化工設(shè)備與機(jī)械基礎(chǔ)課后習(xí)題

化工設(shè)備與機(jī)械基礎(chǔ)課后習(xí)題

《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

一.名詞解釋

A組：

1.蠕變：在高溫時(shí)，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象。或

者金屬在高溫和應(yīng)力的作用下逐漸產(chǎn)生塑性變

形的現(xiàn)象。

2.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，即已=￡￡,

比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。

4.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。

5.沖擊功與沖擊韌性：沖擊功是沖擊負(fù)荷使試樣破斷所做的功。沖擊

韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及

時(shí)和迅速塑性變形的能力。

6.泊桑比（口）：拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。

對(duì)于鋼材，U=0.3。

7.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。

8.抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。

9.屈服點(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)

力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。

10.抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過(guò)程中，從開(kāi)始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)

到的最大應(yīng)力值。

B組：

1.鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時(shí)用強(qiáng)脫氧劑Si,AI等完全脫氧脫氧，是

脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來(lái)，生

成Si02和AI2O3。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心

順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮

孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。

2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時(shí)用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。

其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(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，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。

3.半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)

部結(jié)構(gòu)下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。

4.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。

5.低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。

6.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。

7.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。

8.鐵素體：碳溶解在a-Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。

9.奧氏體：碳溶解在Y-Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。

10.馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來(lái)，得到一種碳原子在a

鐵中過(guò)飽和的固溶體。

C.

1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過(guò)加熱，保溫和不同的冷卻方式，以改變其

組織、滿足所需要的物理，化學(xué)與機(jī)械性能，

這樣的加工工藝稱(chēng)為熱處理。

2.正火：將加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間后的工件從

爐中取出置于空氣中冷卻下來(lái)，冷卻速度比退

火快，因而晶粒細(xì)化。

3.退火：把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后

隨爐一起冷卻下來(lái)，得到接近平衡狀態(tài)組織的

熱處理方法。

4.淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點(diǎn)以30?50oC）并保溫一定時(shí)間，

然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一

種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。

5.回火：在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝。

回火可以降低和消除工件淬火后的內(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。

6.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)

械性能都較好時(shí)，一般采用調(diào)質(zhì)處理。

7.普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求SW0.055%,P

W0.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表鋼材

屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四

個(gè)部分按順序組成，例如：Q235

—A?Fo

8.優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫，磷等較少（含硫S、磷P均W0.04%）,非金屬雜

質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量較好。

9.不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗

強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和

耐酸鋼的總稱(chēng)。

10.鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換

熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，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.

1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要

求比較嚴(yán)格，對(duì)壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的

要求。

2.耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。

3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20C以下）會(huì)變脆，沖擊韌性

會(huì)顯著下降。因此用作低溫場(chǎng)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。

4.腐蝕速度：評(píng)定金屬的腐蝕有兩種方法。

(1)根據(jù)重量評(píng)定金屬的腐蝕的速度。它是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出金

屬試件在單位表面積、單位時(shí)間腐蝕

引起的重量變化。即：

K?p0?pl2(g/m,h)F?t

2K：腐蝕速度，g/cm?h；

pO：腐蝕前試件的重量，g；

pl：腐蝕后試件的重量，g;

2F：試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m；

t：腐蝕作用的時(shí)間，h；

(2)根據(jù)金屬的腐蝕深度評(píng)定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示

腐蝕速度時(shí)，沒(méi)有考慮金屬的相對(duì)密

度，因此當(dāng)重量損失相同時(shí)，相對(duì)密度不同的金屬其截面的尺寸的減

少則不同。為了表示腐蝕前后

尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來(lái)表示腐蝕速度。即：

Ka?24?365KK?8.76(mm/a)1000??

