水 工 艺 设 备 基 础
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第3章 水工艺设备理论基础
主要内容： 3.1 容器应力理论 3.2 机械传动理论 3.3 机械制造工艺 3.4 热量传递与交换理论
要求：掌握与水工艺设备设计制造有关的机械传动与制造
3.4.1 热传导（导热）
定义：若物体各部分之间不发生相对位移， 仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的 热运动而引起的热量传递称为热传导（导 热）。
特点：粒子只在平衡位置附近振动而不发生 宏观位移。
介质：热传导在固体、液体和气体中均可进 行，但导热的微观机理因物态而异。
3.4.2 对流换热
对流换热定义和性质
3.2.1.3 机械应满足的基本要求
(1)必须达到预定的使用功能，工作可靠，机构精 简。 (2)经济合理，安全可靠，生产率高，效率高，能 耗少，原材料和辅助材料节省，管理和维修费用低。 (3)操作方便，操作方式符合人们的心理和习惯， 尽量降低噪声，有害介质渗漏，机身美观等。 (4)对不同用途和不同使用环境的适应性要强 (如容 易卸、装等 )。
(2) 辐射换热过程 伴随能量转化， 即物体部分 内能→电磁波能→另一物体内 能
(3) 温度高于绝对零度的 一切物体，不论温度高低， 都会不断地发射热射线。总效果为高温物体把 能量传给低温物体。
目录
一、水泵的定义及分类 二、叶片式水泵 三、离心泵
1、离心泵组成 2、离心泵工作原理 3、离心泵的分类 4、动力部分：电动机 5、传动部分：泵 轴、联轴器、轴 承 6、做功部分：叶 轮 四、水泵效率曲线及影响因素
3.1.8 内压封头设计
? 封头分为三类
凸形封头
? 半球形封头 ? 半椭球形封头 ? 带折边球形封头 ? 无折边球形封头
锥形封头
? 无折边锥形封头 ? 带折边锥形封头
平板形封头
强度计算均以薄膜应力 理论为基础，
强度计算则应以平板弯 曲理论为依据
3.2 机械传动理论
3.2.1 机械传动概述
机械(Machinery) :机构(Mechanism) 和机器 (Machine) 的总称。
2、叶片式水泵分类： 根据叶轮出水的水流方向可将叶片式水泵分为 径向流、
轴向流和斜向流3种； 拥有径向流叶轮的泵称为离心泵，液体质点在叶轮中流
动时主要受到的是离心力作用。 拥有轴向流叶轮的泵称为轴流泵，液体质点在叶轮中流
（2）容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容 积的改变来完成的。一般使工作室容积改变的方式有往复 运动和旋转运动两种，如喷雾器等。
（3）其他类型水泵：这类泵是指除叶片式水泵和容积 式水泵以外的特殊泵。属于这一类 螺旋泵、射流泵、水锤 泵、水轮泵以及气升泵。
二、叶片式水泵
1、叶片式水泵的定义：是依靠叶轮的高速旋转以完成其能 量的转换。
响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的 边界层。
3.4.2.1 影响对流换热的因素
?流体流动的起因 ?流体的相变 ?流体的流动状态 ?换热表面的几何因素 ?流体4.4.1 辐射换热的本质和特点
特点
(1) 不需冷热物体直接 接触及任何中间 介质就能进 行热量传递。如阳光能够穿越低温太空向地面 辐射。
3.2.1.4 机械传动的概念
机械传动：利用构件和机构把运动和动力从 机器的一部分传递到另一部分的中间环节 称为机械传动。即按执行机构作业的特定 要求，把原动机的运动和动力传递给执行 机构。
3.2.2 机械传动的主要方式
齿轮传动 带传动 链传动
3.3 机械制造工艺
制造金属机件的基本工艺方法
铸造 压力加工 焊接 切削加工 热处理
通用零部件，设计时 可直接选用。
3.1.2 回转曲面与回转薄壳
*回转曲面：回转以轴一：条OO' 直线或平面曲线作 母线，绕其同平面 的轴线旋转一周形 成的曲面叫回转曲 面。
3.1.3 回转薄壳的薄膜应力
? 薄膜应力 ：薄膜是回转薄壳的简称。在内压作用 下，薄膜的横截面几乎不能承受弯矩，因此壳体 在内压作用下的主要内力是拉力，假定这种拉力 沿厚度方向均匀分布，称为薄膜应力。
一、水泵定义及分类
? 1、水泵的定义：水泵是输送和提升液体的 机器，它把原动机的机械能转化为被输送 液体的能量，使液体获得压能（动能或势 能）。
电能
机械能
压能
一、水泵定义及分类
? 水泵的分类：
按作用原理分：
（1）叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮 高速旋转而完成的。属于这一类的有 离心泵、轴流泵、混 流泵。
3.4 热量传递与交换理论
传热过程：系统内由于温度差异使热量从高
温向低温转移的过程称之为热量传递过程，
简称传热过程。
热量传递基本方式：热传导、热对流、 热辐射
热量传递起因：由于物体内或系统内两部分
之间存在温度差。
热量传递结果：传热可依靠其中一种方式或
几种方式同时进行，净的热流方向总是从高 温处向低温处流动。
3.2.1.1 机构 机构：由多种实物 (如齿轮、螺丝、连杆、叶片等机
械零件)组合而成，各实物间具有确定的 相对运动 (如水泵的叶片与外壳间，内燃机的活塞与气缸间 等)。
3.2.1.2 机器 机器:根据某种使用要求而设计制造的一种 能执行某
种机械运动 的装置。在接受外界输入能量时，能 够变换或传递能量、物料和信息。
工艺、结构力学、传热学等方面的基本知识；
重点与难点 ：回转薄壳的薄膜应力的计算、内压薄壁容器
的应力计算、机械传动的主要方式、主要机械制造工艺。
3.1 容器应力理论
3.1.1 容器概述
容器定义：设备外部壳体的总称。 3.1.1.1 容器结构
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
定义： 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间
的热量传递现象。
性质：
*对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基 本传热方式 对流换热实例：1)暖气管道; 2) 电子器件冷却；3)电风扇
对流换热特点
1）必须有流体的宏观运动，必须有温差； 2）对流换热既有热对流，也有热传导； 3）流体与壁面必须有直接接触； 4）没有热量形式之间的转化； 5）由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影