第一篇：過程裝備與控制工程專業專業英語翻譯9

Reading Material 9

Heat Treatment of Steel

Types of Heat Treating OperationsFive operations are detailed in this lesson as the basis of heat treatment.Explanations of these

Operations follow.Stress RelievingWhen a metal Is heated，expansion occurs which is more or less proportional to the temperature rise.Upon cooling a metal,the reverse reaction takes place.That is, a contraction is observed．When a steel bar or plate is heated at one point more than at another，as in welding or during forging，Internal stresses are set up．During heating, expansion of the heated area cannot take place unhindered，and it tends to deform．On cooling，contraction is prevented from taking place by the unyielding cold metal surrounding the heated area．The forces attempting to contract the metal are not relieved，and when the metal is cold again，the forces remain as internal stresses．stresses also result from volume changes, which accompany metal transformations and precipitation．Internal or residual stresses are bad because they may cause warping of steel parts when they are machined．To

0relieve these stresses，steel is heated to around 595C，assuming that the entire

part is heated uniformly, then cooled slowly back to room temperature．This procedure is called stress relief annealing, or merely stress relieving.Because of characteristics inherent in cast steel, the normalizing treatment is more frequently applied to ingots prior to working，and to steel castings and forgings prior to hardening.NormalizingThe process of normalizing consists of heating to a temperature above the third transformation temperature and allowing the part to cool in still air.The actual temperature required for this depends on the composition of the steel,0but is usually around 870C.Actually, the term normalize does not describe the

purpose.The process might be more accurately described as a homogenizing or grain-refining treatment.Within any piece of steel, the composition is usually not uniform throughout.That is, one area may have more carbon than the area adjacent to it.These compositional differences affect the way in which the steel will respond to heat treatment.If it is heated to a high temperature, the carbon can readily diffuse throughout, and the result is a reasonably uniform composition from one area to the next.The steel is then more homogeneous and will respond to the heat treatment in a more uniform way.During cold deformation, steel has a tendency to harden in deformed areas, making it more difficult to bend and liable to breakage.Alternate deforming and annealing operations are performed on most manufactured steel products.Full annealingFull annealing, where steel is heated 50 to 100C above the third transformation temperature for hypoeutectoid steels, and above the lowest transformation temperature for hypereutectoid steels, and slow cooled, makes the steel much easier to cut, as well as bend.In full annealing, cooling must take place very slowly so that a coarse pearlite is formed.Slow cooling is not essential for

process annealing, since any cooling rate from temperatures below the lowest transformation temperature will result in the same microstructure and hardness.Process annealingProcess annealing consists of heating steel to a temperature just below the lowest transformation temperature for a short time.This makes the steel easier to form.This heat treatment is commonly applied in the sheet and wire industries, and the temperatures generally used are from 550 to 650C.Annealing The two--stage heat treating process of quenching and tempering is designed to produce high strength steel capable of resisting shock and deformation without breaking.On the other hand, the annealing process is intended to make steel easier to deform or machine.1n manufacturing steel products, machining and severe bending operations are often employed.Even tempered steel may not cut or bend very easi1y and annealing is often necessary.The effect of tempering may be il1ustrated as follows.If the head of a hammer were quenched to a fully martensitic structure, it probably would crack after the first few blows.Tempering during manufacture of the hammer imparts shock resistance with only a slight decrease in hardness.Tempering is accomplished by heating a quenched part to some point below the transformation temperature, and holding it at this temperature for an hour or more, depending on its size.Most steels are tempered between 205°C and 595°C.As higher temperatures are employed, toughness or shock resistance of the steel is increased, but the hardness and strength decrease.TemperingDuctility is the ability of a metal to change shape before it breaks.Fleshly quenched martensite is hard but not ductile;in fact, it is very brittle.Tempering is needed to impart ductility to the martensite, usually at a small sacrifice in strength.In addition, tempering greatly increases the resistance of martensite to shock loading.Heat TreatmentThe hardest condition for any given steel is obtained by quenching to a fully martensitic structure.Since hardness is directly related to strength, a steel composed of 100% martensite is at its strongest possible condition.However, strength is not the only property that must be considered in the application of steel parts.Ductility may be equally important.Change or modify the magnetic properties of steel.Improve the electrical properties;

Improve the machinability;

Increase the toughness;that is, to produce a steel having both a high tensile strength and good ductility, enabling it to withstand high impact;

Increase the hardness so as to increase resistance to wear or to enable the steel to withstand more service conditions;

Decrease the hardness and increase the ductility;

Secure the proper grain structure;

Refine the grain structure of hot worked steels which may have developed coarse grain size;

Remove stresses induced by cold working or to remove stresses set up by nonuniform cooling of hot metal objects;

Reasons for Heat TreatingHeat treatment of steel is usually intended to accomplish any one of the following objectives:

Stress relievingStress relieving is the heating of steel to a temperature below the transformation temperature, as in tempering, but is done primarily to relieve internal stress and thus prevent distortion or cracking during machining.This is sometimes called process annealing.Tempering Tempering consists of reheating a quenched steel to a suitable temperature below the transformation temperature for an appropriate time and cooling back to room temperature.How this process makes steel tough will be discussed later.Hardening Hardening is carried out by quenching a steel, that is, cooling it rapidly from a temperature above the transformation temperature.Steel is quenched in water or brine for the most rapid cooling, in oil for some alloy steels, and in air for certain higher alloy steels.After steel is quenched, it is usually very hard and brittle;it may even crack if dropped.To make the steel more ductile, it must be tempered.NormalizingNormalizing is identical with annealing, except that the steel is air cooled;this is much faster than cooling in a furnace.Steel is normalized to refine grain size, make its structure more uniform, or to improve machinability.Full annealingFull annealing is the process of softening steel by a heating and cooling cycle, so that it may be bent or cut easily.In annealing, steel is heated above a transformation temperature and cooled very slowly after it has reached a suitable temperature.The distinguishing characteristics of full annealing are:(a)temperature above the critical temperature and(b)very slow cooling, usually in the furnace.閱讀材料9

鋼的熱處理

各種不同的熱處理操作 本單元介紹了五種熱處理的基本方法。這些方法介紹如下。

完全退火完全退火是對鋼進行反復的加熱和冷卻使鋼軟化的過程，這樣就容易彎曲和切割。在退火中，使鋼加熱到轉變溫度以上的一個適宜溫度后緩慢地冷卻。完全退火的突出的特點是：（a）溫度高于臨界溫度（b）緩慢冷卻，通常是爐冷。

正火正火和退火相同，除了鋼是被空冷的；這比在爐中冷卻得更快。鋼的正火是為了改善晶粒大小，使它的結構更加均勻，或者是提高機械性能。

淬火淬火就是通過冷浸鋼，那就是使鋼從轉變溫度以上的一個溫度快速冷卻。為了最快的冷卻，鋼被冷浸在水中或是鹽水里，合金鋼的是在油里，某些更高合金鋼的要在空氣中冷卻。當鋼被淬火之后，它通常是硬和易碎的；甚至落地會破碎，為了使鋼更有韌性，它必須被回火。

回火回火是指重新加熱已經被淬火的鋼到轉變溫度以下的一個適當溫度一段時間后再冷卻到室溫。至于該過程怎樣使鋼變得有韌性，我們將在以后討論。

去應力是指加熱鋼到轉變溫度以下的適宜溫度，正如回火一樣，但這樣做是為了減少內應力從而避免在加工過程中的變形和破裂。這有時也被稱作退火過程。

熱處理的原因鋼的熱處理通常是為了達到以下的任一目的：

消除冷卻過程中產生的內應力和高溫金屬物體因冷卻不均勻而產生的應力。

改善熱處理鋼可能產生的粗糙晶粒的晶粒結構。

得到適當的晶粒結構

降低硬度，提到塑性。

增加硬度，以提高到鋼的抗耐磨性和加強鋼使之能承受更多的使用條件。

增加韌性，這就是使鋼同時擁有高的拉伸強度和好的延展性，使它能承受高的撞擊。提高切削性能

提高導電性。

改變或修正鋼的磁性。

熱處理任何一種鋼通過淬火而獲得完全的馬氏體是最難的。由于硬度直接關系到強度，一種鋼由100%的馬氏體組成是其處于最高強度的可能條件。但是，在鋼的應用部分里，強度不是唯一的必需考慮的性能。延展性同樣重要。