式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a；

3P：金屬的相對(duì)密度，g/cmo

5.化學(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。

6.電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，

其特點(diǎn)是在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。

7.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材

料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)

象。

8.晶間腐蝕：一種局部的，選擇性的破壞。

9.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。

10.陰極保護(hù)：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負(fù)極相連，電源正

極和一輔助陽(yáng)極相連。當(dāng)電路接通后，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。

四、判斷題L對(duì)于均勻腐蝕、氫腐蝕和晶間腐蝕，采取增加腐蝕裕

量的方法，都能有效地解決設(shè)備在使用壽命內(nèi)的腐蝕問(wèn)題。（X）

2.材料的屈強(qiáng)比（Cs/Cb）越高，越有利于充分發(fā)揮材料的潛力，

因此，應(yīng)極力追求高的屈強(qiáng)比。（X）

3.材料的沖擊韌度ak高，則其塑性指標(biāo)35也高；反之，當(dāng)材料的

35高，則ak也一定高。（X）

4.只要設(shè)備的使用溫度在0?350℃范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力W1.6MPa,且

容器厚度W20mm,不論處理何種介質(zhì)，均可采用Q235-B鋼板制造。（X）

5.彈性模量E和泊桑比U是材料的重要力學(xué)性能，一般鋼材的E和

口都不隨溫度的變化而變化，所以都可以取為定值。（X）

6.蠕變強(qiáng)度表示材料在高溫下抵抗產(chǎn)生緩慢塑性變形的能力；持久

強(qiáng)度表示材料在高溫下抵抗斷裂的能力；而沖擊韌性則表示材料在外加載

荷突然襲擊時(shí)及時(shí)和迅速塑性變形的能力。（J）

五、填空題

1.對(duì)于鐵碳合金，其屈服點(diǎn)隨著溫度的升高而（降低），彈性模量E

隨著溫度的升高而（降低）。

2.3、2是金屬材料的（塑性）指標(biāo)；Cb、Cs是金屬材料的（強(qiáng)

度）指標(biāo)；Ak是金屬材料的（沖擊韌性）指標(biāo)。

3.對(duì)鋼材，其泊桑比口=（0.3）o

4.氫腐蝕屬于化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕中的（化學(xué)）腐蝕，而晶間腐

蝕與應(yīng)力腐蝕屬于（電化學(xué)）腐蝕。

5.奧氏體不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕的溫度范圍是（450）?（850）℃,

防止晶間腐蝕的方法一是減少奧氏體不銹鋼中的含（碳）量，二是在奧氏

體不銹鋼中加入（Ti）和（Nb）元素。

6.應(yīng)力腐蝕只有在（拉）應(yīng)力狀態(tài)下才能發(fā)生，在（壓應(yīng)力）和（剪

切）應(yīng)力狀態(tài)下則不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

第二章容器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)

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。

6.目前我國(guó)納入安全技術(shù)監(jiān)察范圍的壓力容器須同時(shí)具備的三個(gè)條

件是（①最高工作壓力pw'O.IMPa；②內(nèi)直

3徑Di>150mm,且容積V>0.025m；③介質(zhì)為氣體、液化氣或最高

工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。）

7.我國(guó)現(xiàn)有與壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定有近（300）個(gè)。

8.我國(guó)現(xiàn)行的關(guān)于壓力容器具有強(qiáng)制性的、法規(guī)性的規(guī)定主要有（《特

種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《鋼制壓力容器》）

三個(gè)。

9.GB150-1998《鋼制壓力容器》是我國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系中的（核

心）標(biāo)準(zhǔn)。

10.容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求主要有（強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、

密封性、節(jié)省材料和便于制造、方便操作和便于運(yùn)輸、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理）

等八條。

第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析

一、名詞解釋

A組：

1.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。

2.回轉(zhuǎn)殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸

線旋轉(zhuǎn)360°而成的殼體。

3.經(jīng)線：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。

4.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。5.第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M

處經(jīng)線的曲率半徑。

6.小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。

7.區(qū)域平衡方程式：計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。

8.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。

9.邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階

段時(shí)，彈性約束開(kāi)始緩解，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)J,錯(cuò)著畫(huà)X）

A組：

1,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？

（1）橫截面為正六角形的柱殼。（X）

（2）橫截面為圓的軸對(duì)稱(chēng)柱殼。（J）

（3）橫截面為橢圓的柱殼。（X）

（4）橫截面為圓的橢球殼。（J）

（5）橫截面為半圓的柱殼。（義）（6）橫截面為圓的錐形殼。

（V）

2.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

平行。（X）

3.薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任一點(diǎn)，只要該點(diǎn)的兩個(gè)曲率半徑R?R,則該點(diǎn)的

