化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課后答案

1、頁(yè)眉化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第一篇 : 化工設(shè)備材料第一章化工設(shè)備材料及其選擇一. 名詞解釋組：1.蠕變：在高溫時(shí)， 在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻?yīng)力的作用下逐漸產(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(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比的百分率。3.彈性模數(shù) (E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即=E ,比例系數(shù)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(fù)荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。泊桑比（）：拉伸試驗(yàn)中試件

2、單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。對(duì)于鋼材，=0.3 。7.耐腐蝕性：金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕 （發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)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(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。1/631頁(yè)眉抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過(guò)程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值。組：1.鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時(shí)用強(qiáng)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(lái)，生成 SiO 2 和 Al 2O 3。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

3、，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時(shí)用弱脫氧劑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(yīng)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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

4、在 -Fe 中所形成的固溶體叫鐵素體。9.奧氏體：碳溶解在 -Fe 中所形成的固溶體叫奧氏體。馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來(lái)，得到一種碳原子在鐵中2/632頁(yè)眉過(guò)飽和的固溶體。C.1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過(guò)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(xué)與機(jī)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(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來(lái)，冷卻速度比退火快，因而晶粒細(xì)化。3.退火：把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間， 然后隨爐一起冷卻下來(lái)，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(diǎn)以3

5、0 50oC ）并保溫一定時(shí)間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再進(jìn)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(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。6.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時(shí)，一般采用調(diào)質(zhì)處理。7. 普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求S0.055% ， P0.045% 。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成，例如：Q235 AF。8.優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含

6、硫 ,磷等較少（含硫 S、磷 P 均0.04% ），非金屬雜質(zhì)少，3/633頁(yè)眉組織均勻，表面質(zhì)量較好。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(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。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(shè)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(duì)其性能要求也較高。D.1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格，對(duì)壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的要求。2.耐熱鋼：能耐高溫

7、的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（ -20 以下）會(huì)變脆，沖擊韌性會(huì)顯著下降。因此用作低溫場(chǎng)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(píng)定金屬的腐蝕有兩種方法。（1）根據(jù)重量評(píng)定金屬的腐蝕的速度。它是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出金屬試件在單位表面積、單位時(shí)間腐蝕引起的重量變化。即：p0 p1 （g/m 2h）F tK：腐蝕速度， g/cm 2 h；p 0 ：腐蝕前試件的重量， g ；4/634頁(yè)眉p 1 ：腐蝕后試件的重量， g ；F： 試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m 2 ；t ： 腐蝕作用的時(shí)間，h ；（2）根據(jù)金屬的腐蝕深度評(píng)定

8、金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速度時(shí)，沒有考慮金屬的相對(duì)密度， 因此當(dāng)重量損失相同時(shí)，相對(duì)密度不同的金屬其截面的尺寸的減少則不同。 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(lái)表示腐蝕速度。即：K a 24 365K8.76 K（mm/a ）1000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(duì)密度， g/cm 3。5.化學(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用引起的腐蝕。 化學(xué)腐蝕在金屬表面上， 腐蝕過(guò)程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點(diǎn)是在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。7.氫腐蝕：氫氣

9、在高溫高壓下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機(jī)械強(qiáng)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。應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。陰極保護(hù)：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負(fù)極相連，電源正極和5/635頁(yè)眉一輔助陽(yáng)極相連。當(dāng)電路接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負(fù)向移動(dòng)，當(dāng)電位降至陽(yáng)極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。. 指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量組含碳合金元素含量（ %）符號(hào)意義鋼號(hào)種類量%普通碳素F：沸騰鋼Q235-A FQ: 鋼材甲類鋼屈服點(diǎn)Q235-A普通碳素A:甲類鋼甲類鋼優(yōu)質(zhì)碳素20

10、g0.2%g:鍋爐鋼結(jié)構(gòu)鋼普通低合16Mn R0.16%1.5%R:容器鋼金鋼普通低合20MnMo0.2%MnMo1.5%金鋼普通低合16MnDR0.16%Mn:1.5%D:低溫鋼金鋼14Cr1Mo普通低合0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:1.5%6/636頁(yè)眉金鋼0Cr13鉻不銹鋼 0.08%Cr:13%奧氏體不1Cr18Ni9Ti0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5%銹鋼奧氏體不00Cr19Ni100.03%Cr:19%;Ni:10%銹鋼B 組：含碳合金元素含量（ % ）符號(hào)意鋼號(hào)種類量 %義F：沸騰Q235-B普通碳素鋼乙類鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)普通碳素R:容器Q235-AR甲

11、類容器鋼鋼16Mng普通低合0.16%Mn:1.5%g:鍋爐金鋼鋼18Nbb普通低合0.18%Nb:1.5%b:半鎮(zhèn)金鋼靜鋼18MnMoNbR普通低合0.18%Mn.Mo.Nb:1.5%金鋼7/637頁(yè)眉09MnNiDR普通低合0.09%Mn.Ni:1.5%R:容器金鋼鋼06MnNb普通低合0.06%Mn.Nb:!.5%金鋼2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr13%12Cr2Mo1普通低合0.12%Cr:1.5 2.49%;金鋼Mo:0.9 1.3%奧氏體不Cr:18%;Ni:12%;0Cr18Ni12Mo2Ti0.08%Mo:1.5 2.49%;銹鋼Ti:1.5%三、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)供選材

