《过程设备设计》课后练习题答案

《过程设备设计》课后联系题答案1.压力容器导言思考题?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。艺过程的正常进行。答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊A、B100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。Q235-A·F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。pV大小进行分类？pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。GB150的适用范围是否相同？为什么？答：不相同。101P2内直径（非圆形截面指其最大尺寸）≥05，且容积≥00533盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。的适用范围：1≤≤，真空度不低于2按（℃34567对压力容实施安全技术监督和管理的依据，属技术法规范畴。、和三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？答：JB/T4735《钢制焊接常压容器》与GB150《钢制压力容器》属于常规设计标准；JB4732《钢制压力JB/T4735GB150JB4732GB150与JB4732相互覆盖范围较广。G150的适用范围： 1设计压力为≤≤，真空度不低于2（34567的适用范围：1设计压力为≤，真空度不低于2（最高为℃345671≤2设计温度为大于～℃奥氏体高合金钢制容器和设计温度低于℃但满足低温低应力工况且调整后的设计温度高于℃的容器不受此限制3不适用于盛装高度毒性或极度危害的介质的容45672.压力容器应力分析思考题1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么? 材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面？为什么？答：不能。只有正应力，使问题复杂化。 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比的原因。受的内压力最大，因此称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头 βRt什么？

两个参数的物理意义是力也由较高值很快衰减下来，称为不连续效应或边缘效应。ex很快衰减至。

3312 Rtβ

反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。该值越大，边缘效应影响范围越小。RtRt载能力，为什么？σσσ负值。 K21在数值上有如下规律：内壁周向应力σθ有最大值，其值为：maxpi

，而在外壁处减至最小，K21其值为minpi

2

，内外壁σθ之差为；径向应力内壁处为

，随着增加，径向应力绝对值逐渐减小，在外壁处σ轴向应力为一常量，沿壁厚均匀分布，且为周向应力与径向应力和的r一半，即z

3除σ2 K21不能用增加壁厚来提高承载能力。因内壁周向应力σθ有最大值，其值为：maxpiK21，随K值 单层厚壁圆筒同时承受内压与外压用时，能否用压差ppipo 公式ii00i0i0pR2pR2pii00i0i0

pR2R21r R2R2

R2R2 r20 i 0 iii00i0i0pR2pR2ppR2R21ii00i0i0 R2R2

R2R2 r20 i 0 ipRpRpRii 00z R2R20 i可以看出各应力分量的第一项与内压力和外压力成正比，并不是与ppipo成正比。而径向应3力与周向应力的第二项与ppipo37图而不能用ppipo表示。 什么？答：单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚分布情况题图。内压内加热时，综合应力的最大值为周向应力，在外壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值也在外壁，也是拉伸应力，比周向应力值小；径向应力的最大值在外壁，等于。内压外加热，综合应力的最大值为周向应力，在内壁，为拉伸应筒壁屈服发生在：内压内加热时，在外壁；内压外加热时，在内壁。是因为在上述两种情况下的应力值最大。r 为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程

rdrdr

，在弹塑性应力分析中同样适用？完全相同。 一厚壁圆筒，两端封闭且能可靠地承受轴向力，试问轴向、环向、径向三应力之关系式 rz 2

在弹性阶段成立在教材中已经有推导过程，该式是成立的。由拉美公式可见，成立的原因是轴向、环向、径向三应力随内外压力变化，三个主应力方向始终不变，三个主应力的大小按同一比例变化，由式 rz 2

可见，该式成立。对理想弹塑性材料，从弹性段进入塑性段，在保持加载的情况下，三个用全量理论求解，上式仍成立。有两个厚壁圆筒，一个是单层，另一个是多层圆筒，二者径比和材料相同，试问这两个厚壁圆筒的爆破压力是否相同？为什么？度比单层有轴向深焊缝的圆筒要高，实际爆破时比单层圆筒的爆破压力要高。预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？地利用材料。承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特征是什么？其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么？pRt2pRt成正比。同样的RtRt2Rtpp试比较承受均布载荷作用的圆形薄板，在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小和位置。 3pR2max 4t2

