化工設備機械基礎作業(yè)答案

1、化工設備機械基礎習題解答 二、 填空題1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的（ 內）徑。2、無縫鋼管做筒體時，其公稱直徑是指它們的（ 外）徑。3、查手冊找出下列無封鋼管的公稱直徑DN是多少毫米？規(guī)格14×325×345×3.557×3.5108×4DN（mm）102040501004、壓力容器法蘭標準中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標準中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.10.250.400.601.01.62.54.0第三章 內壓薄壁容器的應力分析一、 名詞解釋

2、A組： 薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內徑之比小于0.1的容器。 回轉殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內的固定軸線旋轉360°而成的殼體。 經線：若通過回轉軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。 薄膜理論：薄膜應力是只有拉壓正應力沒有彎曲正應力的一種兩向應力狀態(tài)，也稱為無力矩理論。 第一曲率半徑：中間面上任一點M處經線的曲率半徑。 小位移假設：殼體受力以后，各點位移都遠小于壁厚。 區(qū)域平衡方程式：計算回轉殼體在任意緯線上徑向應力的公式。 邊緣應力：內壓圓筒壁上的彎曲應力及連接邊緣區(qū)的變形與應力。 邊緣應力的自限性：當邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進入塑性變形階段時，彈性約

3、束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調，邊緣應力就自動限制。二、 判斷題（對者畫，錯著畫）A組：1.下列直立薄壁容器，受均勻氣體內壓力作用，哪些能用薄膜理論求解壁內應力？哪些不能？（1）橫截面為正六角形的柱殼。（×）（2）橫截面為圓的軸對稱柱殼。（）（3）橫截面為橢圓的柱殼。 （×）（4）橫截面為圓的橢球殼。 （）（5）橫截面為半圓的柱殼。 （×）（6）橫截面為圓的錐形殼。 （）2.在承受內壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應使橢圓的長軸與筒體軸線平行。（×）3.薄壁回轉殼體中任一點，只要該點的兩個曲率半徑，則該點的兩向應力。 （）4.因為內壓薄壁圓筒的兩向應

4、力與壁厚成反比，當材質與介質壓力一定時，則壁厚大的容器，壁內的應力總是小于壁厚小的容器。（×）5.按無力矩理論求得的應力稱為薄膜應力，薄膜應力是沿壁厚均勻分布的。（）B組：1.臥式圓筒形容器，其內介質壓力，只充滿液體，因為圓筒內液體靜載荷不是沿軸線對稱分布的，所以不能用薄膜理論應力公式求解。（）2.由于圓錐形容器錐頂部分應力最小，所以開空宜在錐頂部分。（）3.凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對稱于旋轉軸，則殼體上任何一點用薄膜理論應力公式求解的應力都是真實的。（×）4.橢球殼的長，短軸之比a/b越小，其形狀越接近球殼，其應力分布也就越趨于均勻。（）5.因為從受力分析角度

5、來說，半球形封頭最好，所以不論在任何情況下，都必須首先考慮采用半球形封頭。（×） 第四章 內壓薄壁圓筒與封頭的強度設計二、 填空題A組：1. 有一容器,其最高氣體工作壓力為1.6Mpa,無液體靜壓作用,工作溫度150且裝有安全閥,試確定該容器的設計壓力p=(1.76 )Mpa;計算壓力pc=( 1.76 )Mpa;水壓試驗壓力pT=(2.2 )MPa.2. 有一帶夾套的反應釜,釜內為真空,夾套內的工作壓力為0.5MPa,工作溫度<200,試確定:(1)釜體的計算壓力(外壓)pc=( -0.6 )MPa;釜體水壓試驗壓力pT=( 0.75 )MPa.(2)夾套的計算壓力(內壓)p

6、c=( 0.5 )MPa;夾套的水壓試驗壓力pT=( 0.625 )MPa.3. 有一立式容器,下部裝有10m深,密度為=1200kg/m3的液體介質,上部氣體壓力最高達0.5MPa,工作溫度100,試確定該容器的設計壓力p=( 0.5 )MPa;計算壓力pc=( 0.617 )MPa;水壓試驗壓力pT=(0.625 )MPa.4. 標準碟形封頭之球面部分內徑Ri=( 0.9 )Di;過渡圓弧部分之半徑r=( 0.17 )Di.5. 承受均勻壓力的圓平板,若周邊固定,則最大應力是(徑向 )彎曲應力,且最大應力在圓平板的(邊緣 )處;若周邊簡支,最大應力是( 徑向 )和( 切向 )彎曲應力,且最

