第五部分计算题 Word 文档

1、 第五部分 计算题5.1 内压圆筒的设计设计条件：设计压力 P=2.0MPa ,设计温度t=330 ，筒体内径 D=800，腐蚀裕量 C=1.5 筒体材料 16MnR(GB6654-1996)，焊接接头系数 =1.0解 查 GB150-1998 中表(4-1)，取16MnR在设计温度下的许用应力为计算压力Pc=P+液柱静压力=2.0MPa (液柱静压力5%的设计压力不考虑筒体计算厚度按式(5-1)计算： =5.84设计厚度 +按GB6654-1996钢板负偏差0.25，按GB150 .1 取C=0取名义厚度 检查： ，与原假设一致，故取名义厚度 合适。5.2 内压球壳的设计设计条件：设计压力：

2、P=0.86MPa，设计温度： =70 ，球壳内径 盛装介质：气体 腐蚀裕量 球壳材料 20R (GB6654-1996)焊接接头系数：=1.0解查GB150-1998中表(4-1)，取材料的许用应力为 壳体计算厚度按式(5-5)计算： =设计厚度 按GB6654-1996钢板负偏差，按GB150 .1 取考虑常用规格取名义厚度 检查：查GB150-1998表4-1，根据设计温度下的许用应力重新计算厚度： 设计厚度 取名义厚度 再检查许用应力没有变化，故球壳最终厚度为22。5.3 复合钢板的内压圆筒设计某储罐设计压力P=， 设计温度 ，工作介质具有强腐蚀性，但对奥氏体不锈钢基本无腐蚀。储罐内径

3、 ，焊接接头系数 =1.0请选用罐体材料并设计罐体壁厚解 由于介质具腐蚀特性，筒体材料可选用不锈钢板或不锈复合钢板。以下对两种方案分别进行计算。 罐体选用0CY18Ni10Ti不锈钢板，查GB150-1998表4-1取计算厚度按式(5-1)计算 设计厚度 按GB709，取钢板负偏差： 取名义厚度 检查：许用应力没有变化，取不锈钢板厚度为28。 罐体选用不锈复合钢板 不锈复合钢板基层为16MnR，复层为0CY18Ni10Ti，复层厚度为3。查GB150-1998取复层许用应力 基层许用应力 (设基层厚度为22)。复合板许用应力按式 (3-2)计算： 复合板计算厚度按式(5-1)计算： 查GB81

4、65，复合板总厚1625时，总厚度的负偏差率为7%。应取名义厚度 取 所取名义厚度与原假设一致，故取25满足要求。5.4 计算液柱静压力的内压圆筒设计 某立罐盛装比重为1.16的液体。罐体材料为20R。罐内液面高度3200，罐体内径 设计压力 P=， 设计温度 t=60 ，焊接接头系数 =1.0 试设计罐体壁厚。解罐体底部液柱压力：P液=1.16××3200×9.8=0.036由于罐体底部液柱压力大于设计压力的5%，因此，计算压力 查GB150-1998表4-1取材料许用应力 。计算厚度按式(5-1)计算： 按GB150 .a 不包括腐蚀裕量的圆筒最小厚度不小于3

5、，最小厚度与腐蚀裕量之和 ，大于计算所得的名义厚度。因此最终名义厚度为5 。5.5 的外压圆筒的设计裂解气套管式换热器，内管规程 108×14(高精度管)，材料为15，外管规格194×22，材料20G，套管总长度8000，如图。 内管设计温度445，外管设计温度300，管间最大工作压力 ， 内管腐蚀裕量 ，试校核内管在外压作用下的稳定。解 管间外压操作工况 a 因为内管 用与.1 条相同的步骤求取B值： 查图 6-2 得A=0.015 b 查图6-5 ，以445内插法得B=105c 按式6-4 计算，取其小值作为许用外压： 式中 取以下两值中的较小值 查表4-3， 查表 ，

