化工设备机械基础总结

第一篇：化工设备机械基础总结

化工设备机械基础

课程总结

一、课程介绍

1、篇章概述 1）化工机械力学基础

化工机械力学基础的任务就是研究构件在外力的作用下的变形和破坏规

律，为设计构件选择适当的材料和尺寸，以达到强度、刚度和稳定性 要求，使设备满足适用、安全和经济的原则，而提供必要的基础理 论知识。主要从以下两个方面来学习：

1、研究构件的受力的情况，进行受 力大小的计算；

2、研究材料的力学性能和构件的受力变形与破坏规 律，进行构件强度、刚度或稳定性的计算。2）化工机械材料基础

化学工业是国名经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求不尽相 同。如压力从常压到高压甚至到超高压，温度从低温到高温，以及腐 蚀性、易燃、易爆物料等，是设备所运行的极其复杂的操作条件。由 于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理选择材料是 设计化工设备的主要环节。

材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。力学性能是金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强 度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选 择及计算时决定许用应力的依据。

3、压力容器与化工设备

在化工厂中，可以看到许多设备，有的用来贮存物料，例如各种贮存罐、计量罐、高位槽；有的进行物理过程，例如换热器、蒸馏塔沉降器、过滤器；有的用来进行化学反应，例如聚合釜、反应器、合成炉。这些设备虽然尺寸大小不一，形态结构各异，内部构件形式更是多种多样，但是他们都有一个外壳，这个外壳就称为容器。容器的结构有筒体、封头、法兰、人孔、支座、接口管、液面计等。因此，了解各个结构的形式性能，选择合适的零件，使容器能够满足工艺要求至关重要。

4）机械传动与化工机器

化工生产中，所用的机器种类很多，但任何一部机器都是由原动机、工作机和传动部分组成的。将原动机的能量能够有效用于工作机，还需要一个中间环节，即组成传动机构的传动装置。因此，了解传动是机器能更好的运行时需要的。

2、课程学习目标

（1）掌握对化工设备中的受力构件进行强度、刚度和稳定性计算的基本理论和方法。

（2）能为常用化工设备合理地选择材料。（3）掌握化工设备通用零部件的选用方法。（4）了解压力容器监察管理法规。

3、课程特点

我国从上个世纪８０年代开始将分散在不同课程中的机械知识综合成《化工设备机械基础》课程，其主要特点有以下几点：

（１）高度的综合性 本课程内容包括静力学、材料力学、化工设备材料、化工容器、化工设备和课程设计，内容十分丰富。

（２）内容的选取着眼于适合化工、轻工等绝大多数非机械类专业的教学要求、针对性强，立足于加强基础和学以致用。

（３）密切联系生产实际，实践性强

二、学习内容总结

第一篇 化工机械力学基础、通过学习，我对力学的基本概念有了更深入的了解，掌握了力、约束和约束反力、刚体、平衡、力矩、力偶、力的平移、平面力系的简化和合力矩定理等基本概念；能熟练画出力物体的受力图；会列平面力系的平衡方程并求解平衡系统的约束反力；掌握了直杆轴向拉伸及压缩的内力和应力的求解及直杆轴向拉伸和压缩时的变形的求解；了解应力集中的概念并掌握了剪切与挤压的实用计算；掌握了扭转的概念和实例及扭转时外力和内力的计算；掌握了圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件；掌握了弯曲的概念和实例、剪力和弯矩的求解及会作剪力图和弯矩图；掌握了纯弯曲时梁横截面上的正应力概念并会计算惯性矩；掌握了弯曲正应力的强度条件；掌握了纯弯曲时梁横截面上的切应力概念、梁的弯曲变形及高粱弯曲强度和刚度措施。

第二篇 化工机械材料基础 掌握了广义虎克定律、强度理论及材料的疲软性能；掌握了化工机械常用材料，如碳钢、铸铁、低合金钢、化工设备特种钢、有色金属、非金属材料的成分、牌号、性能及用途；掌握了化工材料的腐蚀与防护及化工材料的防腐设计。

第三篇 压力容器与化工设备 掌握了容器的结构与分类；掌握了内压薄壁容器的设计、薄壁容器的几何特征 及内压薄壁容器的应力分析；掌握了容器的压力试验；掌握了内压容器封头的设计；掌握了外压容器球壳与凸形封头设计，了解加强圈的作用及结构；掌握了容器零部件，如法兰、容器支座、开孔补强、接管、视镜、人孔和手孔、视镜、设备吊耳；掌握了塔设备，如板式塔、填料塔的结构及用途；掌握了搅拌器类型、如何选用及附件

第四篇 机械传动与化工机器

了解了带传动的类型、结构、特点；了解了齿轮传动的特点和分类；了解了 蜗杆传动的组成、特点和类型等等

三、学习感悟

化学工业在国民经济中占有重要地位，它与农业、工业、国防以及人民的衣 食住行都有极为密切的关系。因为工艺是通过设备实现的，所以化工设备在化学工业中起着相当重要的作用。选择合理的设备对工艺来说十分重要，因而我们要懂设备，懂设备选型、选材及设备的设计等。这对我们将来要从事的化工方面的工作极为重要。

通过课程总结，我才发现原来在潜移默化中，我学到了这么多的东西。为次，我非常感谢教我们的罗老师。在到山西医药化工有限公司实习经历，让我深刻的感触到了，我们所学知识的用处很广，不同的生产需要不同的满足生产需要的设备，每个设备的外形、结构、附件都各不同，因此，需要我们了解并掌握机械方面的知识，来为我们的职业服务。在实习厂，我见到了各种法兰、封头、人孔、视镜、反应设备、塔设备、换热器等，我发觉自己很够认出它们，并知道它们的作用是什么、怎么选用等等。当亲眼见到这些实物时，我不禁想起了课堂上学的点点滴滴，因此，我发自内心的感谢罗老师的教导。

当然我也发现了自己学习中的不足，不能够将理论跟实践很好的联系起来。比如，当看到

第二篇：化工设备机械基础总结

总结

《化工设备机械基础》是这学期新开的课，这门课程是一门综合性的机械类课程。这门课程涉及的内容较广，目的是获得基础力学和金属材料知识，具备设计常、低压化工设备和对再用压力容器进行强度、稳定校核的能力，能够对通用的传动零件进行简单的选型、核算和正常的维护使用，并了解压力容器监督管理法规，在今后工作中遵守实施。

这本书的内容分为力学基础、压力容器和典型化工设备三个部分。这三个部分既有相对独立性，又有相互之间的联系，本学期主要学习了压力容器这部分。

这本书的内容注重课本知识与实际应用的联系，加强基础和学以致用。讲述的方法适应化工工艺专业，内容深入浅出，还有一定的自学内容，用以提升自学能力。课本的附录很多，很好的补充了相关的知识，方便学习。

通过这门课的学习，我掌握了杆件、平板、回转形壳体的基础力学理论和金属材料的基础知识；了解了压力容器的设计、制作、材料使用和监查管理的有关标准和法规；具备设计、使用和管理中、低压压力容器与化工设备的能力。

在学习化工设备机械基础之前觉得是门较难的学科，不仅有很多的内容，而且还都复杂，实际应用性强。后来学了之后觉得学习化工设备机械基础应该有自己的方法，勤于思考是学习道路中必不可少的，重视教科书，把其原理、公式、概念、应用等认真思考，不放过细节。对抽象的概念千方百计领悟其意义，适当地与同学老师交流、讨论。在交流中摒弃错误。勤于应用也很重要，在学习阶段要有意识地应用原理，去做好每一道习题，“应用”对加深对原理的理解有神奇的功效，有许多难点是通过解题才真正明白的。做习题不在于多，而在于精。对于典型的题做完后一定要总结和讨论。宁肯精做一题，也不马虎做十题。除此之外，勤于对比与总结，这也是学习的一条捷径，总结在课程中多次出现的问题，进行总结定会给你豁然开朗的感觉。在总结中会发现，各知识点之间存在着一定的联系，通过对比，对其相互关系、应用条件等会有更深的理解，初学化工设备机械基础一定要有自己的笔记本，在课堂上做笔记，在自习时进行总结，并随时记下自己学习中的问题。只有经历刻苦学习转化为自己的东西才是终身有用。

一学期的学习结束了，在这一学期里获益匪浅，在这门学科里学到了以前学不到的知识，也开阔了我的视野，让我更好的将知识应用于实际。

第三篇：化工设备机械基础电子教案

XX教案

20XX

—

20XX学年

第1学期

课程名称

化工设备机械基础

授课对象

化工（含化工专升本）

授课教师

职

称

副教授

教材版本

赵军《化工设备机械基础》

参

考

书

XX学院教务处印制

《化工设备机械基础》教案（首页）

20XX－20XX学年

第1学期

主讲教师

院(系)部

化学化工学院

教研室

化工教研室

职

称

副教授

学

历

本科

课程名称

化工机械基础

课程类别

专业必修课

课程序号

课程代码

授课专业

化学工程与工艺

总

学

时

讲授

实验

上机

其它

学

分

课程性质和目的《化工设备机械基础》是化工工艺类专业一门综合性的机械类技术基础课，包括工程力学基础（静力学、材料力学）、化工设备设计基础和机械传动三大部分。其任务是使学生掌握相关的基本理论、基本知识以及设计的基本方法，为从事化工设备机械的设计、使用、管理和维护打下基础。具体为：

1、掌握对化工设备中的受力构件进行强度、刚度和稳定性计算的基本理论和方法。

2、能为常用化工设备合理地选择材料。

3、掌握化工设备通用零部件的选用方法。

4、了解压力容器监察管理法规。

课程教学基本要求

1、本课程的教学应贯彻应用性原则和重视素质培养原则。要求理论分析与设计方法相结合，理论教学主要是讲清概念，学会应用，对数学推导一般不作演绎。要重视分析实例、课堂讨论、习题等教学环节，同时将课程内容与生产实习、课程设计、毕业设计相结合，培养学生理论联系实际的能力。

2、工程力学是课程教学的核心内容，是学好其他部分内容的基础，应着重抓好。其余教学内容则可根据各专业的特点和安排学时（或学分）的多少选择讲授。对化工工艺专业则要抓好化工设备设计基础，而机械传动部分可不作为重点。讲课要结合化工行业的实际，并允许对教学内容做必要调整和组合。

