化工设备机械基础作业答案

1、化工设备机械基础习题解答、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN是多少毫米？规格14X325X345X3.557X3.5108X4DN(mm)102040501004、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级?PN(Mpa)0.250.601.01.62.54.06.45、管法兰标准中公称压力PN有哪些等级?PN(Mpa)0.10.250.400.601.01.62.54.0第三章内压薄壁容器的应力分析一、名词解释A组：L薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的

2、容器。2 .回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360而成的壳体。3 .经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。4 .薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。5 .第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。6 .小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。7 .区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。&边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。9.边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力

3、就自动限制。二、判断题（对者画，错着画X）A组：1 .下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？(1)横截卸为正八角形的柱兄。(X)(2)横截卸为圆的轴对称柱冗。(，)(3)横截卸为椭圆的柱兄。(X)(4)横截卸为圆的椭球冗。(，)(5)横截面为半圆的柱壳。(X)(6)横截面为圆的锥形壳。(V)2 .在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（X）3 .薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R*2,则该点的两向应力仃mR日。（，）4 .因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是

4、小于壁厚小的容器。（X）5 .按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（，）B组：1 .卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（，）2 .由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（，）3 .凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都是真实的。(x)4 .椭球壳的长，短轴之比a/b越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。(，)5 .因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用半球形封

5、头。(X)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w150c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

6、，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热轧钢板淇屈服点是不同的，且60mm厚钢板的(rs大于6mm厚钢板的bs.(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bs(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erb和ers(e

7、r0.2)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.(，)四、工程应用题A组：1、有一DN2000mm的内压薄壁圆筒，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3=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：J

8、Jc(Di勘2Se2.2(200020)二111.1MPa2202、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。=1.0，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（T1t=147MPa.【解】（1）确定参数：Di=10m;Sn=22mm;（）=1.0;C=2mm;f=147MPa.Se=Sn-C=20mm.（2）最大工作压力：球形容器.Pw4o1tse41471.020=1.17MPDiSe1000020e3、某化工厂反应釜，内径为1600mm，工作温度为5c105C,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9

9、Ti。采用双面焊对接接头，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试设计釜体厚度。【解】（1）确定参数：Di=1600mm;tw=5105C;pw=1.6MPa;pc=1.1pw=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：0Cr18Ni9Tif=112.9MPa（按教材附录9表16-2,内插法取值）b=137MPa（2）计算厚度：PcDi2d-Pc=14.8mm1.7616002112.90.85-1.76C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92不锈钢热轧钢板），C=C+C2=0.8mm.名义壁厚：Sn=S+

10、C+圆整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.圆整后，Sn=16mm.（1）水压试验校核PT(DiSe)2Se三0.9二s有效壁厚Se=Sn-C=16-0.8=15.2mm0137试验压力Pr=1.25P7=1.251.76=2.67MPa二1t112.9PT(DiSe)2.67(160015.2)计算应力；二丁二=141.86MPa12Se215.2应力校核0.9曙e=0.9煞205M0.85=156.8MPa丫仃丁Pw该贮罐强度不足9、设计容器筒体和封头厚度。已知内径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，1

11、00%探伤。封头按半球形、标准椭圆形和标准碟形三种形式算出其所需厚度，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=40C;4=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：bf=177MPa,b=177MPa,os=390MPa（2）筒体壁厚设计:pcDi2ct-pc1.8140021771.0-1.8=7.16mmC1=0.25mm(按教材表4-9取值，GB6654-94压力容器用钢板)C=C+C2=1.25mm.名义壁厚：Sn=S+C+圆整，S+C=7.1

12、6+1.25=8.41mm.圆整后，Sn=9mm.(3)筒体水压试验校核也以3,0.9.2Se有效壁厚Se=Sn-C=9-1.25=7.75mm_二177_试验压力Pt=1.25P-LJ-=1.251.8=2.25MPa二177计算应力=204.35MPa_Pt。0)2.25(14007.75)-2Se-27.75e应力校核0.9；入=0.93901=351MPas5Pcr铝Pcr铜。(X)5 .外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。(X)三、填空题a) 受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=(2);短圆筒侧向失稳时波形数为n(2)的整数。b) 直径与壁厚分别为D,

