2022年化工设备机械基础作业答案.pdf

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1、化工设备机械基础作业答案化工设备机械基础习题解答二、填空题1、钢板卷制的筒体与成型封头的公称直径就是指它们的( 内)径。2、无缝钢管做筒体时,其公称直径就是指它们的( 外)径。3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN 就是多少毫米？规格143 253 453、5 573、5 1084 DN(mm) 10 20 40 50 100 4、压力容器法兰标准中公称压力PN 有哪些等级？PN(Mpa) 0、25 0、60 1、 0 1、6 2、5 4、0 6、4 5、管法兰标准中公称压力PN 有哪些等级？PN(Mpa) 0、1 0、25 0、40 0、60 1、0 1、6 2、5 4、0 第三章内压薄壁

2、容器的应力分析一、名词解释A组: 薄壁容器 : 容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0、1 的容器。回转壳体 : 壳体的中间面就是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360而成的壳体。经线 : 若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。薄膜理论 : 薄膜应力就是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态, 也称为无力矩理论。第一曲率半径: 中间面上任一点M处经线的曲率半径。小位移假设 : 壳体受力以后 ,各点位移都远小于壁厚。区域平衡方程式: 计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。边缘应力 : 内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。边缘应力的自限性: 当边缘处的局部

3、材料发生屈服进入塑性变形阶段时, 弹性约束开始缓解, 原来不同的薄膜变形便趋于协调, 边缘应力就自动限制。二、判断题 ( 对者画 , 错着画 ) A组: 1、 下列直立薄壁容器, 受均匀气体内压力作用,哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？(1) 横截面为正六角形的柱壳。( ) (2) 横截面为圆的轴对称柱壳。( ) (3) 横截面为椭圆的柱壳。 () (4) 横截面为圆的椭球壳。 () (5) 横截面为半圆的柱壳。 () (6) 横截面为圆的锥形壳。 () 2、 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔, 应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。( ) 3、 薄壁回转壳体中任一点, 只要该点的两个曲率半径R

4、R21, 则该点的两向应力m。 ( ) 4、 因为内压薄壁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, 壁内的应力总就是小于壁厚小的容器。( ) 5、 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力, 薄膜应力就是沿壁厚均匀分布的。( ) B组: 1、 卧式圆筒形容器, 其内介质压力, 只充满液体 , 因为圆筒内液体静载荷不就是沿轴线对称分布的, 所以不能用薄膜理论应力公式求解。( ) 2、 由于圆锥形容器锥顶部分应力最小,所以开空宜在锥顶部分。( ) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -

5、 - -第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 化工设备机械基础作业答案3、 凡薄壁壳体 , 只要其几何形状与所受载荷对称于旋转轴, 则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都就是真实的。( ) 4、 椭球壳的长 , 短轴之比a/b 越小 , 其形状越接近球壳, 其应力分布也就越趋于均匀。( ) 5、 因为从受力分析角度来说, 半球形封头最好, 所以不论在任何情况下, 都必须首先考虑采用半球形封头。 ( )第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计二、填空题A 组: 1.有一容器 ,其最高气体工作压力为1、6Mpa,无液体静压作用,工作温度 150且装有安全阀,试确定该容器

6、的设计压力p=(1、 76 )Mpa; 计算压力pc=( 1、 76 )Mpa;水压试验压力pT=(2、2 )MPa、2.有一带夹套的反应釜,釜内为真空 ,夹套内的工作压力为0、5MPa,工作温度 1 时,Se应不小于封头内直径的( 0、3 )%、7.对于碳钢与低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚Smin=( 3 )mm;对于高合金钢制容器 ,其最小壁厚Smin=( 2 )mm、8.对碳钢 ,16MnR,15MnNbR与正火的15MnVR钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于( 5 ) ,其她低合金钢制容器(不包括低温容器),液压试验时,液体温度不得低于( 15 ) 、三、判断就是非

7、题(就是者画 ;非者画 ) 1.厚度为60mm 与 6mm 的 16MnR 热轧钢板 ,其屈服点就是不同的,且 60mm 厚钢板的 s 大于6mm 厚钢板的s、( ) 2.依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点s(t)时,即宣告该容器已经 ” 失效 ” 、( ) 3.安全系数就是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小、( ) 4.当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小、( ) 5.由于材料的强度指标b 与 s(0、2)就是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应力状态 ,在建立强度条件时,必须借助于强度理

