化工設備機械基礎（第四版）

基本信息

化工設備機械基礎（第四版）

所屬類別

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作者：董大勤、高炳軍、董俊華 編

出版日期：2012年8月 書號：978-7-122-10500-4

開本：16 裝幀：平 版次：4版1次 頁數：561頁

內容簡介

本書內容分為力學基礎、壓力容器、典型化工設備三篇。主要介紹板殼力學基礎理論，金屬材料的基本知識，中、低壓力容器和典型化工設備的強度計算方法、結構設計、有關的標準和規範等。

本書為化工工藝專業及環保、製藥等相關專業使用的綜合性機械基礎課程教材，也可供相關專業技術人員參考。

目錄

第一篇力 學 基 礎

1剛體的受力分析及其平衡規律1

11力的概念及其性質2

111力的概念2

112力的基本性質2

12剛體的受力分析5

121約束和約束反力5

122剛體受力分析要領8

13平面匯交力系的簡化與平衡8

131平面匯交力系的簡化8

132平面匯交力系的平衡條件10

14力矩、力偶、力的平移定理12

141力矩的概念12

142力偶12

143力的平移定理——力與力偶的

聯繫14

15平面一般力系的簡化與平衡15

151平面一般力系的簡化15

152平面一般力系的平衡條件16

153固定端約束的受力分析18

16靜力學問題求解方法小結20

161如何確定研究對象20

162如何畫分離體受力圖20

163如何建立直角坐標系20

164如何套用靜力平衡方程20

165靜力學能夠解決問題的範圍21

本章小結21

檢測題22

習題23

2金屬的力學性能27

21彈性體的變形與內力27

211變形與內力的概念27

212變形的度量27

213直桿受拉(壓)時的內力28

214受拉(壓)直桿內的應力30

22材料的力學性能31

221拉伸試驗32

222壓縮試驗36

223溫度對材料的力學性能的影響37

224金屬的缺口衝擊試驗39

225硬度試驗40

226彎曲試驗41

23金屬材料拉伸與衝擊試驗的新標準簡介42

231GB/T 228—200242

232GB/T 229—200744

本章小結44

檢測題45

習題46

3受拉(壓)構件的強度計算與受剪下構件的實用計算48

31受拉直桿的強度計算48

311強度條件的建立與許用應力的確定48

312強度條件套用舉例49

32拉(壓)桿連線部分的剪下和擠壓強度計算50

321剪下變形與剪力50

322連線零件剪下強度的實用計算51

323某些連線零件的擠壓強度計算52

本章小結54

檢測題55

習題55

4直梁的彎曲57

41彎曲概念與梁的分類57

411彎曲變形的巨觀表現與實例57

412梁的幾何形狀和名稱57

413樑上的外力、梁的支座及分類58

42梁的內力分析60

421梁橫截面內的兩種內力60

422剪力與彎矩的計算62

43純彎曲時梁的正應力及正應力強度條件67

431梁橫截面內任意指定點處的正應力68

432正應力的強度條件72

433梁的合理截面76

44直梁彎曲時的切應力76

441矩形截面梁77

442工字形截面梁77

443環形截面梁77

444實心圓截面梁78

45梁的變形——梁彎曲時的位移79

451梁的撓度和轉角79

452梁的彈性曲線79

453梁的剛度校核80

本章小結82

習題84

5圓軸的扭轉86

51圓軸扭轉時所受外力的分析與計算86

511攪拌軸的三項功能86

512n、P、m之間的關係87

52純剪下、角應變、剪下虎克定律87

521純剪下87

522角應變89

523剪下虎克定律89

53圓軸在外力偶作用下的變形與內力90

531變形分析90

532扭轉切應力及其分布規律91

533橫截面的內力矩——扭矩91

534扭矩與扭轉變形dφdx之間的關係91

535扭轉切應力的計算公式92

536扭轉角的計算92

54圓軸扭轉時的強度條件與剛度條件93

541圓軸扭轉時的強度條件93

542圓軸扭轉時的剛度條件93

本章小結96

檢測題97

習題98第二篇壓 力 容 器

6壓力容器與化工設備常用材料100

61金屬的晶體結構100

611金屬原子結構的特點與金屬鍵100

612金屬的晶體結構100

62鐵碳合金102

621什麼是鐵碳合金102

622鐵碳平衡狀態圖103

623過冷奧氏體的恆溫轉變104

624鋼的熱處理106

63鋼的分類108

631碳素鋼108

632低合金鋼110

633高合金鋼112

64鋼板116

641鋼板的尺寸和允許偏差116

642碳素鋼與低合金鋼鋼板117

643不鏽鋼、耐熱鋼鋼板121

65鋼管125

