第3章 水工艺设备理论基础(10.14)幻灯片.ppt

第3章 水工艺设备理论基础 3.1.1 概述 3.1 容器应力理论 3.1.1.1 容器的结构 筒体(又称筒身)、 封头(又称端盖)、 法兰、 支座、 进出管 人孔(或手孔)、 视镜等组成 3.1.1.2 容器的分类 (1)按容器形状分为 1)方形或矩形容器：由平板焊成，制造简单，便于布置和分格，但承压能力差，故只用于小型常压设备。 2)球形容器 由数块球瓣板拼焊而成，承压能力好且相同表面积时容器容积最大，但制作麻烦且不便于安置内部构件，故一般只用于承压的贮罐。 3)圆筒形容器 这种容器由圆柱形简体和各种形状的封头组成，制造较为容易，便于安装各种内部构件，而且承压性能较好，因此在水工艺中应用最为广泛。 (2)按容器承压情况分为 1)常压容器：这类容器仅仅承受容器内介质的静压力，一般不设上盖。 2)内压容器 当容器内部介质压力大于外界压力时称为内压容器。这类容器不仅承受容器内介质的静压力，还需承受介质工作压力。 按介质工作压力的大小，内压容器可分为低压、中压和高压 3)外压容器 当容器内介质压力小于外界压力时，该容器称作外压容器。水工艺中用到的外压容器很少。外压容器设计时主要应考虑稳定问题。 3.1.1.2 容器的分类 (3)按容器材料分为 1)金属容器 常用于容器制作的金属材料是低碳钢和普通低合金钢。当介质腐蚀性较大时可使用不锈钢、不锈复合钢板或铝制容器。 · 2)非金属容器 常用于制作容器的非金属材料有聚氯乙烯、玻璃钢、陶瓷、木材、橡胶等。非金属材料可以独立制作容器，也可以作为容器的部分构件和衬里。 (4)按容器内有无填料分为 1)无填料容器 各种贮槽、贮罐以及部分反应器如气浮器、活性污泥氧化器属于此类。 2)填料容器 很多容器，因为工艺的要求在容器内放置了各种不同的填料，如压滤器、吸附塔、离子交换柱等。这类容器和它里边放置的填料构成了填料容器。 3.1.1.3 容器设计的基本要求 (1)工艺要求 容器的总体尺寸、接口管的数目与位置、介质的工作压力，填料的种类、规格、厚度等一般是根据工艺生产的要求通过工艺设计计算及生产经验决定。 (2)机械设计的要求 1)强度 强度是容器抵抗外力而不破坏的能力，容器需保证具有足够的强度。 2)刚度 刚度是容器抵抗外力使其不发生变形的能力。容器必须具有足够的刚度，以防止在外力作用下容器产生不允许的变形。 3)稳定性 稳定性是容器或容器构件在外力作用下维持其原有形状的能力。以防止在外力作用下容器被压瘪或出现折皱。 4)严密性 容器必须具有足够的严密性，特别是承压容器和贮存、处理有毒介质的容器应具有良好严密性。 5)抗腐蚀性和抗冲刷性 容器的材料及其构件和填充的填料要能有效的抵抗介质的腐蚀和水流的冲刷，以保持容器具有较长的使用年限。 6)经济方面的要求 在保证容器工艺要求和机械设计要求的基础上，应选择较为便宜的材料以降低制作成本。 7)制作、安装、运输及维修均应方便 3.1.2 回转曲面与回转薄壳 回转曲面：以一条直线或平面曲线作母线，绕其同平面的轴线(即回转轴)旋转一周就形成了回转曲面。 以回转曲面作为中间面的壳体称作回转壳体。 内外表面之间的法向距离称为壳体厚度。 对于薄壳，常用中间面来代替壳体的几何特性。 3.1.2 回转曲面与回转薄壳 回转薄壳：中间面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。母线：绕轴线（回转轴）回转形成中面的平面曲线。极点：中间面与回转轴的交点。经线平面：通过回转轴的平面。经线：经线平面与中间面的交线。平行圆：垂直于回转轴的平面与中间面的交线称为平行圆。中间面法线：过中间面上的点且垂直于中间面的直线，法线必与回转轴相交 3.1.2 回转曲面与回转薄壳 第一主曲率半径R1：经线上点的曲率半径。 第二主曲率半径R2：垂直于经线的平面与中间面交线上点的曲率半径。等于考察点B到该点法线与回转轴交点K2之间长度（K2B） 平行圆半径r：平行圆半径。 纬线：平行圆就是回转曲面的纬线同一点的第一与第二主曲率半径都在该点的法线上。 3.1.3 回转薄壳的薄膜应力 回转薄壳承受内压后，在经线方向和纬线方向都要产生伸长变形，所以，在经线方向将会产生经向应力σm，在纬线方向会产生环向应力σθ 。由于轴对称，故同一纬线上各点的经向应力σm和环向应力σθ均相等。 由于水工艺所涉及的壳体基本为薄壳，可以认为，σm、σθ在壳壁厚度上均匀分布 经向薄膜及环向薄膜应力 ρ1、 ρ2 ：壳体第一、第二曲率半径， s1、s２-壳体的经向、周向应力，MPa； δ：壳体的厚度，mm； P：壳体所受介质的压力，MPa。  3.1.4 内压薄壁容器的应力 1.圆筒形壳体 圆筒壳的