化工機(jī)械基礎(chǔ)第三篇習(xí)題

1、第三篇 習(xí)題1、DN2000的內(nèi)壓薄壁圓筒，壁厚n=22mm，壁厚附加量為C=2mm，承受的最大氣體壓力P=2MPa，焊接接頭系數(shù)=0.85，試求筒體的最大應(yīng)力。解：Di=2000mm，n=22mm，C=2mm，P=2MPa，=0.85，e=22-2=20mm。 那么pa。提示：此題亦可以根據(jù)最大許可承壓計(jì)算公式得出，此時(shí)Pw=2MPa2. 某化工廠反響釜，內(nèi)徑為1600mm。工作溫度為5105，工作壓力為1.6MPa，釜體材料用0Crl8Ni9。采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，凸形封頭上裝有平安閥，試計(jì)算釜體壁厚。 解：Di=1600mm。查附表6，0Crl8Ni9在105時(shí)的，其許用應(yīng)力1

2、05=137MPa。查表10-9，采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，故取。介質(zhì)對不銹鋼腐蝕極微，取C2=0。因裝平安閥，1.6=1.76MPa。根據(jù)式10-12估計(jì)n=8-25mm。查表10-10，取C1=。那么 n=d+C1=12.18+0.8=，圓整后取n=13mm3. 材料為20的無縫鋼管，規(guī)格為573.5，求在室溫和400時(shí)，各能耐多大的壓力，按不考慮壁厚附加量和C=兩種情況計(jì)算。 解：D0=57mm，n=，那么Di=D0-2n=57-23.5=50mm。查附表7，20鋼管在室溫時(shí) =130MPa,在400時(shí)的400=86MPa。無縫鋼管=1（1） 不考慮壁厚附加量室溫時(shí)400時(shí)（2）

3、考慮壁厚附加量室溫時(shí)400時(shí)4. 今欲設(shè)計(jì)一臺(tái)反響器，直徑為3000mm，采用雙面對接焊縫，100探傷。工作壓力為18MPa，工作溫度450，試用20R和16MnR兩種材料分別設(shè)計(jì)反響器的厚度，并作分析比擬。 解：Di=3000mm， t=450， Pc1.8=1.98MPa，=1，C2=2mm腐蝕很小，取1，腐蝕較嚴(yán)重，取2mm，一般單面腐蝕1采用20R 450=61MPa，代入公式得5分鋼板負(fù)偏差取C1=1.2mm，圓整后n=50mm2采用16MnR 450=66MPa，代入公式得鋼板負(fù)偏差取C1=，圓整后n=46mm比擬兩種材料設(shè)計(jì)反響器厚度可知，16MnR比20R節(jié)省材料。 5. 乙烯

4、貯罐，內(nèi)徑1600mm，壁厚16mm，設(shè)計(jì)壓力為25MPa，工作溫度-35，材料為16MnR 。采用雙面對接焊，局部無損探傷，壁厚附加量C，試校核強(qiáng)度。 解：內(nèi)徑Di=1600mm，n=16mm。e=n-C=16-1.5=。 P=2.5MPa。16MnR在20時(shí)的許用應(yīng)力 20=170MPa。取。那么設(shè)計(jì)溫度下筒體的計(jì)算應(yīng)力為： 20=因t 20所以，容器的強(qiáng)度是足夠的。6. 設(shè)計(jì)容器筒體和封頭壁厚。內(nèi)徑1200mm，設(shè)計(jì)壓力1.8MPa，設(shè)計(jì)溫度40，材質(zhì)為20R，介質(zhì)無大腐蝕性。雙面對接焊縫，100探傷。討論所選封頭的形式。 解：Di=1200mm，20R在40時(shí)的許用應(yīng)力40=133MP

5、a。C2=1mm。=（1） 設(shè)計(jì)筒體壁厚取C1=。那么 n=d+C1=9.18+0.8=，圓整取n=10mm2設(shè)計(jì)封頭壁厚選擇橢圓形封頭，材料與操作條件均與筒體相同。取C1=估計(jì)壁厚10mm，圓整后取n=10mm，與筒體同。-設(shè)計(jì)容器筒體和封頭壁厚。內(nèi)徑1200mm，設(shè)計(jì)壓力1.8MPa，設(shè)計(jì)溫度40，材質(zhì)為20R，介質(zhì)無大腐蝕性，雙面對接焊縫，100%探傷。討論所選封頭形式。15分20R在40下=133MPa解：Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40=133MPa，=1，C2=1mm。 2分1設(shè)計(jì)容器筒體壁厚4分鋼板負(fù)偏差取C1=，圓整后n=10mm2設(shè)計(jì)容器封頭壁厚從

