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1、一.填空题1.储罐的结构有卧式圆柱形.立式平地圆筒形.，球形2.球形储罐罐体按其组合方式常分为纯桔瓣式，足球瓣式，混合式三种3.球罐的支座分为柱式，裙式两大类4.双鞍座卧式储罐有加强作用的条件是A0.2L条件下，A0.5R5.卧式储罐的设计载荷包括长期载荷，短期载荷，附加载荷6.换热设备可分为直接接触式，蓄热式，间壁式，中间载热体式四种主要形式7.管壳式换热器根据结构特点可分为固定管板式，浮头式，U型管式，填料函式，釜式重沸器 8.薄管板主要有平面形，椭圆形，碟形，球形，挠性薄管板等形式9.换热管与管板的连接方式主要有强度胀接，强度焊，胀焊并用10.防短路结构主要有旁路挡板，挡管，中间挡板11

2、.膨胀节的作用是补偿轴向变形12.散装填料根据其形状可分为环形填料，鞍形填料，环鞍形填料13.板式塔按塔板结构分泡罩塔，浮阀塔，筛板塔，舌形塔14.降液管的形式可分为圆形，弓形15.为了防止塔的共振，操作时激振力的频率fv不得在范围0.85Fc1Fv1.3Fc1内16.搅拌反应器由搅拌容器，搅拌机两大部分组成17.常用的换热元件有夹套，内盘管18.夹套的主要结构形式有整体夹套，型钢夹套，半圆管夹套，蜂窝夹套等19.搅拌机的三种基本流型分别是径向流，轴向流，切向流其中径向流和轴向流对混合起主要作用，切向流应加以抑制20.常用的搅拌器有桨式搅拌器，推进式搅拌器，涡轮式搅拌器，锚式搅拌器21.用于机

3、械搅拌反应器的轴封主要有填料密封，机械密封两种22.常用的减速机有摆线针轮行星减速机，齿轮减速机，三角皮带减速机，圆柱蜗杆减速机23.大尺寸拉西环用整砌方式装填，小尺寸拉西环多用乱堆方式装填二.问答题1.试对对称分布的双鞍座卧式储罐所受外力的载荷分析，并画出受力图及剪力弯矩图。2.进行塔设备选型时分别叙述选用填料塔和板式塔的情况。答：填料塔：1分离程度要求高2热敏性物料的蒸馏分离3具有腐蚀性的物料4容易发泡的物料板式塔：1塔内液体滞液量较大，要求塔的操作负荷变化范围较宽，对物料浓度要求变化要求不敏感要求操作易于稳定2液相负荷小3含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料4在操作中伴随有放热或需要加热的

4、物料，需要在塔内设置内部换热组件5较高的操作压力3.比较四种常用减速机的基本特性。摆线针轮行星减速机：传动效率高，传动比大，结构紧凑，拆装方便，寿命长，重量轻，体积小，承载能力高，工作平稳，对过载和冲击载荷有较强的承受能力，允许正反转，可用于防爆要求齿轮减速机：在相同传动比范围内具有体积小，传动效率高，制造成本低，结构简单，装配检修方便，可以正反转，不允许承受外加轴向载荷可用于防爆要求三角皮带减速机：结构简单，过载时能打滑，可起安全保护作用，但传动比不能保持精确，不能用于防爆要求圆柱蜗杆式减速机：凹凸圆弧齿廓啮合，磨损小，发热低，效率高，承载能力高，体积小，重量轻，结构紧凑，广泛用于搪玻璃反应

5、罐，可用于防爆要求三.简答题1.结合草图解释“扁塌”现象。答：如果圆筒上不设置加强圈，且支座的设置位置A0.5Ri时，由于支座截面受剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩作用下，导致支座处圆筒的上半部分发生变形，产生扁塌现象2.简述换热器基本的选择标准。1 .所选换热器必须满足工艺过程要求，流体经过换热器换热后必须能够以要求的参数进入下个工艺流程2.换热器本身必须能够在所要求的工程实际环境下正常工作，换热器需要能够抗环境和工程介质的腐蚀，并且具有合理的抗结垢性能3 .换热器应容易维护，要求换热器容易清理，对于容易震动，腐蚀等破坏的原件应容易更换，换热器应满足工程实际场地的要求4.换热器应尽可能经济