兩向應(yīng)力?m???。（V）12

4.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。（義）

5.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。（J）

B組：

1.臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿液體，因?yàn)閳A筒內(nèi)液體靜

載荷不是沿軸線對(duì)稱(chēng)分布的，所以不能用

薄膜理論應(yīng)力公式求解。（V）

2.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。（J）

3.凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對(duì)稱(chēng)于旋轉(zhuǎn)軸，則殼體上

任何一點(diǎn)用薄膜理論應(yīng)力公式求解的應(yīng)力

都是真實(shí)的。（X）

4.橢球殼的長(zhǎng)，短軸之比a/b越小，其形狀越接近球殼，其應(yīng)力分布

也就越趨于均勻。（J）

5.因?yàn)閺氖芰Ψ治鼋嵌葋?lái)說(shuō)，半球形封頭最好，所以不論在任何情況

下，都必須首先考慮采用半球形封頭。（X）

三、工程應(yīng)用題

1.某廠生產(chǎn)的鍋爐汽包，其工作壓力為2.5Mpa,汽包圓筒的平均直

徑為816mm,壁厚為16mm,試求汽包圓筒壁

被的薄膜應(yīng)力?m和?？。

【解】P=2,5MpaD=816mm8=16mm

D?16?0.0196?0.1屬薄壁容器816

PD2.5?816??31,875MP?m?4?4?16

?m?PD2,5?816??63.75MP2?2?16

2.有一平均直徑為10020mm的球形容器，其工作壓力為0.6Mpa,

厚度為20mm，試求該球形容器壁內(nèi)的工作壓力

是多少。

【解】P=0,6MpaD=10020mm8=20mm

?

D?20?0.001996?0.1屬薄壁容器10020

PD0.6?10020??75.15MP?m????4?4?20

3.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2030mm,筒體與封頭厚

度均為30mm,工作壓力為3Mpa,試求；

⑴圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力；

⑵若封頭橢圓長(zhǎng)，短半軸之比分別為，2,2.5時(shí)，計(jì)算封頭上薄膜應(yīng)

力的?m和??的最大值并確定其所在的位置。

【解】⑴圓筒P=3MpaD=2030mm6=30mm

?

D?30?0.0148?0.1屬薄壁容器2030

PD2?2030??50.75MP?m?4?4?30

最大工作應(yīng)力：PD2?2030??101.5MP???2?2?30

（2）橢圓形封頭：

①a?2時(shí)在x=0,y=b,（頂點(diǎn)處）有最大值b

(?

②??)max?Pa(a)?3?1015?2?71.78MPm?2?b2?30a?2時(shí)，在x=O,y=b

處(頂點(diǎn)處)b

(???)max?Pa(a)?3?1015?2?101.5MPm?2?b2?30

在x=a,y=O點(diǎn)(邊緣處)

(??)max??

(3)Paa3?1015?2()????101.5MP2?b2?30a?2.5時(shí)，在x=O,y=b處(頂

點(diǎn)處)b

(?Paa3?1015?2.5)?()??126.88MPmmax2?b2?30

在x=a,y=O點(diǎn)(邊緣處)

(??)maxPaa2?(2?2)??215.69MP2?b

4.有一半頂角為45。的圓錐形封頭，其內(nèi)氣體壓力為2MPa,封頭厚

度為14mm,所求應(yīng)力點(diǎn)M處的平均直徑為1014mm,試求M點(diǎn)處的?m

和？？。

【解】P=2MpaD=1014mmS=14mm

?14??0.0138?0.1屬薄壁容器D1014

pD12?10141????51.2MPa?4?cos?4?14cos45?m?

pD12?10141???????102.4MPa?2?cos?2?14cos45

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：

1.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W150℃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)壓力

pT=(2.2)MPa.

2.有一帶夾套的反應(yīng)釜，釜內(nèi)為真空，夾套內(nèi)的工作壓力為0.5MPa,工

作溫度<200℃,試確定：

(1)釜體的計(jì)算壓力(外壓)pc=(-0.6)MPa;釜體水壓試驗(yàn)壓力

pT=(0.75)MPa.

