化工機械基礎習題答案

1、化工設備機械基礎習題解答 第一章 化工設備材料及其選擇一. 名詞解釋A組：1.蠕變：在高溫時，在一定的應力下，應變隨時間而增加的現(xiàn)象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻Φ淖饔孟轮饾u產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。2.延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長的長度與原始長度之比的百分率。3.彈性模數(shù)(E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應力和應變成正比，即=E,比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。4.硬度：金屬材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力。5.沖擊功與沖擊韌性：沖擊功是沖擊負荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動載荷突然襲擊時的一種及時和迅速塑性變形的能力。6.泊桑比（）：拉伸試驗中試件單位橫向收縮與單位縱向伸

2、長之比。對于鋼材，=0.3 。7.耐腐蝕性：金屬和合金對周圍介質侵蝕（發(fā)生化學和電化學作用引起的破壞）的抵抗能力。8.抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服點：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。10.抗拉強度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達到的最大應力值。B組：1.鎮(zhèn)靜鋼： 鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時用強脫氧劑 Si, Al等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成SiO2和Al2O3。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅實。 2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時用

3、弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(fā)生自脫氧反應，放出大量CO 氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結構疏松。 3.半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)部結構下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。4.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。5.低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。6.碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。7.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。8.鐵素體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。9.奧氏體：碳溶解在-

4、Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。10.馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在鐵中過飽和的固溶體。C. 1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱,保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理,化學與機械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2.正火：將加熱到臨界點以上的一定溫度，保溫一段時間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來，冷卻速度比退火快，因而晶粒細化。 3.退火：把工件加熱到臨界點以上的一定溫度，保溫一段時間，然后隨爐一起冷卻下來，得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。4.淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點以3050oC）并保溫一定時間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理

5、工藝。淬火可以增加工件的硬度、強度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝。回火可以降低和消除工件淬火后的內(nèi)應力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術上所要求的性能。6.調(diào)質：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強度、韌性、塑性等機械性能都較好時，一般采用調(diào)質處理。7.普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質較多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素結構鋼的牌號由代表鋼材屈服點的字母、屈服點數(shù)值、材料質量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成，例如： Q235A·F。8.優(yōu)質碳素鋼：含硫,磷等較少（含硫S、磷P均0.04%），非金屬雜質少，組織均勻，表面質量較

6、好。9.不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強烈腐蝕性介質的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。10.鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對其性能要求也較高。D. 1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設備的操作條件較復雜，制造技術要求比較嚴格，對壓力容器用鋼板有比較嚴格的要求。2.耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強且強度大。3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20以下）會變脆，沖擊韌性會顯

7、著下降。因此用作低溫場合的鋼要求具有良好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性的鋼。4.腐蝕速度：評定金屬的腐蝕有兩種方法。（1） 根據(jù)重量評定金屬的腐蝕的速度。它是通過實驗的方法測出金屬試件在單位表面積、單位時間腐蝕引起的重量變化。即：（g/m2·h）K：腐蝕速度，g/cm2·h；p0：腐蝕前試件的重量，g；p1：腐蝕后試件的重量，g；F： 試件與腐蝕介質接觸的面積，m2； t ： 腐蝕作用的時間， h；（2） 根據(jù)金屬的腐蝕深度評定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速度時，沒有考慮金屬的相對密度，因此當重量損失相同時，相對密度不同的金屬其截面的尺寸的減少則不

8、同。為了表示腐蝕前后尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度。即： （mm/a） 式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a； ：金屬的相對密度，g/cm3。5.化學腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質溶液發(fā)生 化學作用引起的腐蝕?；瘜W腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學腐蝕：金屬與電解質溶液間產(chǎn)生電化學作用而引起的破壞，其特點是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。7.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機械強度和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)象。8.晶間腐蝕：一種局部的,選擇性的破壞。9.應力腐蝕：金屬在腐蝕性介質和拉應力的共同作用下產(chǎn)生

9、的一種破壞形式。10.陰極保護：把盛有電解質的金屬設備和直流電源負極相連，電源正極和一輔助陽極相連。當電路接通后，電源便給金屬設備以陰極電流，使金屬的電極電位向負向移動，當電位降至陽極起始電位時，金屬設備的腐蝕即停止。二. 指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量組鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-A·F普通碳素甲類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-A普通碳素甲類鋼A:甲類鋼20g優(yōu)質碳素結構鋼0.2%g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼0.16%<1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo<1.5%16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn

10、:<1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5%0Cr13鉻不銹鋼<0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5%00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼<0.03%Cr:19%;Ni:10%B組：鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-B普通碳素乙類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-AR普通碳素甲類容器鋼R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:<1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18Mn

11、MoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:<1.5%09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:<1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:<!.5%2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr13%12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49%;Ti:<1.5%三、選擇材料設備介質設計溫度/設計壓力/MPa供選材料應選材料氨合成塔外筒氮、氫、少量氨200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-A