回火延展性是金屬在破裂前改變形狀的能力。淬火馬氏體很硬但不能延展，事實上它是非常碎的。回火是用來使馬氏體獲得可延展性，通常強度會降低一些。另外，回火大大增加馬氏體抵抗沖擊負荷的能力。

回火的影響舉例說明如下:如果一個錘頭被淬火到完全馬氏體結構，它可能在前幾次敲擊就會破碎。回火在錘頭的制造中能增加抗敲擊能力，而硬度只有一點點的下降。回火過程是這樣達到的：把淬火后的部分加熱到轉變溫度的某點，然后維持這溫度一個小時或更多，這要根據部件的大小判斷。大多的鋼是被加熱到205°C到595°C，更高的溫度，鋼的韌性和抗敲擊能力會增加，但硬度和強度會下降。

退火淬火和回火兩個熱處理過程來生產高強度的鋼以便抵抗沖擊和變形而不受破壞。另一方面，退火過程的目的是為了使鋼更容易變形和機器加工。在鋼產品的制造中，機器加工和嚴格的彎曲操作經常被運用到。即使回火鋼也不會被經意的切割和彎曲，退火就常常是不可缺少的。

退火過程退火過程就是加熱鋼到稍低于最低轉變溫度的一個溫度后保持一會兒。這使鋼更容易成形。這種熱處理通常應用于薄板和電線工業，它的溫度一般在550度到650 度之間。

完全退火完全退火對于亞共析鋼要將溫度加熱到第三轉變溫度以上50~100℃，對于過共析鋼，要加熱到最低轉變溫度以上，然后緩慢冷卻，使鋼更容易切割和彎曲。在完全退火中，冷卻必須要非常緩慢地進行從而形成粗糙的珠光體。退火過程不必需要緩慢冷卻，因為最低轉變溫度下的任何冷卻速度都會得到相同的微觀結構和硬度。

在冷變形中，鋼有一種在變形中變硬的趨勢，使之更難于彎曲和被破壞。大多數的機械加工鋼產品都需要交替變形和退火操作。

正火正火過程包括將溫度加熱到第三轉變溫度以上，然后讓該加熱部分在空氣中冷卻直到與空氣溫度相同。實際所需的溫度要根據鋼的組成部分來確定，但通常在870°C左右。其實正火這個術語不是描述目的，該過程被描述成均勻或細化晶粒處理會更準確。任何一塊鋼，它的組成部分通常是不統一的。那就是說，一塊區域可能比周圍的含有更多的碳。這種成分的不同會影響熱處理的方法。如果加熱到一個高的溫度，其中的碳能擴散到四周，結果理所當然的刀均勻的成分。這樣鋼的成分就會更均勻從而使熱處理方法更統一。

由于鑄鐵的固有性質，對工作前的鑄鐵塊，硬化前的鋼的鑄件和鍛件，正火處理會運用得更頻繁。

去應力當一塊金屬被加熱時就會發生膨脹，膨脹的多少跟溫度的上升成比例。當冷

卻一金屬，就會發生相反的反應。那就是說，金屬的收縮可以被觀測到。當一根鋼棒或鋼板被加熱到一個點高于另一個點，就像焊接或鍛造一樣，內應力就會產生。在加熱過程中，被加熱部分不能自由膨脹，就會轉為變形。在冷卻時，熱部分周圍的冷金屬就會阻止收縮。打算使金屬收縮的力并沒有減少，當金屬再次被冷卻時，這個力與內應力一樣不變。體積的變化同樣能產生應力，這個應力隨著金屬轉變和沉淀。內應力和殘余應力是不好的因為它使鋼的加工部分產生彎曲。為了減少這種應力，鋼被加工到約595°C，假設所有的部分被均勻加熱，然后緩慢冷卻到室溫。這步驟就叫做去應力退火，或僅僅叫去應力。

第二篇：過程裝備與控制工程專業英語翻譯

1、In our comparison of the net electrical power output of both combined heat and power(CHP)and power-only plants, the electrical output of the CHP plants is assumed to be the output that could the oretically be produced if there were no heat output.net electrical power凈電力

combined heat and power熱電聯供

Plant設備

be assumed to be假設為

Theoretically理論地；理論上

在我們的熱電聯供和只供電的設備的凈電力輸出比較中，熱電聯供設備的電力輸出是看做理論上如果沒有熱輸出時產生的輸出量。

2、The lower heating value is defined here as the higher heating value(HHV)minus the energy necessary to evaporate the water that is created by the combustion of the hydrogen in the fuel and minus the energy needed to evaporate the moisture that was already part of the fuel before combustion.heating value熱值

Evaporate [?'v?p?ret]

vt.使……蒸發；使……脫水；使……消失

vi.蒸發，揮發；消失，失蹤

Combustion [k?m'b?st??n] n.燃燒，氧化；騷動

moisture ['m??st??] n.水分；濕度；潮濕；降雨量

低熱值在這里定義為高熱值減去使水分蒸發所需要的能量，這些能量包括使燃料中的氫燃燒產生的水分蒸發所必需的能量和使燃料燃燒前所含有的水分蒸發所需要的能量。

3、In the case of biomass combustion , however, this will be possible on only very large scales, whereas atmospheric biomass gasification is projected to attain these efficiencies on considerably smaller scales。

biomass [‘ba??(?)m?s] n.生物質

biomass combustion 生物質能

large scales 大規模

gasification [,ɡ?sifi'kei??n] n.氣化

可是對于生物質能，它將可能僅在非常大的范圍內獲得，然而在大氣中的生物質氣化將在相當小的范圍內獲得這些效能。

1、In developing countries like Ghana where solid waste disposal is increasingly an environmental burden with its attendant health hazards, the idea of converting the organic fraction of municipal solid waste into energy for the national grid is a welcome proposition towards reducing volumes of domestic waste to be disposed of or land-filled.disposal—n.處理；

burden—n.負擔；

attendant—隨員、伴隨的；

hazard—n.危害；

convert—v.轉化；

organic fraction—有機部分；

municipal—市政的；

the national grid—國家電網；

proposition—提議

volumes of—大量的；

在像加納這樣的發展中國家中，因為伴隨著健康危害，固體垃圾處理正日益成為環境負擔，而把城市生活垃圾轉換成電能并輸送到國家電網中的想法，對于減少將被處理或填埋的大量的生活垃圾來說，是一個不錯的提議。

2、In spite of the perceived low heating values of biodegradable waste, the increasing volumes of MSW as well as the generally high percentage of the organic component observed in Ghana’s MSW means that the amount of energy that can be obtained from the waste is not insignificant.perceive—v.感覺、認知；

biodegradable—可生物降解的；

insignificant—微不足道的；

盡管我們所感知的可生物質降解的垃圾熱值低，但加納持續增長的大量的城市生活垃圾和其被觀察到的普遍高含量的有機成分意味著蘊藏其中的可被利用的能量值是不容小覷的。

3、Thus, a combined cycle plant can be designed that uses the hot flue gases produced from organic waste combustion to generate steam and gasify liquid methane in stages to turn a steam turbine and a gas turbine respectively , and the flue gases, cooled down, can be used to pre-dry the organic waste in a cycle for use as fuel to increase the efficiency of the plant.gasify—v.氣化；

turbine—渦輪機；

因此，一個聯合循環電廠可以被設計成這樣：使用有機垃圾燃燒產生的熱煙氣分步地去生產蒸汽去轉動蒸汽輪機和氣化液態甲烷去轉動燃氣輪機，然后被冷卻下來的煙氣可作為燃料循環地用于預熱有機垃圾以提高電廠的效率。

4、It is further comparable to a coal-fueled power plant with respect to flue gas emissions and solid residues from the combustion process and flue gas cleaning.emission—n.排放；

combustion—n.燃燒；

flue—煙道；

這是進一步就煙氣排放和在燃燒過程、煙氣清理中的固體殘留與燃煤發電廠的比較。

王局長：

Hydrogen production from biomass can contribute not only to large-scale development and utilization of renewable energy, improve energy structure and reduce pollution as well as to meet people's demand for clean energy, but also is the most viable hydrogen production methods from renewable energy near the medium-term.biomass: n.生物質

large-scale:adj.大規模的，大量的utilization:n.使用，利用

renewable:adj.可持續的，可再生的viable:adj.切實可行的利用生物質制氫不僅可以促進可再生能源的大規模開發利用，改善能源結構，減少環境污染，滿足人們對清潔能源的需求，而且是近中期最為可行的可再生能源制氫方式。

Biomass gasification in supercritical water(SCW超臨界水)is a promising technology for Hydrogen production from biomass, which is based on the special physical and chemical properties of water near the critical point.

