过程装备机械基础

φθ12p R R σσδ+=

第六章

1.以弯曲为主要变形的杆件统称为梁，分类：简支梁、外伸梁、悬臂梁。

2.梁弯曲变形的基本量为挠度和转角 第七章

1.只有正应力σ没有剪应力τ的平面为主平面，主平面上的正应力σ为正应力。

2.最大拉应力理论（第一强度理论）认为材料的破坏是由最大拉应力引起的，即只要构件内危险点处的三个主应力中的最大拉应力达到单向拉伸时材料的极限应力σb ，就会引起破坏，第一理论的强度条件为σ≤[σ]

3.最大剪应力理论（第三强度理论）认为材料的破坏是由最大剪应力引起的，即只要构件内危险点处的最大剪应力达到单向拉伸时材料的极限剪应力，就会引起破坏 第八章

1.带传动由主动轮、从动轮和皮带组成。原理是借助带与带轮之间的摩擦或相互啮合，将主动轮的运动传给从动轮，以传递运动和动力。有平带、V 带、楔形带、圆带和同步带。

2.摩擦带传动的特点：（1）结构简单，制造、安装和维护方便；适用于两轴中心距较大的场合。（2）胶带富有弹性，能缓冲吸振，传动平稳。噪声小。（3）过载时可产生打滑，能防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。(4) 带与带轮之间有一定的弹性滑动，但不能保持准确的传动比；传动精度和传动效率低。（5）传动带需张紧在带轮上，对轴和轴承的压力较大（6）外廓尺寸大，结构不够紧凑（7）带的寿命较短，需经常更换7

3.带的打滑是因为过载引起的，是可以避免的，而弹性滑动是由于带的弹性和拉力差引起的，是带传动正常工作时不可避免的现象。 第九章

1.齿轮传动的主要优点是：传动比恒定，效率高,工作平衡,寿命长,结构紧凑,传动速度和传递功率范围广,可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动

2齿轮传动的主要缺点是：制造和安装要求精度高，精度低时噪声、振动和冲击较大，不适应于轴间距较大的场合，无过载保护功能。

3.齿轮的失效形式有疲劳点蚀、轮齿折断、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形 第十章

1.轴的分类：按承载情况分为转轴、心轴和传动轴;按轴线的形式分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴

2.轴承的分类:按工作时的摩擦性质分为滑动轴承和滚动轴承;按所承受的载荷方向不同,分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承

3.联轴器的类型：按是否具有补偿能力，分为刚性联轴器和挠性联轴器 (一) 机械性能

1.强度:是指材料抵抗外载荷能力大小的指标。常用指标有屈服极限σs 和强度极限σb

2.塑性：是指材料在破坏前变形能力的大小。常用指标是延伸率δ5和断面收缩率ψ。

3.从化工设备的加工制造和安全运行角度考虑，要求材料的塑性要好。

4.压力容器所用材料一般要求δ5＝15％一20％以上 （二）金属材料

碳钢：C ≤2%

1.

