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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。若钢中含锰较高则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。若为高级优质碳素工具钢,则在编号后面加以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,成本低。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。在碳素钢中加入合金元素(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:S≤0.055%P≤0.045%优质钢:S≤0.040%P≤0.040%高级优质钢:S≤0.030%P≤0.035%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0.040%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0.45%08钢——含碳量0.08%15Mn3)碳素工具钢——编号:T8——含碳量0.8%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1.5%、2.5%、3.5%编号:12CrNi3钢——含碳量0.12%,含Cr量小于1.5%,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则: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)安全性——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:金属氧化后在表面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)金属表面的氧化膜致密完整,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和水反应,使渗碳体减少的现象。氢蚀:温度>200~300℃,压力>30.4MPa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表面状态不同,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,阴阳两极电极反应加快,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应是溶液中的氧分子被还原反应,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应,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注意事项: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较: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应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较分析: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:容器封头应避免使用平板形,避免使用矩形压力容器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基本参数: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基本方法——铸造、压力加工、焊接、金属切削加工和热处理焊接基本方法: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。热量传递的三种基本方式——热传导、热对流、热辐射导热基本定律:傅立叶定律:q=-λgradT(3.36)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)633(21RTTFqFQ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基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0.25-80m3/min,压力20-50MPa,功率0.75-100kw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F式,一个是S式】,圈座,支腿应用场合:直径大的薄壁容器和真空操作容器采用圈座;支腿支座常采用直径小的容器。立式容器支座,腿式支座,支承式支座,耳式支座裙式支座应用:中小型容器采用前3种;高大塔设备采用裙式支座安全阀特点:泄压后容器可继续工作不必更换安全阀用途:用于锅炉、压缩机、高压容器、管路中避免因压力过高而导致爆炸安全阀类型——按加载方式重锤杠杆式安全阀优点:构造简单,性能不受温度影响缺点:易受振动发生泄漏用途:适用压力较低,高温无振动场合。弹簧式安全阀优点:灵敏度高,对振动不敏感。缺点:遇高温时弹簧应力松弛,弹力下降用途:用于移动式设备,及介质压力脉动的固定设备安全阀类型——按阀瓣开启高度全启式安全阀——阀瓣开启度大,介质的泄流量大,适用于高压容器,或安全泄放量大的中、低压力容器。微启式安全阀——阀瓣开启度小,介质的泄流量较
本文标题:水工艺设备
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