第三篇：過程裝備與控制工程專業英語翻譯(部分)

Unit 16 壓力容器及其部件

壓力容器時不泄露的容器。它們有各種尺寸。最小的直徑不到一英寸，最大的直徑能達到150英尺甚至更大。某些是埋在地下或海洋深處，多數是安放在地上或支撐在平臺上，還有一些實際上是在航天飛行器中的貯槽和液壓裝置中。

由于內部壓力，容器被設計成各種形狀和尺寸。內部的壓力可能低到1英寸，水的表面壓力可能達到300000多磅。普通的單層表面建筑壓力是15到5000磅，雖然有很多容器的設計壓力高出或低于這個范圍。ASME鍋爐和壓力標準中第八卷第一節指定一個范圍從15磅在底部到上限，然而，內部壓力在3000磅以上，ASME標準，第八卷第一節，指出考慮特殊設計的情況是必要的。

壓力容器的典型部件描述如下：

圓柱殼體在石化工業中對于結構壓力容器圓柱殼體是經常被用到的，它是很容易制造、安裝并且維修很經濟。雖然在一些場合應用載荷和外壓控制，要求的厚度通常由內壓決定。其他因素如熱應力和不連續壓力可能有要求厚度決定。

成型的封頭許多的端封頭和過度部分有設計工程師選擇。用一種結構相對另一種依靠很多因素，如成型方法、材料成本、和空間限。一些經常應用的成型封頭是：

帶凸緣的封頭 這些封頭通常在較低壓力的壓力設備中，例如汽油罐和鍋爐。有些也應用在較高壓力的但是較小直徑的設備中。設計和結構的許多細節在ASME標準，第八卷第一節中給出。

半球形封頭通常，在一個給定溫度和壓力下半球形的要求厚度是相同直徑和材料圓柱殼體的一半。假如我們用鎳和鈦昂貴的合金建造實心或覆蓋形半球形封頭，這樣是很經濟的。假如使用碳鋼，然而，由于這高價的制造費用就不比凸緣形和碟形的封頭經濟。

半球形封頭經常通過部分三角形結構加工，也可以通過旋轉法或施壓法加工。由于半球形封頭比與它們連接的圓柱殼體薄，所以在封頭與殼體連接區域必須是等高的，以便減小不連續區域的影響。

橢圓與準球形封頭這樣的封頭是十分普遍的在壓力容器中。它們的厚度與連接殼體是一樣的。這就簡化了焊接安裝的工作。因此，由于這邊意外的區域所需的厚度小于封頭的實際厚度，多余的部分就可以用于這些區域內接管的補強。許多工廠都可以提供不同直徑和厚度的封頭而且在價格上有很強的競爭力。

錐型和準錐形封頭這些封頭在漏斗型和塔容器中作為底部封頭應用，而且它們也可用做不同圓柱直徑的過渡區域。由于在鏈接區不平衡應力，這圓錐到圓柱的鏈接區必須考慮成圓錐形設計的一部分。因為較大的力，ASME標準，八卷一節中，規定當錐形內部施加壓力頂角限制成小于30度。

盲板，覆蓋版，和法蘭一個較為普遍形式的壓力容器封頭是無支撐的扁平封頭或覆板。這可能由完整殼體組成或由殼體焊接而成，可能由螺栓或快速開關裝置連接而成。可能是圓形、方形、矩形或其他形狀。螺栓被安裝應用墊圈的地方的扁平封頭稱為盲板。通常，盲板被連接在兩個邊緣區之間放一個墊圈的容器封頭上。雖然扁平的封頭可能是圓形或非圓形的，但是它們有均勻的厚度。

開口和接管所有的工藝容器都需要有輸入和輸出的物料。對于一些容器，物料是大量的或內部經常變化的，通常是通過連接的整個封頭或一部分來給開一個較大的通道。然而，對于大多數容器，物料的進口與出口通過與管道相連接的封頭或殼體的開口。另外還有一些開口還是需要的，例如方便人進入的人孔。對以一些從外面檢測容器的手孔的開口也是必要的。另外一些清理容器的和排水口也必須有。這些開口不總是有一個接管被安裝在開口。有時閉口有一個人孔蓋或或手孔蓋直接被焊接或用螺栓連接在容器上。

支撐大多數直立容器由裙座支撐。由于它們傳遞剪切力所以裙座是經濟的。它們總是通過地腳螺栓和軸承板把力傳遞到地基上。支腳容器是較輕的并且支腳到容器的底部提供較容易的通道。一個經濟的設計是支腳直接連在容器上并且力是由剪切產生的。水平容器通常由鞍座支撐。由于殼體太薄有時加強環可能被用把力傳遞到鞍座上。熱膨脹問題應該被考慮。

Unit 17壓力容器的設計

容器的選擇雖然很多因素決定著容器的選擇，但是影響選擇的兩個基本要求是安全和經濟。許多內容都被考慮，像材料的可獲取性，抗腐蝕能力，材料的強度，類型和載荷的大小，安裝的位置包括風載荷和地震載荷，制造的地點，容器安裝的方位和在設備制造地點勞動力的可用性。

隨著特殊壓力容器在石油化工和其他工業的廣泛應用，恰當材料的應用很快變成一個主要問題。對于容器的最主要的材料是碳鋼。許多其他特殊材料也被應用在抗腐蝕或者儲存液體材料的性質不衰減的能力方面。材料的替代十分廣泛并且覆蓋層和涂層被廣泛應用。設計工程師必須與過程工程師進行交流為的是所有備用材料歸因于容器的整體完整性。對于這些容器要求野外安裝與在現場建造的相比，盡管容器制造的不利條件，但是在焊接處的質量安全必須保證。對射線探傷，應力消除，和其他在野外的操作預測必須建立。

對于那些在低溫環境下運行或盛裝液體的容器，必須注意保證材料在低溫下的抗擊能力。為了滿足性能容器可能要求高合金鋼，有色金屬，或一些特別的高溫要求。

那種壓力容器標注被應用首先考慮的是是否有一項標準在安裝方面。如果有就按規定標準進行。如果管轄部門已經決定采用ASME規范的第八篇，那么需要確定的只是選用第一分篇還是第二分篇。

有很多操作需要用第一分篇而不是第二分篇，但是底線是經濟的情況下。第一分篇用近似的公式，圖表，和曲線圖在簡單的計算。第二分篇，在另一方面，用復雜的公式、圖表、在壓力報告中必須被描述的分析設計方法。有時，由于對按第一分篇設計的容器在最低要求之外又增加了許多附加要求，因此按第二分篇設計選取較高的需用應力可能更為經濟。

特殊的設計要求在所有單元增加標準信息，像壓力、設計溫度、形狀和尺寸，其他的信息內容也是必要的并且必須被記錄下來。腐蝕和侵蝕量被給并且一個合適的材料和保護方法必須被記錄。液體的類型必須被包含，像致命因子，必須被提到由于要求的特殊設計細節。支撐位置，水平或豎直，并且支撐點像來自支撐容器和管子的力一樣必須被記錄。坐落位置也得給出一邊風、雪、地震的要求可能被確定。沖擊力和周期要求也要包括。

對于ASME標準，第八篇第二分篇，是否作為疲勞分析的說明已經通過AD-160給出。如果疲勞分析被要求，這個特殊的周期和力也被給出。另外，設計說明書指出是否包括恒力或瞬時力。需用壓力包含很多種形式的力

設計報告和計算ASME標準，第八篇第二分篇，規定一種正式形式的帶有假設設計報告在使用說明書中在壓力分析計算方面。這些計算被準備和鑒定由一個專業的工程師在壓力容器的設計試驗中。如同用戶設計條件一樣，制造商的設計報告以及有關制造廠數據報告的證書嗾使強制性的。這有制造廠保存成文件保存五年。