651鋼管分類及其標準125

652鋼管的尺寸125

653鋼管的鋼號、性能和套用127

654鋼管的檢驗與驗收130

66鍛件與緊固件132

661鍛件132

662緊固件136

67鑄鐵139

671鑄鐵的分類與代號（GB/T 5162—2008）139

672灰鑄鐵（GB/T 9439—2010）140

673球墨鑄鐵（GB/T 1348—2009）144

674蠕墨鑄鐵148

675可鍛鑄鐵（GB 9440—2009）150

676高矽耐蝕鑄鐵（GB/T 8491—2009）152

677耐熱鑄鐵（GB 9437—2009）153

678鑄鐵用於壓力容器時的規定157

68銅及銅合金157

681加工銅157

682加工黃銅157

683青銅158

684白銅159

685鑄造銅合金159

686銅及銅合金用於壓力容器時的規定160

69鋁及鋁合金160

691變形鋁及鋁合金的分類和牌號160

692變形鋁及鋁合金的性能和用途162

610鈦及鈦合金162

6101分類與牌號162

6102性能特點163

6103套用164

611金屬的腐蝕與防護164

6111腐蝕的定義及分類164

6112常見的幾種腐蝕及其控制方法165

習題170

7壓力容器中的薄膜應力、彎曲應力與二次應力171

71迴轉殼體中的薄膜應力171

711容器殼體的幾何特點171

712迴轉殼體中的拉伸應力172

72圓形平板承受均布載荷時的彎曲應力177

721平板的變形與內力分析177

722彎曲應力與薄膜應力的比較和結論180

73邊界區內的二次應力180

731邊界應力產生的原因180

732影響邊界應力大小的因素181

733邊界應力的性質182

734迴轉殼體內部的邊界應力182

74強度條件182

741對薄膜應力的限制(即薄膜應力強度條件）182

742對一次彎曲應力的限制186

743對二次應力的限制188

本章小結189

檢測題190

習題191

8內壓容器192

81設計參數的確定（GB 1503—2011）192

811容器直徑192

812工作壓力與設計壓力p192

813設計溫度t193

814計算壓力pc194

815許用應力[σ]t194

816焊接接頭係數φ209

82內壓容器筒體與封頭厚度的計算210

821內壓圓筒的五種厚度及其確定方法210

822內壓凸形封頭厚度計算213

823內壓錐形封頭厚度計算217

824平板形封頭221

825計算厚度的通用式223

83在用壓力容器的強度校核223

831在用壓力容器強度校核的原則223

832強度校核的思路、公式和舉例223

833在用壓力容器的許用內壓表225

84容器筒體與封頭的尺寸和質量227

841圓柱形筒體的容積、內表面積和質量227

842標準橢圓形封頭的容積、內表面積和質量228

843錐形封頭的幾何量與質量230

85容器殼體在材料使用上的規定233

851鋼板用前的驗收233

852壓力容器在選材、用材上的

規定234

本章小結236

檢測題239

習題240

9外壓容器與壓桿的穩定計算242

91穩定的概念與實例242

911穩定的概念242

912“穩定”問題實例242

92外壓圓筒環向穩定計算243

921臨界壓力的計算243

922材料的σε曲線（即RA曲線）在穩定計算中的套用245

923許用外壓的計算247

93封頭的穩定計算254

931外壓球殼與凸形封頭的穩定計算254

932外壓帶折邊錐形封頭的穩定計算257

933防止內壓凸形封頭失穩的規定259

94真空容器加強圈的計算259

941真空容器加強圈所需最小截面慣性矩的計算260

942真空容器加強圈實際提供的截面慣性矩的計算262

95壓桿穩定計算簡介265

951理想壓桿的臨界載荷265

952臨界應力歐拉公式的適用範圍266

953柔度λ<λp的壓桿臨界應力的計算267

954壓桿穩定的實用計算268

96圓筒的軸向穩定校核271

961什麼情況下需要校核圓筒的軸向穩定性271

962軸向穩定許用應力的確定272

本章小結273

檢測題274

習題274

10法蘭連線276

101壓力容器法蘭連線276

1011法蘭連線的密封原理276

1012法蘭連線受力分析及其實用結論276

1013壓力容器法蘭標準（JB/T 4700～4707—2000）278

102管法蘭連線302

1021管法蘭（HG/T 20592—2009）302

1022管法蘭連線用密封墊片332

1023鋼製法蘭用緊固件344

11人孔、手孔、視鏡和液面計353

111人孔和手孔353

1111容器上開設人孔、手孔的規定353

1112鋼製人孔和手孔353

