机械设计基础 材料性能

1化工设备机械基础授课课件北京化工大学机电工程学院2010.72课程简介请看化工装置31.确定设计原则——经济指标，生产可靠度，能力，材质，自动化程度，设备备用，进一步的发展，等。2.确定设计基础——年操作时间，原材料，产品，消耗与回收，界区交接条件，公用工程规格等。3.工艺流程图设计(PFD)——过程确定，系统合成，工艺计算，设备特性要求，控制要求等。4.带控制点的管道流程图（PID)5.工艺设备设计——设计温度，设计压力，结构设计，材质选择，壁厚确定等。设计内容！46.定型设备选型。7.设备布置设计。8.管道工程设计。9.保温工程设计。10.公用工程设计。自己具备了哪些基础知识和技能？5本课程将学些什麽？——看看再说6化工设备——储罐

固定管板式换热器膨胀节式固定管板换热器塔设备反应釜71.这些设备要满足什麽生产工艺要求？结构如何才可以？2.用什麽材料，如何制作出来的？3.抵抗压力，温度的能力如何？——安全性如何？4.经济性如何？8一.主要内容：1.化工设备常用材料——简介化工设备常用材料性能、分类、热处理方法；2.中、低压化工容器设计——薄膜理论；内、外压容器设计方法、容器零部件设计；3.典型化工设备机械设计——列管式换热器、塔设备以及反应釜的结构及机械设计方法。9二.学习本课程的目的与要求：目的：基本掌握化工设备常用材料的主要性能及选用方法；基本掌握中低压、外压容器及典型化工设备的设计方法。

要求：1.重点掌握——设计概念及方法；

2.掌握——化工设备的结构特点；3.领会贯通——课堂上讲授的内容。10三.瞧主要躲参考率书及霞参考室资料：1.狗《化收工设尘备机品械基罪础》门(第邮五版养）刁玉视玮倍王立斤业编最著；2.惊《蹄压力渴容器深安全党技术奸监察射规程往》19聪99丹；3.焦《刷钢制建压力视容器》GB岁15柿0-硬--残19辜98锋；4.《管磁壳式漏换热渴器》政GB哭15貌1-类--墙19奴99歼；5.催《肥钢制饿塔式久容器》许JB份47悔10符--忠-2详00南2跨；11第二袖篇岩化工肃设备恩设计很基础第七乳章断化工得设备武常用口金属侵材料回的性元能7.咽4概述1）或.化什工设繁备的使用竿环境：压力锣：真搏空—低压—中压—高压—超高福压温度厦：低间温—中温—高温介质相：有乞毒；宗易燃歪；剧窗毒。127.线4金属急材料凡的性议能7.统4.尽1力学榜性能——在外地力作夫用下圣不产漏生超处过允帮许的袖变形盯或不冤被破骆坏的疯能力孔。如劝弹性演、塑弯性、弃强度杯、硬屑度和阿韧性翼等指忘标。1.强度及其板主要尝指标.固体园材料扫在外坦力作航用下腹抵抗体产生蜂塑性评变形戴或断落裂的抬特性赚。例如安：驰※容磨器爆米裂；唱※管耽道破赶裂;※地悄脚螺苗栓拉退断;齐※炉角管爆跃裂；…..——强度筝不够象！13金属驶材料拌的重后要强脖度指畅标金属杠材料柴的“如拉—伸图碌”14（1极）.屈服庸点屈服蝴现象：金属是材料垦承受误载荷巴作用扒，当执载荷养不再洁增加弊时，仍继田续发只生明乔显的享塑性驻变形目。屈服搬点：（s）——末材料较发生漫屈服芽时的撕应力葡。单位骡：MP行a。——五一些件合金竖没有驰明显奴的屈庄服点内,规定发生0.具2%残余遵变形沈时的疏应力赢，作乏为“妇条件会屈服非点”。记作σ0.离2。15（2粥）.劫抗拉拦强度(sb)定义勇：金属敏材料渡在受动力过佩程中茶，发生颂断裂牢所达右到的深最大炮应力书值，以σb表示敲，单也位MP取a。是压黄力容途器设教计常用轰的性映能指缎标。屈强堡比：s/sb屈强招比小局，表愉明材络料具丸有较昌大的塑性判储备。16（3尚）.固蠕变冲强度厅（sn）“蠕变”现象购：高温果高压凝的蒸以汽管硬道下片挠变成形；高温也高压玻下法难兰及乒螺栓害蠕变兼变形环而泄鹿漏；铅丝葡在常巡寿温下破受重矮力作袄用而罚变长债变细断。“蠕变置强度”：材料揪在高温下，扶抵抗俘发生仓缓慢病塑性句变形挖的能力，以sn表示界，单棵位MP豪a碰。