12、料應(yīng)選材料溫度壓力/MPa氨合成塔氮、氫、少量氨200150Cr18Ni9Ti， 18MnMoN外筒20 ，bRQ235-A F ，或18MnMoNb13MnNiMR，15MnVR,oNbR13MnNiMo8/638頁(yè)眉NbR氯化氫吸氯化氫氣體，鹽8010.2Q235-A R ， Q235-A R收塔酸，水201Cr18Ni9Ti，+ 銅襯里銅，鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹脂漆浸漬的不透性石墨溶解乙炔水蒸汽20015Q235-A ，18MnMoN氣瓶蒸壓0Cr19Ni10，bR釜20 ，16MnR ，18MnMoNbR，07MnCrMoVR高溫高壓轉(zhuǎn)化氣8903.1418MnMoNbCr25Ni

13、20廢熱鍋爐（H 2,CO2,N 2 ,CO,1000R，0Cr13 ，的高溫氣H 2O,CH 4 ,Ar ）Q235-A R，側(cè)殼體內(nèi)Cr25Ni20，襯0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14N9/639頁(yè)眉化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第二篇 : 化工容器設(shè)計(jì)第二章 容器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級(jí)范圍溫度范圍（oC）壓力范圍溫度分級(jí)壓力分級(jí)(Mpa)常溫容器20oC 200 oC低壓容器0.1 P1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6 P10高溫容器壁溫達(dá)到材料蠕變溫度高壓容器10 P100低溫容器壁溫低于 20 oC超高壓容器P100壁溫在 20 oC 至 4

14、0 o器外一個(gè)大氣淺冷容器真空容器壓，內(nèi)部為真空C 之間或低于常壓深冷容器壁溫低于 40 oC二、 指出下列容器屬于一、二、三類容器的哪一類組：序號(hào)容器（設(shè)備）及條件類別11500 ，設(shè)計(jì)壓力為 10Mpa的管殼式余熱三鍋爐10 / 6310頁(yè)眉2設(shè)計(jì)壓力為 0.6MPa ，容積為 1m 3 的氯化三氫氣體貯罐32000 ，容積為 20 m 3 的液氨貯罐三4壓力為 10Mpa ，容積為 800 立升的乙烯貯三罐5設(shè)計(jì)壓力為 2.5Mpa 的糖玻璃容器三組：序號(hào)容器（設(shè)備）及條件類別1壓力為 4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器三2800 ，設(shè)計(jì)壓力為 0.6Mpa ，介質(zhì)為非易燃和無(wú)毒二的

15、管殼式余熱鍋爐用抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限為b =620Mpa材料制造的3三容器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（內(nèi)）徑。2、無(wú)縫鋼管做筒體時(shí)，其公稱直徑是指它們的（外）徑。3、查手冊(cè)找出下列無(wú)封鋼管的公稱直徑DN 是多少毫米？規(guī)格14 325 345 3.5573.5108 4DN10204050100（mm ）11 / 6311頁(yè)眉4、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力PN 有哪些等級(jí)？PN0.250.601.01.62.54.06.4（Mpa ）5、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力PN 有哪些等級(jí)？PN0.10.250.400

16、.601.01.62.54.0（Mpa ）化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析一、名詞解釋組：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?；剞D(zhuǎn)殼體：殼體的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(zhuǎn) 360 而成的殼體。經(jīng)線：若通過(guò)回轉(zhuǎn)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(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱為無(wú)力矩理論。第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M 處經(jīng)線的曲率半徑。小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。區(qū)域平衡方程式：計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。12 / 6312頁(yè)眉邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上

17、的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階段時(shí)，彈性約束開始緩解，原來(lái)不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動(dòng)限制。二、判斷題（對(duì)者畫，錯(cuò)著畫 ）組：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(yīng)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(duì)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。（）在承受內(nèi)壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長(zhǎng)軸與筒體軸線平行。（）薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任一點(diǎn)，只要該點(diǎn)的兩個(gè)曲率

18、半徑 R R ，則該點(diǎn)的兩向應(yīng)力 m 。 （）因?yàn)閮?nèi)壓薄壁圓筒的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當(dāng)材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時(shí)，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。 （）按無(wú)力矩理論求得的應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的。（）13 / 6313頁(yè)眉組：臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿液體，因?yàn)閳A筒內(nèi)液體靜載荷不是沿軸線對(duì)稱分布的，所以不能用薄膜理論應(yīng)力公式求解。 （）由于圓錐形容器錐頂部分應(yīng)力最小，所以開空宜在錐頂部分。 （）凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對(duì)稱于旋轉(zhuǎn)軸，則殼體上任何一點(diǎn)用薄膜理論應(yīng)力公式求解的應(yīng)力都是真實(shí)的。 （）橢球殼的長(zhǎng)，短軸之比 a/b 越小，其形狀越接近