6、故 即内管在操作外压作用下的稳定是满足设计要求的。 管间试压验压力 液压试验压力 根据外管材料为20G， 查表4-3 液压试验压力按式3-3确定： 内管在管间试压工况稳定校核 .根据前述计算：A=0.015. 查图6-5，以试压温度20计(按30线)得 B=185MPa. 按式 6-4计算，取其小值作为许用外压： 式中 取以下两值中的较小值 查表4-3， ， 故可见内管在管间液压试验下，其稳定性满足要求。5.6 设置加强圈的外压圆筒设计 某减压塔，塔体内径2000，设计压力P=0.07MPa ，塔体圆筒总高8000，两端为标准椭圆形封头(如图所示)。塔体设计温度370，材料20R，腐蚀裕度3，

7、焊接接头系数：=1.0 试计算塔体厚度，并确定当设置3个加强圈时，塔体的厚度及加强圈尺寸？解 无加强圈时的塔体厚度 假设圆筒厚度 则式中：按GB6654-1996钢板负偏差0.25，按GB150 .1 取C1=0 塔体圆筒在外压作用下所需厚度按 .1 步骤计算： 查图 6-2得： A=0.00019 查图6-4，因A值落在307温度线左方，按式6-2计算式中 E=1.69×10 满足稳定设计要求： 设置加强圈时的塔体厚度 设置3个加强圈，将塔体总长分为四段，每段长度LS：设塔体厚度 式中按GB6654-1996钢板负偏差0.25，取C1=0 查图 6-2 得：A=0.00027 查图

8、 6-4 得：B=31 故按式(6-1)计算P满足外压稳定设计要求。 加强圈尺寸 加强圈尺寸按步骤确定： 假设加强圈由80×20的扁钢制作，大气腐蚀裕量取C2=1。查GB709，C1=0.8则加强圈有效厚度 be=b-2C2-C1=20-2×1-0.8=17.2 加强圈截面有效高度：he=h-C1=80-1=79加强圈有效截面积：As=he·be=79×17.2=1358.8加强圈惯性矩： 形心轴矩： 按式(6-8)计算B： 按式(6-9)计算A式中： E=1.69×10 加强圈与圆筒组合段所需惯性矩按式(6-10)计算： 加强圈与圆筒组合段的

9、组合惯性矩：组合截面的形心轴矩：按下式计算：式中：为圆筒起加强作用部分(组合段)的面积。组合截面的惯性矩：式中：为圆筒起加强作用部分的惯性矩。Is>I加强圈满足设计要求。5.7 受内压(凹面受压)的椭圆形封头设计 设计条件 设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=200 ，封头内径 腐蚀裕量 封头材料 16MnR 式设计一标准椭圆形封头。解 查表4-1按=6n16，焊接接头系数 =1.0 标准椭圆形封头的计算厚度按7-1计算 封头设计厚度 按GB6654-1998钢板负偏差0.25按GB150 .1 取C1=0 封头名义厚度取6 封头有效厚度 封头最小厚度 满足要求 。5.8 受外压

10、(凸面受压)的椭圆形封头设计 设计条件 设计压力 P=1.0MPa ，设计温度 t=100 ，封头内径 腐蚀裕量 封头材料 20R试设计一标准椭圆形封头。解 设定Ri/e假定封头名义厚度=10，按GB6479-1996钢板负偏差0.25按GB150 .1 取C1=0封头有效厚度 查表7-2 K1=0.9 封头的当量球壳外半径R0=K1D=0.9×1020=918 则 Ri/e=918/9=102 按式(6-5)计算系数A： 计算P 查图6-3得B=122 MPa ，按式(6-6)计算P值 确认封头厚度 因P=0.196MPa>P=1MPa 故椭圆形封头名义厚度=10 满足设计要

11、求。5.9 无折边锥形封头设计设计条件设计压力 P=1MPa ，设计温度 t=40 ，锥壳半顶角=30° 腐蚀裕量 锥形材料 20R其它尺寸见图试设计一无折边锥形封头解 锥壳计算厚度 查表4-1 按n=616，取焊接接头系数：=0.85确定 锥壳计算厚度按式(7-7)计算 锥壳大端计算厚度查图7-11 得大端需加强查图7-12 Q=1.17锥壳大端计算厚度按式(7-8)计算 锥壳小端计算厚度查图7-13 得小端需加强查图7-14 Q=2.23锥壳小端计算厚度按式(7-9)计算 锥形封头厚度锥形封头计算厚度取上述三者之大值 =4.2锥形封头设计厚度 按GB6654-4996钢板负偏差0