3、考核方式以闭卷为主，平时成绩在期评成绩中应占有一定的比重。

教

材与参考书

1、赵军等编，《化工设备机械基础》（第二版），化学工业出版社，2007年；

2、董大勤主编，《化工设备机械基础》，化学工业出版社，2002年。

3、张新占主编，《工程力学》（上）、（下），西北工业大学出版社，2001年。

4、潘永亮主编，《化工设备机械设计基础》，科学出版社，1999年；

《化工设备机械基础》教案

序

号

第1次课

周次

学

时

授课时间

20XX年X月X日

章节名称

1.物体的受力分析和静力平衡方程

1.1静力学基本概念

1.2约束和约束反力

1.3分离体和受力图

教学目的与要求

1、使学生掌握力、刚体、平衡等静力学基本概念。

2、使学生掌握约束和约束反力概念。

3、使学生学会画受力图。

重点与难点

重点：1力、刚体、平衡等静力学基本概念。

2约束和约束反力概念。

3学会画受力图。

难点：学会画受力图。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

概述

工程力学是一门研究物体机械运动及构件强度、刚度和稳定性的科学。

工程力学的两个基础部分：静力学和材料力学。

为保证构件正常工作，构件应当满足以下要求：(1)

强度要求

(2)

刚度要求

(3)

稳定性要求

1.1静力学基本概念

一、力的概念及作用形式

力：物体间相互的机械作用，单位：N，kN，力是矢量，F或F表示，既有大小又有方向

力的三要素：大小，方向，作用点

按力的作用方式分类可分为：表面力和体积力（eg.重力，磁力）

按作用面积大小可分为：集中力和分布力（kN/m）

二、刚体的概念

刚体：在任何情况下都不发生变形的物体。它是抽象化概念，是一种变形很小情况下的理想模型。

静力学中主要研究物体所受力系的简化及平衡条件，不研究变形，故可视为刚体。

三、平衡的概念

平衡状态：物体相对于地球静止或作匀速直线运动时的状态。是物体机械运动的特殊情形。并将作用于该物体上的力系称为平衡力系。

平衡力系：物体处于平衡状态时的力系。

二力平衡原理（公理）：作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，并作用在同一直线上（等值、反向、共线）

二力构件：只受两力作用且处于平衡的构件，特点是：两力必沿作用点的连线。

加减平衡力系原理（公理）：在作用于刚体上的任何一个力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。

力的可传性原理：作用于刚体上的力，可沿其作用线移至刚体内任意一点，而不改变它对刚体的作用效应。故作用于刚体上力的三要素是大小、方向、作用线。

四、作用和反作用定律

作用和反作用定律：两物体间相互作用的力总是大小相等，作用线相同而指向相反，分别作用在这两个物体上。（重力与支持力）

作用于与反作用力不能与两力平衡中的一对平衡力混淆。

1.2约束和约束反力

自由体：能在空间作任意位移的物体，eg.飞机、火箭、卫星等。

非自由体：位移受到某些限制的物体，eg.悬挂着的灯。

主动力：能使物体运动或有运动趋势的力，eg.重力、电磁力、风力等，工程上也称为载荷。

约束：阻碍非自由体运动的限制条件，eg.绳索就是灯的约束，铁轨是火车的约束。

约束反力：约束对物体的作用力，eg.T就是绳索对灯的约束反力。

典型（平面）约束类型：

（1）柔索约束：绳子、链条、皮带、钢丝等柔性物体。绳索对物体的约束反力，作用点在接触点，方向沿绳索的中心线，而背离物体。

（2）理想光滑面约束：物体接触面上的摩擦力相比其他力很小，可忽略不计，这样的接触面为光滑面，不能限制切向方向运动，只能限制法向，其约束反力：沿接触面在接触点处的公法线且指向物体。

（3）圆柱铰链约束：如图,只限制两构件的相对移动，不限制相对转动，其约束反力为Fx、Fy，即通过销钉中心，沿接触点法线方向的约束反力。用圆柱铰将构件与底座连接起来，构成铰支座。可分为：

固定铰支座，如图1-8a，可动铰支座，如图1-9a。

固定端约束：物体的一部分固嵌与另一物体所构成的约束，eg.电线杆等，图1-20(a)。固定约束反力有三个，FxA、FyA、MA。

1.3分离体和受力图

分离体：把研究对象从周围物体的约束中分离出来，成为自由体，此对象即为分离体。

受力图：单独画出物体轮廓，将作用在它上面的主动力与约束反力画在上面得到的图。

画受力图的步骤：

（1）确定研究对象，并将其从周围物体的约束中分离出来，即取分离体（先取二力杆）

（2）画已知力，如外力（载荷），重力等。

（3）画约束反力。根据约束类型，画出约束反力。

例：1-1，1-2

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第2次课

周次

学

时

授课时间

20XX年X月X日

章节名称

1.物体的受力分析和静力平衡方程

1.4力的投影、合力投影定理

1.5力矩、力偶

1.6力的平移

1.7平面力系的简化、合力矩定理

教学目的与要求

1、使学生掌握合力投影定理。

2、使学生掌握力矩、力偶和力的平移。

3、使学生掌握力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。

重点与难点

重点：1合力投影定理。

2力矩、力偶和力的平移。

3力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。

难点：力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

1.4力的投影

合力投影定理

一、力的投影概念

从力矢量F的两端AB分别向x轴作垂足a,b，线段 ab称为力F在x轴上的投影。

二、力在直角坐标轴上投影

力F在x（y）轴上的投影：从力F的起点A，终点B向ox（oy）轴作垂线得垂足a、b，线段ab称力F在x（y）轴上的投影。

若已知F的大小及其与x轴所夹的锐角α，则有：

力在坐标轴上的投影的特性：a.标量

b.符号，ab与x轴同向为正

c.平行力且等值时在坐标轴上投影相同

d.力平行移动后投影值不变

三、合力投影定律

合力：若一个力对刚体的作用效果与一个力系等效，则此力称为该力系的合力，该力系中的各个力称为此合力的分力。

合力投影定律：合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投影的代数和。

1.5力矩

力偶

一、力矩

力矩：力的大小和力臂的乘积。

力偶：大小相等、作用相平行的两个反向力组成的力系。

力偶矩：力的大小和力偶臂的乘积。

力偶的性质：力偶无合力、力偶与位置无关、力偶矩大小转向不变时、力偶系可由力偶代替。

二、力偶与力偶矩

力偶作用面：力偶中两力所在的平面。

力偶臂：两力作用线间的垂直距离，以d表示。

力偶的特点：对刚体只产生转动效应而没有移动效应，力偶不能与一个力等效或平衡，只能被力偶平衡。

力偶矩：以乘积F.d作为度量力偶对物体的转动效应的物理量，记作m（F，F）或m=+-Fd，力偶矩为代数量，力偶矩转向为逆时针时为正，单位N·m（kN·m）与力矩同。

力偶中两力对其作用面内任一点的矩的代数和恒等于力偶矩。

力偶的特性：a.大小转向不变，力偶可在平面内任意移动或改变F、d的大小。C.力偶可移到与作用平面平行的平面内而不改变其作用效果。

力偶的三要素：力偶矩的大小、转向、作用平面。

1.6力的平移

力的平移定理：作用在刚体上的力可平行移动到刚体内任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力F对平移点的矩。