17（4课）.惩持久业强度伞（sD）定义葡：在粥一定她温度谣下，纯经过舟一定婶时间京断裂死时的更应力舰，以sD表示晒，单净位MP拍a肺。--邪--社是一姐定温休度和挖一定诞载荷扁下，汁材料助抵抗福断裂刻的能填力。材料腔抵抗育断裂彼的能斧力越杂大，旦在相虽同的赛条件旧下，望能支铅持的遣时间旁越久搏。规定：化工皱设备动设计虏寿命篇一般热为十蛙万小突时，充所以奏用试借件在储十万捎小时姓断裂抱时的垮应力悄作为症持久床强度激。设备况的设计亡寿命嘱！18（5）疲比劳强废度构件攀或零更件受亡到大史小和令方向息变化断的交占变载吉荷作洪用，愈应力秀远小加于屈雅服点节就断比裂——疲劳僚。“疲劳毛极限梅”——构件豪或零皂件在拦交变顿载荷宪作用库下不挂致断殿裂的甜最大伤应力散。表戏示符婆号：σ-1(M厌Pa燃)。例如故：频繁璃开、述停车——容器弟内压俗力或偿温度休波动文；活塞祝式压难缩机壳压缩查气体——容器愧及管册道内冻压力伍波动典；离心赴泵频陷繁开碎停机版或震抖动——泵轴搞受力劲成交也变式细。192.塑性夺及其涌主要挂指标金属痛的塑赔性：外力劳作用卵下产境生塑付性变格形，川而不括破坏狂的性廉质。因塑戴性不周足引候起材网料破逗坏的千例子单：◎锻挎件裂金纹;芹◎卷胜板裂筛纹;程◎焊叨缝热界影响坏区裂财纹20主要根指标：(1锦)延伸阀率（δ）21（2仓）断厚面收妄缩率样（y）如：纯铁罪的延皂伸率户为5航0%症，20R的d5不小咬于2稠5%；16Mn洪R的d5不小喝于2湿1%纲；1Cr恳18阳Ni勤9T肉i的d5不小还于4奖0%律。22（3拢）冷缠弯性努能室温誓下对伐试板内以一织定的谣内半惰径（R=偶0.伪5～3破板厚）进行蔬弯曲俊，a=1径200或1侍800，是否著出现捧裂纹售或起贤层。--梳--腹-是钢删材塑良性指泻标和柔冶金沃质量脖的综伪合指纤标。23塑性信指标葡的实校际意脖义：便于崖成型货加工掘和焊际接。慈如弯叔卷、伟锻压脏、冷斤冲、途焊接役等；使构皮件在越承载妇后由凳于变慎形而勺避免次发生哨断裂组。——压力级容器般及其年零件芹都需射要具酱备这数个性票质。243.纺硬度枣的概辟念金属厉材料谦表面瘦抵抗蛮其它宅硬物绘压入股的能丈力。硬度加高材浊料强且度也欢高，枪耐磨座性较蹦好；—综合蓄性能旧指标。布氏晨硬度绒试验轿示意怖图25常用围硬度炸指标春：布氏绢硬度狸（HB络S)惩;洛氏刃硬度发（HR危A、紫HR弃B、重HR招C)千;维氏盾硬度血（HV梢)等。硬度怨和强部度间志有一犬定关晴系：如：师低碳洁钢sb≈3臭6H溪BS樱;用硬歉度计摸测量街！264.托冲击宅韧性笋及指池标（Ak）材料愁在外痒加动耽载荷渗作用还下的桨一种扭吸收外机械押能，扫迅速改塑性帐变形踢，抵予抗断茄裂的拾能力柳。包饺盆子用弃面？冲压吉成型仁用的艇材料脏？——变形伸？断榴裂？27看看扑冲击原试验28摆锤俩冲断姓试样络所失年去的洪位能启为冲击爸功（试轰件所吗吸收盛的功与）：Ak=G翼(H损1-液H2铺)焦耳！吸氧收功映的高辛低取印决于——材料督能否宋迅速串塑性叨变形胡的能扇力。冲击垄韧性矛值的菌试验撕确定29材料崭的冲费击韧需性高疮，其悄塑性危也高鞋；反宁之，险材料患塑性篮高，雄其冲蔑击韧豆性不毛一定搂高。——静载赤荷下掏能够旷缓慢恶塑性拨变形轨的材伍料，畜在动职载荷晴下不投一定绩能迅冷速塑序性变的形。——本质呼区别延在于材料颂在动丈载荷浮作用笛下是鞠否能骗够迅速浆发生羞塑性烫变形，吸晌收冲浇击能伴量。冲击评韧性徐与塑亭性区比别何帅在？305缺口骨敏感辉性——在带援有一谣定应锐力集借中的缺口条件厉下，虏材料善抵抗谜裂纹皮扩展湾的能扭力。韧性搜范畴——静载醒荷下店抵抗仰裂纹杜扩展蜂的性很能。冲击熟韧性时？——是动伯载荷体作用雄下抵组抗裂翠纹扩狠展的扣能力峡。31物理燃性能——密度会，熔具点，史线膨呆胀系俯数，砖导热痛系数母，比耀热容育，电且阻率来，磁象导率鸦，弹行性模恭量，净泊桑券比等目。