12、.25 按GB150 .1 取C1=0锥形封名义厚取6。5.10折边锥形封头设计设计条件设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=200 ，锥壳半顶角=30° 腐蚀裕量 锥形材料 16MnR其它尺寸见图所示试设计一折边锥形封头解 折边锥形封头大端计算厚度： 查表4-1 按n=616，取焊接接头系数：=0.85查表7-4 K=0.754查表7-5 f=0.5619过渡段计算厚度按式(7-10)计算：与过渡段相接处的锥壳计算厚度按式(7-11)计算： 折边锥形封头小端计算厚度：查图7-14 Q=2.18 小端过渡段计算厚度按式(7-9)计算： 折边锥形封头锥壳计算厚度锥壳计算厚度按式(

13、7-7)计算： 封头厚度 封头计算厚度取上述三者之大值：=5.01封头设计厚度 钢板负偏差0.25 按GB150 .1 取C1=0锥形封名义厚取8。5.11 圆形平盖的设计设计条件设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=100 ， 腐蚀裕量 封头材料 16Mn试设计一平盖解查表4-5 查表7-7 系数 K=0.35 焊接接头系数：=1.0平盖计算厚度按(7-29)计算：平盖设计厚度 圆形平盖名义厚度 取64。5.12 螺栓连接平盖的设计设计条件设计压力 P=1.0MPa ，设计温度 t=200 ，公称直径 DN =800， 平盖材料 16MnR，螺栓材料：30#垫片材料：石棉橡胶板 =3。

14、平盖腐蚀裕量 ，其它如图所示试设计一平盖。解 结构尺寸设计：垫片尺寸参照JB4704-92，垫片外径取854，内径为810，厚度3，螺栓配置和法兰尺寸参照JB4703-92，螺栓规格M20，螺栓数量32个，螺栓中心圆直径，法兰外径 平盖厚度计算： 按法兰计算螺柱载荷W查表4-1 按 查表4-7 查表9-2 m=2.0 y=1.1MPaN= 按式9-4 按式9-5 按式9-6 按式9-7 需要的螺栓面积 取与 之大值 =7011M20螺栓的截面为225.2 预紧状态下螺栓设计载荷 按9-8操作状态下螺栓设计载荷 按式9-9 计算平盖厚度焊接接头系数： =1.0 预紧状态 按式(7-29)计算 操

15、作状态 按式(7-29)计算平盖设计厚度 钢板负偏差0.25 按GB150 .1 取C1=0平盖封名义厚取46。5.13 不另行补的开孔设计条件设计压力 P=1.8MPa ，设计温度 t=250 ，圆筒内径 Di =1400， 名义厚度 ，接管规格 89×6 开孔个数1 个，开孔不通过焊缝试考虑开孔补强解根据GB150 8.3条 P=1.8MPa<2.5 MPa接管规格 89×6 ，其公称外径小于或等于89，接管最小壁厚满足表8-1要求，且为单个开孔，满足不另行补强的所有要求，故本孔可不另行补强。5.14 厚壁管补强设计设计条件设计压力 P=2.5MPa ，设计温度

16、t=300 ，圆筒内径 Di =1000， 名义厚度 ，设置 228×14 的厚壁插入式接管，材料：圆筒 16MnR 接管 16Mn 开孔未通过焊接圆筒厚度附加量： 接管厚度附加量： 接管外伸高度 接管内伸高度 试以厚壁管进行补强设计。解 补强及补强方法判别 补强判别 根据GB150 8.3 条 允许不另行补强的最大接管公称直径DN为89，本接管公称直径DN=200>89，故须另行考虑其补强。 补强计算方法判别 开孔直径 本开孔直径 满足条的计算方法适用条件，故可采用8.5条(等面积法)的开孔补强计算方法进行计算。 开孔所需厚度 圆筒计算厚度 按式(5-1)确定 接管有效厚度：