1.7平面力系的简化

合力矩定理

一、平面力系的简化

平面力系：各力的作用线都分布在同一平面内，既不汇交于同一点，又不完全平行。

平面力系向其作用面内任一点简化，得到主矢F′R和主矩Mo。

二、平面力系简化结果讨论：

若F′R≠0，Mo=0，则原力系简化为一个合力F′R，并通过简化中心的原力系的合力。

若F′R

=0，Mo≠0，则原力系简化为一个力偶，力偶矩等于原力系对简化中心的主矩，与简化中心位置无关。

若F′R≠0，Mo≠0，则此力系可进一步简化为一个合力，使d=Mo/

F′R，转移力偶。

若F′R

=0，Mo=0，则原力系为平衡力系

三、合力矩定理

合力矩定理：当平面力系可以合成为一个合力时，则其合力对于作用点内任一点的矩，等于力系中各分力对同一点的矩的代数和。

例：1-3，1-4

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第3次课

周次

学

时

授课时间

20XX年X月X日

章节名称

1.物体的受力分析和静力平衡方程

1.8平面力系的平衡方程

1.9空间力系

教学目的与要求

1、使学生掌握平面力系的平衡方程。

2、复习上节学到的力学基本概念，求解平衡系统的约束反力。

重点与难点

重点：平面力系的平衡方程。

难点：利用平面力系的平衡方程求解约束反力。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

1.8平面力系的平衡方程

物体在平面力系作用下处于平衡的充分必要条件：

若主矢量FR′=0，主矩MO=0，则为平衡力系

例1-5

例1-6

例1-7

例1-8

例1-9

求解物体平衡问题的解题方法和步骤：

①

确定研究对象，取分离体，画受力图。注意刚体之间作用力与反作用力之间的关系。

②

选取合适的坐标轴，列静力平衡方程。为例便于计算，坐标轴的方位应尽量与较多的力平行或垂直；矩心尽量选在未知力作用线的交点上。

③

解平衡方程，求解未知力。

1.9空间力系

若作用在物体的力系中各力的作用线不在同一平面内，则称该力系为空间力系。

一、力在直角坐标轴上的投影

一次投影法

二次投影法

合力投影定理同样适用于空间力系。

二、力对轴的矩——合力矩定理同样适用于空间力系。

三、空间力系的平衡方程

公式（1-22）

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第4次课

周次

学

时

授课时间

2011年9月19日

章节名称

2.拉伸、压缩与剪切

2.1轴向拉伸与压缩的概念和实例

2.2轴向拉伸或压缩时横截面上的内力

2.3轴向拉伸或压缩时横截面上的应力

2.4轴向拉伸与压缩时的变形

2.5材料在拉伸和压缩时的力学性能

2.6拉伸和压缩的强度计算

教学目的与要求

1、使学生掌握直杆轴向拉伸及压缩的内力和应力的求解。

2、使学生掌握直杆轴向拉伸和压缩时的变形的求解。

重点与难点

重点：直杆轴向拉伸及压缩应力的求解。

难点：直杆轴向拉伸及压缩应力的求解。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

概述

一、材料力学的基本假设

⑴

连续性假设

⑵

均匀性假设

⑶

各向同性假设

⑷

小变形假设

二、杆件的基本受力与变形形式

①轴向拉伸与压缩

②剪切

③扭转

④弯曲

2.1轴向拉伸与压缩的概念和实例

一、内力的概念

在材料力学中，凡作用在杆件上的载荷和约束反力均称为外力。杆件受外力而变形时，杆件内部各部分之间的相互作用力称为内力。

二、截面法

轴力

取构件的一部分为研究对象，利用静力学平衡方程求内力的方法，称为截面法。截面法求内力可按以下三个步骤进行：

1)截

沿欲求内力的截面，用假想平面把杆件分成两部分。

2)代

取其中一部分为研究对象，画出其受力图。在截面上用内力代替移去部分对留下部分的作用。

3)求

列出研究对象的静力平衡方程，确定未知的内力。

2.2轴向拉伸或压缩时横截面上的内力

轴向拉伸、轴向压缩

拉力，符号为正；压力，符号为负。

2.3轴向拉伸或压缩时横截面上的应力

一、应力的概念

应力：单位面积上的内力。

二、轴向拉伸和压缩时横截面上的正应力

横截面上的正应力s可以直接表示为

2.4轴向拉伸与压缩时的变形

一、纵向变形

单位长度的伸长量来表征杆件变形的程度，称为线应变或相对变形。

二、胡克定律

胡克定律：当应力不超过比例极限时，则正应力与纵向线应变成正比。

三、横向变形

在轴向力作用下，杆件沿轴向的伸长（缩短）的同时，横向尺寸也将缩小（增大）。

四、泊松比

实验表明，对于同一种材料，当应力不超过比例极限时，横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为常数。比值ν称为泊松比。

2.5材料在拉伸和压缩时的力学性能

一、材料在拉伸时的力学性能

1、低碳钢在拉伸时的力学性能

（1）材料的刚度指标：第Ⅰ阶段

弹性阶段

（2）材料的强度指标：第Ⅱ阶段

屈服阶段、第Ⅲ阶段

强化阶段、第Ⅳ阶段

局部变形阶段

（3）材料的塑性指标

（4）冷作硬化现象

2、其它材料在拉伸时的力学性能

二、材料在压缩时的力学性能

2.6拉伸和压缩的强度计算

一、极限应力、许用应力和安全因数

二、拉伸和压缩时的强度条件计算

例题2-3、2-4、2-5

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第5次课

周次

学

时

授课时间

2011年9月22日

章节名称

2.拉伸、压缩与剪切

2.7应力集中的概念

2.8剪切与挤压的实用计算

教学目的与要求

1、使学生了解应力集中的概念。

2、使学生掌握剪切与挤压的实用计算。

重点与难点

重点：1应力集中的概念。2剪切与挤压的实用计算。

难点：剪切与挤压的实用计算。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

2.7应力集中的概念

应力集中：等截面直杆应力均匀分布，但当截面有突变时，如有切口、圆孔、螺纹等，应力不再均匀分布，如图开有圆孔的薄板，应力急剧变化，这种因构件截面尺寸突然变化而引起的局部应力急剧增大的现象称为应力集中。

2.8剪切与挤压的实用计算

一、剪切的实用计算

剪力：用截面法沿剪切面截开，可能与截面相切的内力Q，称为剪力，可用平衡方程求解。

剪应力：对剪切构件用单位面积上平行于截面的内利来衡量内力的集度，单位MPa。

用公式求得的为名义剪应力（实际剪应力在截面上分布不均匀）或平均剪应力。

剪切强度计算

二、挤压的实用计算

剪切构件除受到剪切外还受到挤压作用，作用在作用面上的压力称挤压力，用p表示，即压力的作用面称挤压面。

材料的许用挤压应力。

挤压面为平面时，挤压面积Ap等于挤压面；当挤压面为圆柱时，挤压面积Ap为圆柱投影面积。

例2-6

例2-7

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第6次课

周次

学

时

授课时间

2011年9月26日

章节名称

3.扭转

3.1扭转的概念和实例

3.2扭转时外力和内力的计算

3.3纯剪切

3.4圆轴扭转时的应力

教学目的与要求

1、使学生掌握扭转的概念和实例。

2、使学生掌握扭转时外力和内力的计算。

重点与难点

重点：1掌握扭转的概念和实例。2掌握扭转时外力和内力的计算。

难点：扭转时外力和内力的计算

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

3.1扭转的概念和实例

扭转是杆件的又一种基本变形形式。

扭转的受力特点：外力为一组外力偶，且力偶的作用面垂直于杆件的轴线。扭转的变形特点：杆件的任意两个横截面绕轴线相对转过一个角度，此角称相对扭转角φAB，表示截面B对截面A的相对扭转角。

3.2扭转时外力和内力的计算

一、外力偶矩的计算

作用于轴上的外力偶矩，通常不是直接给出其数值，而是给出轴的转速n(r/min)和轴所传递的功率P(kW)，这时需要按照理论力学中推导的功率、转速、力矩三者的关系式来计算外力偶矩的数值，即

（1）

二、扭转和扭矩图

用截面法计算轴内力-扭矩T，步骤：截，取，平衡方程求T，画扭矩图。

T的符号规定：右手螺旋法则。例：3-1

3.3纯剪切

一、薄壁圆筒扭转时的剪应力

二、剪应力互等定理

τ‘=τ

相互垂直的两个截面上剪应力成对出现，且数值相等；两者都垂直于两平面的交线且方向相背或相知。

剪应力符号判断

三、剪应变、剪切胡克定律

τ=Gγ，G为剪切弹性模量，MPa，γ，剪应变，无量纲。

3.4圆轴扭转时的应力

一、变形几何关系

圆轴扭转的平面假设：原为平面的横截面变形后仍保持为平面，只是各横截面相对地转过了一个角度。这就是圆轴扭转的平面假设。

二、应力应变关系

横截面上任意一点A的剪应力τ与扭矩T及距离OA(=ρ)成正比。

三、静力学关系

极惯性矩：可推导出圆轴扭转横截面上任一点的剪应力τp计算公式：

抗扭截面模量：当ρ=D/2时,，Wt=

Ip/(D/2)

Wt为抗扭截面模量。

（1）空心圆截面极惯性矩

式中α=d/D为横截面内外径之比。

扭转截面系数

（2）实心圆截面

将d=0及α=d/D=0代入上两式，即可得实心圆截面对形心的极惯性矩和扭转截面系数分别为：

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第7次课

周次

学

时

授课时间

2011年9月29日

章节名称

3.扭转

3.5圆轴扭转时的强度条件

3.6圆轴扭转时的变形和刚度条件

教学目的与要求

1、使学生掌握圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件。

重点与难点

重点：1掌握圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件。

难点：圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

3.5圆轴扭转时的强度条件

前面已经得到,圆轴扭转时横截面上的最大剪应力在截面的周边上.圆轴扭转时的强度条件为：

塑性材料：[τ]=（0.5~0.6）[σ]

脆性材料：[τ]=（0.8~1.0）[σ]

强度条件公式工程上可用来进行强度校核、截面设计、确定许用载荷。

例：3-2，3-3

3.6圆轴扭转时的变形和刚度条件

一、圆轴扭转时的变形

圆轴扭转变形的标志是两个横截面间的相对扭转角。

相对扭转角

T扭矩

l-截面间距

GIp抗扭刚度

二、圆轴扭转时的刚度条件

[θ]：单位长度许用扭转角（度/米、弧度/米）

例：3-4

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第8次课

周次

学

时

授课时间

2011年10月10日

章节名称

4.弯曲

4.1弯曲的概念和实例

4.2剪力和弯矩

4.3剪力图和弯矩图

教学目的与要求

1、使学生掌握弯曲的概念和实例。

2、使学生掌握剪力和弯矩的求解。

3、使学生掌握作剪力图和弯矩图。

重点与难点

重点：1弯曲的概念和实例。2剪力和弯矩的求解3剪力图和弯矩图。

难点：剪力和弯矩的求解。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

4.1弯曲的概念和实例

弯曲是工程实际中最常见的一种基本变形形式。

平面弯曲。P49图4-5，所有外力均垂直于梁的轴线并作用于纵向对称面，变性后梁的轴线在纵向对称面内弯曲成一条平面曲线，这种弯曲变形成为平面弯曲，梁可用轴线代替，梁的横截面形状如图4-4等。

4.2剪力和弯矩

用截面法求静定梁的内力---剪力和弯矩

步骤：

（1）用静力学方程求支座反力；

（2）用截面法求内力；

例4-1简支梁受集中力作用

4.3剪力图和弯矩图

Q=Q（x）---剪力方程，剪力沿梁变化的曲线为剪力图

M=M（x）--弯矩方程，弯矩沿梁变化的曲线为弯矩图

剪力图和弯矩图的规律：5个

例4-2

例4-3

例4-4

例4-5

例4-6

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第9次课

周次

学

时

授课时间

2011年10月13日

章节名称

4.弯曲

4.4纯弯曲时梁横截面上的正应力

4.5惯性矩的计算

教学目的与要求

1、使学生掌握纯弯曲时梁横截面上的正应力概念。

2、使学生掌握惯性矩的计算。

重点与难点

重点：1纯弯曲时梁横截面上的正应力。2惯性矩的计算。

难点：惯性矩的计算。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

4.4纯弯曲时梁横截面上的正应力

梁上一般有内力Q与M，即存在σ与τ，但一般τ为次要因素，主要为σ，故考虑纯弯曲。

当梁的横截面上仅有弯矩而无剪力，从而仅有正应力而无切应力的情况，称为纯弯曲。

一、平面假设和变形几何关系

梁弯曲时，横截面上任一点处的正应力与该截面上的弯矩成正比，与惯性矩成反比，并沿截面高度呈线性分布。y值相同的点，正应力相等；中性轴上各点的正应力为零。在中性轴的上、下两侧，一侧受拉，一侧受压。距中性轴越远，正应力越大。

