化工机械基础(第二版)第一篇第三篇课后答案陈国桓主编

1、第一篇1.2.3.4.5.6.7.8.9.不能用虎克定律计算横截面上的正应力，因为此时应力已远远超出弹性范围。10.故，强度足够。11.12.13.14.15.(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)(m)(n)16.17.18.19.所以，强度不够20.21.22.抗剪:抗挤:23.24. 销钉所受的的最大剪应力为：MP a销钉所受的的最大挤压应力为：MPa25.26.强度足够27.轴的外径 :强度足够28.强度足够29. 计算主应力和方向的公式为：将 (a)(b)(c)各题带入得：(a)(b)(c)30. 主应力为：MPaMPa受主应力作用的单元体如下图中的

2、蓝色线条所表示的：31. A 点受弯矩和力的组合作用其中，代入上式得：32. 本题为拉扭组合最大剪应力在圆轴的外圆周上：最大的拉应力作用在轴的上下边缘处：第三强度理论：33.第三强度理论：第四强度理论：34.所以，千斤顶稳定35.需用的最大压力为：第三篇1、已知 DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚n=22mm，壁厚附加量为C=2mm，承受的最大气体压力P=2MPa，焊接接头系数 =0.85 ，试求筒体的最大应力。解：已知 Di =2000mm，n =22mm， C=2mm，P=2MPa， =0.85 ， e=22-2=20mm。则P Die2200020118.82MPa2 e20.8520所以

3、筒体的最大应力为118.82Mpa。提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时P w=2MPatPwDie220002022 0.85118.82MPae20。2. 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，釜体材料用 0Crl8Ni9采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。解：已知 Di=1600mm。查附表 6， 0Crl8Ni9 在 105时的，其许用应力 105=137MPa。查表 10-9 ，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取 =0.85 。介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。因装安全阀， 取设计压力

4、 P=1.1 1.6=1.76MPa。根据式（ 10-12 ）pc Di1.761600C 2d tpc20 12.18 mm2137 0.85 1.76估计 n=8-25mm。查表 10-10 ，取 C1=0.8mm。则n= d+C1=12.18+0.8=12.98mm ，圆整后取 n=13mm3. 材料为 20 的无缝钢管，规格为 57 3.5 ，求在室温和 400时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和 C=1.5mm两种情况计算。解：已知 D0=57mm， n=3.5mm，则 Di=D0-2 n=57-2 3.5=50mm。查附表 7，20 钢管在室温时 =130MPa,在 400

5、时的 400=86MPa。无缝钢管 =1（1）不考虑壁厚附加量2e室温时 Pw Die213013.5910503.517MPa53.52 400e2 861 3.5602MPa400时 Pw 503.511.2Die53.5（2）考虑壁厚附加量2e室温时 Pw Die21301252050210MPa522 400e2 861 2344MPa400时 Pw 5026.6Die524. 今欲设计一台反应器，直径为 3000mm，采用双面对接焊缝， 100探伤。工作压力为 18MPa，工作温度 450 ，试用20R 和 16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。解：已知Di =300

6、0mm， t=450 ， P c=1.1 1.8=1.98MPa， =1，C2=2mm（腐蚀很小，取1，腐蚀较严重，取 2mm，一般单面腐蚀）（ 1）采用 20R 450 =61MPa，代入公式得Pc DiC21.8300046.93mmdt2 6122Pc1 1.8（5 分）钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后 n=50mm（ 2）采用 16MnR 450 =66MPa，代入公式得Pc Di1.83000dtC22 43.47mm2Pc2 661 1.8钢板负偏差取 C1=1.2mm，圆整后 n=46mm比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比 20R节省材料。5. 乙烯贮罐，内径 16

7、00mm，壁厚 16mm，设计压力为 2 5MPa，工作温度 -35 ，材料为 16MnR 。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C 1.5mm，试校核强度。解：已知内径Di=1600mm， n=16mm。 e=n-C=16-1.5=14.5mm 。 P=2.5MPa。 16MnR在 20时的许用应力 20 =170MPa。取 =0.85 。则设计温度下筒体的计算应力为：tPc (Die ) 2.5(1600 14.5)4036.2522 14.5139.2MPae29 20=0.85 170=144.5MPa因 t 20所以，容器的强度是足够的。6.解：已知 Di =1200mm，P=1

