化工机械基础-序言,第一章

1.3 受力分析和受力图
如图 (a)所示为三角形支架ABC，AB 上作用铅垂力F ， 杆的自重不计，试分别画出杆BC 和AB 的受力图。
解：(1) BC 杆受力图。选定BC 杆作为研究对象，B、C 两端均为铰链连接，但由于不 计BC 杆自重，杆仅在其两端的两个约束反力作用下处于平衡，因此BC 杆为二力杆。根 据二力平衡公理，RB、RC 大小相等、方向相反，作用线在B、C 的连线方向上，BC 杆 受力图如图 (b)所示。 (2) AB 杆受力图。选AB 为研究对象，它受主动力F的作用，在B 处有束反力RB′ ，它 与RB 互为作用力与反作用力；A 点为固定铰链支座，约束反力的大小和方向未知，用XA、 YA 表示，AB 杆受力图如图 (c)所示。 AB 杆在F、RA、BR ′ 三个力的作用下处于平衡状态，由三力汇交定理可确定铰链A 处 所受约束反力RA 的方向，如图 (d)所示。
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2.过程
液体输送过程 （1）流体流动过程 气体压缩与输送过程 搅拌与混合过程
（2）热量传递过程 蒸发过程
热量交换过程
（3）质量传递过程
干燥过程 蒸馏过程 吸收与吸附过程 萃取过程 膜分离过程 离子交换过程 结晶过程
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2.过程
固体粉碎过程 机械分离过程 （4）机械操作过程 粉体分级过程 粉体混合过程 粉体造粒过程
F1 R1 F1 F2 A2 F2
证明：
A1 A A3
=
F3
A A3
F3
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1.1.2 静力学公里
公里四（作用力与反作用力公里）：
两物体间的作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反， 沿同一直线分别作用在这两个物体上。
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1.2 约束和约束反力
自由体：凡是可以在空间任意运动的物体。 非自由体：凡是受到周围物体的限制，不能在某 些方向上运动的物体。 约束：对非自由体的某些方向的位移起到限制作 用的周围物体。 约束反力：约束作用于被约束物体上的力。 主动力：物体所受到的除约束力以外的其他力。
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例 刚架自身重力不计，AC上作用载荷， 画出AC、BC及刚架整体的受力图
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1.4 平面汇交力系的合成与平衡条件
平面汇交力系：各力的作用线位于同一平面内， 且汇交于同一点的力系
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1.4.1 力在坐标轴上的投影
Fx F co s F y F s in F Fx F y
解：(1) 取球体A 作为研究对象，取分离体并画简图。 (2) 画主动力G。 (3) 画约束力。绳索的约束反力TB，TB 沿绳索且背离物体；墙壁的约 束反力ND，ND 沿墙壁和球体接触点的公法线方向并指向球体。 (4) 由三力汇交定理可知，TB、ND、G 的作用线交于A 点，如图 b所 示。
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二力杆：只受两个力的作用，并且处于平衡的物体。
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1.1.2 静力学公里
公里二（加减平衡力系公里）：
在刚体的原有力系中，加上或减去任一平衡力系，不会改 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以沿其作用线移至刚体内 任一点，而不改变原力对刚体的作用效应
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4.过程装备的基本要求
安全可靠
满足生产过程的要求
综合经济性好
优良的环境性能
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主要内容及学时安排
• • • • 第1篇 过程装备力学基础 第2篇 工程材料 第4篇 压力容器 第5篇 过程设备概论 16 学时 4 学时 12 学时 6学时
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1.1.2 静力学公里
公里三（平行四边形公里）：
作用在刚体上同一点的两个力，可以合成为作用于该点的 一个合力，它的大小和方向由这两个力为边所构成的平行四边 形的对角线来表示。
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推论 (三力汇交定理) 当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的 作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过 这个点。
•熟悉各种约束。
•掌握：物体的受力分析和受力图；力的合成与分 解；平面一般力系的简化；平面力系的平衡方程 的建立和求解。
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1.1 基本概念和公理
1.1.1 基本概念
1.刚体：在力的作用下，其形状不改变的物体。 2.力：力是物体之间相互的机械作用，这种作用将使 物体的机械运动状态发生变化，或者使物体产 生变形。前者称为力的外效应，后者称为力的 内效应。
Rx Ry
2 2
y
R tg
F
x y x
2

F
y
2
Ry Rx

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F F
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1.4.3 平面汇交力系的平衡条件