12、3;F ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水801200.2Q235-A·R ，1Cr18Ni9Ti，銅，鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹脂漆浸漬的不透性石墨Q235-A·R+銅襯里溶解乙炔氣瓶蒸壓釜水蒸汽20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高溫高壓廢熱鍋爐的高溫氣側殼體內(nèi)襯轉化氣（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）89010003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-A

13、83;R，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20第二章 容器設計的基本知識一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級范圍溫度分級溫度范圍（ºC）壓力分級壓力范圍(Mpa)常溫容器20ºC 200ºC低壓容器0.1P1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6P10高溫容器壁溫達到材料蠕變溫度高壓容器10P100低溫容器壁溫低于20ºC超高壓容器P100淺冷容器壁溫在20ºC至40ºC之間真空容器器外一個大氣壓，內(nèi)部為真空或低于常壓深冷容器壁溫低于40ºC二、 指出下列容器屬于一、二、三類容器

14、的哪一類A組：序號容器（設備）及條件類別11500，設計壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐三2設計壓力為0.6MPa，容積為1m3的氯化氫氣體貯罐三32000，容積為20 m3的液氨貯罐三4壓力為10Mpa，容積為800立升的乙烯貯罐三5設計壓力為2.5Mpa的糖玻璃容器三B組：序號容器（設備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質的容器三2800，設計壓力為0.6Mpa，介質為非易燃和無毒的管殼式余熱鍋爐二3用抗拉強度規(guī)定值下限為=620Mpa材料制造的容器三4工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔三5汽車罐車和鐵路罐車三三、 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（

15、 內(nèi)）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(nèi)壓薄壁容器的應力分析一、 名詞解釋A組： 薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器。 回轉殼體：殼體的

16、中間面是直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸線旋轉360°而成的殼體。 經(jīng)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(jīng)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(nèi)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，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應力就自動限制。二、 判斷題（對者畫，錯著

17、畫）A組：1.下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)壓力作用，哪些能用薄膜理論求解壁內(nèi)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(nèi)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(nèi)壓薄壁圓筒的兩向應力與壁厚成反比，當材質與介質壓力一定時，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應力總是小于壁厚小的容器。

18、（×）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(nèi)介質壓力，只充滿液體，因為圓筒內(nèi)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。（×

19、）三、 指出和計算下列回轉殼體上諸點的第一和第二曲率半徑A組：1、 球殼上任一點 2、圓錐殼上之M點 3、碟形殼上之連接點A與BA 點： 在球殼上：在弧面上：B 點： 在弧面上：在圓柱殼上：B組：1.圓柱殼上任一點2.圓錐殼與柱殼的連接點A及錐頂點B四、 計算下列各種承受氣體均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉殼體上諸點的薄膜應力。A組：1.球殼上任一點，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。2.圓錐殼上之A點和B點，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。3.橢球殼上之A，B，C點，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B點處坐標x=6

20、00mm。 標準橢圓形封頭五、 工程應用題1.某廠生產(chǎn)的鍋爐汽包，其工作壓力為2.5Mpa，汽包圓筒的平均直徑為816 mm，壁厚為16 mm，試求汽包圓筒壁被的薄膜應力?！窘狻?P=2.5Mpa D=816mm S=16mm 屬薄壁容器2.有一平均直徑為10020 mm的球形容器，其工作壓力為0.6Mpa，厚度為20 mm，試求該球形容器壁內(nèi)的工作壓力是多少?！窘狻?P=0.6Mpa D=10020mm S=20mm 屬薄壁容器3.有一承受氣體內(nèi)壓的圓筒形容器，兩端封頭均為橢圓形封頭，已知：圓筒平均直徑為2030 mm，筒體與封頭厚度均為30 mm，工作壓力為3Mpa，試求； 圓筒壁內(nèi)的最大

21、工作壓力； 若封頭橢圓長，短半軸之比分別為，2，2.5時，計算封頭上薄膜應力的的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?1) 圓筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm 屬薄壁容器最大工作應力：（2）橢球： 在x=0，y=b,（頂點處）有最大值 ，在x=0,y=b處（頂點處） 在x=a,y=0點（邊緣處） ，在x=0,y=b處（頂點處）在x=a,y=0點（邊緣處）第四章 內(nèi)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

22、;水壓試驗壓力pT=(2.2 )MPa.2. 有一帶夾套的反應釜,釜內(nèi)為真空,夾套內(nèi)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(nèi)壓)pc=( 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 )M

23、Pa.4. 標準碟形封頭之球面部分內(nèi)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(nèi)直徑的( 0.15 )%;K>1時,Se應不小于封頭內(nèi)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S

24、min=( 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(jù)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(jīng)”失效”. ( )3. 安全系數(shù)是一個不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學技術發(fā)展的總趨勢,安全系數(shù)將逐漸變小

25、. ( )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)的相當應力. ( ）四、 工程應用題A組：1、 有一DN2000mm的內(nèi)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=

26、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(nèi)壓薄壁容器,內(nèi)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(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5105,工作壓力為1.6MPa

27、,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, 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(nèi)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

28、.8+0.8=15.6mm.圓整后，Sn =16mm.（3） 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(nèi)徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計算壓力為pc=2.5MPa,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?！窘狻浚?）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

29、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(nèi)徑Di=1400mm,計算壓力pc=1.8MPa,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(jù)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.

