化工机械设计基础习题

1.压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎样分类的？2.钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是哪个直径？无缝钢管制作筒体时，公称直径指的3.承受气体压力的圆筒和圆锥形壳体的应力有什么特点？标准椭圆壳的应力又是怎样的？7.比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况。1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？7.为什么压力容器壳体上开孔尺寸较小时可不另行补强？8.GB150-1998对压力容器开孔的最大直径是如何规定的？根据薄壁圆筒强度计算公式：其最大许可承压根据薄壁圆筒强度计算公式：其最大许可承压P为：n焊接系数为φ=0.85，试求筒体的最大应力。解:作用在内压薄壁圆筒上的环向应力最大，根据内压薄壁圆筒应力计算公式得：作用在圆筒上最大环向应将数据代入公式得：σ1=2*（2000+202*20=101Mpa。2.某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温度为5℃~10采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。【解】w2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）ttcnn(3)水压试验校核ee应力校核3.材料为20的无缝钢管，规格为φ57×3.5，求在室温和400℃时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm两种情况计算。n--inieDi=57-3.5*2=50代入上式得：【P】=2*86*0.9*3.5/50+3.5【P】=10.127MPa(400℃时),在常温时，【P】=2*130*0.9*3.5/50+3.5=15.308MPa.若考虑壁厚附加量和C=1.5mm，那么δe=δn-c，δe=2，在室温时，【P】=2*130*0.9*2/（50+2）=9Mpa。在400℃时，【P】=2*86*0.9*2/(50+2)=2.98Mpa。4.今欲设计一台反应器，直径为3000mm，采用双面对接焊缝，100％探伤。工作压力为1．8MPa，工作温度450℃,试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。根据内压容器设计壁厚公式得;ip根据两种材料属于单面腐蚀，取腐蚀裕量为1mm,焊缝系数均为1，20R大于32mm就需要热处理，成本高且重量大。使用16mnR经济合理。5.乙烯贮罐，内径1600mm，壁厚16mm，设计压力为2．5MPa，工作温度-35℃,材料为16MnR。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C＝1.5mm，试校核强度。根据筒体强度校核公式：e)e[σ]tφ=170*0.85=144.5MPa.σt小于[σ]tφ,强度合格。6.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，介质无大根据内压圆筒设计壁厚公式得：pD厚度选择6-16mm，设计温度40℃下[σ]t=133MPa.焊缝系数为1,C2=2mm,]tipmm.C1=0.8mm,考虑到钢板负偏差圆整封头的选择：容器的封头通常有椭圆形、半球形、蝶形、球冠形、锥形、平板封头。由于半球形封头尽管受应力最小，但制造困难，所以一般不采用；椭圆封头应力分布连续，且制造容易；蝶形封头曲率半径变化不连续，产生边缘应力大，在相同受力条件下碟形封头的壁厚要比椭圆形封头厚度要大些；锥形封头主要用于蒸发器、结晶器、喷雾干燥器、沉降器等的底部，优点是便于收集和卸除这些设备中的固体物料，缺点是由（标准椭圆封头），如忽略分母中的微小差异，两个公式完全一样，取δn=11mm.某工厂脱水塔塔体内径为Di＝700mm。壁厚为δn＝12mm，工作温度为180℃。压力为2MPa。材质为20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为C＝2mm，试校核塔体工作与水压试验强度。en焊缝系数为0.85t＜[σ]tφ,该塔筒体强度满足。se8.有一长期不用的反应釜，经实测内径为1200mm，最小壁厚为10mm，材质为Q235-A，纵向焊缝为双面对接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲利用该釜承受1MPa的内压力，工作温度为200℃,介质无腐蚀性，装设安全阀，试判断该釜能否在此条件下使用。9.有一台聚乙烯聚合釜，外径1580mm，高7060mm，壁厚llmm，材质为0Crl8Ni9，试确定釜体的最大允许解：首先判断外压圆筒的临界长度Lcr,Lcr=1.17Do√Do/δe,Do=1580mm,δe=11-0.8=10.2(mm).Lcr=1.17*1580√1580/10.2=23007.6mm,Lcr大于筒体高度，所以属于短圆筒。根据短圆筒临界压力计算公式得：Pcr=2.59Et(δe/Do)2.5/（L/Do）Et=1.84*105Mpa,带入上式得：Pcr=2.59*1.84*105*（10.2/1580）2.5/(7060/1580)Pcr=0.36Mpa。