19、球殼，其應(yīng)力分布也就越趨于均勻。（）因?yàn)閺氖芰Ψ治鼋嵌葋?lái)說(shuō)，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。 （）三、指出和計(jì)算下列回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的第一和第二曲率半徑組：圖 3-291、球殼上任一點(diǎn)2、圓錐殼上之M 點(diǎn)圖圖 3-31R1R2 RR1R2Dm2 cos3、碟形殼上之連接點(diǎn)A 與 B14 / 6314頁(yè)眉A 點(diǎn)：在球殼上： A(C):R1 R2R在弧面上： A(B): R1r1 ,R2RB 點(diǎn)：在弧面上： B(A) : R1r1,R2r在圓柱殼上： B(B) : R1,R2r組：圖 3-32圖圓柱殼上任一點(diǎn)DR1,R2 2圓錐殼與柱殼的連接點(diǎn) A 及錐頂點(diǎn) BA

20、(B):R1, R2RcosB(柱):R1, R2RB :R1,R20四、計(jì)算下列各種承受氣體均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的薄膜應(yīng)力m 和。組：15 / 6315頁(yè)眉圖3-34圖圖1. 球殼上任一點(diǎn)，已知： p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm 。R1R2D10082504mm2PD21008m4S63MP4 8mPR1R2SPD63MP4S2. 圓錐殼上之 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o 。A點(diǎn):R1, R2D2 cosPD0.51010m4S cos41014.58MP0.866mPR1 R2SPD0.510102Scos2

21、1029.16MP0.866B點(diǎn) :R1, R20m03. 橢球殼上之 A，B，C 點(diǎn)，已知： p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm 。B 點(diǎn)處坐標(biāo) x=600mm 。a10105052標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭b16 / 6316頁(yè)眉a22A點(diǎn)（ x 0, y b) : R1, R2abbmPa1 1010S50.5MP20P4222B點(diǎn)：m2sb ax ( ab ) 43.3MPaP4222a42sb ax (ab ) 2a4x2 (a2b2 )27.7MPaC點(diǎn)( xa, y0) :Pa11010m2S225.25MPa20Pa1 1010S50.5MPa20五、工程應(yīng)用題1

22、. 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(yīng)力m和?！窘狻?P=2.5MpaD=816mmS=16mmS160.0196 0.1屬薄壁容器D816PD2.581631.875MPam4S416PD2.581663.75MPam2S216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?！窘狻縋=0.6MpaD=10020mmS=20mmS200.0019960.1屬薄壁容器D1002017 / 6317頁(yè)眉mPD0.61

23、002075.15MPa4S420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)的最大工作壓力；若封頭橢圓長(zhǎng)，短半軸之比分別為2 ，2 ，2.5 時(shí)，計(jì)算封頭上薄膜應(yīng)和力的m的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?(1)圓筒 P=3MpaD=2030mmS=30mmS300.0148 0.1屬薄壁容器D2030PD2203050.75MPm4S430PD22030最大工作應(yīng)力：MP2S2101.530（2）橢球：a時(shí)在 x=0 ，y=b, （頂點(diǎn)處）有最大值2b(m)maxPa(

24、a )3 1015 271.78MP2Sb2 30 a2 時(shí) ，在 x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）bPa a3 1015 2()max( )101.5MPm2Sb230在 x=a,y=0 點(diǎn)（邊緣處）() maxPa ( a )3 1015 2101.5MP2S b2 3018 / 6318頁(yè)眉 a2.5時(shí) ，在 x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）bPa ( a )3 10152.5( m )max126.88 MP2S b2 30在 x=a,y=0 點(diǎn)（邊緣處）Pa (2a2()max2 )215.69MP2Sb化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析六、名詞解釋組：薄壁容器：容器的壁厚與其

25、最大截面圓的內(nèi)徑之比小于 0.1 的容器?；剞D(zhuǎn)殼體：殼體的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(zhuǎn) 360 而成的殼體。經(jīng)線：若通過(guò)回轉(zhuǎn)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(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱為無(wú)力矩理論。第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M 處經(jīng)線的曲率半徑。小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。區(qū)域平衡方程式：計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。19 / 6319頁(yè)眉邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階段時(shí)，彈性約束開始緩解，原來(lái)不同的薄膜變

26、形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動(dòng)限制。七、判斷題（對(duì)者畫，錯(cuò)著畫 ）組：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(yīng)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(duì)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。（）在承受內(nèi)壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長(zhǎng)軸與筒體軸線平行。（）薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任一點(diǎn)，只要該點(diǎn)的兩個(gè)曲率半徑 R R ，則該點(diǎn)的兩向應(yīng)力 m 。 （）因?yàn)閮?nèi)壓薄壁圓筒的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當(dāng)材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時(shí)，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)