二、物理关系和应力分布

胡克定律

三、静力学关系

当y=ymax时，弯曲正应力最大，其值为

式中，称为截面对于中性轴的弯曲截面系数，是一个与截面形状和尺寸有关的几何量。

4.5惯性矩的计算

一、简单截面图形的惯性矩

1、矩形截面

2、圆形及圆环形截面

二、组合截面图形的惯性矩、平行移轴公式

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第10次课

周次

学

时

授课时间

2011年10月20日

章节名称

4.弯曲

4.6弯曲正应力的强度条件

教学目的与要求

1、使学生掌握弯曲正应力的强度条件。

重点与难点

重点：1弯曲正应力的强度条件。

难点：弯曲正应力的强度条件。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

4.6弯曲正应力的强度条件

例题4-8工字钢的抗弯截面系数查国家标准GB/T706-1988

例题4-9由于横截面对中性轴不对称，分别计算B截面和D截面的拉应力

由于许用压应力与许用拉应力不同，分别计算B截面和D截面的压应力

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第11次课

周次

学

时

授课时间

2011年10月20日

章节名称

4.弯曲

4.7梁弯曲时切应力

4.8弯曲变形

4.9提高粱弯曲强度和刚度措施

教学目的与要求

1、使学生掌握纯弯曲时梁横截面上的切应力概念。

2、使学生掌握梁的弯曲变形。

3、使学生掌握提高粱弯曲强度和刚度措施。

重点与难点

重点：提高粱弯曲强度和刚度措施。

难点：梁的刚度校核。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

4.7*梁弯曲时的切应力

几种常见截面梁上弯曲切应力的大致分布规律及最大切应力。

4.8

弯曲变形

工程中的梁除了要满足强度条件之外，对弯曲变形也有一定的限制。

根据工程实际中的需要，为了限制或利用构件的变形，必须研究梁的变形规律。

一、挠曲线、挠度和转角

二、挠曲线的近似微分方程

——梁的挠曲线近似微分方程。求梁变形的方法通常称为积分法。

三、用叠加法求梁的变形

四、梁的刚度校核：wmax£[w]

；qmax£[q]

4.9

提高粱弯曲强度和刚度的措施

一、合理安排梁的受力情况

1.采取适当地分散载荷。2.采用合理布置梁的支座

二、选择合理的截面形状

由弯曲正应力强度条件看，梁横截面的抗弯截面系数Wz越大，粱的强度就越高。工字形或槽形截面最经济合理，圆形截面最差。从弯曲刚度角度看，在同等截面面积条件下，工字形和槽形截面比矩形和圆形截面有更大的惯性矩，因而可提高梁的弯曲刚度。

作业布置

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第12次课

周次

学

时

授课时间

2011年10月24日

章节名称

应力状态分析、强度理论、组合变形

5.1

应力状态的概念

5.2

平面应力状态分析

5.3

三向应力状态简介、广义虎克定律

教学目的与要求

1、使学生掌握应力状态概念和广义虎克定律。

重点与难点

重点：使学生掌握应力状态概念和广义虎克定律。

难点：应力状态概念。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

5.1

应力状态的概念一、一点的应力状态

通过受力构件上一点的所有各个不同截面上应力的集合，称为该点的应力状态。

二、主平面和主应力

主平面：单元体上切应力为零的平面，主应力：主平面上的正应力。

单向应力状态：一点的三个主应力中若只有一个主应力数值不为零［图5-3（a）］；

二向应力状态：一点的三个主应力中若有两个不为零［图5-3（b）］；

三向应力状态：一点的三个主应力中若三个都不为零［图5-3（c）］。

5.2

平面应力状态分析

σx、σy分别表示作用在x、y轴垂直平面上的正应力。切应力的第一个下标表示其作用面，第二个下标表示其方向（如τxy表示作用在与x轴垂直的平面上且与y轴方向平行的切应力）。根据切应力互等定理，τxy

=

τyx。应力的符号规定同前。

一、任意斜截面上的应力

二、主平面和主应力

极值正应力所在的平面就是切应力τα等于零的平面，即主平面。

由于主平面上的正应力是主应力，所以主应力就是最大或最小的正应力。

三、极值切应力，这说明极值切应力所在平面与主平面成45º角。注意：此处所指的极值切应力是指平面应力状态下于零应力垂直的各斜截面中的切应力的机制，并不指三向应力状态下单元体最大切应力。

例：5-2

例：5-3

5.3

三向应力状态简介

广义虎克定律一、三向应力状态的最大应力

设三向应力状态的三个主应力为σ1、σ2、σ3。可以证明，过该点所有截面上的最大正应力为σ1，最小正应力为σ3，即

二、广义胡克定律

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第13次课

周次

学

时

授课时间

2011年10月27日

章节名称

应力状态分析、强度理论、组合变形

5.4

强度理论简介

5.5组合变形的强度计算

教学目的与要求

1、使学生掌握四个强度理论。

2、使学生掌握杆件组合变形时的强度计算。

重点与难点

重点：1使学生掌握四个强度理论。

难点：杆件组合变形时的强度计算。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

5.4

强度理论简介

一、脆性断裂理论

1．最大拉应力理论（第一强度理论）

2.最大伸长线应变理论（第二强度理论）

二、塑性屈服理论

1.最大切应力理论（第三强度理论）

2.畸变能密度理论（第四强度理论）

三、强度理论的统一形式

σr

≤[σ]

σr称为相当应力。它由三个主应力按一定形式组合而成。

例：5-4

5.5

组合变形的强度计算

一、组合变形的概念与实例

工程实际中，一些杆件往同时产生两种或两种以上的基本变形，这类变形形式称为组合变形。

二、拉伸（或压缩）与弯曲的组合例：5-5

三、弯曲与扭转的组合例：5-7

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第14次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月6日

章节名称

疲劳

6.1交变应力的概念

6.2疲劳的概念

6.3

持久极限

6.4

提高构件疲劳强度的措施

教学目的与要求

1、使学生交变应力、疲劳、持久极限等概念及工程现象

2、使学生掌握提高构件疲劳强度的措施

重点与难点

重点：1交变应力、疲劳、持久极限等概念。2提高构件疲劳强度的措施

难点：交变应力、疲劳、持久极限等概念

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

6.1交变应力的概念

交变应力：在工程中，有些构件的应力大小或方向随时间作周期性变化，这种应力称为交变应力。

6.2疲劳的概念

疲劳：构件在交变应力下的破坏现象，工程上习惯称为“疲劳”破坏。

6.3

持久极限

一、材料的持久极限

持久极限：在交变应力作用下，材料经过无数次循环而不发生破坏的最大应力称为持久极限，也称为疲劳极限。

二、影响构件持久极限的因素

（1）构件外形的影响

（2）构件尺寸的影响

（3）构件表面质量的影响

三、对称循环下构件的持久极限

6.4

提高构件疲劳强度的措施

1、减缓应力集中

2、降低表面粗糙度

3、增加表面强度

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第15次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月3日

章节名称

化工设备设计基础概述

7.1

容器的结构与分类

7.2

容器机械设计的基本要求

7.3

容器的标准化设计

7.4

化工容器常用金属材料的基本性能

教学目的与要求

1、使学生掌握容器的结构与分类

2、使学生掌握过程设备常用金属材料的基本性能

重点与难点

重点：1容器的结构与分类。2过程设备常用金属材料的基本性能。

难点：金属材料的基本性能。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

7.1

容器的结构与分类

一、容器的结构

在化工厂和石油化工厂，有各种各样的设备。这些设备按照它们在生产过程中的原理，可以分为反应设备、换热设备、分离设备和储运设备。

二、容器的分类

容器通常可按容器的形状、容器厚度、承压性质、工作温度、支承形式、结构材料及容器的技术管理等进行分类。

7.2容器机械设计的基本要求

容器的总体尺寸（例如反应釜釜体容积的大小，釜体长度与直径的比例，传热方式及传热面积的大小；又如蒸馏塔的直径与高度，接口管的数目，方位及尺寸等），一般是根据工艺生产要求，通过化工工艺计算和生产经验决定的。这些尺寸通常称为设备的工艺尺寸。

当设备的工艺尺寸初步确定之后，可进行结构、强度设计，设计时应满足：

①强度②刚度③稳定性④

耐久性⑤密封性⑥节省材料和便于制造⑦方便操作和便于运输

7.3容器的标准化设计

一、标准化意义

为便于设计，有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动生产率，我国各有关部门对容器的零部件(例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液面计等)进行了标准化、系列化工作，许多化工设备(例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器)也有了相应的标准。

二、容器零部件标准化的基本参数

1.公称直径

2.公称压力

7.4

化工容器常用金属材料的基本性能

一、力学性能

构件在使用过程中受力超过某一限度时，就会发生塑性变形，甚至断裂失效。是指材料在外力作用下表现出变形、破坏等方面的特性（如弹性、塑性、强度、硬度、韧性等特性指标）。

1、强度

2、塑性

3、韧性

4、硬度

5、材料在高温下的力学性能

二、物理性能

相对密度、熔点、热膨胀系数、导热系数和导电性等。使用时可查有关手册。

三、化学性能

材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与介质发生化学和电化学反应而引起腐蚀。金属的化学性能主要是耐腐蚀性和抗氧化性。

四、工艺性能

铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性、热处理性能和冷弯性能等。

五、其他性能

1.组织稳定性

2.抗松弛性

3.应变时效敏感性

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第16次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月7日

章节名称

内压薄壁容器设计基础

8.1

回转壳体的几何特征

8.2回转壳体薄膜应力分析

教学目的与要求

1、使学生掌握内压薄壁容器的设计

2、使学生掌握薄壁容器的几何特征

重点与难点

重点：1使学生掌握内压薄壁容器的设计2使学生掌握回转壳体薄膜应力分析。

难点：回转壳体薄膜应力分析

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

8.1

回转壳体的几何特性

一、基本概念

1.回转壳体——壳体中间面由直线或平面曲线绕同平面内的固定轴线旋转一周而形成的壳体。

2.轴对称——壳体的几何形状、约束条件和所受外力都对称于回转轴的问题。化工容器就其整体而言，通常属于轴对称问题。

（1）中间面——与壳体内外表面等距离的曲面。

内外表面间的法向距离即为壳体厚度。对于薄壁壳体，可以用中间面来表示它的几何特性。

（2）母线——由平面曲线AB绕回转轴OA旋转一周而成，形成中间面的平面曲线AB称为“母线”。

（3）经线——如果通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线（AB′、AB“）称为“经线”。显然，经线与母线的形状是完全相同的。