fwmaxw

pR464D 33pR2

s pR4

5max 8t2

wmax

64D1形薄板的中心。s

32 rmax2

0.31.65rr周边简支与周边固支的最大挠度比值

fmaxwmax 4.08ws 50.3wmax 4.08其结果绘于下图

fmax

1

10.3试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳相比有何异同？现在赤道上有较大压应力时，也会出现失稳失效。试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力？提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采用高强度材料是否正确，为什么？答：影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有：壳体材料的弹性模量与泊松比、长度、直径、壁厚、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷。性模量还量要高一些，不计成本的话，是可以提高圆柱壳弹性失稳的临界压力的。求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？答：有：应力集中系数法、数值解法、实验测试法、经验公式法。圆柱壳除受到压力作用外，还有哪些从附件传递过来的外加载荷？束反力、温度变化引起的载荷等。组合载荷作用下，壳体上局部应力的求解的基本思路是什么？试举例说明。的厚壁圆筒内的综合应力计算。习题 ，壳体厚度为）。若壳体材料由（b400MPa,s245MPa（b510MPa,s345MPa）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？应力分量表示的微体和区域平衡方程式：

）改为

pz

F2

rpdr2r

tσinR1 R2

0 z kpR tpR

prk pR2σin 2t的应力分布和大小不受材料变化的影响。对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。该封头中面处的长轴，厚度，测得点（）指示数为，压力表的指示数为，试问哪一个压力表已失灵，为什么？标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为，。在处的应力式为：

2bt

p2bta2

2500

1MPaA有一球罐（如图所示，其内径为（可视为中面直径，厚度为。内贮有液氨，球的气态氨。设气态氨的压力，液氨密度为，球罐沿平行圆支承，其对应中心角为°，试确定该球壳中的薄膜应力。hφ0，hφ0pR tpR

prk pR2σin 2t

pR0.410000

100MPa支承以上部分，任一φ角处的应力：， ρ （φφ），φ，φφσin0

10272 5110 10

coσ00.7由区域平衡方程和拉普拉斯方程：

rpcoσ0r00coσRgrdr2pRgcoσ

rrdr2R3gcoσ2σind000r 000R2pRgcoσ0

σin2σin2

2R3gcoσ3coσ3 0 0 0 RpRgcoσσin2σin2 R2gcoσ30 0 0 2tσin2 3tσin2 R pσin2σin2

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 0

pzRt

pcoσ0coσRgRt 0pcoσcoσRgR0t R pσin2σin2

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 0 R σin2σin2

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3 tσin22

0 2

0 3 0 102

106409.810.35σin20.511coσ30.73 3 500 5

221974.4σin20.5120928coσ30.3435 22.2σin22.1coσ312.042MPaσin2

pcoσcoσRg0 Rt R

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 0221.97431.392coσ5 22.2σin22.1coσ312.042MPaσin23φ(φ)：， ρ （φφ），φ，φφV2

rpcoσ0r0

coσRgrdr4R3g1h23Rhg0 3 3pRgoσ0rrR3goσ2indg4R3h23Rhr0 0 30R2pRgcoσ0

σin2σin2

2R3gcoσ3coσ33 00g4R3h23Rh03 V2Rt 0 0 RpRgcoσσin2σin2 R2gcoσ3 0 0 g 4R2

2tσin22 h

3tσin26tσin2

h3 R R R pσin2σin2Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22 0 g 4R2 2 h

2

0 3 0R6tσin2R

h3

pzRt

pcoσcoσRg0 R 0 t0pcoσcoσRgR0t R pσin2σin2Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22 0 g 4R2 2 h

2

0 3 0R6tσin2R

h3 R

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3 tσin22

0 2

0 3 0 g 4R2h23hR6tσin2R

10 0.02σin2106409.810.35σin20.511coσ30.7319656624

σin2500221974.4σin20.5120928coσ30.34339313.248σin25 22.2σin20.512.1coσ30.3433.9σin25 22.2σin22.1coσ38.14σin2

MPa pcoσ0coσRgR g 4R2h23hR t 6tσin2R

R

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 020031.3920.7coσ

5

22.2σin20.512.1coσ30.34319.656624σin220031.3920.7coσ5 22.2σin22.1coσ38.14σin2221.974-31.392coσ5 22.2σin22.1coσ38.14MPaσin2有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图所示，试用无力矩理论形容器中面半径，厚度；锥形底的半锥角α，厚度，内装有密度为ρ的液体，液面高度为，液面上承受气体压力。α（α半锥顶角），ρ，φπαrRxtgcR2pc

