压力容器设计人员考核试题集及答案计算题文档-21精选文档

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 C，筒体内径 D i=800伽，腐蚀裕量 C 2=1.5伽 筒体材料 16MnR(GB6654-1996)，焊接接头系数=1.0解查GB150-1998 中表(4-1)，取16MnF在设计温度下的许用应力为t 138MPa计算压力Pc=P+液柱静压力=2.0MPa (液柱静压力v 5%f勺设计压力不考虑=筒体计算厚度按式(5-1)计算：2.0800匚一=5.84 mm2 138 1.0 2.0设计厚度d+C25.841.57.34按 GB6654-1996钢板负偏差冬 0.25 伽，按 GB150 3

2、.5.5.1 取 C1=0取名义厚度n 8伽检杳： n 8 m ，七与原假设 致，故取名义厚度n 8 m 合适。5.2 内压球壳的设计设计条件：设计压力：P=0.86MPa设计温度： t=70C ，球壳内径Di 1230 mm盛装介质：气体腐蚀裕量C2 1.5mm 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t 133MPa壳体计算厚度按式(5-5)计算:第1页设计厚度dC2 19.9 1.5 21.4mm按 GB6654-1996钢板负偏差冬 0.25mm，按 GB150 3.5.5.1取C, 0考虑常用规格取名

3、义厚度 n 22mm检查：查GB150-1998表4-1，根据n设计温度下的许用应力t 132.38MPa重新计算厚度：设计厚度 d C2 20 1.5 21.5mm取名义厚度 n 22mm再检查许用应力没有变化，故球壳最终厚度为22伽。5.3 复合钢板的内压圆筒设计某储罐设计压力P=2MPa ,设计温度 t 90 C,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Di 3600mm，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OCY 18Ni10Ti不锈钢板，查 GB150-

4、1998表4-1取 t 137MPa计算厚度按式 (5-1) 计算设计厚度 d C226.5 0 26.5mm按GB709取钢板负偏差：C1 0.9mm取名义厚度 n 28mm检查：许用应力没有变化，取不锈钢板厚度为28伽。 罐体选用不锈复合钢板不锈复合钢板基层为16MnR复层为0CY 18Ni10Ti，复层厚度为3伽。第 3 页查 GB150-1998 取复层许用应力基层许用应力复合板许用应力按式 (3-2) 计算：137MPa163MPa （设基层厚度为 22 mm）。复合板计算厚度按式 (5-1) 计算：查GB8165复合板总厚1625伽时，总厚度的负偏差率为 7%应取名义厚度 n (C

5、1)/(1 7%) 22.7/93% 24.4mm取 n 25mm所取名义厚度与原假设一致，故n取25伽满足要求。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 m, 罐体内径 Di 2000mm设计压力P= 0.12MPa ,设计温度t=60 C C2 2mm，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 X 10 5 X 3200X 9.8=0.036 MPa由于罐体底部液柱压力大于设计压力的5%，因此，计算压力Pc P P液 0.12 0.36 0.156MPa查GB150-1998表4-1取材料

6、许用应力133MPa。计算厚度按式 (5-1) 计算：按GB150 3.5.6.a不包括腐蚀裕量的圆筒最小厚度不小于3 m,最小厚度与腐蚀裕量之和min C 3 25，大于计算所得的名义厚度。因此最终名义厚度为 5m 。5.5 Do / e 20的外压圆筒的设计裂解气套管式换热器，内管规程 108X 14（高精度管），材料为15CrMo，外管规格194X 22,材料20G,套管总长度300 C,8000 mm，如图。内管设计温度445 C，外管设计温度管间最大工作压力 p 13.7MPa ， 内管腐蚀裕量C21.2mm ，第 7 页试校核内管在外压作用下的稳定。解1. 管间外压操作工况a 因为

7、内管用与 6.2.1.1 条相同的步骤求取 B 值：查图 6-2 得 A=0.015b 查图6-5 ，以445C内插法得 B=105c 按式 6-4 计算，取其小值作为许用外压：式中 0 取以下两值中的较小值2t0.9 st查表 4-3 ，t 86.2MPa , 查表 F2 ，137.5MPa故 p p 1 21.4MPa p 13.7MPa即内管在操作外压作用下的稳定是满足设计要求的。2. 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 C计（按3