27、力總是小于壁厚小的容器。 （）按無(wú)力矩理論求得的應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的。（）20 / 6320頁(yè)眉組：臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿液體，因?yàn)閳A筒內(nèi)液體靜載荷不是沿軸線對(duì)稱分布的，所以不能用薄膜理論應(yīng)力公式求解。 （）由于圓錐形容器錐頂部分應(yīng)力最小，所以開空宜在錐頂部分。 （）凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對(duì)稱于旋轉(zhuǎn)軸，則殼體上任何一點(diǎn)用薄膜理論應(yīng)力公式求解的應(yīng)力都是真實(shí)的。 （）橢球殼的長(zhǎng)，短軸之比 a/b 越小，其形狀越接近球殼，其應(yīng)力分布也就越趨于均勻。（）因?yàn)閺氖芰Ψ治鼋嵌葋?lái)說(shuō)，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。 （）

28、八、指出和計(jì)算下列回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的第一和第二曲率半徑組：圖 3-292、球殼上任一點(diǎn)2、圓錐殼上之M 點(diǎn)圖圖 3-31R1R2 RR1R2Dm2 cos3、碟形殼上之連接點(diǎn)A 與 B21 / 6321頁(yè)眉A 點(diǎn)：在球殼上： A(C):R1 R2R在弧面上： A(B): R1r1 ,R2RB 點(diǎn)：在弧面上： B(A) : R1r1,R2r在圓柱殼上： B(B) : R1,R2r組：圖 3-32圖圓柱殼上任一點(diǎn)DR1,R2 2圓錐殼與柱殼的連接點(diǎn) A 及錐頂點(diǎn) BA(B):R1, R2RcosB(柱):R1, R2RB :R1,R2 0九、計(jì)算下列各種承受氣體均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的薄膜

29、應(yīng)力m 和。組：22 / 6322頁(yè)眉圖3-34圖圖1. 球殼上任一點(diǎn)，已知： p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm 。R1R2D10082504mm2PD21008m4S63MP4 8mPR1R2SPD63MP4S2. 圓錐殼上之 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o 。A點(diǎn):R1, R2D2 cosPD0.51010m4S cos41014.58MP0.866mPR1 R2SPD0.510102Scos2 1029.16MP0.866B點(diǎn) :R1, R20m03. 橢球殼上之 A，B，C 點(diǎn)，已知： p=1Mpa，a=1010mm，b=

30、505mm，S=20mm 。B 點(diǎn)處坐標(biāo) x=600mm 。a10105052標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭b23 / 6323頁(yè)眉a22A點(diǎn)（ x 0, y b) : R1, R2abbmPa1 1010S50.5MP20P4222B點(diǎn)：m2sb ax ( ab ) 43.3MPaP4222a42sb ax (ab ) 2a4x2 (a2b2 )27.7MPaC點(diǎn)( xa, y0) :Pa11010m2S225.25MPa20Pa1 1010S50.5MPa20十、工程應(yīng)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

31、應(yīng)力m和?！窘狻?P=2.5MpaD=816mmS=16mmS160.0196 0.1屬薄壁容器D816PD2.581631.875MPam4S416PD2.581663.75MPam2S216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?！窘狻縋=0.6MpaD=10020mmS=20mmS200.0019960.1屬薄壁容器D1002024 / 6324頁(yè)眉mPD0.61002075.15MPa4S420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

32、與封頭厚度均為 30 mm ，工作壓力為3Mpa ，試求；圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力；若封頭橢圓長(zhǎng)，短半軸之比分別為2 ，2 ，2.5 時(shí)，計(jì)算封頭上薄膜應(yīng)和力的m的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?(1)圓筒 P=3MpaD=2030mmS=30mmS300.0148 0.1屬薄壁容器D2030PD2203050.75MPm4S430PD22030最大工作應(yīng)力：MP2S2101.530（2）橢球：a時(shí)在 x=0 ，y=b, （頂點(diǎn)處）有最大值2b(m)maxPa( a )3 1015 271.78MP2Sb2 30 a2 時(shí) ，在 x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）bPa a3 1015 2()max(

33、 )101.5MPm2Sb230在 x=a,y=0 點(diǎn)（邊緣處）() maxPa ( a )3 1015 2101.5MP2S b2 3025 / 6325頁(yè)眉 a2.5時(shí) ，在 x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）bPa ( a )3 10152.5( m )max126.88 MP2S b2 30在 x=a,y=0 點(diǎn)（邊緣處）Pa (2a2()max2 )215.69MP2Sb化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)二、填空題組：有一容器 ,其最高氣體工作壓力為 1.6Mpa, 無(wú)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(shè)計(jì)壓力p=(1.76)Mpa;計(jì)算壓