17、 开孔所需补强面积A 按式(8-1)确定 A 有效补强范围 有效宽度B 按式(8-7)确定 有效高度 外侧有效高度 h1按式(8-8)确定 取式中小值 故h1=53.7 内侧有效高度 h2按式(8-9)确定 取式中小值 故h2=50 有效补强面积圆筒多余金属面积圆筒有效厚度： 圆筒多余金属面积A1按式(8-11)计算： 接管多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积A2按式(8-12)计算 补强区焊缝面面积(焊脚取14) 有效补强面积： 补强结果 >1826补强满足要求。5.15 联合补强设计 设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=80 ，圆筒内径 Di =2000， 名义厚度 ，沿

18、轴向设置两个相邻的内平齐接管，接管尺寸分别为168×7和129×8，两孔中心距为320，接管外伸高度均为h1=200，开孔未通过焊缝，圆筒焊接接接头系数=0.85厚度附加量：圆筒C取2， 接管C取2，材料：圆筒 接管 补强圈 试进行开孔补强设计。解 补强及补强方法判别 补强判别因两孔中心距小于两也平均直径的两倍，且大于两孔平均直径的倍，故应按“联合补强”进行设计。 补强方法判别开孔直径：接管1 接管2 因 Di=2000>1500 而接管1 且 d<1000接管2 且 d<1000均满足要求 条的计算方法适用条件，故可采用8.5条(等面积法)补强方法进行计

19、算。 开孔所需补强面积 圆筒计算厚度 按式(5-1)确定 开孔所需补强面积A按式(8-1)确定 接管1 A=158×11.13+2×11.13×(7-2)(1-0.96)=1763接管 2 A=207×11.13+2×11.13×(8-2)(1-0.96)=2309 有效补强范围 有效宽度 有效补强宽度B按式(8-7)确定接管1 取大值故B*=316接管2 取大值故B*=414注：暂不考虑两相邻开孔有效补强范围的重叠对有效补强面积的影响。 有效高度 外侧有效高度h1按式(8-8)确定接管1 取小值故h1=33.3外侧有效高度h1按式(

20、8-8)确定接管2 取小值故h1=40.1 内侧有效高度h2按式(8-9)确定接管1 取小值故h1=33.3外侧有效高度h1按式(8-8)确定接管1 取小值故h2=0接管2 取小值故h2=0 有效补强面积* 圆筒多余金属面积圆筒有效厚度：圆筒有效厚度： 圆筒多余金属面积A1按式(8-11)计算：接管1 接管2 接管多余金属面积接管计算厚度 按式(5-1)确定 接管1 接管2 接管多余金属面积A2按式(8-12)计算：接管1 接管 2 补强区内焊缝面积*(焊脚取16mm) 有效补强面积* 接管* 1 接管* 2 所需另行补强面积 接管*1 接管*2 由于两相邻开孔有效补强范围的重叠，应在两接管“

21、所需另行补强面积”中增加的补强面积：(见下图) 两开孔共需另行补强面积 补强圈设计 拟采用补强圈补强，补强圈尺寸如图所示 所需补强圈厚度补，宜以两孔之间的补强，面积要求进行计算 补 =考虑钢板负偏差并圆整，取补强圈名义厚度为10mm应能满足要求。但在工程中便于取材，可直接取与圆筒相同的厚度，即补=16mm，补强面积绰绰有余。且此联合补强也满足的要求，是合适的。5.16 非径向接管的开孔补强计算 某一圆筒上的切向接管。圆筒内径 Di =760， 名义厚度 接管内径 扣除钢管负偏差后为12.5mm，接管位置如图所示。计算压力 ， 室温操作，圆筒和接管在室温下的许用应力 分别为94MPa和102MPa，圆筒和接管的厚度附加量均为零；接管为无缝管，圆筒的A类焊缝为双面焊，100%射线擦伤。接管通过圆筒的A类焊缝。试对其开孔补强进行计算。解承受内压所需要的圆筒厚度： 承受内压所需要的接管厚度：接管材料强度削弱系数： ， 取 和圆筒轴线相交90°截面的分析：在圆筒计算厚度中间面上通过开孔中心的开孔弦长计算； L=305mm 对于和圆筒轴线相交90°截面，应力校正系数F=0.5 其中： B=2d=