化工机械基础考试题答案

1、.机械设计基础课程期末考试卷B参考答案和评分标准（适用班级D06储运）1、有一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，两轮中心距a=276mm，小齿轮齿顶圆直径da1=70mm，小齿轮齿数Z1=33，试求大齿轮分度圆直径。（10分）解：由于这是一对一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，所以各项参数都取标准值。 根据 a=1/2（Z1+Z2）m （1） （4分）da1=（Z1+2）m （2） （4分）把da1=70mm，Z1=33代入（2）式，得m=2mm把a=276mm，Z1=33，m=2mm代入（1）式，得Z2=243 大齿轮分度圆直径d2=mZ2=2×243=486mm （2分）2、

2、某工厂脱水塔塔体内径为700mm，壁厚为12mm，工作温度为180，压力为2MPa，材料为20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为C=2mm，试校核塔体水压试验强度。（15分）（20R在20下=133MPa，150下=132MPa，200下=123MPa，s=245MPa）解：已知Di=700mm， t=180， Pc=1.1×2=2.2MPa，n=12mm， 20=133MPa， 180=126.6MPa（内插法），=0.8，C=2mm。 （2分）根据水压试验应力公式（4分）（2分） e=n-C =12-2=10mm 代入得 （2分）0.9s=0.9×0.8&#

3、215;245=176.4MPa （2分）T0.9s （2分） 水压试验时满足强度要求。 （1分）3、试设计一反应釜锥形底的壁厚，该釜内径为800mm，锥底接一公称直径为DN150（外径为159mm）的接管。锥底半顶角为45°，釜的设计压力为1.6MPa，工作温度为40，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材料为Q235-A。（10分）（Q235-A在40下=113MPa）解：由于半顶角30°，所以锥体大端采用带折边的结构。折边内半径r=0.15Di，r=120mm。整个封头取同一厚度，锥体厚度按下式计算：（2分）查表得f=0.645，Pc=1.6MPa，Di=800mm，=1

4、13MPa，=1.0（采用双面对接焊缝，全部无损探伤），C2=1mm，代入公式得 （2分）（2分）过渡区厚度为：（2分）查表得K=0.8181，代入公式得（2分）比较后取d=8.36mm，钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后n=10mm4、设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40，材质为20R，介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。（15分）（20R在40下=133MPa）解：已知Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40=133MPa，=1，C2=1mm。 （2分）（1）设计容器筒体壁厚（4分）钢板负偏差取C1

5、=0.8mm，圆整后n=10mm（2）设计容器封头壁厚从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头型式。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。 （3分）根据标准椭圆形封头壁厚公式：（4分） 把数据代入公式，得（2分） 考

6、虑钢板厚度负偏差，取C1=0.8mm，圆整后用n=10mm 5、一乙烯储罐，内径1600mm，壁厚16mm，工作压力为2.5MPa，工作温度为-35，材料为16MnR，采用双面对接焊缝，100%探伤，壁厚附加量C=1.5mm，试校核强度。（16MnR在20下=170MPa）（10分）解：已知Di=1600mm，Pc=1.1×2.5=2.75MPa，t=-35， =170MPa，=1，e=16-1.5=14.5mm（2分）则 （8分）所以，这个乙烯储罐满足强度条件要求。6、化工设备对材料有哪些基本要求？（10分）答：材料性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工工艺性能。对于高温

7、容器，由于钢材在高温的长期作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生明显的变化，加之承受一定的工作压力 ，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲劳等；而低温条件下操作的设备，则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。7、常见的金属焊缝缺陷指的是什么？检验焊缝的方法有哪些（10分）答：常见的金属焊接缺陷有以下几种：（1）焊接变形 （1分）（2）焊缝的外部缺陷：焊缝增强过高；焊缝过凹；焊缝咬边；焊瘤；烧穿。 （2分）（3）焊缝的内部缺陷：未焊透夹渣气

8、孔裂纹 （2分）检验焊缝的方法有：（1）外观检查 （1分）（2）无损探伤：X射线检验；还有超声波探伤；磁力探伤。 （2分）（3）水压试验和气压试验 （1分）（4）焊接试板的机械性能试验 （1分）8、设计一台缩聚釜，釜体内径为1000mm，釜身高度为700mm，用厚度为5mm、7mm、9mm的0Cr18Ni9钢板制造。釜体夹套内径为1200mm，用Q235-A钢板制造。该釜开始是常压操作，然后抽低真空，继之抽高真空，最后通0.5MPa的氮气。釜内物料温度低于275，夹套内载热体最大压力为0.3MPa。整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手工对接焊缝，局部探伤，介质无腐蚀性，试确定釜体和夹套壁厚。（2

9、0分）（0Cr18Ni9在250下=122MPa，在300下=114MPa；Q235-A在250下=94MPa，在300下=86MPa）解： 1）设计釜体厚度已知Di=1000mm，L=700mm，t=275，Po=0.3MPa，=0.8，材料为0Cr18Ni9钢板n分别为5mm、7mm、9mm，它们的钢板负偏差C1分别为0.5mm、0.6mm、0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。 则钢板有效厚度e分别为4.5mm、6.4mm和8.2mm （2分）（1）当n=5mm时 （4分）L/Do=700/（1000+2×5）=0.69 Do/e=1010/4.5=224.44 查图得，A=6.0

10、×10-4，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=53MPa P=Be/Do=53/224.44=0.24MPaPo（2）当n=7mm时 （4分）L/Do=700/（1000+2×7）=0.69 Do/e=1014/6.4=158.44 查图得，A=1.1×10-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=63MPa P=Be/Do=63/158.44=0.40MPaPo（3）当n=9mm时 （4分）L/Do=700/（1000+2×9）=0.69 Do/e=1018/8.2=124.15 查图得，A=1.5×10-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=67MPa P=Be/Do=67/124.15=0.54MPaPo所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。 （2分）另外，需要对n=7mm的缩聚釜进行内压强度校核。已知Di=1000mm，Pc=1.1×0.5=0.55MPa，t=275， =11