34、力 p c=( 1.76)Mpa; 水壓試驗(yàn)壓力 p T=(2.2)MPa.有一帶夾套的反應(yīng)釜 ,釜內(nèi)為真空 ,夾套內(nèi)的工作壓力為 0.5MPa, 工作溫度 1 時(shí),Se 應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的 ( 0.3)%.對(duì)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(duì) 于 高 合 金 鋼 制 容 器 , 其 最 小 壁 厚Smin =(2 )mm.對(duì)碳鋼 ,16MnR,15MnNbR 和正火的 15MnVR 鋼板制容器 ,液壓試驗(yàn)時(shí) ,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(yàn)時(shí) ,液體溫度不得低于 ( 15 ) .三、判斷是非題

35、 (是者畫;非者畫)厚度為 60mm 和 6mm 的 16MnR 熱軋鋼板 ,其屈服點(diǎn)是不同的 ,且60mm厚鋼板的 s大于6mm厚鋼板的 s.27 / 6327頁(yè)眉()依據(jù)彈性失效理論 ,容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn) s(t)時(shí), 即宣告該容器已經(jīng)”失效”.()安全系數(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù) ,按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì) ,安全系數(shù)將逐漸變小.()當(dāng)焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定時(shí) ,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測(cè)比率的增加而減小 . ( )由于材料的強(qiáng)度指標(biāo) b 和s(0.2) 是通過(guò)對(duì)試件作單向拉伸試驗(yàn)而側(cè)得,對(duì)于二向或三向應(yīng)力狀態(tài) ,在建立強(qiáng)度條件時(shí) ,必須借助于強(qiáng)度理論將其轉(zhuǎn)換成相當(dāng)

36、于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的相當(dāng)應(yīng)力.(）四、工程應(yīng)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 p w =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(yīng)力 .【解】（1）確定參數(shù)： pw =2MPa;p c=1.1 pw =2.2MPa （裝有安全閥） ;Di =DN=2000mm(鋼 板 卷 制 );Sn=22mm;Se = S n -C=20mm28 / 6328頁(yè)眉=0.85 （題中給定） ; C=2mm （題中給定） .（2）最大工作應(yīng)力：pc (D i Se )2

37、.2 (2000 20) 111.1MPa2Se2 202 、某球形內(nèi)壓薄壁容器 ,內(nèi)徑為 D i=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(jì)算該球形容器的最大允許工作壓力 .已知鋼材的許用應(yīng)力 t =147MPa.【解】（1）確定參數(shù)：Di =10m;Sn =22mm;=1.0;C=2mm; t =147MPa.S = Sn-C=20mm.e（2 ）最大工作壓力：球形容器 .4 tSe41471.0 20 P wSe100001 .17 MP aD i203 、某化工廠反應(yīng)釜 ,內(nèi)徑為 1600mm, 工作溫度為 5 105 ,工作壓力

38、為1.6MPa, 釜體材料選用 0Cr18Ni9Ti 。采用雙面焊對(duì)接接頭,局部無(wú)損探傷 ,凸形封頭上裝有安全閥 ,試設(shè)計(jì)釜體厚度?！窘狻浚?）確定參數(shù)： D i =1600mm;t w =5105 ;p w=1.6MPa;p c =1.1p w =1.76MPa （裝有安全閥）=0.85 （雙面焊對(duì)接接頭 , 局部探傷）C2=0 （對(duì)不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時(shí)）材質(zhì)： 0Cr18Ni9Ti t =112.9MPa （按教材附錄29 / 6329頁(yè)眉9 表 16-2 ，內(nèi)插法取值） =137MPa（2）計(jì)算厚度：pc Di1.76 1600S14.8mm2 tpc2 112.9 0.85 1.

39、76C1=0.8mm（按教材表 4-9 取值， GB4237-92 不銹鋼熱軋鋼板）,C=C 1 +C 2=0.8mm.名義壁厚： Sn =S+C+ 圓整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.圓整后， Sn =16mm.（3）水壓試驗(yàn)校核pT ( D iSe )T0.9 s2Se有效壁厚S = Sn-C=16-0.8=15.2mme試驗(yàn)壓力PT1.25 1.761371.25Pt2.67MPa112.9計(jì)算應(yīng)力應(yīng)力校核TPT ( Di Se )2.67 (1600 15.2)141.86MPa2Se2 15.20.9 s0.92050.85156.8 MPaT0.9S 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠4

40、、 有一圓筒形乙烯罐 ,內(nèi)徑 D i=1600mm, 壁厚 Sn =16mm, 計(jì)算壓力為 p c=2.5MPa, 工作溫度為 -3.5 ，材質(zhì)為 16MnR, 采用雙面焊對(duì)接接頭 ,局部無(wú)損探傷 ,厚度附加量 C=3mm, 試校核貯罐強(qiáng)度。30 / 6330頁(yè)眉【解】（1）確定參數(shù)： Di =1600mm;Sn =16mm;t w =-3.5 ;p c =2.5MPa.=0.85 （雙面焊對(duì)接接頭 , 局部探傷）16MnR ： 常溫下的許用應(yīng)力 = 170 MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 t = 170 MPa常溫度下的屈服點(diǎn)s = 345 MPa有效壁厚： Se = Sn C=16 3 = 1