（4）法线——通过经线上的一点M垂直于中间面的直线，称为中间面在该点的“法线”（n），法线的延长线必与回转轴相交。

（5）纬线——以过N点的法线为母线作圆锥面与壳体中间面正交，得到的交线

（6）第一曲率半径——中间面上一点M处经线的曲率半径称为该点的第一曲率半径，用R1表示。

（7）第二曲率半径——通过经线上一点M的法线作垂直于经线的平面，其与中间面相交形成曲线ME，此曲线在M点处的曲率半径称为该点的第二曲率半径，用R2表示。

二、基本假设

假定壳体是完全弹性的，材料具有连续性、均匀性和各向同性。对薄壁壳体，常采用以下两点假设而使问题简化。

1.直法线假设——壳体在变形前垂直于中间面的直线段，在变形后仍保持直线，并垂直于变形后的中间面，且直线段长度不变。由此，沿厚度各点的法向位移均相同，变形前后壳体厚度不变。

2.互不挤压假设——壳体各层纤维变形后均互不挤压。由此假设，壳壁的法向应力与壳壁其他应力分量相比是可以忽略的小量。

8.2

回转壳体薄膜应力分析

一、薄膜应力理论的应力计算公式

1．经向应力计算公式

2．环向应力计算公式

二、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第17次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月10日

章节名称

内压薄壁容器设计基础

8.3

典型回转壳体的应力分析

8.4内压圆筒边缘应力的概念

教学目的与要求

1、使学生掌握内压薄壁容器的应力分析

重点与难点

重点：使学生掌握内压薄壁容器的应力分析

难点：内压薄壁容器的应力分析和边缘应力

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

8.3

典型回转壳体的应力分析

一、受内压的圆筒形壳体

对于圆柱壳体，根据薄膜应力理论，其经向应力与环向应力分别为

（8-3）

（8-4）

二、受内压的球形壳体

球壳的母线是半径为D/2的半圆周，球壳上任一点的第一曲率半径R1与第二曲率半径R2均相同，且等于球壳的平均半径，即R1

=

R2

=

D/2。由薄膜应力理论可知，其经向应力与环向应力分别为

（8-5）

（8-6）

三、受内压的椭球壳体

经向应力与环向应力分别为

（8-9）

（8-10）

四、受内压的锥形壳体

锥形壳体的经向应力与环向应力为

（8-11）

（8-12）

五、承受液体静压作用的圆筒壳体

1．沿底部边缘支承的圆筒

2．沿顶部边缘支承的圆筒

8.4内压圆筒边缘应力的概念

一、边缘应力的概念

以筒体与封头联接为例，若平板盖具有足够的刚度，受内压作用时变形很小。而壳壁较薄，变形量较大，两者连接在一起，在联接处(即边缘部分)筒体的变形受到平板盖的约束，因此产生了附加的局部应力(即边缘应力)。边缘应力数值很大，有时能导致容器失效，设计时应予重视。

二、边缘应力的特点

（1）局部性

不同性质的连接边缘产生不同的边缘应力，但它们都有一个明显的衰减波特性。

（2）自限性

发生边缘弯曲的原因是由于薄膜变形不连续。自然，这是指弹性变形。当边缘两侧的弹性变形相互受到约束，必然产生边缘力和边缘弯矩，从而产生边缘应力。但是当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，上述这种弹性约束开始缓解，因而原来不同的薄膜变形便趋于协调，于是边缘应力就自动限制。这就是边缘应力的自限性。

三、对边缘应力的处理

（1）由于边缘应力具有局部性，在设计中可以在结构上只作局部处理。

（2）只要是塑性材料，即使边缘局部某些点的应力达到或者说超过材料的屈服极限，邻近尚未屈服的弹性区也能够抑制塑性变形的发展，使塑性区不再扩展，故大多数塑性较好的材料制成的容器

（3）由于边缘应力具有自限性，属二次应力，它的危害性就没有薄膜应力大。

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第18次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月14日

章节名称

内压薄壁圆筒和球壳设计

9.1

概述

9.2

内压薄壁圆筒和球壳强度计算

教学目的与要求

1、使学生掌握内压薄壁容器的设计

2、使学生掌握薄壁容器的几何特征

重点与难点

重点：1内压薄壁圆筒和球壳设计。

难点：1内压薄壁圆筒和球壳设计。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

9.1

概述

在压力容器的设计中，一般都是根据工艺要求先确定其内直径。强度计算的任务就是根据给定的内直径、设计压力、设计温度以及介质腐蚀等条件，设计出合适的厚度，以保证设备能在规定的使用寿命内安全可靠的运行。

9.2

内压薄壁圆筒和球壳强度计算

一、薄壁圆筒强度计算公式

1、理论计算强度（计算厚度）

2、设计厚度与名义厚度

3、有效厚度

4、压力容器的最小厚度

二、薄壁球壳强度计算公式

三、设计参数的确定

1、设计压力

2、计算压力

3、设计温度

4、许用应力

5、焊接接头系数

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第19次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月17日

章节名称

内压薄壁圆筒和球壳设计

9.3

容器的压力试验

教学目的与要求

1、使学生掌握容器的压力试验。

重点与难点

重点：1容器的压力试验。难点：无。

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

9.3

容器的压力试验

容器在制成以后或检修后投入生产之前，要进行压力试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，以确保设备的安全与正常运行。

对于需要进行焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力试验和气密试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。

一、试验压力

液压试验压力，按下式确定

式中

PT——试验压力，MPa，立式容器卧置作液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液体静压力；

p——设计压力，MPa；

[σ]—试验温度下材料的许用应力，MPa；

[σ]t—设计温度下材料的许用应力，MPa；

气压试验压力，按下式确定

二、压力试验的要求与试验方法

1.液压试验

将容器充满液体（在容器最高点设排气口），待容器壁温与液体温度相同时缓慢升压到规定试验压力后，保压时间一般不小于30min，然后将压力降到规定试验压力的80%，并保持足够长时间以对所有焊缝和连接部位进行检查，如有漏泄，修补后重新试验。液压试验时，注意事项。

2.气压试验

对不适合作液压试验的容器，可采用气压试验。所用气体应为干燥、洁净的空气，氮气或其他惰性气体。试验气体温度一般应不低于15℃。试验程序如下。

3.气密试验

容器须经液压试验合格后，方可进行气密试验。其方法是：首先缓慢升压至试验压力保持10min，然后降至设计压力，同时进行检查，气体温度应不低于5℃。

器作定期检验时，若容器内有残留易燃气体存在会导致爆炸时，则不得使用空气作为试验介质。

三、压力试验前的应力校核

在压力试验前，应对试验压力下产生的圆筒应力进行校核，即容器壁内所产生的最大应力不超过所用材料在试验温度上屈服极限的90%（液压试验）或80%（气压试验）。

试验类型

试验压力

强度条件

说明

备注

液压试验

立式容器卧置进行水压试验时，试验压力应取立置试验压力加液柱静压力。

压力试验时，由于容器承受的压力pT

高于设计压力p，故必要时需进行强度效核。

气压试验

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第20次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月21日

章节名称

10内压容器封头的设计

10.1

凸形封头

10.2锥形封头

教学目的与要求

1、使学生掌握内压容器封头的设计

重点与难点

重点：1使学生掌握内压容器封头的设计

难点：内压容器封头的设计

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

内压容器封头的设计

容器封头又称端盖，是容器的重要组成部分，按其形状分为三类：凸形封头、锥形封头和平板形封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头（或称带折边的球形封头）、球冠形封头（或称无折边球形封头）四种。采用什么样的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易和材料的消耗等情况来决定。

10.1

凸形封头

一、半球形封头

二、椭圆形封头

三、碟形封头

四、球冠形封头

10.2

锥形封头

1、锥形封头的结构要求及计算

2、锥形封头的标准

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第21次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月24日

章节名称

内压容器封头的设计

10.3

平板封头10.4

封头的结构特性及选择

教学目的与要求

目的：1使学生掌握内压容器封头的设计

重点与难点

重点：1使学生掌握内压容器封头的设计

难点：内压容器封头的设计

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

10.3

平板封头

1、圆形平盖厚度的计算

2、非圆形平盖厚度的计算

10.4

封头的结构特性及选择

从受力情况来看，半球形封头最好，椭圆形、碟形其次，球冠形、锥形更次之，而平板最差。从制造角度来看，平板最容易，球冠形、锥形其次，碟形、椭圆形更次，而半球形最难；就使用而论，锥形有其特色，用于压力不高的设备上，椭圆形封头用作大多数中低压容器的封头，平板封头用作常压或直径不大的高压容器的封头，球冠形封头用作压力不高的场合或容器中两独立受压室的中间封头，半球形封头一般用于大型储罐或高压容器的封头。

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第22次课

周次

学

时

授课时间

2011年11月28日

章节名称

外压容器设计基础

11.1

概述

11.2临界压力

11.3外压容器设计方法及要求

教学目的与要求

1、使学生掌握外压容器设计

重点与难点

重点：1使学生掌握外压容器设计

难点：外压容器设计

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

11.1

概述

一、外压容器的失稳

二、圆筒失稳形式的分类

1.周向失稳——圆筒由于均匀径向外压引起的失稳叫做周（侧）向失稳，周向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形，其波数n可以为2，3，4，……，如图11-1所示。

2.轴向失稳——如果一个薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达到某一数值时丧失稳定性，但在失去稳定时，仍然具圆形环截面，只是破坏了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了褶皱。

3.局部失稳

失稳现象除上述的周向失稳和轴向失稳两种失稳之外，还有局部失稳，如容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压引起的局部失稳。

11.2

临界压力

一、临界压力

导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以pcr表示。筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力称为临界压应力，以σcr表示。

二、长、短圆筒和刚性圆筒

按照破坏情况，受外压的圆筒壳体可分为长圆筒、短圆筒和刚性圆筒三种，作为区分所谓长、短圆筒与刚性圆筒的长度均指与直径Do，有效厚度δe等有关的相对长度，而非绝对长度。

