《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答

PAGEPAGE30《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第一篇:化工設(shè)備材料第一章化工設(shè)備材料及其選擇一.名詞解釋A組：逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比的百分率。3.彈性模數(shù)(E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即σ=Eε,比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。硬度：金屬材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力。襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。泊桑比μμ=0.3。耐腐蝕性：金屬和合金對(duì)周?chē)橘|(zhì)侵蝕（發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用引起的破壞）的抵抗能力。抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。變形的能力。BSi,AlFeO氧還原出來(lái)，生成SiO2和Al2O3地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時(shí)用弱脫氧劑Mn在錠模中發(fā)生自脫氧反應(yīng)，放出大量CO氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒(méi)有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿(mǎn)全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。部像鎮(zhèn)靜鋼。0.25%的碳素鋼。低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。2%的鐵碳合金。α-Feγ-Feα鐵中過(guò)飽和的固溶體。C.學(xué)與機(jī)械性能，這樣的加工工藝稱(chēng)為熱處理。冷卻速度比退火快，因而晶粒細(xì)化。平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點(diǎn)以30～50oC）馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。后的內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。質(zhì)處理。普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求S≤0.055%，P≤0.045部分按順序組成，例如：Q235—A·F。（含硫、磷P均≤0.04好。酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱(chēng)。鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對(duì)其性能要求也較高。D.板有比較嚴(yán)格的要求。耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下）合的鋼要求具有良好的韌性（包括低溫韌性，良好的加工工藝性和可焊性的鋼。腐蝕速度：評(píng)定金屬的腐蝕有兩種方法。單位時(shí)間腐蝕引起的重量變化。即：Kp0

p1（g/m2·h）FtK：p0p1F：試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m2；t：腐蝕作用的時(shí)間，h；蝕速度。即：24365K KKa 1000 8.76 （mm/a）式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a；ρ：金屬的相對(duì)密度，g/cm3?；瘜W(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕在金屬表面上，腐蝕過(guò)程沒(méi)有電流產(chǎn)生。產(chǎn)生。甚至破壞的現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負(fù)向移動(dòng)，當(dāng)電位降至陽(yáng)極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。二.指出下列鋼材的種類(lèi)、含碳量及合金元素含量Ａ組鋼號(hào)種類(lèi)含碳量%合金元素含量（%）符號(hào)意義Q235-A·F普通碳素甲類(lèi)鋼——F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-A普通碳素甲類(lèi)鋼——A:甲類(lèi)鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.2%—g:鍋爐鋼16MnR普通低合金鋼0.16%<1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo<1.5%—16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5%—0Cr13鉻不銹鋼<0.08%Cr:13%—1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5%—00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼<0.03%Cr:19%;Ni:10%—含碳12Cr2Mo1含碳12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%—0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Mo:0.9～1.3%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.5～2.49%;Ti:<1.5%—鋼號(hào) 種類(lèi) 合金元素含量（%）符號(hào)意義量%Q235-B 普通碳素乙類(lèi)鋼 — —F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-AR普通碳素甲類(lèi)容器鋼——R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:<1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:<1.5%—09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:<1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:<!.5%—2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr13%—Cr:1.5～2.49%;22 222 224內(nèi)襯Cr22Ni14N設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)溫設(shè)計(jì)壓供選材料應(yīng)選材料度/℃力/MPa氨合成塔外筒氮、氫、少量氨≤200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-A·F，18MnMoNbR或18MnMoNbR，15MnVR,13MnNiMoNbR13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水80~1200.2Q235-A·R，1Cr18Ni9Ti，銅，Q235-A·R+銅襯里鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹(shù)脂漆浸漬的不透性石墨溶解乙炔氣瓶蒸壓釜水蒸汽≤20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR18MnMoNbR，07MnCrMoVR高溫高壓廢轉(zhuǎn)化氣（H,CO,N,CO,HO,CH,Ar）890~10003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-A·R，Cr25Ni20，Cr25Ni20《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第二篇:化工容器設(shè)計(jì)第二章容器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級(jí)范圍溫度分級(jí)溫度范圍（oC）壓力分級(jí)壓力范圍(Mpa)常溫容器－20oC~200oC低壓容器0.1≤P＜1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6≤P＜10高溫容器壁溫達(dá)到材料蠕變溫度高壓容器10≤P＜100低溫容器壁溫低于－20oC超高壓容器P≥100淺冷容器深冷容器