41、3 mm（2）強(qiáng)度校核最大允許工作壓力 Pw 2 tS2170 0.8513 pw e2.33 MPaSeDi1600 13Pc Pw 該貯罐強(qiáng)度不足9 、設(shè)計(jì)容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑Di=1400mm,計(jì)算壓力 p c=1.8MPa, 設(shè)計(jì)溫度為 40 ,材質(zhì)為 15MnVR, 介質(zhì)無(wú)大腐蝕性 .雙面焊對(duì)接接頭 ,100% 探傷。封頭按半球形、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形和標(biāo)準(zhǔn)碟形三種形式算出其所需厚度,最后根據(jù)各有關(guān)因素進(jìn)行分析,確定一最佳方案?！窘狻浚? ）確定參數(shù)： Di=1400mm;p c =1.8MPa;t=40 ;=1.0 （ 雙 面 焊 對(duì) 接 接 頭 ,100% 探 傷 ）；C2 =1m

42、m. （介質(zhì)無(wú)大腐蝕性）15MnVR ：假設(shè)鋼板厚度 : 616mm，則： t =177MPa， =177MPa， s = 390 MPa31 / 6331頁(yè)眉（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：pcDi1.81400S7.16mm2 tpc2 1771.0 1.8C1 =0.25mm（按教材表 4-9 取值， GB6654-94 壓力容器用鋼板）C=C 1+C 2=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(yàn)校核pT ( D iSe )T0.9 s2Se有效壁厚S = Sn-C=9-1.25=7.75mme試驗(yàn)壓

43、力PT1.25 1.81771.25Pt2.25MPa177計(jì)算應(yīng)力應(yīng)力校核PT ( Di Se)2.25 (1400 7.75)204.35MPaT2 7.752Se0.9 s0.93901351MPaT0.9S 筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠（4）封頭厚度設(shè)計(jì)半球形封頭：SpcDi1.814003.57mm4 tpc4 1771.01.8C1 =0.25mm（按教材表 4-9取值， GB6654-94 壓力容器用鋼32 / 6332頁(yè)眉板）C=C 1 +C 2 =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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：SKp

44、c Di1.01.81400t7.1mm20.5 pc2 1771.00.5 1.8nS+C=7.1+1.25=8.35mm.名義壁厚： S =S+C+ 圓整，圓整后， Sn =9mm.標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：Mp c Di1.3251.8 1400S0.5 pc 29.4mm2 t1771.00.5 1.8名義壁厚： Sn=S+C+圓整，S+C=9.4+1.25=10.65mm.圓整后， Sn =11mm.從計(jì)算結(jié)果看，最佳方案是選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計(jì)二、判斷是非題（對(duì)者畫，錯(cuò)者畫 X）1 假定外壓長(zhǎng)圓筒和短圓筒的材質(zhì)絕對(duì)理想，制造的精度絕對(duì)保33 / 6

45、333頁(yè)眉證，則在任何大的外壓下也不會(huì)發(fā)生彈性失穩(wěn)。X ）2 18MnMoNbR鋼板的屈服點(diǎn)比Q235-AR鋼板的屈服點(diǎn)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(shè)計(jì)條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。X ）3 設(shè)計(jì)某一鋼制外壓短圓筒時(shí)， 發(fā)現(xiàn)采用 20g 鋼板算得的臨界壓力比設(shè)計(jì)要求低10% ，后改用屈服點(diǎn)比20g 高 35% 的 16MnR 鋼板，即可滿足設(shè)計(jì)要求。（ X ）4 幾何形狀和尺寸完全相同的三個(gè)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P(yáng)cr鋁Pcr銅 。（ X ）5 外壓容器采用的加強(qiáng)

46、圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕。（ X ）三、填空題受外壓的長(zhǎng)圓筒，側(cè)向失穩(wěn)時(shí)波形數(shù) n= （2）；短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)為 n （2）的整數(shù)。直徑與壁厚分別為 D，S 的薄壁圓筒殼，承受均勻側(cè)向外壓 p 作用時(shí)，其環(huán)向應(yīng)力 = （PD/2S ），經(jīng)向應(yīng)力 m （PD/4S ），它們均是（壓）應(yīng)力，且與圓筒的長(zhǎng)度 L（無(wú)）關(guān)。外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為 =（1）；設(shè)計(jì)外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為 m= （3）。34 / 6334頁(yè)眉外壓圓筒的加強(qiáng)圈，其作用是將（長(zhǎng)）圓筒轉(zhuǎn)化成為（短）圓筒，以提高臨界失穩(wěn)壓力，減薄筒體壁厚。加強(qiáng)圈的慣性矩應(yīng)計(jì)及（加強(qiáng)圈）和（加強(qiáng)圈和圓筒有效段

