化工设备机械基础PDF电子书下载

第1篇 工程力学基础 3

第0章 绪论 3

0.1任务、方法与对象 3

0.2力的作用效应 3

0.3刚体与变形体 4

0.4受力分析 4

0.5基本变形形式 4

0.6强度、刚度与稳定性 5

第1章 物体的受力分析与平衡 6

1.1受力分析 受力图 6

1.1.1基本概念 6

1.1.2静力学公理 7

1.1.3约束与约束反力 10

1.1.4物体的受力分析和受力图 13

1.2平面汇交力系的简化与平衡条件 16

1.2.1平面汇交力系简化与平衡的几何法 16

1.2.2平面汇交力系简化与平衡的解析法 18

1.3力矩 力偶 力平移定理 22

1.3.1力对点之矩 汇交力系的合力矩定理 22

1.3.2平面力偶系的简化与平衡 23

1.3.3力的平移定理 26

1.4平面一般力系的简化与平衡 27

1.4.1平面一般力系的简化 28

1.4.2固定端约束 29

1.4.3简化结果的讨论 30

1.4.4平衡条件与平衡方程 31

习题 34

第2章 轴向拉伸与压缩 39

2.1拉伸与压缩的基本概念 39

2.2物体的内力 截面法 40

2.2.1内力的概念 40

2.2.2截面法求内力 40

2.3拉伸与压缩时的应力分析 42

2.3.1应力的概念 42

2.3.2轴向拉压时横截面上的应力 43

2.4拉伸与压缩变形 胡克定律 45

2.4.1纵向变形 45

2.4.2横向变形 46

2.4.3胡克定律 46

2.5轴向拉伸与压缩时的强度计算 48

2.5.1许用应力与安全系数 48

2.5.2轴向拉伸与压缩时的强度条件 49

2.6热应力的概念 52

2.7应力集中的概念 53

习题 54

第3章 剪切与圆轴扭转 57

3.1剪切与挤压 57

3.1.1剪切 57

3.1.2挤压 59

3.1.3剪切与挤压的强度计算 60

3.1.4剪应变与剪切胡克定律简介 64

3.2扭转 65

3.2.1扭转的基本概念 65

3.2.2扭转时外力的计算 66

3.2.3扭转时内力的计算 67

3.3圆轴扭转时的应力及强度条件 71

3.3.1剪应变分布规律 71

3.3.2剪应力分布规律 72

3.3.3以静力平衡求剪应力 73

3.3.4截面的几何性质、强度条件 74

3.4圆轴扭转时的变形及刚度条件 76

3.4.1圆轴扭转时的变形分析 76

3.4.2圆轴扭转时的刚度条件 76

习题 82

第4章 梁的弯曲 86

4.1基本概念 86

4.2弯曲时的内力分析 88

4.2.1弯曲内力 88

4.2.2剪力和弯矩符号规则 89

4.3弯矩图 90

4.4弯曲时的应力和强度计算 95

4.4.1平面假设与变形的几何关系 95

4.4.2物理方程与应力分布 97

4.4.3静力平衡方程 97

4.4.4弯曲正应力公式适用范围的讨论 98

4.5截面几何性质 99

4.5.1常用截面的几何性质 100

4.5.2组合截面的几何性质 101

4.6弯曲正应力的强度条件 103

4.7梁的优化设计 107

4.7.1支承的合理安排 107

4.7.2载荷的合理布置 108

4.7.3截面形状的合理设计 109

4.8梁的弯曲变形 111

4.8.1梁的弹性曲线、挠度和转角 111

4.8.2弹性曲线的近似微分方程 112

4.8.3用叠加法求梁的变形 116

4.8.4梁的刚度校核 提高抗弯刚度的措施 116

习题 117

第5章 强度理论与组合变形 122

5.1强度理论简介 122

5.2组合变形的概念 123

5.3拉伸（压缩）与弯曲组合变形 124

5.4扭转与弯曲组合变形 128

5.4.1扭转与弯曲组合变形时的应力分析 129

5.4.2扭转与弯曲时的强度计算 129

习题 132

第6章 压杆稳定 135

6.1工程中的稳定性问题 135

6.2两端球铰支细长压杆的临界力 137

6.3杆端不同约束条件下细长压杆的临界力 138

6.4压杆临界应力与欧拉公式的适用范围 141

6.4.1临界应力和柔度 141

6.4.2欧拉公式的适用范围 142

6.4.3中柔度压杆的临界应力公式 142

6.5压杆稳定性校核 144

6.5.1压杆稳定性安全准则 144

6.5.2压杆稳定性校核的安全系数法 145

6.6工程中提高压杆稳定性的措施 146

6.7其他构件稳定问题简介 147

习题 149

第2篇 化工设备材料 153

第7章 材料基础知识 153

7.1钢材生产基本知识 153

7.1.1炼钢炉 153

7.1.2炉外精炼 154

7.1.3脱氧工艺 154

7.1.4几个基本术语 155

7.1.5钢材分类 155

7.1.6钢铁牌号及表示方法 157

7.1.7钢材的热处理 158

7.2材料的性能 160

7.2.1力学性能 160

7.2.2物理性能 165

7.2.3化学性能 166

7.2.4工艺性能 167

第8章 化工设备材料及其选择 169

8.1碳钢 169

8.2低合金钢及化工设备用特种钢 170

8.2.1合金元素对钢性能的影响 170