三、临界压力的理论计算公式

1．长圆筒

长圆筒的临界压力可由圆环的临界压力公式推得，即

2．短圆筒

3．刚性圆筒

四、影响临界压力的因素

1．筒体几何尺寸的影响

2．筒体材料性能的影响

3．筒体椭圆度和材料不均匀的影响

五、临界长度

当圆筒的计算长度L＞Lcr时，属长圆筒；若L’cr＜L＜Lcr时，属短圆筒；若L＜L’cr时，属刚性圆筒。

11.3

外压容器设计方法及要求

一、设计准则

许用外压[p]：实践表明，许多长圆筒或管子一般压力达到临界压力值的l／2～1／3时就可能会被压瘪。此外，考虑到容器有可能承担大于计算压力的工况，因此，不允许在外压力等于或接近于临界压力进行操作，必须有一定的安全裕度，使许用压力比临界压力小，即

式中

[p]-许用外压，MPa；

m-稳定安全系数，m>1。

二、外压圆筒厚度设计的图算法

1、算图的依据

2、外压圆筒和管子厚度的图算法

三、外压圆筒厚度表

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第23次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月1日

章节名称

外压容器设计基础

11.4

外压球壳与凸形封头的设计

11.5加强圈的作用与结构

教学目的与要求

1、使学生掌握外压容器设计

重点与难点

重点：1使学生掌握外压容器设计

难点：外压容器设计

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

11.4

外压球壳与凸形封头的设计

一、外压球壳的设计

二、外压凸形封头的设计

1、受外压椭圆形封头

2、碟形封头

11.5

加强圈的作用与结构

工程实际中，较薄钢板用来制造较高压力的外压容器时，通常在筒体上装上一定数量的加强圈，利用加强圈对筒壁的支撑作用，可以提高圆筒的临界压力，从而提高其工作外压。

扁钢、角钢、工字钢等都可用以制作加强圈，作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第24次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月5日

章节名称

容器零部件

12.1

法兰连接

教学目的与要求

1、使学生掌握容器零部件

重点与难点

重点：1使学生掌握容器零部件

难点：容器零部件的选用

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

12.1

法兰连接

一、概述

可拆连接必须满足下列基本要求：（1）有足够的刚度，且连接件之间具有必须的密封压紧力，以保证在操作过程中介质不会泄漏；（2）有足够的强度，即不因可拆连接的存在而削弱了整个结构的强度，且本身能承受所有的外力；（3）能耐腐蚀，在一定的温度范围内能正常的工作，能迅速并多次地拆开和装配；（4）成本低廉，适合于大批量地制造。

法兰连接结构是一个组合件，它由一对法兰，数个螺栓、螺母和一个垫片所组成。

从使用角度看，法兰可分为两大类，即压力容器法兰和管法兰。压力容器法兰是指筒体与封头、筒体与筒体或封头与管板之间连接的法兰；管法兰指管道与管道之间连接的法兰。

二、法兰连接结构与密封原理

法兰通过紧固螺栓压紧垫片实现密封。一般来说，流体在垫片处的泄漏以两种形式出现，即所谓“渗透泄漏”和“界面泄漏”。渗透泄漏是流体通过垫片材料本体毛细管的泄漏，故除了介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质外，主要与垫片的结构和材质有关；而界面泄漏是流体沿着垫片与法兰接触而之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。由于加工时的机械变形与振动，加工后的法兰压紧面总会存在凹凸不平的间隙，如果压紧力不够，界面泄漏即是法兰连接的主要泄漏来源。

法兰的整个工作过程可简单地分为预紧工况与操作工况来分析。

三、法兰的结构与分类

1．法兰按接触面形成分为以下两类。

（1）窄面法兰（2）宽面法兰

2．法兰按其整体性程度，分为三种形式。

（1）松式法兰（2）整体法兰（3）任意式法兰

3．法兰的形状

绝大多数法兰的形状为圆盘形或带颈的圆盘形，也有少量方形、椭圆形法兰盘。方形法兰有利于把管子排列紧凑。椭圆形法兰通常用于阀门和小直径的高压管上。

四、影响法兰密封的因素

1．螺栓预紧力

2．压紧面（密封面）

（1）平面型压紧面（2）凹凸型压紧面（3）榫槽型压紧面（4）锥形压紧面（5）梯形槽压紧面。压紧面的选用原则，首先必须保证密封可靠，并力求加工容易、装配方便、成本低。

3．垫片

（1）非金属垫片（2）金属垫片（3）金属-非金属组合垫片

4．法兰刚度

5．操作条件

五、法兰标准及选用

（一）压力容器法兰标准

压力容器法兰分平焊法兰和对焊法兰两类。

1．平焊法兰

平焊法兰又分为甲型平焊法兰（图12-12）和乙型平焊法兰（图12-13）。甲型与乙型平焊法兰相比，区别在于乙型平焊法兰本身带有一个圆筒形的短节，短节的厚度一般不小于16mm，这个厚度较筒体的厚度大，因而增加了法兰的刚度。另一方面，甲型的焊缝开V型坡口；乙型的开U型坡口，设备与短节采用对接焊，从这点来看乙型比甲型也具有较高的强度和刚度，因此，乙型可用于较大的公称直径和公称压力的范围。

2．对焊法兰

长颈对焊法兰是由具有较大厚度的锥颈与法兰盘构成一体的（图12-14），进一步增大了法兰盘的刚度，同时法兰与设备采用对接焊连接，因此用于更高的压力PN0.6MPa，1.0MPa，1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.4Mpa，直径DN300～2000mm，温度一20～450℃。

3．压力容器法兰标准的选用

（二）管法兰标准

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第25次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月8日

章节名称

12容器零部件

12.2容器支座

教学目的与要求

1、使学生掌握容器零部件

重点与难点

重点：1使学生掌握容器零部件

难点：容器零部件的选用

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

12.2

容器支座

容器和设备的支座，是用来支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些场合下支座还要承受操作时的振动，承受风载荷和地震载荷。

容器与设备支座的结构型式很多，根据容器与设备自身的型式，支座可以分成两大类，即卧式容器支座和立式容器支座。

一、卧式容器支座

卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座和支腿。

常见的卧式容器和大型卧式贮罐、换热器等多采用鞍座，它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座。但对于大直径薄壁容器和真空设备，为增加筒体支座处的局部刚度常采用圈座。小型设备采用结构简单的支腿。

1．双鞍式支座及支座标准

采用双支座时，支座位置的选取一方面要考虑到利用封头的加强效应，另一方面又要考虑到不使壳体中因荷重引起的弯曲应力过大，所以选取原则如下。

（1）双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁。

（2）当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。

鞍座的结构如图12-18，它由横向直立筋板、轴向直立筋板和底板焊接而成，在与设备筒体相连处，有带加强垫板的和不带加强垫板的两种结构，图12-18为带垫板的结构。必须设置加强垫板的条件见JB/T4712—1992。加强垫板的材料应与设备壳体材料相同。鞍座的材料（加强垫板除外）为Q235-A·F。

鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。根据底板上的螺栓孔形状不同，又分为F型（固定支座）和S型（活动支座），除螺栓孔处，F型与S型各部分的尺寸相同。在一台容器上，F型和S型总是配对使用。活动支座的螺栓孔采用长圆形，地脚螺栓采用两个螺母，第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，以便能使鞍座在基础面上自由滑动。

鞍座标准分为轻型（A）和重型（B）两大类，重型又分为BⅠ～BⅤ五种型号，见表12-6。

鞍座标记方法：

2．圈式支座

圈式支座适用的范围是：因自身重量而可能在支座处造成壳体较大变形的薄壁容器，某些外压或真空容器，多于两个支座的长容器。圈座的结构如图12-16（b）所示。

3．支腿

这种支座由于在与容器相连接处会造成严重的局部应力，因此一般只用于小型容器，支腿的结构如图12-16（c）所示。

二、立式容器支座

立式容器的支座有四种：耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。中、小型直立容器常采用前三种支座，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。

1．耳式支座

耳式支座又称悬挂式支座，它由筋板和支脚板组成，广泛用于反应釜及立式换热器等直立设备上，优点是简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。因此，当设备圈套或器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板，垫板的材料最好与筒体材料相同，如不锈钢设备用碳钢作支座时，为防止器壁与支座在焊接过程中合金元素的流失，应在支座与器壁间加一个锈钢垫板。图12-19是带有垫板的耳式支座。

耳式支座推荐用的标准为JB/T

4725—1992，它将耳式支座分为A型（短臂）和B型（长臂）两类，每类又有带垫板和不带垫板的两种，不带垫板的分别以AN和BN表示，见表12-8，表中支座取决于支座允许载荷[Q]和容器公称直径DN。

耳式支座的标记方法：

2．支承式支座

对于高度不大的中小型设备，可采用支承式支座。支承式支座已经标准化，它分为A、B两类，A类由钢板拼焊而成，B类由钢管制做，两类都带垫板。它的型式特征见表12-10。图12-21表示1～4号A型支承式支座，图12-22表示B型支承式支座。

关于支承式支座的其他内容可查阅标准：支承式标准JB/T

4724—1992。

3．腿式支座

腿式支座与支承式支座的最大区别在于：腿式支座是支承在容器的圆柱体部分，而支承式支座是支承在容器的底封头上。

腿式支座也已经标准化，它的型式特征见表12-11，支座形式见图12-23。

有关支座的具体形式、尺寸、选用可查阅标准：腿式支座JB/T

4713—1992。

4．裙式支座

裙式支座是高大的塔设备最广泛采用的一种支座形式。它与前三种支座不同，目前尚无标准。它的各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。有关裙式支座的结构及其设计计算可参见JB/T

4710—1992《钢制塔式容器》。

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第26次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月12日

章节名称

容器零部件

12.3

容器的开孔补强

教学目的与要求

1、使学生掌握容器零部件

重点与难点

重点：1使学生掌握容器零部件

难点：容器零部件的选用

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

12.3

容器的开孔补强

一、开孔补强的设计原则与补强结构

1．补强设计原则

（1）等面积补强法的设计原则

这种补强方法，规定局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔所减去的壳体截面积，其含义在于补强壳壁的平均强度，用与开孔等截面的外加金属来补偿削弱的壳壁强度。

