、減速器的類型減速器的類型很多,一般分為圓柱齒輪減速

19、器圓錐齒輪減速器蝸桿減速器和行星齒輪減速器等.按減速器的級(jí)數(shù)又可分為單級(jí)兩級(jí)和三級(jí)等減速器.1. 圓柱齒輪減速器圓柱齒輪減速器是應(yīng)用最廣泛的一種減速器.當(dāng)傳動(dòng)比i 7.1時(shí),可采用單級(jí)圓柱齒輪減速器,當(dāng)i=7.150時(shí),或采用單級(jí)圓柱齒輪減速器,其外廓尺寸將很大.這時(shí)宜采用兩級(jí)圓柱齒輪減速器.兩級(jí)圓柱齒輪減速器按其齒輪布置形式可分為展開式分流式和同軸式.展開式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但齒輪相對(duì)于軸承為不對(duì)稱布置,受載時(shí)軸的變形導(dǎo)致載荷沿齒寬分布不均,因此要求軸承有較大的剛度.這種減速器適用于載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合.分流式的齒輪相對(duì)于兩側(cè)的軸承對(duì)稱布置,載荷沿齒寬分布均勻,軸承受載也較均勻,但結(jié)構(gòu)比展開式復(fù)雜.同

20、軸式的輸入軸與輸出軸位于同一軸線上,故箱體長(zhǎng)度尺寸較短,軸向尺寸和重量較大,且中間軸較長(zhǎng),剛性差,容易使載荷沿齒寬分布不均.當(dāng)減速器傳動(dòng)比i=50315時(shí),宜采用三級(jí)圓柱齒輪減速器.2. 圓錐齒輪減速器圓錐齒輪減速器用于輸入軸和輸出軸相交的場(chǎng)合.當(dāng)傳動(dòng)比i8時(shí),采用單級(jí)圓錐齒輪減速器,當(dāng)傳動(dòng)比i=840時(shí),采用兩級(jí)圓錐齒輪減速器,當(dāng)傳動(dòng)比i=40160時(shí),宜采用三級(jí)圓錐齒輪減速器,由于圓錐小齒輪是懸臂支承,其受載較差,為了使其受力減小,常將圓錐齒輪作為高速級(jí).3. 蝸桿減速器這種減速器主要用于傳動(dòng)比較大的場(chǎng)合,當(dāng)i=1080時(shí),可采用單級(jí)蝸桿減速器,兩級(jí)蝸桿減速器適用于傳動(dòng)比i=433600的

21、傳動(dòng),其特別是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但轉(zhuǎn)動(dòng)效率不高.4. 行星齒輪減速器行星齒輪減速器具有傳動(dòng)比大效率高結(jié)構(gòu)緊湊和體積小等優(yōu)點(diǎn),但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造精度要求高.這種減速器類型很多,按其傳動(dòng)級(jí)數(shù)也可分為單級(jí)兩級(jí)和多級(jí).第五章 化工設(shè)備常用材料化工設(shè)備常用材料種類很多,主要有金屬材料非金屬材料和復(fù)合材料.化工生產(chǎn)條件十分復(fù)雜,溫度從低溫到高溫,壓力從真空到超高壓,介質(zhì)具有易燃易爆有毒及強(qiáng)腐蝕性等,不同的生產(chǎn)條件對(duì)材料有不同的要求.因此,為了保證化工設(shè)備的安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性要求,必須根據(jù)設(shè)備的具體操作條件及制造等方面的要求,合理的選擇材料.化工設(shè)備常用金屬材料的基本性能金屬材料是化工設(shè)備最常用的一種材料.金屬材料的基

22、本性能主要有機(jī)械性能化學(xué)性能物理性能和制造工藝性能等.一、機(jī)械性能機(jī)械性能是指金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性,它主要包括材料強(qiáng)度塑性及韌性等.1. 強(qiáng)度強(qiáng)度是指材料抵抗外載荷能力大小的指標(biāo),常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服極限0S和強(qiáng)度極限0b.這兩個(gè)指標(biāo)是確定材料許用應(yīng)力的主要依據(jù).設(shè)計(jì)時(shí),選用強(qiáng)度較高的材料,可減少構(gòu)件的尺寸及重量.另外,屈服極限0S和強(qiáng)度極限0b的比值稱為屈服比,它反映材料屈服后強(qiáng)化能力的高低,低強(qiáng)鋼的屈服比數(shù)值較小,屈服后的強(qiáng)度裕量較大,高強(qiáng)鋼的屈強(qiáng)比數(shù)量較大,屈服后的強(qiáng)度裕量較小.2. 塑性材料的塑性是指材料在破壞前變形能力的大小.塑性指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率.凡是采用冷作加