8、论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力、( ) 四、工程应用题A 组: 1、 有一 DN2000mm 的内压薄壁圆筒,壁厚 Sn=22mm,承受的最大气体工作压力pw=2MPa,容器上装有安全阀 ,焊接接头系数=0、85,厚度附加量为C=2mm, 试求筒体的最大工作应力、【解】 (1)确定参数 :pw=2MPa; pc=1、1pw =2、2MPa(装有安全阀 ); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 化工设备机械基础作业答案Di

9、= DN=2000mm( 钢板卷制 ); Sn =22mm; Se = Sn -C=20mm =0、 85(题中给定 ); C=2mm( 题中给定 )、(2)最大工作应力 : aeeictMPSSDp1.111202)202000(2.22)(2、 某球形内压薄壁容器,内径为 Di=10m,厚度为 Sn=22mm,若令焊接接头系数=1、0,厚度附加量为 C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力、已知钢材的许用应力 t=147MPa 、【解】 (1)确定参数 :Di =10m; Sn =22mm; =1、 0; C=2mm; t =147MPa、Se = Sn -C=20mm 、(2)最大

10、工作压力 :球形容器、aeietwMPSDSP17.12010000200.1147443、 某化工厂反应釜,内径为 1600mm,工作温度为5 105,工作压力为1、6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti 。采用双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。【解】(1)确定参数 :Di =1600mm; tw=5105; pw=1、6MPa; pc =1、1 pw =1、76MPa(装有安全阀 ) =0、85(双面焊对接接头, 局部探伤 ) C2=0(对不锈钢 ,当介质腐蚀性轻微时) 材质 :0Cr18Ni9Ti t =112、9MPa(按教材附录9 表 16-2,

11、内插法取值 ) =137MPa (2)计算厚度 : mmpDpSctic8 .1476.185. 09 .1122160076.12C1=0.8mm(按教材表 4-9 取值,GB4237-92 不锈钢热轧钢板), C=C1+C2=0.8mm、名义壁厚 :Sn=S+C+圆整 , S+C=14、8+0、8=15.6mm、圆整后 ,Sn =16mm、（1）水压试验校核seeiTTSSDp9.02)(有效壁厚Se = Sn -C=16-0 、8=15.2mm 试验压力MPaPPtT67.29.11213776. 125.125.1计算应力141.86MPa15.2215.2)(16002.672)(e

12、eiTTSSDP应力校核MPa8.15685.02059 .09. 0sST9.0 水压试验强度足够精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 化工设备机械基础作业答案4、 有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=2、5MPa,工作温度为-3.5,材质为 16MnR, 采用双面焊对接接头,局部无损探伤 ,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。【解】 (1)确定参数 :Di =1600mm; Sn =16m

13、m; tw=-3.5; pc=2、5MPa、=0、85(双面焊对接接头, 局部探伤 ) 16MnR: 常温下的许用应力 = 170 MPa 设计温度下的许用应力 t = 170 MPa 常温度下的屈服点s = 345 MPa 有效壁厚 :Se = Sn C = 16 3 = 13 mm (2)强度校核最大允许工作压力Pw 2eietwSDSpMPa33. 21316001385.01702PcPw 该贮罐强度不足9、 设计容器筒体与封头厚度。已知内径 Di=1400mm,计算压力pc=1、8MPa,设计温度为40 ,材质为 15MnVR, 介质无大腐蚀性、双面焊对接接头,100%探伤。 封头按

14、半球形、 标准椭圆形与标准碟形三种形式算出其所需厚度,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。【解】 (1)确定参数 :Di=1400mm; pc=1、8MPa; t=40; =1、0(双面焊对接接头,100%探伤 );C2=1mm、(介质无大腐蚀性) 15MnVR: 假设钢板厚度 : 616mm ,则: t =177MPa , =177MPa ,s = 390 MPa (2)筒体壁厚设计 : mmpDpSctic16.78.10.1177214008.12C1=0.25mm(按教材表 4-9 取值,GB6654-94 压力容器用钢板) C=C1+C2=1.25mm、名义壁厚 :Sn=S+

15、C+圆整 , S+C=7、16+1、25=8.41mm 、圆整后 ,Sn =9mm 、（3） 筒体水压试验校核seeiTTSSDp9.02)(有效壁厚Se = Sn -C=9-1 、25=7.75mm 试验压力MPaPPtT25.21771778.125.125.1计算应力204.35MPa7.7527.75)(14002.252)(eeiTTSSDP应力校核MPa35113909.09. 0sST9.0 筒体水压试验强度足够精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 8 页 - - -