钢与铸铁的主要区别

铸铁：C=2~4.5%

钢的强度随碳含量的增大而增大，塑性随碳含量的增大而下降

碳钢的牌号：用钢中碳含量的万分之几表示

低碳钢，C ≤0.25%，强度较低，但塑性最好，焊接性能好，钢号：08 10 15 20 25，压力容器专用钢：20R 容器用钢 20G 锅炉用钢

中碳钢，C=0.3%~0.6%，钢号：30 35 40 45，强度较高，塑性、韧性较好，焊接性能较差，不适合制作容器，常作为轴。齿轮、螺栓等机械零件用钢 低合金钢：合金含量≤5% 合金钢 中合金钢：合金含量5~10% 高合金钢：合金含量》10% 不锈钢属于高合金钢。 不锈钢的牌号用钢中含碳量的千分之几、合金元素百分之几表示 2.常见的局部腐蚀有：应力腐蚀、小孔腐蚀，缝隙腐蚀、晶间腐蚀等，其中应力腐蚀的小孔腐蚀所占比例较大 3.普通碳素钢Q235-B,Q235-C 作为压力容器用材时要满足的要求： （三）压力容器 1.压力容器的结构：筒体、封头为主体，接管、法兰、支座、辅助孔为主要零部件 2.压力容器的分类 压力容器综合分类中第三类压力容器要求最高，第一类压力容器要求最低。 3.压力容器的失效形式: 内压容器：弹、塑性失效——强度不足;外压容器：整体失稳。 4.拉氏方程和区域平衡方程要求：a 搞清方程中各符号的含义：συ 指经向应力;σθ 指周向应力;δ为壳本厚度;R 1 ,R 2分别为第一、二曲率半径；p 指介质压力 b 受气体压力作用下典型回转壳体上的应力情况：密闭圆柱形：R1 =无穷大,R2 =R=D/2，σθ=pD/2δ，συ=pD/4δ，另外：筒壁上各点的应力大小不随位置而改变且其周向应力是经向应力的2倍。球形壳体：σθ=συ=pD/4δ，可见当球体内部受均匀气体压力时，球体上任意点的应力均相等。从最大应力分析，球壳的周向应力仅为圆柱壳周向应力的一半，所以球壳的承载能力比圆柱壳强。 5.薄膜理论的应用（内压容器的壁厚设计）要求：会用第一或第三强度理论，清楚根据已知压力条件计算筒体和封头的壁厚的步骤（课本221页） 容器壁厚的设计步骤：a 确定并列出设计所需参数，尤其要注意设计压力、计算压力、设计温度、焊接接头系数必须交代清楚。b 求计算厚度δ。c 计算或查取厚度附加量（钢板负偏差，腐蚀裕量）d 确定设计厚度δd,:e 确定名义厚度δn,选取标准钢板厚度，给出计算结论。 6.标准椭圆封头（a/b=2）及其应力分布规律特点：顶点处σθ=συ=pa/δ,赤道处σθ=-pa/δ。 7.封头的结构型式有半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥壳及平盖等，加直边的作用是使椭球壳和短圆筒的连接边缘与封头和圆筒的焊接接头错开，避免边缘应力与热应力叠加，改善封头和圆筒连接处的受力状况。 8.碟形封头和椭圆形封头相比，在相同直径和高度的情况下，椭圆形封头的应力分布较均匀。碟形封头的主要缺点是球形部分、过渡区的圆弧部分及直边部分的连接处曲率半径有突变，有较大的边缘应力产生，但制造容易。 9.各种封头的优缺点及其选择？ 球形 椭圆形 碟形 锥形 平板 受力情况 好 差 消耗材料 少 多 制造难易 难 易 椭圆形封头综合性能好，中低压容器大多采用之。 球形封头用于某些高压容器。 锥形封头常用于卸除含固体的物料或变径段。 平板封头用于人、手孔盖，小直径高压容器封头。 10.压力容器所谓的边缘通常指两部分壳体的联接处或壳体变形不连续处。如：筒体和封头的焊接处，曲率突变处，厚度突变处，支承点，加强筋及接管处。 11.边缘应力产生的原因和特性：边缘化应力是由于两连

接件弹性变形不一致，相互制约而产生的。具有局限性

的自限性两个基本特性。

12.设计参数

● 设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，其值一般不小于容器的最大工作压力。对装有安全阀的，p=1.05~1.1p w 且不低于安全阀的开启压力。 ● 计算压力：指在相应设计温度下用以确定容器计算厚度的压力，包括液柱静压力。容器装有液体，各部位或受压元件所承受的液柱静压力达到设计压力的5%时，

液柱静压力应计入该部位或

元件的计算压

力。 13.压力试验：包括试验压力及应力校核。例12.4 14.焊接接头系数ψ：焊缝是容器和受压元件的薄弱环节。由于焊缝热影响区有热应力存在，形成的粗大晶粒会使其强度和塑性降低；且焊缝中可能存在着夹渣、气孔、裂纹及未焊透等缺陷，使焊缝及热影响区的强度受到削弱，因此要引入焊接接头系数对材料强度进行修正。

15.外压容器设计 ● 失稳是外压容器失效的主要形式，因此保证壳体的稳定是维持外压容器正常工作的必要条件。 ● 失稳时往往壳壁的压应力还远小于筒体材料的屈服极限 ● 由于筒体突然间被压瘪或出现褶皱，失去自身原来的几何形状而导致容器失效。 ● 临界压力是外压容器失稳时的压力 ● 影响临界压力大小的因素有筒体的几何尺寸筒体材料性能及筒体椭圆度等。 ● 外压容器的失稳是外压容器固有的力学行为，并非由于壳体不圆或材料不均匀引起的。 ● 长圆筒的临界压力只与圆筒的材料（E 、μ）以及圆筒的有效厚度与直径之比δe/D 有关，而与圆筒的长径比L/D 无关。 ● 短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和圆筒的有效厚度与直系比有关外，还与圆筒的长径比有关。 ● 临界长度是长短圆筒的分界线 ● 外圆筒的设计计算：计算外压小于或等于许用应力， 即 p c ≤[p]=p cr /m ● 设置外压圆筒时常设置加强圈的原因：①当外压筒为贵重金属时，设碳钢的加强圈可有效降低成本。②对已有设备，只能用设置加强圈的办法提高其抗失稳能力。 ● 设置加强圈后圆筒的计算长度应在短圆筒的范围内。 16.法兰密封工作原理 ● 密封的原理是当法兰通过螺栓压紧垫片时，使垫片发生变形，并提供垫片与密封面的压紧力，以形成压力介质通过密封面的阻力，当介质通过密封面的阻力大于密封元件两侧的介质压力差时，