Fx 0 Fy 0
求解平面汇交力系问题的一般步骤：
a. b. c. d. e. 根据题意,明确已知量和待求量； 根据所要求解的问题选取恰当的研究对象； 正确画出研究对象的受力图；（全部主动力和约束反力） 选取恰当的坐标轴方向，以获取最高的求解效率。 列平衡方程，求出未知力。
约束反力：压力 方向：沿接触点处的 公法线而指向物体
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4、固定铰链支座约束
固定铰链支座：圆柱铰链的一端与基础等静止 物体连接在一起。
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5、活动铰链支座约束
活动铰链支座：圆柱铰链的一端放在有辊轴的 支承面上。
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化工设备应用广泛。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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常用的典型化工设备有四类。
这是反应器
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这是换热器
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这是塔器
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这是容器
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参考教材：
1.《过程装备基础》朱孝钦主编，化学工业出版社 2.《化工设备机械基础》董大勤主编，化学工业出版社 3.《理论力学》上册，哈尔滨工业大学理论力学教研室，高等 教育出版社 4.《材料力学》上册，刘鸿文主编，高等教育出版社 5.《工程力学》朱熙然主编，上海交通大学出版社 6.《金属材料及热处理》史美堂主编，上海科学技术出版社 7.《过程设备设计》郑津样等主编，高等教育出版社 8.《化工机械制造》第八章、第九章，姚慧珠、郑海泉编，化 学工业出版社 9.《过程原理与装备》潘家祯主编，化学工业出版社
力的三要素：大小，方向，作用点。 力的单位：N（牛）、KN（千牛）
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1.1.1 基本概念
3.体积力：物体间通过场（引力场、电磁场等）而间 接作用的力。N/m3 4.表面力：通过物体间的之间接触，在接触面上连续 分布的力。 N/m2，Pa，MPa 5.集中力：当力的作用面积很小，可以看作作用在一 点上时，这种力称为集中力。N 6.分布力：当力的作用范围比较大时称为分布力。 N/m
2 2
ta n
Fy Fx
正值：由a到b的方向与x轴的正方向一致。 负值：由a到b的方向与x轴的正方向相反。
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1.4.2 合力投影定理
Rx Ry
F F
x
F1 x F 2 x F1 cos 1 F 2 cos 2 F1 y F 2 y F1 sin 1 F 2 sin 2
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绪论
1.过程工业
过程工业：流程工业，是涉及物质转换过程的工业部 门的总称。 作用：加工制造流程性物料（气体，液体，粉体等） 行业：化工、炼油、轻工、冶金、食品、制药、建材、 采矿、环保、能源、核能、生物技术等。 特点：（1）原料主要是自然资源 （2）过程为物理、化学过程 （3）生产过程讲究连续性 （4）容易造成环境污染 （5）发展的趋势是循环经济
（5）热力学过程
气体动力循环过程 蒸汽动力循环过程 制冷循环过程 气体低温液化及分离过程 化工反应过程 生物反应过程 核反应过程 环境治理过程
（6）化学反应过程
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3.过程装备
过程装备=过程设备+过程机器+仪表、自动化辅助装置 +连接管路及附件 静设备 动设备
过程设备（静设备）： 塔设备、换热设备、釜设备、储罐、炉设备等
过程机器（动设备）：
泵、压缩机、风机、离心机、过滤机、破碎机等
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3.过程装备


锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 核反应堆 = 圆筒安全壳 + 核反应零部件 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 透平机、泵 = 蜗壳 + 叶轮
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第1篇 工程装备力学基础
静力学：研究物体在力的作用下处于平衡的科学 材料力学：研究构件承载能力的科学
构件承受荷载能力衡量：
1．强度：构件抵抗破坏的能力 2．刚度：构件抵抗变形的能力 3．稳定性：构件保持自身几何形状的能力
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第1章 静力学
教学要求：
•了解刚体、力、力矩和力偶的概念。
(1)简化结构，画结构简图； (2)选定研究对象，将研究对象作为分离体单独画出； (3)画出作用在研究对象上的全部主动力(一般已知)； (4)根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。
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1.3 受力分析和受力图
如图所示，一重为G 的球体A，用绳子BC 系在光 滑的铅垂墙壁上，试画出球体A 的受力图。
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2、光滑接触面（线）约束
物体与接触面之间忽略摩擦，理想光滑。
约束反力：压力 方向：沿接触点处的公法线而指向物体， 一般用N表示。又叫法向反力。 2012-8-26
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3、圆柱铰链约束
圆柱铰链：在两个钻有圆孔的构件之间采用 圆柱定位销所形成的连接。不计摩擦。
特点：只能限制物 体的相对移动，不 能限制物体的转动。
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1.3 受力分析和受力图
例某化工厂的卧式容器，容器总重量(包括物料、保 温层等)为Q，全长为L，支座B采用固定式鞍座， 支座C采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。
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例：焊接在钢 柱上的三角 形钢结构管 道支架，上 面铺设三根 管道，试画 出结构整体 及各构件的 受力图（支 架自重不 计）。
过程装备基础
主讲：武飞
内蒙古工业大学化工学院 过程装备与控制工程系 Email:wufeitp2006@
现代化工企业的雄姿
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现代化企业的雄姿
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现代化企业的雄姿
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化工设备是化工生产的重要技术装备
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1、柔性体约束（柔索约束）
绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重 力，绝对柔软且不可伸长
特点：只受拉，不受压，不能抗拒弯矩，限 制物体沿柔性体伸长的方向运动。 约束反力：拉力 方向：沿被拉直的柔性体的中心线
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1.1.1 基本概念
7.力系：作用在物体上的一群力。 8.等效力系力：对刚体作用效应相同的力系。 9.平衡力系：物体在某一力系下处于平衡状态，则该 力系为平衡力系。
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1.1.2 静力学公里
公里一（二力平衡公里）：
受两个力作用的刚体，处于平衡状态的充分与必要的条件 是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。 （等值、反向、共线）
约束反力：拉力或 压力 方向：垂直支承面
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5、固定端约束
固定端约束：约束经常位于物体的端部，且 物体的移动和转动都限制。
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1.3 受力分析和受力图
研究对象：要进行受力分析的某一物体或几个物 体的组合体 受力图：把研究对象解除其他物体的约束而分离 出来，单独画出研究对象的简图，然后 将其他物体对它作用的主动力和约束反 力全部表示出来 绘构件的受力图的步骤如下：