化工设备设计基础期末考试复习资料

化工设备设计基础第13页NUMPAGES13页《化工设备设计基础》课程综合复习资料一、判断题1.在补强圈上设置一个M10的螺纹孔，其目的是为了检验焊缝紧密性。答案：√2.轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。答案：√3.法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。答案：×4.一般情况下，钢板材料的许用应力[σ]t随钢板使用温度的升高而降低，随钢板厚度的增加而增加。答案：×5.塔设备的裙座地脚螺栓设计计算结果中，如果地脚螺栓承受的最大拉应力≤0，说明地脚螺栓实际并未承受载荷，设备自身足够稳定，因此可不必设置地脚螺栓。答案：×6.16MnDR是低温压力容器专用钢材，其碳含量约为0.16%。答案：√7.整体补强就是用增加整个筒体或封头壁厚的办法来降低峰值应力，使之达到工程许可的程度。当筒身上开设排孔，或封头上开孔较多时，可采用整体补强的办法。答案：√8.我国第一部压力容器的国家标准是GB/T151-2014《热交换器》。答案：×9.进行梁的弯曲强度计算时，对于抗拉和抗压强度不同的材料，只要求出最大拉应力，满足抗拉强度条件。答案：×10.压力容器法兰的公称直径指的是与之相连的容器筒体或封头的公称直径。答案：√11.薄膜理论中轴对称壳体主要指壳体的几何形状和约束条件是对称于旋转轴的。答案：×12.当筒体足够长，两端刚性较高的封头对筒体的中部的变形不能起到有效支撑作用时，筒体最容易失稳压瘪。答案：√13.“等面积补强法”的计算原则是：处于补强有效区内的补强金属截面面积，应该至少等于或大于被削去的金属截面面积。答案：√14.由于边缘应力具有局部性，在设计中可以在结构上只作局部处理。答案：×15.容器类别越高，设计、制造、检验、管理等方面的要求越严格。答案：√16.薄壁圆筒两端受轴向均布外压作用，当达到临界压力值时，同样会发生失稳现象，这种失稳状态与径向承受外压圆筒失稳完全相同。答案：√17.回转壳体上任意一点的第二曲率半径的曲率中心在回转壳体的回转轴上。答案：√18.材料在未产生明显塑性变形的情况下，就突然断裂称为脆性断裂。答案：√19.因为内压薄壁容器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，壁内的应力总小于壁厚小的容器。答案：×二、填空题1.是金属材料的（）指标。答案：强度2.是金属材料的（）指标。答案：塑性3.计算内压操作塔设备筒体壁厚，对于直立设备校核计算时主要是针对其（）应力。答案：经向（轴向）4.焊缝系数的选择与焊接接头型式和（）有关。答案：无损检测的长度比例5.平面力偶系平衡的充要条件是（）。答案：合力偶矩等于零6.单元体的应力状态可以分为三类：内压圆筒的设计采用单向应力状态强度理论、内压圆筒的设计采用（）强度理论和内压圆筒的设计采用三向应力状态强度理论。答案：二向应力状态7.法兰尺寸系列表中的法兰尺寸计算是在规定设计温度为内压圆筒的设计采用（）强度理论、材料是内压圆筒的设计采用，16MnR或16Mn锻件强度理论的基础上，考虑多种因素，通过多种方案的比较计算和尺寸圆整得到的。答案：200℃8.内压操作的塔设备其最大组合轴向拉应力出现在正常操作工况时设备（）侧。答案：迎风9.在《固定式压力容器安全技术监察规程》中根据受压容器的压力高低，介质的危害程度以及（）将容器分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。答案：生产过程中的重要性10.压力容器法兰分为平焊法兰和（）法兰两类。答案：对焊11.对于外压容器，其失效形式有两种：失稳和（）。答案：强度破坏12.容器按照壁厚大小分为薄壁容器和（）。答案：厚壁容器13.力的机械作用对物体产生两种效应：使（），即外效应；使物体产生变形，即内效应。答案：物体运动状态发生改变14.直径为D的圆形截面对其对称轴的惯性矩为（）。答案：πD4/6415.在压力容器的四个壁厚中，图纸上所标注的厚度是名义厚度，用来承担外载荷强度的厚度是（）厚度。答案：有效16.矩形截面（长=b、宽=h）对Z轴的惯性矩公式为bh3/12或（）。答案：hb3/1217.某标准碟形封头的公称直径DN为2000mm，则其球面部分内径Ri为（）mm。答案：180018.提高梁弯曲强度条件的主要途径有选用合理截面提高（）；合理安排受力情况减小Mmax等措施。