6、，选用时综合考虑安装维护费用等，应使换热器尽可能经济5.根据场地的限制考虑换热器的直径、长度、重量和换热管结构等3.简述管壳式换热器基本类型的优缺点及适用场合。答：A固定管板式换热器：结构简单紧凑，能承受较高压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管和更换；缺点是管束和壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。适用于壳侧介质清洁不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合B浮头式换热器：管间和管内清洗方便，无热应力，缺点是其结构复杂，造价比固定管板换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。适

7、用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合C U型管式换热器：结垢比较简单、价格便宜、承压能力强、适用于管、壳壁温差较或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用管内走清洁而不宜结垢的高温、高压、腐蚀性强的物料。D填料函式换热器：结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比低廉，且管束可以从壳体内抽出，管内，管间都能进行清洗，维修方便。缺点是填料处易产生泄露，一般适用于4MPa一下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。E釜式重沸器：清洗维修方便，可处理不清洁，易于结垢的介质，并能承受高温高压4.简述管

8、束分程的作用。答：增加管数可以增加换热面积，但介质在管束中的流速随着换热管数的增加而下降，结果反而是流体的传热系数降低，故不能采用增加管数的方法来达到提高传热系数的目的。为解决这个问题，使流体在管束中保持较大的流速，可将管束分成若干程数，使流体依次流过各程管子，以增加流体流速，提高传热系数5.简述折流板的作用，常用的折流板形式有哪两种？答：提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，减少结垢常用的折流板有弓形和圆盘圆环形两种6.流体诱导振动的主要原因是什么？有何防振措施?原因：1漩涡脱落2流体弹性扰动3湍流颤振4声振动5射流转换防振：1改变流

9、速2改变管子固有频率3增设消声板4抑制周期性漩涡5设置防冲板或导流筒7.简述塔设备运行应满足的基本要求。1气液两相充分接触，相际间传热面积大 2生产能力达，即气液处理量大3操作稳定，操作弹性大 4阻力小 5结构简单，制造安装维修方便，设备投资操作费用低 6耐腐蚀 7不易堵塞 8.简述溢流堰的作用。入口堰：当塔盘采用平型受液盘时，为保证降液管的液封，使液体均匀流入下层塔盘，并减少液流在水平方向的冲击出口堰：保证塔盘上层液的高度，并使流体均匀分布9.卡曼漩涡的定义。外层主流体绕过堆积的边界层，是堆积的边界层背后形成一流体的空白区，在逆向压强梯度的作用下，流体倒流至空白区，并推开堆积层的流体，这样在

10、塔体的背后就产生了漩涡10.简述塔设备的防振措施。1增大塔的固有频率2采用扰流装置3增大塔的阻尼11.简述挡板与导流筒的作用，何谓全挡板条件？挡板：液体在离心力作用下产生漩涡，漩涡与桨叶接触，此时外面的空气进入桨叶被吸入到液体中，液体混入气体后密度减小，从而降低混合效果，增加挡板可以消除这种现象导流筒：在搅拌混合中起导流作用全挡板条件：当再增加挡板数和挡板宽度，功率消耗不再增加12.常用搅拌器的优缺点及适用范围。桨式搅拌器：相同排量下，折叶式比平直叶式功耗小，操作费用低，故轴流桨叶使用较多。应用于液-液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固-液系中多用于防止沉降推进式搅拌器：结构简单，制造方便，