Hgc3c

xR2r2Rrg2r

tcoσ

R2p

Hg1xR2r2Rrgrx3rx2rtcoσ2 2

x2tg2cRpHgxRc

xRtg

g32R2Rxtg

cR1 c

pzt

pHxgRxtgddx

1tcoσ

tcoσcgRxtgpc

Hxgtgd

1

pctg

d2

2gtg令： 0 dx

2tgR

Htg

g

tcoσ 0在x处有最大值。的最大值在锥顶，其值为。 1R pc

pctgpcH2tgHggRHtg

g

max

2tcoσ试用圆柱壳有力矩理论，求解列管式换热器管子与管板连接边缘处（如图所示）管子的不连续应力表达式（管板刚度很大，rt。w11pwQ0w11

wM00111pQ0111

M001内压引起的周向应变为：12p 2Rwp2R2 2R

pREt

p

pR2Etw2转角：w2

2p02w2M0w2

122DM0

Q0

123DQ0w20M 1 Mw202 D

Q 1 Q02 22D 00wpw2

wQ

2wM002

pQ0

2M002222222pR2Et

1 M 22D 0

1 Q0323D 03

1 M D 0

1 Q022D 00M 22D0

pR2Et

Qo4D

pR2EtNx044R3DNEt

exσinx

x

pRe

xσinx

xMx2

2R2DpEt

exσinx

xMMx43R2Dp

xQx

e coσxEt

Nx12Mxt t3

242R2Dpz Et4

exσinx

xz N

12M

pR

x

242RD

x

t t3z0

e σin t

coσx

Et3

e σin

coσ

xz6Qt2

243R2Dpt2

2x x

z

ze

coσx44x t3 Et4 44 Nx

12Mx

pR242R2Dp

x x

2t tpRNt t

t3 z 2t12Mt3

Et4

e σin

coσ xzpR

x

242RD

x

t1 tz0

σin

coσ

e σin

coσ

xzt2

243R2Dpt2

2x x

z

ze

coσx44x t3 Et4 44两根几何尺寸相同，材料不同的钢管对接p，操作温度0tcE相r，厚度为t，试求得焊接处的不连续应力（不计焊缝余高。内压引起的周向应变为： 1prpr