8、0C线）得 B=185MPa . 按式 6-4 计算，取其小值作为许用外压：式中 0 取以下两值中的较小值0.9查表 4-3 , 15CrMo147MPa ,20Cs235MPa故 p p t 37.8MPa pT 23.3MPa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2000mm，设计压力P=0.07MPa，塔体圆筒总高 8000伽,两端为标准椭圆形封头（如图所示）。塔体设计温度370 C，材料20R,腐蚀裕度3叫焊接接头系数：=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

9、厚度 n 18mm 则式中：按 GB6654-1996钢板负偏差冬0.25，按GB150 3.5.5.1 取C1=0塔体圆筒在外压作用下所需厚度按 6.2.1.1 步骤计算： 查图6-2得：A=0.00019 查图6-4，因A值落在307C温度线左方，按式6-2 计算 p满足稳定设计要求：式中 E=1.69 X 105MPap 0.158MPa p 0.07MPa 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n 10mm式中按GB6654-1996钢板负偏差冬0.25，取C1=0 查图 6-2 得：A=0.00027 查图6-4 得：B=31 故按式(6

10、-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6.3.1步骤确定：m。 假设加强圈由80 X20伽的扁钢制作，大气腐蚀裕量取C2=查 GB709 G=0.8 mm则加强圈有效厚度 be=b-2C2-C1=20-2 X 1-0.8=17.2 m 加强圈截面有效高度：he=h-C1=80-1=79 m加强圈有效截面积：As=he - be=79X 17.2=1358.8仃33加强圈惯性矩：I。虬型 79 丄2 706689mm412 12形心轴矩：Z0 he 7939.5mm2 2 按式(6-8)计算B： 按式(6-9)计算A式中：E=1.69 X 105MPa 加强圈与圆筒组合段所需惯

11、性矩按式(6-10)计算： 加强圈与圆筒组合段的组合惯性矩：组合截面的形心轴矩：按下式计算:第6页式中：aS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：10为圆筒起加强作用部分的惯性矩。IsI 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 C，封头内径Di 1000mm腐蚀裕量 C2 1mm封头材料 16MnR式设计一标准椭圆形封头。解查表4-1按3 =6n16 mm,t i70MPa，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dC2 4.72 1.0 5.72mm按GB66

12、54-1998钢板负偏差冬0.25按GB1503.5.5.1 取C1=0 封头名义厚度Sn取 6 m封头有效厚度en C1 C26 0 1.0 5mm封头最小厚度e0.15%Di 1.5mm满足要求 。5.8 受外压 （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 C，封头内径Di 1000mm腐蚀裕量 C2 1mm封头材料 20R第 7 页试设计一标准椭圆形封头。解1. 设定Ri/ 3 e假定封头名义厚度Sn =10伽，按GB6479-1996钢板负偏差冬0.25 按 GB150 3.5.5.1 取C1=0封头有效厚度 e n C1 C210 0 1.

13、0 9mm查表 7-2 K1=0.9 封头的当量球壳外半径R?=D=0.9 X 1020=918 mm则 Ri/ 3 e=918/9=1022. 按式(6-5)计算系数A3. 计算P 查图6-3得B=122 MPa，按式(6-6)计算P值4. 确认封头厚度 因P =0.196MPaP=1MPa故椭圆形封头名义厚度Sn =10 m 满足设计要求。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 C，锥壳半顶角a =30腐蚀裕量 C2 1mm 锥形材料 20R其它尺寸见图试设计一无折边锥形封头解1.锥壳计算厚度 查表4-1按S n=616 mm,取 133MPa焊接接头系

14、数：=0.851.0确定0.00885133 0.85锥壳计算厚度按式（7-7）计算2. 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3. 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4. 锥形封头厚度锥形封头计算厚度取上述三者之大值3 =4.2伽锥形封头设计厚度nCe 4.2 1.0 5.2mm按 GB6654-4996钢板负偏差冬 0.25 按 GB150 3.5.5.1 取 C1=0锥形封名义厚Sn取6伽。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

