机电工程常用材料及工程设备.docx
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机电工程常用材料及工程设备
机电工程常用材料及工程设备
机电工程施工技术——第一节 机电工程常用材料及工程设备
2H310000 机电工程施工技术
本章知识体系
2H311000 机电工程常用材料及工程设备
2H312000 机电工程专业技术
2H313000 工业机电工程施工技术
2H314000 建筑机电工程施工技术
2H311000 机电工程常用材料及工程设备
2H311010 机电工程常用材料
2H311011 金属材料的类型及应用
金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。
其中，黑色金属主要是铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金），广义的黑色金属还包括锰、铬及合金。
有色金属种类较多，常用的有铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、镁及镁合金和镍及镍合金等。
一、黑色金属材料
黑色金属材料又称钢铁材料，它们都是以铁和碳为主要元素组成的合金。
（一）生铁
碳的质量分数（ωc）大于2%的铁碳合金称为生铁。
（二）铸铁
碳的质量分数超过2%（一般为2.5%～3.5%）的铁碳合金称为铸铁。
铸铁类型及应用如下：
（1）按断口颜色分为：
灰铸铁、白口铸铁、麻口铸铁。
灰铸铁普遍应用于工业中。
例如，在火电站中，灰铸铁多用于制造低中参数汽轮机的低压缸和隔板。
（2）按生产方法和组织性能分为：
普通灰铸铁、孕育铸铁、特殊性能铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁。
（三）钢
碳的质量分数不大于2%的铁碳合金称为钢。
1.按化学成分和性能分类
（1）碳素结构钢：
屈服强度有Q195——Q275等级别。
例如：
在机电工程中常见的各种型钢、钢筋、钢丝等都属于碳素结构钢，优质的碳素钢还可以制成钢丝、钢绞线、圆钢、高强螺栓及预应力锚具等。
钢绞丝
高强度螺栓
圆钢
预应力锚具
（2）合金结构钢：
在机电工程中，低合金结构钢最为常用。
屈服强度有Q345——Q620等强度等级。
例如：
某600MW超临界电站锅炉汽包使用的就是Q460型钢；机电工程施工中使用的起重机就是Q345型钢制造的，因为该种钢不仅韧度好，而且缺口敏感性也较碳素结构钢大。
（3）特殊性能低合金高强度钢
包括：
耐候钢、耐海水腐蚀钢、石油天然气管线钢等等。
锅炉汽包
2.按钢的用途分类
分为：
结构钢、工具钢、特殊用钢、专用钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢、冷拔钢。
【例】（2017真题）低合金结构钢的强度等级是根据（ ）划分的。
A.屈服强度
B.抗拉强度
C.抗压强度
D.抗弯强度
『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是黑色金属材料。
合金结构钢根据屈服强度划分，共有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620等强度等级。
【例】（2012.6真题）锅炉汽包常用（ ）材料制造。
A.普通碳素钢
B.优质碳素钢
C.低合金高强度钢
D.特殊钢
『正确答案』C
『答案解析』本题考查的是机电工程常用材料的应用。
低合金结构钢也称为低合金高强度钢，主要适用于锅炉汽包、压力容器、压力管道、桥梁、重轨和轻轨等制造。
（四）钢材
钢材就其使用可划分为：
型材、板材、管材、线材和钢制品。
1.型材
在机电工程中，常用的型材主要有：
圆钢、方钢、扁钢、H型钢、角钢、工字钢、T型钢、槽钢、钢轨等。