11、适用于粘度低。流量大的场合，主要用于液-液系混合，使温度均匀，在低浓度固液系中防止淤泥沉降涡轮式搅拌器:能有效完成几乎所有搅拌操作，能处理黏度范围很广的流体，有较大的剪切力，可是流体微团分散的很细，适用于低黏度到中黏度流体的混合，液-液分散、液固悬浮锚式搅拌器：只适用于对混合要求不太高的场合，常用于传热、析晶操作和搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆13.鞍形填料的相对改进矩鞍形将弧鞍形两端由圆弧改为矩形，客服了弧鞍填料容易相互叠合的缺点改进矩鞍填料将原矩鞍填料的平滑弧形边缘改为锯齿状14.填料密封，机械密封的结构及工作原理。填料密封：在压盖压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴表面产生

12、径向压紧力，由于填料中含有润滑剂，因此在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成一层极薄的液膜，一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封的目的机械密封：它由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定在设备上的静环以及辅助密封圈组成当转轴旋转时，动环和固定不动的静环紧密接触，并经轴上弹簧压紧力的作用，阻止容器内介质从接触面上泄露。动环和轴之间的密封是静密封，密封件常用O型环，动环和静环做相对运动时的端面密封，是动密封，是机械密封的关键。两个密封端面的平面度和粗糙度要求较高，依靠介质的压力和弹簧力使两端面保持紧密接触，形成一层极薄的液膜起密封作用。脆性断裂的特征是断裂时容

13、器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎片。（错误，断口应与最大主应力方向平行）有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量（错，有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差）钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。（错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹）压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。 （错，缺密封装置）盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。（对）承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。（错 周边简支

14、发生在中心处） 筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。（错，也可以用锻造筒节、绕带筒体等）检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。(错，在一定条件下，可以不开检查孔)1 容规适用于同时具备下列哪些条件的压力容器 （ABCD）A 最高工作压力大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；B 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m； C 容积（V）大于等于0.025m3；D 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。2下列关于热应力的说法哪些不正确 （AD）A

15、 热应力随约束程度的增大而减小 B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低 D 热应力在构件内是不变的3 下列说法中，正确的有 （ BCD ） A 单层厚壁圆筒同时承受内压Pi和外压Po时，可用压差简化成仅受内压的厚壁圆筒。B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力状态。C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力分析中仍然适用。4下列关于压力容器的分类错误的是（AC）A内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。B低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。C真空容

16、器属低压容器。 D高压容器都是第三类压力容器。5下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的有（CEF）A当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为.BGB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计准则。CGB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强度理论。D需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用GB150.EGB150的技术内容与ASME VIII1大致相当，为常规设计标准；而JB4732基本思路与ASME VIII2相同，为分析设计标准。F按GB150的规定，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数分别

17、大于等于1.6和3.0。6下列关于椭圆形封头说法中正确的有（ABD）A封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀B封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型 C椭圆形封头常用在高压容器上D直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。7下列关于二次应力说法中错误的有(ABD)A二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。B二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。C二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。D二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次应力之上的应力增量。8下列说法中，错误的有（ C ）A

18、相同大小的应力对压力容器失效的危害程度不一定相同。 B 设计寿命为10年、操作周期为2小时的压力容器应按分析设计标准设计。 C 校核一次加二次应力强度的目的是防止压力容器发生过度弹性变形。D 压缩应力不需要进行应力分类限制。 二、 简答题（每题5分，共40分）1简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也就被迫停止运行。与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管补强

19、结构主要有哪几种形式？试画图说明。 答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。 （2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。简述短期静载下温度对钢材力学性能的影响。答：高温下，低碳钢的弹性模量和屈服点随温度升高而降低，而抗拉强度先随温度升高而升高，但当温度达到一定值时反而很快下降。低温下，随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。但并不是所有金属都会低温变脆。一般说来，具有体心立方晶格的金属，都会低温变脆，而面心立方晶格材料不会。对于外压圆筒，只要设置加强圈就可提高其临界压力。对否，为什么？采

