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水工艺设备
第一章
材料的主要性能:
一、力学性能二、物理性能三、化学性能四、加工工艺性能
力学性能,指衡量材料抵抗外力导致的变形或不被破坏的能力。
力学性能指标:
1.弹性模量:
2.刚度:
3.塑性4.强度5.硬度6.韧性
物理性能:
密度、熔点、导电性、导热性、磁性、膨胀系数等。
钢中化学成分及其作用:
碳〔C〕——主要元素。
碳含量高,钢的强度硬度高,但塑性和韧性低。
硫〔S〕——硫含量高,导致“热脆〞
磷〔P〕——磷含量高,导致“冷脆〞
锰〔Mn〕——减轻硫的危害,提高钢的强度和硬度。
硅〔Si〕——能使钢的强度,硬度弹性提高,而塑性,韧性降低。
作为合金元素可以提高钢的耐蚀性和耐热性,但过量的硅会降低钢的热加工工艺性能。
加工工艺性能指标:
铸造性:
灰铸铁流动性好,适于铸造。
可锻性:
金属承受压力加工的能力
焊接性
切削加工性:
材料被切削加工的难易程度
热处理:
合金钢热处理性能好
强度愈高的钢,切削加工性、可锻性、焊接性、冲压性性能较低。
普通碳素结构钢〔Q235〕:
Q235-A-F〔屈服点235MPa碳素结构钢,A级,沸腾钢〕Q195,Q215,Q235,Q255,Q275屈服点数字愈大,钢的强度越高。
F沸腾钢,未标是镇静钢
优质碳素钢〔45钢,35Mn〕编号方法是采用两位数字表示钢中平均含碳量为万分之几。
假设钢中含锰较高那么在钢号后面赋以锰的元素符号
碳素工具钢〔T12〕后面标以数字表示含碳量的千分之几。
假设为高级优质碳素工具钢,那么在编号后面加以A,例如T8A,T13A等
铸铁特点:
脆性材料,含碳量2.5-4%,含杂质高,抗拉强度、塑性、韧性较差;耐磨性好,本钱低。
常用种类:
灰铸铁:
⏹特点:
抗压强度高,切削性能好,但不能承受冲击载荷;
⏹用途:
用于制造承受压力零件,如底座、机架、铸铁管件。
⏹牌号:
HT200——灰铸铁,抗拉强度200MPa
⏹灰铸铁管及管件不能用于城镇供水。
球墨铸铁:
⏹除弹性和韧性较低外,力学性能与钢相类似。
⏹牌号:
QT400-15——抗拉强度400MPa,伸长率15%
⏹球墨铸铁管DN300-1400mm是城市供水系统首选管材。
在碳素钢中参加合金元素〔Si,Mn,Cu,Ti,Cr,V〕,即为合金钢。
合金钢种类:
低合金钢〔合金元素<5%〕
中合金钢〔合金元素5%-10%〕
高合金钢〔合金元素>10%〕
⏹不锈耐酸钢:
指能抵抗酸和其他腐蚀性介质的钢
⏹合金钢的牌号:
12CrNi3钢——表示,碳的平均含量0.12%,铬低于1.5%,镍含3%
钢的分类:
⏹按质量划分——
⏹普通钢:
%%
⏹优质钢%%
⏹高级优质钢%%
⏹按用途划分——
⏹结构钢
⏹工具钢
⏹特殊性能钢
钢的编号:
⏹1〕普通碳素钢——
⏹方法:
字母-数字并列系统——
⏹Q275——
⏹Q235-A·F——屈服强度235MPa的A级沸腾钢
⏹ABCD表示钢材等级,A最低,D最高
⏹F沸腾钢,未标是镇静钢
⏹2〕优质碳素结构钢——
⏹S、P含量小于%
⏹编号方法:
用2位数字表示钢中碳平均含量是万分之几。
⏹编号:
45钢——含碳量%
08钢——含碳量%
15Mn
⏹3〕碳素工具钢——
⏹编号:
T8——含碳量%
⏹4〕合金结构钢——
⏹编号方法:
2位数字+元素符号+数字
⏹数字2、3、4,表示%、%、%
⏹编号:
12CrNi3钢——含碳量%,含Cr量小于%,含Ni3%
⏹钢号后加A代表高级优质合金结构钢
⏹5〕合金工具钢——
⏹编号方法同合金结构钢
⏹黄铜:
指铜与锌的合金
⏹特点:
具有一定强度,耐腐蚀性高,铸造性能好。
⏹用途:
⏹常用于制造管件、散热器、垫片
⏹H80,H68塑性好,用于冲压成容器。
⏹青铜指铜与锡、铝、硅的合金。
⏹普通青铜
⏹锡青铜——耐蚀性和耐磨性高,耐酸性差