热轧型钢断面形式
a圆钢 b方钢
c六角钢 d扁钢
e角钢 f工字钢
g槽钢 hH型钢
iT字钢 j钢轨
k钢板桩
例如，电站锅炉钢架的立柱通常采用宽翼缘H型钢（HK300b）；为确保炉膛内压力波动时炉墙有一定的强度，在炉墙上设计有足够强度的刚性梁。
一般每隔3m左右装设一层，其大部分采用强度足够的工字钢制成。
【例】（2014一级真题）电站锅炉炉墙上型钢制作的刚性梁通常采用（ ）制成。
A.工字钢
B.T型钢
C.角钢
D.槽钢
『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是电站锅炉炉壁的材料要求。
电站锅炉钢架的立柱通常采用宽翼缘H型钢；为确保炉膛内压力波动时炉墙有一定的强度，在炉墙上设有足够强度的刚性梁。
一般每隔3m左右装设一层，其大部分采用强度足够的工字钢制成。
2.板材
注意“例如”：
碳素结构钢厚钢板广泛用于焊接、铆接、栓接结构，如桥梁、船舶、管线、车辆和机械。
其中质量等级C、D属于优质碳素结构钢，主要用于对韧性和焊接性能要求较高的钢结构。
3.管材
在机电安装工程中，常用的管材有普通无缝钢管、螺旋缝钢管、焊接钢管、无缝不锈钢管、高压无缝钢管等。
例如，锅炉水冷壁和省煤器使用的无缝钢管一般采用优质碳素钢管或低合金钢管，但过热器和再热器使用的无缝钢管根据不同壁温，通常采用15CrMo或12Cr1MoV等钢材。
4.钢制品
在机电安装工程中，常用的钢制品主要有焊条、管件、阀门等。
管件制品 阀门图例
二、有色金属
（一）铝及铝合金
1.纯铝
纯铝的密度只有2.7g/cm3，仅为铁的1/3。
铝的导电性好，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。
2.铝合金
铝合金热处理后可显著提高强度。
按成分和工艺特点不同分为变形铝合金和铸造铝合金。
（二）铜及铜合金
1.纯铜
（1）纯铜常称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金。
纯铜、铜合金的导电、导热性很好，对大气和水的抗蚀能力很高。
铜是抗磁性物质。
（2）根据杂质含量的不同，工业纯铜牌号分为四种：
T1、T2、T3、T4。
编号越大，纯度越低。
T1主要用于导电材料和配高纯度合金；T2主要用于电力输送用导电材料，制作电线、电缆等；T3、T4主要用于电机、电工器材、电气开关、垫圈、铆钉、油管等。
2.铜合金
铜中加入合金元素后，可获得较高的强度和硬度，而且塑性很好，容易冷、热成型，易焊接。
铜合金一般分为黄铜、青铜和白铜三大类。
黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。
白铜是以镍为主要合金元素的铜合金。
主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。
锰含量高的锰白铜可制作热电偶丝。
（三）钛及钛合金
钛的熔点高，热膨胀系数小，导热性差。
纯钛塑性好、强度低，容易加工成型，钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢。
（四）镁及镁合金
纯镁的室温密度是所有金属结构材料中最低的。
镁合金按照形成的工艺特点不同分为变形镁合金和铸造镁合金两类。
（五）镍及镍合金
1.纯镍。
纯镍具有优异的耐腐蚀和抗高温氧化性能，是重要的工程金属材料。
工业纯镍有良好的强度和导电性，可用于电子器件；同时由于其耐蚀性好，还可用于食品加工设备。
2.镍合金。
镍合金按其特性和应用领域分为耐腐蚀镍合金、耐高温镍合金和功能镍合金三类。
【例】（2012.6真题）机电工程常用的黑色金属是（ ）。
A.铝
B.铸铁
C.紫铜
D.钛合金
『正确答案』B
『答案解析』本题考查的是黑色金属材料。
选项A、C、D属于有色金属。
2H311012 非金属材料的类型及应用
一、非金属材料的类型
（一）高分子材料
按特性可分为普通高分子材料和功能高分子材料，最常用的分类方法是按性能和用途分类，可分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料和高分子基复合材料等。
1.塑料
（1）通用塑料
通用塑料包括：
聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料六大品种。
1）聚乙烯（PE）：
强度较低、耐热性不高，但具有优良的耐蚀性和电绝缘性，耐低温冲击、易加工。
2）聚丙烯（PP）：
强度、硬度、刚度和耐热性（150℃不变形）均优于低压聚乙烯，常用于制造容器、贮罐、阀门等。
3）聚氯乙烯（PVC）：
强度、刚度比聚乙烯好。
硬质聚氯乙烯常用于制作化工耐蚀的结构材料及管道、电绝缘材料等。
软质聚氯乙烯主要用于电线电缆的套管、密封件等。
4）聚苯乙烯（PS）：
聚苯乙烯是良好的刚性材料，但质脆而硬，主要用来生产注塑产品。
（2）工程塑料
工程塑料包括ABS塑料、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。
1）ABS塑料：
缺点是可燃、热变形温度较低、耐候性较差、不透明等。
2）聚酰胺（PA）：
聚酰胺的缺点是吸湿性大、对强酸、强碱、酰类等抵抗力较差，易老化。
常用于代替铜及其他有色金属制作机械、化工、电器零件。
3）聚碳酸酯（PC）：
缺点是耐候性不够理想，长期暴晒容易出现裂纹。
2.橡胶
（1）通用橡胶。
用于制造软管、密封件、传送带等一般制品使用的橡胶，如天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。
（2）特种橡胶。
指具有特殊性能，专供特殊性能要求使用的橡胶。
如硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶等。
二、机电工程中常用的非金属材料使用范围
（一）砌筑材料
（二）绝热材料
在机电安装工程中，常用的绝热材料种类很多，通常有膨胀珍珠岩类、离心玻璃棉类、超细玻璃棉类、微孔硅酸壳、矿棉类、岩棉类、泡沫塑料类等，常用于保温、保冷的各类容器、管道、通风空调管道等绝热工程。
（三）防腐材料及制品
包括：
陶瓷、油漆及涂料、塑料、橡胶、玻璃钢及制品。
（四）非金属风管
酚醛复合风管适用于低、中压空调系统及潮湿环境，但对高压及洁净空调、酸碱性环境和防排烟系统不适用；聚氨酯复合风管适用于低、中、高压洁净空调系统及潮湿环境，但对酸碱性环境和防排烟系统不适用；玻璃纤维复合风管适用于中压以下的空调系统，但对洁净空调、酸碱性环境和防排烟系统以及相对湿度90%以上的系统不适用；硬聚氯乙烯风管适用于洁净室含酸碱的排风系统。
风管材料
适用范围
不适用范围
酚醛复合风管
低、中压空调系统、潮湿环境
高压、洁净空调、酸碱性、防排烟
聚氨酯复合风管
低、中、高压洁净空调系统、潮湿环境
酸碱性、防排烟
玻璃纤维复合风管
中压以下空调系统
洁净空调、酸碱性、防排烟、湿度90%以上
硬聚氯乙烯
洁净室含酸碱的排风系统
【例】（2016一级真题）下列非金属风管材料中，适用于酸碱性环境的是（ ）。
A.聚氨脂复合板材
B.酚醛复合板材
C.硬聚氯乙烯板材
D.玻璃纤维复合板材
『正确答案』C
『答案解析』本题考查的是机电工程中常用的非金属材料使用范围。
硬聚氯乙烯风管适用于洁净室含酸碱的排风系统。
（五）塑料及复合材料水管
1.聚乙烯塑料管：
无毒，可用于输送生活用水。
2.涂塑钢管：
具有优良的耐腐蚀性能和比较小的摩擦阻力。
3.ABS工程塑料管：
耐腐蚀、耐温及耐冲击性能均优于聚氯乙烯管。
4.聚丙烯管（PP管）：
用于流体输送。
5.硬聚氯乙烯排水管及管件：