23、工成型工藝制造的化工設(shè)備,必須要求材料具有良好的塑性.用塑性好的材料制造的設(shè)備,在破壞前會(huì)發(fā)生明顯的塑性變形,而塑性差的材料制造的設(shè)備,往往沒有產(chǎn)生明顯的變形而突然遭到破壞.因此,從設(shè)備的加工制造和安全運(yùn)行角度考慮,要求材料的塑性要好.化工設(shè)備中的主要用材,一般要求5=15%20%以上.另外,對(duì)冷彎成型的化工設(shè)備的用材,還需對(duì)材料作冷彎性能試驗(yàn),冷彎180°后不開裂方可作為設(shè)備的用材.3. 韌性韌性是材料對(duì)缺口或裂紋敏感程度的反映.材料韌性好壞用沖擊韌性ak(J)表示.韌性好的材料,即使存在缺口或裂紋而引起應(yīng)力集中,也有較好的防止發(fā)生脆斷和裂紋快速擴(kuò)展的能力.某些材料在低溫下,韌性明

24、顯下降,材料由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?這種現(xiàn)象稱為材料的冷脆性.材料韌性值發(fā)生突然明顯降低的溫度,稱為材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度(NDT).由于材料的冷脆性,設(shè)備在低溫下容易發(fā)生脆性斷裂,破壞時(shí)應(yīng)力較低,又無可見的變形現(xiàn)象發(fā)生,危險(xiǎn)性較大.4. 硬度硬度是指材料對(duì)局部塑料變形的抵抗能力.常用硬度指標(biāo)有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)等,硬度大小反映材料的耐磨性能和切削加工的可能性.一般來說,硬度越高,耐磨性能好,但切削加工性能較差.化工設(shè)備中的某些相互連接的配合結(jié)構(gòu),其零部件的硬度有不同的要求,例如,列管式換熱器中的管子與管板的連接,當(dāng)采用脹接時(shí),要求管板的硬度比管子的硬度高,這是由于管子通過脹接固定在管

25、板上時(shí),要求硬度小的管子發(fā)生擴(kuò)張變形實(shí)現(xiàn)管子與管板的連接,當(dāng)管子損壞需要更換時(shí),不至影響管板孔的尺寸和粗造度.又如在螺栓連接法蘭密封結(jié)構(gòu)中,要求螺栓的硬度大于螺母的硬度,在裝拆時(shí)螺母易損而便于更換,同時(shí)也可以避免螺栓和螺母咬死.5. 高溫下材料的機(jī)械性能金屬材料機(jī)械性能隨溫度升高而發(fā)生變化,銅鋁等材料,溫度升高,其強(qiáng)度降低,塑性得高.但對(duì)于低碳鋼,溫度升高時(shí),材料的強(qiáng)度也升高,當(dāng)溫度超過350以后,強(qiáng)度下降,塑性提高.金屬材料在高溫和應(yīng)力共同作用下會(huì)產(chǎn)生不可回復(fù)的變形,其應(yīng)變量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,這種現(xiàn)象稱為材料的蠕變.材料在高溫條件下抵抗發(fā)生蠕變的能力,用材料的蠕變極限0tn或持久極限0tD

26、表示. 0tn是材料在恒定高溫下,經(jīng)歷10萬小時(shí)發(fā)生蠕變斷裂時(shí)的應(yīng)力.高溫時(shí), 0tn或0tD是確定材料許用應(yīng)力的依據(jù)之一.二、耐蝕性能化工生產(chǎn)中所處理的物料,大多是有腐蝕性的.介質(zhì)的腐蝕性能通常是選材的主要依據(jù).根據(jù)介質(zhì)的腐蝕特點(diǎn),合理選擇材料,關(guān)系到設(shè)備是否能安全運(yùn)行使用壽命產(chǎn)品質(zhì)量及環(huán)境污染等問題.三、物理性能金屬材料的物理性能指導(dǎo)熱系數(shù)線膨脹系數(shù)密度熔點(diǎn)及導(dǎo)電性等.材料在不同的使用場(chǎng)合,對(duì)其物理性能要求不同.例如,用作傳熱表面的材料,必須考慮材料的導(dǎo)熱性能,對(duì)襯里或復(fù)合鋼板所制設(shè)備,應(yīng)盡量使不同材料的線膨脹系數(shù)相等或接近.四、加工工藝性材料的加工工藝性有可焊性、可鍛性、可鑄性、切削加工