16、- - - - - - - 化工设备机械基础作业答案第五章外压圆筒与封头的设计二、判断就是非题( 对者画 , 错者画 X) 1 假定外压长圆筒与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弹性失稳。 ( X ) 2 18MnMoNbR 钢板的屈服点比Q235-AR钢板的屈服点高108%,因此 , 用 18MnMoNbR 钢板制造的外压容器, 要比用Q235-AR 钢板制造的同一设计条件下的外压容器节省许多钢材。( X ) 3 设计某一钢制外压短圆筒时, 发现采用 20g钢板算得的临界压力比设计要求低10%,后改用屈服点比 20g 高 35% 的 16MnR钢板,

17、即可满足设计要求。 ( X ) 4 几何形状与尺寸完全相同的三个不同材料制造的外压圆筒, 其临界失稳压力大小依次为:Pcr不锈钢 Pcr 铝 Pcr 铜。 ( X ) 5 外压容器采用的加强圈愈多, 壳壁所需厚度就愈薄, 则容器的总重量就愈轻。( X ) 三、填空题a)受外压的长圆筒, 侧向失稳时波形数n=(2); 短圆筒侧向失稳时波形数为n(2) 的整数。b)直径与壁厚分别为D,S的薄壁圆筒壳 , 承受均匀侧向外压p作用时 , 其环向应力=(PD/2S),经向应力m(PD/4S), 它们均就是 ( 压) 应力 , 且与圆筒的长度L(无) 关。c)外压容器的焊接接头系数均取为=(1); 设计外

18、压圆筒现行的稳定安全系数为m=(3)。d)外压圆筒的加强圈, 其作用就是将( 长) 圆筒转化成为( 短) 圆筒 , 以提高临界失稳压力, 减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩应计及( 加强圈 ) 与( 加强圈与圆筒有效段组合截面) 。e)外压圆筒上设置加强圈后, 对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用, 该部分长度的范围为 ( 加强圈中心线两侧各为0、55eSD0的壳体 ) 。四、工程应用题A组: 1、图 5-21 中 A,B,C 点表示三个受外压的钢制圆筒, 材质为碳素钢, s=216MPa,E=206GPa 。试回答 : (1)A,B,C三个圆筒各属于哪一类圆筒？它们失稳时的波形数n 等于

19、 ( 或大于 ) 几？(2) 如果将圆筒改为铝合金制造( s=108MPa,E=68 、7GPa), 它的许用外压力有何变化？变化的幅度大概就是多少？( 用比值 P铝/P铜=？表示 ) 【解】(1)A 长圆筒 ,L/D0值较大 , 临界压力Pcr仅与 Se/D0有关 , 而与 L/D0无关 , 失稳时的波形数n=2。B短圆筒 , 临界压力 Pcr不仅与 Se/D0有关 , 而且与 L/D0有关 , 失稳时的波形数为n2 的整数。 C临界圆筒 ( 长、短圆筒拐点处 ), 长度等于临界长度, 发生失稳时的波形数为n2。(2) 在圆筒几何尺寸一定情况下,P 只与 E有关。所以 , 改用铝合金后: P

20、铝/P铜=Pcr 铝/Pcr 铜=E铝/E钢=68、7/206=0 、333 许用外压力下降了66、 7% 。2、 有一台聚乙烯聚合釜, 其外径为 D0=1580mm, 高 L=7060mm( 切线间长度 ), 有效厚度Se=11mm, 材质为0Cr18Ni9Ti,试确定釜体的最大允许外压力。( 设计温度为200) 【解】查表得Et=1、84105MPa mmSDSDDSELmmSDDLteeietcrecr2 .1625)()(295.12215517.105.2000crcrLLL该聚合釜属于短圆筒 B C。 A L/DoDo/SeBA图 5-21精品资料 - - - 欢迎下载 - - -

21、 - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 化工设备机械基础作业答案其临界压力MPaDLDSEPetcr42.0)(59. 205 .20取 m=3, P=Pcr/m=0、42/3=0、14MPa聚合釜的最大允许外压力为0、14MPa 4、 试设计一台氨合成塔内筒的厚度, 已知内筒外径为D0=410mm, 筒长 L=4000mm, 材质为 0Cr18Ni9Ti ,内筒壁温最高可达450, 合成塔内系统的总压力降为0、5MPa。【解】已知D0=410mm, L=4000mm, Et=1