47、組合截面） 。外壓圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈后，對(duì)靠近加強(qiáng)圈的兩側(cè)部分長(zhǎng)度的筒體也起到加強(qiáng)作用，該部分長(zhǎng)度的范圍為（加強(qiáng)圈中心線兩側(cè)各為 0.55 D 0 Se 的殼體）。四、工程應(yīng)用題組：1、圖 5-21 中 A，B，C 點(diǎn)表示三個(gè)受外壓的鋼制圓筒，材質(zhì)為碳素鋼，s=216MPa，E=206GPa 。試回答：（1 ）A，B，C 三個(gè)圓筒各屬于哪一類圓筒？它們失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n等于（或大于）幾？（2）如果將圓筒改為鋁合金制造（ s=108MPa， E=68.7GPa ），它eS A / oP 鋁oDD/P 銅 = ？表示）/LB BA圖 5-2135 / 6335頁(yè)眉【解】（1）A長(zhǎng)圓筒， L/D 0 值

48、較大，臨界壓力Pcr 僅與 Se/D 0 有關(guān)，而與 L/D 0無(wú)關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n=2 。B短圓筒，臨界壓力Pcr 不僅與 Se/D 0 有關(guān)，而且與L/D 0 有關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為n 2 的整數(shù)。C臨界圓筒（長(zhǎng)、短圓筒拐點(diǎn)處），長(zhǎng)度等于臨界長(zhǎng)度，發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為 n 2。（2）在圓筒幾何尺寸一定情況下，P 只與 E 有關(guān)。所以，改用鋁合金后：P 鋁 /P銅=P cr鋁/P cr銅=E鋁/E鋼=68.7/206=0.333許用外壓力下降了66.7% 。2 、有一臺(tái)聚乙烯聚合釜，其外徑為D 0=1580mm，高 L=7060mm（切線間長(zhǎng)度），有效厚度 Se=11mm ，材質(zhì)為 0Cr

49、18Ni9Ti ，試確定釜體的最大允許外壓力。（設(shè)計(jì)溫度為 200 ）【解】查表得 Et =1.84 10 5 MPaLcr1.17D0D022155mmSe1.295E t ( Se)2.5 ( Di Se )D0LcrD01625.2mmSe tLcrLLcr該聚合釜屬于短圓筒36 / 6336頁(yè)眉( Se ) 2.5其臨界壓力 Pcr2.59E t D00.42MPaLD0取 m=3 ，P=P cr /m=0.42/3=0.14MPa聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPa4、試設(shè)計(jì)一臺(tái)氨合成塔內(nèi)筒的厚度，已知內(nèi)筒外徑為D0=410mm，筒長(zhǎng)L=4000mm，材質(zhì)為 0Cr18Ni9Ti

50、，內(nèi)筒壁溫最高可達(dá)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 10 5MPa,計(jì)算外壓Pc =0.5MPa（1）假設(shè)塔內(nèi)筒名義厚度Sn=8mm ，取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mmL/D 0 =9.76D0 /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=88MPaB88 P1.29MPaD0 / Se68.3Pc=0.5MPa, Pc P ，說(shuō)明假設(shè)的 Sn=8mm偏大。（ 1 ）重新假設(shè) Sn=6mmSe=Sn-C=6-2=4mmL/D 0 =9.

51、76D0 /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=78MPaB78 P0.76MPaD0 / Se102.5Pc=0.5MPa, Pc P ，且較接近，故取Sn=6mm合適37 / 6337頁(yè)眉該內(nèi)筒采用 Sn=6mm 的 0Cr18Ni9Ti 制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。6、 有一臺(tái)液氮罐，直徑為 D i=800mm ，切線間長(zhǎng)度 L=1500mm ，有效厚度 Se =2mm ，材質(zhì)為 0Cr18Ni9Ti ，由于其密閉性能要求較高，故須進(jìn)行真空試漏， 試驗(yàn)條件為絕對(duì)壓力 10 -3 mmHg ，問不設(shè)置加強(qiáng)圈能否被抽癟？如果需要加強(qiáng)

52、圈，則需要幾個(gè)？【解】確定計(jì)算外壓力： 真空度 = 大氣壓 -絕壓 =760-10-3 =759.99 mmHg0.1759.99 Pc0.09999 0.1 MPa760查表得： Et =1.95 105 MPa1） 取壁厚附加量 C=2mm ，有效厚度 Se=2mm ，則名義厚度 Sn= Se+C=2+2=4mmD0 =D i+2S n=800+8=808mmL/D 0 =1.86D0 /Se=404（2）求A值查圖 5-5得 A= 0.000085（3）求 B值查圖 5-12A 點(diǎn)落在曲線左側(cè)，計(jì)算B 值：B2 Et A2195103 0.000085 11.05MPa33 PB11.0

53、50.027MPaD0 / Se40438 / 6338頁(yè)眉Pc P不設(shè)置加強(qiáng)圈會(huì)被抽癟4）設(shè)置加強(qiáng)圈所需加強(qiáng)圈最大間距L s 0.86Et Do (Se)2.50.86195103808(2)2.5404.5mmPcDo0.1808L1150012.7(加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)： n個(gè)）Ls404.5取整， n=3需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈（5）驗(yàn)算設(shè) 三 個(gè) 加 強(qiáng) 圈 ， 則 ： Le=L/4=1500/4=375mmLe/D 0 =0.464D0 /Se=404查圖 5-5 得 A=0.00035，查圖 5-12 ，得 B=45MPaB450.11MPa P 404D0 / Se因?yàn)?PcP ，且十分接近，故至

