南京工大设备习题全

1、作业习题第一章1. 给下列容器按安全技术管理分类: 1).设计压力1.6Mpa,容积3m3,储存中度危害介质的容器; 2).设计压力0.5Mpa,汽车上装液氨的储罐; 3).设计压力10Mpa,介质无毒害的容器; 4).设计压力0.1Mpa的搪玻璃容器.第二章 压力容器应力分析1. 已知旋转壳体的经线为一段圆弧，半径为a，已知，求该壳体A 点处的第一、第二曲率半径。2. 碟形封头由半径R的球面，高度为h的圆筒以及半径为r的折边部分组成，试分别确定A、B、C三点主曲率半径R1和R2。3. 某贮槽由圆筒形壳与无折边锥壳组成，容器的内径Di=1600（mm），厚度t=12（mm），半顶角a=30，若

2、P=0.5MPa，度求连接点处的横推力Q。4. 周边简支的球状壳体，受自重的作用，设单位面积的自重为q，试求壳体内的薄膜应力。又当为多大时值将出现压应力？5. 圆筒形贮液桶，中间支承，内直径D，壁厚t，桶内液体密度，度确定壳壁中A、B和C三处的薄膜应力。（注：无气压）6. 一直立圆筒形容器、顶部敞口、充满重度为r的液体，半径为R，壁厚为t，高为H。现分别采用沿顶部圆周和底部圆周支承。试求两圆筒在m处的应力。7. 一桶形容器，液面高度如图所求，液体重度为r，试求：（1）球底部分任意截面m-m处的应力；（2）球底部分的最大应力。8. 圆筒形容器与球形容器相连接如图所示，Di=2000（mm），S=

3、S1=10mm，材料为碳钢，试求：（1）边缘力Q0，边缘力矩M0；（2）连接处筒体上的边缘应力。9. 钢制圆筒，内半径a=150（mm），外半径b=300（mm），已知内壁温度比外壁温度高10，试作图表示温差应力沿筒壁的分布情况，并分析温差应力对在操作条件下筒壁应力状况的影响，已知材料的弹性模数E=2.1105MPa；泊桑比 =0.3，线膨胀系数=13.410-61/。10. 一厚壁圆筒，内直径600mm，壁厚60 mm，受到内压15MPa，外压4MPa的作用，试问：内壁面的周向应力、轴向应力、径向应力分别为多大？作图表示其应力沿壁厚的变化。11. 一受内压的钢制圆筒，内压为62.5MPa，在

4、工作温度下，圆筒材料的 =300MPa，筒体内直径800mm，外直径1000 mm，试用Mises屈服准则判断圆筒的内壁是否屈服？并对内、外壁的应力进行计算。12. 某高压试验设备，内径D1=303（mm），外径D0=350（mm）；已知筒体材料为20号钢，其机械性能为=250MPa，=400MPa，试计算该容器的内壁屈服压力，整体屈服压力（根据特雷斯卡屈服条件，米赛斯屈服条件），爆破压力（按福贝尔公式）并给出压力P=12MPa时筒壁应力的分布图。13. 某化工设备，采用圆形平顶盖，工作压力为2.5 MPa，直径为1000mm，周边支承情况介于简支及固定之间，若材料为16Mn。=150 MPa

5、试确定该顶盖的厚度。14. 受均布载荷的圆板，当其厚度为一定值时，试证明它能承受的总载荷为一与半径无关的定值。15. 一反应器内支承板，直径2000mm，周边简支，承受的总载荷为45000N，如该板允许的最大设计应力为100 MPa，则板厚须为多少？最大挠度为多少？已知材料E=2.0105 MPa，=0.3；若板中开一直径为500mm的中心孔，则相应的挠度为多少？16. 穿流式泡沫塔内直径为1500（mm），塔板上最大液层的高度为100 mm，塔板厚度为6 mm，材料为低碳钢，周边为简支，试求板中心处的最大挠度？若工艺要求塔板最大挠度需控制在1.5 mm以下，试问该塔板需增加多少厚？（液体重度

6、r液=1500kg/m3）。（E=2*105 MPa ，=0.3）17. 一钢质圆筒，受均布侧向外压作用，内直径1000，壁厚8，钢板负偏差0.8，腐蚀裕量取2，筒体长18m，内直径1000，在长度等分处设一加强圈，试计算该圆角的临界压力和临界应力？材料的弹性模量为1.8105MPa.18. A 10m diameter X 25mm thick cylindrical storage tank is filled with water to a depth of 10m. The tank is supported around the perimeter at a lower of 5m