8.2.2低合金钢 172

8.2.3锅炉和压力容器用钢板 172

8.2.4不锈耐酸钢 173

8.2.5耐热钢 175

8.2.6低温用钢 175

8.2.7钢材的品种和规格 176

8.2.8化工设备用钢的选材原则 177

8.3有色金属材料 179

8.3.1铝及其合金 179

8.3.2铜及其合金 180

8.3.3铅及其合金 180

8.3.4钛及其合金 181

8.4非金属材料 181

8.4.1无机非金属材料 181

8.4.2有机非金属材料 182

第9章 化工设备的腐蚀及防腐措施 184

9.1金属的腐蚀 184

9.1.1金属腐蚀的评定方法 184

9.1.2化学腐蚀 185

9.1.3电化学腐蚀 187

9.2晶间腐蚀和应力腐蚀 188

9.3金属腐蚀破坏的形式 190

9.4金属设备的防腐措施 190

习题 191

第3篇 化工容器设计 195

第10章 容器设计的基本知识 195

10.1容器的分类与结构 195

10.1.1容器的分类 195

10.1.2容器的结构 198

10.2容器零部件的标准化 198

10.2.1标准化的意义 198

10.2.2标准化的基本参数 199

10.3压力容器的安全监察 200

10.3.1我国压力容器的基本状况 200

10.3.2我国压力容器安全监察体制 201

10.4现行压力容器安全监察法规、规范介绍 202

10.5压力容器建造标准规范 206

10.5.1压力容器建造标准的基本内容 206

10.5.2压力容器标准化体系 207

10.6压力容器国内外标准简介 208

10.6.1各国主要压力容器标准的性质和地位 208

10.6.2各国压力容器分类的原则 208

10.6.3各国主要标准的压力适用范围 209

10.6.4在标准中及时体现先进技术的应用 209

10.6.5我国主要压力容器建造标准简介 210

10.7《钢制压力容器》简介 211

10.7.1适用范围 211

10.7.2不适用范围 211

10.7.3超出标准规定范围的设计问题 212

10.8设计载荷条件 212

10.9压力容器设计寿命 213

10.10容器机械设计的基本要求 214

习题 215

第11章 内压薄壁容器的应力分析 217

11.1回转壳体的应力分析——薄膜应力理论 217

11.1.1薄壁容器及其应力特点 217

11.1.2基本概念与基本假设 218

11.1.3经向应力计算公式——区域平衡方程式 219

11.1.4环向应力计算公式——微体平衡方程式 221

11.1.5轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 223

11.2薄膜理论的应用 223

11.2.1受气体内压的圆筒形壳体 223

11.2.2受气体内压的球形壳体 224

11.2.3受气体内压的椭球壳体（椭圆形封头） 225

11.2.4受气体内压的锥形壳体 227

11.2.5受气体内压的碟形壳体（碟形封头） 228

11.2.6例题 231

11.3内压圆筒边缘应力 232

11.3.1边缘应力的概念 232

11.3.2边缘应力的特点 233

11.3.3对边缘应力的处理 234

习题 235

第12章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 238

12.1强度设计的基本知识 238

12.1.1关于弹性失效的设计准则 238

12.1.2强度理论及其相应的强度条件 239

12.2内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 240

12.2.1强度计算公式 240

12.2.2设计参数的确定 242

12.2.3容器的厚度和最小厚度 251

12.2.4压力试验及其强度校核 252

12.2.5例题 257

12.3内压圆筒封头的设计 259

12.3.1半球形封头 260

12.3.2椭圆形封头 260

12.3.3碟形封头 261

12.3.4球冠形封头 262

12.3.5锥形封头 264

12.3.6平板封头 269

12.3.7例题 273

12.3.8封头的选择 275

习题 278

第13章 外压圆筒与封头的设计 281

13.1概述 281

13.1.1外压容器的失稳 281

13.1.2容器失稳型式的分类 281

13.2 临界压力 282

13.2.1临界压力的概念 282

13.2.2影响临界压力的因素 282

13.2.3弹性失稳的理论计算方法 284

13.2.4长圆筒、短圆筒和刚性圆筒 285

13.2.5临界压力的理论计算 286

13.2.6临界长度 287

13.3外压圆筒的工程设计 287

13.3.1设计准则 287

13.3.2外压圆筒壁厚设计的图算法 288

13.3.3外压容器的试压 296

13.3.4例题 296

13.4轴向受压圆筒失稳计算 297

13.5外压球壳与凸形封头的设计 298

13.5.1外压球壳和球形封头的设计 298