壁溫在－20oC至－40oC之間壁溫低于－40oC

真空容器—

器外一個(gè)大氣壓，內(nèi)部為真空或低于常壓—二、指出下列容器屬于一、二、三類(lèi)容器的哪一類(lèi)A組：序號(hào)1容器（設(shè)備）及條件Φ1500，設(shè)計(jì)壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐類(lèi)別三2設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa，容積為1m3的氯化氫氣體貯罐三3Φ2000，容積為20m3的液氨貯罐三4壓力為10Mpa，容積為800立升的乙烯貯罐三5設(shè)計(jì)壓力為2.5Mpa的糖玻璃容器三B組：序號(hào)序號(hào)12容器（設(shè)備）及條件壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器Φ800，設(shè)計(jì)壓力為0.6Mpa，介質(zhì)為非易燃和無(wú)毒的管殼式余熱鍋爐三二3用抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限為b=620Mpa材料制造的容器三45工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔汽車(chē)罐車(chē)和鐵路罐車(chē)三三三、填空題1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱(chēng)直徑是指它們的（內(nèi)）徑。2、無(wú)縫鋼管做筒體時(shí)，其公稱(chēng)直徑是指它們的（外）徑。3、查手冊(cè)找出下列無(wú)封鋼管的公稱(chēng)直徑DN是多少毫米？規(guī)格規(guī)格DN（mm）Φ10Φ20Φ45×3.540Φ57×3.550Φ108×41004、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱(chēng)壓力PN有哪些等級(jí)？PP（Mp）0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱(chēng)壓力PN有哪些等級(jí)？PP（Mp）0.10.250.400.601.01.62.54.0《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析一、名詞解釋A組：⒈薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器。⒉回轉(zhuǎn)殼體：殼體的中間面是直線(xiàn)或平面曲線(xiàn)繞其同平面內(nèi)的固定軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)360°而成的殼體。⒊經(jīng)線(xiàn)：若通過(guò)回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線(xiàn)。⒋薄膜理論：薄膜應(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒(méi)有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱(chēng)為無(wú)力矩理論。⒌第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線(xiàn)的曲率半徑。⒍小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。⒎區(qū)域平衡方程式：計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線(xiàn)上徑向應(yīng)力的公式。⒏邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。原來(lái)不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動(dòng)限制。二、判斷題（對(duì)者畫(huà)√，錯(cuò)著畫(huà)╳）A組：下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)壓力作用，哪些能用薄膜理論求解壁內(nèi)應(yīng)力？哪些不能？橫截面為正六角形的柱殼（×）橫截面為圓的軸對(duì)稱(chēng)柱殼（√）橫截面為橢圓的柱殼。 （×）橫截面為圓的橢球殼。 （√）橫截面為半圓的柱殼。 （×）橫截面為圓的錐形殼。 （√）在承受內(nèi)壓的圓筒形容器上開(kāi)橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長(zhǎng)軸與筒體軸線(xiàn)平行（×）1R2。（√）因?yàn)閮?nèi)壓薄壁圓筒的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當(dāng)材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時(shí)，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器（×）按無(wú)力矩理論求得的應(yīng)力稱(chēng)為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的（√）B組：的，所以不能用薄膜理論應(yīng)力公式求解（√）由于圓錐形容器錐頂部分應(yīng)力最小，所以開(kāi)空宜在錐頂部分（√）公式求解的應(yīng)力都是真實(shí)的（×）橢球殼的長(zhǎng)，短軸之比a/b（√）（×）三、指出和計(jì)算下列回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的第一和第二曲率半徑A組： 圖3-29 圖

圖3-311、球殼上任一點(diǎn) RRR1 2D2、圓錐殼上之M點(diǎn) R1

R2

m2cos3、碟形殼上之連接點(diǎn)ABA點(diǎn)： 在球殼上：C):RRR1 2BR1

r, RR1 2B點(diǎn)： 在弧面上：B(:R1

r, Rr1 2B(BR1

, Rr2圖3-32圖3-32圖1.圓柱殼上任一點(diǎn)R,RDB組：1 2 22.圓錐殼與柱殼的連接點(diǎn)A及錐頂點(diǎn)BA(B):R1

,R2

RcosB():R1

,RR2B:R1

,R02m四、計(jì)算下列各種承受氣體均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的薄膜應(yīng)力mA組：

和。圖3-34圖圖圖3-34圖圖1.球殼上任一點(diǎn)，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。RRD1008504mm

21008

63MPm 4S

48PmS1 2 PD63MP 4S圓錐殼上之A點(diǎn)和Bp=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。A點(diǎn)R1

,R2

D2cos PD 0.51010

14.58MPm 4Scos 4100.866 PmS1 2 PD 0.51010

29.16MP 2Scos 2100.866點(diǎn)R1

,R020m 橢球殼上之A，B，Cp=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。Bx=600mm。ab10105052 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭abA點(diǎn)（x

):Ra2,Ra2yb yb

Pa

11010

50.5MPB點(diǎn)： m

m S 20P2sba4P2sba4x2(a2b2)P

a4x2(a2b2)2 a4

a4x2(a2

27.7MPab2)C點(diǎn)(xa,y0):

Pa11010

25.25MPam 2S 220 Pa11010

50.5MPa五、工程應(yīng)用題

S 202.5Mpa81616mm，m試求汽包圓筒壁被的薄膜應(yīng)力m

?！窘狻縋=2.5Mpa D=816mm S=16mmS

0.01960.1 屬薄壁容器D 816PD

2.5

31.875MPam 4S 416 PD2.5

63.75MPam 2S 21610020mm0.6Mpa20壁內(nèi)的工作壓力是多少。【解】P=0.6Mpa D=10020mm S=20mmS

0.0019960.1 屬薄壁容器D 10020PD0.610020m 4S 420

75.15MPa有一承受氣體內(nèi)壓的圓筒形容器，兩端封頭均為橢圓形封頭，已知：圓筒平均直徑為2030303Mpa，試求；2m⑴圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力；2m⑵若封頭橢圓長(zhǎng)，短半軸之比分別為確定其所在的位置。