取安全系数为m=3,则【P】=Pcr/m=0.119Mpa.∴聚合釜的最大允许外压力为0.119MPa.蒸汽温度为160℃,干燥器筒身由三节组成，每节长1000mm，中间用法兰联接。材质选用Q235-A，夹套焊接条件自定。介质腐蚀性不大，试确定干燥器及其夹套的壁厚。【解】一.设计干燥器筒身。pc=0.53-0=0.53MPa,C2=2mm（双面腐蚀φ=0.8（单面带垫板对接焊，局部无损检验）。2.设计壁厚：（1）.设Sn=8mm,则δe=8-2-0.8=5.2mmDO=500+2*8=516mm,L/D0=3000/516=5.8，DO/Se=99。（2）查图5-5，得A=0.00019，查图5-8，B=25MPa。（3）[p]=B*δe/DO=25/99=0.25＜pc.稳定性不够，采取加加强圈方法。设置两个加强圈，则L=3000/3=1000mm.(1)设壁厚Sn=8mm,L/DO=1000/516=1.94,D0/Se=99(2)查图5-5得A=0.00065,查图5-8得B=92。(3)[p]=BSe/DO=92/99=0.91＞pc且接近。名义壁厚为8mm3.水压试验校核:PT1=1.25p=1.25×0.53=0.66MPaes干燥器筒体水压试验合格。）：c查得C1=0.3mm,名义壁厚δn=4mm（满足最小壁厚要求）。eSp<[p],夹套在水压试验时筒体不会失稳。T2.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0.3MPa的氮气。釜内物料温度＜275℃,夹套内载热体最大压力为0.2MPa。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。12今有一直径为640mm，壁厚为4mm、筒长5000mm的容器，材料为Q235-A，工作温度为200℃,试问该容.器能承受0.1MPa外压？如不能承受，应加几个加强箍？因名义壁厚δn=4mm，查得C2=1mm、C1=0.3mm.E=1.86*105MPaδe=δn-C=2.7mm。L/D0=5000/640=7.8D0/δe=640/2.7=237，经查图可得：A=0.00004，在曲线左方，代入公式,[P]=2AE/3（D/δe）0[P]=2*0.00004*1.86*105MPa/3*237=0.021MPa,工作外压P=0.1MPa＞[P]，所以不能承受该外压。需要补强。补强圈的最大间距为L=2.59ED(δe/D)2.5=2.59*1.86*105*640*(2.7/640)2.5/(3*0.1)=1188mm。加补强箍个数为N=5000/1188=4.21，需要增设4个加强箍。13试设计一中间试验设备-轻油裂解气废热锅炉汽包筒体及标准椭圆形封头的壁厚，并画出封头草图，注明尺寸。己知设计条件为：设计压力1.2MPa，设计温度为350℃,汽包内径450mm，材质为16MnR，筒体带垫14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，材质为Q235一A。解：首先确定锥壳是否下需要加强，根据已给参数，Pc=1.1P=1.1*1.6=1.76Mpa，[σ]T=113Mpa，焊缝系数φ=0.85，Pc/[σ]Tφ=0.0183，半顶角α=45°,查图10-27，需要增加厚度。r.为100mm，操作温度300℃,操作压力0.25MPa，材质Q235一A。绘出法兰结构图并注明尺寸。【解】（1）塔节与封头的联接法兰——容器法兰根据该塔的工艺条件：温度、压力及塔径，塔节与封头联接的法兰应该选用甲型平焊法兰。根据操作温度、设计压力和使用材料，由表6-4可知应按法兰的公称压力为0.6MPa来选择尺寸。由附录十四表32查得法兰各部尺寸，并绘注于图1中。由表6-1可采用平面密封面，垫片材料为石棉橡胶板，宽度从表6-3中查得值为20mm。联接螺栓为M20，共24个，材料由表6-6查得为35。螺母材料为Q235-A。（2）出料口接管法兰——管法兰根据计算压力、法兰材质和工作温度查附录十五表34，确定接管法兰的公称压力为0.25MPa；根法兰PL100-0.25RFQ235-A。根据公称压力、工作温度由附录十五表35查得垫片选用石棉橡胶垫圈，螺栓、螺柱材质为35。由表36得法兰各部尺寸及螺栓、螺柱规格，并绘于图2中。图2突面板式平焊管法兰（HG20592法兰PL100-0.25RFQ235-A）16为一不锈钢(1Crl9Ni9)制的压力容器配制一对法兰，最大工作压力为1.6MPa，工作温度为150℃,容器内.径为1200mm。确定法兰型式，结构尺寸，绘出零件图。在直径为1200mm的液氨贮罐上开一个450圆形人孔，试配制该人孔法兰(包括法兰、垫片、螺栓)。.9.有一台聚乙烯聚合釜，外径1580mm，高7060mm，壁厚llmm，材质为0Crl8Ni9，试确定釜体的最大允解：首先判断外压圆筒的临界长度Lcr,Lcr=1.17Do√Do/δe,Do=1580mm,δe=11-0.8=10.2(mm).Lcr=1.17*1580√1580/10.2=23007.6mm,Lcr大于筒体高度，所以属于短圆筒。根据短圆筒临界压力计算公式得：Pcr=2.59Et(δe/Do)2.5/（L/Do）Et=1.84*105Mpa,带入上式得：Pcr=2.59*1.84*105*（10.2/1580）2.5/(7060/1580)Pcr=0.36Mpa。取安全系数为m=3,则【P】=Pcr/m=0.119Mpa.∴聚合釜的最大允许外压力为0.