化工设备机械基础作业答案

1、 PAGE PAGE 8化工设备机械基础习题解答二、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（ 内）径。2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（ 外）径。3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN 是多少毫米？规格规格DN（mm） 10 20 453.540 50 1004、压力容器法兰标准中公称压力PN 有哪些等级？PP（Mp）0.250.601.01.62.54.06.45、管法兰标准中公称压力PN 有哪些等级？PP（Mp）0.10.250.400.601.01.62.54.0第三章 内压薄壁容器的应力分析一、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

2、0.1 的容器。回转壳体：壳体的中间面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。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：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

3、应力？哪些不能？横截面为正六角形的柱壳（）横截面为圆的轴对称柱壳（）横截面为椭圆的柱壳。（）横截面为圆的椭球壳。（）横截面为半圆的柱壳。（）横截面为圆的锥形壳。（）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（）R 。 （）12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，壁内的应力总是小于壁厚小的容器（）按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的（）B 组：的，所以不能用薄膜理论应力公式求解（）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（）公式求解的应力都是真实的（）椭球壳的长，短轴之比a/b（）（）第四章 内

4、压薄壁圆筒与封头的强度设计二、填空题A 组：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,试确定该容器的设计压力p=(1.76)Mpa;计算压力 p =( 1.76)Mpa;水压试验压力cp =(2.2)MPa.T,0.5MPa,1 时,Se 应不小于封头内直径( 0.3)%.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 =( 3)mm;对于高合金钢min制容器,其最小壁厚S=(2)mm.min对碳钢,16MnR,15MnNbR 和正火的 15MnVR 钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于(5) , 其他低合金钢制容器( 不包括低温容器

5、 ), 液压试验时 , 液体温度不得低于(15) .三、判断是非题(是者画;非者画)60mm6mm16MnR ,60mm厚钢板的 s 6mm厚钢板 s.( )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,即宣告该容器已失效”.( )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 ( )当焊接接头结构形式一定,焊接接头系数随着监测比率的增加而减.( )由于材料的强度指 b 和 s( 0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧对于二向或三向力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当 应力.(

6、）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=2MPa;pc=1.1pw =2.2MPa（装有安全阀D= DN=2000mm( 钢板卷制);SDi=22mm;S = Sen-C=20mm =0.85（题中给定）; C=2mm（题中给定）.（2）最大工作应力： t pc (D S) 2.2 (2000 20) 111.1MPi2See 220a2,内径为D =10m,厚度为S =22mm, =1.0,厚度附加

7、量inC=2mm, t=147MPa.【解（1）确定参数 =10m;S =22mm; =1.0;C=2mm; t=147MPa.inS = S -C=20mm.en 1 . 17 1 . 17 MP P 4 t 4 147 1 . 0 20 wD ie10000 20a3、 某化工厂反应釜,内径为 1600mm,工作温度为 5105,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 =1600mm;t =5105;iwp =1.6MPa;p =1.1 p=1.76MPa（装有安全阀）wcw

8、=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）C =0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）2材质：0Cr18Ni9Ti =112.9MPa（按教材附录9 表16-2，内插法取值） =137MPa（2）计算厚度：p D1.761600S ci14.8mmp2 t pc2112.90.85 1.76C =0.8mm（按教材表4-9 取值，GB4237-92不锈钢热轧钢板）,C=C +C=0.8mm.112名义壁厚 =S+C+圆整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.n圆整后，S =16mm.n（1） 水压试验校核p pT(D S ie2Se 0.9s有效壁厚 S = S -C=16-0.8=15.2mm

9、en137试验压力 P1.25P1.251.76 2.67M P aTt112.9P (D S )2.67(160015.2) 计算应力 T 应力校核Ti2See141.86MPa215.20.9s 0.92050.85 156.8 MPaT 0.9S 水压试验强度足够4、 有一圆筒形乙烯罐 ,内径 D =1600mm,壁厚 S =16mm,计算压力为 p =2.5MPa,工作温度为inc-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 =1600mm;S =16mm;t =-3.5;p =2.5MPa.inwc =0.8

10、5（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 常温度下的屈服点 = 345 MPas = Sn C = 16 3 = 13 mm（2）强度校核最大允许工作压力Pw p2 2 170 0.85 13wSe1600 2.33 MPaPcPw 9、 设计容器筒体和封头厚度。已知内径 D =1400mm,计算压力 p =1.8MPa,设计温度为 40,ic材质为 15MnVR,100%探伤。封头按半球形、标准椭圆确定一最佳方案。【解（1）确定参数 =1400mm;p =1.8MPa;t=40;ic =1.（,100探伤C =1