1113不鏽鋼人孔、手孔(HG 21594—21604）373

112視鏡與液面計377

1121視鏡377

1122液面計381

12開孔補強與設備凸緣384

121開孔補強384

1211問題的提出——容器接管附近的應力集中384

1212補強結構與計算386

1213容器上開孔及補強的有關規定396

122設備凸緣397

1221法蘭凸緣397

1222管螺紋凸緣399

13容器支座400

131臥式容器支座（JB/T 47121—2007）400

1311鞍式支座的結構與類型400

1312鞍座尺寸與質量401

1313鞍座的選用404

1314鞍座標記407

132立式容器支座407

1321耳式支座(JB/T 47123—2007）407

1322支承式支座（JB/T 47124—2007）414

1323腿式支座（JB/T 47122—2007）419

14容器的焊接結構428

141焊接接頭及其分類428

1411焊接接頭428

1412壓力容器上的焊接接頭分類430

142壓力容器中的焊接接頭（GB 1503—2011HG/T 20583—2011）431

1421筒體的縱、環向，鋼板拼接對接接頭431

1422筒體與封頭連線的非對接接頭434

1423容器法蘭與筒體連線的焊接接頭435

1424管法蘭與接管的焊接接頭436

1425接管與殼體的焊接接頭437

1426法蘭凸緣與殼體的焊接接頭441

143焊接結構443

1431設計原則443

1432焊縫選擇443

144焊接接頭的檢驗443

1441焊接接頭缺陷443

1442焊接檢驗要點444

145焊接材料445

15壓力容器監察管理449

151壓力容器監察管理的重要檔案449

152壓力容器劃類與分類管理450

1521廣義壓力容器與管轄壓力容器450

1522《固容規》所管轄(適用)的壓力容器450

1523《固容規》對壓力容器範圍的界定451

1524《固容規》對壓力容器的劃類451

1525壓力容器的設計管理454

1526壓力容器的製造管理455

1527壓力容器的使用管理456

153壓力容器的定期檢驗456

1531定期檢驗的目的456

1532定期檢驗的依據457

1533檢驗周期457

1534壓力容器的安全狀況等級458

1535基於風險檢測（RBI）459

154壓力容器的壓力試驗及泄漏試驗459

1541耐壓試驗459

1542泄漏試驗460第三篇典型化工設備

16管殼式換熱器462

161管殼式換熱器的總體結構462

1611固定管板式換熱器462

1612浮頭式換熱器462

1613U形管式換熱器465

1614填料函式換熱器466

162管殼式換熱器的主要零部件467

1621殼體467

1622管箱472

1623管束472

1624管板477

1625波形膨脹節480

1626折流板和支持板及其固定結構487

1627其他結構490

17板式塔492

171概述492

172整塊式塔盤的板式塔492

1721定距管支承式塔盤493

1722重疊式塔盤494

1723塔盤圈與密封結構497

1724降液管、溢流堰、出口液封盤499

173分塊式塔盤板式塔499

1731組裝結構499

1732塔盤板與通道板500

1733分塊式塔盤的支持結構501

1734塔盤、出口堰、降液板、受液盤的固定501

174板式塔的其他結構508

1741板式塔盤上的進料管508

1742塔頂吊柱509

1743裙式支座512

1744塔的保溫裝置514

175塔的機械設計516

1751塔體承受的各種載荷計算516

1752筒體的強度及穩定性校核517

1753裙座的強度及穩定性校核518

附錄A型鋼（GB/T 706—2008）519

附錄B石油化工壓力容器法蘭用墊片（HG/T 20583—2011）529

附錄C石油化工容器接管法蘭用墊片（HG/T 20583—2011）531

附錄D金屬和非金屬墊片的耐化學品性能（HG/T 20583—2011）535

附錄E圖97曲線數據表（GB 1503—2011）538

附錄F標準目錄541

F1TSG特種設備安全技術規範與壓力容器設計541

F2碳素鋼與低合金鋼及板材541

F3不鏽鋼和耐熱鋼及板材541

F4無縫鋼管與焊接鋼管542

F5複合鋼板542

F6鑄鐵542

F7有色金屬542

F8鍛件543

F9緊固件543

F10力學性能試驗543

F11容器法蘭543

F12管法蘭544

F13人孔、手孔544

F14支座544

F15視鏡與液面計545

F16焊接545

F17補強圈、補強管545

F19壓力容器封頭545

檢測題與習題的參考答案546