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第一章
材料关键性能：一、力学性能 二、物理性能 三、化学性能 四、加工工艺性能
力学性能，指衡量材料抵御外力造成变形或不被破坏能力。
力学性能指标：1.弹性模量：2.刚度：3.塑性 4.强度 5.硬度6.韧性
物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、磁性、膨胀系数等。
钢中化学成份及其作用：碳（C）——关键元素。碳含量高，钢强度硬度高，但塑性和韧性低。
硫（S）——硫含量高，造成“热脆”
磷（P）——磷含量高，造成“冷脆”
锰（Mn）——减轻硫危害，提升钢强度和硬度。
硅（Si）——能使钢强度，硬度弹性提升，而塑性，韧性降低。作为合金元素能够提升钢耐蚀性和耐热性，但过量硅会降低钢热加工工艺性能。
加工工艺性能指标：
铸造性：灰铸铁流动性好，适于铸造。
可锻性：金属承受压力加工能力
焊接性
切削加工性：材料被切削加工难易程度
热处理：合金钢热处理性能好
强度愈高钢，切削加工性、可锻性、焊接性、冲压性性能较低。

一般碳素结构钢（Q235）：Q235-A-F（屈服点235MPa碳素结构钢，A级，沸腾钢）Q195，Q215，Q235，Q255，Q275屈服点数字愈大，钢强度越高。 F沸腾钢，未标是镇静钢
优质碳素钢（45钢，35Mn）编号方法是采取两位数字表示钢中平均含碳量为万分之几。若钢中含锰较高则在钢号后面赋以锰元素符号
碳素工具钢（T12）后面标以数字表示含碳量千分之几。若为高级优质碳素工具钢，则在编号后面加以A，比如T8A，T13A等
铸铁特点：脆性材料，含碳量2.5-4%，含杂质高，抗拉强度、塑性、韧性较差；耐磨性好，成本低。
常见种类：
灰铸铁：
n 特点：抗压强度高，切削性能好，但不能承受冲击载荷；
n 用途：用于制造承受压力零件，如底座、机架、铸铁管件。
n 牌号：HT200——灰铸铁，抗拉强度200MPa
n 灰铸铁管及管件不能用于城镇供水。
球墨铸铁：
n 除弹性和韧性较低外，力学性能和钢相类似。
n 牌号：QT400-15——抗拉强度400MPa，伸长率15%
n 球墨铸铁管DN300-1400mm是城市供水系统首选管材。
在碳素钢中加入合金元素（Si,Mn,Cu,Ti,Cr,V），即为合金钢。
合金钢种类：低合金钢 （合金元素 ＜5％）
中合金钢 （合金元素 5％－10％）
高合金钢 （合金元素 ＞ 10％）
n 不锈耐酸钢：指能抵御酸和其它腐蚀性介质钢

