化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答

第一章化工設(shè)備材料及其選擇符號意義鋼號種類符號意義鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）F：沸騰鋼Q235-A·F普通碳素甲類鋼——Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-A普通碳素甲類鋼——A:甲類鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼%—g:鍋爐鋼16MnR普通低合金鋼%<%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼%MnMo<%—16MnDR普通低合金鋼%Mn:<%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼%Cr:—0Cr13鉻不銹鋼<%Cr:13%—1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<%—00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼<%Cr:19%;Ni:10%—鋼號種類含碳量%鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義F：沸騰鋼Q235-B普通碳素乙類鋼——Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-AR普通碳素甲類容器鋼——R:容器鋼16Mng普通低合金鋼%Mn:<%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼%Nb:<%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼%—09MnNiDR普通低合金鋼%:<%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼%:<!.5%—2Cr13鉻不銹鋼%Cr13%—12Cr2Mo1普通低合金鋼%Cr:～%;Mo:～%—Cr:18%;Ni:12%;0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<%Mo:～%;—Ti:<%第二章 容器設(shè)計(jì)的基本知一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級范圍溫度分級溫度范圍（oC）壓力分級壓力范圍(Mpa)常溫容器－20oC~200oC低壓容器≤P＜中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器≤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 壁溫在－20oC至－40oC之間 真空容深冷容器 壁溫低于－40oC —

真空或低于常壓—第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析四、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m。A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m。A圖3-34圖圖1. 球殼上任一點(diǎn)，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。RRD1008504mm1 222 PD

21008

63MPm 4S

48Pm1

S2 PD63MP 4SABp=，D=1010mm，S=10mm，a=30o。A點(diǎn):R1

,R2

D2cos PD 0.51010

14.58MPm 4Scos 4100.866m1

PS2PD

0.51010

29.16MP 2Scos 2100.866B點(diǎn)R1

,R02m0A，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

2 a2b):Ra,R1 b 2 b

Pa

11010

50.5MPB點(diǎn)： m

m S 20P2sba4P2sba4x2(a22) P

a4x2(a2b2)2 a4

a4x2(a2

27.7MPab2)C點(diǎn)(xa,y0):

Pa11010

25.25MPam 2S 220 Pa11010

50.5MPa

S 20m816mm16mm，試求汽包圓筒壁被的薄m膜應(yīng)力

?！窘狻縋= D=816mm S=16mmS16

0.0196

屬薄壁容器D 816PD

2.5

31.875MPam 4S 416 PD2.5

63.75MPam 2S 21610020mm20mm，試求該球形容器壁內(nèi)的工作壓力是多少?！窘狻縋= D=10020mm S=20mmS 20

0.0019960.1

屬薄壁容器D 10020

PD

0.610020

75.15MPam 4S 4202030mm30mm3Mpa，試求；⑴圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力；22

的最大值并確定其所在的位置。m【解】(1)圓筒P=3Mpa D=2030mm S=30mmmS 30

0.0148

屬薄壁容器D 2030 PD2

50.75MPm 4S 430 PD2

101.5MP最大工作應(yīng)力：2橢球：2

2S 230① a331015 2

時 在x=0，y=b,（頂點(diǎn)處）有最大值

Pa am

( )2

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

max

Pa(a)2

310152

101.5MP S b 230Pa a 3 1015 ()

max

( ) 101.5MP2S b 230③a2.5時x=0,y=b（頂點(diǎn)處）b(m

max

Pa(a)2

31015

126.88MPS b 230在x=a,y=0點(diǎn)（邊緣處）)

Pa(2a2)215.69MP2S b2四、工程應(yīng)用題A組：

第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)1DN2000mmSn=22mmp=2MPa,容器上裝有安全閥,焊接w接頭系數(shù)φ=,厚度附加量為C=2mm,試求筒體的最大工作應(yīng)力.（1）確定參數(shù)：pw