7、大應力在圓平板的( 中心 )處.6. 凹面受壓的橢圓形封頭,其有效厚度Se不論理論計算值怎樣小,當K1時,其值應小于封頭內直徑的( 0.15 )%;K>1時,Se應不小于封頭內直徑的( 0.3 )%.7. 對于碳鋼和低合金鋼制的容器,考慮其剛性需要,其最小壁厚Smin=( 3 )mm;對于高合金鋼制容器,其最小壁厚Smin=( 2 )mm.8. 對碳鋼,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR鋼板制容器,液壓試驗時,液體溫度不得低于( 5 ) ,其他低合金鋼制容器(不包括低溫容器),液壓試驗時,液體溫度不得低于( 15 ) .三、 判斷是非題(是者畫;非者畫×)1. 厚度

8、為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板,其屈服點是不同的,且60mm厚鋼板的s大于6mm厚鋼板的s. ( × )2. 依據彈性失效理論,容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服點s(t)時,即宣告該容器已經”失效”. ( )3. 安全系數(shù)是一個不斷發(fā)展變化的數(shù)據,按照科學技術發(fā)展的總趨勢,安全系數(shù)將逐漸變小. ( )4. 當焊接接頭結構形式一定時,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而減小. ( × )5. 由于材料的強度指標b和s(0.2)是通過對試件作單向拉伸試驗而側得,對于二向或三向應力狀態(tài),在建立強度條件時,必須借助于強度理論將其轉換成相當于單向拉伸應力狀態(tài)的相當應

9、力. ( ）四、 工程應用題A組：1、 有一DN2000mm的內壓薄壁圓筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大氣體工作壓力pw=2MPa,容器上裝有安全閥,焊接接頭系數(shù)=0.85,厚度附加量為C=2mm,試求筒體的最大工作應力.【解】（1）確定參數(shù)：pw =2MPa; pc=1.1pw =2.2MPa（裝有安全閥）; Di= DN=2000mm( 鋼板卷制); Sn =22mm; Se = Sn -C=20mm=0.85（題中給定）; C=2mm（題中給定）.（2）最大工作應力：2、 某球形內壓薄壁容器,內徑為Di=10m,厚度為Sn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)=1.0,厚度附加量為C=2mm,試

10、計算該球形容器的最大允許工作壓力.已知鋼材的許用應力t=147MPa.【解】（1）確定參數(shù)：Di =10m; Sn =22mm; =1.0; C=2mm; t =147MPa.Se = Sn -C=20mm. （2）最大工作壓力：球形容器.3、 某化工廠反應釜,內徑為1600mm,工作溫度為5105,工作壓力為1.6MPa,釜體材料選用0Cr18Ni9Ti。采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,凸形封頭上裝有安全閥,試設計釜體厚度。【解】（1）確定參數(shù)：Di =1600mm; tw=5105; pw=1.6MPa; pc =1.1 pw =1.76MPa（裝有安全閥）=0.85（雙面焊對接接頭,

11、局部探傷）C2=0（對不銹鋼，當介質腐蝕性輕微時）材質：0Cr18Ni9Ti t =112.9MPa（按教材附錄9表16-2，內插法取值） =137MPa （2）計算厚度： C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92不銹鋼熱軋鋼板）, C=C1+C2=0.8mm. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=14.8+0.8=15.6mm.圓整后，Sn =16mm.（1） 水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn -C=16-0.8=15.2mm 試驗壓力 計算應力 應力校核 水壓試驗強度足夠4、 有一圓筒形乙烯罐,內徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計算壓力為pc=2.5MP

12、a,工作溫度為-3.5，材質為16MnR,采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強度。【解】（1）確定參數(shù)：Di =1600mm; Sn =16mm; tw=-3.5; pc=2.5MPa.=0.85（雙面焊對接接頭, 局部探傷）16MnR： 常溫下的許用應力 s = 170 MPa設計溫度下的許用應力 st = 170 MPa常溫度下的屈服點 ss = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 16 3 = 13 mm （2）強度校核最大允許工作壓力Pw PcPw 該貯罐強度不足9、 設計容器筒體和封頭厚度。已知內徑Di=1400mm,計算壓力pc=1.8M