15、t=200 C，锥壳半顶角a =30腐蚀裕量 C2 1mm锥形材料 16MnR其它尺寸见图所示试设计一折边锥形封头解1. 折边锥形封头大端计算厚度：查表 4-1 按 3 n=616 mm,取 t 170MPa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：2. 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：3. 折边锥形封头锥壳计算厚度锥壳计算厚度按式 (7-7) 计算：4. 封头厚度封头计算厚度取上述三者之大值：

16、3=5.01伽封头设计厚度dC2 5.01 1.0 6.01mm钢板负偏差冬0.25伽 按GB150 3.5.5.1取Ci=0锥形封名义厚Sn取 8伽。5.11 圆形平盖的设计设计条件封头材料设计压力 P=1.6MPa，设计温度t=100 C , 腐蚀裕量C2 1mm16Mn试设计一平盖解查表 4-5 t 1 50MPa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：圆形平盖名义厚度Sn 取 64 mm05.12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 C ,公称直径 Dn =800伽，平盖材料 16MnR ,螺栓材料：30

17、#垫片材料：石棉橡胶板S =3伽。平盖腐蚀裕量C2 1mm ，其它如图所示试设计一平盖。解1. 结构尺寸设计：垫片尺寸参照JB4704-92，垫片外径取 854伽，内径为810伽，厚度3伽，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Db 900mm，法兰外径D0 940mm2. 平盖厚度计算：按法兰计算螺柱载荷W查表4-1按n 36 60mmf 157MPaF 150MPa查表4-7b 117MPa；91MPa查表9-2m=2.0 y=1.1MPaN=! 85481022mmbe11mm22N按式9-4Wa3.14DGby 3.14 837 8

18、.4 112.43105 N按式9-5 WpFPp 5.5 1058.831046.38105N第 15 页按式9-6 Aawab2.43 105_1172077mm2按式9-7ApWpTb6.38 1059127011mm需要的螺栓面积Am取Aa与Ap之大值Am =7011 mm2M20螺栓的截面为225.2 mm2A,32 225.2 7206 mm2第 19 页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p按式(7-29)计算操作状态p按式(7-29)计算平盖设计厚度dp C242.4244.4mm钢板负偏差冬0.25伽 按GB

19、150 3.5.5.1取G=0平盖封名义厚Sn取 46伽。5.13不另行补的幵孔设计条件设计压力 P=1.8MPa，设计温度 t=250 C ,圆筒内径Di =1400叫名义厚度n 16mm ，接管规格 89X 6 幵孔个数1 个,幵孔不通过焊缝试考虑幵孔补强解接管规格 89 X 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,且为单个幵孔，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 t=300 C ，圆筒内径Di =1000叫名义厚度n 14mm ，设置228X 14的厚壁插入式接管,材料：圆筒 16MnRt

20、 135MPa接管 16Mnn 135MPa幵孔未通过焊接圆筒厚度附加量:C10mmC21.0mmC 1.0mm接管厚度附加量:C12.1mmC21.0mmC 3.1mm接管外伸高度h1200mm接管内伸高度h250mm试以厚壁管进行补强设计。解1.补强及补强方法判别补强判别根据GB150 8.3允许不另行补强的最大接管公称直径DN为89mm，本接管公称直径 DN=200mm 89 mm，故须另行考虑其补强补强计算方法判别幵孔直径d d1 2C 2002 3.1206本幵孔直径d 206mm D21000500mm2满足8.2.1条的计算方法适用条件，故可采用8.5条（等面积法）的幵孔补强计算

21、方法进行计算。2.幵孔所需厚度 圆筒计算厚度 按式 (5-1) 确定 接管有效厚度： et nt D 14 3.1 10.9mm 开孔所需补强面积 A 按式 (8-1) 确定A d 2 et 1 fr 206 8.8 2 8.8 10.9 1 0.938 1826mm23. 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 mm 内侧有效高度 h2 按式(8-9) 确定取式中小值 故 h2=50 m4. 有效补强面积圆筒多余金属面积圆筒有效厚度： e n C 14 1.8 12.2mm 圆筒多余金属面积 A1