材料的說明書所有的標準都有材料的詳細說明書和要求用于描述哪種材料是允許的。被允許的這些材料特殊的標準被列出或被限制在被允許的應力值范圍內。根據這個章程和標準，對于一個特殊進程的容器的許用材料是被規定的。例如，僅SA與SB的標準材料可能用在ASME鍋爐和壓力容器制造中。

安全因素為了提供一個設計與實際公式的差距，那個被建立在復雜的理論與不同失效模式下，實際的設計公式應用在減小厚度和壓力水準，一種安全因素被應用在多種材料性能，這種性能決定著許用應力。安全因素直接與理論和失敗模型、沒中規定的特殊設計要求和被確定和估計的多種真實壓力水準的程度有關。

縱觀世界，多種安全因素被用在材料的壽命上去建立鍋爐、壓力容器和管子的設計許用壓力。對于這個溫度變化到建立許用壓力的緩慢破壞的溫度，這所有建立的許用壓力是在屈服強度的基礎上的。在許多國家，一種因素被應用在經過許多次試驗而建立起來的一系列數據上。在其他國家，數據是由低的屈服強度和高的屈服強度決定的。在另外的一些國家，對于設計部件這真正的數據是由多次測試而確定的。部分的設計歸因于設計的公式。并不是所有國家用極限抗拉強度作為確定許用應力的標準。

Unit 19換熱器的種類

換熱器起初是為了在熱流和冷流中傳熱。對兩種冷熱流體一般有單獨的通道，一般是連續性操作。最通用的換熱器是殼管式換熱器。但是不同種類板式和其他形式是有價值的和經濟競爭能力。雖然一些其他形式也被討論，但是接下來大部分都在討論殼管式的。起初是因為它們的重要性也是應為他們在文獻中由較完整的記載。因襲它們可以以一種適當過程的準確標準被設計。其他類型的基本上市帶有專利性的，并且多數必須有他們的制造廠來進行工藝設計。

板框式換熱器板框式換熱器是在一個結構上壓緊波紋板的裝配體。圍在邊緣的夠槽中密封墊片含有液體，并且控制板間液體的流入與流出空間。緊密的縫隙和波紋的板框換熱器，在兩側的上部達到了管殼式換熱器的幾倍，而且板框式換熱器的污垢系數較小。換熱表面對于清掃的容易性德爾板框式換熱器特別適用于污垢設備，也適用于衛生要求較高的行業，比如制藥和食品工業，受到可能的墊圈式的密封材料性能的影響，一般最高壓力值為300 psig，最高溫度為400 0F.。

由于較少氣液制造板框式換熱器，大多數關于板框式換熱器的工藝設計資料到有專利性，但也許提供給負責的工程師。摩擦飲食和熱傳遞系數碎著班的空間和波紋的種類變化。泵花費的每個熱傳遞單元比殼管式設備低。用純鋼制造板框式換熱器的費用是管殼式的50~70%。

螺旋型換熱器在螺旋形換熱設備中，熱流進入螺旋單元的中心，并且流到邊緣。冷流體是逆流的。在邊緣進入并在中心位置流出。在兩邊熱傳遞系數較高。由于真正的逆流形式沒有原來形式的溫差，這些因素可能導致表面要求20%或更小的殼管式換熱器。螺線形式對于中等壓力的高粘性流體比較適合。

翹片式換熱器翹片式換熱器首先被應用在油氣設備中。典型的翹片式換熱器在單位體積上有1200平方米的表面積，翹片高度3.8～11.8 mm，翹片的厚度是0.2～0.6 mm,片的密度是230～700片每米。在單位體積上翹片式換熱器是殼管式換熱器的4倍。

翹片式換熱器的操作壓力設計為80atm。因為翹片式換熱器之間的間距小，所以不適合易堵塞的設備。從商業上說，翹片式換熱器適用于低溫設備，也是用于與汽輪機相關的高溫恢復設備。對于動力設備來說，比如在有發動機的交通工具中，翹片式換熱器有結構緊湊和質量輕的優點。錯流和逆流的任何排列形式都是可行的，并且在同一設備中可以安排三種或三種以上的流束，壓力下降、熱交換關系的設計其他方面被很好的記載。

空氣冷卻器這種設備是指由流體流過翹片式的管道，并且有風扇冷卻的空氣通過管道。考慮空氣冷卻器的經濟性，可以允許流體與周圍空氣和出口的溫差為25~40

濟上不分上下。

套管式換熱器套管式換熱器是由一個尺寸比較大的和中間一個尺寸比較小的中央管通過塑料密封套連接而成。直線長度被限制在20 ft，否則中心管將下沉并且使環面的分配空間較小。一般情況，高溫、高壓、高密度和腐蝕性的液體放在內管上，較小要求的液體被放在外側管子上。當在處理石油脫蠟和液體結晶時，內表面上應該提供刮刀。在環狀的空間上，軸向翹片可以改善氣體和粘性流體的熱交換效率。假如應用較大的熱交換表面。套管可以排布堆積起來，也可以應用平行方式。這些套管式換熱器已經逐漸被管殼式換熱器所取代。在以下情況下，是值得考慮的。

（1）當殼側系數比管側系數一樣小時，這時殼側系數可以與管側相比了

（2）我們可以在套管式換熱器中采用真正意義上的逆流來代替，因為溫度較高需要多個套管單元。

0F。蕩船熱效率超過每小時1千萬英熱時單位時，空氣冷卻器與水滿足要求且供應量充足時，與水冷在經

（3）在與大直徑殼體相比，我們的環裝空間是使用較高壓力來滿足經濟性能

（4）而與開放式殼體換熱器相比，當我們的換熱器表面僅僅是100 ~ 200sqft時，我們套管式換熱器有較高的經濟性

殼管換熱器這種換熱器將在以后幾章討論。

21泵

1．介紹

泵是提出，轉移或壓縮液體和氣體的設備。下面介紹四種類型的泵。在所有的這些中，我們一步步采取措施防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵的結構。用來處理氣體和蒸汽的泵稱為壓縮機，研究流體的運動的科學成為流體動力學。

水泵是用管子或其他機械把水從一個地方傳到另一個地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多的，有用于在魚池和噴泉使水循環和向水中充氣的電泵，還有用于從住宅處把水引走的污水泵。

現在，兩種典型的排水泵是容積泵和離心泵。容積泵通過由真空產生的吸力把水引到一個緊湊的地方。這種類型泵的一個實例就是提升或壓力泵，在20世紀中葉美國農村普遍使用。提升泵的操作是通過一個與被管子包住的活塞手柄來進行的。當我們提升活塞時在管子下部產生一個局部的真空，這樣我們就用管子從下面的取水，并且送到泵的一個空間。當水被泵吸入時，單向閥關閉，阻止水流回到井下。接著泵的活塞吸入更多的水進入泵的膛體中。這樣最后形成溢流，水從管口處流出。而離心泵時使用了一種螺旋推進器，旋轉時使水流動，而且推進器的切片是在泵送水時侵入水中的。而且，當推進器旋轉時，水進入位于刃片的軸部的間隙并且以很高的壓力甩向底部。與它類似，離心泵的早期形式，螺桿泵，通過一個管子螺絲釘的組成，當旋轉時，把水提升上去。螺旋泵經常用在污水處理廠中，因為他們可以運輸大量的水，而不會因為碎片而堵塞。在遠古的中東，因為對農場進行灌溉的需求，所以有一種強大的動力去推進水泵的進程。在這些區域里，早期的泵是為了將水一桶一桶的從水源或河渠中提升到容器中。古希臘的發明家和數學家的阿基米德泵認為是公元前3世紀首先提出螺旋泵的發明家。之后，古希臘發明家發明了第一個提水泵。在十七世紀末和十八世紀初，英國的工程師Thomas Savory，法國的物理學家Denis Pa]pin，和英國的鐵匠和發明家Tomas Newcomen,它們發明了用蒸汽驅動活塞的水泵。蒸汽驅動的水泵首先廣泛的被應用在從煤礦往外輸水過程中。現在離心泵使用的例子，可以是在哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個泵有超過灌溉一百萬英畝的土地能力。

2.往復泵

往復泵有一個在圓筒中上下移動的活塞，可以使水規則的流入或流出圓筒。這些泵可以是單作用的，也可以是雙作用的。在單作用的泵中，泵的作用僅僅發生在活塞的一側，典型的例子就是升液泵。在升液泵中，活塞通過手上下移動。在雙作用的水泵中，泵的作用發生在活塞的兩側，比如說電動的或氣動的鍋爐給水泵，水以高壓通過蒸汽鍋爐供給。這些泵可以是單級的也可以是多級的。多級的往復泵的泵系列有多個剛體。離心泵

