工藝技術--水工藝設備理論基礎(已修改)

　

【正文】 來自 中國最大的資料庫下載 第三章 水工藝設備理論基礎 主要內容 一、容器應力理論 二、機械傳動理論 三、機械制造工藝 四、熱量傳遞與交換理論 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 167。 容器概述 一、容器概念 容器 是設備外部殼體的總稱。 在這些設備中，有的用來貯存物料，例如各種貯罐、水槽、泥槽；有的進行反應過程，例如各種床式反應器、離子交換柱、吸附塔。水工藝中使用的 容器壁厚 t與曲率半徑 R之比一般小于 1/10，稱作 薄壁容器 。即 二、容器的分類 容器根據其形狀、承壓、材質、內部構造可分成不同的類型 （ 1）按容器形狀分為 ① 方形或矩形容器 —— 由平板焊成 特點：制造簡單，便于布置和分格，但承壓能力差 適用范圍：故只用于小型常壓設備。 10/1( )/ m ax ?Rt 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 ② 球形容器 —— 由數塊球瓣板拼焊而成 (類似籃球 ) 特點：承壓能力好且相同表面積時容器容積最大，但制作麻煩且不便于安置內部構件 適用范圍：一般只用于承壓的貯罐。 ③ 圓筒形容器 —— 由圓柱形筒體和各種形狀的封頭組成 特點：制造較為容易，便于安裝各種內部構件，且承壓性能較好。 適用范圍：各種儲罐，在水工藝中應用最為廣泛 (后面主要以圓筒容器為例講 )。 （ 2）按容器承壓情況分為 ①常壓容器：容器僅承受容器內介質的靜壓力，一般為開口容器。 ②內壓容器：容器內部介質壓力大于外界壓力的容器。 按介質工作壓力 Pw 的大小，內壓容器可分為低壓（ ~ ）、中壓（ 10~100MPa） 和高壓容器（ 100MPa）。 水工藝設備中，內壓容器應用較多，但一般屬于低、中壓容器。內壓容器設計時考慮的是強度問題 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 ③外壓容器：容器內介質壓力小于外界壓力的容器。 外壓容器設計時主要應考慮穩定問題。（變形） （ 3）按容器組成材料分為 ①金屬容器 ②非金屬容器 （ 4）按容器內有無填料分為 ①無填料容器 ②填料容器 (本章中僅討論水工藝中使用最多的鋼制內壓容器。 ) 三、容器結構 (以圓筒形容器為例 ) 容器一般由筒體（又稱筒身）、封頭（又稱端蓋）、法蘭、支座、進出管及人孔（或手孔）視鏡等組成（如圖所示）。下面主要講的是有關中、低壓容器的筒體、封頭的設計計算的基本知識。 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 接管人孔 封頭支座 罐體圓筒形容器結構 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 四、 容器設計的基本要求 （ 1） 工藝要求 容器的總體尺寸、接口管的數目與位置、介質的工作壓力 Pw、 填料的種類、規格、厚度等一般是根據工藝生產的要求通過工藝設計算及生產經驗決定。 （ 2） 機械設計的要求 ① 強度 強度是容器抵抗外力而不破壞的能力。 ② 剛度 剛度是容器抵抗外力使其不發生不允許變形的能力。 ③ 穩定性 穩定性是容器或容器構件在外力作用下維持其原有形狀的能力。以防止在外力作用下容器被壓癟或出現折皺。 ④ 嚴密性 容器必須具有足夠的嚴密性，特別是承壓容器和貯存、處理有毒介質的容器應具有良好嚴密性。 ⑤ 抗腐蝕性和抗沖刷性 容器的材料及其構件和填充的填料要能有效的抵抗介質的腐蝕和水流的沖刷，以保持容器具有較長的使用年限 10/1( )/ m ax ?Rt 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 ⑥ 經濟方面的要求 在保證容器和工藝要求和機械設計的要求的基礎上，應選擇較為便宜的材料以降低制作成本。 ⑦ 制作、安裝、運輸及維修均應方便。 167。 回轉曲面與回轉薄殼 回轉曲面 以一條直線或平面曲線作母線，繞其同平面的軸線（即回轉軸）旋轉一周就形成了回轉曲面。 回轉薄殼 以回轉曲面作為 中間面 的殼體稱作 回轉殼體 。內外表面之間的法向距離稱為殼體厚度。對于薄殼，常用中間面來代替殼體的幾何特性。 經線 如圖示，在曲面上取一點 C， 過 C點和回轉軸 OO′作一平面，該平面與回轉曲面的交線 OB稱作曲面的經線 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 緯線 過 C點作與 OO′軸垂直的平面，該平面與回轉曲面的交線為一個圓，稱為 回轉曲面的平行圓 ，平行圓就是回轉曲面的緯線。平行圓的圓心 K3必在軸 OO′上， 平行圓的半徑 CK3用 r表示。 第一曲率半徑 過 C點作經線的法線 CN， CN線上必有 C點的曲率中心 K1點， CK1是經線上 C點的曲率半徑，用 ρ1表示，稱 C點的第一曲率半徑。 第二曲率半徑 過 C點再作一個與經線 OB在 C點的切線相垂直的平面，該平面與回轉曲面的交線為一條平面曲線，可以證明該曲線在 C點的曲率中心K2必定在 OO′軸上， CK2稱作點的第二曲率半徑，用 ρ2表示。 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 來自 中國最大的資料庫下載 (a) (b) (d) (c) dQ＝ 2πr p dL cosφ dQ＝ 2πrpdr prrdrpQ crc 202 pp == ?Q′＝ 2πrcδ σm sinφ= prc2pfr sin2cr= 來自 中國最大的資料庫下載 167。 容器應力理論 167。 回轉薄殼承受內壓后，在經線方向和緯線方向都要產生伸長變形，所以，在經線方向將會產生經向應力 σm， 在緯線方向會產生環向應力 σm 。 由于軸對稱，故同一緯線上各點的經向應力 σm 和環向應力 σm 均相等。由于我們涉及的殼體為薄殼，可以認為 σm 和 σm 在殼壁厚度上均勻分布。 （ 1） 經向薄膜應力 （殼體平衡方程） 用一個與回轉殼體中間面正交的圓錘面切割一承受內壓的殼體，取截面以下的分離體進行研