27、和熱處理性能等.對(duì)化工設(shè)備用材的加工工藝性要求,取決于設(shè)備的結(jié)構(gòu)和加工方式.例如,用板材制造設(shè)備的殼體時(shí),要求材料具有良好的塑性、良好的切削加工性能和焊接性能等.化工設(shè)備常用材料一、碳素鋼碳素鋼由鐵和碳兩種基本元素組成,是工程上廣泛使用的一種金屬材料.根據(jù)鋼材的質(zhì)量分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.1. 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼含硫、磷等雜質(zhì)較多,是質(zhì)量不太高的鋼種.鋼的強(qiáng)度不高,但成本較低.這類鋼材按不同的質(zhì)量保證條件分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí).鋼的牌號(hào)由代表鋼材屈服極限的字母、屈服極限值、質(zhì)量等極和脫氧方法符號(hào)四部分組成.如Q235-AF,表示該鋼種屈服極限值為235MPa,質(zhì)量等級(jí)為A級(jí),

28、“F”表示治煉過程中脫氧不完全(沸騰鋼).如果脫氧完全的為值靜鋼,牌號(hào)組成表示中可以不表示,如Q235-A.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼可用來制造常壓低壓及外壓設(shè)備的殼體,也可制作設(shè)備的零部件如支座、法蘭、螺栓和螺母等.例如Q235-AF:適用設(shè)計(jì)壓力p0.6MPa,使用溫度0250,壁厚不超過12mm的容器用材;Q235-A:適用設(shè)計(jì)壓力p1.0MPa,使用溫度0350,壁厚不超過16mm容器用材.2. 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼所含硫、磷雜質(zhì)較少(S0.04%,P0.4%),治煉工藝較嚴(yán)格,質(zhì)量好,強(qiáng)度較高,成本比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼高.鋼的牌號(hào)用鋼中平均含碳量的萬分之幾表示,如20,表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)

29、質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.對(duì)于某些行業(yè)用鋼,則在數(shù)字后加上相應(yīng)代號(hào),如R表示容器用鋼,G表示鍋爐用鋼等.根據(jù)鋼含碳量的不同分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼.(1) 低碳鋼含碳量0.25%,鋼號(hào)有08、10、15、20、25.鋼的強(qiáng)度較低,塑性好,焊接性能好,這類鋼在化工設(shè)備中廣泛應(yīng)用.20R是壓力容器專用鋼種,其質(zhì)量控制比20更嚴(yán),性能優(yōu)于20鋼.(2) 中碳鋼含碳量在0.3%0.6%之間,鋼號(hào)有30、35、40、45等.這類鋼的強(qiáng)度較高,塑性、韌性較好,焊接性能較差.不適于容器用鋼,可作為軸、齒輪、螺栓等用鋼.(3) 高碳鋼含碳量0.6%,由于鋼中含碳量高,所以它的強(qiáng)度硬度高,但塑性及焊接性能差.這類鋼常用來

30、制造工具.二、普通低合金鋼普通低合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加少量合金元素(總量不超過5%)冶煉成的.鋼的強(qiáng)度高,焊接性能好,并有較好的耐蝕和耐高溫低溫的性能.鋼的牌號(hào)是以平均含碳量的萬分之幾加上合金元素符號(hào)及合金元素平均含量的百分之幾表示,合金元素含量小于1.5%的不標(biāo)出.例如16Mn,“16“表示平均含碳量為0.16%(0.12%0.2%),“Mn”表示Mn元素,由于Mn含量小于1.5%,故在Mn后不加注數(shù)字.由于普通低合金鋼的綜合性能優(yōu)于碳素鋼,故廣泛用于制造壓力容器用鋼,如16 MnR、15MnVR、18MnMoNbR等.低溫容器用16MnDR、09Mn2VDR等.溫度較高(400600

31、)時(shí),可用15CrMoR、12Cr2Mo1R等.三、不銹鋼在大氣、水及弱腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的高合金鋼稱為不銹鋼,在各種化學(xué)試劑和強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的高合金鋼稱為不銹耐酸鋼,習(xí)慣上將二者通稱為不銹鋼.根據(jù)鋼的化學(xué)成分不同,不銹鋼可分為鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼等.不銹鋼牌號(hào)表示為：“含碳量的千分之幾、合金元素、合金元素百分之幾”.含碳量大于0.08%的為高碳級(jí)不銹鋼,鋼號(hào)前為“1”,如1Cr18Ni9Ti;含碳量0.08%,鋼號(hào)前為“0”,如0Cr18Ni9;含碳量為0.03%,鋼號(hào)前為“00”,如00Cr18Ni11;含碳量0.01%,鋼號(hào)前為“000”,如000Cr18Ni9.由于不銹鋼對(duì)許多介質(zhì)

32、都具有良好的耐蝕性能耐熱性及低溫性能好,廣泛用于食品、化工、原子能等工業(yè)部門.四、鑄鐵鑄鐵是含碳量約為2%4.5%的鐵碳合金,其中S、P、Si、Mn等雜質(zhì)的含量較高.常用的鑄鐵有以下幾種.1. 灰鑄鐵碳元素以自由狀況的片狀石墨形式存在于合金中,斷口呈灰色.它的抗拉強(qiáng)度低,承壓能力強(qiáng),常用來制造機(jī)座、泵體、常壓容器等.牌號(hào)舉例:HT100,HT表示灰鑄鐵,100指材料的抗拉強(qiáng)度0b=100MPa.常用的牌號(hào)有HT100、HT200、HT350等.2. 球墨鑄鐵合金中加入少量球化劑和石墨化劑,使碳元素呈球狀,它的機(jī)械性能接近于鋼,但價(jià)格低于一般鋼,常用來制造曲軸、連桿等.牌號(hào)舉例:QT400-18

33、,QT表示球墨鑄鐵,400指0b=400MPa,18指伸長(zhǎng)率為18%.常用牌號(hào)QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2等.3. 可鍛鑄鐵合金中的碳元素呈團(tuán)絮狀石墨形式,與灰鑄鐵相比有較好的塑性和韌性,又比鋼具有更好的鑄造性能,常用于截面較薄而形狀復(fù)雜的輪殼、管接頭等.根據(jù)組織成分和性能分為:具有一定韌性和較高強(qiáng)度的黑心可鍛鑄鐵KTH,強(qiáng)度較高、耐磨性好的珠光體可鍛鑄鐵KTZ及韌性和加工性能均較好的白心可鍛鑄鐵KTB.牌號(hào)舉例:KTH300-06,KTH表示黑心鑄鐵,300指0b=300MPa,06表示伸長(zhǎng)率為6%.常用牌號(hào)有KTH330-08、KTH370-12;KTZ

34、450-06KTZ650-02;KTB350-04KTB450-07.4. 耐蝕、耐熱、耐磨鑄鐵在鑄鐵中加入硅等原素可大幅度地提高鑄鐵的耐蝕性,它對(duì)硫酸、室溫下的鹽酸、濃硝酸和有機(jī)酸等有良好的耐蝕性,將這種鑄鐵稱為耐蝕鑄鐵或高硅鑄鐵STSi15R;在鑄鐵中加入Cr等原素形成耐熱鑄鐵RTCr;在鑄鐵中加入Mn等原素形成耐磨鑄鐵MQTMn6或抗沖擊又耐磨的抗磨鑄鐵KMTBMn5W3等.五、有色金屬及其合金化工設(shè)備常用有色金屬有鋁、銅、鉛、鈦及其合金等.1. 鋁及鋁合金鋁具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,且塑性好.鋁在中性及近中性的水及大氣中有很高的穩(wěn)定性,在氧化性酸或鹽溶液中也十分穩(wěn)定.例如鋁在濃硝酸中的耐蝕

35、性比不銹鋼還高,所以常用于濃硝酸的生產(chǎn)中.鋁在太多數(shù)有機(jī)介質(zhì)中有良好的耐蝕性.在有機(jī)的食物酸中不沾污,無毒害,也不會(huì)改變保藏物品的顏色,所以常用于食品工業(yè).由于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)高,在低溫下仍能保持較好的塑性,常用于制作深冷設(shè)備.純鋁強(qiáng)度低,使用受到一定限制,加入某些合金元素如Cu、Mg、Mn、Si等可以使強(qiáng)化.A1-Cu合金(硬鋁)耐蝕性較差,A1- Mn,A1- Mg, A1- Mg-Si等合金耐蝕性好.2. 銅和銅合金銅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和塑性.銅在大氣、水、海水和中性鹽溶液中耐蝕,在稀H2SO4、HC1等非氧化性介質(zhì)中也很穩(wěn)定.但在氧化性介質(zhì)及有氧的堿中不耐蝕.銅和鋅和合金稱為黃銅,其耐

36、蝕性一般與純銅差不多,常用來作海水的熱交換器等.銅和錫、鋁、鉛、銻等組成的合金稱為青銅,它具有較高的耐蝕性和耐磨性,常用來制作軸瓦等耐磨零件.3. 鉛和鉛合金鉛對(duì)稀H2SO4特別耐蝕,在濃度低于80%的熱硫酸(85以上)和96%以下的冷硫酸以及硫酸鹽溶液中具有好的耐蝕能力,這是因?yàn)楦g產(chǎn)物PbSO4溶解度小,有很好的保護(hù)性.線鉛的強(qiáng)度低,硬度小,一般作設(shè)備襯里,如果用來制造貯槽管道等則需采取加強(qiáng)措施.鉛銻合金稱為硬鉛,它的強(qiáng)度硬度較純鉛高,耐蝕性與純鉛類似,常用來制造輸送硫酸的泵管道和閥門等.鉛屬于有毒金屬,鉛及其合金不允許用于食品和醫(yī)藥工業(yè).六、非金屬材料非金屬材料種類很多,根據(jù)材料性質(zhì),可