(2)夾套的計(jì)算壓力(內(nèi)壓)pc=(0.5)MPa;夾套的水壓試驗(yàn)壓力

pT=(0.625)MPa.

3.有一立式容器，下部裝有10m深,密度為P=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)算壓力

pc=(0.617)MPa;水壓試驗(yàn)壓力

pT=(0.625)MPa.

4.標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭之球面部分內(nèi)徑Ri=(0.9)Di;過(guò)渡圓弧部分之半徑

r=(0.17)Di.

5.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

在圓平板的(中心)處.

6.凹面受壓的橢圓形封頭，其有效厚度Se不論理論計(jì)算值怎樣小，當(dāng)K

W1時(shí)，其值應(yīng)小于封頭內(nèi)直徑的(0.15)%;K>l時(shí),Se應(yīng)不小于封頭內(nèi)

直徑的(0.3)%.

7.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

Smin=(3)mm;對(duì)于高合金鋼制容器，其最小壁

厚Smin=(2)mm.

8.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)J；非者畫(huà)義)

1.厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板淇屈服點(diǎn)是不同的，且

60mm厚鋼板的Cs大于6mm厚鋼板的Cs.(X)

2.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)Cs(t)時(shí),即宣告該容器已經(jīng)“失效”.

(V)

3.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.

(V)

4.當(dāng)焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定時(shí)，焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測(cè)比率的增加而

減小.(X)

5.由于材料的強(qiáng)度指標(biāo)Cb和Cs(C0.2)是通過(guò)對(duì)試件作單向拉伸試

驗(yàn)而側(cè)得，對(duì)于二向或三向應(yīng)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.（J）

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pw=2MPa,容器上裝有安全閥，焊

接接頭系數(shù)。=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)：pw=2MPa;pc=l.lpw=2.2MPa（裝有安全閥）;

Di=DN=2000mm（鋼板卷制）；Sn=22mm;Se=Sn-C=20mm

9=0.85（題中給定）;C=2mm（題中給定）.

（2）最大工作應(yīng)力：

?t?pc（Di?Se）2.2?（2000?20）??lll.lMPa2Se2?20

2、某球形內(nèi)壓薄壁容器，內(nèi)徑為Di=10m,厚度為Sn=22mm,若令焊接

接頭系數(shù)6=1。厚度附加量為C=2mm,試計(jì)

算該球形容器的最大允許工作壓力.已知鋼材的許用應(yīng)力

["t=147MPa.

【解】（1）確定參數(shù)：Di=10m;Sn=22mm;。=1.0;C=2mm;

[（]t=147MPa.

Se=Sn-C=20mm.

（2）最大工作壓力：球形容器.

[P]w4[?]t?S4?147?1.0?20???1.17MPaDi?Sel0000?20

3、某化工廠反應(yīng)釜,內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5℃~105℃,工作壓力

為1.6MPa,釜體材料選用0Crl8Ni9Tio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。

【解】

（1）確定參數(shù)：Di=1600mm;tw=5-105℃;

pw=1.6MPa;pc=1.1pw=1.76MPa（裝有安全閥）

0=0,85（雙面焊對(duì)接接頭，局部探傷）

C2=0（對(duì)不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時(shí)）

材質(zhì)：0Crl8Ni9Ti[C]t=112.9MPa（按教材附錄9表16-2,內(nèi)插法

取值）

[<]=137MPa

（2）計(jì)算厚度：

S?pD2[?]t??pc?1.76?1600?14.8mm2?112.9?0.85?1.76

Cl=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92《不銹鋼熱軋鋼板》），

C=Cl+C2=0.8mm.

名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.

圓整后，Sn=16mm.

（3）水壓試驗(yàn)校核

?T?pT（Di?Se）?0.9??s2Se

有效壁厚Se=Sn<=16-0.8=15.2mm

試驗(yàn)壓力PT?1.25P[?]

[?]t?1.25?1.76?137?2.67MPa112.9

P2.67?（1600?15.2）T（Di?Se）??141.86MPa計(jì)算應(yīng)力?T?2Se2?15.2

應(yīng)力校核

0.9?s??0.9?205?0.85?156.8MPa

??T?0.9?S?，水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠

4、有一圓筒形乙烯罐，內(nèi)徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計(jì)算壓力為

pc=2.5MPa,工作溫度為35℃,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。

【解】（1）確定參數(shù)：Di=1600mm;Sn=16mm;tw=-3.5℃;

pc=2.5MPa.