硬聚氯乙烯排水管及管件用于建筑工程排水，在耐化学性和耐热性能满足工艺要求的条件下，此种管材也可用于工业排水系统。
【例】（2013真题）同时具备耐腐蚀、耐温及耐冲击的塑料水管是（ ）。
A.聚乙烯管
B.聚丙烯管
C.ABS管
D.聚氯乙烯管
『正确答案』C
『答案解析』本题考查的是机电工程常用材料的应用。
ABS工程塑料管：
耐腐蚀、耐温及耐冲击性能均优于聚氯乙烯管，它由热塑性丙烯腈丁二烯－苯乙烯三元共聚体粘料经注射、挤压成型加工制作，使用温度为-20～70℃，压力等级分为B、C、D三级。
2H311013 电气材料的类型及应用
一、电线电缆
（一）仪表电缆
（1）仪表用电缆：
如YVV、YVVP等，适用于仪表、仪器及其他电气设备中的信号传输及控制线路。
（2）阻燃型仪表电缆：
如ZRC-YVVP、ZRC-YYJVP、ZRC-YEVP等，阻燃仪表电缆具有防干扰性能高，电气性能稳定，能可靠地传送交流300V及以下的数字信号和模拟信号，兼有阻燃等特点，所以此类电缆广泛应用于检测和控制用计算机系统或自动化控制装置上。
敷设时环境温度不低于0℃，弯曲半径不小于电缆外径的10倍的阻燃场所。
（3）仪表用控制电缆：
如KJYVP、KJYVPR、KJYVP2等，适用于交流额定电压450/750V及以下仪表用控制电缆产品，巡回检测装置屏蔽电缆采用对绞铝塑复合膜屏蔽和铜丝屏蔽，抗干扰性能优越，常用于计算机测控装置。
（二）电气装备电线、电缆
2.绝缘导线
（2）绝缘软电线。
聚氯乙烯绝缘软电线：
如RV、RVB、RVV、RVVB等。
例如，一般家庭和办公室照明通常采用BV型或BX型聚氯乙烯绝缘铜芯线作为电源连接线；机电安装工程现场中电焊机至焊钳的连线多采用RV型聚氯乙烯绝缘平行铜芯软线，因为电焊位置不固定，多移动。
【例】（2011真题）机电工程现场焊接时，电焊机至焊钳的连接电线宜选用（ ）。
A.橡皮绝缘铜芯线
B.塑料绝缘铝芯电线
C.塑料护套铜芯线
D.塑料绝缘铜芯软线
『正确答案』D
『答案解析』本题考查的是电线电缆。
机电安装工程现场中电焊机至焊钳的连线多采用RV型聚氯乙烯绝缘平行铜芯软线，因为电焊位置不固定，多移动。
3.电力电缆
按绝缘材料可分为油浸纸绝缘、塑料绝缘、橡胶绝缘及气体绝缘等。
（1）油浸纸绝缘电缆：
如ZLL、ZL等，敷设于干燥的户内、沟管中，不能承受机械外力作用，且对铝保护层应有中性环境等；ZQ30、ZLQ30等，敷设在室内及矿井中，能承受机械损伤及较大的拉力。
（2）塑料绝缘电缆：
可分为聚氯乙烯电缆、聚乙烯电缆、交联聚乙烯电缆。
聚氯乙烯电缆：
如VLV、VV等，不能受机械外力作用，适用于室内，隧道内及管道内敷设；VLV22、VV22等，能承受机械外力作用，但不能承受大的拉力，可敷设在地下；VLV32、VV32等，能承受机械外力作用，且可承受相当大的拉力，可敷设在竖井内，高层建筑的电缆竖井内，且适用于潮湿场所。
（3）橡胶绝缘电缆：
如XLQ、XQ等，敷设在室内、隧道内及管道内，电缆不能受推动和机械外力作用，对铅保护层应有中性环境；如XV20、XLV20等，敷设在室内、隧道内及管道内，能承受机械损伤，但不能承受大的拉力。
【例】（2010真题）能承受机械外力，且可承受相当大拉力的电缆型号是（ ）。
A.VLV32
B.VLV22
C.VLV
D.VV
『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是电线电缆。
VLV32、VV32等，能承受机械外力作用，且可承受相当大的拉力，可敷设在竖井内、高层建筑的电缆竖井内，且适用于潮湿场所。
（三）控制电线电缆
控制电缆常用于电气控制系统和配电装置内，固定敷设。
一般控制电路中负荷间断电流不大，因此芯线截面较小，通常在10mm2以下，控制电缆线芯多采用铜导体。
按其绝缘层材质，分为聚乙烯、聚氯乙烯和橡胶。
其中以聚乙烯电性能为最好，也可应用于高频线路。