22、、64105MPa, 计算外压Pc=0、5MPa (1) 假设塔内筒名义厚度Sn=8mm, 取壁厚附加量C=2mm Se=Sn-C=8-2=6mm L/D0=9、76 D0/Se=68、3 (2) 求 A值查图 5-5 得 A= 0、 0026 (3) 求 B值查图 5-12 得 B=88MPa MPaSDBPe29.13.6888/0Pc=0、5MPa, Pc P, 说明假设的Sn=8mm 偏大。(1) 重新假设 Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D0=9、76 D0/Se=102、5 (2) 求 A值查图 5-5 得 A= 0、 0014 (3) 求 B值查图 5-12 得

23、 B=78MPa MPaSDBPe76.05.10278/0Pc=0、5MPa, PcP, 且较接近 , 故取 Sn=6mm 合适该内筒采用Sn=6mm 的 0Cr18Ni9Ti制作 , 能够满足稳定性要求。6、 有一台液氮罐, 直径为 Di=800mm, 切线间长度L=1500mm, 有效厚度Se=2mm, 材质为0Cr18Ni9Ti,由于其密闭性能要求较高,故须进行真空试漏, 试验条件为绝对压力10-3mmHg, 问不设置加强圈能否被抽瘪？如果需要加强圈, 则需要几个？【解】确定计算外压力: 真空度 =大气压 -绝压 =760-10-3=759、99 mmHg MPaPc1.009999.

24、076099.7591.0查表得 : Et=1、95 105MPa （1）取壁厚附加量C=2mm, 有效厚度Se=2mm, 则名义厚度Sn= Se+C=2+2=4mm D0= Di+2Sn=800+8=808mm L/D0=1、86 D0/Se=404(2) 求 A值查图 5-5 得 A= 0、 000085 (3) 求 B值查图 5-12 A点落在曲线左侧, 计算 B值: MPaAEBt05.11000085.01019532323MPaSDBPe027.040405.11/0 PcP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精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - -

25、- - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 化工设备机械基础作业答案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=0、464D0/Se=404查图 5-5 得 A=0 、00035, 查图 5-12, 得 B=45MPaMPaSDBPe11.040445/0因为

26、 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 : A组: 1 法兰联接结构 , 一般就是由 ( 联接) 件,( 被联接 ) 件与 ( 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 ) 与增加螺栓 ( 个数 ) 的办法 , 对密封就是有利的。3 提高法兰刚度的有效途径就是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, 就是以 (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( 操作压力 ),( 操作温度 ) 与( 法兰材料

27、 ) 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 ) 处与 ( 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就是: 轴向应力应为 (拉t) 轴向压力应为 (压t) 与( 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(0、25)D0, 且A不大于 (0 、2)L 2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有=(120 ) 与 =(150 )

28、两种。3 采用补强板对开孔进行等面积补强时, 其补强范围就是: 有效补强宽度就是(22,2maxntnddB) 外侧有效补强高度就是(min 接管实际外伸高度,1ntdh) 内侧有效补强高度就是(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

29、 d( 1/3)Di, 且不得超过 (1000) 。6 现行标准中规定的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) 与DN(250mm) 两种。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 化工设备机械基础作业答案三、就是非判

30、断题1 法兰密封中 , 法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。( ) 2 在法兰设计中 , 如欲减薄法兰的厚度t, 则应加大法兰盘外径D0, 加大法兰长径部分尺寸与加大臂长度。 ( ) 3 金属垫片材料一般并不要求强度高, 为要求其软韧 , 金属垫片主要用于中高温与中高压的法兰联接密封。( )4 法兰连接中 , 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。 所以预密封比压越大越好。 ( ) 5 正压操作的盛装气体(在设计温度下不冷凝) 的圆筒形处贮罐, 采用双鞍式支座支承时, 可以不必验算其轴向的拉应力。( ) 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名称及材料(MPa) 丙 烷 1、0 150 平形耐油橡胶石棉垫/ 耐油橡胶石棉板蒸 汽 1、6 200 平形石棉橡胶垫 / 中压石棉橡胶板液 氨 2、5 50 凹凸或榫槽石棉橡胶垫圈 / 中压石棉橡胶板氢 气 4、 0 200 凹凸缠绕式垫圈 /08(15) 钢带 - 石棉带精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - - -