2022年《化工设备机械基础》习题解答.pdf
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1、第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量组钢号种类含碳量 %合金元素含量(% )符号意义Q235-A F普通碳素甲类钢F:沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-A普通碳素甲类钢A:甲类钢20g优质碳素结构钢%g: 锅炉钢16Mn R普通低合金钢%R:容器钢20MnMo普通低合金钢%MnMo%16MnDR普通低合金钢%Mn:%D:低温钢14Cr1Mo普通低合金钢%Cr:0Cr13铬不锈钢%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢%Cr:18%;Ni:9%;Ti:%00Cr19Ni10奥氏体不锈钢%Cr:19%;Ni:10%B组:钢号种类含碳量 %合金元素含量(% )符
2、号意义Q235-B普通碳素乙类钢F:沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-AR普通碳素甲类容器钢R:容器钢16Mng普通低合金钢%Mn:%g: 锅炉钢18Nbb普通低合金钢%Nb:%b: 半镇静钢18MnMoNbR普通低合金钢%09MnNiDR普通低合金钢%:%R:容器钢精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 27 页 - - - - - - - - - - 06MnNb普通低合金钢%:!.5%2Cr13铬不锈钢%Cr13%12Cr2Mo1普通低合金钢%Cr: %;Mo:%0Cr18Ni12M
3、o2Ti奥氏体不锈钢%Cr:18%;Ni:12%;Mo:%;Ti:P 不设置加强圈会被抽瘪(4)设置加强圈所需加强圈最大间距mmDSPDELoecots5.404)8082(1 .08081019586.0)(86.05.235.2加强圈个数:个)(7.215.40415001sLLn取整, n=3 需设三个加强圈(5)验算设三个加强圈,则:Le=L/4=1500/4=375mm Le/D0= D0/Se=404查图 5-5 得 A=,查图 5-12 ,得 B=45MPaMPaSDBPe11.040445/0因为 PcP ,且十分接近,故至少需设三个加强圈。第六章容器零部件二、填空题:精品资料
4、 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页,共 27 页 - - - - - - - - - - A组:1 法兰联接结构,一般是由(联接)件,(被联接)件和(密封元)件三部分组成。2 在法兰密封所需要的预紧力一定时,采取适当减小螺栓(直径)和增加螺栓(个数)的办法,对密封是有利的。3 提高法兰刚度的有效途径是1(增加法兰厚度) 2 (减小螺栓作用力臂) 3 (增加法兰盘外径)。4 制定法兰标准尺寸系列时,是以(16MnR )材料,在( 200)时的力学性能为基础的5 法兰公称压力的确定与法兰的最大(
5、操作压力),(操作温度)和(法兰材料)三个因素有关。6 卧式容器双鞍座的设计中,容器的计算长度等于(筒体)长度加上两端凸形封头曲面深度的(2/3 )。7 配有双按时制作的卧室容器,其筒体的危险截面可能出现在(支座)处和(跨距中间)处。8 卧式容器双鞍座的设计中,筒体的最大轴向总应力的验算条件是:轴向应力应为(拉t)轴向压力应为(压t)和(轴向许用压缩应力ac的较小值)B组:1 采用双鞍座时,为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用,应尽可能将支座设计的靠近封头,即A D0, 且A不大于() L2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有=(120) 和 =(150)两种。3 采用补强板对开孔进行等面积补强时
6、,其补强范围是:有效补强宽度是(22,2maxntnddB)外侧有效补强高度是(min 接管实际外伸高度,1ntdh )内侧有效补强高度是(min 接管实际内伸高度,2ntdh )4 根据等面积补强原则,必须使开孔削弱的截面积A Ae=(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A2+( 焊缝金属截面积 )A3。5 采用等面积补强时,当筒体径Di1500mm 时,须使开孔最大直径 d(1/2)Di, 且不得超过( 520)mm. 当筒体直径Di,1500mm 时,须使开孔最大直径 d( 1/3)Di, 且不得超过( 1000)。6 现行标准中规定的
7、圆形人孔公称直径有DN(400)mm, DN(450)mm, DN(500)mm, DN(600)mm等四种。7 现行标准中规定,椭圆形人孔的尺寸为(400)( 250)mm 与( 380)( 280)mm 。8 现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN(150mm) 和DN(250mm) 两种。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页,共 27 页 - - - - - - - - - - 四、工程应用题A 组:1 选择设备法兰密封面型式及垫片介质公称压力 PN 介质温度适宜密封面型式垫片
8、名称及材料(MPa )丙 烷 150 平形耐油橡胶石棉垫 / 耐油橡胶石棉板蒸 汽 200 平形石棉橡胶垫 / 中压石棉橡胶板液 氨50 凹凸或榫槽石棉橡胶垫圈 / 中压石棉橡胶板氢 气 200 凹凸缠绕式垫圈 /08(15) 钢带 - 石棉带2 试为一精馏塔配塔节与封头的联接法兰及出料口接管法兰。已知条件为:塔体内径800mm, 接管公称直径100mm ,操作温度 300,操作压力 , 材质 Q 235-AR。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
9、6-4 可知应按法兰的公称压力为来选择尺寸。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 20,共 24 个,材料由表6-6 查得为 35。螺母材料为235- 。(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 MPa;根据公称压力、公称直径按表6-10 确定法兰类型和密封面型式为突面板式平焊管法兰,法兰标记:HG20592 法兰 RF Q235-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