=2MPa;p==（裝有安全閥）;cD=DN=2000mm(鋼板卷制); S=22mm; S=

-C=20mmi n e nφ=（題中給定）;C=2mm（題中給定）.a（2）最大工作應(yīng)力：atpc(DiSe)2Se

2.2(200020)220

111.1MP2、某球形內(nèi)壓薄壁容器,內(nèi)徑為D=10m,厚度為S=22mm,若令焊接接頭系數(shù)φ=,厚度附加量為C=2mm,試計(jì)算該i nσ]=147MPa.（1）確定參數(shù)：Di

=10m; Sn

=22mm;φ=; C=2mm;

=147MPa.S=Se n

-C=20mm.（2）最大工作壓力：球形容器.4[]tS 4147 1.02010000 20D 10000 20D Se

1.17MPai e31600mm5℃~1050Cr18Ni9Ti焊對接接頭,局部無損探傷,凸形封頭上裝有安全閥,試設(shè)計(jì)釜體厚度?！窘狻看_定參數(shù)：Di

=1600mm; t=5~105℃;wp=; p=pw c w

=（裝有安全閥）φ=（雙面焊對接接頭,局部探傷）C=0（對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時）2

材質(zhì)：0Cr18Ni9Ti [σ]=137MPa

=（按教材附錄9表16-2，內(nèi)插法取值）S pc

1.761600

14.8mmpc

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=S+C+圓整， S+C=+=15.6mm.n圓整后，Sn

=16mm.（1） 水壓試驗(yàn)校核 T

(DSTieTiee

)s有效壁厚 S=Se n

-C==15.2mm[]

137試驗(yàn)壓力

1.25PT[]tT

1.251.76

2.67MPa計(jì)算應(yīng)力 T

(Di S2SeS

)2.67(160015.2) 141.86MPa215.2應(yīng)力校核0.90.92050.85156.8MPasT0.9S 4D=1600mmS=16mm,p-3.516MnR,采用i n c雙面焊對接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強(qiáng)度?！窘猓?）確定參數(shù)：D=1600mm; S=16mm; t=-3.5℃; p=.i n w cφ=（雙面焊對接接頭,局部探傷）16MnR170MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[ t=170MPa常溫度下的屈服點(diǎn)

=345MPas有效壁厚：Se=Sn－C=16－3=13mm（2）強(qiáng)度校核最大允許工作壓力[Pw][p ]

2[]tSe

21700.8513w DS i e

1600

2.33MPa∵ ] ∴該貯罐強(qiáng)度不足9D=1400mm,p40℃15MnVR,介質(zhì)無i c大腐蝕性.雙面焊對接接頭,100最后根據(jù)各有關(guān)因素進(jìn)行分析,確定一最佳方案。【解（1）確定參數(shù)：D=1400mm; p=; t=40℃;i cφ（,100；C=1mm（介質(zhì)無大腐蝕性）215MnVR：假設(shè)鋼板厚度:6~16mm，則：[σt（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：

=177MPa，[σ]=177MPa，

=390MPasS pc

1.81400

7.16mm]tpc

21771.01.8C=0.25mm（4-9GB6654-94）1C=C+C=1.25mm.1 2名義壁厚：S=S+C+圓整， S+C=+=8.41mm.n圓整后，Sn

=9mm.（3）筒體水壓試驗(yàn)校核 pT(Di

Se

0.9T有效壁厚

2S se=S-C==7.75mme n[]

177試驗(yàn)壓力

1.25PT[]tT

1.251.8177

2.25MPa計(jì)算應(yīng)力 T

P(DST i 2Se

)2.25(14007.75) 204.35MPa27.75應(yīng)力校核0.93901351MPasT0.9S （4）封頭厚度設(shè)計(jì)半球形封頭：S

pc

1.81400

3.57mmpc

41771.01.8C=0.25mm（4-9GB6654-94）1C=C+C=1.25mm.1 2名義壁厚：S=S+C+圓整， S+C=+=4.82mm.n圓整后，Sn

=5mm.標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：S

Kpc

1.01.81400

7.1mm0.5pc

21771.00.51.8名義壁厚：S=S+C+圓整， S+C=+=8.35mm.n圓整后，Sn

=9mm.標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：S

Mpc

1.3251.81400

9.4mm0.5pc

21771.00.51.8名義壁厚：S=S+C+圓整， S+C=+=10.65mm.n圓整后，Sn

=11mm.從計(jì)算結(jié)果看，最佳方案是選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計(jì)四、工程應(yīng)用題A組：15-21A，B，C，σ=216MPa，E=206GPa。試回答：·A·A/Do·C?！（1）A，B，C三個圓筒各屬于哪一類圓筒？它們失穩(wěn)時的波形數(shù)n等于（或大于）幾？（）如果將圓筒改為鋁合金制造（σ=108MP，E=，它的許用外s壓力有何變化？變化的幅度大概是多少？（用比值[P]/[P]=？表示） 【解】

鋁 銅 L BA—長圓筒，L/DPS/DL/Dn=2。0 cr e 0 0 ABPS/DL/Dn＞2cr e 0 0

圖5-21C—臨界圓筒（長、短圓筒拐點(diǎn)處≥。在圓筒幾何尺寸一定情況下，[PE[P]

/[P]=P/P=E/E=206= 許用外壓力下降了%。鋁 銅 cr鋁 cr銅 鋁 鋼2D切線間長度S0Cr18Ni9Ti，0 e試確定釜體的最大允許外壓力。（設(shè)計(jì)溫度為200℃）Et×105MPaL 1.17Dcr

22155mmD0D0Se1.295Et( e)2.5(DS)Die0 Die0L 0cr Se

1625.2mm∵Lcr

LLcr

∴該聚合釜屬于短圓筒S

2.59Et

( e)2.5D0

0.42MPacrm=3，[P]=P

LD0/m=3=cr∴聚合釜的最大允許外壓力為4D=410mm，L=4000mm，0Cr18Ni9Ti，內(nèi)筒壁溫最0高可達(dá)450℃，合成塔內(nèi)系統(tǒng)的總壓力降為。D=410mm,L=4000mm,E=×105MPa,P0 c（1）假設(shè)塔內(nèi)筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmD0/Se 68.3Se=Sn-C=8-2=6mm L/DSe=Sn-C=8-2=6mm L/D=D/Se=（2）求A值0查圖5-5 得A=0（3）求B值查圖5-12得B=88MPaB 88[P] 1.29MPa重新假設(shè)Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D= D/Se=0 0求A值 查圖5-5 得A=求B值 查圖5-12得B=78MPaB 78[P] 0.76MPa/e0D S 102.5/e0Pc=,Pc＜[P]，且較接近，故取Sn=6mm合適該內(nèi)筒采用Sn=6mm的0Cr18Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。6、有一臺液氮罐，直徑為D=800mm，切線間長度L=1500mm，有效厚度S=2mm0Cr18Ni9Ti，由于其密閉性i e10-mmHg則需要幾個？【解】確定計(jì)算外壓力：=760-10-=mmHgc∴ Pc

0.1759.990.099990.1MPa760查表得：t=×10MPa（1） C=2mmS=2mmSn=Se+C=2+2=4mmeD=D+2S=800+8=808mm L/D= D/Se=4040 i n 0 0（2）求A值查圖5-5得A=（3）求B值查圖5-12ABB2EtA21951030.00008511.05MPa3 3B/[P]/eD Se0

11.05404

0.027MPa∵P>[P] ∴不設(shè)置加強(qiáng)圈會被抽癟c設(shè)置加強(qiáng)圈所需加強(qiáng)圈最大間距tDtL 0.86E

(

)2.5

0.86195103808

2)2.5

404.5mms PcnL

Do1

1500

12.7(個

0.1 808加強(qiáng)圈個數(shù)： Ls

404.5取整，n=3 需設(shè)三個加強(qiáng)圈驗(yàn)算設(shè)三個加強(qiáng)圈，則：L=L/4=1500/4=375mm L/D= D/Se=404e e 0 0查圖5-5得A=， 查圖5-12，得B=45MPaB 45[P] 0.11MPa/e0D S 404/e0因?yàn)镻c＜[P]，且十分接近，故至少需設(shè)三個加強(qiáng)圈。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，采取適當(dāng)減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個數(shù)）的辦法，對密封是有利的。提高法蘭剛度的有效途徑是1（增加法蘭厚度）2（減小螺栓作用力臂）3（增加法蘭盤外徑）。制定法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列時，是以（16MnR）材料，在（200）℃時的力學(xué)性能為基礎(chǔ)的法蘭公稱壓力的確定與法蘭的最大（操作壓力），（操作溫度）和（法蘭材料）三個因素有關(guān)。臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，容器的計(jì)算長度等于（筒體）長度加上兩端凸形封頭曲面深度的（2/3）。配有雙按時制作的臥室容器，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：拉軸向應(yīng)力應(yīng)為（ ≤t）拉壓ac軸向壓力應(yīng)為（ ≤t）和（軸向許用壓縮應(yīng)力的較小值）壓acB組：采用雙鞍座時，為了充分利用封頭對筒體臨近部分的加強(qiáng)作用，應(yīng)盡可能將支座設(shè)計(jì)的靠近封頭，即A≤DA不0大于（）L在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鞍座包角有θ=（120°）和θ=（150°）兩種。采用補(bǔ)強(qiáng)板對開孔進(jìn)行等面積補(bǔ)強(qiáng)時，其補(bǔ)強(qiáng)范圍是：有效補(bǔ)強(qiáng)寬度是（

2d,d}）n nt外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min{h 1內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min{h 2

接管實(shí)際外伸高度}）dntddntdnt根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則，必須使開孔削弱的截面積)Ae 1厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積)A+(焊縫金屬截面積)A。2 3采用等面積補(bǔ)強(qiáng)時，當(dāng)筒體徑Di≤1500mm時，須使開孔最大直徑d≤(1/2)D（520）mm.當(dāng)筒體直徑iD,>1500mm時，，須使開孔最大直徑d≤(1/3)D（1000）。i i現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的圓形人孔公稱直徑有DN(400)mm,DN(450)mm,DN(500)mm,DN(600)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)手孔的公稱直徑有DN(150mm)和DN(250mm)兩種。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) 公稱壓力PN 介質(zhì)溫度 適宜密封面型式 墊片名稱及材料（MPa） ℃丙烷150平形耐油橡膠石棉墊/耐油橡膠石棉板蒸汽200平形石棉橡膠墊/中壓石棉橡膠板液氨≤50凹凸或榫槽石棉橡膠墊圈/中壓石棉橡膠板氫氣200凹凸纏繞式墊圈/08(15)鋼帶-石棉帶800mm,300Q235-AR。繪出法蘭結(jié)構(gòu)圖并注明尺寸?！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。根據(jù)操作溫度、設(shè)6-43216-16-320mm246-635。螺母材料為Ｑ235-Ａ。出料口接管法蘭——管法蘭34，確定接管法蘭的公稱壓力為MPa6-10HG20592RFQ235-A3535362圖1甲型平焊法蘭（容器法蘭（法蘭-RF JB4702-92）圖2突面板式平焊管法蘭（HG20592法蘭RFQ235-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€支座上的載荷mg 1001039.8F 2 2 490KN根據(jù)承受載荷與公稱直徑查附錄十六，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： 腹板:2l

l 3

弧長3490mm1b

b 2

b 500mm4底版：1

14mm

b3

406mm 4

10mm31 10mm e65mm3Ф89×616mm102502mm20mm【解】由表16-1查得16Mn（厚度６～１６）在25℃下的t=１５６Ｐ， 325MPas1025℃下t=92MＰs取φ=1