p温差引起的周向应变为：

12r

Et

2t

p 2w1 2Etw2rwt2rwt

t 1

t t twtrtr 10 c 1 1 1wtrtpt

转角：

w 21 2Et0p01

r1t内压引起的周向应变为： 2rwp2r1prpr

p温差引起的周向应变为：

22r

Et

2t

p 2w2 2Etw2rwt2rwt

tt 2t

t t twrtr 20 c 2 2 2wrtpt

转角：

w 22 2Et0p02

r2tw1M0w1

122DM0

Q 1 Qw01 23D 0w01M01

1DM0

Q 1 Q01 22D 00www2M0w2

122DM0

Q0

123DQ020M 1 M202 D

Q 1 Q02 22D 00

wptw11222111222

wQ

1wM01

ptw2w

wQ

22wM0221pt11

Q0

M0

pt

Q0

M0pr2

1

1

1 121112Et111

r1t 22DM0

23DQ0 2Et2

r2t 22DM0 23DQ01DM01

22DQ0

DM0

22DQ0M00o01Qr3Dto01

tc

2

Nx0N

Etext2

tc

coσx1x0M r2Dext1x0

tc

σinx1MMx1x01Q r3Dextx01

tc

coσxσinxx t

12Mxt3

z12zr2Dextt3

tc

σinx1 N1

12M

zext

Ecoσx12zr2Dσinx t t3z0

0 c 1

22 t3 6Qx

2 6rt2

2

x0 c 1 0 c 1 2

t3 4

zDe t34

t coσxσin prNx

12Mxzpr12zr2Dext

σinxx 2t t

2t t3

0 c 1 2 prN

12Mz

prext

Ecoσx12zr2Dσinx t t t3 t

0 c 1 2 2 t3 z06Qt2

2 6rt2

2

xxx

t34

zDe t34

0 c 1 20 c 1 2物理方程

rwdrdw rd r

wr E

wr

rE

rr公式rr

pR2 R2 p R2 ii 10 i 10r R2R2

K21 r20 i pR2 R2 p R2 ii 10 i 10R2R2

K21

r20 i pR2 p ii i z R2R2

K210 i在外壁面处的位移量及内径：wrR0

piR0EK21

2w01piR021piR02Ew013649020.321050.365

R0RiK0

4901.188

412.538mmrpi

36MPa pi

1.18821 K211

36 1.18821

211.036MPa外壁面处的应力值：

pi K21

361.18821

87.518MPa

2pi

175.036MPa

K21pi K21

1.18821361.18821

87.518MPa有一超高压管道，其外直径为78mm，内直径为34mm，承受内压力300MPa，操作温度下材料的σb=1000MPa，σs=900MPa。此管道经自增强处理，试求出最佳自增强处理压力。解：最佳自增强处理压力应该对应经自增强处理后的管道，在题给工作和结构条件下，其最大应力取最小值时对应的塑性区半径的周向应力为最大拉伸应力，其值应为经自增强处理后的残余应力与内压力共同作用下的周向应力之和： R

2R

R2

R2

R

pR2

R2s10

c

i 1c

2lnc i i 103 R3

R

R

R

R c

0

0 i

0

i

i

c0，求其驻点 R2R

R2 R2

R s 0c

i 1c

2lnc3R 3

R

2

R Rc c 0

0 i

0

i R2

R2

1 2pR2 R2 s10

c i c

i i 003 RR23

R2R2

R R2R2R3 c0

0 i

c 0 i c解得：Rc=21.015mm。根据残余应力和拉美公式可知，该值对应周向应力取最大值时的塑性区半径。由自增强内压与所对应塑性区与弹性区交界半径的关系，最佳自增强处理压力为： R2R2 R3ipS3i

0 c2lnc589.083MPaR2o RiR2 3pR2

3pR23Pmax

4t2

33pR2

33pR233Pmax

8t2

R=500mm，板厚=38mmp=3MPa，试求板的最大挠度和应力（取板材的E=×，μ）解：板的最大挠度： Et3 2105383 9D12121210.321.00510f pR4 35004板的最大应力：

wmax64D641.005109

2.915mmmax

3pR24t2

3350024382

389.543MPa上题中的圆平板周边改为简支，试计算其最大挠度和应力，并将计算结果与上题作一分析比较。解：板的最大挠度：s pR45

50.3

wmax64D1

2.9154.0772.91511.884mm10.3

33pR28t2

330.3350028382

2

389.543

1.65

642.746MPa4.0771.65倍。10080（=15106E210Maμ03mm以下，试问塔板的厚度应增加多少？解：周边简支圆平板中心挠度 Et3 210563 5D12121210.3239.5610phg0.815009.8111772Pa0.012MPaws

pR45

0.0127504 50.3

61.14mmmax

64D1

6439.5610510.3以下需要的塔板厚度塔板刚度需增加的倍数：

61.1420.38331231210.32806.23281052105

D20.3839.56105806.232810533E10.4mm以上的厚度。三个几何尺寸相同的承受周向外压的短圆筒，其材料分别为碳素钢（σs=220MPa，E=2×105MPa，μ03、铝合金（σ=1Ma，E07×10Ma，μ03）和铜（σs10Ma，=11×0Ma，μ=03答：碳素钢的大。从短圆筒的临界压力计算式pcr

2.59Et2LD0D0LD0D0t试问它们的临界压力是否相同，为什么？在失稳前，圆筒中周向压应力是否相同，为什么？随着所承受的周向均布外压力不断增加，两个圆筒先后失稳时，圆筒中的周向压应力是否相同，为什么？支承，容易失稳；而短圆筒的两端对筒体有较好的支承作用，使圆筒更不易失稳。质相同时，其应力值相同。临界压力比短圆筒时的小，在失稳时，长圆筒壳内的压应力比短圆筒壳内的压应力小。愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对否，为什么？1圆筒的刚度，刚度提高就可提高其临界压力。修等要求，圆筒需要必要的厚度，加强圈增加的费用比圆筒的费用减少要大，经济上不合理。10100040M=4Ma，E210M=031pc2pb，并比较其结果。1crD0t102010D01000210D0t102010Lcr

1.17D0

12052.75mm12m20mpcr

t2.2Et

2.22105

0.415MPa3D03b

1020pb

2slnK 2451020332 ln4001000

7.773MPa 18.747倍。题62121crpcr

2.59Et2

2.592105102

2.514MPaLD0D0t200010201020103LD0D0t200010201020103

245 1020pb

2 ln 7.773MPa400 10003 b 33.092倍，但比长圆筒时的倍数小了很多。3．压力容器材料及环境和时间对其性能的影响压力容器用钢有哪些基本要求？

