高等学校教材：化工设备机械基础（第4版）

《高等学校教材：化工设备机械基础（第4版）》为第四版，根据最新的国家标准，对本书第三版进行了修订。内容分为力学基础、压力容器、典型化工设备三篇。主要介绍板壳力学基础理论，金属材料的基本知识，中、低压力容器和典型化工设备的强度计算方法、结构设计、有关的标准和规范等。配有习题、例题、内容实用，讲述深入浅出，便于自学。

《高等学校教材：化工设备机械基础（第4版）》为化工工艺专业及环保、制药等相关专业使用的综合性机械基础课程教材，也可供相关专业技术人员参考。

第一篇力学基础
1刚体的受力分析及其平衡规律
1.1力的概念及其性质
1.1.1力的概念
1.1.2力的基本性质
1.2刚体的受力分析
1.2.1约束和约束反力
1.2.2刚体受力分析要领
1.3平面汇交力系的简化与平衡
1.3.1平面汇交力系的简化
1.3.2平面汇交力系的平衡条件
1.4力矩、力偶、力的平移定理
1.4.1力矩的概念
1.4.2力偶
1.4.3力的平移定理--力与力偶的联系
1.5平面一般力系的简化与平衡
1.5.1平面一般力系的简化
1.5.2平面一般力系的平衡条件
1.5.3固定端约束的受力分析
1.6静力学问题求解方法小结
1.6.1如何确定研究对象
1.6.2如何画分离体受力图
1.6.3如何建立直角坐标系
1.6.4如何应用静力平衡方程
1.6.5静力学能够解决问题的范围
本章小结
检测题
习题

2金属的力学性能
2.1弹性体的变形与内力
2.1.1变形与内力的概念
2.1.2变形的度量
2.1.3直杆受拉（压）时的内力
2.1.4受拉（压）直杆内的应力
2.2材料的力学性能
2.2.1拉伸试验
2.2.2压缩试验
2.2.3温度对材料的力学性能的影响
2.2.4金属的缺口冲击试验
2.2.5硬度试验
2.2.6弯曲试验
2.3金属材料拉伸与冲击试验的新标准简介
2.3.1GB/T228-
2.3.2GB/T229-
本章小结
检测题
习题

3受拉（压）构件的强度计算与受剪切构件的实用计算
3.1受拉直杆的强度计算
3.1.1强度条件的建立与许用应力的确定
3.1.2强度条件应用举例
3.2拉（压）杆连接部分的剪切和挤压强度计算
3.2.1剪切变形与剪力
3.2.2连接零件剪切强度的实用计算
3.2.3某些连接零件的挤压强度计算
本章小结
检测题
习题

4直梁的弯曲
4.1弯曲概念与梁的分类
4.1.1弯曲变形的宏观表现与实例
4.1.2梁的几何形状和名称
4.1.3梁上的外力、梁的支座及分类
4.2梁的内力分析
4.2.1梁横截面内的两种内力
4.2.2剪力与弯矩的计算
4.3纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件
4.3.1梁横截面内任意指定点处的正应力
4.3.2正应力的强度条件
4.3.3梁的合理截面
4.4直梁弯曲时的切应力
4.4.1矩形截面梁
4.4.2工字形截面梁
4.4.3环形截面梁
4.4.4实心圆截面梁
4.5梁的变形--梁弯曲时的位移
4.5.1梁的挠度和转角
4.5.2梁的弹性曲线
4.5.3梁的刚度校核
本章小结
习题

5圆轴的扭转
5.1圆轴扭转时所受外力的分析与计算
5.1.1搅拌轴的三项功能
5.1.2n、P、m之间的关系
5.2纯剪切、角应变、剪切虎克定律
5.2.1纯剪切
5.2.2角应变
5.2.3剪切虎克定律
5.3圆轴在外力偶作用下的变形与内力
5.3.1变形分析
5.3.2扭转切应力及其分布规律
5.3.3横截面的内力矩--扭矩
5.3.4扭矩与扭转变形dφdx之间的关系
5.3.5扭转切应力的计算公式
5.3.6扭转角的计算
5.4圆轴扭转时的强度条件与刚度条件
5.4.1圆轴扭转时的强度条件
5.4.2圆轴扭转时的刚度条件
本章小结
检测题
习题