的最大值并【解(1)圓筒P=3Mpa D=2030mm S=30mmS

0.01480.1 屬薄壁容器D 2030 PD2

50.75MPm 4S 430最大工作應(yīng)力：

PD22030

101.5MP 2S 2302① a2b

時(shí) 在x=0，y=b,（頂點(diǎn)處）有最大值

Pa

310152m 2

( )2

71.78MP S b 230②a2時(shí)x=0,y=b（頂點(diǎn)處）b(m)max

Pa a 3 1015 () 3 1015 2S b 230 3 1015 ()

max

Pa a () 101.5MP2S b 230③a2.5時(shí)，在x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）bm)mmax

Pa(a)310152.5126.88MP 2S b 2 在x=a,y=0點(diǎn)（邊緣處）Pa a2)

max

(2 )215.69MP2S b2《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)二、填空題A組：有一容器,其最高氣體工作壓力為1.6Mpa,無(wú)液體靜壓作用,工作溫度≤150℃且裝有安全閥,試確定該容器的設(shè)計(jì)壓力 p=(1.76 )Mpa;計(jì)算壓力pc=(1.76 )Mpa;水壓試驗(yàn)壓p=(2.2 )MPa.T,,0.5MPa,<200℃,:(1)釜體的計(jì)算壓外壓)p=(-0.6 )MPa;釜體水壓試驗(yàn)壓力p=(0.75 )MPa.c T(2)夾套的計(jì)算壓內(nèi)壓)p=(0.5 )MPa;夾套的水壓試驗(yàn)壓力p=(0.625 )MPa.c T有一立式容器,下部裝有10m深,密度為ρ=1200kg/m3的液體介質(zhì),上部氣體壓力最高達(dá)0.5MPa,工作溫度≤100℃,試確定該容器的設(shè)計(jì)壓力p=( 0.5 )MPa;計(jì)算壓p=(0.617 )MPa;水壓試驗(yàn)壓力p=(0.625 )MPa.c T標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭之球面部分內(nèi)徑R=( 0.9)D;過(guò)渡圓弧部分之半徑r=(0.17 )D.i i i承受均勻壓力的圓平板,若周邊固定,則最大應(yīng)力是(徑向 )彎曲應(yīng)力,且最大應(yīng)力在圓平板的(邊緣 )處;若周邊簡(jiǎn)支,最大應(yīng)力是( 徑向)和(切向 )彎曲應(yīng)力,且最大應(yīng)力在平板的(中心 處.凹面受壓的橢圓形封其有效厚度Se不論理論計(jì)算值怎樣當(dāng)K≤1時(shí),其值應(yīng)小于封頭直徑的(0.15 )%;K>1時(shí),Se應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑(0.3 )%.對(duì)于碳鋼和低合金鋼制的容器,考慮其剛性需要,其最小壁厚

=(3 )mm;對(duì)于高合金鋼min制容器,其最小壁厚S

=( 2 )mm.min對(duì)碳鋼,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR鋼板制容器,液壓試驗(yàn)時(shí),液體溫度不得低于(5)℃,其他低合金鋼制容器(不包括低溫容器),液壓試驗(yàn)時(shí),液體溫度不得低于(15)℃.三、判斷是非題(是者畫(huà)√;非者畫(huà)×)60mm6mm16MnR,60mm厚鋼板的σs6mm厚鋼板σ. ( ×)s依據(jù)彈性失效理論,容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)σs(t)時(shí),即宣告該容器已失效”. ( √)安全系數(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì),安全系數(shù)將逐漸變小( √)當(dāng)焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測(cè)比率的增加而減. ( ×)由于材料的強(qiáng)度指σb和σs(σ0.2)是通過(guò)對(duì)試件作單向拉伸試驗(yàn)而側(cè)對(duì)于二向或三向力狀態(tài),在建立強(qiáng)度條件時(shí),必須借助于強(qiáng)度理論將其轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的相當(dāng)應(yīng)力. ( √）四、工程應(yīng)用題A組：1、有一DN2000mm的內(nèi)壓薄壁圓筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大氣體工作壓力p=2MPa,容器上w裝有安全閥,焊接接頭系數(shù)υ=0.85,厚度附加量為C=2mm,試求筒體的最大工作應(yīng)力.【解（1）確定參數(shù)=2MPa; p=1.1p =2.2MPa（裝有安全閥w c wD=DN=2000mm(鋼板卷制); S=22mm; S=S-C=20mmi n e nυ=0.85（題中給定）;C=2mm（題中給定）.（2）最大工作應(yīng)力：tpc(DiSe)

2.2(2000

111.1MP2Se 220 a2,內(nèi)徑為Di=10m,厚度為Sn=22mm,υ=1.0,C=2mm,]t=147MPa.【解（1）確定參數(shù)=10m; Sn=22mm; υ=1.0; C=2mm; [σ]t=147MPa.Se=Sn-C=20mm.（2）最大工作壓力：球形容器.[P]

