化工设备机械基础习题解答

1、第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计二、填空题A组：1. 有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用，工作温度w 150C且装有安全阀，试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力Pc=( 1.76 )Mpa;水压试验压力Pt=(2.2)MPa.2. 有一带夹套的反应釜，釜内为真空，夹套内的工作压力为 0.5MPa,工作温度<200 C，试确定：(1) 釜体的计算压力(外压)Pc=( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力 pt=( 0.75 )MPa.(2) 夹套的计算压力(内压)pc=( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力 pt=( 0.625 )MPa.

2、3. 有一立式容器，下部装有10m深,密度为p =1200kg/m3的液体介质，上部气体压力最高达 0.5MPa,工作温度w100 °C ,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力pc=( 0.617 )MPa;水压试验压力 Pt=(0.625)MPa.4. 标准碟形封头之球面部分内径 Ri=(0.9 )Di；过渡圆弧部分之半径 r=( 0.17 )Di.5. 承受均匀压力的圆平板，若周边固定，则最大应力是(径向)弯曲应力，且最大应力在圆平板的(边缘)处;若周边简支，最大应力是(径向)和(切向)弯曲应力，且最大应力在圆平板的(中心)处.6. 凹面受压的椭圆形封头，其有

3、效厚度 Se不论理论计算值怎样小，当Kw 1时,其值应小于封头内直径的(0.15)%;K>1时,Se应不小于封头内直径的(0.3)%.7. 对于碳钢和低合金钢制的容器，考虑其刚性需要，其最小壁厚Smin=( 3)mm;对于高合金钢制容器，其最小壁厚 Smin=(2 )mm.8. 对碳钢，16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR钢板制容器，液压试验时，液体温度不得低于(5) C，其他低合金钢制容器(不包括低温容器)，液压试验时，液体温度不得低于(15) C .三、判断是非题(是者画"；非者画x )1. 厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板，其屈服点是不同的，且60mm

4、厚钢板的a s大于6mm厚钢板的a s.(x )2. 依据弹性失效理论，容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点a s(t)时，即宣告该容器已经”失效”(v )3. 安全系数是一个不断发展变化的数据，按照科学技术发展的总趋势，安全系数将逐渐变小.(v )4. 当焊接接头结构形式一定时，焊接接头系数随着监测比率的增加而减小.(X )5. 由于材料的强度指标 a b和a s(a 0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得，对于二向或三向应力状态，在建立强度条件时，必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力.(v )四、工程应用题A组：1、有一 DN2000mm的内压薄壁圆筒

5、，壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力Pw=2MPa,容器上装有安全阀，焊接接头系数© =0.85,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力.【解】(1)确定参数：Pw =2MPa; pc=1.1pw =2.2MPa (装有安全阀)；Di= DN=2000mm(钢板卷制)；Sn =22mm; Se = Sn -C=20mm© =0.85 (题中给定)；C=2mm (题中给定).(2 )最大工作应力：宀 2cm/2 (2000 2叭 m.1MPa2Se2 汉 20a2、某球形内压薄壁容器，内径为Di=10m,厚度为Sn=22mm,若令焊接接头系数© =1

6、.0,厚度附加量为C=2mm,试计 算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力a F=147MPa.【解】(1 确定参数:Di =10m; Sn =22mm;© =1.0; C=2mm; a t =147MPa.Se = Sn -C=20mm.(2)最大工作压力：球形容器.Pw4打 Se4 1471 .0 20Dj Se 一 1000020二 1.17 MP a3、某化工厂反应釜，内径为1600mm,工作温度为5C105'C，工作压力为1.6MPa，釜体材料选用 用双面焊对接接头，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试设计釜体厚度。【解】0Cr18Ni9Ti。采（1）