22、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 m )有效补强面积：A1A2 A3 696183619622728mm25.补强结果A1A2 A3 69618361962728mm2 1826mm2补强满足要求。设计压力 P=1.6MPa，设计温度 t=80 C ,圆筒内径Di =2000伽，名义厚度n 16mm ，沿轴向设置两个相邻的内平齐接管，接管尺寸分别为168X 7和129X 8,两孔中心距为320伽，接管外伸高度均为h1=200 mm，幵孔未通过焊缝，圆筒焊接接接头系数=0.85厚度附加量：圆筒C

23、取2 m，接管C取2 m，材料：圆筒16MnRt 170MPa接管16Mn常 163MPa补强圈 16MnRt 170MPa试进行幵孔补强设计。解1. 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11倍，故应按“联3合补强”进行设计。补强方法判别幵孔直径：接管 1 d di 2C 1542 2158mm接管 2 d d. 2C 203 2 2207mm因 Di=2000 m 1500 m 而亠 1接管 1 d -D.666.6mm 且 d1000 m3亠 1 接管 2 d D.666.6mm 且 d1000 m3均满足要求8.2.1 条的计算方法适用条件，

24、故可采用8.5条（等面积法）补强方法第#页进行计算2.幵孔所需补强面积圆筒计算厚度按式(5-1)确定 幵孔所需补强面积 A按式(8-1)确定接管 1 A=158 X 11.13+2 X 11.13 X (7-2)(1-0.96)=1763 mm接管 2 A=207 X 11.13+2 X 11.13 X (8-2)(1-0.96)=2309 m3.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 B2d 2158316取大值Bd 2 n2 m1582 16 2 7204故 B*=316接管2 B2d 2207414取大值Bd 2 n2 m2072 16 2 8255故 B*=414注

25、：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1dm 158 733.3mm接管实际外伸高度200mm取小值故 h1=33.3 mm外侧有效高度h1按式(8-8)确定接管 2 h dm 207 840.7mm接管实际外伸高度200mm取小值故 h1=40.1 mm 内侧有效高度h2按式(8-9)确定第23页接管1hidm -158 733.3mm接管实际外伸高度200mm取小值第 27 页故 hi=33.3 mm外侧有效高度hi按式(8-8)确定接管1h2.d_m.158 7 33.3mm接管实际外伸高度0mm取小值故 h2=0 m

26、m接管2h2接管实际外伸高度40.7mm0mm取小值故 h2=0 mm4.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：e n C 16 2 14mm圆筒多余金属面积 A1按式(8-11)计算:接管1ABde2 ete1fr3161581411.132731411.13 10.96接管2A2Bde2 ete1fr4142071411.132821411.13 10.962452.3mm2592.7mm接管多余金属面积接管计算厚度 t按式(5-1)确定接管1Pd2 n p1.6 4582 163 11.60.78mm接管2Pdt2 n P1.6 2072 163 1 1.61.02m

27、m接管多余金属面积 A2按式(8-12)计算:接管 1A2 2 33.3 7 0.78 2 0.96 0 270mm2接管 2A2 2 40.7 8 1.02 2 0.96 0 389mm2 补强区内焊缝面积 *（ 焊脚取 有效补强面积 *接管* 1A1A2A3接管 * 2A1A2A35.所需另行补强面积 接管 *1A4AA1A2 接管 *2A4 AA1A216mm)2452.3 270 256 978.3mm22592.7 389 256 1237.3mm2A3 1763.7 978.3 785.4mm2A3 2309 1237.3 1071.7mm2 由于两相邻开孔有效补强范围的重叠， 应

28、在两接管 “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6.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3补，宜以两孔之间的补强，面积要求进行计算3补二 A4/21221943.2/21227.96mm 8mm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3补=16mm补强面积绰绰有余。且此联合补强也满足 8.8.1 的要求，是合适的。5.16 非径向接管的幵孔补强计算某一圆筒上的切向接管。圆筒内径 Di =760伽，名义厚度n 38mm 接管内径di 100mmnt扣除钢管负偏差后为12.5mm,接管位置如图所示。计算压力 Pc 6.8MPa ,室温操作，圆筒和接管在室温下的许用应力t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。试对其幵孔补强进行计算。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：102ft 竺.1.09 , 取ft 1.094和圆筒轴线相交90截面的分析：在圆筒计算厚度