7、from the base. Determine the membrane stresses below and above the support and in particular calculate the maximum values of these stresses.19. A circular plate radius “a”, and thickness “t” is simple supported around its diameter. Calculate the central deflection and maximum stress when uniform pre

8、ssure P is applied to a surface.20. For a circular plate radius b and thickness t which carries a concentrated load P at its center and which has its outer edge clamped, find the deflectin at the center.21. A long steel（E=2*105 MPa ， =0.3） cylinder has a mean diameter of 1.2m and a wall thickness of

9、 15mm. Find the displacement and moment acting at a point 0.05m from the end caused by:1)an edge moment of 7500Nm/m;2)an edge shear force of 200KN/m.k=Et/R2=8.542GN/m3， 22. long cylinder 0.04m bore and 0.1m O.D. is made from a material which yields in simple tension at a constant stress of 150MN/m2，

10、calculate;1)the pressure for first yield2)the collapse pressure3)the shakedown pressure23. What is the required thickness of a 6ft. inside diameter cylinder, considering it as a thin wall vessel, to withstand an internal pressure of 1000 psi if the allowable tangential stress is 20000 psi?24. What i

11、s the thickness of a spherical head for the cylinder of problem 23 if the dilation of the head and cylinder is to be equal?25. vessel composed of two cones each 1/4 in. thick and with 60 degree apex angles welded together at their bases, as shown in Figure, is subjected to internal uniform pressure

12、of 50 psi. Neglecting the weight of the pressurizing media, determine the maximum height of this vessel if the hoop stress is limited to 1000 psi.26. In a thin vessel of revolution of thickness “t”, subject to an internal pressure “p”, the two principle stresses are equal. Prove that this vessel is

13、a sphere.27. A cylinder with a 48 in. inside diameter, and a 60 in. outside diameter is subjected to an internal pressure of 5000 psi. Determine the value and place of occurrence of :(a) the maximum tangential stress,(b) the maximum radial stress. 28. In the cylinder of problem 27, (a) what is the a

14、verage tangential stress and (b) what percent is this of the maximum tangential stress?29. A thick cylinder is subjected to only an external pressure directed inward. Derive an expression and reduce it to its simplest form for the hoop stress, radial stress at the inside and outside surface.30. In t

15、he builtup shrink-fit cylinder, the inner cylinder has a Rc/Ri ratio equal to 1.5. In the outer cylinder, what is the value of the ratio Ro/Rc if the maximum compressive tangential stress in the inner cylinder is to be the maximum tangential tensile stress in the outer cylinder?第三章 压力容器材料1. 为下列压力容器部

16、件选择适当的材料:1).介质为氯化物溶液,工作温度5000C的筒体;2).工作温度为-500C的厚法兰;3).多层高压容器,工作温度2000C,介质腐蚀性不强;4).裙式支座;5).压力容器接管(压力6Mpa)6).温度4000C,设计压力15Mpa的临氢压力容器.第四章 压力容器设计1. 设计一内压圆筒，设计条件为：设计压力P=0.6MPa，设计温度t=100，筒体内径Di=1000mm，工作介质有轻微的腐蚀性C2=1mm，焊接时采用双面对接焊缝，局部无损探伤，试分别选用Q235-B，16MnR设计筒体，并进行比较。2. 今需将锅炉蒸汽压力由原来的0.7MPa提高到1.6MPa，试问汽包能否

17、安全运行？已知汽包内径Di=1200mm，t=12mm，采用材料为20R，C1=0.8mm，C2=1.5mm，焊接采用有垫板的单面对接焊缝，局部探伤。3. 某储罐设计压力P=2MPa，设计温度t=90，工作介质有强腐蚀性，C2=2mm储罐内径Di=3700mm，焊接接头系数 =1.0，试采用下列方案进行设计并比较。（1）选用0Cr18Nil0Ti不锈钢板。（2）选用不锈钢复合钢板，基层钢板为16MnR，复层为0Cr18Nil0Ti，复层厚度为3mm。4. 设计一多层卷板式高压容器筒体，已知条件：内筒内直径：500mm 操作压力：30 MPa 操作温度：常温。材料：内筒20g，层板Q235-A