10、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页,共 27 页 - - - - - - - - - - 图 1 甲型平焊法兰(容器法兰)(法兰 -RF JB4702-92 )图 2 突面板式平焊管法兰(HG20592 法兰 RF Q235-A )6有一卧式圆筒形容器,DN=3000mm,最大重量为 100吨,材质为 16MnR ,选择双鞍式支座标准。【解】每个支座上的载荷KNmgF49028.91010023根据承受载荷与公称直
11、径查附录十六,应选用轻型(A型) 120包角带垫板鞍座。JB/4712-92 鞍座 A3000-FJB/4712-92 鞍座 A3000-S鞍座材料 Q235-AF 垫板材料 16MnR 允许载荷 Q=786KN鞍座高度:mmh250腹板 :mm102精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页,共 27 页 - - - - - - - - - - 底版:mmmmbmml143602180111筋板:mmmmbmmbmml104063163413323垫板:mmemmmmbmm65105003
12、49044弧长9 有一 896 的接管,焊接于内径为1400mm ,壁厚为 16mm 的筒体上, 接管材质为10 号无缝钢管, 筒体材料 16MnR ,容器的设计压力,设计温度为250,腐蚀裕量2mm ,开孔未与筒体焊缝相交,接管周围20mm 内无其他接管,试确定此开孔是否需要补强如需要,其补强圈的厚度应为多少画出补强结构图。【解】由表16-1 查得 16MnR (厚度)在250下的t= M a,MPas32510 号钢管在 250下t=92M a,MPas205取 =1壳体计算壁厚:mmPDPSctic12.88.11156214008.12接管计算壁厚:mmPDPSctct86.08.11
13、922898.120壳体与接管的壁厚附加量取C= mm 则开孔直径:mmCdd8122628921壳体的名义壁厚:mmSn16壳体的有效壁厚:mmCSne14216接管的名义壁厚:mmSnt6接管的有效壁厚:mmCSSntet426接管有效补强宽度:mmdB1628122接管外侧、内侧有效补强高度:mmdShhnt2268121强度削弱系数:59.015692tt壳管rf需要补强金属面积:精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页,共 27 页 - - - - - - - - - - 235
14、.68459.01412.8212.88112mmfSSdSAret可作为补强的金属面积:2145759.0112. 8144212.814)81162(12mmfSSSSSdBAreete222124.13359.02422259.086.0422222mmfCShfSShAretrtet焊缝按 R=8计算,则236488212mmA可作为有效补强的金属截面积:23214.654644.133457mmAAAAe因为 AeA,所以需要另加补强。另加补强面积:24304.65435.684mmAAAe用补强圈补强结构,补强材料与壳体材料相同为16MnR ,厚度与筒体壁厚相同为16mm 。第七章
15、管壳式换热器的机械设计一、 思考题1 衡量换热器好坏的标准大致有哪些答:传热效率高,流体阻力小,强度足够,结构可靠,节省材料;成本低;制造、安装、检修方便。2 列管式换热器主要有哪几种各有何优缺点答:如下表1 所示:表 1列管式换热器种类优点缺点固定管板式结构较简单,造价较低,相对其它列管式换热器其管板最薄。管外清洗困难;管壳间有温差应力存在;当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。浮头式一端管板固定, 另一端管板可在壳体内移动;管壳间不产生温差应力;管束可结构较复杂,金属耗量较大;浮头处发生内漏时不便检查;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师
16、归纳 - - - - - - - - - -第 16 页,共 27 页 - - - - - - - - - - 抽出,便于清洗。管束与管体间隙较大,影响传热。填料函式管束一端可自由膨胀;造价比浮头式低;检修、清洗容易;填函处泄漏能及时发现。壳程内介质有外漏的可能;壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。U型管式只有一个管板;管程至少为两程;管束可以抽出清洗;管子可自由膨胀。管内不便清洗;管板上布管少,结构不紧凑,管外介质易短路,影响传热效果;内层管子损坏后不易更换。3 列管式换热器机械设计包括哪些内容答:壳体直径的决定和壳体壁厚的计算;换热器封头选择,压力容器法兰选择;管板尺寸确定;管子
17、拉脱力的计算;折流板的选择与计算;温差应力计算。此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。4 我国常用于列管式换热器的无缝钢管规格有哪些通常规定换热管的长度有哪些答: 我国管壳式换热器常用无缝钢管规格(外径壁厚) , 如下表 2 所示。 换热管长度规定为: 1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 4500mm, 5000mm, 6000mm, 7500mm, 9000mm, 12000mm。换热器的换热管长度与公称直径之比,一般在425 之间,常用的为610。立式换热器,其比值多为46。表 2 换热管规格( mm )碳钢低合金钢19225323383不锈钢192252
18、32385 换热管在管板上有哪几种固定方式各适用范围如何答:固定方式有三种:胀接、焊接、胀焊结合。胀接:一般用在换热管为碳素钢,管板为碳素钢或低合金钢,设计压力不超过精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页,共 27 页 - - - - - - - - - - ,设计温度在350以下,且无特殊要求的场合。焊接:一般用在温度压强都较高的情况下,并且对管板孔加工要求不高时。胀焊结合:适用于高温高压下,连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用,工作环境极其苛刻,容易发生破坏,无法克服
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- 化工设备机械基础 2022 化工设备 机械 基础 习题 解答
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