⏹用途:
制造耐磨擦,耐磨损零件。
⏹如,泵壳、轴瓦、阀门等
⏹特殊青铜
⏹铝青铜——耐蚀性比黄铜锡青铜更好
⏹用于制造在蒸汽和海水条件下工作的耐磨损零件。
⏹硅青铜——耐蚀性、耐磨性好
⏹纯铝:
⏹特点:
在许多介质中具有耐腐蚀性,但铝在含卤素离子溶液中不耐腐蚀,
⏹用于制造热交换器、冷凝器、泵、阀、管〔L2,L3,L4〕
⏹铝合金:
铝与铜、镁、锌、锰、硅的合金
⏹防锈铝合金:
〔LF〕耐腐性能高,代替不锈钢;
⏹铸造铝合金:
〔ZL〕制造阀门、泵、离心机。
蒙乃尔合金——镍铜合金,具有良好的力学性能和机械性能,水工艺中应用较多。
⏹陶瓷性能的主要特点:
不可燃烧性,高耐热性,高化学稳定性,不老化性,高硬度,抗压性好
⏹陶瓷的主要缺点:
脆性大、抗拉、抗弯性能差、对温度剧变的抵抗力低
⏹添加剂作用:
改善材料性能
⏹填料:
提高塑料的力学性能;
⏹增塑剂:
降低材料的硬度和脆性,增强可塑性;
⏹稳定剂:
延缓塑料的老化;
⏹固化剂:
加快塑料的固化速度,提高机械强度;
⏹润滑剂、着色剂、阻燃剂
硬聚氯乙烯塑料〔PVC〕聚乙烯塑料〔PE〕聚丙烯管〔PP〕ABS塑料聚四氟乙烯塑料(F-4)玻璃钢〔FRP〕
⏹复合材料:
是由两种或两种以上的金属或非金属材料复合而成的一种新型材料。
⏹水工艺设备常用材料选择原那么:
1〕满足力学性能要求——具有一定强度、连接性能、加工性能好
⏹2〕平安性——材料无毒、对水质无污染;耐腐蚀,化学性质稳定
⏹3〕经济性——维修、管理方便,经济等方面因素
第二章
⏹金属腐蚀原理:
〔一〕金属的化学腐蚀1、金属氧化2、钢铁的气体腐蚀
〔二〕金属的电化学腐蚀1、电化学腐蚀原理2、极化现象3、去极化作用4、金属的钝化
⏹氧化膜的作用:
金属氧化后在外表形成一层氧化物固相膜,保护金属防止继续氧化。
氧化膜厚度与温度有关。
温度越高,氧化膜越厚
⏹保护性氧化膜的条件1〕金属外表的氧化膜致密完整,2〕氧化膜具有一定强度和塑性;3〕氧化膜稳定,不易脱落。
⏹脱碳现象:
钢中的渗碳体Fe3C与O2、H2、CO2和水反响,使渗碳体减少的现象。
⏹氢蚀:
温度>200~300℃,压力>时,氢气使钢产生剧烈脆化的现象。
⏹
电极电位较低的金属形成阳极
⏹不断溶解,产生腐蚀,阳极上多余的电子由金属内部流向电极电位较高的阴极
⏹电极电位较高的金属形成阴极
极化现象:
指原电池由于电流通过,使阴极和阳极电位偏离起始电位值产生过电位的现象。
⏹极化的结果:
极化使阳极电位升高,使阴极电位下降,使两电极的电位差减小
去除极化会促进阳极和阴极过程进行,即去极化会加速腐蚀进行。
⏹析氢腐蚀的影响因素:
金属材料的性状
⏹材料与外表状态不同,氢过电位值不同。
⏹氢过电位值低,加速腐蚀。
⏹溶液的pH值
⏹pH值低,H离子浓度高,EH升高,加速金属腐蚀
⏹阴极区的面积
⏹阴极区面积增大,氢过电位小,阴极极化率降低,析氢加速,腐蚀速度加快;
⏹温度
⏹温度升高,氢过电位减小,阴阳两极电极反响加快,腐蚀速度加快。
⏹氧去极化腐蚀:
在中性和碱性溶液中,金属腐蚀过程的阴极反响是溶液中的氧分子被复原反响,又称吸氧腐蚀
⏹金属的钝化;金属与介质作用后,失去化学活性,使金属更稳定的现象
金属的腐蚀破坏形态:
1、全面腐蚀2、局部腐蚀3、应力作用下的腐蚀类型4、微生物腐蚀
全面腐蚀的预防措施:
设计时预留足够的腐蚀裕量,采用保护性覆盖层,使用缓蚀剂,电化学保护
⏹非金属无机材料的腐蚀原理:
硅酸盐中的SiO2在碱、氢氟酸、高温磷酸作用,形成可溶性的物质,产生腐蚀作用
⏹有机材料腐蚀的类型:
物理腐蚀:
高分子材料在介质中溶解的现象
⏹化学腐蚀:
高分子中极性基团与特定的介质发生化学反响,改变材料的性能,造成老化或裂解的现象。
⏹微生物腐蚀:
不含増塑剂的塑料具有较好的抗微生物腐蚀的能力。
⏹应力腐蚀:
高分子材料在受力状态下,发生的物理或化学腐蚀,材料产生裂纹直至断裂的现象。
⏹设备底部与出口管的布置图
设备的电化学保护包括阴极保护和阳极保护
阴极保护时的考前须知:
介质必须是能导电的电解质溶液,钝化的金属不宜采用阴极保护,结构复杂的金属设备不宜采用阴极保护,氢脆敏感性材料的设备不宜采用阴极保护
⏹阳极保护定义:
将金属设备与外加直流电的正极连接,进行阳极极化,提高金属设备的电极电位,使金属由活化态转入钝化态,减轻或防止金属设备的腐蚀。
阴极保护与阳极保护比拟:
⏹相同点:
同属于电化学保护,被保护金属处于电解质溶液中
⏹不同点:
适用的金属材料种类;
⏹影响极化保护效果的因素
⏹极化时电位偏移对极化的影响
⏹在强氧化性介质中的极化效果
⏹极化时的析氢反响对材料的影响
⏹经济费用和工程管理
第三章
⏹锥形壳薄膜应力结论:
⏹1.半锥角大,壳体压力越大;
⏹压力容器设计中不宜采用大锥角
⏹2.锥体的环向应力大于径向应力;
⏹3.最大应力位于锥体的大端
⏹封头分类:
第一类:
凸形封头第二类:
锥形封头第三类:
平板形封头
⏹平板型封头用途:
用于压力容器的人孔、手孔处设计
⏹特点:
平板受力后,产生弯曲应力较大,远超过薄膜应力。
平板弯曲应力与薄膜应力的比拟
⏹分析:
⏹承受均布载荷p圆形平板最大应力Mσmax是同直径、同壁厚圆柱壳体承受同样压力p时产生的薄膜应力的〔2kD/δ〕倍
⏹一般容器D/δ>50,
⏹故,同等条件下平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20~30倍。
⏹结论:
容器封头应防止使用平板形,防止使用矩形压力容器
⏹C1——腐蚀裕量:
C1=nλ〔λ年腐蚀量mm/年,n使用寿命,年〕
⏹机械传动主要方式:
齿轮传动,带传动,链传动
⏹渐开线标准齿轮的根本参数:
Z:
齿数
⏹链传动的布置形式:
1〕两链轮位于同一垂直平面内
⏹,两轴平行布置
⏹2〕中心线与水平夹角β<45°
3〕中心线与水平夹角β>60°,应设张紧轮
⏹机械制造工艺根本方法——
⏹铸造、压力加工、焊接、金属切削加工和热处理
⏹焊接根本方法:
熔化焊——在金属接头处加热熔化,冷却后焊接在一起。
电弧焊、气焊
⏹压力焊——在接头处加压焊接。
电阻焊、高频焊
钎焊——加热而不使金属熔化,只使填充在接头间的钎料熔化,依靠钎料将金属连接。
⏹热量传递的三种根本方式——热传导、热对流、热辐射
⏹导热根本定律:
傅立叶定律:
q=-λgradT〔〕
⏹式中,
⏹q热流向量,
⏹方向与温度梯度方向相反
⏹λ导热系数,始终为正值
⏹gradT温度梯度
⏹物理意义:
⏹热流向量与温度梯度成正比
⏹热流向量与温度梯度位于等温面上同一法线上,但两者方向相反;
温度梯度方向指向温度升高方向;热流向量方向永远沿着温度降低方向
⏹求出通过平面积为F的热量Q
⏹
多层平壁热流量
⏹
圆筒壁热流量
Rl:
单位长度圆筒壁的导热热阻〔m·C/W〕
⏹凝结换热:
将气态转化为液态的过程,是蒸汽加热设备中最根本的换热过程
⏹凝结形式:
珠状凝结——换热系数大;膜状凝结——换热系数小
⏹蒸汽在管内受迫流动时,α=100~200
⏹水在管内受迫流动时,α=500~1000
⏹蒸汽凝结时,α=4000~15000
⏹所以,利用流体相变化是强化换热的一种有效手段。
第四章
罗茨鼓风机用途:
好氧曝气池供氧;滤池反冲洗;渠道和匀和池的搅拌。
►使用范围:
风量,压力20-50MPa,功率
离心鼓风机特点:
属于恒压风机。
离心鼓风机产生压力随进气温度和密度变化而异;当进气量一定时,进气的温度越高,产生的压力越低。
►用途:
用于大供气量和变流量场合
第五章
⏹卧式容器支座:
鞍座【安装形式:
固定式〔F〕、滑动式〔S〕一个容器使用两个鞍座必须一个是
- 配套讲稿:
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