30、（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=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（4）封頭厚度設計半球形封頭： C1=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94壓力容器用鋼板

31、）C=C1+C2=1.25mm. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=3.57+1.25=4.82mm.圓整后，Sn =5mm.標準橢圓封頭： 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=7.1+1.25=8.35mm.圓整后，Sn =9mm.標準碟形封頭：名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=9.4+1.25=10.65mm.圓整后，Sn =11mm.從計算結果看，最佳方案是選用標準橢圓封頭。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

32、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 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，

33、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(jīng)向應力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

34、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

35、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

36、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(nèi)筒的厚度，已知內(nèi)筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材質為0Cr18Ni9Ti，內(nèi)筒壁溫最高可達450，合成塔內(nèi)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(nèi)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=8

37、8MPaPc=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(nèi)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

38、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（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

39、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，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

40、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）。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°）

41、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(nèi)側有效補強高度是（min ）4 根據(jù)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余面積)A1+(接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積)A2+(焊縫金屬截面積)A3。5 采用等面積補強時，當筒體徑Di1500mm時，須使開孔最大直徑d(1/2)Di,且不得超過（520）mm.當筒體直徑Di,>1500mm時，須使開孔最大直徑d( 1/3)Di,且不得超過（1000）。6 現(xiàn)行標準中規(guī)定的圓形人孔公稱直徑有DN(400)m

42、m, DN(450)mm, DN(500)mm, DN(600)mm等四種。7 現(xiàn)行標準中規(guī)定，橢圓形人孔的尺寸為（400）×（250）mm與（380）×（280）mm。8 現(xiàn)行標準中規(guī)定的標準手孔的公稱直徑有DN(150mm)和DN(250mm)兩種。三、是非判斷題1 法蘭密封中，法蘭的剛度與強度具有同等重要的意義。(×)2 在法蘭設計中，如欲減薄法蘭的厚度t，則應加大法蘭盤外徑D0,加大法蘭長徑部分尺寸和加大臂長度。(×)3 金屬墊片材料一般并不要求強度高，為要求其軟韌，金屬墊片主要用于中高溫和中高壓的法蘭聯(lián)接密封。()4 法蘭連接中，預緊密封比壓大

43、，則工作時可有較大的工作密封比壓，有利于保證密封。所以預密封比壓越大越好。(×)5 正壓操作的盛裝氣體（在設計溫度下不冷凝）的圓筒形處貯罐，采用雙鞍式支座支承時，可以不必驗算其軸向的拉應力。(×)四、工程應用題A 組：1 選擇設備法蘭密封面型式及墊片介質 公稱壓力PN 介質溫度 適宜密封面型式 墊片名稱及材料（MPa） 丙 烷 1.0 150 平形 耐油橡膠石棉墊/耐油橡膠石棉板蒸 汽 1.6 200 平形 石棉橡膠墊/中壓石棉橡膠板液 氨 2.5 50 凹凸或榫槽 石棉橡膠墊圈/中壓石棉橡膠板氫 氣 4.0 200 凹凸 纏繞式墊圈/08(15)鋼帶-石棉帶 2 試為一精

44、餾塔配塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭及出料口接管法蘭。已知條件為：塔體內(nèi)徑800mm,接管公稱直徑100mm，操作溫度300，操作壓力0.25MPa,材質Q 235-AR。繪出法蘭結構圖并注明尺寸?！窘狻?（1） 塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭容器法蘭根據(jù)該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯(lián)接的法蘭應該選用甲型平焊法蘭。根據(jù)操作溫度、設計壓力和使用材料，由表6-4可知應按法蘭的公稱壓力為0.6MPa來選擇尺寸。由附錄十四表32查得法蘭各部尺寸，并繪注于圖1中。由表6-1可采用平面密封面，墊片材料為石棉橡膠板，寬度從表6-3中查得值為20mm。聯(lián)接螺栓為20，共24個，材料由表6-6查得為35。螺母材料為