4[]t

4147 1.020 w D i e

10000 20 a 1.17MP3、某化工廠反應(yīng)釜,內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5℃~105 1.17MP0Cr18Ni9Ti。采用雙面焊對(duì)接接頭,局部無(wú)損探傷,凸形封頭上裝有安全閥,試設(shè)計(jì)釜體厚度?！窘狻浚?）確定參數(shù)=1600mm; t=5~105℃;i wp=1.6MPa; p=1.1p =1.76MPa（裝有安全閥）w c w=0.85（雙面焊對(duì)接接頭,局部探傷）C=0（對(duì)不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時(shí)）2材質(zhì)：0Cr18Ni9Ti [σ=112.9MPa（按教材附錄9表16-2，內(nèi)插法取值）[σ]=137MPa計(jì)算厚度：pD 1.761600S c i 14.8mmppc

2112.90.851.76C=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92《不銹鋼熱軋鋼板）, C=C+C=0.8mm.1 1 2名義壁厚=S+C+圓整， S+C=14.8+0.8=15.6mm.n圓整后，S=16mm.n水壓試驗(yàn)校核p(DS) T i e T 2S se有效壁厚S=S-C=16-0.8=15.2mmTe nT試驗(yàn)壓力P

[][]t

1.251.76

137112.9

2.67MPa計(jì)算應(yīng)力 T應(yīng)力校核

P(DST i e2Se

2.67(160015.2) 0.90.92050.85156.8MPasT 0.9 T 4、有一圓筒形乙烯罐,內(nèi)徑D=1600mm,壁厚S=16mm,計(jì)算壓力為p=2.5MPa,工作溫度為i n c-3.5℃，材質(zhì)為16MnR,采用雙面焊對(duì)接接頭,局部無(wú)損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強(qiáng)度?！窘猓?）確定參數(shù)=1600mm; Sn=16mm; tw=-3.5℃; pc=2.5MPa.=0.85（雙面焊對(duì)接接頭,局部探傷）16MnR：常溫下的許用應(yīng)力]=170MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[]t=170常溫度下的屈服點(diǎn)s=345MPa=Sn－C=16－3=13mm（2）強(qiáng)度校核最大允許工作壓力[Pw][p ]

2

21700.8513w

Se

1600

2.33MPa∵ Pc＞[Pw] 9、設(shè)計(jì)容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑D=1400mm,計(jì)算壓力p=1.8MPa,設(shè)計(jì)溫度為40℃,i c材質(zhì)為15MnVR,,100%探傷。封頭按半球形、標(biāo)準(zhǔn)橢圓確定一最佳方案?！窘猓?）確定參數(shù)=1400mm; p=1.8MPa; t=40℃;i c=1.（,100探傷C=1mm（介質(zhì)無(wú)大腐蝕性）215MnVR:6~16mm，則：[σ]t=177MPa，]=177MPa，=390MPas（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：S pc]tpc

1.81400 21771.01.8C=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）1C=C+C=1.25mm.1 2名義壁厚=S+C+圓整， S+C=7.16+1.25=8.41mm.n圓整后，S=9mm.n（3）筒體水壓試驗(yàn)校核 T

(DSi e2Se

0.9s有效壁厚S=S-C=9-1.25=7.75mme n[]

177試驗(yàn)壓力PT1.25P[]t1.251.8177

2.25MPa計(jì)算應(yīng)力

(DiSe)2.25(1400

204.35MPaT應(yīng)力校核

2Se 27.750.90.93901351MPaT0.9S ∴筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠封頭厚度設(shè)計(jì)半球形封頭：S pc]tpc

1.81400 41771.01.8C1=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）C=C+C=1.25mm.1 2名義壁厚=S+C+圓整， S+C=3.57+1.25=4.82mm.n圓整后，S=5mm.n標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：

KpD

1.01.81400S c i p0.5pc

21771.00.51.8名義壁厚=S+C+圓整， S+C=7.1+1.25=8.35mm.n圓整后，S=9mm.n標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：MpD

1.3251.81400S c i 9.4mmp2[]t0.5pc

21771.00.51.8名義壁厚=S+C+圓整， S+C=9.4+1.25=10.65mm.n圓整后，S=11mm.n從計(jì)算結(jié)果看，最佳方案是選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計(jì)二、判斷是非題（對(duì)者畫(huà)√，錯(cuò)者畫(huà)X）假定外壓長(zhǎng)圓筒和短圓筒的材質(zhì)絕對(duì)理想，制造的精度絕對(duì)保證，則在任何大的外壓下不會(huì)發(fā)生彈性失穩(wěn)。 （X）18MnMoNbRQ235-AR10818MnMoNbR的外壓容器，要比用Q235-AR鋼板制造的同一設(shè)計(jì)條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。（X）設(shè)計(jì)某一鋼制外壓短圓筒時(shí)發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設(shè)計(jì)要求低后改屈服點(diǎn)比20g高35%的16MnR鋼板，即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 （X）幾何形狀和尺寸完全相同的三個(gè)不同材料制造的外壓圓筒，其臨界失穩(wěn)壓力大小依次為：P >P >P。 （X）cr不銹鋼 cr鋁 cr銅外壓容器采用的加強(qiáng)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕（X）三、填空題受外壓的長(zhǎng)圓筒，側(cè)向失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)n（2；短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)為n（）的整數(shù)。直徑與壁厚分別為D，S的薄壁圓筒殼，承受均勻側(cè)向外壓p作用時(shí)，其環(huán)向應(yīng)力σ =θ（PD/2σPD/4S，它們均是（壓）應(yīng)力，且與圓筒的長(zhǎng)度（無(wú)）關(guān)。mΦ（1；設(shè)計(jì)外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m（3。外壓圓筒的加強(qiáng)圈，其作用是將（長(zhǎng)）圓筒轉(zhuǎn)化成為（短）減薄筒體壁厚。加強(qiáng)圈的慣性矩應(yīng)計(jì)及（加強(qiáng)圈）和（加強(qiáng)圈和圓筒有效段組合截面。外壓圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈后，對(duì)靠近加強(qiáng)圈的兩側(cè)部分長(zhǎng)度的筒體也起到加強(qiáng)作用，該部分DS0 e長(zhǎng)度的范圍為（加強(qiáng)圈中心線(xiàn)兩側(cè)各為0.55 的殼體DS0 e四、工程應(yīng)用題A組：1、圖5-21中A，B，C點(diǎn)表示三個(gè)受外壓的鋼制圓筒，材質(zhì)為碳素鋼，σ=216MPa，E=206GPa。試s回答：（1）A，B，C三個(gè)圓筒各屬于哪一類(lèi)圓筒？它們失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n等于（或大于）幾？（2）如果將圓筒改為鋁合金制造σ=108MPE=68.7GP，它的許用外壓力有何變化？變s化的幅度大概是多少？（用比值[P]/[P]=？表示）·A·A/o·C?！o/ 【解】