（2）塑性失效补强设计原则

一种极限设计的方法，同时又考虑到结构的安定性。其基本点是：开孔容器的接管处达到全域塑性时的极限应力应等于无孔壳体的屈服应力；同时，按弹性计算的最大应力应不超过2σs。

2．补强结构是指用于补强的金属采用什么样的结构形式与被补强的壳体或接管连成一体，以减小该处的应力集中。

（1）补强圈补强结构

（2）厚壁管补强结构

（3）整锻件补强结构

二、适用的开孔范围

当采用局部补强时，GB

150—1998规定，筒体及封头上开孔的最大直径不得超过以下数值：

（1）筒体内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤Di/2，且d≤520mm（d为开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量）；

（2）筒体内径Di>1500mm时，开孔最大直径d≤Di/3，且d≤1000mm；

（3）凸形封头或球壳的开孔最大直径d≤Di/2；

（4）锥壳（或锥形封头）的开孔最大直径d≤Dk/3，Dk为开孔中心处的锥壳内直径。

三、不另行补强的最大开孔直径

容器开孔并非都要补强，因为常常有各种强度富裕量存在。例如实际厚度超过强度需要；焊接接头系数小于1且开孔位置又不在焊缝上；接管的厚度大于计算值，有较大的多余厚度；接管根部有填角焊缝。所有这些都起到了降低薄膜应力从而也降低了应力集中处的最大应力的作用，也可以认为是使局部得到了加强，这时可不另行补强。

关于不另行补强的最大开孔直径，GB

150—1998是这样规定的，壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强：

（1）设计压力小于或等于2.5MPa；

（2）两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；

（3）接管公称外径小于或等于89mm；

（4）接管最小厚度满足表12-12要求。

四、等面积补强的设计方法

所谓等面积补强，就是使补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。补强金属在通过开孔中心线的纵截面上的正投影面积，必须等于或大于壳体由于开孔而在这个纵截面上所削弱的正投影面积。具体计算参见GB

150—1998。

五、补强圈标准

补强圈已有标准：JB/T

4736—2002和HG

21506—1992，可参考选用。

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第27次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月15日

章节名称

容器零部件

12.4

容器附件

教学目的与要求

1、使学生掌握容器零部件

重点与难点

重点：1使学生掌握容器零部件

难点：容器零部件的选用

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

12.4

容器附件

容器上开孔，是为了安装操作与检修用的各种附件，如接管、视镜、人孔和手孔等。

一、接管

化工设备上的接管一般分为两类，一类是容器上的工艺接管，它与供物料进出的工艺管道相连接，这类接管一般较粗，多是带法兰的短接管，如图12-27所示，其接管伸出长度l应考虑所设置的保温层厚度及便于安装螺栓，可按表12-13选用，接管上焊缝与焊缝之间的距离应不小于50mm，对于铸造设备的接管可与壳体一起铸出，见图12-28。对于轴线不垂直于壳壁的接管，其伸出长度应使法兰外缘与保温层之间的垂直距离不小于25mm，如图12-29所示。

对于一些较细的接管，如伸出长度较长则要考虑加固。例如低压容器上DN≤40mm的接管，与容器壳体的连接可采用接头加固，其结构型式如图12-30所示。

对于DN≤25mm，伸出长度l≥150mm以及DN=32～50mm，伸出长度l≥200mm的任意方向接管（包括图12-29所示结构），均应设置筋板予以支撑，位置按图12-31要求，其筋板断面尺寸可根据筋板长度按表12-14选取。

另一类是仪表类接管，为了控制操作过程，在容器上需装置一些接管，以便和测量温度、压力及液面等的仪表相连接。此类接管直径较小，除用带法兰的短接管外，也可简单地用内螺纹或外螺纹管焊在设备上，如图12-32所示。

二、凸缘

当接管长度必须很短时，可用凸缘（又叫突出接口）来代替，如图12-33所示。凸缘本身具有加强开孔的作用，不需再另外补强。缺点是当螺栓折断在螺栓孔中时，取出较困难。

由于凸缘与管道法兰配用，因此它的联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定。

三、手孔与人孔

安设手孔和人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。

人孔和手孔属于常用部件，已经标准化，目前所用的标准为HG/T21514～21535—2005《碳素钢、低合金钢制人孔和手孔》，该标准的适用范围为公称压力0.25～6.3MPa，工作温度－40～500℃。设计时可以依据设计条件直接选用。

手孔的直径一般为150～250mm，标准中手孔的公称直径有DN150和DN250两种。手孔的结构一般是在容器上接一短管，并在其上盖一盲板。标准规定的手孔一共有8种形式，它们是：常压手孔、板式平焊法半手孔、带颈平焊法兰手孔、带颈对焊法兰手孔、回转盖带颈对焊法兰手孔、常压快开手孔、旋柄快开手孔、回转盖快开手孔。图12-34（a）所示为常压手孔，（b）为旋柄快开手孔。

当设备的直径超过900mm时，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。椭圆形人孔的短轴应与受压容器的筒身轴线平行。圆形人孔的直径一般为400mm，容器压力不高或有特殊需要时，直径可以大一些，圆形标准人孔的公称直径有DN400、DN450、N500和DN600四种。椭圆形人孔的尺寸为450mm×350mm。

标准中规定的人孔一共有13种形式，它们是：常压人孔、回转盖板式平焊法兰人孔、回转盖带颈平焊法兰人孔、回转盖带颈对焊法兰人孔、垂直吊盖板式平焊法兰人孔、垂直吊盖带颈平焊法兰人孔、垂直吊盖带颈对焊法兰人孔、水平吊盖板式平焊法兰人孔、水平吊盖带颈平焊法兰人孔、水平吊盖带颈对焊法兰人孔、常压旋柄快开人孔、椭圆形回转盖快开人孔、回转拱盖快开人孔。图12-35所示为水平吊盖带颈平焊法兰人孔。

四、视镜

视镜除用来观察设备内部情况外，也可用做料面视镜。用凸缘构成的视镜称不带颈视镜（图12-36），它结构简单，不易粘料，有比较宽阔的视察范围。标准中视孔的公称直径有50～150mm五种，公称压力达2.5MPa，设计时可选用。

当视镜需要斜装或设备直径较小时，需采用带颈视镜（图12-37），视镜玻璃是硅硼玻璃，容易因冲击、振动或温度剧变破裂，此时可选用双层玻璃安全视镜或带罩视镜。

视镜因介质结晶、水蒸气冷凝影响观察时，可采用冲洗装置，如图12-38所示。

另外，当设备需要时还可采用带类视镜（HG/T

21575—1994）和组合式视镜（HG

21505—1992）。总之，视镜的形式较多，应根据具体情况选用。

五、液面计

液面计的种类很多，公称压力不超过0.07MPa的设备，可以直接在设备上开长条孔，利用矩形凸缘或法兰把玻璃固定在设备上。对于承压设备，一般都是将液面计通过法兰[图12-39（a）]、活接头[图12-39（b）]或螺纹接头[图12-39（c）]与设备联接在一起。在现有标准中，分玻璃板式液面计、玻璃管式液面计（HG

21588～21592—1995）、磁性液位计（HG/T

21584—1995）和用于低温设备的防霜液面计（HG/T

21550—1993）。图12-40为普通型磁性液位计。

六、设备吊耳

设备吊耳主要是起吊设备用的，目前已有标准（HG/T

21574—1994），此标准共列入三类（六种型式）吊耳，有顶部板式吊耳（图12-41），侧壁板式吊耳（图12-42）和轴式吊耳（图12-43），吊耳的公称吊重是指一个吊耳所能起吊的最大重量。

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第28次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月19日

章节名称

13带传动

14齿轮传动

15蜗杆传动

教学目的与要求

1、使学生了解带传动的类型、结构和特点

2、使学生了解齿轮传动的特点和分类

3、使学生了解蜗杆传动的组成、特点和类型

重点与难点

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

13带传动

13.1

带传动的类型、结构和特点

14齿轮传动

14.1

齿轮传动的特点和分类；

15蜗杆传动

15.1

蜗杆传动的组成、特点和类型

作业布置：

课后自我总结分析：

《化工设备机械基础》教案

序

号

第29次课

周次

学

时

授课时间

2011年12月22日

章节名称

轮系和减速器

轴、键与联轴器

18轴承

教学目的与要求

1、使学生了解轮系和减速器

2、使学生了解轴、键与联轴器

3、使学生了解轴承

重点与难点

授课方法

与手段

多媒体课堂讲授、课堂讨论、课后作业。

基本教学内容：

16轮系和减速器

16.1、轮系

16.2、减速器

17轴、键与联轴器

17.1

概述

17.5

平键连接

17.6

联轴器

18轴承

18.1

概述

18.2

非液体摩擦滑动轴承

18.3

滚动轴承

作业布置：

课后自我总结分析：

第四篇：化工设备机械基础试题库（重点）

化工设备机械基础试题库

一、填空

力学基础部分

1．在外力的作用下,杆件可产生变形的基本形式为轴向拉、压、剪切、扭转、弯曲。

2．就所受外力而言,受剪切直杆与受弯的梁二者之间的区别是受剪横向外力作用线相距很近、受弯横向外力作用线相距很远。

3．从工程意义上讲,材料的破坏可分为二类,一类是脆性断裂破坏,应采用第一或二强度理论解释其破坏原因；另一类是屈服流动破坏,应采用第三或四强度理论解释其破坏原因。

化工设备常用材料及防腐

4．碳钢和铸铁都是铁

塑性材料；而铸铁是典型的脆性材料。和碳组成的合金,但是它们却有非常明显的性能差别,低碳钢是典型的5．

碳钢和铸铁都是铁和碳组成的合金。一般来说,对钢材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表现在硫使钢材发生热脆,磷使钢材发生冷脆。

6．碳钢和铸铁中的主要化学元素除铁外还有碳2.11%

时为碳钢；如果组成的合金中碳含量大于2.11%

时为铸铁。,如果组成的合金中碳含量小于

7．就钢材的含碳量而言,制造压力容器用钢与制造机器零件用钢的主要区别是制造容器用低碳钢,而制造机器零件用中碳钢。其主要原因是低碳钢有良好的塑性与焊接性能,中碳钢可以通过调质提高其综合机械性能。