思考题为什么要控制压力容器用钢中的硫、磷含量？答：因为硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆性性能和耐腐蚀性能。效地发现脆化，在断裂前不能被及时发现，出现事故前无任何征兆，具有突发性。时采用抗氢用钢、中子辐照材料脆化在设计时预测及时更换。压力容器选材应考虑哪些因素？范标准。4．压力容器设计思考题（刚）度和密封设计。结构设计主要是确定合（刚）度设计的内容主要是确定好。准设计，还应提供应力分析报告。1234裂纹于滑移带或晶界处形成，并不断扩展，形成宏观疲劳裂纹并贯穿容器厚度，从而导致容器发生失效；质泄漏率超过许用的泄漏率为失效。什么叫设计压力？液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？答：压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力。能达到的最高金属温度确定。TiToT，请问设计温度取哪个？选材以哪个温度为依据？T。选材以元件金属截面的温度平均值为依据。度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？C1腐蚀裕量C2腐蚀裕量C2计算厚度δ设计厚度δdC1腐蚀裕量C2腐蚀裕量C2计算厚度δ设计厚度δd名义厚度δnδmin2不一定比厚度负偏差加第一厚度圆整值的和小，最小厚度有可能比计算厚度小，而不能保证寿命。艺和使用管理的先进性以及检验水平等因素。1234分类，再按不同的设计准则来限制，保证容器在使用期内不发生各种形式的失效。薄壁圆筒和厚壁圆筒如何划分？其强度设计的理论基础是什么？有何区别？1δ≤01或≤122据的。3（内壁）发生屈服时，其余各点仍处于弹性状态，故不会导致整个截面的屈服，因而构件仍能继续承载。在这种情况下，弹性失效(一点强度)设计准则就显得有些保守。121制造工艺简单，不需要大型复杂的加工设备；与单层式圆筒相比安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力，减少了脆性破坏的可能性，同时包扎预应力可有效改善圆筒的应力分布；但多层包扎式圆筒制造工序多、周期长、效率低、钢板材料利用率低，尤其是筒节间对接的深环焊缝对容器的制造质量和安全有显著影响。对介质适应性强，可根据介质的特性选择合适的内筒材料。其制造范围为290MPa、操作温度-30~350380mm6000mm、重量801002的温度进行套合，冷却收缩后便得到紧密贴合的厚壁筒节。热套式外筒对内筒产生有一定量的预压应力，可提高容器的承载能力。具有包扎式圆筒的大多数优点外，还具有工序少，周期短的优点。热套式需较大尺寸的加工设备，热套工艺要求技术高，不易制造较大直径和长度的容器。其适用范围与多层包扎式基本34包扎时各层的环焊缝相互错开，克服了多层包扎式筒节间的深环焊缝，圆筒与封头或法兰间的环焊缝改为5绕带式和扁平钢带倾角错绕式两种。生产过程机械化程度高、生产效率高、材料损耗少、存在预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布均匀。型槽绕带式的钢带尺寸公差要求严、技术要求高，需采用精度较高的专用缠绕机床。扁平钢带设计灵活、制造方便、可靠性高、在线安全监控容易。由于扁平钢带倾斜缠绕使筒体周向强度有所削弱。适用范围与多层包扎式相同。11232p好时，具有自限性。使容器失效的应力是平均应力。周向平均应力和径向平均应力为：p按第三强度理论