A圖5-21A—長(zhǎng)圓筒，L/D值較大，臨界壓力P僅與S/D有關(guān)，而與L/D無(wú)關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n=2。0 cr e 0 0B—短圓筒，臨界壓力P不僅與S/D有關(guān)，而且與L/D有關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為n＞2cr e 0 0C—臨界圓筒（長(zhǎng)、短圓筒拐點(diǎn)處，長(zhǎng)度等于臨界長(zhǎng)度，發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為≥。E[P]/[P]=P/P=E/E=68.7/206=0.333 66.7%。鋁 銅 cr鋁 cr銅 鋁 鋼2、有一臺(tái)聚乙烯聚合釜，其外徑為D=1580m，高L=7060m（切線(xiàn)間長(zhǎng)度，有效厚度S=11m，0 e0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力（200℃）【解】查表得Et=1.84×105MPaL 1.17Dcr

22155mmD0D0SeL

1.295Et( eD0

)2.5(Di

S)De

1625.2mmcr

[]te∵LLL

∴該聚合釜屬于短圓筒cr

S( e)2.5Pcr

2.59Et

D L 042MPaD0取m=3，[P]=P/m=0.42/3=0.14MPacr∴聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPa4、試設(shè)計(jì)一臺(tái)氨合成塔內(nèi)筒的厚度，已知內(nèi)筒外徑為 D0=410mm，筒長(zhǎng)L=4000mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，內(nèi)筒壁溫最高可達(dá)450℃，合成塔內(nèi)系統(tǒng)的總壓力降為0.5MPa?！窘狻恳阎狣0=410mm,L=4000mm,Et=1.64×105MPa,計(jì)算外壓Pc=0.5MPa（1）假設(shè)塔內(nèi)筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mm L/D=9.76 D/Se=68.30 0（2）求A值 查圖5-5 得A=0.0026（3）求B值 查圖5-12得B=88MPa[P]

B/D S/0

8868.3

1.29MPaPc=0.5MPa,Pc＜＜[P]，說(shuō)明假設(shè)的Sn=8mm偏大。（1）重新假設(shè)Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D=9.76 D/Se=102.50 0（2）求A值 查圖5-5 得A=0.0014求B值 查圖5-12得B=78MPa[P]

B/D S/0

78102.5

0.76MPaPc=0.5MPa,Pc＜[P]，且較接近，故取Sn=6mm合適該內(nèi)筒采用Sn=6mm0Cr18Ni9Ti6DS0Cr18Ni9Ti，i e由于其密閉性能要求較高，故須進(jìn)行真空試漏，試驗(yàn)條件為絕對(duì)壓力10-3mmHg，問(wèn)不設(shè)置加強(qiáng)圈能否被抽癟？如果需要加強(qiáng)圈，則需要幾個(gè)？【解】確定計(jì)算外壓力：∵真空度=大氣壓-絕壓=760-10-3=759.99mmHg∴P0.1759.990.099990.1MPa∴c 760查表得：Et=1.95×105MPa（1）取壁厚附加量C=2mm，有效厚度S=2mm，則名義厚度Sn=Se+C=2+2=4mmeD=D+2S=800+8=808mm L/D=1.86 D0 i n 0

/Se=404（2）求A查圖5-5得A=0.000085（3）求B查圖5-12A點(diǎn)落在曲線(xiàn)左側(cè)，計(jì)算B值：B2EtA21951030.00008511.05MPa3 3B/[P]/eD Se0

404

0.027MPa∵P>[P] ∴不設(shè)置加強(qiáng)圈會(huì)被抽癟c設(shè)置加強(qiáng)圈所需加強(qiáng)圈最大間距oD S 808oL 0.86Et ( e)2.50.86195103

2)2.5

404.5mms P Dc o

0.1 808加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)：nLLs

1

1500404.5

12.7(個(gè)）取整，n=3 需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈（5）驗(yàn)算設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈，則=L/4=1500/4=375mm L