7、确定参数：Dj =1600mm; tw=5105 C ;pw=1.6MPa;pc=1.1 pw =1.76MPa （装有安全阀）© =0.85 （双面焊对接接头，局部探伤）C2=0 （对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）材质：0Cr18Ni9Ti a t =112.9MPa （按教材附录9表16-2，内插法取值）a =137MPa(2)计算厚度：PcDj2k-Pc1.76 16002 112.9 0.85-1.76=14.8mmC1=0.8mm （按教材表 4-9取值，GB4237-92不锈钢热轧钢板），C=C什C2=0.8mm.名义壁厚：Sn=S+C+ 圆整，S+C=14.8+0.8=1

8、5.6mm.圆整后，Sn =16mm.（1）水压试验校核Pt (DiSe)2Se<0.9 二有效壁厚Se = Sn -C=16-0.8=15.2mm试验压力円“树卄"1.76益辺67计算应力h(Di Se) _ 2.67 (160015.2)2Se"2 15.2= 141.86MPa应力校核0.9二s =0.9 205 0.85 =156.8 MPa二t ：0.9；飞 /.水压试验强度足够-3.5 C，材质为4、有一圆筒形乙烯罐 ，内径 Di=1600mm，壁厚Sn=16mm，计算压力为 pc=2.5MPa，工作温度为16MnR，采用双面焊对接接头，局部无损探伤，厚度

9、附加量C=3mm，试校核贮罐强度。【解】（1）确定参数：Di =1600mm; Sn =16mm; tw=-3.5C ; pc=2.5MPa.© =0.85 （双面焊对接接头，局部探伤）16MnR : 常温下的许用应力: = 170 MPa设计温度下的许用应力Ct = 170 MPa常温度下的屈服点：飞=345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 16 3 = 13 mm（2）强度校核Pw2汀&Di Se2 170 0.85 131600 13= 2.33 MPa最大允许工作压力Pw 精选范本，供参考!Pc> Pw /该贮罐强度不足9、设计容器筒体和封头厚度。已知内

10、径Di=1400mm,计算压力pc=1.8MPa,设计温度为40C，材质为15MnVR, 介质无大腐蚀性.双面焊对接接头，100%探伤。封头按半球形、标准椭圆形和标准碟形三种形式算岀其所 需厚度，最后根据各有关因素进行分析，确定一最佳方案。【解】（1）确定参数：Di=1400mm;pc=1.8MPa;t=40 C;© =1.0 （双面焊对接接头，100%探伤）；C2=1mm.（介质无大腐蚀性）15MnVR :假设钢板厚度：616mm，则:b f =177MPa ,b =177MPa , ；is = 390 MPa（2）筒体壁厚设计:PcDiS 严.1.8 14007.16mm2crt

11、©_pc2 江177 汇1.0 1.8C1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94压力容器用钢板）C=C1+C2=1.25mm.名义壁厚:Sn=S+C+ 圆整,S+C=7.16+1.25=8.41mm.圆整后,Sn =9mm.(3)筒体水压试验校核PT（DiSe）乞 0.9 ；s2Se有效壁厚Se = Sn -C=9-1.25=7.75mm试验压力FT =1.25P卜=1.25 1.82.25M P a177计算应力SIDeU 2.25 (1400775)=204.35MPa2Se2 7.75应力校核°.9二 s= 0.9 390 1 = 351MPa筒体水压试验强度足够-'T ：0.9；s '（4）封头厚度设计半球形封头：SPtcDi1.8 14003.57mm4crt© _ pc4灯77汇1.0 1.8Ci=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94压力容器用钢板）C=Ci+C2=1.25mm.名义壁厚：Sn=S+C+ 圆整，S+C=3.57+1.25=4.82mm.圆整后，Sn =5mm.标准椭圆封头：cKpcDj1.0X1.8 汇 1400r,Sc 17.1mm2打 -0.5pc2 177 1.0-0.5 1.8名义壁厚：Sn=S+C+ 圆整，S+C=7.1+1.25=8.35mm.圆