介质即被封住。

● 实现密封应满足的条件：预紧时，预紧力作用在垫片上的预紧比压不低于预紧密封比压；工作时，作用在垫片上的剩余比压不低于工作密封比压。 ● 法兰的类型及应用场合：法兰的类型有整体法兰和松式法兰，整体法兰分为平焊法兰和对焊法兰，平焊法兰用于温度、压力不太高的场合;对焊法兰用于压力、温度较高及有毒、易燃易爆的重要场合。松式法兰用于压力较低的场合。 ● 法兰密封面的主要形式，特点及密封可靠性对比：

①平面形密封面，结构简单，加工方便，便于防

腐或衬里。但垫片挤出不易压紧，用于低压、小尺寸、无毒、密封要求不高的场合。②凹凸面型密封面，对中性好，密封性好，用于中压且温度较高的场合。③榫槽型，对中性好，密封可靠，垫片宽度小，所需压紧力也小，适用于易燃易爆。有毒及高压场合。加工、检修比较困难。

17.支座的型式：立式容器支座、卧式容器支座、球形容器支座 ● 鞍座的位置尺寸：为使梁跨中截面和支承截面处

的弯矩大致相等，设计时通常取A<=0.2L 。 ● 卧式容器支座一般采用双支座支承。原因是当采

用两个以上支座时，往往由于基础不均匀沉陷，导致各支承面水平高度不同志；另外，容器的不圆、不直和受力后的变形不同等很多因素都会使各支点的支反力无法均匀分配，有时反而会导致壳体局部应力增大。 ● 鞍式支座的固定：为了避免热胀冷缩在卧式容器

内产生温差应力，通常在一台容器上，总是将F 型（固定支座）和S 型（活动支座）配对使用。地脚螺栓采用双螺母紧固，第一个螺母拧紧后应倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，以便能使鞍座能在基础面上自由滑动。

18.在圆柱壳体上开椭圆孔有何好处？椭圆孔的短轴应放在圆柱壳轴线的什么方向上？ 好处是在方便维修、操作的前提下，能尽可能地减小对圆筒壳的强度削弱。因为圆筒壳上σθ=2συ，椭圆孔的短轴应与圆筒壳的轴线平行。

19容器上设置手孔、人孔、观察孔的目的？

压力容器开设人孔和手孔是为了设备内件的维修和装拆。观察孔用来观察设备的内部情况。

20开孔补强结构：补强圈补强、接管补强。整锻件补强 ● 为什么压力容器的开孔有时可允许不另行补强？

允许不另行补强的开孔应具备的条件是什么？ 容器上的开孔并不是都需要补强，因为压力容器设计中常常存在各种强度裕量。例好，接管和壳体的有效厚度往往比计算厚度大；接管根部填角焊缝的部分金属起到加强作用；焊接接头系数小于1，但开孔位置不在焊缝上。这些因素相当于对容器进行了加强。所以对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。

允许不另行补强的开孔应具备的条件：①设计压力小于或等于 2.5MPa ②两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍③接管公称外径小● 分程隔板和折流板的作用:分程隔板的作用是增

加流体速度，提高传热系数；折流板的作用是增加流体对流传热系数，改善传热效果，同时减少结垢，在卧式换热器中，折流析还起支承管束的作用。 ● 设置膨胀节的作用：减小管、壳间的温差应力。 ● 管子和管板的连接方法：胀接，使用温度不超过

300C ，压力不超过4MPa ；焊接，除有较大振动及有缝隙腐蚀的情况外，只要材料可焊性好，焊接可用于任何场合；胀焊并用，主要用于密封性能要求较高。承受振动和疲劳载荷。有缝隙腐蚀。需采用复合管板等场合。 ● 换热管与管板胀接时，管端发生塑性变形，管板

发生弹性变形。

膨胀节的材料为什么常常使用不锈钢？原因是：①不锈