20、用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对否，为什么？答：对于承受外压的圆筒，短圆筒的临界压力比长圆筒的高，且短圆筒的临界压力与其长度成反比。故可通过设置合适间距的加强圈，使加强圈和筒体一起承受外压载荷，并使长圆筒变为短圆筒（加强圈之间或加强圈与筒体封头的间距LLcr），或使短圆筒的长度进一步降低，从而提高圆筒的临界压力。若设置的加强圈不能使长圆筒变为短圆筒（LLcr）,则所设置的加强圈并不能提高圆筒的临界压力。设置加强圈将增加制造成本；而且，当很小时，短圆筒可能变为刚性圆筒，此时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。因此，加强圈的数量并不是越

21、多越好，应当设计合理的间距。预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？答：通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒的初始屈服压力。什么是不连续效应？并简述局部应力产生的原因。答：不连续效应就是由于容器总体结构的不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为不连续效应。产生原因：由几种简单的壳体组成的壳体，在两壳体的连接处，若把两壳体作为自由体，即在内压作用下自由变形，在连接处

22、的薄膜位移一般不相等，而实际上这两个壳体是连接在一起的，即两壳体在连接处的转角和位移必须相等。这样在两个壳体连接处附近形成一种约束，迫使连接处壳体发生局部的弯曲变形，在连接边缘产生了附加的边缘力和边缘力矩及抵抗这种变形的局部应力什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？答：焊接应力是指焊接过程中由于局部加热导致焊接件产生较大的温度梯度，因而在焊件内产生的应力。为减少焊接应力和变形，应从设计和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头的数量，相等焊缝间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避免出现十字焊缝，焊前预热等等）为什么要控制压力容器钢中的磷、硫含量？答：硫和磷是钢中最

23、主要的有害元素。硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐射脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。四、试推导内压薄壁球壳的厚度计算公式。（10分）答：根据平衡条件，其轴向受的外力必与轴向内力相等。对于薄壳体，可近似认为内直径等与壳体的中面直径D=由此得 由强度理论知 0.5Ri时，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在该弯矩下，导致支座处圆筒的上半部发生形变，即为扁塌。6.换热设备1、换热设备分类（作用原理）：直接接触式；储热式

24、；间壁式；中间载热体式换热器2、管壳式换热器：固定管板式；浮头式；U形管式；填料函式；釜式重沸器。3、换热管与管板的连接方法：强度胀接，强度焊接和胀焊并用。4、折流板的目的：提高壳层流体的流速，增加湍动程度，并使壳层流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳层流体的传热系数，同时减少结垢。常用的折流板形式有弓形和圆盘-圆环形两种。5、流体诱导振动：换热器管束受壳程流体流动的激发而产生的振动（纵向流诱振和横向流诱振）横向流诱振的原因：漩涡脱落、流体弹性扰动、湍流颤振、声振动、射流转换防振措施：改变流速；改变管子固有频率；增设消声版；抑制周期性漩涡；设置防冲板或导流筒6、提高传热系数的方法：主动强化（有

25、源强化）、被动强化（无源强化）7、扩展表面强化传热主要包括槽管和翅片管。8、换热设备壳程强化传热途径：改变管子外形或在管外加翘片；改变壳程挡板或管束支承结构7.塔设备1、塔设备的作用：实现气（汽）-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相际进行传质及传热的目的。2、填料塔的基本特点：结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造。对于热敏性及容易发泡的物料，更显其优越性。3、散装填料是指安装以乱堆为主的填料，也可以整砌。可分为环形，鞍形，环鞍形。4、液体分布器按结构形式可分为：管式、槽式、喷洒式、盘式。5、板式塔分类：按结构分：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔；按气液两相流动方式分：错流

26、板式塔、逆流板式塔；按流体流动形式分：单溢流型、双溢流型6、裙座：圆筒形、圆锥形。7、塔设备除介质压力外，还承受各种重量、管道推力、偏心载荷、风载荷、地震载荷。8、三种工况：正常操作、停车检修、压力试验9、设备防振措施：增大塔的固有频率；采用扰流装置；增大塔的阻尼过程设备设计复习题一、填空1、压力容器基本组成：筒体、封头、密封装置、开孔与接管、支座、安全附件。2、介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。3、压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。4、壳体中面：与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。5、薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半