=0.464

/Se=404e e 0 0查圖5-5得A=0.00035，查圖5-12，得B=45MPa[P] B 45/e0D S 404/e0因?yàn)镻c＜[P]，且十分接近，故至少需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈。《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第六章容器零部件二、填空題：A組：法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)，一般是由（聯(lián)接）件，（被聯(lián)接）件和（密封元）件三部分組成。在法蘭密封所需要的預(yù)緊力一定時(shí)，采取適當(dāng)減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個(gè)數(shù)）密封是有利的。1（增加法蘭厚度）減小螺栓作用力臂）3（增加法蘭盤(pán)外徑）。制定法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列時(shí)，是以材料，在時(shí)的力學(xué)性能為基礎(chǔ)的法蘭公稱(chēng)壓力的確定與法蘭的最大（操作壓力），（操作溫度）和（法蘭材料）三個(gè)因素有關(guān)。（筒體。配有雙按時(shí)制作的臥室容器，其筒體的危險(xiǎn)截面可能出現(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，筒體的最大軸向總應(yīng)力的驗(yàn)算條件是：軸向應(yīng)力應(yīng)為（軸向壓力應(yīng)為（B組：

≤t）≤t≤t）和（軸向許用壓縮應(yīng)力拉壓

的較小值）即A≤(0.25)D不大于0θ=（120°）和θ=（150°）兩種。采用補(bǔ)強(qiáng)板對(duì)開(kāi)孔進(jìn)行等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，其補(bǔ)強(qiáng)范圍是：有效補(bǔ)強(qiáng)寬度是（B,d}）n nt外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是h1內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是{h 2

,}）dnt,dntnt根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則，必須使開(kāi)孔削弱的截面積積)A1A2)A3。Di≤1500mm時(shí)，須使開(kāi)孔最大直徑imm.當(dāng)筒體直徑Di,>1500mm時(shí)，，須使開(kāi)孔最大直徑d≤(1/3)Di,,且不得超過(guò)（1000）。DN(400)mm,DN(450)mm,DN(500)mm,等四種。7現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，橢圓形人孔的尺寸為（400）×（250）mm與（380）×（280）mm。8現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)手孔的公稱(chēng)直徑有DN(150mm)和DN(250mm)兩種。三、是非判斷題tD0,加大法蘭長(zhǎng)徑部分尺寸和加大臂長(zhǎng)度。(×)接密封。(√)正壓操作的盛裝氣體（在設(shè)計(jì)溫度下不冷凝）四、工程應(yīng)用題A組：選擇設(shè)備法蘭密封面型式及墊片介質(zhì)公稱(chēng)壓力PN（MPa）介質(zhì)溫度℃適宜密封面型式墊片名稱(chēng)及材料丙烷1.0150平形耐油橡膠石棉墊/耐油橡膠石棉蒸汽1.6200平形板石棉橡膠墊/中壓石棉橡膠板液氨2.5≤50凹凸或榫槽石棉橡膠墊圈/中壓石棉橡膠板氫氣4.0200凹凸纏繞式墊圈/08(15)鋼帶-石棉帶試為一精餾塔配塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭及出料口接管法蘭。已知條件為：塔體內(nèi)徑800mm,接管100mm3000.25MPa,材質(zhì)Q235-AR寸?！窘狻克?jié)與封頭的聯(lián)接法蘭——容器法蘭根據(jù)該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯(lián)接的法蘭應(yīng)該選用甲型平焊法蘭。根6-40.6MPa來(lái)選擇尺寸。由附321中。由表6-16-320mm246-635。螺母材料為Ｑ235-Ａ。出料口接管法蘭——管法蘭根據(jù)計(jì)算壓力、法蘭材質(zhì)和工作溫度查附錄十五表340.25MPa；根據(jù)公稱(chēng)壓力、公稱(chēng)直徑按表6-10HG20592法蘭PL100-0.25RF3535362圖1甲型平焊法蘭（容器法蘭（法蘭-RF800-0.6JB4702-92）圖2突面板式平焊管法蘭（HG20592法蘭PL100-0.25RFQ235-A）6．有一臥式圓筒形容器，DN=3000mm，最大重量為100噸，材質(zhì)為16MnR，選擇雙鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)?！窘狻棵總€(gè)支座上的載荷mg 1001039.8F 2 2 490KN根據(jù)承受載荷與公稱(chēng)直徑查附錄十六，應(yīng)選用輕型（A型）120°包角帶墊板鞍座。JB/4712-92鞍座A3000-FJB/4712-92鞍座A3000-S鞍座材料Q235-AF 墊板材料16MnR 允許載荷Q=786KNh250mm 10mm鞍座高度： 腹:2l

l 3

弧長(zhǎng)3490mm1b

b 316mm2

b 500mm4底版：1 筋板：b 406mm 墊板： 10mm 14mm1

3 43 10mm e65mm3Ф89×616mm1016MnR1.8Mpa2502mm，開(kāi)孔未與筒體焊縫相交，接管周?chē)?0mm內(nèi)無(wú)其他接管，試確定此開(kāi)孔是否需要補(bǔ)強(qiáng)？如需要，其補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度應(yīng)為多少？畫(huà)出補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖?！窘狻坑杀?6-1查得16Mn（厚度６～１６）在25℃下的tＰ，s