13、Pa,設計溫度為40,材質為15MnVR,介質無大腐蝕性.雙面焊對接接頭,100%探傷。封頭按半球形、標準橢圓形和標準碟形三種形式算出其所需厚度,最后根據各有關因素進行分析,確定一最佳方案。【解】（1）確定參數(shù)：Di=1400mm; pc=1.8MPa; t=40; =1.0（雙面焊對接接頭,100%探傷）；C2=1mm.（介質無大腐蝕性）15MnVR：假設鋼板厚度: 616mm ，則： t =177MPa ， =177MPa ，ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設計：C1=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94壓力容器用鋼板） C=C1+C2=1.25mm. 名義壁厚：Sn

14、=S+C+圓整， S+C=7.16+1.25=8.41mm.圓整后，Sn =9mm.（3） 筒體水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn -C=9-1.25=7.75mm 試驗壓力 計算應力 應力校核 筒體水壓試驗強度足夠第五章 外壓圓筒與封頭的設計二、 判斷是非題（對者畫， 錯者畫X）1 假定外壓長圓筒和短圓筒的材質絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也不會發(fā)生彈性失穩(wěn)。 （ X ）2 18MnMoNbR鋼板的屈服點比Q235-AR鋼板的屈服點高108%，因此，用18MnMoNbR鋼板制造的外壓容器，要比用Q235-AR鋼板制造的同一設計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。 （ X ）3

15、 設計某一鋼制外壓短圓筒時，發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設計要求低10%，后改用屈服點比20g高35%的16MnR鋼板，即可滿足設計要求。 （ X ）4 幾何形狀和尺寸完全相同的三個不同材料制造的外壓圓筒，其臨界失穩(wěn)壓力大小依次為：Pcr不銹鋼 > Pcr鋁 > Pcr銅。 （ X ）5 外壓容器采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕。（ X ）三、 填空題a) 受外壓的長圓筒，側向失穩(wěn)時波形數(shù)n=（2）；短圓筒側向失穩(wěn)時波形數(shù)為n>（2）的整數(shù)。b) 直徑與壁厚分別為D，S的薄壁圓筒殼，承受均勻側向外壓p作用時，其環(huán)向應力=（PD/2S），經向應力

16、m（PD/4S），它們均是（壓）應力，且與圓筒的長度L（無）關。c) 外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為=（1）；設計外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m=（3）。d) 外壓圓筒的加強圈，其作用是將（長）圓筒轉化成為（短）圓筒，以提高臨界失穩(wěn)壓力，減薄筒體壁厚。加強圈的慣性矩應計及（加強圈）和（加強圈和圓筒有效段組合截面）。e) 外壓圓筒上設置加強圈后，對靠近加強圈的兩側部分長度的筒體也起到加強作用，該部分長度的范圍為（加強圈中心線兩側各為0.55的殼體）。四、 工程應用題A組：1、圖5-21中A，B，C點表示三個受外壓的鋼制圓筒，材質為碳素鋼，s=216MPa，E=206GPa。試回答：（1）A，B，C

17、三個圓筒各屬于哪一類圓筒？它們失穩(wěn)時的波形數(shù)n等于（或大于）幾？·B·C。CCC·AL/DoDo /SeBA圖5-21（2）如果將圓筒改為鋁合金制造（s=108MPa，E=68.7GPa），它的許用外壓力有何變化？變化的幅度大概是多少？（用比值P鋁/P銅=？表示）【解】（1）A長圓筒，L/D0值較大，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關，而與L/D0無關，失穩(wěn)時的波形數(shù)n=2。B短圓筒，臨界壓力Pcr不僅與Se/D0有關，而且與L/D0有關，失穩(wěn)時的波形數(shù)為n2的整數(shù)。 C臨界圓筒（長、 短圓筒拐點處），長度等于臨界長度，發(fā)生失穩(wěn)時的波形數(shù)為n2。（2）在圓筒幾何尺寸