27、径R的比值（t/R）max1/10。6、厚壁圆筒中的热应力由平衡方程、几何方程和物理方程，结合边界条件求解。7、改善钢材性能的途径：化学成分的设计、组织结构的改变、零件表面改性。8、钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关，而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。9、焊接接头系数焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度受削弱的程度。10、介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等；其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。11、压力容器安全技术监察规程根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分为三类。12、转薄壳：中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内

28、的轴线回转而成。13、厚壁圆筒中热应力及其分布的规律为：热应力大小与内外壁温差成正比；热应力沿壁厚方向是变化的。14、压力容器用钢的基本要求：较高的强度；良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。15、压力容器设计中，常用的强度判据：包括抗拉强度b、屈服点s、持久极限、蠕变极限、疲劳极限-116、强度失效因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效，包括（a）韧性断裂、（b）脆性断裂、（c）疲劳断裂、（d）蠕变断裂、（e）腐蚀断裂等。二、简述题1、无力矩理论及无力矩理论应用条件？壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能相同。壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩作

29、用。壳体的边界处的约束可沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。2、不连续效应？由于结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”。3、厚壁容器应力特征与分析方法？应力沿壁厚不均匀分布；若内外壁间的温差大，应考虑器壁中的热应力；应考虑径向应力，是三向应力状态；静不定问题，需平衡、几何、物理等方程联立求解等。4、失稳现象？承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲（buckling）或失稳（instability）。5、局部应力的产生

30、、危害性与降低局部应力的措施？局部载荷：设备的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的载荷等；附加应力：在压力作用下，压力容器材料或结构不连续处，在局部区域产生的附加应力，如截面尺寸、几何形状突变的区域、两种不同材料的连接处等。危害性：过大的局部应力使结构处于不安定状态，在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致疲劳失效。降低局部应力的措施：（1）合理的结构设计（a）减少两连接件的刚度差；（b）尽量采用圆弧过渡；（c）局部区域补强；（d）选择合适的开孔方位。（2）减少附件传递的局部载荷：如果对与壳体相连的附件采取一定的措施，就可以减少附件所传递的局部载荷对壳体的影响，从而降低

31、局部应力。例如：对管道、阀门等设备附件设置支撑或支架，可降低这些附件的重量对壳体的影响；对接管等附件加设热补偿元件可降低因热胀冷缩所产生的热载荷。（3）尽量减少结构中的缺陷：在压力容器制造过程中，由于制造工艺和具体操作等原因，可能在容器中留下气孔、夹渣、未焊透等缺陷，这些缺陷会造成较高的局部应力，应尽量避免。6、压力容器失效判据、设计准则？3. 有一立式圆筒形储油罐，罐体直径5000mm，厚度3mm，油液高度18m，油的密度为， g取10（1）当P0=0时，油罐筒体上最大应力。（2）当P0=0.1MPa时，油罐筒体上的应力及最大应力。 由于壁厚t与壁相差较大 ，因此 时 最大应力 时 最大应力

32、 83.3+5.8318=188.2MPa6. 有一长期不用的反应釜，经实测内径1200mm,最小壁厚10mm，材质为16MnR，纵向焊接接头为双面对接接头，是否曾作检测不清楚，今欲利用该釜承受1MPa的内压，工作温度为200，介质无腐蚀性，但需要装设安全阀，试判断该釜在此条件下能否使用。（，） ； ； ;显然可用7. 今有一直径Di=600mm，设计外压P=0.1MPa，C2=2mm，计算长度L=500mm的容器，材质为16MnR，工作温度为200，试问能否用壁厚8mm的钢板来制造这台设备（忽略板材负偏差，材料弹性模量） Di=600mm P=0.1MPa C2=2mm L=5000 短圆筒