0=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=170MPa

常溫度下的屈服點(diǎn)?s=345MPa

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]

2[?]t?Se[pw]??2?170?0.85?13?2.33MPaDi?Sel600?13

???Pc>[Pw]...該貯罐強(qiáng)度不足

9、設(shè)計(jì)容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑Di=1400mm,計(jì)算壓力

pc=1.8MPa,設(shè)計(jì)溫度為40c材質(zhì)為15MnVR,

介質(zhì)無(wú)大腐蝕性.雙面焊對(duì)接接頭,100%探傷。封頭按半球形、標(biāo)準(zhǔn)橢

圓形和標(biāo)準(zhǔn)碟形三種形式算出其所需厚度，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)：Di=1400mm;pc=1.8MPa;t=40℃;

0=1.0（雙面焊對(duì)接接頭,100%探傷）；C2=lmm.（介質(zhì)無(wú)大腐蝕性）

15MnVR：假設(shè)鋼板厚度:6~16mm,則：

[]t=177MPa,[C]=177MPa,?s=390MPa

（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：

S?pcDi

2[?]t??pc?1.8?1400?7.16mm2?177?1.0?1.8

Cl=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）

C=Cl+C2=1.25mm.

名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=7.16+1.25=8.41mm.圓整后，Sn

=9mm.

（3）筒體水壓試驗(yàn)校核

?T?pT（Di?Se）?0.9??s2Se

有效壁厚Se=Sn-C=9-1.25=7.75mm試驗(yàn)壓力

PT?1.25P[?]

[?]t?1.25?1.8?177?2.25MPa177

P2.25?（1400?7.75）T（Di?Se）??204,35MPa計(jì)算應(yīng)力?T?2Se2?7.75

應(yīng)力校核

0.9?s??0.9?390?l?351MPa

??T?0.9?S?，筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠

（4）封頭厚度設(shè)計(jì)

半球形封頭：S?pcDi

4[?]t??pc?1.8?1400?3.57mm4?177?1.0?1.8

Cl=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）

C=Cl+C2=1.25mm.

名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=3.57+1.25=4.82mm.圓整后，Sn

=5mm.

標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：

S?KpcDi

2[?]t??0.5pc?1.0?1.8?1400?7.1mm2?177?1.0?0.5?1.8

名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=7.1+1.25=8.35mm.圓整后，Sn=9mm.

標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：

S?MpcDi

2[?]t??0.5pc?1.325?1.8?1400?9.4mm2?177?1.0?0.5?1.8

名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=9.4+1.25=10.65mm.

圓整后，Sn=llmm.

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)

二、判斷是非題（對(duì)者畫(huà)J,錯(cuò)者畫(huà)X）1.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也不會(huì)

發(fā)生彈性失

穩(wěn)。（X）

2.18MnMoNbR鋼板的屈服點(diǎn)比Q235-AR鋼板的屈服點(diǎn)高108%,因

此，用18MnMoNbR鋼板制造的外壓容器,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）

3.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10%,后改用屈服點(diǎn)比20g

高35%的16MnR鋼板，即可滿足設(shè)計(jì)要求。（X）

4.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：Per不銹鋼>Pcr鋁>；Per

銅。（X）

5.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

a）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>（2）的整數(shù)。

b）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C6=（PD/2S）,經(jīng)向應(yīng)

力Cm（PD/4S）,它們均是（壓）應(yīng)力，且與圓筒的長(zhǎng)度L（無(wú)）關(guān)。

c）外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為①=（1）；設(shè)計(jì)外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)