控制电缆的绝缘芯主要采用同心式绞合，也有部分控制电缆采用对绞式。
控制电缆线芯长期允许的工作温度为65℃。
符号含义：
K表示电缆用途，为控制电缆，绝缘材料：
X为橡胶绝缘，Y为聚乙烯绝缘，V为聚氯乙烯绝缘；护套屏蔽类型：
V为聚氯乙烯护套，Q为铅套，Y为聚乙烯护套，P为编织屏蔽；后面两位数字中的第一位中的2为钢带铠装、3为细圆钢丝铠装，第二位中的2为聚氯乙烯外护层、3为聚乙烯外护层，铜芯符号省略。
【例】（2015真题）下列关于控制电缆的说法，正确的是（ ）。
A.芯线的截面积在10mm2以下
B.线芯材质多采用钢导体
C.芯线的绞合主要采用对绞线
D.允许的工作温度为95℃
E.绝缘层材质可采用聚乙烯
『正确答案』AE
『答案解析』本题考查的是电线电缆。
控制电缆线芯多采用铜导体；控制电缆的绝缘芯主要采用同心式绞合，也有部分控制电缆采用对绞式；控制电缆线芯长期允许的工作温度为65℃。
二、绝缘材料
1.按其物理状态可以分为气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。
气体绝缘材料：
空气、氮气、二氧化硫和六氟化硫（SF6）等。
2.按其化学性质不同，可分为无机绝缘材料、有机绝缘材料和混合绝缘材料。
了解无机绝缘材料类型。
2H311020 机电工程常用工程设备
2H311021 通用工程设备的分类和性能
机电工程的通用工程设备是指通用性强、用途较广泛的机械设备。
一般是指切削设备、锻压设备、铸造设备、输送设备、风机设备、泵设备、压缩机设备等。
【例】（2011一级真题）下列设备中，属于通用机械设备的是（ ）。
A.压缩机
B.桥式起重机
C.锅炉
D.汽轮机
『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是通用工程设备的分类和性能。
机电工程的通用工程设备是指通用性强、用途较广泛的机械设备。
一般是指切削设备、锻压设备、铸造设备、输送设备、风机设备、泵设备、压缩机设备等。
一、泵的分类和性能
1.泵的分类
按介质在旋转叶轮内部流动方向分为离心式、轴流式、混流式。
2.泵的性能
泵的性能参数有：
流量、扬程、功率、效率、转速、比转数等。
例如：
一幢30层（98m高）的高层建筑，其消防水泵的扬程应在130m以上。
离心泵图片
二、风机的分类和性能
1.风机的分类
风机按工作原理不同分为叶片式（离心式、轴流式、混流式）、容积式（往复式、回转式）；按结构形式分为单级风机、多级风机；按照排气压强的不同分为通风机、鼓风机、压气机。
2.风机的性能参数
风机的性能是指风机在标准进气状态下的性能，标准进气状态即风机进口处空气压力为一个标准大气压，温度为20℃，相对湿度为50%的气体状态，主要性能参数有：
流量（又称为风量）、风压（全风压、动压、静压）、功率、效率、转速、比转速等。
离心风机与轴流风机
【例】（2012一级真题）下列参数中，属于风机的主要性能参数的是（ ）。
A.流量、风压、比转速
B.流量、吸气压力、转速
C.功率、吸气压力、比转速
D.功率、扬程、转速
『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是通用工程设备的分类和性能。
风机的主要性能参数有：
流量（又称为风量）、风压（全风压、动压、静压）、功率、效率、转速、比转速等。
三、压缩机的分类和性能
1.压缩机的分类
按压缩气体方式分：
可分为容积型和速度型两大类。
按结构形式和工作原理，容积型压缩机可分为往复式（活塞式、膜式）、回转式（滑片式、螺杆式、转子式）；速度型压缩机可分为轴流式、离心式、混流式。
2.压缩机的性能参数
压缩机的性能参数包括容积、流量、吸气压力、排气压力、工作效率。
【例】（2015真题）按压缩气体的方式分类，属于速度型的压缩机有（ ）。
A.轴流式
B.螺杆式
C.转子式
D.离心式
E.混流式
『正确答案』ADE
『答案解析』本题考查的是压缩机的分类和性能。
速度型压缩机可分为轴流式、离心式、混流式。
四、连续输送设备的分类和性能
1.连续输送设备的分类
输送设备通常按有无牵引件（链、绳、带）可分为：
具有挠性牵引件的输送设备，如带式输送机、板式输送机、刮板式输送机、提升机、架空索道等；无挠性牵引件的输送设备，如螺旋输送机、辊子（滚柱）输送机、气力输送机等。
带式输送机
螺旋输送机
五、金属切削机床的分类和性能
1.金属切削机床的分类
按加工精度，可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床；按自动化程度，可分为手动操作机床、半自动机床和自动机床；按机床的适用范围，又可分为通用机床、专门化机床、专用机床。
2.金属切削机床的性能
金属切削机床的基本参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数。
六、锻压设备的分类和性能
锻压设备的基本特点是力大，故多为重型设备，通过对金属施加压力使其成型。
七、铸造设备的分类和性能
铸造设备可将熔炼成符合一定要求的金属液体，浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后，形成预定形状、尺寸和性能的铸件。
2H311022 电气工程设备的分类和性能
一、电动机的分类和性能
1.电动机的分类
按结构及工作原理分有同步电动机、异步电动机、直流电动机；按转子的结构分有鼠笼型感应电动机、绕线型感应电动机。
2.电动机的性能
（1）同步电动机常用于拖动恒速运转的大、中型低速机械。
它具有转速恒定及功率因数可调的特点，同步电动机的调速系统随着电力电子技术的发展而发展；其缺点是：
结构较复杂、价格较贵、启动麻烦。
（2）异步电动机是现代生产和生活中使用最广泛的一种电动机。
它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便、坚固耐用等一系列优点；其缺点是：
与直流电动机相比，其启动性和调速性能较差；与同步电动机相比，其功率因数不高，在运行时必须向电网吸收滞后的无功功率，对电网运行不利。
（3）直流电动机常用于拖动对调速要求较高的生产机械。
它具有较大的启动转矩和良好的启动、制动性能，以及易于在较宽范围内实现平滑调速的特点；其缺点是：
结构复杂，价格高。
【例】（2014一级真题）异步电动机与同步电动机相比，其缺点是（ ）。
A.结构较复杂
B.功率因数低
C.价格较贵
D.启动麻烦
『正确答案』B
『答案解析』本题考查的是电动机的分类和性能。
异步电动机与同步电动机相比，其功率因数不高，在运行时必须向电网吸收滞后的无功功率，对电网运行不利。
二、变压器的分类和性能
1.变压器的分类
根据冷却方式的不同，分为干式、油浸式、油浸风冷式。
2.变压器的性能
变压器的主要技术参数有：
容量、额定原副边电压、额定原副边电流、阻抗、连接组别、绝缘等级和冷却方式等。
三、高压电器及成套装置的分类和性能
1.高压电器及成套装置的分类
高压电器是指交流电压1000V、直流电压1500V以上的电器。
2.高压电器及成套装置的性能
主要有：
通断、保护、控制、调节四大功能。
接触器
高压隔离开关 高压负荷开关
高压熔断器 高压互感器
五、电工测量仪器仪表的分类和性能
1.电工测量仪器仪表的分类
分为指示仪表（直读仪表）和比较仪器（较量仪表）。
2.电工测量仪器仪表的性能
电工测量仪器仪表的性能由被测量对象来决定。
仪表不仅具有常规仪表的测量和显示功能，而且通常都带有参数设置、界面切换、数据通信等性能。
2H311023 专用工程设备的分类和性能
专用设备是指专门针对某一种或一类对象或产品，实现一项或几项功能的设备
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