37、分為無機(jī)材料和有機(jī)材料兩類.按使用方法則可分為結(jié)構(gòu)材料、襯里材料、鍍層材料、涂料及浸漬材料等.1. 無機(jī)材料常用無機(jī)材料有化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃及石墨等.化工陶瓷材料具有優(yōu)良的耐蝕性能,除了氫氟酸、硅氟酸及熱或濃堿液外,幾乎能耐一切介質(zhì)腐蝕.但它的強(qiáng)度低、性脆,并且導(dǎo)熱系數(shù)小,熱膨脹系數(shù)較大.因此不耐沖擊,局部過熱或驟冷、驟熱易損壞.化工陶瓷常用來制造接觸強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的塔器、泵、管道、瓷磚等.化工搪瓷除氫氟酸、含氟化物溶液、濃熱磷酸及強(qiáng)堿外,對(duì)各種濃度的無機(jī)酸、有機(jī)溶劑和弱堿等均耐蝕.化工搪瓷適應(yīng)溫度劇變的性能不太高.因搪瓷層與鋼鐵熱膨脹系數(shù)相差大,急冷、急熱易引起瓷釉層破裂,故實(shí)際使用溫度最

38、高不超過300,溫度急變的溫差不超過120°.化工搪瓷制品有反應(yīng)釜、貯槽、塔器、熱交換器、管子等.玻璃具有良好的耐蝕性和熱穩(wěn)定性,但不耐沖擊,耐溫度劇變性能差.常用玻璃制作反應(yīng)器熱交換器泵及管道等.2. 有機(jī)材料化工上常用的有機(jī)材料有塑料橡膠等.塑料是作為化工設(shè)備結(jié)構(gòu)材料的一種主要的有機(jī)高分子材料,塑料種類很多,常用的有硬聚氯乙烯酚醛塑料玻璃鋼等.硬聚氯乙烯具有良好的耐腐蝕性,且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度,成型加工和焊接比較方便,所以在硝酸鹽酸硫酸和氯堿等生產(chǎn)系統(tǒng)中,廣泛用來制作貯槽塔器泵及管道等,一般使用溫度為-1050,作為非受力構(gòu)件時(shí),溫度可達(dá)80.第六章 容器一、容器的分類1、按容器

39、的作用原理分：換熱容器、反應(yīng)容器、分離容器、貯運(yùn)容器2、按容器承受的介質(zhì)壓力來分：（1）常壓容器：對(duì)于圓筒形容器，-0.02MPaP0.1 MPa（2）受壓容器：A、外壓容器：容器外部壓力大于內(nèi)部壓力B、內(nèi)壓容器：低壓容器：0.1MPaP1.6 MPa中壓容器：1.6 MPaP10.0MPa高壓容器：10MPaP100 MPa超高壓容器：P100 MPa3、按容器壁厚分：根據(jù)容器外徑D0和內(nèi)徑Di的比值（K= D0/Di）將容器分為薄壁容器（K1.2）和厚壁容器（K1.2）。4、壓力容器綜合分類 國家勞動(dòng)部門為了便于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器承受壓力的高低，壓力與容積的乘積大小、介質(zhì)的危

40、害程度，及容器在生產(chǎn)過程中的作用的綜合分類方法。壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程將容器分為三類：一類容器：低壓容器（二、三類容器中的低壓容器除外）二類容器：屬下列情況之一者為二類容器。（1）中壓容器（三類容器中的中壓容器除外）；（2）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；（3）易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓容器和貯存容器；（4）搪玻璃壓力容器；（5）低壓管殼式余熱鍋爐；三類容器：屬下列情況之一者為三類容器。（1）高壓容器；（2）毒性程度極度和高度危害介質(zhì)的中壓容器和PV0.2MPa*m3的低壓容器；（3）易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)且PV0.5MPa*m3的中壓反應(yīng)容器和PV10MPa*m3的中

41、壓貯存容器；（4）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐。第七章 容器零部件一、法蘭1、法蘭連接密封的結(jié)構(gòu)及工作原理法蘭連接由一對(duì)法蘭、墊片和螺栓組成。墊片裝在兩個(gè)法蘭之間，法蘭通過連接螺栓壓緊墊片來實(shí)現(xiàn)密封。2、法蘭類型根據(jù)法蘭與設(shè)備或管道連接的整體程度可分為：（1）整體法蘭A、對(duì)焊法蘭：法蘭帶有錐頸，又稱為帶頸對(duì)焊法蘭。這種法蘭的法蘭環(huán)、錐頸和殼體有效的連成一整體，殼體與法蘭能同時(shí)受力，法蘭的強(qiáng)度和剛度較高。但法蘭受力會(huì)在殼體上產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，造價(jià)較高。適用于壓力、溫度較高及有毒、易燃、易爆的重要場(chǎng)合。B、平焊法蘭：又稱為任意式法蘭。從結(jié)構(gòu)上看，法蘭與殼體連成一體，但兩者間的整體程度比較差。但由于法