33、 钢板可以制造该设备2.3 短圆筒 临界压力三个几何尺寸相同的承受周向外压的短圆筒，其材料分别为（，）、铝合金（）和铜（），试问哪一个圆筒的临界压力最大，为什么？解：据R.V.Southwell提出的短圆筒临界压力简化计算公式：令，并取，可得与最小临界压力相应的波数 将代入，仍取，得到包含的短圆筒最小临界压力近似计算式在几何尺寸相同的情况下，三个承受周向外压短圆筒的临界压力分别为显然，。另外，由于这三种短圆筒所用材料的值相差极小（约为3），可近似认为相等。据式，承受周向外压的短圆筒，其临界压力pcr与材料的弹性模量E成正比，故。2.4临界压力 爆破压力有一圆筒，其内径为1000mm，壁厚为10

34、mm，长度为20m，材料为20R()。在承受周向外压时，求其临界压力。在承受内压力时，求其爆破压力，并比较其结果。解：承受周向压力时，内径为1000mm，厚度为10mm圆筒的临界长度由于，所以该外压圆筒为长圆筒，其临界压力此时，临界应力即，式是适用的。该圆筒承受内压时，其爆破压力即，对于该圆筒而言，其爆破压力远大于临界压力。2.6无力矩理论 应力 对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。该封头中面处的长轴D1000mm,厚度t=10mm,测得E点（x=0）处的周向应力为50MPa。此时，压力表A指示数为1MPa，压力表B的指示数为2MPa，试问哪一个压力表已失灵，为什么？解：据Huggen

35、berger公式，椭球壳短半轴顶点处应力为对于标准椭圆形封头，a/b2，即，b500/2250mm，故即，压力表A（指示数为1MPa）正常，压力表B（指示数为2MPa）已失灵。2.9无力矩理论 应力 一单层厚壁圆筒，承受内压力36MPa时，测得（用千分表）筒壁外表面的径向位移0.365mm，圆筒外直径=980mm，E=MPa，0.3。 试求圆筒内外壁面应力值。解：据拉美公式，易知圆筒外壁处径向应力为零，即 外壁处径向位移为wo，据变形几何关系，可得外壁处的周向应变为据广义胡克定律，外壁处的周向应变又可表示为 据拉美公式，可得内压圆筒外壁处的周向应力和轴向应力分别为 联立，得化简上式并代入相应的

36、值，得因此，据拉美公式，可得该圆筒内外壁面处应力 2.10无力矩理论应力 有一容器端盖是由经线所形成的回转薄壳，如图所示，其中气体的压力为1Mpa，筒体直径为1600mm，盖及筒体的厚度为12mm，试用无力矩理论计算A、B两点的压力。（参考公式：曲线第一曲率半径）解：故由薄膜应力计算公式得：A点应力：x=0时，；B点应力：x=a时，2.11圆板有一周边固支的圆板，半径R=500mm，板厚t=38mm，板面上承受横向均布载荷P=3MPa，试求板的最大挠度和应力（取板材的E=2*e5MPa，泊松比0.3）。上题中的圆平板周边改为简支，试计算其最大挠度和应力，并将计算结果与上题作一分析比较解：该圆平

37、板的抗弯刚度为：1004981685 MPamm3 对于周边固支、承受横向均布载荷的圆平板，其最大挠度出现在圆平板中心，其值为：其最大正应力为支承处的径向应力，其值为： MPa 支、承受横向均布载荷的圆平板，其最大挠度出现在圆平板中心，其值为： 最大正应力为板中心处的径向应力，其值为：与第10题计算结果比较，易知：周边简支板的最大挠度和最大正应力比周边固支板的大的多。当时，周边简支板的最大挠度约为周边固支板最大挠度的4.1倍，周边简支板的最大应力为周边固支板最大应力的1.65倍。2.12圆板 圆形塔板 一穿流式泡沫塔其内径为，塔板上最大液层为（液体重为），塔板厚度为，材料为低碳钢（，）。周边支