n 合金钢牌号：12CrNi3钢—— 表示，碳平均含量0.12%，铬低于1.5%，镍含3%

钢分类：
n 按质量划分——
n 一般钢：S ≤ 0.055％ P≤0.045％
n 优质钢: S ≤ 0.040％ P≤0.040％
n 高级优质钢 : S ≤ 0.030％ P≤0.035％
n 按用途划分——
n 结构钢
n 工具钢
n 特殊性能钢
钢编号：
n 1）一般碳素钢——
n 方法：字母－数字并列系统——
n Q275——
n Q235－A · F——屈服强度235MPaA级沸腾钢
n ABCD表示钢材等级，A最低，D最高
n F沸腾钢，未标是镇静钢
n 2）优质碳素结构钢——
n S、P含量小于0.040％
n 编号方法：用2位数字表示钢中碳平均含量是万分之几。
n 编号：45钢——含碳量0.45％
08钢——含碳量0.08％
15Mn
n 3）碳素工具钢——
n 编号：T 8 ——含碳量0.8％
n 4）合金结构钢——
n 编号方法：2位数字＋元素符号＋数字
n 数字2、3、4，表示1.5％、2.5％、3.5％
n 编号：12 Cr Ni 3 钢——含碳量0.12％，含Cr量小于1.5％，含Ni3％
n 钢号后加A代表高级优质合金结构钢
n 5）合金工具钢——
n 编号方法同合金结构钢
n 黄铜:指铜和锌合金
n 特点：含有一定强度，耐腐蚀性高，铸造性能好。
n 用途：
n 常见于制造管件、散热器、垫片
n H80,H68塑性好，用于冲压成容器。
n 青铜指铜和锡、铝、硅合金。
n 一般青铜
n 锡青铜——耐蚀性和耐磨性高，耐酸性差
n 用途：制造耐磨擦，耐磨损零件。
n 如，泵壳、轴瓦、阀门等
n 特殊青铜
n 铝青铜——耐蚀性比黄铜锡青铜愈加好
n 用于制造在蒸汽和海水条件下工作耐磨损零件。
n 硅青铜——耐蚀性、耐磨性好
n 纯铝：
n 特点：在很多介质中具 有耐腐蚀性，但铝在含卤素离子溶液中不耐腐蚀，
n 用于制造热交换器、冷凝器、泵、阀、管（L2，L3，L4）
n 铝合金：铝和铜、镁、锌、锰、硅合金
n 防锈铝合金 ：（LF ）耐腐性能高，替换不锈钢；
n 铸造铝合金：（ ZL）制造阀门、泵、离心机。
蒙乃尔合金——镍铜合金，含有良好力学性能和机械性能，水工艺中应用较多。
n 陶瓷性能关键特点：不可燃烧性，高耐热性，高化学稳定性，不老化性，高硬度，抗压性好
n 陶瓷关键缺点：脆性大、抗拉、抗弯性能差、对温度剧变抵御力低
n 添加剂作用：改善材料性能
n 填料：提升塑料力学性能；
n 增塑剂：降低材料硬度和脆性，增强可塑性；
n 稳定剂：延缓塑料老化；
n 固化剂：加紧塑料固化速度，提升机械强度；
n 润滑剂、着色剂、阻燃剂
硬聚氯乙烯塑料（PVC）聚乙烯塑料（PE）聚丙烯管（PP）ABS塑料 聚四氟乙烯塑料(F-4)玻璃钢（FRP）
n 复合材料：是由两种或两种以上金属或非金属材料复合而成一个新型材料。
n 水工艺设备常见材料选择标准：1）满足力学性能要求—— 含有一定强度、连接性能、加工性能好
n 2）安全性—— 材料无毒、对水质无污染；耐腐蚀，化学性质稳定
n 3）经济性—— 维修、管理方便，经济等方面原因
第二章
n 金属腐蚀原理：（一）金属化学腐蚀1、金属氧化 2、钢铁气体腐蚀
（二）金属电化学腐蚀 1、电化学腐蚀原理2、极化现象 3、去极化作用4、金属钝化
n 氧化膜作用 ：金属氧化后在表面形成一层氧化物固相膜，保护金属预防继续氧化。氧化膜厚度和温度相关。温度越高，氧化膜越厚
n 保护性氧化膜条件 1）金属表面氧化膜致密完整，2）氧化膜含有一定强度和塑性；3）氧化膜稳定，不易脱落。
n 脱碳现象：钢中渗碳体Fe3C和O2、H2、CO2和水反应，使渗碳体降低现象。
n 氢蚀：温度＞200～300℃，压力＞30.4MPa时，氢气使钢产生猛烈脆化现象。