205MPaPD 1.81400S

i 215611.88.12mm2tPcPD 1.889接管計(jì)算壁厚：St

c 0 2tPc

29211.80.86mm殼體與接管的壁厚附加量取C=２mm則開孔直徑：d892622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：

Snt

6mm

S C624mmnt81816

B2d281接管外側(cè)、內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：f[]tf

hh dSnt21dSnt21

22mm強(qiáng)度削弱系數(shù)：

r []t殼

156

0.59需要補(bǔ)強(qiáng)金屬面積：et AdS2SS f818.1228.1240.59684.35mmet 可作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積：1eAd1e

2 S Set S S

Sfr240.59457mm2r2A 2

1SSfet t 1SSf

2SCfet 2 r2SCf2220.592220.59133.4mm233焊縫按R=8計(jì)算，則

218864mm22可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積：123eA AA A 457133.464654.4mm2123e因?yàn)锳e＜A，所以需要另加補(bǔ)強(qiáng)。4A4另加補(bǔ)強(qiáng)面積：

AA

684.35654.430mm2e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。e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)種類管外清洗困難；固定管板式

結(jié)構(gòu)較簡單，造價較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)

管殼間有溫差應(yīng)力存在；設(shè)置膨脹節(jié)。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大；浮頭式 移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束抽出，便于清洗。管束一端可自由膨脹；造價比浮頭式填料函式 低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能時發(fā)現(xiàn)。U型管式 只有一個管板；管程至少為兩程；

浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查；管束與管體間隙較大，影響傳熱。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；管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊，管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。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、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。我國常用于列管式換熱器的無縫鋼管規(guī)格有哪些？通常規(guī)定換熱管的長度有哪些？（外徑×壁厚21500mm,2500mm,3000mm,4500mm,5000mm,6000mm,7500mm,9000mm,12000m4~256~104~6。碳鋼低合金鋼不 銹 鋼￠19×2￠19×2￠25×￠25×2碳鋼低合金鋼不 銹 鋼￠19×2￠19×2￠25×￠25×2￠32×3￠32×￠38×3￠38×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，設(shè)計(jì)溫度在350℃以下，且無特殊要求的場合。焊接：一般用在溫度壓強(qiáng)都較高的情況下，并且對管板孔加工要求不高時。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)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無法克服焊接的“間隙腐蝕”和“應(yīng)力腐蝕”的情況下。換熱管脹接于管板上時應(yīng)注意什么？脹接長度如何確定？答：采用脹接時，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管板產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。如達(dá)不到這個要求時，可將管端進(jìn)行退火處理，降低硬度后再進(jìn)行脹接。另外，對于管板及換熱器材料的線膨脹系數(shù)和操作溫度與室溫的溫差△t，必須符合表3的規(guī)定。10%≤△α/α≤30%30%≤△α/α≤50%△α/α＞50%△t≤155℃△t≤128℃△t≤72℃10%≤△α/α≤30%30%≤△α/α≤50%△α/α＞50%△t≤155℃△t≤128℃△t≤72℃表中：α=1/2（α+α，α