54、少需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第六章容器零部件二、填空題：A組：法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)，一般是由（聯(lián)接）件，（被聯(lián)接）件和（密封元）件三部分組成。在法蘭密封所需要的預(yù)緊力一定時(shí)，采取適當(dāng)減小螺栓（直徑）和增加39 / 6339頁(yè)眉螺栓（個(gè)數(shù)）的辦法，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)尺寸系列時(shí)，是以（16MnR ）材料，在（ 200 ）時(shí)的力學(xué)性能為基礎(chǔ)的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(gè)因素有關(guān)。臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，容器的計(jì)算長(zhǎng)度等于（筒體）長(zhǎng)度加上兩端凸形封

55、頭曲面深度的（ 2/3 ）。配有雙按時(shí)制作的臥室容器，其筒體的危險(xiǎn)截面可能出現(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，筒體的最大軸向總應(yīng)力的驗(yàn)算條件是：軸向應(yīng)力應(yīng)為（ 拉 t ）軸向壓力應(yīng)為（壓 t ）和（軸向許用壓縮應(yīng)力ac的較小值）B組：采用雙鞍座時(shí)，為了充分利用封頭對(duì)筒體臨近部分的加強(qiáng)作用，應(yīng)盡可能將支座設(shè)計(jì)的靠近封頭，即 A(0.25)D 0,且 A不大于（ 0.2 ）L在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鞍座包角有 = （120 ）和= （150 ）兩種。采用補(bǔ)強(qiáng)板對(duì)開孔進(jìn)行等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，其補(bǔ)強(qiáng)范圍是：有效補(bǔ)強(qiáng)寬度是（ B max 2d, d 2 n 2 nt ）外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（ mi

56、n 內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（ min h1dh2dntnt,接管實(shí)際外伸高度,接管實(shí)際內(nèi)伸高度）40 / 6340頁(yè)眉根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則， 必須使開孔削弱的截面積 AAe=( 殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積)A1 +( 接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積 )A 2+( 焊縫金屬截面積 )A3 。5 采用等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，當(dāng)筒體徑Di 1500mm 時(shí)，須使開孔最大直徑 d (1/2)D i,且不得超過(guò)（ 520 ）mm. 當(dāng)筒體直徑 Di,1500mm 時(shí)，須使開孔最大直徑 d ( 1/3)D i,且不得超過(guò)（ 1000 ）。6現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的圓形人孔公稱直徑有DN(400)mm, DN(

57、450)mm,DN(500)mm, DN(600)mm 等四種。7現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度具有同等重要的意義。()在法蘭設(shè)計(jì)中，如欲減薄法蘭的厚度 t ，則應(yīng)加大法蘭盤外徑 D 0,加大法蘭長(zhǎng)徑部分尺寸和加大臂長(zhǎng)度。 ()金屬墊片材料一般并不要求強(qiáng)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。 ()法蘭連接中，預(yù)緊密封比壓大，則工作時(shí)可有較大的工作密封比壓，有利于保證密封

58、。所以預(yù)密封比壓越大越好。 ()正壓操作的盛裝氣體（在設(shè)計(jì)溫度下不冷凝）的圓筒形處貯罐，采用雙鞍式支座支承時(shí)，可以不必驗(yàn)算其軸向的拉應(yīng)力。 ()41 / 6341頁(yè)眉四、工程應(yīng)用題組：1 選擇設(shè)備法蘭密封面型式及墊片介質(zhì)公稱壓力PN介質(zhì)溫度適宜密封面型式墊片名稱及材料（MPa ）丙 烷1.0150平形耐油橡膠石 棉墊 / 耐油橡 膠石棉板蒸 汽1.6200平形石棉橡膠 墊 /中壓 石棉橡 膠板液 氨2.550凹凸或榫槽石棉橡膠墊 圈/ 中 壓石棉 橡42 / 6342頁(yè)眉膠板氫 氣4.0200凹凸纏繞式墊圈/08(15)鋼 帶 -石棉帶2 試為一精餾塔配塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭及出料口接管法蘭。已

59、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(zhì) Q 235-AR 。繪出法蘭結(jié)構(gòu)圖并注明尺寸?！窘狻?） 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(yīng)該選用甲型平焊法蘭。根據(jù)操作溫度、設(shè)計(jì)壓力和使用材料，由表6-4 可知應(yīng)按法蘭的公稱壓力為0.6MPa 來(lái)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(gè)，材料由表 6-6 查得為 35。

60、螺母材料為 235- 。2）出料口接管法蘭管法蘭根據(jù)計(jì)算壓力、法蘭材質(zhì)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(biāo)記：HG20592法蘭43 / 6343頁(yè)眉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(zhì)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 800-0.6JB4702-92 ）圖 2 突面板式平焊管法蘭（HG2059