答案：Wz19.GB/T150-2011《压力容器》是我国压力容器标准体系中的（）标准。答案：推荐性20.平面汇交力系平衡的充要条件是（）。答案：合力为零21.一容器的筒体由钢板卷制而成，则筒体的公称直径是指它们的（）。答案：内径22.对与封头相连的外压容器筒体而言，其计算长度应计入封头的直边高度及凸形封头（）的凸面高度。答案：1/323.材料破坏的主要形式有脆性断裂和（）。答案：塑性屈服24.立式容器的支座有腿式支座、承式支座、耳式支座和（）四种。答案：裙式支座25.杆件在外力作用下变形的基本形式有拉伸或压缩、扭转、剪切和（）。答案：弯曲三、问答题1.求如图所示碟形封头上A、C两点的第一和第二曲率半径。答案：A：R1=R2=RB：R1=r，R2=D/22.某外压容器筒体切线长度5000mm，采用标准椭圆形封头，封头深度450mm，直边长50mm，计算临界长度为6000mm，说明该圆筒为长圆筒还是短圆筒？答案：计算长度：LC=L+2×L’+2×h/3=5000+2×50+2×450/3=5400mm由于LC＜LC，所以为短圆筒3.求图示壳体上A、B两点的第一和第二曲率半径。答案：A：R1=∞，R2=RB：R1=∞，R2=DM/2cosα4.如图所示为某一低碳钢的拉伸曲线，其中P为加载过程中的某卸载点。请把图中的各对应点A、B、C、D、P1、P2、P3与下列术语对号入座。比例极限（1）强度极限（2）屈服极限（3）弹性极限（4）P点总应变（变形）（5）P点弹性应变（变形）（6）P点塑性应变（变形）（7）答案：A、B、C、D、P3、P2、P15.棘轮装置如图所示。通过绳子悬挂重量为G的物体，AB为棘轮的止推爪，B处为平面铰链。试画出棘轮的受力图。答案：6.试画出图中AC构件的受力图。构件重量不计。答案：7.简述塔的最大质量、最小质量出现在什么工况中，并写出其最大、最小质量的表达式。答案：塔的最大、最小质量是分别是塔在水压试验时和塔在安装检修时的质量。8.求图示轮胎形回转体上A、B两点的第一、第二曲率半径。答案：A：R1=r，R2=∞B：R1=r，R2=D/2-r9.试确定塔卧置做水压试验时的试验压力。塔的设计压力为P，水重度γ，塔高H。答案：10.一外压钢制容器，已知其临界压力，当内压为，请简要说明此容器可承受多大的外压而不会失稳（m=3.0）。答案：0.5MPaPo-Pi≤Pcr/mPo≤0.1+1.2/3=0.5MPa11.试画出图中AB杆和球C的受力图。答案：12.如图所示的直立设备，受到哪些载荷作用？必须校核图中5个截面中的哪些截面？答案：该塔承受工作介质压力作用外，还受到风载荷、地震载荷、质量载荷作用。必须校核1-1、2-2、3-3截面。13.简述工程中常用的补强结构有哪些？并说明补强圈上一个M10孔的作用。答案：补强圈、厚壁管、整锻件补强，检验焊缝的紧密性。14.简述水压试验时的环境温度如何规定，并说明原因。答案：规定水压试验环境温度：要求水温低于其沸点温度而高于材料的转脆温度。原因是防止水变为气体，同时确保在水压试验时不会发生材料突然变脆而造成强度破坏的现象，使水压试验顺利进行，达到检验容器强度及有无渗透现象的目的。15.简述通过低碳钢单向拉伸试验（圆棒状试件）的各阶段分别得到材料的哪些机械性能指标？答案：弹性段：比例极限、弹性极限、弹性模量；屈服段：屈服极限；强化段：强度极限；颈缩断裂段：延伸率、断面收缩率。16.简述封头有哪几种形式，并说明各适用于什么场所。答案：封头分为半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头、平板封头等几种。锥形用于压力不高的设备上，椭圆形封头用作大多数中低压容器的封头，平板封头用作常压或直径不大的高压容器的封头，球冠形封头用作压力不高的场合或容器中两独立受压室的中间封头，半球形封头一般用于大型储罐或高压容器的封头。17.简述热处理方式有哪些？并说明其区别。答案：热处理方式有：退火、正火、淬火、回火、化学热处理等。冷却方式不同：退火，炉冷；正火，空冷；淬火，水冷或油冷。加热方式不同：退火、正火和淬火加热至相变温度以上，回火温度较低；化学热处理在化学介质内加热。四、计算题1.已知图中梁AB所受载荷为：集中力F=20kN，集中力偶m0=10kN·m，a=1m，列出梁的剪力、弯矩方程，并做出剪力、弯矩图。答案：AC段：，，=10kN·mCB段：，=-20kN，作剪力和弯矩图如下：2.如图所示的简易起重机横梁AB的A端以铰链固定，B端有拉杆BC，起重量W=10KN。AB梁重P=4KN。