42、蘭結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，廣泛用于溫度、壓力不太高的場(chǎng)合。（2）松式法蘭A、活套法蘭：由于法蘭未能與殼體有效地連成一體，它對(duì)設(shè)備或管道不產(chǎn)生附加應(yīng)力，法蘭剛度小，法蘭厚度較整體法蘭厚。這種法蘭適用于有色金屬（如銅和鋁）和非金屬設(shè)備及管道的連接，因法蘭不與介質(zhì)接觸，對(duì)不銹鋼制設(shè)備采用碳鋼制法蘭，可節(jié)約貴重材料。B、螺紋法蘭：這種法蘭受力后的附加應(yīng)力小，可用于小口徑高壓管道的連接。第八章 管殼式換熱器管殼式換熱器又稱為列管式換熱器.這種換熱器具有處理能力大,適應(yīng)性強(qiáng),可靠性高,設(shè)計(jì)和制造工藝成熟,生產(chǎn)成本低,清洗較為方便等優(yōu)點(diǎn).是目前生產(chǎn)中廣泛使用的一種換熱設(shè)備.管殼式換熱器的設(shè)計(jì)或選用,除應(yīng)滿足規(guī)定的化工

43、工藝條件外,還需滿足下述各項(xiàng)基本要求:(1) 換熱效率高;(2) 液體流動(dòng)阻力小,即壓力降小;(3) 結(jié)構(gòu)可靠,制造成本低;(4) 便于安裝、檢修.一、 管殼式換熱器的型式管殼式換熱器種類很多,根據(jù)換熱器所受溫差應(yīng)力以及是否采用溫差補(bǔ)償裝置,分為剛性結(jié)構(gòu)和具有溫差補(bǔ)償?shù)膬深?常用的管殼式換熱器有固定管板式、浮頭式、填函式和U型管式等.1. 固定管板式換熱器固定管板式換熱器,分為剛性結(jié)構(gòu)的固定管板式和帶膨脹節(jié)的固定管板式兩種.剛性結(jié)構(gòu)的固定管板式換熱器由管板(可兼作法蘭)管束管箱折流板接管殼體封頭等部分組成.換熱器殼體和管束通過兩端的管板剛性地連在一起.這種換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)較低,每根管子

44、都能單獨(dú)更換,管內(nèi)便于清洗等優(yōu)點(diǎn).常用于管束和殼體溫差較小,殼程介質(zhì)清潔,不易結(jié)垢的場(chǎng)合.當(dāng)管束與殼體溫差較大時(shí),可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)進(jìn)行溫度補(bǔ)償.由于設(shè)備的強(qiáng)度受到波形膨脹節(jié)的限制,故設(shè)置膨脹節(jié)的換熱器在殼程不能承受太高的壓力.2. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器中只有一塊管板與殼體剛性固定在一起,另一端的管板可在殼體內(nèi)自由移動(dòng).管束和殼體在不同溫度下膨脹自由,互不牽制.這種換熱器消除了溫差應(yīng)力的影響,可用于溫差較大的兩種介質(zhì)的換熱.管程和殼程,均能承受較高的介質(zhì)壓力.管束可從殼程一端抽出,殼程與管程的清洗均很方便.但由于該換熱器管束與殼程之間存在著較大的環(huán)隙,其設(shè)備的緊湊性差,傳熱效率較低.浮頭

45、部分由活動(dòng)管板浮頭蓋和鉤圈組成.這種換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,浮頭處發(fā)生內(nèi)漏不便檢查,金屬消耗量較大,造價(jià)也較高.3. 埴函式換熱器埴函式換熱器,換熱器的浮頭與殼體間,采用填料函進(jìn)行密封和熱補(bǔ)償.這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)較浮頭式低.但殼程受到填料密封的限制,不能承受過高的壓力和溫度.為了減少管束與殼體之間的環(huán)隙,可用采用所示的滑動(dòng)管板結(jié)構(gòu).由于將填料安裝在管板處,使結(jié)構(gòu)更緊湊,密封性能也更為可靠.4. U型管式換熱器這種換熱器的管束彎成U型,U型管兩端固定在同一塊管板上,在管箱中加有一塊隔板.U型管式換熱器只有一塊管板,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜.但由于管子呈U型,管內(nèi)清洗困難,管板上排的管子數(shù)比起直管在管板