18、腐蚀裕度：C2=0.2cm；焊接接头系数：=1.0。如果要将此容器内筒层板材料均改为16MnR，其=360 MPa，=520 MPa，则筒体壁厚为若干？5. 计算整体式高压筒体，已知：内径：800mm；操作压力：32 MPa；内壁温度：120；外壁温度：60材料：铬钼钢。=650 MPa；=500 MPa；=13.510-61/;E=2.1105 MPa=0.3腐蚀裕度：C2=2mm；焊接接头系数：=1.06 一高压容器，内径D=1000mm，工作压力P=32 MPa，工作温度t200，采用双锥面密封，a=30双锥环材料35#钢，双锥环与铝垫的摩擦角=830。试校核平顶盖之强度。已知顶盖材料为

19、20MnMoNb。图中尺寸为：Do=1500mm；Db=1270mm；D=957.4mm；H=405mm；H=450mm；H1=110mm；d1=225mm；d2=42mm；dk=120mm。7. 某溶解釜，结构尺寸如图示。已知釜内操作压力为0.2 MPa，夹套蒸汽压力为0.4 MPa，釜内工作温度为80，材料为16MnR，底封头为标准椭圆形封头，腐蚀裕度C2=1mm，焊接系采用有垫板的单面对接手工电弧焊，进行局部射线检查。试求：（1）釜体筒壁在正常生产时承受的载荷以及釜体筒体的设计载荷；（2）釜体筒壁厚度；（3）釜体底封头厚度；如果为了强化传热效果，需将夹套蒸汽压力提高到0.8 MPa，问是

20、否能安全运转？是否需要在结构上采取什么措施？8. 一外压容器直径3000mm，筒体长4000mm，操作压力P=1.0 MPa（表压）。操作温度为常温，材料为Q235-B，试用图解法求筒体壁厚。如果在筒壁上用4个扁钢刚性圈加强，试问：壁厚可减薄多少？9. 一夹套容器、容器的内筒中介质为2 MPa，夹套中介质压力为1.2 MPa夹套长1500mm，容器材料的=170 MPa，t=130MPa，=345MPa，=500MPa。筒体的=8mm，夹套的=6mm，筒体内直径1000mm，夹套内直径1200mm。试求：（1）该容器内筒的设计压力，（2）该容器的液压试验压力及试验前强度校核。10. 某塔设备，

21、工作压力2.5MPa，内径D=1000mm，采用标准椭圆形封头，材料为16MnR，如工作温度小于150，制造时采用有垫板的单面手工电弧焊，焊缝作局部透视，试计算：（1）筒体厚度（取C2=1.5mm），（2）封头厚度。若采用半球形，标准碟形封头，则厚度需多少？并进行分析比较。（3）水压试验压力，并对水压试验时筒体强度进行校核。11. 某高压容器采用平垫密封，已知：D=500mm（内径），工作压力P=32MPa，工作温度200，平垫材料为退火铝，螺栓尺寸M80（根圆直径74mm），螺栓数n=10；螺栓材料35GrMoA，设计温度下的屈服限=600MPa，试校核其螺栓的安全系数？若将上述容器的密封改

22、为双锥密封（加退火铝垫），双锥环材料35#钢，与端盖圆柱面间隙，则螺栓安全系数为多少？并对以上计算结果进行比较和讨论。12. 一台新制成的压力容器，圆筒内直径1200mm，壁厚12mm，上、下封头均为标准椭圆形封头，壁厚相同，材料相同，材料的=170 MPa，t=110 MPa，=235 MPa，焊接接头系数取0.9，腐蚀裕量取1mm，钢板负偏差取1mm。试问：该设备允许的工作压力多大？所需作的水压试验的压力为多大？水压试验时会否出现问题？为什么？13. 一卧式贮槽，内直径1800mm，材料16MnR,操作温度为80100，制造时采用有垫板的单面手工电弧焊，焊缝局部X光检查，已知壳壁厚为16m

23、m，工作压力1.6 MPa，若在筒体上开一内径为500mm的人孔，人孔接管管壁与筒体等厚，人孔接管为插入式，无内伸高度，人孔接管与筒体的焊缝结构为等腰高，且腰高等于接管壁厚，腐蚀裕度C2=1.5mm，试问是否需要补强？若补强，则设计其结构。14. 标准椭圆形封头，中心处开孔并有一1594.5的内侧齐平接管，开孔未通过焊缝，封头内径D=800mm，名义厚度=18mm，设计压力P=2.5 MPa，设计温度t=150，壳体C=2mm，接管C=2mm，接管外侧高度hf=200mm，封头材料16MnR，接管材料10号钢，试进行补强设计。15. 试校核图示高颈法兰的强度已知：操作压力：2.1 MPa；操作