第二篇压力容器
6压力容器与化工设备常用材料
6.1金属的晶体结构
6.1.1金属原子结构的特点与金属键
6.1.2金属的晶体结构
6.2铁碳合金
6.2.1什么是铁碳合金
6.2.2铁碳平衡状态图
6.2.3过冷奥氏体的恒温转变
6.2.4钢的热处理
6.3钢的分类
6.3.1碳素钢
6.3.2低合金钢
6.3.3高合金钢
6.4钢板
6.4.1钢板的尺寸和允许偏差
6.4.2碳素钢与低合金钢钢板
6.4.3不锈钢、耐热钢钢板
6.5钢管
6.5.1钢管分类及其标准
6.5.2钢管的尺寸
6.5.3钢管的钢号、性能和应用
6.5.4钢管的检验与验收
6.6锻件与紧固件
6.6.1锻件
6.6.2紧固件
6.7铸铁
6.7.1铸铁的分类与代号（GB/T5162-2008）
6.7.2灰铸铁（GB/T9439-2010）
6.7.3球墨铸铁（GB/T1348-2009）
6.7.4蠕墨铸铁
6.7.5可锻铸铁（GB9440-2009）
6.7.6高硅耐蚀铸铁（GB/T8491-2009）
6.7.7耐热铸铁（GB9437-2009）
6.7.8铸铁用于压力容器时的规定
6.8铜及铜合金
6.8.1加工铜
6.8.2加工黄铜
6.8.3青铜
6.8.4白铜
6.8.5铸造铜合金
6.8.6铜及铜合金用于压力容器时的规定
6.9铝及铝合金
6.9.1变形铝及铝合金的分类和牌号
6.9.2变形铝及铝合金的性能和用途
6.10钛及钛合金
6.10.1分类与牌号
6.10.2性能特点
6.10.3应用
6.11金属的腐蚀与防护
6.11.1腐蚀的定义及分类
6.11.2常见的几种腐蚀及其控制方法
习题

7压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力
7.1回转壳体中的薄膜应力
7.1.1容器壳体的几何特点
7.1.2回转壳体中的拉伸应力
7.2圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力
7.2.1平板的变形与内力分析
7.2.2弯曲应力与薄膜应力的比较和结论
7.3边界区内的二次应力
7.3.1边界应力产生的原因
7.3.2影响边界应力大小的因素
7.3.3边界应力的性质
7.3.4回转壳体内部的边界应力
7.4强度条件
7.4.1对薄膜应力的限制（即薄膜应力强度条件）
7.4.2对一次弯曲应力的限制
7.4.3对二次应力的限制
本章小结
检测题
习题

8内压容器
8.1设计参数的确定（GB150.3-2011）
8.1.1容器直径
8.1.2工作压力与设计压力p
8.1.3设计温度t
8.1.4计算压力pc
8.1.5许用应力［σ］t
8.1.6焊接接头系数φ
8.2内压容器筒体与封头厚度的计算
8.2.1内压圆筒的五种厚度及其确定方法
8.2.2内压凸形封头厚度计算
8.2.3内压锥形封头厚度计算
8.2.4平板形封头
8.2.5计算厚度的通用式
8.3在用压力容器的强度校核
8.3.1在用压力容器强度校核的原则
8.3.2强度校核的思路、公式和举例
8.3.3在用压力容器的许用内压表
8.4容器筒体与封头的尺寸和质量
8.4.1圆柱形筒体的容积、内表面积和质量
8.4.2标准椭圆形封头的容积、内表面积和质量
8.4.3锥形封头的几何量与质量
8.5容器壳体在材料使用上的规定
8.5.1钢板用前的验收
8.5.2压力容器在选材、用材上的
规定
本章小结
检测题
习题

9外压容器与压杆的稳定计算
9.1稳定的概念与实例
9.1.1稳定的概念
9.1.2“稳定”问题实例
9.2外压圆筒环向稳定计算
9.2.1临界压力的计算
9.2.2材料的σ-ε曲线（即R-A曲线）在稳定计算中的应用
9.2.3许用外压的计算
9.3封头的稳定计算
9.3.1外压球壳与凸形封头的稳定计算
9.3.2外压带折边锥形封头的稳定计算
9.3.3防止内压凸形封头失稳的规定
9.4真空容器加强圈的计算
9.4.1真空容器加强圈所需最小截面惯性矩的计算
9.4.2真空容器加强圈实际提供的截面惯性矩的计算
9.5压杆稳定计算简介
9.5.1理想压杆的临界载荷
9.5.2临界应力欧拉公式的适用范围
9.5.3柔度λ<λp的压杆临界应力的计算
9.5.4压杆稳定的实用计算
9.6圆筒的轴向稳定校核
9.6.1什么情况下需要校核圆筒的轴向稳定性
9.6.2轴向稳定许用应力的确定
本章小结
检测题
习题

10法兰连接
10.1压力容器法兰连接
10.1.1法兰连接的密封原理
10.1.2法兰连接受力分析及其实用结论
10.1.3压力容器法兰标准（JB/T4700～4707-2000）
10.2管法兰连接
10.2.1管法兰（HG/T20592-2009）
10.2.2管法兰连接用密封垫片
10.2.3钢制法兰用紧固件