38、承可视为简支，试求塔板中心处的挠度；若挠度必须控制在以下，试问塔板的厚度应增加多少？解：该塔板的抗弯刚度为： MPamm3 塔板中心处的挠度为：mm 由于板中心的最大挠度与板厚的三次方成反比，即，。若要将最大挠度控制在3mm以下，则有： 可解出，即塔板的厚度应不小于16.3mm。2.16容器有一压力容器，一端为球形封头，另一端为椭圆形封头，如图所示。已知圆筒的平均直径为，封头和筒体壁厚均为，最高工作压力，试确定：（1）筒身经向应力和环向应力；（2）球形封头的和（3）椭圆形封头值分别为、2、3时，封头的最大应力所在位置。试画出应力分布图。参考公式： 解：（1）筒身应力 （2）半球形封头（3）椭圆

39、形封头当时， ， 顶点（，）处： 赤道（，）处：最大应力在，处。当时， ，顶点（，）处： 赤道（，）处： 最大拉应力在，处，最大压应力在，处，最大拉应力和最大压应力（绝对值）相等。 当时， ， 顶点（，）处： 赤道（，）处： 最大拉应力在，处，最大压应力在，处2.17无力矩理论 应力计算容器如图所示，圆筒中面半径为R，壁厚为t，圆锥与圆筒的壁厚相等，半锥顶角为。容器内承受气体压力p的作用，且圆筒中液柱高为H1，圆锥液柱高为H2，液体密度为，忽略壳体的自重。（1）按无力矩理论推导A-A、B-B、C-C、D-D截面处的经向应力和周向应力的计算公式；（或推导壳体上各处的经向应力和周向应力的计算公式）

40、；（2）若H1H2，求出圆锥壳中最大应力作用点的位置及大小。解：（1）A-A截面： ， B-B截面：取B-B截面上部区域为分离体。 由，得 C-C截面：取C-C截面上部区域为分离体。 由，得 D-D截面：取C-C截面下部区域为分离体。（a）由，得 （b）（2）对（a）式求导： 因为，所以，故是的单调递增函数，所以 同理可得： 2.18薄膜应力半径为R，厚度为t，密度为的球形盖，求因自身质量作用在容器中引起的薄膜应力。解： 又得： 其中， 得：2.19温差应力蒸汽管为1084mm的无缝钢管，如果管道两端刚性固定，安装时温度t1=20，且无装配应力，工作时输送压力为0.1Mpa（绝）的蒸汽，求输送

41、管外径不变、管壁厚度增大一倍时，求管壁温差应力及支座约束反力。解：1）壁厚1=4mm时，表压p=0，此时蒸汽的饱和温度t2=100，查得钢管的线膨胀系数，弹性模量，则温差应力为支座约束反力为2）当管壁厚度加倍时，温差应力及支座反力分别为由此可得，在两端刚性固定的蒸汽输送管，在安装温度与工作温度相差80时，管道横截面上产生的温差应力高达190Mpa，已接近材料的比例极限。温差在加大材料就会失效，管道不能安全工作。而且管的厚薄对温差应力无影响。2.20应力 径向位移 一仅受内压作用的单层厚壁圆筒，内压Pi40MPa，外径Do1100mm，内径Di=1000mm，E=2*e5MPa，0.3，求圆筒外

42、壁面的应力值和径向位移。解：，则有 4.1内压容器 筒体厚度一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为50；圆筒内径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质无毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K0.1mm/a，设计寿命B=20年。试在Q235-AF、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为筒体材料，并分别计算筒体厚度。 解：根据题意得 查表得。20R在时选用Q235-C， 圆整至8mm故选用20R时，故，合适4.2筒形储存 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油