45、235-。（2）出料口接管法蘭管法蘭根據(jù)計算壓力、法蘭材質和工作溫度查附錄十五表34，確定接管法蘭的公稱壓力為0.25 MPa；根據(jù)公稱壓力、公稱直徑按表6-10確定法蘭類型和密封面型式為突面板式平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592 法蘭 PL100-0.25 RF Q235-A。根據(jù)公稱壓力、工作溫度由附錄十五表35查得墊片選用石棉橡膠墊圈，螺栓、螺柱材質為35。由表36得法蘭各部尺寸及螺栓、螺柱規(guī)格，并繪于圖2中。 圖 1甲型平焊法蘭（容器法蘭）（法蘭-RF 800-0.6 JB4702-92） 圖 2突面板式平焊管法蘭（HG20592 法蘭 PL100-0.25 RF Q235-A）6有

46、一臥式圓筒形容器，DN=3000mm，最大重量為100噸，材質為16MnR，選擇雙鞍式支座標準。【解】每個支座上的載荷根據(jù)承受載荷與公稱直徑查附錄十六，應選用輕型（A型）120°包角帶墊板鞍座。JB/4712-92 鞍座 A3000-FJB/4712-92 鞍座 A3000-S鞍座材料 Q235-AF 墊板材料16MnR 允許載荷Q=786KN鞍座高度： 腹板:底版： 筋板： 墊板：9有一89×6的接管，焊接于內(nèi)徑為1400mm，壁厚為16mm的筒體上，接管材質為10號無縫鋼管，筒體材料16MnR，容器的設計壓力1.8Mpa，設計溫度為250，腐蝕裕量2mm，開孔未與筒體焊

47、縫相交，接管周圍20mm內(nèi)無其他接管，試確定此開孔是否需要補強？如需要，其補強圈的厚度應為多少？畫出補強結構圖。【解】由表16-1查得16MnR（厚度）在250下的=Ma，10號鋼管在250下=92Ma，取=1殼體計算壁厚：接管計算壁厚：殼體與接管的壁厚附加量取C=mm 則開孔直徑：殼體的名義壁厚： 殼體的有效壁厚： 接管的名義壁厚： 接管的有效壁厚： 接管有效補強寬度：接管外側、內(nèi)側有效補強高度：強度削弱系數(shù)：需要補強金屬面積：可作為補強的金屬面積：焊縫按R=8計算，則可作為有效補強的金屬截面積： 因為AeA，所以需要另加補強。另加補強面積：用補強圈補強結構，補強材料與殼體材料相同為16Mn

48、R，厚度與筒體壁厚相同為16mm。第七章 管殼式換熱器的機械設計一、 思考題1 衡量換熱器好壞的標準大致有哪些？答：傳熱效率高，流體阻力小，強度足夠，結構可靠，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。2 列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點？答：如下表1所示： 表 1列管式換熱器種類優(yōu) 點缺 點固定管板式結構較簡單，造價較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。管外清洗困難；管殼間有溫差應力存在；當兩種介質溫差較大時必須設置膨脹節(jié)。浮頭式一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應力；管束可抽出，便于清洗。結構較復雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查；管束與管體間隙較大，影響

49、傳熱。填料函式管束一端可自由膨脹；造價比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時發(fā)現(xiàn)。殼程內(nèi)介質有外漏的可能；殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質。U型管式只有一個管板；管程至少為兩程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，結構不緊湊，管外介質易短路，影響傳熱效果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。3 列管式換熱器機械設計包括哪些內(nèi)容？答：殼體直徑的決定和殼體壁厚的計算；換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；管板尺寸確定；管子拉脫力的計算；折流板的選擇與計算；溫差應力計算。此外還應考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補強等。4 我國常用于列管式換熱器的無縫鋼管規(guī)格有哪些？通常規(guī)定換

50、熱管的長度有哪些？答：我國管殼式換熱器常用無縫鋼管規(guī)格（外徑×壁厚），如下表2所示。換熱管長度規(guī)定為：1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 4500mm, 5000mm, 6000mm, 7500mm, 9000mm, 12000mm。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比，一般在425之間，常用的為610。立式換熱器，其比值多為46。表 2 換 熱 管 規(guī) 格（mm）碳鋼低合金鋼19×225×2.532×338×3不 銹 鋼19×225×232×2.538×2.55 換熱管在管板上有哪幾種固定方式？各適用范圍如何？答：固定方式有三種：脹接、焊接、脹焊結合。脹接：一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力不超過4.0MPa，設計溫度在350以下，且無特殊要求的場合。焊接：一般用在溫度壓強都較高的情況下，并且對管板孔加工要求不高時。脹焊結合：適用于高溫高壓下，連接接頭在反復的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無法克服焊接的“間隙腐蝕” 和“應力腐蝕”的情況下。6 換熱管脹接于管板上時應注意什么？脹接長度如何確定？答：采用脹接時，管板硬度應比管端硬度高，以保證脹接質量。這