分別為管板與換熱管材料的線膨脹系數(shù)，1/℃。1 2 1 2△α=∣αα∣，1/℃。1 2△t（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？工要求低，可節(jié)省孔的加工工時；焊接工藝比脹接工藝簡單；在壓力不太高時可使用較薄的管板。焊接接頭的形式有：①管板孔上不開坡口；②管板孔端開60 坡口；③管子頭部不突出管板；④孔四周開溝槽。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，無論采用脹接或焊接均難以滿足要求。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合。10．《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？答：其基本思想是：將管束當(dāng)作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎(chǔ)上的圓平板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來確定管板的彎曲應(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。11．換熱管分程原因是什么？一般有幾種分程方法？應(yīng)滿足什么條件？其相應(yīng)兩側(cè)的管箱隔板形式如何？此時為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。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。28封長度應(yīng)最短；④分程隔板的形式應(yīng)簡單。管箱隔板形式有：單層和雙層兩種。答：在對流傳熱的換熱器中，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-圓環(huán)形和帶扇形切口三種。折流板的固定是通過拉桿和定距管來實(shí)現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆有螺紋的長桿，一端擰入管板，折流板就穿在拉桿上，各板之間則以套在拉桿上的定距管來保持板間距離。最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。13．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，殼體和管子溫度都升高，若管壁溫度高于殼壁溫度，則管子自由伸長量比殼體自由伸長量產(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。14．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，這兩個力在管子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個拉脫力，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。15．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（常稱為導(dǎo)流筒充分的利用換熱面積，目前常用這種結(jié)構(gòu)來提高換熱器的換熱能力。項(xiàng)目項(xiàng)目管子殼體操作壓力MPa操作溫度℃200100材質(zhì)1016MnR線膨脹系數(shù)1/℃×10-6×10-6彈性模數(shù)MPa×106×106許用應(yīng)力MPa113173尺寸mm￠25××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)：脹接長度mm開槽脹接l=30許用拉脫力MPa[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

d2 0.8663224

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qt: aq t

(t

2 d2) i其中：

t 4d l

4d lt E(ttt

t)As A

E(tt

t)s

11.81060.21106(200100)50.36(MP)1 t

(d

d2)n 1

(252

202)562 asA 14s

iS中n

410088q t

50.36(252202)42530

3.777(MP)aqpqt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)。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，除了考慮操作壓力以外，還必須考慮（（（、（偏心載荷）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)（停車時（背風(fēng)面其最大組合軸向壓應(yīng)力為ii max(i2

ii)。3外壓操作的塔設(shè)備，最大組合軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在（）時的（）風(fēng)面，其最大組合軸向拉應(yīng)力為iimax

（i3

ii2當(dāng)?shù)卣鹆叶取荩?）度時，設(shè)計(jì)塔設(shè)備必須考慮地震載荷。內(nèi)壓操作的塔設(shè)備，最大組合軸向壓應(yīng)力的穩(wěn)定條件是： )≤max 2 3(KB)中較小值。(K[]t)外壓操作塔設(shè)備，最大組合軸向拉應(yīng)力的強(qiáng)度條件是： )≤(K[]t)。max 3 2裙式支座基底截面水壓試驗(yàn)時最大組合軸向壓應(yīng)力滿足的強(qiáng)度與穩(wěn)定條件是：max

0.3M00Mw Z

mmaxA

(0.9K≤ (KB)

)s中的較小值。sb sb裙式支座人孔或較大管線引出孔處，水壓試驗(yàn)時，最大組合軸向壓應(yīng)力應(yīng)滿足的強(qiáng)度與穩(wěn)定條件是：max

0.3M11Mw Z

m11gmaxA

≤ 中的較小值。sm sm裙座與塔體的連接焊縫，如采用對接焊縫，則（只需）驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度；如采用搭接焊縫，則焊縫同時承受（載荷）和（剪力）作用，所以操作或水壓試驗(yàn)時，焊縫承受復(fù)合剪切應(yīng)力作用，其驗(yàn)算的強(qiáng)度條件為：mJJgFJJ MJJ v

max ≤（0.8K[]t）A Z wτ w wmJJ

g 0.3MJJMB

max Aw

w e ≤(0.72K )Z sw塔設(shè)備質(zhì)量載荷包括：（（）m01；（（塔設(shè)備內(nèi)件質(zhì)量）m ； （（塔設(shè)備保溫材料質(zhì)量）m ；02 03（（平臺、扶梯質(zhì)量）m ； （（操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量）m ；04 05（（人孔、法蘭、接管等附屬件質(zhì)量）m ；a（（