離心泵被認為是旋轉泵，它是有一個旋轉地葉輪，也有刃片，刃片是侵入液體中。液體也是由葉輪軸向進入泵，并且旋轉的葉輪將液體甩向葉片根部。同時葉輪也給液體一個較高的過度，這個過度能夠使泵的一個固定部件轉化成壓力。我們一般稱為擴壓器。在高壓泵里，很多葉輪可以被系列選用，并且在一個葉輪后有一個擴壓器，也可能含有導輪，可以逐漸的降低液體的過度。對于低壓泵來說，擴壓泵一般就是一個螺旋形的通道，成為蝸殼，作用原理是攔截面逐漸增加可以有效降低流體的過度。在泵工作前，葉輪必須被灌注，也就是在泵啟動時，葉輪必須被液體包圍。也可以通過在吸入線上放另一個截止閥來實現，截止閥在泵停止工作時是液體保留在泵內。如果閥泄露了，泵可以通過閥的入口，從外面的水源比如說蓄水池來取水灌注。一般離心泵在排水線也有一個閥控制流體和壓力。對于小流量和高壓力來說，葉輪作用很大部分是放射狀的。對于高速流體和低壓排水壓力，泵中流體的方向可以近似于與軸的軸向平行，這時泵有一個軸流。這時葉輪就近似于螺旋推進器。從一種流的狀態轉換到另一種流的狀態是漸進的，對于中間狀態，設備可稱為混流泵。射流泵

射流泵是通過一個流量相對較小的液體或蒸汽，以較高速度移動到較大的液流。因為高速流體要通過液體，它從泵里帶走液體一部分，同時，高速流產生一個真空，這個真空又把液體吸入泵內。射流泵經常給蒸汽鍋爐注水。另外，也應用來推動的船只，特別是在正常的推進器可能被破壞的淺水里。其他類型的泵

仍然存在其他很多類型的容積泵，一般用帶有很多保密配合的圓形突出的回轉件。液體被收集在耳朵之間，而且被轉送到一個壓力較高的區域。這種泵的一個典型設備是齒輪泵，包含有一對網狀齒輪，在齒輪泵里耳朵就是齒牙。也可通過一個在外殼旋轉的螺桿來構造一個簡單而低效的泵，螺桿推動也提前進。一個相似的泵在公元前3世紀被希臘數學家和物理學家阿基米德發明了。在所有的泵里，液體被一些列脈沖排出，并且不連續。因此我們必須注意在排除線上來避免共振，因為共振可能會損傷或破壞整個設備。對往復泵來說，真空經常放在排除線上，可以減少振動，并使流動均衡。

Unit 24閥

閥，是一種控制液體或氣體流動的機械。例如截止閥，是保證流體沿一個方向流動。閥的尺寸范圍很大，小的用在汽車輪胎的閥，大的用在控制水閘和大壩上。大閥的直徑可能超過五米。小閥和低壓閥通常由黃銅，鑄鐵，塑料制造，而較高壓力的閥是用鍛鋼制造的。其他合金，比如不銹鋼可能用在控制流體有腐蝕作用的流體上。閥可以手工操作，可以由伺服機構機械操作，或由所控制液流操作。

基本上由四種類型的閥，回轉閥，提升閥，滑閥，活塞閥。而且毫無疑問它們的發展也是這個順序。

四種基本類型有很多種變體。然而所有變體與母體在原理上是相似的。盡管目前發展趨勢越來越標準化，越來越簡化。新型工藝和技術的出現預計新的發現和外來的，結構材料的發現。將促進這些變形，也許速度越來越快。

四種基本設計以及變形，在一般使用中，都依賴手動操作，在最初的四章中討論，對于警惕的設計者，他們會毫不猶豫將所有的推理與通過實例選擇與相似特性的設計配合起來。

最初的四章是按閥的發展來安排的，但是我們要注意時間分布稍微有對數的特征。例如，早期的閥，旋塞閥，是在公元前發明的。螺桿閥，大約是在1790年，閘閥是在1839年，平行滑閥是在1884年。所有這些堵塞閥都是用手操作的，到了最近它們才通過某些形式的動力來操作。那些自動工作的閥，比如安全閥或泄壓閥，減壓閥，非回流閥，凝氣閥和相似的設備。另外屬于一類，并且在下面的五章中進行討論，這些閥假如用精確意義上的要求來表達就是自動機器。在正確的設計和安裝之后，每一個閥都很正確的執行相應的功能，毫不夸張的說有的是一天到頭，有的是一年到頭。

對已認定的壓力容器的設備，安全閥或減壓閥是必要的附件。特別值得注意的，因為它是我們生命和財產安全的防護裝置。有壓力到絕對壓力，因為容器在大氣壓力下操作，如果它們容易受到大氣壓力起決定影響的試問情況，他們需要一些形式上的自動保護，同時在容器內部存在真空不管在任何情況時。另一個例子，各自的作用也很重要。如果它們在工作地點失效，也不會造成太大的損失。但是由于粗心在設計方面沒有注意會浪費過多的篇幅。

對于那些面臨這些設備設計和安裝的學生，工程師，設計者，起草者來說還有認識他們必要性的人來說，我們希望通過一篇小記成為一個手冊。

如果有合適的結構材料，對設計精心考慮，對于高溫高壓的氣體來說平行滑閥是最好的選擇。

這簡單并且最有作用的結構形式是一種帶有盤片的彈簧裝置，圓盤裝配體一般用較小的的閥。

在緊密圓盤的預壓縮的螺旋狀的彈簧作用下，套管式裝配體的兩個相對圓盤又分開的趨勢。而對彈簧來說，為了節省縱向空間，一般來說將盤制造成矩形截面，這個結構將兩個圓盤壓縮以適應閥的較小尺寸。大尺寸閥，兩個盤同樣壓縮并覆蓋著一個外接的殼體。

我們應該了解到彈簧的作用并不像我們想象那樣用來保護這個壓力的貼片的。如果需要保護這個貼片就需要一個很大面積的彈簧。它不是必須的，而且只有在較低線性壓力下才可以保護貼片。它的作用主要是防止振動或顫動。在適當的線性壓力條件下將閥內壁打掃干凈。在圓盤運動中，任何尺寸或其他不需要的情況時，將粘到貼片上并且破壞它。

在重要管線上，因為不同區域不同材料的部件的膨脹，并且將增加變形和扭曲。對于盤片和彈簧這種節寫結構就要考慮這個。盤片應該能夠自由的吸氣而且彈簧同時屈服。

壓力密封性只有在下游側才能獲得，如果將這個閉合機械作為整體考慮時，就可以發現作用在相反的或上游的盤片上的線性壓力迫使盤片離開閥座。將合力通過彈簧來傳遞，并在線性壓力下，傳遞到下游的盤片，這樣工作的六日進入閥的兩級。

可以簡單的通過滑動的盤片到最低可能達到的位置，并利用線性壓力來關閉閥，這與蒸汽機的滑動閥有類似之處。與蒸汽機的差別在于蒸汽機沒有彈簧幫助或任何外部的其他影響只有作用于滑閥兩側的蒸汽壓力。

如果尺寸相同，并且在相同壓力下操作，平行閥與螺旋閥相比，所要求的軸向力較小，而軸向力是由正閉合包圍，只要稍加考慮就可以知道原因。

忽略側面的二次壓力，用來關閉螺旋閥的最小的力就是線性壓力與底出口面積的乘積。對于平行閥最小的力就是用來將下游盤片滑過貼片的而且也包含作用在底座區域上的線性壓力。

Unit 25密封分類

任何物件的分類，技術的還是非技術的，目的是確定一些種類，是更加容易的分析它們所包含的問題。因此密封可以分為兩大類，靜態的和動態的。

靜態密封由三個密封物件組成，包括墊片密封，密封膠密封，和直接接觸密封。

動態密封又可以被細分為兩個基本的密封，一種是針對旋轉軸密封，另一種是針對往復軸密封。在數量上，兩種密封占了工業上的絕大多數。而且對于主要的定做密封的設備要進行特殊考慮。在動密封分類時，需要用商標來確定不同分類的設備。這些商標必須使用，因為沒有任何一種方法更加精確地區分設備。