24、温度：常温；材料：法兰：20#钢；螺栓：35#钢；垫片：石橡橡胶板；厚度：=1.5mm。腐蚀裕度：不计。16. 如将上题改为图所示的平焊法兰，试校核其强度，并与上题的结果进行比较。17. 一双层热套筒体，设计压力110 MPa，设计温度为200，内筒内半径R=150mm，两层筒体厚度均为50mm，在设计温度下，内筒材料=620 MPa，外筒材料=430 MPa，弹性模数E=2.1105 Mpa, 安全系数取1.8，试求：（1）若过盈量为=0.10mm，在操作条件下，内壁面、套合面以及内外表面周向应力，作图表示其周向应力的分布情况，并对此分布情况进行评述。（2）最佳过盈量及允许波动的范围。18.

25、 A cylindrical steel pressure vessel of internal diameter 0.8m is required to contain a pressure of 5 MN/m2. The two ends of the vessel are to be closed using torispherical drumheads welded to the cylinder. Select a suitable shape and determine the thickness for the drumheads.第五章 储存设备1. 一卧式容器，内部装油液，

26、容器及支座尺寸见下图。已知总重为203600公斤，容器内油压P=1.2 MPa，温度250，材料Q235-B钢，腐蚀裕度C2=3mm，（封头为标准椭圆形）,设备的L=21000mm,A=750mm,筒体和封头的壁厚均为24mm.2.作出该容器的弯距图，剪力图，计算轴向应力，壁厚,选择鞍座型号。第六章 换热设备1.在温度为20时组装一固定管板换热器，两管板之间的距离为2米，操作时为常压，壳壁温度为50，管壁温度为100，壳壁横截面积与所有管壁截面积的总和相等，壳体与换热管材料相同，E=2.0105 MPa，线膨胀系数=1510-6m/m，。在壳体上装有一个波形膨胀节，其操作条件下的补偿量为1mm

27、。试计算此换热器管子及壳体中的应力，并与无膨胀节时的应力进行比较。第七章 塔设备1.一塔设备，已知塔体包括裙座总高为40m，安放在4m高的基础上，裙座高3m，设计压力为0.23 MPa，操作温度为350，塔体内径D=3.8m，上下两端均采用标准椭圆形封头，塔内装有舌形塔板40层，塔体保温层厚度为100mm，塔顶接管直径426mm，并弯向下与塔侧笼式扶梯成180对称布置，此接管的保温层厚为80，保温材料容重为530/m3。塔体材料20R，裙座及地脚螺栓材料为Q235-A，塔体及裙座壁厚14，采用双面对接焊，局部射线探伤，塔体腐蚀裕度C2=4，裙座腐蚀裕度为1，基础的许用压应力=4 MPa，地脚螺

28、栓数n=24，已计算塔设备在操作时的质量mo=149104N，水压试验时的最大质量mmax=536104N，停工检修时的最小质量mmin=90104N，塔所在地的基本风压 qo=2.5*10-4 MPa，塔自振周期取T1=0.863s地面粗糙度为B级，无平台，不考虑地震，不计算地脚螺栓，试校核：（1）塔体的强度，（2）裙座的强度。第八章 反应设备1. 搅拌反应器的筒体内直径为1600mm,采用六弯叶开式涡轮搅拌器,搅拌器直径为600mm,搅拌器转速为100r/min,容器内介质密度为1200Kg/m3,粘度为0.12Pa.S, 机械效率98%,实心轴,轴材料的E=200000Mpa, =0.3

29、.试求: 1).搅拌功率2).改用六直叶开式涡轮搅拌器后的搅拌功率;3).如搅拌轴的许用扭转角=0.350/m,确定搅拌轴的直径.。讨论习题第一章 压力容器导言1. 设计压力1.7Mpa 的容器是第几类容器?2. 放在地面上和放在汽车上的容器有何区别?为什么?3. Q235-A钢 与Q235-A.F 钢有何不同(钢号,应用)？第二章 压力容器应力分析1. 讨论以下几处的第一曲率半径和第二曲率半径:1) 筒体与半球形封头连接处2) 筒体与锥形封头连接处3) 碟形的顶点, 碟形封头中的球面与过渡区连接处,过渡区与筒体连接处。2. 立式储液容器,支座的不同位置对筒体中应力的影响。3. 橢圆形封头中,长轴与短轴之比对应力变化的影响。4. 厚壁圆筒与薄壁圆筒应力分布的不同之处。5. 受内压的厚壁圆