BC杆自重忽略不计，试求载荷W位于图示位置时，BC杆的拉力和铰链A的约束反力。答案：取AB杆为研究对象=19kN，=16.45kN，=4.5kN3.螺栓压板夹紧装置如图所示。已知压板长度为3a=180mm，压板的许用应力[σ]=120MPa。试根据压板的弯曲强度，计算夹紧装置对工件的最大压紧力。答案：将压板简化成一受集中载荷作用的简支梁，求支反力。，，画出弯矩图，得出最大弯矩为2Pa/3。N，N4.如图为蒸汽机气缸。已知气缸的内径D＝450mm，工作压力p=2MPa，气杠盖与缸体用直径d=20mm的螺栓联接，活塞杆和螺栓材料的许用应力均为[σ]=120MPa。试求活塞杆的直径和螺栓的个数。答案：N=58.09mm取D1=60mm=8.44取螺栓数n=95.有一锅炉汽包，其内径Di=1000mm，设计压力为17.16MPa，汽包上装有安全阀，设计温度为350℃，材质为18MnMoNbR，双面焊缝，100%探伤，=190MPa，=410MPa，壁厚附加量C=2.5mm，。问题：①计算该汽包的名义壁厚。②校核水压试验时的强度。答案：已知双面对接焊缝，100%探伤，=1.0①=47.29mm=49.79mm圆整得，=50mm②mm=21.45MPa=236.51MPa=369MPa由于，所以水压试验强度合格。6.有一库存很久的压力容器。已知容器内径Di=1200mm，壁厚=8mm，腐蚀裕量C2=2mm，钢板负偏差C1=0.25mm，设计温度为常温。材料的许用应力=170MPa，要求采用双面对接焊缝，100%无损检测。问题：①校核设计压力P=2.2MPa时此压力容器的强度？②若容器强度不够，试计算此容器的最大允许压力为多少？答案：已知双面对接焊缝，100%无损检测。=5.75mm①=230.67MPa由于MPa，所以容器强度不合格。②=1.62MPa《化工设备设计基础》课程综合复习资料一、填空题1.两物体之间的机械作用称之为力。力的三要素是、和。2.材料破坏的主要形式有和。3.平面力偶系平衡的充要条件是。4.设计温度在压力容器的壁厚计算公式中尽管没有直接出现，但它是和确定时不可缺少的参数。5.薄膜理论中分析的轴对称壳体是指壳体的、和都是对称于对称轴。6.压力容器零部件进行标准化的两个基本参数是和。7.内压操作的塔设备其最大组合轴向压应力出现在工况时设备侧。8.低碳钢的拉伸过程可分为、、和四个阶段。9.表征梁变形的参数是和。10.受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n。11.压力容器制造完成之后必须进行压力试验，按照压力试验的介质种类可以分为和两种方法。12.GB150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的标准。13.在压力容器的四个壁厚中，图纸上所标注的厚度是厚度，用来承担外载荷强度的厚度是厚度。14.法兰联接结构，一般是由、和三部分组成。15．在《压力容器安全技术监察规程》中根据受压容器的_________、________以及__________将容器分为一、二、三类。16.梁的任一截面上的内力有和。17.从设备或管道的联接方式看，法兰结构形式可分为_____、_____、______和任意式法兰四类。18.卧式容器的支座有______________、______________和______________三种形式。19.平面力系问题的各类约束中，柔软体约束存在个约束反力，固定铰链支座约束存在个约束反力。20.对于外压容器，其失效形式有两种：______________和_______________。二、判断题（正确的标注“√”，错误的标注“×”）1.强度设计准则是保证构件不发生强度破坏并有一定安全余量的条件准则。2.对内压容器，考虑其刚性需要，要规定其相应的最小厚度。3.假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生失稳。4.横截面为正六角形的柱壳的直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，能用薄膜理论求解壁内应力。5.不论是压力容器法兰还是管法兰，在我国现行的标准都是一个。三、简答分析题1.试画出图1中AC构件的受力图。构件重量不计。图12.设计压力为3.6MPa的搪玻璃压力容器是为几类容器？依据是什么？3.按从小到大的顺序写出下列封头在相同条件下（温度、材料、筒体尺寸、壁厚及焊接等）所能承受的最高压力：平板封头P1、半球形封头P2、椭圆形封头P3、碟形封头P4。