n 电极电位较低金属形成阳极
n 不停溶解，产生腐蚀，阳极上多出电子由金属内部流向电极电位较高阴极
n 电极电位较高金属形成阴极

极化现象：指原电池因为电流经过，使阴极和 阳极电位偏离起始电位值产生过电位现象。
n 极化结果：极化使阳极电位升高，使阴极电位下降，使两电极电位差减小
去除极化会促进阳极和阴极过程进行，即去极化会加速腐蚀进行。
n 析氢腐蚀影响原因：金属材料性状
n 材料和表面状态不一样，氢过电位值不一样。
n 氢过电位值低，加速腐蚀。
n 溶液pH值
n pH值低，H离子浓度高， EH升高，加速金属腐蚀
n 阴极区面积
n 阴极区面积增大，氢过电位小，阴极极化率降低，析氢加速，腐蚀速度加紧；
n 温度
n 温度升高，氢过电位减小，阴阳两极电极反应加紧，腐蚀速度加紧。
n 氧去极化腐蚀：在中性和碱性溶液中，金属腐蚀过程阴极反应是溶液中氧分子被还原反应，又称吸氧腐蚀
n 金属钝化;金属和介质作用后，失去化学活性,使金属更稳定现象
金属腐蚀破坏形态：1、全方面腐蚀 2、局部腐蚀 3、应力作用下腐蚀类型 4、微生物腐蚀
全方面腐蚀预防方法：设计时预留足够腐蚀裕量，采取保护性覆盖层，使用缓蚀剂，电化学保护
n 非金属无机材料腐蚀原理：硅酸盐中SiO2在碱、氢氟酸、高温磷酸作用，形成可溶性物质，产生腐蚀作用
n 有机材料腐蚀类型：物理腐蚀：高分子材料在介质中溶解现象
n 化学腐蚀：高分子中极性基团和特定介质发生化学反应，改变材料性能，造成老化或裂解现象。
n 微生物腐蚀：不含増塑剂塑料含有很好抗微生物腐蚀能力。
n 应力腐蚀：高分子材料在受力状态下，发生物理或化学腐蚀，材料产生裂纹直至断裂现象。
n 设备底部和出口管部署图

设备电化学保护包含阴极保护和阳极保护
阴极保护时注意事项：介质必需是能导电电解质溶液，钝化金属不宜采取阴极保护，结构复杂金属设备不宜采取阴极保护，氢脆敏感性材料设备不宜采取阴极保护
n 阳极保护定义：将金属设备和外加直流电正极连接，进行阳极极化，提升金属设备电极电位，使金属由活化态转入钝化态，减轻或预防金属设备腐蚀。
阴极保护和阳极保护比较：
n 相同点：同属于电化学保护，被保护金属处于电解质溶液中
n 不一样点：适用金属材料种类；
n 影响极化保护效果原因
n 极化时电位偏移对极化影响
n 在强氧化性介质中极化效果
n 极化时析氢反应对材料影响
n 经济费用和工程管理
第三章

n 锥形壳薄膜应力结论：
n 1.半锥角大，壳体压力越大；
n 压力容器设计中不宜采取大锥角
n 2.锥体环向应力大于径向应力；
n 3.最大应力在锥体大端

n 封头分类：第一类：凸形封头 第二类：锥形封头 第三类：平板形封头
n 平板型封头用途：用于压力容器人孔、手孔处设计
n 特点：平板受力后，产生弯曲应力较大，远超出薄膜应力。
平板弯曲应力和薄膜应力比较
n 分析：
n 承受均布载荷p圆形平板最大应力Mσmax是同直径、同壁厚圆柱壳体承受一样压力p 时产生薄膜应力（2kD/δ）倍
n 通常容器D/δ＞50，
n 故，相同条件下平板内产生最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力20~30倍。
n 结论：容器封头应避免使用平板形，避免使用矩形压力容器
n C1——腐蚀裕量：C1=nλ（λ年腐蚀量mm/年，n使用寿命，年）
n 机械传动关键方法：齿轮传动，带传动，链传动
n 渐开线标准齿轮基础参数：
Z：齿数

n 链传动部署形式：1）两链轮在同一垂直平面内
n ，两轴平行部署
n 2）中心线和水平夹角β＜45 °
3）中心线和水平夹角β＞60 °，应设张紧轮
n 机械制造工艺基础方法——
n 铸造、压力加工、焊接、金属切削加工和热处理
n 焊接基础方法：熔化焊—— 在金属接头处加热熔化，冷却后焊接在一起。电弧焊、气焊
n 压力焊—— 在接头处加压焊接。电阻焊、高频焊
钎焊—— 加热而不使金属熔化，只使填充在接头间钎料熔化，依靠钎料将金属连接。
n 热量传输三种基础方法—— 热传导、热对流、热辐射
n 导热基础定律：傅立叶定律：q＝－λgrad T（3.36）
n 式中，
n q热流向量，
n 方向和温度梯度方向相反
n λ导热系数，一直为正值
n grad T温度梯度
n 物理意义：
n 热流向量和温度梯度成正比
n 热流向量和温度梯度在等温面上同一法线上，但二者方向相反；
温度梯度方向指向温度升高方向；热流向量方向永远沿着温度降低方向
n 求出经过平面积为F热量Q
n 多层平壁热流量

n 圆筒壁热流量

Rl:单位长度圆筒壁导热热阻（m·C/W）
n 凝结换热:将气态转化为液态过程，是蒸汽加热设备中最基础换热过程
n 凝结形式：珠状凝结——换热系数大；膜状凝结——换热系数小
n 蒸汽在管内受迫流动时，α＝100～200
n 水在管内受迫流动时，α＝500～1000
n 蒸汽凝结时，α＝4000～15000
n 所以，利用流体相改变是强化换热一个有效手段。
第四章
罗茨鼓风机用途：好氧曝气池供氧；滤池反冲洗；渠道和匀和池搅拌。
► 使用范围：风量0.25-80m3/min，压力20-50MPa，功率0.75-100kw
离心鼓风机 特点：属于恒压风机。离心鼓风机产生压力随进气温度和密度改变而异；当进气量一定时，进气温度越高，产生压力越低。
► 用途：用于大供气量和变流量场所
第五章
n 卧式容器支座：鞍座【安装形式：固定式（F）、滑动式（S）一个容器使用两个鞍座必需一个是F式，一个是S式】 ，圈座，支腿
n 应用场所：直径大薄壁容器和真空操作容器采取圈座；支腿支座常采取直径小容器。
n 立式容器支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座 裙式支座
n 应用：中小型容器采取前3种；高大塔设备采取裙式支座
n 安全阀特点：泄压后容器可继续工作 无须更换安全阀
n 用途：
n 用于锅炉、压缩机、高压容器、管路中避免因压力过高而造成爆炸
n 安全阀类型——按加载方法
n 重锤杠杆式安全阀
n 优点：结构简单，性能不受温度影响
n 缺点：易受振动发生泄漏
n 用途：适用压力较低，高温无振动场所。
n 弹簧式安全阀
n 优点：灵敏度高，对振动不敏感。
n 缺点：遇高温时弹簧应力松弛，弹力下降
n 用途：用于移动式设备，及介质压力脉动固定设备
安全阀类型——按阀瓣开启高度
n 全启式安全阀——
n 阀瓣开启度大，介质泄流量大，
n 适适用于高压容器，或安全泄放量大中、低压力容器。
n 微启式安全阀——
n 阀瓣开启度小，介质泄流量较小，维修调整方便。
适适用于排泄量小，要求不高场所
安全阀类型——按排放方法
n 全封闭式—— 排出气体全部搜集，排入排气管，用于介质为易燃、有毒、需要回收场所。
n 半封闭式—— 用于排泄介质无污染情况。
n 敞开式—— 气体全部从阀门顶端排出
n 爆破片工作原理——
n 利用膜片断裂泄压，泄压后容器被迫停止运行，重新更换爆破片。
n 特点：泄压后容器被迫停止运行，必需更换爆破片
n 爆破片应用场所1）工作介质为粘性、粉末状物质或结晶
2）工作压力可能会忽然上升压力容器，或安全阀排气量小难以立即降压场所。
n 3）工作介质为剧毒情况
n 4）工作介质是腐蚀性压力容器
n 常见布水方法：向下流布水方法：（一）喷洒型 （二）溢流型 （三）冲击型
n 向上流布水方法：大阻力配水，小阻力配水
第六章
搅拌设备一、用途：在水处理工艺中，搅拌设备关键用于药剂溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。
► 1、药剂溶解、混合搅拌、促进絮凝体形成；
► 2、水下搅拌，混合匀质、预防沉淀
► 按搅拌功效分：混合搅拌设备、搅动设备、悬浮搅拌设备、分散搅拌设备等。
► 机械搅拌设备组成：搅拌器—— 由搅拌桨、挡（导）流板附件组成
► 传动装置—— 由电机、减速器、支架组成
► 搅拌轴系—— 搅拌轴、轴承、联轴器
第七章
n 曝气设备：用途：给水生物预处理（如: 曝气生物滤池）污水好氧生物处理
n 功效：经过曝气装置将氧气转移至曝气池中，供给好氧微生物代谢需氧量，对池内水体进行均匀搅拌混合
n 表面曝气设备：原理：设备使水体产生水跃，把大量水滴和片状水幕抛向空中，水和空气充足接触，同时将池底含氧量少水体提升向上环流，不停充氧
n 分类：根据转轴方向分
– 水平轴式——转刷、转盘
– 立轴式——表面曝气机
n 微气泡曝气器分类（根据曝气壳材质）：
n 刚玉微气泡曝气器、橡胶膜微气泡曝气器、聚乙烯微气泡曝气器、多孔材料（陶粒、粗陶）烧结扩散板（管/罩）
n 常见水下曝气机：
射流曝气机，泵式曝气机，自吸式螺旋曝气机，水下叶轮曝气机，扬水曝气机
第八章
换热设备分类：——按贮热容积划分
n 容积式：特点：含有换热和贮热功效、贮存热水多
n 半容积式：特点：换热和贮热分开
n 半即热式：特点：自动控温，贮热容积小
n 快速式：特点：无贮热调整功效
n ——按工作原理划分
– 间壁式
n 固体壁面将热媒和被加热冷水隔开，经过对流和热传导传输热量换热设备叫间壁式换热器。
n 热媒能够循环使用
– 混合式：热媒和被加热水直接接触混合，热媒不循环使用
n 传统容积式换热器
– 功效——含有加热、贮备热水两种功效
结构——由壳体、换热管组成，壳体材料是碳素钢，换热管是无缝钢管、黄铜管
n 工作原理
热媒：蒸汽或高温热水，出口温度小于75℃，底部加热 ，对流传热，存在死水区
n 优点——
– 1）含有调整贮备容积，出水温度稳定，供水安全可靠。2）水头损失小，对热媒要求不严，3）结构简单，管理方便
n 缺点——
– 传热效果差，容积利用率低，不节能，死水区占20~30%，水质易受污染 ，串联运行，占地面积大
提升换热设备换热效率路径
n 提升传热系数 k 值
n 提升 k 值路径：
n 减小管径，降低壁厚，增大换热面积，增大α导热系数
n 方法：
n 改变管径：
n 原管径φ38×3 42×3.5
n 改为 φ19 ×2 25×2.5
n 增加导流和阻流装置，增大α2换热系数，提升容积利用系数
盘管换热器和U形管换热器比较
n 盘管换热器优点
– 1）提升传热系数 k 值
n 盘管传热系数是U形管换热系数 1.4 ~ 1.3 倍
– 2）提升容积利用率：达成 95 ％
– 3）自动除垢
n 盘管换热器缺点
– 1）热媒易短路
– 2）汽－水换热时易产生噪音
– 3）管路振动易脱焊
n 半容积式换热器内循环泵——换热器关键部件
– 作用：1）提升被加热水经过换热器流速，提升换热系数
n 2）克服被加热水流经换热器阻力损失
n 3）使加热水在换热器和贮水罐内循环，容积利用率高，可达100％
4 换热器计算
n 平均温差法——
– 式中：
n Q——换热量
n K——传热系数
n F——换热面积
n △Tm——热媒和被加热水两种流体温差
n α1α2—换热系数 （ w/m2·℃）
n δ—管壁厚
λ—导热系数
第九章
n 压力溶气气浮设备设备组成—— 加压溶气装置，溶气释放装置，气浮池
n 常见多个格栅：人工格栅
n 机械格栅：组成
– 格栅栅条
– 清除污物齿耙
– 机械传动装置
n 电机
n 带动齿耙运行链条
机械格栅分类
第十章
n 排泥设备分类
n 一、行车式吸泥机
n 二、链板式刮泥除砂机
n 三、中心和周围传动排泥机
n 四、螺旋输送式排泥机
常见排泥设备适用范围
n 通常依据池形及池尺寸选择排泥设备
n 行车式——
– 用于矩形平流式池形或斜板沉淀池
n 中心（周围）传动式——用于圆形辐
流式沉淀池
n 钢索牵引刮泥机——用于斜板沉淀池
n 螺旋输送式排泥机——用于提升污泥场所
n 污泥浓缩和脱水目标——
n 降低污泥中含水率，降低污泥体积
n 污泥浓缩后含水率95～98％
n 污泥脱水后含水率75～85％
n 污泥脱水设备——
n 1带式压滤机
n 2板框压滤机
n 3离心脱水机
n 4真空过滤机
第十一章
· 常见计量设备一、转子流量计 二、电磁流量计 三、超声流量计 四、质量流量计 五、其它形式计量设备