46、上的排列數(shù)要少.管束的中心還存在著空隙,殼程流體在流動(dòng)過程中容易短路而降低傳熱效率,為此,常在殼程加一縱向擋板,迫使兩種液體呈全逆流.各排U型管由于彎曲半徑不同,管子的長(zhǎng)度也不同,所以管程流體分布不太均勻,管束中的U型管出現(xiàn)泄漏只得將漏管端頭堵上,不能更換管子.U型管式換熱器主要用于管內(nèi)清潔而不結(jié)垢的高溫、高價(jià)介質(zhì).殼程介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng),常用于高壓、高溫、粘度較大的場(chǎng)合.二、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)1. 管子直徑的選擇換熱管直徑的確定要考慮管內(nèi)介質(zhì)的物性和管內(nèi)流速、流量,為了提高傳熱效率,通常要求管內(nèi)流體呈湍流流動(dòng)(液體流速為0.32m/s,氣體流速825m/s),故一般要求管徑要小.若管內(nèi)介質(zhì)粘度較大

47、,為了便于清洗,減少流動(dòng)阻力及降低輸送介質(zhì)的動(dòng)力消耗,可適當(dāng)增大管徑.常用的碳鋼和普低鋼無縫管的規(guī)格有19×2、25×2.5、38×2.5、57×2.5、57×3.5等,對(duì)于不銹鋼常采用25×2或38×2.5。鑄鐵和高硅鐵管從制造角度考慮直徑以50100mm為宜.2. 管子材料的選擇管子材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、溫度、介質(zhì)和腐蝕等條件來選擇,在滿足以上條件的前提下,盡量選擇導(dǎo)熱性好的材料,對(duì)一般介質(zhì),普通碳鋼用得最廣泛,特別是1020號(hào)無縫鋼管.3. 管子長(zhǎng)度的選擇管子長(zhǎng)度主要根據(jù)工藝計(jì)算和整個(gè)換熱器的幾何尺寸的布局來確定,管子越

48、長(zhǎng),換熱器單位材料消耗越低.但管子不能太長(zhǎng),太長(zhǎng)對(duì)流體產(chǎn)生較大阻力,維修清洗運(yùn)輸安裝都不方便,管子本身受力也不好.常用管長(zhǎng)規(guī)格11.522.53456m等.一般臥式換熱器長(zhǎng)徑比為610,立式46為宜.三、管子在管板上的排列管殼式換熱器的管子在管板上的布置不單只考慮設(shè)備的緊湊性,還要考慮流體的性質(zhì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工制造方面的情況.常用正三角形排列轉(zhuǎn)角三角形排列正方形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列.當(dāng)殼程為清潔、不結(jié)垢的液體時(shí),宜選用正三角形排列,因?yàn)橥瑯拥墓馨迕娣e上,正三角形排管最多.殼程流體粘度較大或易結(jié)垢需定期清潔殼程時(shí),一般采用正方形排列.正方形排列在相同管板面積上排列的管子數(shù)量少,比正三角形排列少

49、10%14%.多程換熱器,常采用正三角形和正方形組合排列方法,以便安排隔板位置.對(duì)于直徑較大,管子較多,按正三角形排列管子總數(shù)超過127根時(shí)必須在管束周圍的弓形空間盡量再配置附加換熱管.這不但增大換熱面積,還可防止流體在弓形區(qū)域內(nèi)形成短路.管板上兩根管子中心間的距離,稱為管間距.確定管間距既要考慮結(jié)構(gòu)緊湊性,傳熱效率,又要考慮管板強(qiáng)度和清洗空間及管子在管板上固定的影響,對(duì)于正三角形排列,管間距應(yīng)大于或等于管子直徑的1.25倍,且不少于d0+6mm.對(duì)于多程換熱器,隔板兩側(cè)第一排間距可大一些,以滿足隔板的密封和管子固定的要求.管子排列的最外層的管壁與殼體內(nèi)壁間的距離不得小于10 mm.四、管子與

50、管板間的連接管子與管板間的連接是管殼式換熱器設(shè)計(jì)和制造中的主要問題之一.管板與管子的連接不但耗工費(fèi)時(shí),更重要的是接頭處是在十分苛刻的條件下工作,其連接質(zhì)量要求很高.操作中要求氣密性好,并具有足夠的結(jié)合力.否則它將會(huì)直接影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行.常用的連接方法有脹接、焊接和焊脹結(jié)合等.1. 脹接換熱管穿入管板板孔內(nèi),再將脹管器插入管內(nèi),一般按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)脹管器,利用脹管器的滾柱將管子擴(kuò)大,使管端產(chǎn)生塑性變形,管板孔的變形仍保持在彈性范圍內(nèi).當(dāng)取出脹管器后管板恢復(fù)彈性收縮,使管子與管板之間產(chǎn)生一定的擠壓力而緊密的貼合在一起.從而達(dá)到管子與管板連接的目的.這種連接結(jié)構(gòu)隨著溫度的升高,管子或管板材料會(huì)產(chǎn)生

