过程设备设计试题及答案

过程设备设计试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.内压薄壁圆筒的周向薄膜应力与轴向薄膜应力之比为（）A.1:2B.2:1C.1:1D.4:1答案：B2.内压圆筒计算厚度公式δ=pDA.设计温度下材料的许用应力B.材料的屈服强度C.材料的抗拉强度D.材料的持久强度答案：A3.外压容器失效的主要形式是（）A.强度破坏B.疲劳断裂C.失稳（屈曲）D.蠕变失效答案：C4.标准椭圆形封头的长轴与短轴之比为（）A.1:1B.2:1C.3:1D.4:1答案：B5.下列哪种方法不属于压力容器开孔补强的方法？（）A.整体加厚补强B.补强圈补强C.厚壁管补强D.法兰补强答案：D解析：开孔补强的常用方法有整体加厚、补强圈补强、厚壁管整体补强等，"法兰补强"不属于开孔补强方法。6.法兰连接中，预紧状态下螺栓载荷的大小主要取决于（）A.操作压力B.垫片所需的初始压紧力C.介质温度D.法兰公称直径答案：B7.板式塔中，溢流堰的主要作用是（）A.使塔盘上保持一定的液层高度，使气体均匀通过B.防止塔盘产生液泛C.均布上升气体D.支承填料层答案：A8.搅拌设备中，适用于高粘度流体搅拌的搅拌器是（）A.推进式B.涡轮式C.桨式D.螺带式答案：D解析：螺带式、锚式、框式搅拌器适用于高粘度流体；推进式适用于低粘度、高转速场合。9.装有安全阀的压力容器，其设计压力应（）A.等于安全阀整定压力B.低于安全阀整定压力C.不小于安全阀整定压力D.与安全阀整定压力无关答案：C10.关于压力容器用钢，下列说法中错误的是（）A.正火处理可以细化晶粒，提高钢材的韧性B.厚壁钢板的力学性能一般不如薄壁钢板C.Q345R属于低合金钢D.16MnDR适用于高温工况答案：D解析：16MnDR中的字母D表示低温压力容器用钢，适用于低温工况，不适用于高温。二、填空题（每空1分，共15分）1.内压薄壁圆筒的周向薄膜应力是轴向薄膜应力的____倍，其周向薄膜应力计算式为____。答案：2；σ2.压力容器按承压性质可分为____容器和__容器；按壁厚与内径之比可分为__容器和____容器。答案：内压；外压；薄壁；厚壁3.外压容器失效的主要形式是____，设计中需进行____校核。答案：失稳（屈曲）；稳定性4.内压圆筒的计算厚度公式为____，式中φ表示____。答案：δ=5.标准椭圆形封头的长轴与短轴之比为____；封头设置直边段的目的是____。答案：2:1；使环焊缝避开几何形状突变的转角区，减小边缘应力的不利影响，同时便于焊接施工6.法兰连接结构由____、__和____三部分组成。答案：法兰；螺栓（螺母）；垫片三、判断题（每题1分，共10分）1.内压薄壁圆筒的周向薄膜应力是轴向薄膜应力的2倍。答案：正确2.压力容器的名义厚度等于计算厚度与腐蚀裕量之和。答案：错误解析：名义厚度为设计厚度加钢板负偏差并向上圆整至标准规格；设计厚度才等于计算厚度加腐蚀裕量。3.外压容器设置加强圈可以显著提高筒体的临界失稳压力。答案：正确4.在相同设计条件下，标准椭圆形封头的计算厚度略小于内压圆筒的计算厚度。答案：正确5.法兰密封中，螺栓预紧力越大，密封效果越好。答案：错误解析：预紧力过大会压溃垫片或使法兰产生偏转，反而导致密封失效，应适当控制预紧力。6.容器开孔后孔边会产生应力集中，因此需要进行开孔补强设计。答案：正确7.塔设备的自振周期只与塔高有关，与塔体壁厚无关。答案：错误解析：自振周期与塔体的刚度（壁厚、直径、材料）、高度及质量分布等有关。8.搅拌轴的工作转速应避开其临界转速，以免发生共振。答案：正确9.采用Z向性能钢板可以改善厚板的层状撕裂倾向。答案：正确10.外压圆筒的失稳可能发生在弹性阶段，也可能发生在弹塑性阶段。答案：正确四、简答题（每题5分，共20分）1.简述压力容器的主要分类方法及其类型。答案：(1)按承压性质分为内压容器（含真空容器）和外压容器；(2)按设计压力分为低压（0.1≤p<1.6MPa）、中压（1.6≤(3)按壁厚分为薄壁容器和厚壁容器；(4)按安全管理分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类压力容器；(5)按壳体几何形状分为圆筒形、球形、锥形等容器。2.简述内压薄壁容器设计中薄膜应力理论的基本假设。答案：(1)壳体材料连续、均匀、各向同性；(2)壳体为旋转壳体，几何形状对称，壁厚均匀；(3)载荷对称于回转轴且沿壳面连续分布，无弯矩作用；(4)壳体为薄壁壳体，应力沿壁厚均匀分布；(5)壳体变形为小变形，壳壁内只存在薄膜应力，忽略弯曲应力和扭转应力。3.简述外压容器设置加强圈的作用，并说明减小加强圈间距对临界压力的影响。答案：加强圈的作用是将长圆筒的支承跨度划分为若干短段，相当于缩短筒体的计算长度L，从而提高筒体的抗失稳能力。对于短圆筒，临界压力与计算长度成反比（pc4.简述法兰密封结构的工作原理及影响密封性能的主要因素。答案：工作原理：预紧时，在螺栓预紧力作用下垫片被压紧产生塑性变形，填满密封面的微观不平间隙，形成初始密封；操作时，介质内压使法兰趋向分离，垫片依靠弹性回弹保持一定的压紧力，只要残余压紧力不小于保证密封所需的最小工作密封比压，即可实现密封。影响密封性能的主要因素：螺栓预紧力的大小、垫片的材料与型式、法兰刚度（刚度不足会产生转角变形）、密封面的型式与加工质量、操作压力与温度、介质性质等。五、计算题（第1题15分，第2题20分，共35分）1.某内压圆筒形容器内径Di=1200mm，设计压力p=2.5MPa，设计温度t=200℃。筒体材料为Q345R，设计温度下许用应力[(1)筒体的计算厚度δ；(2)设计厚度δd(3)圆整后的名义厚度δn(4)若取δn答案：(1)δ=(2)δd(3)δn(4)σ=129.5MPa解析：(1)计算厚度（内压圆筒壁厚公式）：δ(2)设计厚度为计算厚度与腐蚀裕量之和：δ(3)名义厚度为设计厚度加钢板负偏差并向上圆整至标准规格：δ取δn(4)强度校核。取δnδ按平均直径计算筒体周向应力：σ许用应力水平为：[由于σ=129.5MPa2.一台真空外压圆筒容器，内径Di=1000mm，计算长度L=4000mm，名义厚度δn=10mm。材料为Q245R，弹性模量E=1.9×答案：许用外压[p]=解析：(1)