6、工藝操作要求考慮，對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上應(yīng)對各種凸形封頭進(jìn)行計(jì)算、比擬后，再確定封頭型式。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重量輕，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深度可通過過渡半徑r加以調(diào)節(jié)，適合于加工，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比擬容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 3分根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚公式：4分 把數(shù)據(jù)代入公式，得2分 考慮鋼板厚度負(fù)偏差，取C1=，圓整后用n=10mm -7. 某工廠脫水

7、塔塔體內(nèi)徑為Di700mm。壁厚為n12mm，工作溫度為180。壓力為2MPa。材質(zhì)為20R。塔體采用手工電弧焊，局部探傷，壁厚附加量為C2mm，試校核塔體工作與水壓試驗(yàn)強(qiáng)度。 解：Di700mm，n12mm，C=2mm。e=nC10mm，P=2MPa，20R在180時(shí)的許用應(yīng)力180=pa，=塔體內(nèi)徑小，只能單面焊，設(shè)計(jì)溫度下塔體的計(jì)算應(yīng)力為： 180=因t 180所以，塔體的強(qiáng)度是足夠的。水壓試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)壓力水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力為20R的s=245MPa，0.9s=0.9，因T故水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。復(fù)習(xí)內(nèi)插法：【參考題】某化工廠脫水塔塔體內(nèi)徑為Di=700mm，壁厚為n=12mm，工作溫度為t=

8、180，工作壓力為Pw=2MPa，材料為0Cr18Ni9，塔體采用手工電弧焊，局部探傷，試校核塔體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度。0Cr18Ni9在150以下 =137MPa，在200下=130MPa，常溫下s=240MPa解：Di=700mm，設(shè)計(jì)溫度t=180，設(shè)計(jì)壓力Pc2=2.2MPa，壁厚n=12mm，材料許用應(yīng)力 180=132.8MPa，焊接接頭系數(shù)=0.8，鋼板負(fù)偏差C1=，腐蝕裕量C2=0mm。根據(jù)水壓試驗(yàn)應(yīng)力公式 e=n-C1-C2=12-0.8-0= 代入得 Ts 水壓試驗(yàn)時(shí)滿足強(qiáng)度要求。8. 有一長期不用的反響釜，經(jīng)實(shí)測內(nèi)徑為1200mm，最小壁厚為10mm，材質(zhì)為Q235-A，縱向焊縫

9、為雙面對接焊，是否曾作探傷不清楚，今欲利用該釜承受1MPa的內(nèi)壓力，工作溫度為200，介質(zhì)無腐蝕性，裝設(shè)平安閥，試判斷該釜能否在此條件下使用。 解：Di=1200mm，n10mm，=0.85， 200=105MPa，C2=0，取C1=，e=nC1C2=10-0.8=。設(shè)計(jì)溫度下反響釜的計(jì)算應(yīng)力為： 180=因t 200所以，該釜強(qiáng)度是足夠的，能在此條件下使用的。9. 有一臺(tái)聚乙烯聚合釜，外徑1580mm，高7060mm，壁厚11mm，材質(zhì)為0Crl8Ni9，試確定釜體的最大允許外壓力許用外壓。(設(shè)計(jì)溫度為200。) 解：外徑Do=1580mm，L=7060mm，壁厚n=11mm，設(shè)計(jì)溫度t=2

10、00，設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量Et=184000MPa， C1=， C2=0mm，那么釜體有效厚度e=n- C1- C2=110=10.2mm根據(jù)臨界長度公式：因?yàn)長Lcr，所以此聚合釜為短圓筒根據(jù)短圓筒的臨界壓力公式許用外壓：10. 今欲設(shè)計(jì)一臺(tái)常壓薄膜蒸發(fā)枯燥器，內(nèi)徑為500mm，其外裝夾套的內(nèi)徑為600mm，夾套內(nèi)通0.53MPa的蒸汽，蒸汽溫度為160，枯燥器筒身由三節(jié)組成，每節(jié)長1000mm，中間用法蘭聯(lián)接。材質(zhì)選用Q235-A，夾套焊接條件自定。介質(zhì)腐蝕性不大，試確定枯燥器及其夾套的壁厚。 解略11. 設(shè)計(jì)一臺(tái)縮聚釜，釜體內(nèi)徑 1000mm，釜身高度為700mm，用0Crl8Ni9