8、.8MPa， 20R 在 40时的许用应力 40=133MPa。 C2=1mm。 =1.0（1）设计筒体壁厚pc DiC 21.81200d2 1331 9.18mm2 tpc1 1.8取 C1 =0.8mm。则 n =d +C1=9.18+0.8=9.98mm，圆整取 n=10mm（2）设计封头壁厚选择椭圆形封头，材料与操作条件均与筒体相同。pc D iC21.81200d0.5 pc2 1331 9.15mm2 t1 0.5 1.8取 C1 =0.8mm（估计壁厚10mm），圆整后取 n=10mm，与筒体同。-设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40

9、，材质为20R，介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。（15 分）（ 20R 在 40下 =133MPa）ic=1.8MPa， 402（2分）解：已知 D =1200mm， t=40 ， P=133MPa， =1， C =1mm。（1）设计容器筒体壁厚Pc DiC21.81200dt2 1331 9.18mm （ 4 分）2Pc1 1.8钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后 n=10mm（2）设计容器封头壁厚从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确

10、定封头型式。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r 加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。（3 分）根据标准椭圆形封头壁厚公式：dtpc DiC20.5 pc（ 4分）2把数据代入公式，得（2 分）1.812001.0 9.15mmd213310.51.8考虑钢板厚度负偏差，取C1 =0.8mm，圆整后用 n =10mm-7.解：已知Di 700mm， n 12mm， C=2mm。

11、 e= n C 10mm， P=2MPa， 20R 在 180时的许用应力 180 =126.6Mpa，=0.8 （塔体内径小，只能单面焊），设计温度下塔体的计算应力为：tPc (Die )2(700 10)14202 e21071MPa20 180=0.8 126.6=101.3MPa 因 t 180所以，塔体的强度是足够的。水压试验时的试验压力PT1.25P 1.25 21332.63MPa180126.6TPT (Die )2.63(70010)MPa水压试验时的应力为2 e2 1020R的 s=245MPa，0.9 s=0.9 0.8 245=176.4MPa，因 T 0.9 s 故水

12、压试验强度足够。复习内插法： 180 150( 200 150 )180150132 (123 132)18015020015020015013290.6126.6【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为Di =700mm，壁厚为 n=12mm，工作温度为t=180 ，工作压力为Pw=2MPa，材料为 0Cr18Ni9 ，塔体采用手工电弧焊，局部探伤，试校核塔体水压试验强度。（0Cr18Ni9在150以下 =137MPa，在 200下 =130MPa，常温下 s=240MPa）解：已知 Di =700mm，设计温度t=180 ，设计压力Pc =1.1 2=2.2MPa，壁厚 n=12mm，材料许用应

13、力 180 =132.8MPa，焊接接头系数 =0.8 ，钢板负偏差根据水压试验应力公式pT 1.25 p tpT DiT2 eC1 =0.8mm，腐蚀裕量 C2=0mm。epT 1.25 2.21372.8MPa132.8 e= n-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm2.870011.2代入得 T288.9MPa11.28. 解：已知 e = n0.9 s=0.9 0.8 240=172.8MPa T 0.9 s水压试验时满足强度要求。Di =1200mm， n 10mm， =0.85 ， P=1.1 1=1.1MPa， 200=105MPa，C2 =0，取 C1 =0.8mm，C1

14、C2=10-0.8=9.2mm。设计温度下反应釜的计算应力为：tPc (Die ) 1.1(1200 9.2)72.3MPa22 9.2e 180=0.85 105=89.3MPa因 t 所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的。9、解：已知外径Do=1580mm， L=7060mm，壁厚 n=11mm，设计温度t=200 ，设计温度下材料的弹性模量Et =184000MPa， C1 =0.8mm， C2=0mm，则釜体有效厚度e=n- C 1 - C 2=110.8 0=10.2mm根据临界长度公式：1.17 D oD o1.17 1580158022922.6mmL cr10.2因为 L

15、Lcr ，所以此聚合釜为短圆筒e根据短圆筒的临界压力公式pcr 2.59Ete Do2 .510.2 15802.5L Do2.59 1840000.357MPa0.3577060 1580许用外压：ppcr0.119MPam3【参考题】 设计一台缩聚釜， 釜体内径为1000mm，釜身高度为 700mm，用厚度为 5mm、7mm、9mm的 0Cr18Ni9钢板制造。釜体夹套内径为1200mm，用Q235-A 钢板制造。该釜开始是常压操作，然后抽低真空，继之抽高真空，最后通 0.5MPa 的氮气。釜内物料温度低于 275 ，夹套内载热体最大压力为 0.3MPa。整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手

16、工对接焊缝，局部探伤，介质无腐蚀性，试确定釜体和夹套壁厚。 （ 20 分）（ 0Cr18Ni9 在 250下 =122MPa，在 300下 =114MPa；Q235-A 在 250下 =94MPa，在 300下 =86MPa）解： 1 ）设计釜体厚度已知 Di =1000mm，L=700mm，t=275 ，Po=0.3MPa，=0.8 ，材料为 0Cr18Ni9 钢板 n 分别为 5mm、7mm、9mm，它们的钢板负偏差C1 分别为 0.5mm、0.6mm、0.8mm，腐蚀裕量C2 =0mm。则钢板有效厚度 e 分别为 4.5mm、 6.4mm和 8.2mm（ 1）当 n =5mm时L/Do=

17、700/ （ 1000+2 5）=0.69Do/ e =1010/4.5=224.44查图得， A=6.0 10-4 ，再查图得， A 值所在点落在材料温度线的右方，故B=53MPaP=B e/Do=53/224.44=0.24MPa Po（ 2）当 n =7mm时L/Do=700/ （ 1000+2 7）=0.69Do/ e =1014/6.4=158.44查图得， A=1.1 10-3 ，再查图得， A 值所在点落在材料温度线的右方，故B=63MPaP=B e/Do=63/158.44=0.40MPa Po（3）当 n =9mm时L/Do=700/ （ 1000+2 9）=0.69-3查图

18、得，A=1.510Do/ e =1018/8.2=124.15，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故B=67MPaP=B e/Do=67/124.15=0.54MPa Po所以可以采用7mm厚的 0Cr18Ni9 钢板制造这台缩聚釜。另外，需要对n=7mm的缩聚釜进行内压强度校核。已知 Di =1000mm，Pc=1.1 0.5=0.55MPa ，t=275 ， =118MPa（内插法）， =0.8 ， e =6.4mm则tPc Die0.551000 6.4t22 6.443.24MPa0.8 118 94.4MPae所以，这台缩聚釜可以采用7mm厚的 0Cr18Ni9 钢板制造2）

19、设计夹套厚度已知 Di =1200mm，Pc=1.1 0.3=0.33MPa ，t=275 ， =90MPa（内插法）， =0.8 ， C2 =0mmPc DiC20.3312002.76mm（2分）dt2 9002Pc0.8 0.33取 C1 =0.22mm，圆整后 n=3mm所以，夹套厚度 3mm12. 解：已知 Di =640mm， n=4mm， L=5000mm，t=200 ， P=0.1MPa， Et =1.86 105MPa， C1 =0.3mm，C2=2mm，200下 Q235-A（含碳量 0.22%）的弹性模量为1.86 105 MPa， e= n C1 C2=40.3 2=1.7mmLcr1.17Do1.1764814802.12mmDo648e1.7Lcr L，故该容器为短圆筒e Do2 .51.7 648 2.5Pcr2.59Et2.595L Do1.86 100.022MPa5000 648Pcr 0.0220.0073MPaP3由于 P P，容器不能承受m0.1MPa 外压，所以需要加加强箍2.59