pDpD2 2

r2

pDi

ppDt r 2 2 2 pDtpp≤0.4[σ]tφ？变比能准则相对应的应力强度σeq4能较好地反映厚壁圆筒的实际应力水平与中径公式相对应的应力强度为

eq4

3K2K21pc K1 peqm 2K1ceq4

eqmKK=1.5时，比值eq4

1.25GB150ns=1.61.5，仍可按中径公式计算倍，说明筒体内表面金属仍未达到屈服点，处于弹性状态。当时，δ，代入中径公式得：0.25Di

pcDictpc

0.t1.25p

p0.tcc≤σφ的依据。cc从受力和制造两方面比较半球形、椭圆形、碟形、锥壳和平盖封头的特点，并说明其主要应用场合。反。采用分瓣冲压其拼焊工作量较大。半球形封头常用在高压容器上。多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。碟形封头由半径为Rr的过渡环壳和短圆筒等三部分组成。碟形封头是一不连续曲面，在经线曲率半径突变的两个曲面连接处，由于曲率的较大变化而存在着较大边缘弯曲应力。该边缘弯曲应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其他部位，故受力状况不佳。但过渡环壳的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，且压制碟形封头的钢模加工简单，使碟形封头的应用范围较为广泛。体的排放，可作为不同直径圆筒的中间过渡段，因而在中、低压容器中使用较为普遍。差。但制造方便，在压力容器上常用于平盖封头、人孔和手孔盖、塔板等。1ym2y的物理意义为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加在垫片上的压应力。法兰标准化有何意义？选择标准法兰时，应按哪些因素确定法兰的公称压力？121Mn在0称压力。当容器法兰设计温度升高且影响金属材料强度极限时，则要按更高一级的公称压力选取法兰。其中大部分需要法兰环来承担，这就使法兰环的实际应力有可能超过单独对锥颈和法兰环的强度限制条件。因此为使法兰环不产生屈服，保证密封可靠，需对锥颈部分和法兰环的平均应力加以限制。件。处，从而达到密封目的。紧在径向刚度大的被连接件上，形成密封比压达到密封的目的。封元件在容器内部介质压力锥环两锥面上的软金属垫片软金属垫片达到足够的预紧和平盖凸出部分外圆柱面间小；双锥环由于在预紧时的径向收缩产生回弹，使两锥面上继续保留一部分比压；在介质压力的作用下，须大于软金属垫片所需要的操作密封比压。规定，在什么情况下壳体上开孔可不另行补强？为什么这些孔可不另行补强？答：GB150规定：当在设计压力≤2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径≤89mm时，满足下表的情况下，可不补强接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0而也降低了开孔处的最大应力。因此，可以不预补强。采用补强圈补强时，GB150对其使用范围作了何种限制，其原因是什么？50M15n≤8。原因为：补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区域产生较大的热应力；补强圈与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲劳性能差。130m2345答：安全阀的优点：仅排放容器内高于规定值的部分压力，当容器内的压力降至稍低于正常操作压力时，比较容易。安全阀的缺点：密封性能较差，阀的开启有滞后现象，泄压反应较慢。片不能继续使用，容器也被迫停止运行，一旦容器超压就把全部气体排出而造成浪费和中断生产。压力试验的目的是什么？为什么要尽可能采用液压试验？答：压力试验的目的：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。对外压容器，在外压作用下，容器中的缺陷受压应力的作用，不可能发生开裂，且外而以内压试验进行“试漏”，检查是否存在穿透性缺陷。试验。液压试验时，必须同时在内筒保持一定的压力，以确保夹套试压时内筒的稳定性。边缘应力是由于保持不连续处的变形协调而产生的；应力沿壳体壁厚的分布规律不同，如薄膜应力是均匀献大，有自限性的应力对失效的贡献小。1S23局部+Pb强度SⅢ4（P+P+5Ⅴ（PL+Pb+Q+F算得。前四组强度的许用值是在所考虑点上，每组对应与该点的最大主应力与最小主应力之差；峰值应力强度SⅤ是该点的最大主应力与最小主应力之差值的一半。1响。2法，折算到相当于平均应力为零的一个当量交变应力幅。修正相应的对称循环疲劳曲线。习题K≤0.1mm/a，设计寿命B=20Q2305-·F、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。=18M0φ0C=01=2~6m35A的σ]13时，16MnR的[σ]t170MPa4-2，C1=0.8mm。Q235-A时：pDtppD

1.851000

9.724mm16MnR时：

nC1C29.7240.8212.524mm取n14mmpDtppD

1.851000

6.443mmnC1C26.4430.829.243mm取n10mm石油气，经测试其在0℃时的最大饱和蒸气压小于162Ma（即0℃时丙烷饱和蒸气压；圆筒内径L=8000mm16MnRC2=2mm，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为09123（41p=p1×1618Ma=60C==106mMR的σ=4-2，C1=0.8mm。容积VD2L2.62842.474m3,pV1.78242.47475.689MPam34 i 42756M·P3pDtppD

1.7822600

13.693mm标准椭圆形封头的厚度

nC1C213.6930.8216.493mm取n18mmpDt0.5ppD

1.7822600

13.728mm4

nC1C213.7280.8216.528mm取n18mm应力校核

pT1.25p1.251.7822.228MPa pTDie2.2282600182.8191.667MPa0.9

0.9345310.5MPaeT 2e

2.8 sDi=600mm，厚度δn=7mm16MnR，计算压力各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。φ=1.01pcctpc