18、一定情況下，P只與E有關。所以，改用鋁合金后： P鋁/P銅=Pcr鋁/Pcr銅=E鋁/E鋼=68.7/206=0.333 許用外壓力下降了66.7%。 2、有一臺聚乙烯聚合釜，其外徑為D0=1580mm，高L=7060mm（切線間長度），有效厚度Se=11mm，材質為0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力。（設計溫度為200）【解】查表得Et=1.84×105MPa 該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力取m=3，P=Pcr/m=0.42/3=0.14MPa聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPa4、試設計一臺氨合成塔內筒的厚度，已知內筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材

19、質為0Cr18Ni9Ti，內筒壁溫最高可達450，合成塔內系統(tǒng)的總壓力降為0.5MPa?！窘狻恳阎狣0=410mm, L=4000mm, Et=1.64×105MPa, 計算外壓Pc=0.5MPa（1）假設塔內筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mm L/D0=9.76 D0/Se=68.3（2）求A值 查圖5-5 得A= 0.0026（3）求B值 查圖5-12 得B=88MPaPc=0.5MPa, PcP，說明假設的Sn=8mm偏大。（1）重新假設 Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D0=9.76 D0/Se=102.5（2）求A

20、值 查圖5-5 得A= 0.0014（3）求B值 查圖5-12 得B=78MPaPc=0.5MPa, PcP，且較接近，故取Sn=6mm合適該內筒采用Sn=6mm的0Cr18Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。6、 有一臺液氮罐，直徑為Di=800mm，切線間長度L=1500mm，有效厚度Se=2mm，材質為0Cr18Ni9Ti，由于其密閉性能要求較高，故須進行真空試漏，試驗條件為絕對壓力10-3mmHg，問不設置加強圈能否被抽癟？如果需要加強圈，則需要幾個？【解】確定計算外壓力： 真空度=大氣壓-絕壓=760-10-3=759.99 mmHg 查表得：Et=1.95×105MPa（

21、1） 取壁厚附加量C=2mm，有效厚度Se=2mm，則名義厚度Sn= Se+C=2+2=4mm D0= Di+2Sn=800+8=808mm L/D0=1.86 D0/Se=404 （2）求A值 查圖5-5 得A= 0.000085（3）求B值 查圖5-12 A點落在曲線左側，計算B值： Pc>P 不設置加強圈會被抽癟（4）設置加強圈 所需加強圈最大間距加強圈個數(shù)：取整，n=3 需設三個加強圈（5）驗算設三個加強圈，則：Le=L/4=1500/4=375mm Le/D0=0.464 D0/Se=404查圖5-5 得A=0.00035， 查圖5-12，得B=45MPa因為PcP，且十分接近

22、，故至少需設三個加強圈。第六章 容器零部件二、填空題：A組：1 法蘭聯(lián)接結構，一般是由（聯(lián)接）件，（被聯(lián)接）件和（密封元）件三部分組成。2 在法蘭密封所需要的預緊力一定時，采取適當減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個數(shù)）的辦法，對密封是有利的。3 提高法蘭剛度的有效途徑是1（增加法蘭厚度） 2（減小螺栓作用力臂） 3（增加法蘭盤外徑）。4 制定法蘭標準尺寸系列時，是以（16MnR）材料，在（200）時的力學性能為基礎的5 法蘭公稱壓力的確定與法蘭的最大（操作壓力），（操作溫度）和（法蘭材料）三個因素有關。6 臥式容器雙鞍座的設計中，容器的計算長度等于（筒體）長度加上兩端凸形封頭曲面深度的（2/3）。

23、7 配有雙按時制作的臥室容器，其筒體的危險截面可能出現(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。8 臥式容器雙鞍座的設計中，筒體的最大軸向總應力的驗算條件是：軸向應力應為（拉 t）軸向壓力應為（壓 t）和（軸向許用壓縮應力ac的較小值）B組：1 采用雙鞍座時，為了充分利用封頭對筒體臨近部分的加強作用，應盡可能將支座設計的靠近封頭，即A(0.25)D0,且A不大于（0.2）L2 在鞍坐標準規(guī)定的鞍座包角有=（120°） 和=（150°）兩種。3 采用補強板對開孔進行等面積補強時，其補強范圍是：有效補強寬度是（）外側有效補強高度是（min ）內側有效補強高度是（min ）4 根據等面積補強原則，必須使開孔削弱的截面積AAe=(殼體有效厚度減去計算厚度之外的多