4.在双鞍式卧式容器设计中为何要选用两个型式不同的鞍座？都是什么类型？5.设置加强圈的目的是什么？加强圈的类型有哪些？6.塔的最大质量、最小质量出现在何工况？写出其最大、最小质量的表达式。7．GB150中，内压薄壁容器壁厚设计公式是从第几强度理论推导出来的？压力容器的强度理论分别是什么？8.设计压力为6.5MPa柴油加氢精制反应器，V=200m3为几类容器？依据是什么？9．什么情况下容器必须做气压试验？气压试验压力如何确定？10.通过低碳钢单向拉伸试验（圆棒状试件）的各阶段分别得到材料的哪些机械性能指标？11.某精馏塔的设计压力为0.5MPa，设计温度为300℃。试问在此塔上搭配联接塔身与封头的法兰，能否使用公称压力为0.6MPa、20钢制的乙型平焊法兰？为什么？12.求图1所示轮胎形回转体上A、B两点的第一、第二曲率半径？图113.写出下类钢材牌号的含义09MnNiDR和1Cr18Ni9Ti（符号和数字）。14.二力平衡条件是什么？什么叫二力杆？四、计算应用题1.沿顶部支承的储罐如图2所示。已知其中径D=2000mm，储水高H=6000mm，有效壁厚，顶部气压，A点离储罐底部之距离，，求A、B两点的两向薄膜应力？2.某厂一塔，内径，设计压力，设计温度127℃，焊缝系数=0.85，材料16MnR，材料许用应力=170MPa，壁厚附加量为。①确定此塔体名义壁厚？②若塔采用材料为Q235-A，此时材料的=113MPa，此塔的名义壁厚为10mm，其他条件不变，校核此塔的强度？3.图2为某立式圆筒形液化汽储罐，已知筒体中径D=2000mm，壁厚S＝20mm，两端为半球形封头，筒体部分长度为L=24000mm（图中所标尺寸均为mm），液面上方气体压力P=1.6MPa，液体重度γ=6000N/m3，求图中A、B两点处的两向薄膜应力。图24.有一内压卧式汽包，其内径Di=1300mm，设计压力为17.2MPa，汽包上装有安全阀，设计温度为300℃，材质为18MnMoNbR，双面焊缝，100%探伤，=190MPa，=410MPa，壁厚附加量C=2.5mm。①设计该容器的名义壁厚。②校核该汽包水压试验时的强度。

综合复习资料参考答案一、填空题1.大小，方向，作用点；2.脆性断裂，塑性屈服；3.合力偶矩等于零；4.选材，许用应力；5.几何形状，材料，载荷；6.公称直径，公称压力；7.停车，背风；8.弹性变形阶段，屈服阶段，强化阶段，缩颈断裂阶段；9.挠度，转角；10.=2；11.液压试验、气压试验；12.强制性；13.名义，有效；14.联结件，被联结件，密封元件15.压力高低，介质的危害程度，生产过程中的重要性；16.剪力，弯矩；17.整体法兰，活套法兰，螺纹法兰；18.鞍座，圈座，支承式支座；19.1，2；20.失稳，强度破坏；二、判断题（对的打“√”，错的打“×”）12345√√×××三、简答分析题1.答：2．答：三类容器。中压，搪玻璃压力容器3.答：P1<P4<P3<P24.答：因为这样可以适应由于温度变化引起的卧式容器伸缩，减少温差应力。一个为固定式鞍座（F型），另一个为滑动式鞍座（S型）。5.答：目的：大大减小计算长度，提高容器抗失稳的能力。加强圈主要采用刚性较大的型钢，主要类型有：扁钢、角钢、槽钢和工字钢等。6.答：塔的最大、最小质量是分别是塔在水压试验时和塔在安装检修时的质量。7.答：GB150中，内压薄壁容器壁厚设计公式是从第一强度理论推导出来的。压力容器的强度理论分别是最大拉应力理论、最大拉应变理论、最大剪应力理论、形状改变必能理论。8.答：三类容器。中压，反应容器，易燃介质且pV≥0.5MPa·m39.答：对不合适作液压试验的容器如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可作气压试验。气压试验压力：（MPa）10.答：弹性段：比例极限、弹性极限、弹性模量屈服段：屈服极限强化段：强度极限颈缩断裂段：延伸率、断面收缩率11.答：不能使用。PN=0.6MPa、20钢制的乙型平焊法兰300℃时最大允许工作压力为0.36MPa，小于设计压力。12.答：A：R1=r，R2=D/2cosθ-rB：R1=r，R2=D/2+r13.答：16MNDR低合金钢，含0.09%C、1％Mn、1％Nb的低温容器用钢。1Cr18Ni9Ti不锈钢，含0.1%C、18%Cr、9%Ni、1％Ti。14.答：二力平衡条件是：大小相等，方向相反，并作用在同一条直线上。