化工辟设备鹿设计革与制键造主峰要考旦虑的浙物理罢性能：1.线膨暂胀系奸数异种赢钢焊墨接——收缩沉率不像同，驳引起类变形五或损授坏；复合昂钢板匆（如授不锈狱钢与蚀碳钢)——热变监性不每同,容器扁壳体妈将会戏？设备薪衬里调（如夏碳钢或壳体红内喷慕涂铝矮）——热变犹性不贫同时到？固定顿管板家式换未热器骑的管粥子与弓壳体——线膨高胀量兆相差窗过大禁，将旱会？碳钢互表面衰电镀茫一层哲铜——升温沉后会让？322.弹性罗模量E与泊桑晋比μ弹性更模量E：金怎属材热料对慎弹性逐变形可抗力篮的指白标，是衡烤量材瞎料产芝生弹膨性变复形难炭易程板度的竟。随着丙温度蓝升高血而降迹低。泊桑趟比μ：拉黄伸试狸件的秋单位尸横向守收缩叫与单把位纵滚向伸剩长之浪比。各种灿钢材舱近乎血为μ=0俩.3。337.绵4.袭3化学欠性能——金属讨材料择所处失介质灶中的拢化学彩稳定激性，隐即是务否会轰与介飘质发最生化书学或屿电化洗学反馒应，迹产生叫腐蚀飘。主要赌考虑泊的化术学性清能：1.耐腐蜡蚀性——对介箭质侵访蚀的协抵抗倚能力晓；2.抗氧栋化性——在热细加工托的高钻温条恐件下药抵抗滚氧化复性介脑质氧揪化的皇能力现。氧化稍性介冰质如水蒸肆气、CO2、S担O2等。热加茧工——如热歉卷，秤锻造胞，焊库接，叔热处废理，崭热冲挣压，失铸造嫁等等涛。347.煎4.续4.金属绪材料亦的工烛艺性桥能可焊银性能—母材怖及焊抱剂熔抄融状可态的棍流动袍性、馒凝固挣收缩票率、先热塑怎性等颠；铸造详性能—流动完性、耻凝固夜收缩虑率等须；可锻鞋性能—抗热痛裂性哪、抗逗氧化衣性、茎热塑扫性等副；切削涉加工哈性能热处还理性居能加工瘦性能性？35看容桥器加堡工工喊艺——制造折压力昼容器止的材悔料须棉具备贤什麽烘性能钢板碎校平卷筒焊后铁矫圆压制蜂封头煨制责弯管组对资与焊行接367.此5钢铁钳牌号额及表涨示方浓法1.牌号割的表傅示原耽则依据驶国家油标准GB扎22筋1-宝20把00僵,牌号筝中化学驱元素——化学冲符号吵或汉垄字表相示；产品哪用途延、冶偶炼和溪浇铸商方法——汉字伞或汉千语拼许音字枕母表累示。例如垃：沸胳腾钢——F或沸灰口花铸铁——HT或灰垂铁铸钢——ZG锅炉狂钢——g或锅容器锋钢——R或容372.钢号恳表示搬法例：痛优质臂碳素班钢——08利F骡20妙R沸腾挖钢含碳犯量为0.道08对%；容器言钢含碳败量为0.棋2%普通便碳素存钢——Q2称35慢-A副,F沸腾席钢类别宁为A钢材洁屈服惹点(M纤Pa则)屈服忙点屈壁字的贩拼音茎首位热字母38低合互金钢——16密Mn鸟R妇16——含碳找量0.表16福%；Mn——合金挣元素州；R——容器雾钢。特殊任性能旬钢——1C甜r1铃8N踪蝶i9雄1——含碳捷量0.蜓1%（千糠分数吼）；Cr领,N火i——主要夫合金筹元素涌；18——含铬高量18慌%；9——含镍溜量9%。393.碳钢球的分姜类、乌牌号（1感）.普通陪碳钢含P、眼S等有害脖杂质慢较多（S≤号0.幸05屑5%分P≤窄0.杀04罪5%谱)常用明有：Q2墙15登-A葛,这Q赢23构5-瓦A,赔Q2幸35椒-A神.F#Q种23手5-遭B,匆#梦Q2煌35倾-C,普Q2远75鲜(参见纲表1供-6严）式中Q—普通各碳钢产，“屈服”的拼其音首笼位字封母。23俭5——材料产屈服申点（MP鹊a)A,片B,停C,与D——钢材孤质量香等级箱，越离后越范高。F——沸腾纷钢#—GB攻15符0-历98规定遗使用发材料403.常用牢的材华料：锅炉袋钢——20呼g；12齐Mn寸g,蔬16部Mn劝g,忙15显Mn悉Vg备,1址8M威nM知oN炎bg。容器孕钢——（GB羽15慨0-可19芽98死《钢制组压力毛容器》推荐毕）Q2伞35咸-B，Q2辣35机-C盏;20宫R;16橡Mn穴R，15职Mn槐VR，15场Mn腐VN隶bR，18骄Mn导Mo减Nb架R。4.标准盾：《压力脸容器饥用