11、mm（介质无大腐蚀性）215MnVR: 616mm ，则： t =177MPa ， =177MPa ， = 390 MPas（2）筒体壁厚设计：S pct pc1.81400 21771.01.8C =0.25mm（按教材表 4-9 取值，GB6654-94压力容器用钢板）1C=C +C =1.25mm.12名义壁厚 =S+C+圆整，S+C=7.16+1.25=8.41mm.n圆整后，S =9mm.n（3） 筒体水压试验校核p (D S )Tie T2Sse有效壁厚 S = S -C=9-1.25=7.75mmen177试验压力 PT 1.25P t 1.25 1.8 177 2.25M P

12、a计算应力 (Di Se ) 2.25 (1400 204.35MPaT应力校核2Se27.750.9 0.9 390 1 351 MPaT 0.9S 筒体水压试验强度足够第五章 外压圆筒与封头的设计二、判断是非题（对者画， 错者画X）假定外压长圆筒和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不会发生弹性失稳。（ X ）18MnMoNbRQ235-AR10818MnMoNbR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 ）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后改屈服点比20g高35%的16MnR

13、钢板，即可满足设计要求。（ X ）几何形状和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：P P P 。（ X ）cr不锈钢cr铝cr铜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（）的整数。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/2 PD/4S，它们均是（压）应力，且与圆筒的长度（无）关。m（1；设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m（3。外压圆筒的加强圈，其作用是将（长）圆筒转化成为（短）减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩

14、应计及（加强圈）和（加强圈和圆筒有效段组合截面。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D S0e长度的范围为（加强圈中心线两侧各为0.55的壳体D S0e四、工程应用题A 组：15-21A，B，C =216MPa，E=206GPa。试s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（或大于）几？（2）如果将圆筒改为铝合金制造 =108MPE=68.7GP，它的许用外压力有何变化？变s化的幅度大概是多少？（用比值P /P =？表示）A A / oC。Bo /【解】A图 5-21A 值较大，临界压力Pcr 仅与Se/D0 有关，

15、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。EP /P =P /P =E/E =68.7/206=0.33366.7%。铝铜cr铝cr铜铝钢2、有一台聚乙烯聚合釜，其外径为D=1580m，高L=7060m（切线间长度，有效厚度S=11m，0e0Cr18Ni9Ti，试确定釜体的最大允许外压力（200）【解】查表得Et=1.84105MPaL1.17Dcr 22155mmD0D0Se1.295Et(D)2.5 (DiS )De0L

16、01625.2mmcrte L L L该聚合釜属于短圆筒crS(e )2.5Pcr 2.59EtD L042MPaD0取 m=3，P=P /m=0.42/3=0.14MPacr聚合釜的最大允许外压力为 0.14MPa4、试设计一台氨合成塔内筒的厚度，已知内筒外径为D =410mm，筒长 L=4000mm，材质为00Cr18Ni9Ti，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D=410mm, L=4000mm, Et=1.64105MPa, 计算外压P=0.5MPa0c（1）假设塔内筒名义厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mmL

17、/D=9.76D/Se=68.300（2）求A值查图5-5得A= 0.0026（3）求B值查图5-12 得B=88MPaP B/DS/08868.3 1.29MPaPc=0.5MPa, PcP，说明假设的Sn=8mm 偏大。（1）重新假设 Sn=6mmSe=Sn-C=6-2=4mmL/D=9.76D/Se=102.500（2）求A值查图5-5得A= 0.0014求B值查图5-12 得B=78MPaP B/DS/078102.5 0.76MPaPc=0.5MPa, PcP，且较接近，故取Sn=6mm 合适该内筒采用Sn=6mm0Cr18Ni9Ti60Cr18Ni9Ti， 10-3mmHg，问不设

18、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 mmHgP 0.1 759.99 0.09999 0.1 MPac760查表得：Et=1.95105MPa（1） 取壁厚附加量C=2mm，有效厚度S=2mm，则名义厚度Sn= Se+C=2+2=4mmeD = D+2S =800+8=808mmL/D =1.86D0in0/Se=404（2）求A查图 5-5得A= 0.000085（3）求B查图 5-12A 点落在曲线左侧，计算B 值：B 2 Et A 2 195103 0.000085 11.05MPa33B/P /

19、eDSe0 404 0.027MPa P P不设置加强圈会被抽瘪c设置加强圈所需加强圈最大间距o o L0.86Et(e )2.5 0.861951032 )2.5 404.5mmsPDco0.1808加强圈个数： n LLs1 1500404.51 2.7(个）取整，n=3需设三个加强圈（5）验算设三个加强圈，则 =L/4=1500/4=375mmL =0.464/Se=404ee00查图 5-5 得A=0.00035， 查图 5-12，得B=45MPaBP 45 0.11MPa/e0DS404/e0因为 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：法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。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）和增加螺栓（个数）密封是有利的。1（增加法兰厚度） 减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。制定法兰标准尺寸系列时，是以材料，在时的力学性能为基础的法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。（筒体。配有双按时制作的卧室