325MPa10號(hào)鋼管在25℃下t=92a，s取υ=1

205MPa PD 1.81400 S

i

8.12mmP2tPc

215611.8 PD 1.889 St

0

0.86mmP2tPc

29211.8殼體與接管的壁厚附加量取C=２mm則開(kāi)孔直徑：dd12C89262281mm殼體的名義壁厚：Sn16mmS C16214mm殼體的有效壁厚：e n接管的名義壁厚：Snt6mmS S C624mm接管的有效壁厚：et ntB2d281接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：dSnt816接管外側(cè)、內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：dSnt816[]t 92

22mm強(qiáng)度削弱系數(shù)： fr需要補(bǔ)強(qiáng)金屬面積：

[]t殼

156et AdS2SS f818.1228.1240.59684.35mmet 可作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積：1ABdS1e

S2S et

Sfr(16281)148.1224148.1210.59457mm2SetSft SetSft

2 Sh2Sh2

C2fr22240.860.59222420.59133.4mm2frA 218864mm2焊縫按R=8計(jì)算，則3 2可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積：A A Ae 1 2

A 457133.464654.4mm2e3因?yàn)锳e＜A，所以需要另加補(bǔ)強(qiáng)。e3A另加補(bǔ)強(qiáng)面積：4

A

684.35654.430mm2用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同為16MnR，厚度與筒體壁厚相同為16mm?！痘ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第三篇:典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)第七章管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)一、思考題衡量換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)大致有哪些？答：傳熱效率高，流體阻力小，強(qiáng)度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：如下表1所示： 表1列管式換熱器優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn)種類(lèi)管外清洗困難；固定管板式

結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，相對(duì)其它列管式換熱器其管板最薄。

管殼間有溫差應(yīng)力存在；設(shè)置膨脹節(jié)。浮頭式

一端管板固定，另一端管板可在 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大殼體內(nèi)移動(dòng)；管殼間不產(chǎn)生溫差 浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時(shí)不便檢查應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。 管束與管體間隙較大，影響傳熱。U