11、鋼板制造。釜體夾套內(nèi)徑為1200mmPa的氮?dú)?。釜?nèi)物料溫度275，夾套內(nèi)載熱體最大壓力為0.2MPa。整個(gè)釜體與夾套均采用帶墊板的單面手工對接焊縫，局部探傷，介質(zhì)無腐蝕性，試確定釜體和夾套壁厚。 解略【參考題】設(shè)計(jì)一臺(tái)縮聚釜，釜體內(nèi)徑為1000mm，釜身高度為700mm，用厚度為5mm、7mm、9mm的0Cr18Ni9鋼板制造。釜體夾套內(nèi)徑為1200mm，用Q235-A鋼板制造。該釜開始是常壓操作，然后抽低真空，繼之抽高真空，最后通0.5MPa的氮?dú)?。釜?nèi)物料溫度低于275，夾套內(nèi)載熱體最大壓力為0.3MPa。整個(gè)釜體與夾套均采用帶墊板的單面手工對接焊縫，局部探傷，介質(zhì)無腐蝕性，試確定釜體和

12、夾套壁厚。20分0Cr18Ni9在250下=122MPa，在300下=114MPa；Q235-A在250下=94MPa，在300下=86MPa解： 1設(shè)計(jì)釜體厚度Di=1000mm，L=700mm，t=275，Po=0.3MPa，=0.8，材料為0Cr18Ni9鋼板n分別為5mm、7mm、9mm，它們的鋼板負(fù)偏差C1分別為、，腐蝕裕量C2=0mm。 那么鋼板有效厚度e分別為、和 1當(dāng)n=5mm時(shí) L/Do=700/1000+25=0.69 Do/e10-4，再查圖得，A值所在點(diǎn)落在材料溫度線的右方，故 B=53MPa P=Be/Do=53/224.44=0.24MPaPo2當(dāng)n=7mm時(shí) L/

13、Do=700/1000+27=0.69 Do/e10-3，再查圖得，A值所在點(diǎn)落在材料溫度線的右方，故 B=63MPa P=Be/Do=63/158.44=0.40MPaPo3當(dāng)n=9mm時(shí) L/Do=700/1000+29=0.69 Do/e10-3，再查圖得，A值所在點(diǎn)落在材料溫度線的右方，故 B=67MPa P=Be/Do=67/124.15=0.54MPaPo所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造這臺(tái)縮聚釜。 另外，需要對n=7mm的縮聚釜進(jìn)行內(nèi)壓強(qiáng)度校核。Di=1000mm，Pc0.5=0.55MPa，t=275， =118MPa內(nèi)插法，=0.8，e=那么 所以，這臺(tái)縮聚釜可

14、以采用7mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造2設(shè)計(jì)夾套厚度Di=1200mm，Pc0.3=0.33MPa，t=275， =90MPa內(nèi)插法，=0.8，C2=0mm2分取C1=，圓整后n=3mm所以，夾套厚度3mm12. 今有一直徑為640mm，壁厚為4mm、筒長5000mm的容器，材料為Q235-A，工作溫度為200，試問該容器能承受0.1MPa外壓？如不能承受，應(yīng)加幾個(gè)加強(qiáng)箍？ 解：Di=640mm，n=4mm，L=5000mm，t=200，P=0.1MPa，Et105MPa，C1=，C2=2mm，200下Q235-A含碳量0.22%105MPa，e=n C1C2=42= LcrL，故該容器為短

15、圓筒 由于PP，容器不能承受0.1MPa外壓，所以需要加加強(qiáng)箍 13個(gè) 所以應(yīng)該加13個(gè)加強(qiáng)箍。13. 試設(shè)計(jì)一中間試驗(yàn)設(shè)備輕油裂解氣廢熱鍋爐汽包筒體及標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚，并畫出封頭草圖，注明尺寸。己知設(shè)計(jì)條件為：設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度為350，汽包內(nèi)徑450mm，材質(zhì)為16MnR，筒體帶墊板，單面對接焊縫，100探傷。 解：，Di=450mm，假設(shè)厚度6-16mm，16MnR在350時(shí)的許用應(yīng)力350=134MPa，=，C2=2mm。取C1=0.5mm，那么取n=5mm橢圓形封頭,整體沖壓取=1考慮鋼板負(fù)偏差，并考慮焊接方便，取n=6mm與筒體同。14. 試設(shè)計(jì)一反響釜錐形底的壁厚，該釜內(nèi)徑為800mm，錐底接一公稱直徑DN150(外徑為159mm)的接管。錐底半頂角為45，釜的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，工作溫度為40，釜頂裝有平安閥，介質(zhì)無大腐蝕性，材質(zhì)為Q235-A。 解：由于半頂角30i，r=120mm。整個(gè)封頭取同一厚度，錐體厚度按下式計(jì)算：2分查表得f=0.645，Pc=1.6MPa，Di=800mm，=113MPa，=1.0采用雙面對接焊縫，全部無損探傷，C2=1mm，代