43、气，经测试其在50时的最大饱和蒸气压小于1.62MPa（即50时丙烷的饱和蒸气压）；筒体内径Di=2600mm，筒长L=8000mm;材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数=1.0，装量系数为0.9。试确定（1）各设计参数；（2）该容器属第几类压力容器；（3）筒体和封头的厚度（不考虑支座的影响）；（4）水压试验时的压力，并进行应力校核。 解： 1设计参数设计温度焊接头系数设计压力 液体产生压力又因 有安全阀，故许用应力查表得 圆整至16mm经检查由于为半椭圆标准封头，故K=1 圆整至16mm经检查属第二类 （）压力容器即中压压力容器进行水压测试时， 所以 =189MpaP=0.1

44、Mpa，筒体满足稳定要求2筒体加强圈设计（材料Q235A摄氏度）加强圈数n及间距加强圈最大间距加强圈数，除两端封头外，实际加强圈数为9个；，间距为2500mm，可选用角刚做加强圈4.8塔，厚度一穿流式泡沫塔其内径为1500mm，塔板上最大液层为800mm（液体密度为1.5kg/），塔板厚度为6mm，材料为低碳钢（E2MPa，u0.3）。周边支承可视为简支，试求塔板中心处的挠度；若挠度必须控制在3mm以下，试问塔板的厚度应增加多少？答：该塔板的抗弯刚度为：MPamm3塔板中心处的挠度为：mm由于板中心的最大挠度与板厚的三次方成反比，即，。若要将最大挠度控制在3mm以下，则有： 可解出，即塔板的厚

45、度应不小于16.3mm。4.9塔，焊接接头，腐蚀裕量 今需要制造一台分馏塔，塔的内径D=2000mm，塔身长（指圆桶长+两端椭圆形封头直边高度）L=6000mm，封头曲面深度h=500mm，塔在350摄氏度及真空条件下操作，腐蚀裕量为2mm，焊接接头系数为0.85。现库存有8mm、6mm、4mm厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板来制造这台设备。解：设备受外压为一个大气压即0.101MPaQ235-A在350摄氏度下且厚度316mm时的许用应力为77MPa。设备厚度为设计厚度为由于厚度小于5.5mm所以=0，对于碳素钢不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3mm再加上腐蚀裕量2mm，所以名义厚度至

46、少5mm。所以可用8mm和6mm厚的钢板。4.10设计压力，腐蚀某圆柱形容器的设计压力为P=0.85MPa;设计温度为t=-50;内直径为1200mm;总高4000mm；对接焊缝采用双面全熔透焊接接头,并进行局部无损检测，容器盛装液体介质，介质密度1500kg/m3，介质具有轻微的腐蚀性;腐蚀速率K0.1mm/年;设计寿命B=20年，试回答以下问题：1.该容器一般应选用什么材料？2.若在设计温度下材料的许用应力为t=170MPa，求筒体的厚度？3.水压试验时的压力，并进行应力校核。4.该容器是否可按GB150设计？是否要接受压力容器安全技术监察规程的监督和检查。解：1 该压力容器无特殊要求，可

47、选用中国压力容器行业使用量最大的压力容器专用钢板。2 （1）确定计算压力 液柱静压力为，已经大于设计压力的5%，故应计入计算压力中，则。 （2）确定焊接接头系数与腐蚀裕量 由题意，焊缝为对接焊缝且采用双面全熔透焊接接头，并只进行局部无损检测 故 腐蚀裕量= （3）求名义厚度 计算厚度 设计厚度 =+=3.79+2=5.79mm 对，钢板负偏差，因而可以取3 试验压力 应力校核：有效厚度校核安全（）设计压力，设计温度在到蠕变极限温度之间，因此可以按GB150设计（）由于盛装介质为液体，因此不要接受压力容器安全技术监察规程的监督和检查。4.11卧式容器，封头，厚度一台公称直径DN=2600mm的双鞍座卧式容器，两端为标准椭圆形封头，筒长（焊缝至焊缝）L0=6000mm，设计压力P=0.8MPa，设计温度T=60，材料20R，腐蚀裕量C2取2mm，焊接接头系数=0.85。已知设计温度下20R的许用应力，在厚度为616mm时，t=133MPa；厚度为1625mm时，t=132MPa。试确定容器