51、高溫蠕變,使接頭處應(yīng)力松馳或逐漸消失而使連接處引起泄漏,造成連接失效.故對(duì)脹接結(jié)構(gòu)的使用溫度和壓力都有一定的限制.使用溫度不超過300,壓力不得超過4MPa.采用脹接型式,管板的硬度必須高于管端硬度,為了保證脹接質(zhì)量,避免在脹接時(shí)管板產(chǎn)生塑性變形,一般將管端作退火處理,降低其硬度后進(jìn)行脹接.為了提高管子與管板的連接質(zhì)量,也可在管板孔內(nèi)開一個(gè)或二個(gè)環(huán)形槽,當(dāng)脹管時(shí)管子產(chǎn)生塑性變形,管壁被嵌入小槽內(nèi),這樣可提高連接強(qiáng)度和緊密性.管板開槽脹接的脹接長(zhǎng)度取(1)兩倍換熱管外徑;(2)50mm;(3)管板厚度減3mm三者中的最小值.2. 焊接管板與管子間采間焊接連接,適應(yīng)范圍廣,連接結(jié)構(gòu)可靠.管板的加工

52、要求低,生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高.管子與管板選材要求簡(jiǎn)化,管端也不需退火,在壓力不高的情況下,可使用較薄的管板.由于是金屬焊接,在冷卻收縮時(shí),焊接處容易產(chǎn)生裂紋,容易在接頭處產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕.尤其是在高溫高壓下,連接處反復(fù)受到熱沖擊,并在介質(zhì)腐蝕和介質(zhì)壓力聯(lián)合作用下,連接容易失效.管子與管板間存在著間隙,這些間隙中的介質(zhì)會(huì)形成死區(qū),造成間隙腐蝕.3. 脹焊結(jié)合由于單獨(dú)采用脹接或單獨(dú)采用焊接均有一定的局限性.為了補(bǔ)此不足,出現(xiàn)了脹接加焊接的型式.根據(jù)加工次序可分為:先脹后焊和先焊后脹兩種形式.采用這種連接結(jié)構(gòu)可以消除間隙,增加抗熱疲勞的性能,適用于高溫高壓換熱設(shè)備.五、折流板、支撐板、旁路擋板折流板

53、的作用是提高殼程內(nèi)流體速度和加強(qiáng)湍流程度,同時(shí)還起支撐換熱管的作用.常用的折流板弓型、圓盤-圓環(huán)形、帶扁形切口等幾種形式.采用弓型折流板,流體經(jīng)過圓缺部分后垂直通過管束,流體死區(qū)少,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便.圓盤一圓環(huán)形由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,且清洗困難,僅用于介質(zhì)壓力較高和不結(jié)垢的場(chǎng)合.折流板的外徑與殼體之間的間隙越小,殼程流體由此“短路”就越少,因而傳熱效率可提高.但間隙太小又給制造帶來困難,故間隙要適中.折流板固定在換熱器拉桿上,其拉桿又固定在管板上.在工藝上不要求設(shè)置折流板(冷凝的)若管束較長(zhǎng)也需設(shè)置一定數(shù)量在支撐板.支撐板的結(jié)構(gòu)與折流板大體相同,它只是起支撐作用,故可放寬對(duì)制造的要求,盡量使安裝方便.對(duì)于殼體與管束間有較大環(huán)隙的換熱器則需設(shè)置旁路擋板,以迫使流體通過管束以防止“短路”.旁路擋板沿殼體軸線安裝在殼壁與并嵌如折流板專門加工的凹槽內(nèi),一般在折流板缺口側(cè)使用兩板.第九章 塔設(shè)備概述：化工、石油等工業(yè)部門,常用塔設(shè)備來完成氣-液和液-液兩相間的傳質(zhì)和傳熱過程.在塔設(shè)備中能進(jìn)行的單元操作過程有:精餾、吸收、解析、萃取、增濕及干燥等.盡管塔設(shè)備中進(jìn)行的工藝過程各不相同,結(jié)構(gòu)類似有多種形式,但仍可按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為兩大類:板式塔和填料塔.板式塔是依靠塔盤進(jìn)行工藝操作,對(duì)于氣液兩相介質(zhì)而言,液體在塔盤上作橫向流動(dòng),上升的氣體通過塔盤的孔隙,與液體呈錯(cuò)流鼓泡接觸,進(jìn)行傳