《过程设备设计》课后联系题答案

11.压力容器导言1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?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。用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。：支承并把压力容器固定在基础上。参数，保证压力容器的使用安全和工2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？QAQB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；盛装毒性金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊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。V愈高。。径(非圆形截面指其最大尺寸)≥0.15m，且容积≥0.025m3；○3盛装介质为气体、液化气体或最高工作 GB150的适用范围：○1设计压力为≤≤，真空度不低于的适用范围：○1设计压力为≤，真空度不低于 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2.压力容器应力分析1.一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?个相邻的垂直于轴线的横截面代替教同壳体正交的圆锥面，这两截面与方程是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t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。约束 么？K2+1在数值上有如下规律：内壁周向应力σθ有最大值，其值为：σθmax=piK2−1，而在外壁处减至最小，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K2+1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：σθmax=piK2−1，随K值答：不能。从公式θR−Ri2R−Rr2piRipRθR−Ri2R−Rr2z=R−R可以看出各应力分量的第一项与内压力和外压力34应力rd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G=z2，对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段是否都成立，为什么？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G=z2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，三个的包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？。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σf2() 读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σf2()3pR2σ=max4t2σ=σ=max8t2σ=w=fpRw=max64D′周边简支与周边固支的最大应力比值rmax周边固支的最大挠度比值max=4.08max=4.08图读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？。读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6比、长度、直径、壁厚、因为高强度材料的弹性模量与低强度材料的弹弹性失稳的临界压力的。臼8读求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？验测试法、经验公式法。臼動读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？度变化引起的载荷等。臼冶读组合载荷作用下，壳体上局部应力的求解的基本思路是什么？试举例说明。得到总应力分量。如同时承受内压和温度变化基本方程，求解圆柱壳中的应力(壳体承受气体内压口，壳体中面半径为共，bMPasMPa力如何变化？为什么？pRσθσθ= prkpRσφ=2δσinφ=2t基會读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?已臼臼臼臼OO，厚度命已臼臼OO，测得司点(因已臼)处的周向应力为凰臼矿啟否。此时，压力表骂指示数为臼矿啟否，压力标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为會，即否行Q已會，否已?行會已凰臼臼OO。在因已臼处的应力式为：aσθ=2btt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 prkpRσφ prkpRσφ=2δσinφ=2th⇒σ=σ===100MPaσθ+σφ=−tσθ=p+(coσφ0−coσφ)RρgR−σφtttttV=2πRσφtσin2φσθ+σφ=−tσθ=p+(coσφ0−coσφ)RρgR−σφtr=R−xtgαttσφ=g=2(R−xtgα)tcoσαrxr[pc+(H+x)ρg](R−xtgα)coσασθcoσα在x处σθ有最大值。σφ的最大值在锥顶，其值为∞。σ=σ=θmax2tcoσα边缘处(如图所示)管子的不连续应力表达式(管板刚度很大，111111内压引起的周向应变为：w2=−w2=−2πREtEtφ2M0=M0变形协调条件222222−−M0−Q0=0M0+Q0=02pR2EtM0=2pR2EtQo=−4β3D′xMθ=µMx边缘内力引起的应力表达式z综合应力表达式∑σθ=+±tlLEt」JtlLEt」J∑σz=0p操作温度厚度为t，试求得焊接处的不连续应力(不计2πr2πrE\t2t)2πr2πrE\t2t)边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳的挠度和转角φ2M0=M0−M0+Q0=M0+Q00M=00边缘内力表达式N=0xMx=rβ2D′e−βx(t0−tc)(α1−α2)sinβxMθ=µMxQx=rβ3D′e−βx(t0−tc)(α1−α2)(cosβx−sinβx)边缘内力引起的应力表达式xσ=0z综合应力表达式∑σz=0w=rεθw=rεθθε==仅承受内压时的O今公式 piRi2piσz=R−Ri2=K2−1的位移量及内径：iR=R0=490=412.538mmiK1.188σ=pi=36=87.518MPa=0rσ=2pi=2×36=175.036MPaθK2−11.1882−1σ=pi=36=87.518MPa8.