管束一端可自由膨脹；造價(jià)比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。

殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能；殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？答：①殼體直徑的決定和殼體壁厚的計(jì)算；②換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；③管板尺寸確定；④管子拉脫力的計(jì)算；⑤折流板的選擇與計(jì)算；⑥溫差應(yīng)力計(jì)算。此外還應(yīng)考慮接管、接管法蘭選擇及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等。我國(guó)常用于列管式換熱器的無(wú)縫鋼管規(guī)格有哪些？通常規(guī)定換熱管的長(zhǎng)度有哪些？答：我國(guó)管殼式換熱器常用無(wú)縫鋼管規(guī)格（外徑×壁厚，如下表2所示。換熱管長(zhǎng)度規(guī)定2000mm,2500mm,3000mm,4500mm,5000mm,6000mm,7500mm,9000mm,12000mm換熱器的換熱管長(zhǎng)度與公稱(chēng)直徑之比，一般在4~25之間，常用的為6~10。立式換熱器，其4~6。表 2 換熱管規(guī)格（mm）不銹鋼￠19×2￠19×2￠25×2.5￠25×2￠32×3￠32×2.5￠38×3￠38×2.5答：固定方式有三種：脹接、焊接、脹焊結(jié)合。脹接：一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)4.0MPa，設(shè)計(jì)溫度在350℃以下，且無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。焊接：一般用在溫度壓強(qiáng)都較高的情況下，并且對(duì)管板孔加工要求不高時(shí)。脹焊結(jié)合：適用于高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓和“應(yīng)力腐蝕”的情況下。換熱管脹接于管板上時(shí)應(yīng)注意什么？脹接長(zhǎng)度如何確定？答：采用脹接時(shí)，管板硬度應(yīng)比管端硬度高，以保證脹接質(zhì)量。這樣可避免在脹接時(shí)管板產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。如達(dá)不到這個(gè)要求時(shí)，可將管端進(jìn)行退火處理，降低硬度后再進(jìn)行脹接。另外，對(duì)于管板及換熱器材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)和操作溫度與室溫的溫差△t，必須符合表3的規(guī)定。表3 線(xiàn)膨脹系數(shù)和溫度10%≤10%≤△α/α≤30%30%≤△α/α≤50%△α/α＞50%△t≤155℃△t≤128℃△t≤72℃（α2，，21/℃?！鳓?∣α1-α2∣，1/℃?！鱰等于操作溫度減去室溫2℃。換熱管與管板的焊接連接法有何優(yōu)缺點(diǎn)？焊接接頭的形式有哪些？答：焊接連接比脹接連接有更大的優(yōu)越性：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省孔的加工工時(shí)；焊接工藝比脹接工藝簡(jiǎn)單；在壓力不太高時(shí)可使用較薄的管板。焊接連接的缺點(diǎn)是：由管子與管板間存在間隙，這些間隙內(nèi)的流體不流動(dòng)，很容易造成“間隙腐蝕焊接接頭的形式有：①管板孔上不開(kāi)坡口；60o③管子頭部不突出管板；④孔四周開(kāi)溝槽。換熱管采用脹焊結(jié)合方法固定于管板上有何優(yōu)點(diǎn)？主要方法有哪些？答：脹焊結(jié)合方法的優(yōu)點(diǎn)：由于焊接連接產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕及間隙腐蝕，尤其在高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用下，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無(wú)論采用脹接或焊接均難以滿(mǎn)足要求。而脹焊結(jié)合法能提高連接處的抗疲勞性能，消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。主要方法有：先強(qiáng)度焊后貼脹、先強(qiáng)度焊后強(qiáng)度脹、先強(qiáng)度脹后密封焊等多種。管子在管板上排列的標(biāo)準(zhǔn)形式有哪些？各適用于什么場(chǎng)合？答：排列的標(biāo)準(zhǔn)形式有：①正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列，適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場(chǎng)合。②正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管間的場(chǎng)合。《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》中換熱器管板設(shè)計(jì)方法的基本思想是什么？然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來(lái)確定管板的彎曲應(yīng)力。由于它比較全面地考慮了管束的支承和溫差的影響，因而計(jì)算比較精確。但計(jì)算公式較多，計(jì)算過(guò)程也較繁雜。但應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，是一種有效的設(shè)計(jì)方法。形式如何？答：分程原因：次流過(guò)各程管子。分程方法：為了把換熱器做成多管程，可在流道室（管箱）中安裝與管子中心線(xiàn)相平行的分程隔板。管程數(shù)一般有1，2，4，6，8，10，12等七種。滿(mǎn)足條件：①各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；②相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過(guò)28℃；③各程間的密封長(zhǎng)度應(yīng)最短；④分程隔板的形式應(yīng)簡(jiǎn)單。管箱隔板形式有：?jiǎn)螌雍碗p層兩種。折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？答：在對(duì)流傳熱的換熱器中，為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強(qiáng)湍流強(qiáng)度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝置折流板。折流板還起支撐換熱管的作用。常用形式有：弓形、圓盤(pán)-圓環(huán)形和帶扇形切口三種。折流板的固定是通過(guò)拉桿和定距管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆有螺紋的長(zhǎng)桿，一端最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。固定管板式換熱器中溫差應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？有哪些補(bǔ)償溫差應(yīng)力的措施？答：當(dāng)操作時(shí)，殼體和管子溫度都升高，若管壁溫度高于殼壁溫度，則管子自由伸長(zhǎng)量比殼體自由伸長(zhǎng)量大，但由于管子與殼體是剛性連接，所以管子和殼體的實(shí)際伸長(zhǎng)量必須相等，因此就出現(xiàn)殼體被拉伸，產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫差應(yīng)力，也稱(chēng)熱應(yīng)力。補(bǔ)償溫差應(yīng)力的措施有：解決殼體與管束膨脹的不一致性；或是消除殼體與管子間剛性約束，使殼體和管子都自由膨脹和收縮。①減少殼體與管束間的溫度差；②裝設(shè)僥性構(gòu)件；③使殼體和管束自由熱膨脹；④雙套管溫度補(bǔ)償。何謂管子拉脫力？如何定義？產(chǎn)生原因是什么？答：換熱器在操作中，承受流體壓力和管殼壁的溫度應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個(gè)力在管子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個(gè)拉脫力，使管子與管板有脫離的傾向。拉脫力的定義：管子每平方米脹接周邊上所受到的力，單位為帕。殼程接管擋板的作用是什么？主要有哪些結(jié)構(gòu)形式？答：在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板（常稱(chēng)為導(dǎo)流筒進(jìn)入管束間，更充分的利用換熱面積，目前常用這種結(jié)構(gòu)來(lái)提高換熱器的換熱能力。項(xiàng)目項(xiàng)目管子殼體操作壓力MPa1.00.6操作溫度℃200100材質(zhì)1016MnR線(xiàn)膨脹系數(shù)1/℃11.8×10-611.8×10-6彈性模數(shù)MPa0.21×1060.21×106許用應(yīng)力MPa113173尺寸mm￠25×2.5×2000￠1000×8管子根數(shù)562排列方式正三角形管間距mma=32管子與管板連接結(jié)構(gòu)：開(kāi)槽脹接脹接長(zhǎng)度mm許用拉脫力MPal=30[q]=4解：在操作壓力下，每平方米脹接周邊產(chǎn)生的力q :pq pfp dl 其中：f0.866a2 d4

0.866322

252396(mm2)4q p

1.03962530

0.168(MP)a在溫差應(yīng)力作用下，管子每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力q:ta aq t

(d2 d2)t i其中：

t 4d l

4d lE(t t) E(t t) 11.81060.21106(200100)At t s t s 50.36(MP)At1 t

(d

(252202)562 a 2d n 1 2A 14 is D S中n

410088q t

50.36(25220242530

3.777(MP)a又q 與qp t

作用方向相同，則：qq qp t

0.1683.7773.945(MP)aqq]，故管子拉脫力在許用范圍內(nèi)?！痘ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第八章塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)二、填空題A自支撐式塔設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮操作壓力以外，還必須考慮（（風(fēng)載荷、（（）等載荷。內(nèi)壓操作的塔設(shè)備，最大組合軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在（）時(shí)的（）風(fēng)面，其最大組合軸向壓應(yīng)力為iima