第一章 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)ppt課件

概述 化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 課程概況 總學(xué)時 36教材 刁玉瑋 王立業(yè)編著 化工設(shè)備機械基礎(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 壓力容器材料實用手冊 潘家禎化學(xué)工業(yè)出版社2000 化工容器及設(shè)備 卓震中國石化出版社1998 化工設(shè)備設(shè)計 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 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(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 計算與設(shè)計能力熟悉化學(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)計與畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(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 后者在意加強工程意識作為化學(xué)工程與工藝的學(xué)生 認真學(xué)習(xí)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程對于培養(yǎng)工程意識有著重要的實踐意義 對于 五一 以后的課程設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計以及今后的工作有著直接的指導(dǎo)意義 機械設(shè)計的主要內(nèi)容 化工設(shè)備機械設(shè)計 材料 強度 剛度外形設(shè)計 結(jié)構(gòu) 連接 進料 出料標準件 零部件 軸承 螺桿 螺帽非標件化工設(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)計的基本知識內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁賀筒與封頭的強度設(shè)計外壓圓筒與封頭的設(shè)計容器零部件典型化工設(shè)備的機械設(shè)計 考核方式 平時成績 30 課堂考勤 課堂提問 期末成績 70 第一章化工設(shè)備材料及其選擇 化工設(shè)備概述材料的機械性能材料的物理化學(xué)性能金屬材料的分類與牌號碳鋼與鑄鐵特種鋼 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 1 生產(chǎn)的連續(xù)性強2 生產(chǎn)的條件苛刻介質(zhì)的腐蝕性強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)對化工設(shè)備的基本要求 一 安全性能要求 足夠的強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 達到工藝指標生產(chǎn)效率高 消耗低 三 使用性能要求 結(jié)構(gòu)合理 制造簡單運輸與安裝方便操作 控制 維護簡便 四 經(jīng)濟性能要求 設(shè)備的分類 1 按設(shè)計壓力分類低壓容器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運容器 按工作溫度分 低溫容器設(shè)計溫度 20 深冷和淺冷 常溫容器設(shè)計溫度 20 200 中溫容器設(shè)計溫度 200 450 介于高溫與常溫之間 高溫容器設(shè)計溫度 450 在壁溫達到材料蠕變溫度下工作的容器 對碳素鋼或低合金鋼 溫度超過420 合金鋼超過450 奧氏體不銹鋼超過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)濟合算 其它各種性能符合設(shè)計要求 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)生超過允許的變形或不被破壞的能力 1 強度 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 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)象時相對應(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 發(fā)生0 2 殘余伸長時的應(yīng)力 常溫拉應(yīng)力下20號鋼的拉抻試驗 l0 10d0 l0 5d0 或 從開始加載到發(fā)生斷裂所能達到的最大應(yīng)力值 叫做抗拉強度 開始出現(xiàn)塑性變形時的應(yīng)力 稱為 屈服點 ss sb 影響屈服點大小的因素內(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 屈服點下降應(yīng)變速率 應(yīng)變速率升高 屈服點升高 1 2拉伸強度 材料發(fā)生斷裂時所能達到的最大應(yīng)力值 抗壓 抗彎 抗剪 屈強比 反映了材料塑性儲備的一個指標由于一般 屈強比一般小于1 屈強比越大 屈服點與抗拉強度逾接近 塑性儲備越小 這是有可能發(fā)生脆性斷裂 如木棒 屈強比越小 屈服點逾小于拉伸強度 這時塑性儲備越大 但是材料的強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)變隨時間而增加的現(xiàn)象發(fā)生蠕變的時間根據(jù)材料而定 舉例蠕變強度 材料抵抗蠕變現(xiàn)象發(fā)生的能力 有兩種表達蠕變強度的方法 達到某一蠕變速率的應(yīng)力值達到某一總變形的應(yīng)力值 1 4持久強度 在給定溫度下 促使材料經(jīng)過一定時間發(fā)生斷裂的應(yīng)力在化工容器用鋼中 設(shè)備的設(shè)計壽命一般為十萬小時持久強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 能支持的時間越久 則該材料抵抗斷裂的能力也越大 1 5疲勞強度 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)力還遠低于屈服點時就發(fā)生斷裂 這種現(xiàn)象稱為 疲勞 金屬在無數(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 實際上不可能進行無數(shù)次試驗 一般以十萬至百萬次循環(huán)試驗作為疲勞強度 影響金屬疲勞強度的因素主要有 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 總伸長的長度與原始長度之比的百分率 延伸率愈大 材料的塑性愈好由于式樣的總伸長為均勻伸長與局部縮頸伸長 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關(guān) 故它能更加