有一超高压管道，其外直径为78mm，内直径为34mm，承受内压力300MPa，操作温度下材料的向应力之和：maxt23pR2maxt2σ===σ===σ===σ===有一周边固支的圆板，半径R=500mm，板厚=38mm，板面上承受横向均布载荷p=3MPa，试wfpR5004=2.915mm3pR23×3×5002。mm大液层为800mm(液体密度为ρ=1.5×103kg/m3)，ws14mm ws14mm挠度控制在以下需要的塔板厚度 钢的大。从短圆筒的临界压力计算式性模量成正比，这三种材料中碳素钢的申最筒壳内的压应力小。。、维00 3．压力容器材料及环境和时间对其性能的影响2.影响压力容器钢材性能的环境因素主要有哪些？要有温度高低、载荷波动、介质性质、加载速率等。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。4.为什么说材料性能劣化引起的失效往往具有突发性？工程上可采取哪些措施来预防这种失效？材料辐照脆化。外观检查和无损检测不能有、高温蠕变断裂在设计时按蠕变失效设计升降温的速度尽量缓慢、氯腐蚀和氢脆在设计时预测及时更换。4．压力容器设计度δd度δn度δd度δn压力容器设计时应综合考虑：材料、结构、许用应力、强度、刚度、制造、检验等环节。理、经济的结构形式，并满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；强(刚)度设计的内容主要是确定选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良2.压力容器的设计文件应包括哪些内容？提供应力分析报告。计计准则以容器爆破作为失效状态；弹塑性失效裂纹并贯穿容器厚度，从而导致容器发生失效；力松驰、蠕变变形和蠕变断裂为失效形式；脆性刚度失效设计准则以构件的弹性位移和转角超4.什么叫设计压力？液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？设计温度取哪个？选材以哪个温度为依据？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？是计算厚度加腐蚀裕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。7.影响材料设计系数的主要因素有哪些？点(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。和利用率低，尤其是筒节间对接的深环焊缝对容器介质的特性选择合适的内筒材料。其制造范围为MPamm最大外直径6000mm、重量度进行套合，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，具有工序少，周期短的优点。热套式需较大径和长度的容器。其适用范围与多层包扎式基本为高、生产效率高、材料损耗少、存在预紧力，在在线安全监控容易。由于扁平钢带倾斜缠绕使筒式相同。力σ==σ=σ==σ=−θ2δ2δr2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σeq4=pc的应力强度为 K+1σeqm=2(K−1)pceqeqmK当K=1.5时，比值σeq4σeqm≈1.25表明内壁实际应力强度是按中 形封头、碟形封头为何均设置短圆筒？合。封头常用在高压容器上。布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得r泛。、人孔和手孔盖、塔板等。栓法兰连接密封中，垫片的性能参数有哪些？它们各自的物理意义是什么？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。18.法兰强度校核时，为什么要对锥颈和法兰环的应力平均值加以限制？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制。锥环密封为例说明保证自紧密封正常工作的条封元件产生径向变形，压目的。封元件在容器内部介质压力上，形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两锥面上的、在预紧时所达到的比压趋于减软金属垫片所需要的操作密封比压。GB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外径从孔处的最大应力。因此，可以不预补强。验进行“试漏”，检查是否存在穿透性缺陷。体的大，因此选择液体作为试验介质，进行液压.简述带夹套压力容器的压力试验步骤，以及内筒与夹套的组装顺序。作夹套夹套试压时内筒的稳定性。的；沿壳体壁厚的分布规律不同，如薄膜应力是均匀贡性的应力对失效的贡献小。效所起的作用的大小。部热的影响而叠加在上述两原则下的应力之上的应力增量，具有高度的“局部性”。一次应力、二次应力和峰值应力的区别是什么？ 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S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。mmn12n12石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62MPa(即50℃时丙烷饱和蒸气压)；圆筒内径Cmm头的厚度n=7mmn=7mm取δn=7mm取表4−8序号5的结构形式，系数K=0.3C1=1.1mmm取δn=40mm5.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)长度L=L+i=6000L=L+i=6000+=6333.333mm333mm8mm钢板不能制造这台设备mm能制造这台设备mm制造这台设备6.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m