11人孔、手孔、视镜和液面计
11.1人孔和手孔
11.1.1容器上开设人孔、手孔的规定
11.1.2钢制人孔和手孔
11.1.3不锈钢人孔、手孔（HG21594-21604）
11.2视镜与液面计
11.2.1视镜
11.2.2液面计

12开孔补强与设备凸缘
12.1开孔补强
12.1.1问题的提出--容器接管附近的应力集中
12.1.2补强结构与计算
12.1.3容器上开孔及补强的有关规定
12.2设备凸缘
12.2.1法兰凸缘
12.2.2管螺纹凸缘

13容器支座
13.1卧式容器支座（JB/T4712.1-2007）
13.1.1鞍式支座的结构与类型
13.1.2鞍座尺寸与质量
13.1.3鞍座的选用
13.1.4鞍座标记
13.2立式容器支座
13.2.1耳式支座（JB/T4712.3-2007）
13.2.2支承式支座（JB/T4712.4-2007）
13.2.3腿式支座（JB/T4712.2-2007）

14容器的焊接结构
14.1焊接接头及其分类
14.1.1焊接接头
14.1.2压力容器上的焊接接头分类
14.2压力容器中的焊接接头（GB150.3-2011HG/T20583-2011）
14.2.1筒体的纵、环向，钢板拼接对接接头
14.2.2筒体与封头连接的非对接接头
14.2.3容器法兰与筒体连接的焊接接头
14.2.4管法兰与接管的焊接接头
14.2.5接管与壳体的焊接接头
14.2.6法兰凸缘与壳体的焊接接头
14.3焊接结构
14.3.1设计原则
14.3.2焊缝选择
14.4焊接接头的检验
14.4.1焊接接头缺陷
14.4.2焊接检验要点
14.5焊接材料

15压力容器监察管理
15.1压力容器监察管理的重要文件
15.2压力容器划类与分类管理
15.2.1广义压力容器与管辖压力容器
15.2.2《固容规》所管辖（适用）的压力容器
15.2.3《固容规》对压力容器范围的界定
15.2.4《固容规》对压力容器的划类
15.2.5压力容器的设计管理
15.2.6压力容器的制造管理
15.2.7压力容器的使用管理
15.3压力容器的定期检验
15.3.1定期检验的目的
15.3.2定期检验的依据
15.3.3检验周期
15.3.4压力容器的安全状况等级
15.3.5基于风险检测（RBI）
15.4压力容器的压力试验及泄漏试验
15.4.1耐压试验
15.4.2泄漏试验460第三篇典型化工设备

16管壳式换热器
16.1管壳式换热器的总体结构
16.1.1固定管板式换热器
16.1.2浮头式换热器
16.1.3U形管式换热器
16.1.4填料函式换热器
16.2管壳式换热器的主要零部件
16.2.1壳体
16.2.2管箱
16.2.3管束
16.2.4管板
16.2.5波形膨胀节
16.2.6折流板和支持板及其固定结构
16.2.7其他结构

17板式塔
17.1概述
17.2整块式塔盘的板式塔
17.2.1定距管支承式塔盘
17.2.2重叠式塔盘
17.2.3塔盘圈与密封结构
17.2.4降液管、溢流堰、出口液封盘
17.3分块式塔盘板式塔
17.3.1组装结构
17.3.2塔盘板与通道板
17.3.3分块式塔盘的支持结构
17.3.4塔盘、出口堰、降液板、受液盘的固定
17.4板式塔的其他结构
17.4.1板式塔盘上的进料管
17.4.2塔顶吊柱
17.4.3裙式支座
17.4.4塔的保温装置
17.5塔的机械设计
17.5.1塔体承受的各种载荷计算
17.5.2筒体的强度及稳定性校核
17.5.3裙座的强度及稳定性校核
附录A型钢（GB/T706-2008）
附录B石油化工压力容器法兰用垫片（HG/T20583-2011）
附录C石油化工容器接管法兰用垫片（HG/T20583-2011）
附录D金属和非金属垫片的耐化学品性能（HG/T20583-2011）
附录E图9-7曲线数据表（GB150.3-2011）
附录F标准目录
F-1TSG.特种设备安全技术规范与压力容器设计
F-2碳素钢与低合金钢及板材
F-3不锈钢和耐热钢及板材
F-4无缝钢管与焊接钢管
F-5复合钢板
F-6铸铁
F-7有色金属
F-8锻件
F-9紧固件
F-10力学性能试验
F-11容器法兰
F-12管法兰
F-13人孔、手孔
F-14支座
F-15视镜与液面计
F-16焊接
F-17补强圈、补强管
F-18介质毒性
F-19压力容器封头
检测题与习题的参考答案