化机基础－内压薄壁圆筒与封头的强度设计

1、化工设备机械基础习题解答第四章 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w15ctc且装有安全阀, 试确定该容器的设计压力p=(1.76 )mpa;计算压力pc=( 1.76 )mpa;水压试验压力 pr=(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0.5mp*工作温度v200°c,试确定： 釜体的计算压力(外压)pc=( -0.6 )mpa;釜体水压试验压力pt=( 0.75 )mpa.(2) 夹套的计算压力(内压)pc=(0.5 )mpa;夹套的水压试验压力pt=( 0.

2、625 )mpa.3. 冇一立式容器，下部装冇10m深,密度为p =1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达 0.5mpa,工作温度w 100 °c，试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )mpa;计算压力 pc=( 0.617 )mpa;水压试验压力 pr=(0.625 )mpa.4. 标准碟形封头之球面部分内径r=( 0.9)d;过渡闘弧部分z半径m 0.17 )d.5. 承受均匀压力的圆平板，若周边固定，则最人应力是(径向)弯曲应力,且最人应力在圆平板的(边缘)处;若周边简支，最大应力是(径向)和(切向)弯曲应力，且最大应力在圆 平板的(中心)处.6. 凹面受压的椭圆形

3、封头，其有效厚度se不论理论计算值怎样小，当kw1时,其值应小于封头内直径的(0.15 )%;k>1时,se应不小于封头内直径的(0.3)%.7. 对于碳钢和低合金钢制的容器，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和正火的15mnvr钢板制容器，液压试验吋，液体温度不得低于(5) °c,其他低合金钢制容器(不包括低温容器)，液压试验时，液体温度不得低于(15) °c.三、判断是非题(是者画j；非者画x)1. 厚度为60mm和6mm的16mnr热轧钢板，其屈服点是

4、不同的,60mm厚钢板的o s大于6mm厚钢板的os(x )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o s(t)时，即宣告该容器已经”失效：(v )3. 安全系数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. (j )4. 当焊接接头结构形式一定吋，焊接接头系数随着监测比率的增加而减小.(x )5. 由于材料的强度指标。b和o s(。0.2)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，必须借助于强度理论将具转换成相当于单向拉伸应力状态的相当 应力.(v )四、工程应用题a组：1、有一dn2000mm的内压

5、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4)=0.85,厚度附加量为c=2mm,试求筒体的最人工作应力.【解】(1)确定参数：pw =2mpa; pc=l.lpw =2.2mpa (装有安全阀);dj= dn=2000mm(钢板卷制)；sn =22mm; se = sn -c=20mm4)=0.85 (题中给定);c=2mm (题中给定).（2）最人工作应力:几(卩+s_ 2.2x(2000 + 20) 2se _2x20= 111匕2、某球形内压薄壁容器，内径为drom,厚度为sn=22mm,若令焊接接头系数<1> =

6、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2 r=147mpa.【解】（1）确定参数：d=10m; sn =22mm; *=1.0; c=2mm; o l=147mpa.se = sn -c=20mm.（2）最大工作压力：球形容器.4 x 147 x 1 .() x 2()10000 + 20-=1.17 mp3、某化工厂反应釜，內径为1600mm,工作温度为5°c105°c,工作压力为1.6mpa,釜体材料选用 0crl8ni9tio采用双面悍对接接头，局部无损探伤，凸形封头上装冇安全阀，试设计釜体厚度。【解】（1）确定参数:d

7、i = 1600mm; t沪5105°c;pw=1.6mpa; pc=l.l pw=1.76mpa （装有安全阀）4>=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：0crl8ni9ti 。丫 =112.9mpa （按教材附录9表162 内插法取值） lo j=137mpa（2）计算厚度：1.76x16002x112.9x0.85-1.76=14.8mmci=0.8mm （按教材表49取值，gb4237-92不锈钢热轧钢板），c=ci+c2=0.8mm. 名义壁厚：sn二s+c+圆整，s+c=14.8+0.8= 15.6mm.圆整后，sn

8、 = 16mm.（1） 水压试验校核二 07(0+sj2s< 0.9妬有效壁厚 sc= sn -c= 16-0.8= 15.2mm试验压力 =1.25 = 1.25x1.76x = 2.67计算应力号(0+») = 2.67x(160() + 15.2) “4i.86mpa 2se2x15.2应力校核0.9(7卫=0.9x205x0.85 = 156.8 mpa帀vo9（ts0 二水压试验强度足够4、有一圆筒形乙烯罐，内径d.=1600mm,壁厚sn=16mm,i+算压力为pc=2.5mpa,工作温度为 -3.5°c,材质为16mnr,采用双面焊对接接头，局部无损探伤

9、，厚度附加量c=3mm,试校核贮罐 强度。【解】（1）确定参数：di 二 1600mm; sn=16mm; tw=-3.5°c; 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 二170 mpa 设计温度下的许用应力6、=170 mpa 常温度下的屈服点乐= 345 mpa有效壁厚：se = sn c = 16 3=13 nun（2）强度校核最大允许工作压力pw eg= 2x170x0.畑3 “.33 “pa1600 + 13pc>pw :.该贮罐强度不足9、设计容器筒体和封头厚度。已知内径di=14（）（）mm,计算压力pc=1.8

10、mpa,设计温度为40°c, 材质为15mnvr,介质无大腐蚀性.双|何焊对接接头,100%探伤。封头按半球形、标准椭圆 形和标准碟形三种形式算出其所需厚度，最后根据各有关因索进行分析，确定一最佳方案。【解】（1）确定参数：df 1400mm; pc=1.8mpa; t=40°c;4> = 1.0 （双面焊对接接头,100%探伤）；c2=lmm.（介质无大腐蚀性） 15mnvr：假设钢板厚度:616mm ,则:o l=177mpa , o =177mpa ,氐=390 mpa（2）筒体壁厚设计:1.8x1400-2x177x1.0-1.8=7.16mmc|=0.25m

11、m （按教材表4-9取值，gb6654-94压力容器用钢板）c=c+c2= 1.25mm.名义壁厚：sn=s+c+ 圆整，s+c=7.16+1.25=8.41 mm.圆整后,sn =9mm.（3）筒体水压试验校核2s< 0.9妬有效壁厚 se= sn -c=9-1.25=7.75mm试验压力pr = 1.25p = 1.25xl.8x= 2.25mpci 山177计算应力应力校核0%卫=0.9x390x1 = 351 mpa帀vo9(ts0 二筒体水压试验强度足够(4) 封头厚度设计 半球形封头:pcdi4刃 0-pc1.8x14004x177x1.0-1.8= 3.51 mmc|=0.25mm (按教材表4-9取值，gb6654-94压力容器用钢板) c=c|+c 2=1.25 mm.名义壁厚：sn二s+c+圆整，s+c=3.57+1.25=4.82mm.圆整后,sn =5mm.最佳方案是选川标准椭i员i封头。标准椭圆封头：s 二 kpcdj 2qs ().5 仇.名义壁厚：s产s+c+圆整， 圆整后,