13.5.2凸面受压封头的设计 299

13.5.3例题 299

13.6外压圆筒加强圈的设计 300

13.6.1加强圈的作用与结构 300

13.6.2加强圈的间距 301

13.6.3加强圈的尺寸设计 301

13.6.4加强圈与圆筒间的连接 302

13.6.5例题 303

习题 304

第14章 容器零部件 307

14.1法兰连接 307

14.1.1法兰连接结构与密封原理 307

14.1.2法兰的结构与分类 308

14.1.3影响法兰密封的因素 310

14.1.4法兰标准及选用 317

14.2容器支座 328

14.2.1卧式容器支座 328

14.2.2立式容器支座 335

14.3容器的开孔补强 336

14.3.1开孔应力集中现象及其原因 336

14.3.2开孔补强设计原则、形式与结构 338

14.3.3等面积补强设计方法 341

14.3.4例题 347

14.4容器附件 348

14.4.1接管 348

14.4.2凸缘 348

14.4.3手孔与人孔 349

14.4.4视镜 350

14.5容器设计举例 350

14.5.1罐体壁厚设计 350

14.5.2封头厚度设计 351

14.5.3鞍座 351

14.5.4人孔 352

14.5.5人孔补强 354

14.5.6接管 354

14.5.7设备总装配图 355

习题 357

第4篇 典型化工设备的机械设计 363

第15章 管壳式换热器的机械设计 363

15.1概述 363

15.1.1换热器的类型 363

15.1.2换热器的选型 364

15.2管壳式换热器 366

15.2.1基本类型 366

15.2.2总体设计 368

15.3管壳式换热器的主要部件与结构设计 369

15.3.1管板 369

15.3.2管束 370

15.3.3管子与管板的连接 372

15.3.4管箱 374

15.3.5管板与壳体的连接 375

15.3.6管板与管箱的连接 376

15.3.7管束分程 377

15.3.8折流板和支承板 378

15.3.9拉杆和定距管 380

15.3.10进、出口接管 381

15.3.11防冲和导流 381

15.3.12排液口和排气口 382

15.3.13支座 382

15.4管板的计算与校核 382

15.4.1基本假设 382

15.4.2影响管板应力的因素 383

15.4.3计算与校核 384

15.5温差应力及膨胀节设置 384

15.5.1温差引起的应力计算 384

15.5.2管子拉脱力计算及校核 385

15.5.3温差应力的补偿 386

15.5.4膨胀节结构及设置 387

15.6热管及热管换热器 389

15.6.1热管 389

15.6.2热管换热器 391

第16章 塔设备设计 395

16.1概述 395

16.1.1塔设备的作用和类型 395

16.1.2塔类型选择 395

16.1.3对塔设备的要求 396

16.2板式塔 396

16.2.1设计内容 396

16.2.2总体结构及分类 397

16.2.3塔盘结构 397

16.3填料塔 409

16.3.1设计内容 409

16.3.2总体结构 410

16.3.3填料类型及选用 410

16.3.4液体的分布装置和再分布装置 414

16.3.5填料的支承装置 419

16.3.6填料压板和床层限制板 420

16.4辅装置及附件 421

16.4.1裙座 421

16.4.2除沫器 422

16.4.3接管 423

16.4.4吊柱 427

16.5塔设备的机械设计 428

16.5.1塔体的机械设计 428

16.5.2裙座的机械设计 439

16.6塔体与裙座的机械设计举例 447

习题 453

附录 454

附录1常用金属材料的物理性能 454

附录2优质碳素结构钢的钢号和化学成分（GB 711—88） 455

附录3碳素结构钢的钢号、化学成分及力学性能 456

附录4锅炉和压力容器用钢板（GB 713—2008） 457

附录5螺栓、螺母材料组合及适用温度范围 459

附录6钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力 460

附录7图13-6和图13-8～图13-15数据表（GB 150—1998） 470

附录8长颈法兰的最大允许工作压力（JB/T 4700—2000） 476

附录9甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰螺柱材料的选用 477

附录10甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列 480

附录11管法兰标准（HG 20592—97） 483

附录12双鞍式支座标准（JB/T 4712—92） 494

附录13耳式支座标准（JB/T 4725—92） 504

附录14裙座上开设检查孔处的断面模数及面积 506

附录15裙座标准系列尺寸 507

附录16型钢表 510

参考文献 521