因為旋轉軸密封在主要工業中有重要地位，所以必須給與特別細致的考慮。被分為兩種類型，界面密封和間隙密封。

界面密封別細分為軸密封和徑向密封。截面密封提出了工業密封是一個大家族。主要是密封件和旋轉軸之間有一個接觸。

間隙密封描繪了包括四個截然不同的種類的家族。與旋轉軸成比例的部件。密封元件允許一部分泄露來控制外力作用下的流體可以通過的間隙尺寸。

間隙密封的功能是在被密封的流體上產生一個壓降，同時允許在自由的部件運動中存在相對運動。間隙密封能在機器內部與環境之間產生一個壓力差。不想界面密封，移動的部件之間沒有接觸是故意的。將摩擦降低到一個最小值。為了以一種控制方式來限制流體，然而，必須允許稍微的流動。

間隙密封的實例是黏膠密封，速度密封和軸封。鐵磁流體是一個例外，按間隙的大小充滿磁介質，在一個磁場或多或少的幫助下，將磁介質約束在間隙內，需要建立一個密封的機械部件不重要，因為間隙密封無任何滑動接觸，因此運動部件之間的摩擦或磨損全部被消除。

作為軸向密封的設備的機械端面密封

與墊片密封相比，端面密封是機械密封，使用單一的和不同的密封原則。機械密封第一次被大規模的應用在汽車工業中，用于發動機冷卻液和給水系統。現在使用的更加廣泛而且證明了對一種工業的重要性。

在化工，石油化工，公共事業，機關事業，隨著密封技術以及用于密封配件的結構材料的技術的不斷改進，機械密封體現了很大的價值。除了軸轉速的要求提高以及不斷增長的溫度和壓力的要求，所以現代密封設計者要不斷擴大視野。

機械端面密封的原理

機械端面密封被成千上萬的世界知名的密封設計公司制造。

機械密封目前的技術水平已發展到這樣的程度，從10?5托的高真空度到5000磅/平方英寸都能處理。新型材料，特別是金屬波紋管，使得機械密封的適應范圍到達1000℃低的達到低溫允許范圍內。軸的旋轉達到50000 RPM不是不可能的了。

機械密封是復雜的，包括一系列單各組件的設計，主要通過兩個帶有貼片的密封環來防止泄露實現密封。重要密封環的一個是連在軸承上并且隨它一起運動，另一個密封環是固定的并與殼體相連。對于一個離心泵軸密封來說，這個固定的密封環固定在密封管板環上。在泵軸旋轉中，鏈接到軸上重要密封環，用它的密封沿著固定環的密封面摩擦。因此這兩個界面的連接區域像軸承一樣工作，而且受摩擦力磨損。任何流體泄露時都流過這個表面

因為作用在軸線方向的里使得摩擦接觸一直存在。軸向推力可能是機械力也可能是水力。在很多設計中是兩者共同作用。推理來建立并保持在軸部間的連續接觸并形成界面。穩定的接觸防止了或最小化了摩擦區域的泄露。

在固體接觸區域摩擦作用產生的熱和磨損的存在良好的潤滑下。熱積累并最終導致摩擦區域的破壞。為了防止這樣，應用具有雙重作用的潤滑劑，首先將摩擦接觸產生的熱帶走進而減少了熱的積累。其次，潤滑劑用一個微小的薄膜將介質覆蓋從而減小摩擦同時建立以份額緊密的密封。

潤滑劑流體可以是泵系統流體，也可以是另一種流體，可以被輸送并與系統任何其他液體相協調。

非常薄的潤滑薄膜使我們機械斷面密封產生良好密封性的關鍵。，作用依然是一個謎。

對一個機械斷面來說做一個軸的可靠性分析是不可能的，因為，每一個機械密封都是在一個純經驗注意基礎上設計發展的，任何新的密封都設計都必須以經驗為主的測試，因為對密封特性是最后表現預測并沒有可靠性理論基礎。

第Ⅵ部分過程控制

UNIT26過程控制的介紹

（一）現代的化學過程變得非常復雜，簡單的控制程序已不再實用。今天的化學工廠采用最新的電子硬件，自動控制器，計算機控制，先進的分析監測，以及先進的控制理念。為了掌握這種類型的控制和檢測儀器，我們必須先了解的發展中高度自動化的化學過程。自動化化學過程原因

某些或所有可能的下列基本利益的實現當自動控制時引入化學過程：

（1）一種化工過程，不管是在實驗規模的設備內或在中間實驗裝置內，還是在生產規模裝置內進行，都能夠在無操作人員活化工技術員看管的情況下連續運行。這將減少人力需求，因此，降低勞動力成本

（2）減少需要操作人員以消除或減少人為錯誤。

（3）在整個過程的質量選擇加入最佳條件改善的結果

（4）必要的操作調整可從一個集中位置往往導致減少過程單元所需的空間的。

（5）操作安全是增加提供預警異常情況，并自動采取糾正行動。此外，自動化控制，無需人員在鄰近的危險設備。什么是自動控制？

更加深刻的認識和理解，自動控制系統，可如果我們首先考慮一個簡單的手動控制程序。作為舉例來說，假設我們要控制的溫度，解決載于燒杯的爐具，溫度在50 ℃ ±2 ℃。這可能是由放置一個水銀溫度計中填充的解決方案，觀測的溫度，然后手動調整電壓的爐具通過變阻器加熱元件，使溫度保持在理想的范圍。這本手冊控制系統包含四個基本要素：（1）檢測設備，汞燈泡;）測量裝置，水銀柱和匹配標定規模;

（3）控制設備，觀察（4）最后的控制因素，變阻器。

基本上，這一功能的控制系統，來衡量變量的值，溫度，然后產生一個反應限制其偏離參考點，在50 ℃下。這是對所有的實際目的，定義的自動化控制。然而，在一個自動控制中，觀察者，更準確的說是操作者，在控制回路中被一個叫做自動控制器的裝置所替代②。

基本布局自動控制回路中顯示圖。6.1。可以看出，這個系統包含相同的四個基本要素的手動控制系統前段所述。除了上述四個因素，發射器的因素往往是補充。然而，這取決于特定的變量加以控制，一個以上的元素可能是設計成相同的工具，因此，環并不總是包含四個不同的單位。是什么在控制化工過程？

一些更重要的變量，控制化學過程的后續。

流動這種情況是可以預想，重要的是物料平衡要求的過程中，他任何時候都保持人。連續化工過程，這需要控制的物質的流動。由于大多數的化學反應很敏感，反應的比例，它常常是要求準確流量控制得到維持，使產品質量和產量能夠達到標準。

溫度控制反應溫度是非常重要的，因為前幾節中討論，轉換，產量和產品品質的職能溫度。另外，適當的溫度控制常常是十分必要的成功運作了許多分離過程，如蒸餾，結晶。

壓力 由于許多化學反應很敏感，壓力條件下，壓力控制是一個需要在大多數化學反應器。大多數化學離職也需要加以控制的壓力。例如，蒸餾往往表現的壓力下減少，而吸收和吸附進行了在較高的壓力。

液位水平控制往往與流量控制;然而，有些情況下，它與正常運作的一臺設備，如一級的溶劑中的溶劑萃取塔或液位在溶劑萃取塔或液位的反應堆。

上面提到的四個控制參數,大多數控制應用在化學工業。但是，控制的變量組成的有關問題，也經常遇到。

成分控制根據物料的性質，采用一系列不同的技術，就可實現物質組成的控制③。大部分的這些技術是根據三個不同類型的分析：成分分析，物理性能分析，或化學性質的分析。大多數以成分分析為基礎的重要控制回路，都采用色譜分析技術來確定混個物的組分④。雖然紅外和其他形式的光譜也可以在某些進程。混合物的確切成分往往擁有一套獨特的物理特性。這些屬性實際上可能的組成部分的產品規格，或可能被用來作為衡量產品的成分。一些較常見的物理特性是衡量和用于控制目的包括密度，初步和最后沸點，顏色，凝固點和粘度。組成的混合物常常與一套獨特的化學性能。化學特性，往往是監測控制的目的包括pH值，氧化還原電位和電導率。

（選：克里斯答：克勞森，原則工業化學，John Wiley ＆ Sons出版公司，1978。）

第四篇：過程裝備與控制工程專業英語翻譯4

Reading Material4

Stresses in Cylindrical Shells due to Internal Pressure

The classic equation for determining stress in a thin cylindrical shell subjected to pressure isobtained from Fig.1.16.Summation of forces perpendicular to plane ABCD gives:PL ．2r =2σ

?