2.2600

1.947mm2

1.9470.813.747mm取n7mmpcct0.5pc

2.2600

3.895mm3

3.8950.815.695mm取n7mmRi0.9Di

r0.17Di0.17600102mm1 Ri 1

540M 3 3

1.3254r4 4r4

102Mpcct0.5pc

1.3252.25402.2

4.645mm4.6450.816.445mm取n7mm4Kpct0.32.2170Kpct0.32.21701.0pDc

37.385mm查表4234~40时，C11.1mm37.3850.81.139.285mm取n40mm16MnRC2=1.0mm，试确定圆筒的厚度。~6m6MR的[σ]=[σt=0M=45M42C0φ10，φ0=0.9。为安全起见取φ=0.9，按中径公式计算：pcctpc

31.4800

91.479mm取6mm层板16层，内筒1层，共17层的总壁厚负偏差为170.813.6mm91.47913.61106.079mm取n110mm今需制造一台分馏塔，塔的内径Di=2000mm，塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度）厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。解：计算长度LL13

600025006333.333mm3、12mm、14mm钢板，C1=0.8mmC2=1mm。三种厚度板各自对应的有效厚度分2024mm、2028mm18mD0e

20166.2325.16120,

LD06333.33320163.142查图4-6得：

A0.00007;

查图4-7得：

E1.69105MPap

20.000071.691053325.161

0.0243MPa0.1MPa3D3D0 e212mD0e

202410.2198.43120,

LD06333.33320243.129查图4-6得

A0.0001;

查图4-7得

E1.69105MPap

20.00011.691053197.647

0.057MPa0.1MPa3D3D0 e314mD0e

202812.2166.2320,

LD06333.33320283.123查图4-6得

A0.00022;

查图4-7得

E1.69105MPap

20.000221.691053166.23

0.149MPa0.1MPa3D3D0 e图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒内反应液的最高工作压力16MnRC2=2.0mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进φ=0.85，试进行如下设计：12311规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力psmin1.43pw

1.4334.29MPaGB150表B3爆破片的制造范围，当设计爆破压力高于0.53%设pb

p 10.0154.291.0154.354MPa（bpp10.034.3541.034.485MPab（：2828p0.41.250.5MPaL40003004010003990mm4设计温度取工作温度4-2，C1=0.8mmC2=2.0mm，φ=1.020C=。21pD1pD圆筒壁厚：

tp

4.4851000

13.368mmpDnC1C213.3680.8216.168mm 取n18mmpD标准椭圆形封头壁厚：

t0.5p

4.4851000

13.279mmnC1C213.2790.8216.079mm2

取n18mm圆筒稳定性校核：

取n18mm,

e182.815.2mm,

D01000361036mm

103615.268.15820,

LD0399010363.851DB0 DB0 e

A0.00055;

查图4-8得

B70MPap

70 1.027MPa0.5MPa68.158n18mm满足稳定性要求标准椭圆形封头稳定性校核：

取n18mm,

e182.815.2mm,D01000361036mm，

查表45得系数K10.9,

R0K1D00.91036932.4mmR0eR0e

0.12515.20.002RRB0 e

查图4-8得

B160MPap

0.5MPa932.4n18mm满足稳定性要求2圆筒壁厚：

tp

0.4110021700.850.4

1.525mmpDpDnC1C21.52512.525mm，取n4mm3mmpDpD标准椭圆形封头壁厚：

t0.5p

0.41100

1.524mmnC1C21.52412.524mm，取n4mm3mm有一受内压圆筒形容器，两端为椭圆形封头，内径δn=14mmC2=2.0mm，焊接接头系数φ=0.85；在圆筒和封头焊有三个接管（方位见图0a8×60结构是否需要补强？ab、c均需计算后确定。椭圆形封头的计算厚度：14M42C010mσ]=101MPa；fr=101/144=0.701。标准椭圆形封头壁厚：pDt0.5ppD

2.51000

10.265mm接管b的计算厚度

pDtp

2.5203

2.557mm接管c的计算厚度

pDtp

2.5147

1.851mmb的补强计算：接管的有效厚度：et82.85.2mm，封头的有效厚度：

e140.8211.2mm开孔直径：d21928220.8197.4mm所需最小补强面积etAd21et

f197.410.265