13、S的薄壁圆筒壳，承受均匀侧向外压p作用时，其环向应力(Te=(PD/2S),经向应力dm(PD/4S),它们均是(压)应力，且与圆筒的长度L(无)关。c) 外压容器的焊接接头系数均取为=(1);设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m=(3)od)外压圆筒的加强圈，其作用是将(长)圆筒转化成为(短)圆筒，以提高临界失稳压力，减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩应计及(加强圈)和(加强圈和圆筒有效段组合截面)。e)外压圆筒上设置加强圈后，对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用，该部分长度的范围为(加强圈中心线两侧各为0.55,D0Se的壳体)。四、工程应用题A组:1、图5-21中AB,C点表示三个受外

14、压的钢制圆筒，材质为碳素钢，bs=216MPaE=206GPa试回答：(1) A,B,C三个圆筒各属于哪一类圆筒？它们失稳时的波形数n等于(或大于)几？(2)如果将圆筒改为铝合金制造(bs=108MPaE=68.7GPa),它的许用外压力有何变化？变化的幅度大概是多少？(用比值图5-21P铝/P铜=(1)A一长圆筒，L/D0值较大，临界压力Pcr仅与Se/D。有关，而与L/D。无关，失稳时的波形数n=2。B一短圆筒，临界压力Pcr不仅与Se/D0有关，而且与L/D0有关，失稳时的波形数为n2的整数。C一临界圆筒（长、短圆筒拐点处），长度等于临界长度，发生失稳时的波形数为n2o（2）在圆筒几何尺

15、寸一定情况下，P只与E有关。所以，改用铝合金后：P铝/P铜=铝/Pc西=EBE钢=68.7/206=0.333许用外压力下降了66.7%。2、有一台聚乙烯聚合釜，其外径为D）=1580mm高L=7060mm（切线间长度），有效厚度S=11mm材质为0Cr18Ni9Ti,试确定釜体的最大允许外压力。（设计温度为200C）【解】查表得己=1.84x105MPaLcr=1.17Do色=22155mm；Se1.295Et(Se)2.5(DiSe)D0Lcr=1625.2mmDoSe荷L；rLLcr，该聚合釜属于短圆筒Q.5其临界压力Rr=2.59Et-L一=0.42MPaDo取m=3,P=Pcr/m=

16、0.42/3=0.14MPa，聚合釜的最大允许外压力为0.14MPa4、试设计一台氨合成塔内筒的厚度，已知内筒外径为Do=410mm,筒长L=4000mm,材质为0Cr18Ni9Ti,内筒壁温最高可达450C,合成塔内系统的总压力降为0.5MPa。【解】已知D0=410mm,L=4000mm,Et=1.64x105MPa,计算外压R=0.5MPa(1)假设塔内筒名义厚度Sn=8mm取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mmL/Do=9.76Do/Se=68.3（2）求A值查图5-5得人=0.0026(3)求B值查图5-12得B=88MPaPBDo/Se8868.3=1.29MPaPc

17、=0.5MPa,PcP,说明假设的Sn=8mn大。(1)重新假设Sn=6mmSe=Sn-C=6-2=4mmL/Do=9.76Do/Se=102.5(2)求A值查图5-5得人=0.0014(3)求B值查图5-12得B=78MPaB78P=0.76MPaD0/Se102.5Pc=0.5MPa,PcP设置加强圈所需加强圈最大间距11.05=0.027MPa404不设置加强圈会被抽瘪tDoSe253808225Ls=0.86Eto()2.5=0.86195103()2.5=404.5mmPcDo0.1808加强圈个数：n1=典1=2.7(个)Ls404.5s取整，n=3需设三个加强圈(5)验算设三个加

18、强圈，贝U:Le=L/4=1500/4=375mmLJDo=0.464D0/Se=404查图5-5得A=0.00035,查图5-12,得B=45MPaBD/Se_45一404=0.11MPa因为PcvP,且十分接近，故至少需设三个加强圈。第六章容器零部件二、填空题：Afi：1法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。2在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。3提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度）2（减小螺栓作用力臂）3（增加法兰盘外径）。4制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR材料，在（200）C时

19、的力学性能为基础的5法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。6卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。7配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。8卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：轴向应力应为（仃拉目）轴向压力应为（仃压W苜）和（轴向许用压缩应力b1c的较小值）B组：1采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即AW(0.25)D0,且A大于(0.2)L2在鞍坐标准规定的鞍座包角有0=(120)和。=(150)两种。3采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是：有效补强宽度是(B=max2d,d+26n+26nt)外侧有效补强高度是(minh1=:d瓦接管实际外伸高度)内侧有效补强高度是(minh2函T,接管实际内伸高度)4根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积AwAe=(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A1+(接管