Ltorσ

?

?

=

Prt

WhereP=pressure,L=length of cylinder ,σThe strain εε

=

is defined as

_

2?rr2?rr

=hoop stress ,r=radius, t=thickness

?

2?(r?W)2?rr

r=

?

orε

?

=

Wr

Alsoε

dWdr

The radial deflection of a cylindrical shell subjected to internal pressure is obtained by substituting the quantity into Eq.(1.18).Hence for thin cylindersW=

PrEt

2Where W= radial deflection, E= modulus of elasticity

Equations(1.17)and(1.20)give accurate results when r>0.As rt decreases,however , a more accurate expression is needed because the stress distribution through the thickness is not uniform.Recourse is then made to the “thick shell” theory first developed by Lame.The derived equations are based on the forces and stresses shown in Fig.1.18.The theory assumes that all shearing stresses are zero due to symmetry and a plane that is normal to the longitudinal axes before pressure is applied remains plane pressurization.In other words ,?1 is constant at any cross section

A relationship between σ

r

and σ

?

can be obtained by taking a free-body diagram of

ring dr as shown in Fig.118b.Summing forces in the vertical direction and neglecting higher-orde terms ,we then haveσ

—σ

r=

dσdr

r

?

A second relationship is written asσ σ

r=

?

=

E

（1?μ）（1?2μ）

E

[ε

?

(1-μ)+μ（ε

r

+ε）]

σ1=

（1?μ）（1?2μ）

E

[ε

r

(1-μ)+μ（ε(1-μ)+μ（ε

?

+ε+ε）]）]

（1?μ）（1?2μ）

[ε

1?r

Substituting Eqs.(1.18)and(1.19)into the first two expressions ofEq.(1.22)and substituting the result into Eq.(1.21)results in:

dwdr

+

1dwrdr

—

wr

=0

A solution of this equation isW=Ar+

Br

Where A and B are constants of integration and are determined by first substituting Eq.(1.23)into the first one ofEq.(1.22)and applying the boundary conditions

σ

r

= —piatr=riatσ

r

= —poatr=ro

Expression(1.23)then becomes: w= — μrε

1+

1Er(rO?ri)

［r2(1-μ-2μ)（Piri-POrO）+rirO(1+μ)（Pi-PO）］

2222

Once w is obtained, the values of σand expressed for thick cylinders as

Piri?POri?(Pi?PO)（rO?ri

?

are determined from Eqs.(1.18),and ,(1.19),and(1.22)

rirO

σ

?

=

r)

σ

r

= —

POri?Piri?(Pi?PO)（rO?ri

rirO

r)

whpressure

σ

r

=radial stressσ

?

=hoop stressPi=internal pressurePO=external

ri=inside radiusrO=outside radiusr=radius at any point

The longitudinal stress in a thick cylinder is obtained by substituting Eqs.(1.18),(1.19),and(1.24)

into the last expression of Eqs.(1.22)to giveσ1=Eε

+

2μ(Piri?POrO）

r

2O

?ri

This equation indicates that σ1 is constant throughout a cross section because ε

is constant

and r does not appear in the second term.Thus the expressionσ1 can be obtained from statics As

σ1=

Piri?POrO

r

2O

?ri

With σ1 known, Eq.(1.24)for the deflection of a cylinder can be expressed asw=

r(Piri?POrO)(1?2μ)?(Pi?PO)rirO(1?μ)

Er(rO?ri)

閱讀材料4

圓柱殼體的應力源于內部壓力

圓柱形薄殼體源于內部壓力的經典應力決定方程式可以從圖1.16中得出。累積力通過正交于平面ABCD給出：PL ．2r =2σ

?

Ltorσ

?

?

=

Prt

說明： P=壓力，L=圓柱體的長度，σ正應變εε

=

由下面式子決定：

_

2?rr

=環繞切應力，r=半徑，t=殼體的壁厚

?

2?(r?W)2?rr

r

?

并且：ε=

2?rrdWdr

orε

?

=

Wr

圓柱狀殼體的半徑偏差源于內部壓力，這可以通過代入在圖示1.118中的量得出。因此，對薄殼體有：W=

PrEt

說明：W=半徑的偏差值，E=彈性橫量

當rt>0時，方程式（1.17）和（1.20）給出精確的結果。隨著r的減少，然而，一個更精確的表述是非常必要的，因為厚度的壓力分配并不是均衡的。接著要求助于Lame首先提出來的“厚殼”理論。從中派生的由力和應力決定的方程式并在圖1.18中展示出來。該理論假定所有的剪切力都為0是由于對稱性和一個正常縱軸的平面，在施壓前仍然是平面壓力。換句話說，?1 是恒在任意橫截面上。

σ

r

和σ

?的關系可以通過一個環dr的自由體示意圖獲得，如圖118b.所示。綜合垂直

dσdr

方向上的力和不計高階的項，于是我們得到σ

E

?

—σ

r=

r

第二種關系可以表達為：σ

?

=

（1?μ）（1?2μ）

[ε

?

(1-μ)+μ（ε

r

+ε）]

σ

r=

E

σ1=

（1?μ）（1?2μ）

E

[ε

r

(1-μ)+μ（ε(1-μ)+μ（ε

?

+ε+ε）]）]

（1?μ）（1?2μ）

[ε

1?r

把式1.18和1.19代入前兩個表達式Eq.(1.22)與及把結果代入Eq.(1.21)得：

dwdr

+

1dwrdr

—

wr

=0

Br

方程的一個值為W=Ar+

r

A和B是常數一體化和由式1.23代入式1.22的第一個公式再加上邊界條件σatr=riatσ

表達式1.23于是變為：w= — μrε

1+

= —pi

r

= —poatr=ro

O

Er(r?ri)

r2(1-μ-2μ

（）Piri-POrO）+rirO(1+

2222

μ)（Pi-PO）］ 當W被求得，σ

?的值是由式1.18、1.19和1.22決定的，圓柱的厚度可以表達為：

rirO

σ

?

=

Piri?POri?(Pi?PO)（r

O

r)

?ri

σ

r

= —

POri?Piri?(Pi?PO)（r

2O

rirO

r)

?ri

σ

r

=徑向應力σ

?

=環向應力Pi=內部壓力PO=外部壓力

ri=內半徑rO=外半徑r=任意點的半徑

厚圓柱的縱向應力是通過把式1.18、1.19和1.24代入最終表達式1.22得到。其為： σ1=Eε

+

2μ(Piri?POrO）

r

2O2

?ri

這個表達式說明了σ1是一個橫截面的常數因為ε的表達式可以由靜態值表示:σ1=

Piri?POrO

r

2O2

是常數和r不會在第二項出現。因此σ

?ri,隨著σ1知道了，偏向圓柱的式子1.24可以

表示為：w=

r(Piri?POrO)(1?2μ)?(Pi?PO)rirO(1?μ)

Er(r?ri)

2O

22222

第五篇：過程裝備與控制工程專業英語翻譯 17

Reading Material 17

Stress Categories

The various possible modes of failure which confront the pressure vessel designer are:

(1)Excessive elastic deformation including elastic instability.(2)Excessive plastic deformation.(3)Brittle fracture.(4)Stress rupture/creep deformation(inelastic).(5)Plastic instability-incremental collapse.(6)High strain-low cycle fatigue.(7)Stress corrosion.(8)Corrosion fatigue.In dealing with these various modes of failure, we assume that the designer has at his disposal a picture of the state of stress within the part in question.This would be obtained either through calculation or measurements of the both mechanical and thermal stresses which could occur throughout the entire vessel during transient and steady state operations.The question one must ask is what do these numbers mean in relation to the adequacy of the design? Will they insure safe and satisfactory performance of a component? It is against these various failure modes that the pressure vessel designer must compare and interpret stress values.For example, elastic deformation and elastic instability(buckling)cannot be controlled by imposing upper limits to the calculated stress alone.One must consider, in addition, the geometry and stiffness of a component as well as properties of the material.The plastic deformation mode of failure can, on the other hand, be controlled by imposing limits on calculated stresses, but unlike the fatigue and stress corrosion modes of failure, peak stress does not tell the whole story.Careful consideration must be given to the consequences of yielding, and therefore the type of loading and the distribution of stress resulting therefrom must be carefully studied.The designer must consider, in addition to setting limits for allowable stress, some adequate and proper failure theory in order to define how the various stresses in a component react and contribute to the strength of that part.As mentioned previously, different types of stress require different limits, and before establishing these limits it was necessary to choose the stress categories to which limits should be applied.The categories and sub-categories chosen were as follows:

A.Primary Stress.(a)General primary membrane stress.(b)Local primary membrane stress.(c)Primary bending stress.B.Secondary Stress.C.Peak Stress.The major stress categories are primary, sec9ondary, and peak.Their chief characteristics may be described briefly as follows:

(a)Primary stress is a stress developed by the imposed loading which is necessary to satisfy the laws of equilibrium between external and internal forces and moments.The basic characteristic of a primary stress is that it is not self-limiting.If a primary stress exceeds the yield strength of the material through the entire thickness, the prevention of failure is entirely dependent

on the strain-hardening properties of the material.(b)Secondary stress is a stress developed by the self-constraint of a structure.It must satisfy an imposed strain pattern rather than being in equilibrium with an external load.The basic characteristic of a secondary stress is that it is self-limiting.Local yielding and minor distortion can satisfy the discontinuity conditions or thermal expansions which cause the stress to occur.(c)Peak stress is the highest stress in the region under consideration.The basic characteristic of a peak stress is that it causes no significant distortion and is objectionable mostly as a possible source of fatigue failure.The need for dividing primary stress into membrane and bending components is that, as will be discussed later, limit design theory shows that the calculated value of a primary bending stress may be allowed to go higher than the calculated value of a primary membrane stress.The placing in the primary category of local membrane stress produced by mechanical loads, however, requires some explanation because this type of stress really has the basic characteristics of a secondary stress.It is self-limiting and when it exceeds yield, the external load will be resisted by other parts of the structure, but this shift may involve intolerable distortion and it was felt that must be limited to a lower value than other secondary stresses, such as discontinuity bending stress and thermal stress.Secondary stress could be divided into membrane and bending components, just as was done for primary stress, but after the removal of local membrane stress to the primary category, kit appeared that all the remaining secondary stresses could be controlled by the same limit and this division was unnecessary.Thermal stress are never classed as primary stresses, but they appear in both of the other categories, secondary and peak.Thermal stresses which can produce distortion of the most complete suppression of the differential expansion, and thus cause no significant distortion, are classed as peak stresses.One of the commonest types of peak stress is that produced by a notch, which might be a small hole or a fillet.The phenomenon of stress concentration is well-known and requires no further explanation here.Many cases arise in which it is not obvious which category a stress should be placed in, and considerable judgment is required.In order to standardize this procedure and use the judgment of the writers of the Code rather than the judgment of individual designers, a table was prepared covering most of the situations which arise in pressure vessel design and specifying which category each stress must be placed in.The potential failure modes and various stress categories are related to the Code provisions as follows:

(a)The primary stress limits are intended to prevent plastic deformation and to provide a nominal factor of safety of the ductile burst pressure.(b)The primary plus secondary stress limits are intended to prevent excessive plastic deformation leading to incremental collapse, and to validate the application of the elastic analysis when performing the fatigue evaluation.(c)The peak stress limit is intended to prevent fatigue failure as a result of cyclic loading.(d)Special stress limits are provided for elastic and inelastic instability.Protection against brittle fracture are provided by material selection, rather than by analysis.Protection against environmental conditions such as corrosion and radiation effects are

the responsibility of the designer.The creep and stress rupture temperature range will be considered in later condition.閱讀材料17

應力種類

壓力容器設計者們面臨的各種各樣可能的破壞模式包括：

(1)過度的彈性變形，包括彈性失穩；

(2)過度的塑性變形；

(3)脆性彎折；

(4)壓力破壞/逐漸變形（非彈性）；

(5)塑性失穩-遞增破壞；

(6)高應變低周期疲勞；

(7)應力腐蝕；

(8)腐蝕疲勞；

為了解決這種種失效問題，我們假設設計者們在心里已經形成了問題部件的受力圖。這可以通過計算或測量瞬變或連續操作時在整個容器上產生的機械或熱應力獲得。有人肯定會問：這些數字對設計來說意味著什么？它們能保證部件安全有效地運轉嗎？面對這種種的失效模式，設計者們必須比較和解釋這些應力值。例如,彈性變形和彈性失穩（褶皺）不能僅歸結于施加其上的限制應力。除材料的屬性外，必須還考慮到部件的幾何性質和剛度。

塑性變形，從另一方面來說，可以由施加于其上的應力控制，但不同于疲勞和應力腐蝕破壞，峰值應力并不能解釋所有的問題。還必須仔細考慮到產量的問題，所以必須仔細研究負載的類型和由此產生的應力分布。除了在構件上施加允許的限制應力外，設計者們還必須考慮足夠的可能的失效理論來解釋構件內的復雜的應力是如何相互作用，如何對構件產生力的。

正如之前提到的，不同的鉸支會產生不同的應力，在建立這些鉸支前，有必要選擇應力的種類來決定需要用何種鉸支。應力的種類和其分支的選擇如下：

A.主應力

(a)普遍的主要薄膜應力。

(b)內部主要薄膜應力。

(c)主要的彎曲應力。

B.副應力.C.最大應力.主要的應力種類即主應力、副應力、最大應力。它們的主要特征可以簡要地描述如下：

(a)主應力是由附加的滿足內外受力和力矩平衡方程的必要負載產生的。主應力的主要特征是自身不受限制。如果主應力在整個厚度上的值超過材料的承受能力的話，防止破壞就全部依靠材料的應變剛度屬性了。

(b)副應力是構件的自身約束產生的。它必須滿足附加的應力模式而不僅僅是外部的負載平衡。副應力的基本特征是自身受限制。局部屈服和小變形可以滿足不

連續條件或者因熱產生的應力。

(c)最大應力是允許條件下的最大應力。其基本特征是它不產生顯著地變形，但是

引起疲勞破壞最有可能的原因。

需將主應力劃分入薄膜和彎曲應力部分的時候，就是稍后即將討論的，限制設計理論表明：計算的薄膜彎曲主應力可以比主要的薄膜應力高時。由機械載荷產生的自身薄膜應力的分類需要一些解釋，因為這種應力確實有副應力的特征。它受自身限制，并且當它超過屈服值時，外部載荷就會被構件的其他部分抵消，但這種變化也許會包括不可改變的變形且似乎其必須小于其他副應力，比如不連續的彎曲應力和熱應力。

副應力可以被劃分到薄膜和彎曲應力中，正如主應力那樣，但將自身薄膜應力劃分移到主應力中后，似乎剩下的所有副應力都可以由同一種限制控制，因此這種劃分沒必要。

熱應力從未被劃入主應力中，但它們出現在另外兩種類型中，副應力和最大應力。能夠通過大部分抑制小膨脹而產生變形，以及不會引起嚴重變形的熱應力，被歸為最大應力。

最大應力中有一種最常見的是由槽口產生的，槽口可能是一個小孔或一個圓角。這種應力集中的現象很常見，不需要更多的解釋。

很多情況下要把應力劃分入哪種類型并不是很明顯，此時就需要更仔細地判斷。為了規范這個步驟，運用規范作者的判斷而不是每個單獨設計者的判斷，出現了一份涵蓋在絕大多數情況下該怎樣設計和將應力歸結為何種類型的表格。

潛在的破壞形式和各種應力類型均和一下提供的規范有關：

(a)主應力限制的目的是防止塑性變形，并為抵抗韌性爆裂壓力提供提供一個

名義安全因素；

(b)主應力和副應力組合限制是用以防止過度的塑性變形導致的遞增破裂，并

用以確認疲勞評價是彈性分析的應用；

(c)最大應力是用以防止周期載荷的疲勞失效；

(d)特殊應力限制是用以防止彈性和非彈性失穩。

脆性彎折的保護是由材料的選擇提供的，而不是分析。針對環境條件的保護措施諸 和輻射等是設計者的責任。漸變和應力破裂溫度范圍是在其他條件下要考慮的。