薄膜理论

8．从应力角度看,等壁厚、内径和内压均相同的球形容器比圆筒形容器具有优越性,二者经向应力相同,而周向（环向）2倍。应力不同,圆筒形容器是球形容器

9．受气体内压的锥形壳体,壳体上的薄膜应力随距锥顶经向距离的增大而增大,锥顶处应力为零,最大应力位于锥底处。

10．标准椭圆形封头的长、短半轴之比等于2,这种封头的最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,最大压应力位于壳体的赤道。

11．标准椭圆形封头最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,位于壳体的赤道出现经向的最大压应力,其绝对值与最大拉应力值相等。

12．边缘应力的两个基本特征是局部性,自限性。

13．圆锥壳与圆柱壳的连接点A处圆锥壳的第一主曲率半径为,第二主曲率半径为。

锥顶处B点的第一主曲率半径为,第二主曲率半径为。

压力容器设计

14．我国钢制压力容器常规设计所遵循的国家标准是GB150-1998《钢制压力容器》。的名称是《钢制压力容器》GB150-1998。,标准号是

16．对于用钢板卷焊

15．我国钢制压力容器常规设计所遵循的国家标准的压力容器筒体,用它的内径作为其公称直径,如果压力容器筒体是用无缝钢管直接截取的,规定用钢管的外径作为其公称直径。

17．钢板卷制的容器的公称直径是其内径,钢管制作的容器的公称直径是其外径；管子的公称直径既不是管子的内径也不是管子的外径,而是与管子外径相对应的一个数值。

18．壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度,对于碳素钢、、低合金钢制压力容器,不小于3mm；对于高合金钢制压力容器不小于2mm。

19．金属材料的腐蚀按破坏的形式分为均匀腐蚀与非均匀腐蚀,其中均匀腐蚀在容器设计阶段考虑腐蚀裕量即可保证容器强度。

20．计算压力Pc,设计压力P,最大工作压力Pw与安全阀的起跳压力Pk,四者之间的关系应该是Pc≥P≥Pk≥Pw。

21．设计压力P,最大工作压力Pw,安全阀的起跳压力Pk与允许最大工作压力[P],四者之间的关系应是[P]≥P≥Pk≥Pw。

22．压力容器的主要受压元件有压力容器筒体、封头（端盖）、人孔法兰、人孔接管、开孔补强圈、设备法兰、换热器的管板和换热管、膨胀节、M36以上的设备主螺栓、公称直径大于250mm的接管及管法兰等。（选5个）

23．进行压力容器零部件的机械设计应满足强度、刚度、稳定性、耐久性、气密性、节约材料和便于制造、运输、安装、操作及维修均应方便等要求。（选5个）

24．钢制圆筒形容器Di=2000mm,内压P=0.2Mpa,材料[σ]t=113Mpa,φ=1,则容器的最小壁厚δmin应为3mm。

25．图纸标注的容器壳体壁厚指的是名义厚度δn,可以用来承受介质压力的厚度是有效厚度δe。

标准零部件选用

26．压力容器用法兰有甲型平焊、乙型平焊、长颈对焊三种结构型式。

27．压力容器开孔补强结构主要有补强圈补强、厚壁管补强、整锻件补强三种。

28．中低压法兰密封面形式常用的有平面型、凹凸型、榫槽型三种。

29．中压容器的压力范围是1.6MPa≤P<10Mpa。

二、回答下列问题

1.加强圈和补强圈的作用有什么不同？

加强圈用来缩短外压容器的计算长度,提高外压容器的抗失稳能力,而补强圈用来

进行开孔扑强,降低开孔接管处的应力集中系数。

2.标准椭圆形封头在承受内压时规定其δe≥0.15%Di,为什么？

标准椭圆形封头在承受内压时,在赤道处产生环向压缩薄膜应力,如封头的厚度过薄,封头在赤道处可能被压出褶皱,发生失稳。为避免失稳现象发生,规定其δe≥0.15%Di。

3.什么是金属材料的高温蠕变现象？

金属材料在高温时,在一定的应力下,应变随时间延续而增加,逐渐产生塑性变形的现象。

4.等面积补强法的原则是什么？

处于有效补强范围内的可起补强作用的金属截面积等于或大雨开孔所削去的壳体承压所需的理论截面积。

5.什么是“18-8”钢的晶间腐蚀？

“18-8”钢在450℃-850℃短时加热时,晶间处C与Cr发生反应,而晶粒内部的Cr来不及向晶界扩散,使晶界成为

“贫Cr区”,其含量低于钝化所需的最低含Cr量（12.5%）,从而在腐蚀介质中,晶界处被腐蚀。这种现象称为“18-8”钢的晶间腐蚀。

6.利用弯曲正应力的分布规律解释为什么等横截面积、等高的工字梁比矩形截面梁承弯更合理？

弯曲正应力沿截面高度线性分布,在中性轴上各点的正应力为零,离中性愈远处正应力愈大,在等横截面积、等高的前提下工字梁与矩形截面梁相比,中性轴附近的金属截面积小,而离中性轴较远处的金属截面积大。因此工字梁比矩形截面梁承弯更合理。

一、填空题

1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。

2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。

3、受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）的整数。

4、现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN（150）mm和DN（250）mm两种。

5、防腐（发生什么腐蚀？有何措施）P37~446、薄膜理论：P697、自支撑式塔设备设计时，除了考虑操作压力以外，还必须考虑（自重载荷）、（风载荷）、（地震载荷）、（偏心载荷）等载荷。

8、椭圆形封头（标准椭圆形封头怎样定义？）K=1。P100-101

16Mn

R

16:

0.16%含碳量，Mn:合金元素

R：容器钢

Q235-A·F

F：沸腾钢

Q:钢材屈服点

Q235-A

A:甲类钢

20g

g:锅炉钢

二、判断题

三、名词解释

1、薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。

2、镇静钢：

镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂

Si,Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。

3、沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO

气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。

4、屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。

5、薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。

6、缺口敏感性：材料由于存在缺口所引起的局部应力集中导致其名义“强度”降低的程度。

7、线膨胀系数：指温度每变化1℃材料长度变化的百分率。

8、强度：是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

9、压力容器：是一种能够承受压力载荷的密闭容器。（又分：固定式容器和移动式容器）

10、公称直径：指标准化以后的标准直径。

四、简答题

1、管子和管板连接方式有哪些？有何优缺点？P1992、生产中采取什么措施进行温度补偿？P2143、化工过程开发有哪些方法？

A、相似放大法

B、逐级经验放大法C、数学模拟放大法D、部分解析法

第五篇：化工设备机械基础概念总结(自己总结的)

钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理.退火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。目的：消除组织缺陷、降低硬度、提高塑性、便于冷加工、消除内应力、防止工件变形。正火是把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，置于空气中冷却。目的：细化晶粒，提高韧性，有比退火为高的强度与硬度。正火与退火不同之处，在于正火是将加热后的工件从炉中取出置于空气中冷却。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。淬火是把钢（工件）放在炉中缓慢加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增.碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火.回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。在150℃～250℃范围内的回火称“低温回火”。目的不降低硬度消除内应力。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火温度是300℃～450℃。目的消除内应力降低硬度提高弹性。弹簧、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为500℃～680℃。调质处理：淬火后的高温回火。目的获得较高的综合机械性能。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似.“蠕变”现象： 高温高压的蒸汽管道下挠变形；高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；铅丝在常温下受重力作用而变长变细。“蠕变强度”：材料在高温下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力，以sn 表示，单位MPa。“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％碳及1％左右杂质元素所组成合金。含碳量0.02％～2％称为钢；含碳量大于2％称为铸铁；含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)；含碳量大于4.3％的铸铁极脆.铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe;铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe.碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解度不超过0.02％），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥氏体。碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃时可达最大值2.06％。奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。硫 有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合物。钢材热加工1150～1200℃，过早熔化而导致工件开裂，称“热脆”,磷 有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。氧有害元素FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。氮:长时间放置或在200～300℃加热氮以氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。氢: 有害元素来源——钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生“白点”。——裂纹源.按用途：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢;按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢;按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢,Q235-A，屈服强度数值（MPa）普通碳素钢 质量等级A，B，C，D。脱氧方法为F，b，Z，TZ。化工压力容器用钢一般选用镇静钢。普通碳素钢有 Q195、Q215、Q235、Q255及 Q275五个钢种。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。按合金元素总含量分:合金含量<5%，低合金钢,合金含量5%-10%，合金钢,合金含量>10%，高合金钢.铬 提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。铝强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，低冷脆性。提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。专业用钢锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。在钢号后面分别加注 g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。特殊性能钢:不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢.通常按钢的金相组织分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等.防止晶间腐蚀的方法降低含碳量 <0.06%时不易产生，<0.03%时可靠地克服，超低碳不锈钢，如00Cr19Nil0 2）稳定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo稳定剂，广泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb3）形成双相组织，加入铁素体促成元素Ti，Al，Si，Mo，铁素体含铬高、补充快，5%以内，阻断腐蚀通路。4)控制热规范，快速加热和冷却，或非常缓慢。5）补充热处理稳定化退火（免疫处理）压力容器用钢的基本要求: 较高的强度良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性.压力容器设计中，常用的强度判据包括抗拉强度бb 屈服点бs 持久极限,蠕变极限,疲劳极限б-1常用的塑性判据:断面收缩率,延伸率δ5常用的韧性判据:冲击吸收功Akv ,韧脆转变温度，断裂韧性。压力容器用非金属材料要求：除要求有良好的耐腐蚀性外，还应有足够的强度，好的热稳定性，良好的加工制造性能。氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下；对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是；在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料；的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现；象常称为“氢腐蚀”。晶间腐蚀：发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。应力腐蚀：金属在腐蚀介质和拉应力，的共同作用下产生的一种，破坏形式。腐蚀与拉应力，起互相促进的作用，金属设备的防腐措施衬覆保护层 金属保护层、非金属保护层 电化学保护 阴极保护(牺牲阳极保护)、阳极保护添加缓蚀剂 缓蚀剂要求严格，必须根据设备所处的具体操，塔的迎风面受到风压载荷，并随高度而增加。基本假设：小位移假设，直法线假设不挤压假设。自重载荷，风载荷，地震载荷，偏心载荷。