定安全系數(shù)為m=（3）。

d）外壓圓筒的加強(qiáng)圈，其作用是將（長(zhǎng)）圓筒轉(zhuǎn)化成為（短）圓筒,

以提高臨界失穩(wěn)壓力，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）。

e）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，該部分長(zhǎng)度的范圍為（加

強(qiáng)圈中心線兩側(cè)各為0.55D0Se的殼體）。

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，

試回答：

Cs=216MPa,E=206GPao

（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（Cs=108MPa,E=68.7GPa）,它的

許用外壓力有何變化？變化的幅度大概是

多少？（用比值［P］鋁/正］銅=?表示）

A

圖5-21

【解】

（1）A—長(zhǎng)圓筒，L/DO值較大，臨界壓力Per僅與Se/DO有關(guān)，而與

L/DO無(wú)關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n=2。

B一短圓筒，臨界壓力Per不僅與Se/DO有關(guān)，而且與L/DO有關(guān)，失

穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為n>2的整數(shù)。

C一臨界圓筒（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n，2。

（2）在圓筒幾何尺寸一定情況下，［P］只與E有關(guān)。所以，改用鋁合

金后：

[P]鋁/儼]銅=「3鋁/Per銅=￡鋁隹鋼=68.7/206=0.333許用外壓力下

降了

66.7%0

2、有一臺(tái)聚乙烯聚合釜，其外徑為D0=1580mm,高L=7060mm（切

線間長(zhǎng)度），有效厚度Se=llmm,材質(zhì)為0Crl8Ni9Ti,

試確定釜體的最大允許外壓力。（設(shè)計(jì)溫度為200℃）

L/DoB

【解】查表得E=1.84X10MPat5Lcr?1.17D0

1.295Et（

??LcrD0?22155mmSeSe2.5）（Di?Se）D0D0?1625.2mmSe?[?]t

??L?Lcr.,.該聚合釜屬于短圓筒VLcr

（

其臨界壓力Pcr?2.59EtSe2.5）D0?0.42MPaL

DO

取m=3,[P]=Pcr/m=0.42/3=0.14MPa

...聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPa

4、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0Crl8Ni9Ti,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。

t5【解】已知D0=410mm,L=4000mm,E=1.64X10MPa,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=2mm

Se=Sn-C=8-2=6mmL/D0=9.76D0/Se=68.3

(2)求A值查圖5-5得A=0.0026

(3)求B值查圖5-12得B=88MPa

B88[P]???1.29MPaD0/Se68.3

Pc=0.5MPa,Pc<<[P],說(shuō)明假設(shè)的Sn=8mm偏大。

(1)重新假設(shè)Sn=6mmSe=Sn-C=6-2=4mmL/D0=9.76

D0/Se=102.5

(2)求A值查圖5-5得A=0.0014

(3)求B值查圖5-12得B=78MPa

B78[P]???0.76MPaD0/Sel02.5

Pc=0.5MPa,Pc<[P],且較接近,故取Sn=6mm合適

該內(nèi)筒采用Sn=6mm的0Crl8Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。

6、有一臺(tái)液氮罐，直徑為Di=800mm,切線間長(zhǎng)度L=1500mm,有

效厚度Se=2mm,材質(zhì)為0Crl8Ni9Ti,由于其密閉性

-3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lOmmHg,

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：

-3V真空度=大氣壓-絕壓=760-10=759.99mmHg

Pc?0.1?759.99?0.09999?0.1MPa760

查表得：Et=1.95X105MPa

(1)取壁厚附加量C=2mm,有效厚度Se=2mm,則名義厚度Sn=

Se+C=2+2=4mm

D0=Di+2Sn=800+8=808mmL/D0=1.86D0/Se=404

（2）求A值查圖5-5得A=0.000085

（3）求B值查圖5-12A點(diǎn)落在曲線左側(cè)，計(jì)算B值：

B?[P]?2t2EA??195?103?0.000085?11.05MPa33B11.05??0.027MPa

D0/Se404

VPc>[P]...不設(shè)置加強(qiáng)圈會(huì)被抽癟

（4）設(shè)置加強(qiáng)圈

所需加強(qiáng)圈最大間距

DS80822.5Ls?0.86Eto（e）2.5?0.86?195?103??（）?404.5mmPcDoO.1808

加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)：n?L1500?l??l?2.7（個(gè)）Ls404.5

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：Le=L/4=1500/4=375mmLe/D0=0.464

D0/Se=404

查圖5-5得A=0.00035,查圖5-12,得B=45MPa

[P]?B45??0.11MPaD0/Se404

因?yàn)镻cV[P],且十分接近，故至少需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈。

第六章容器零部件

二、填空題：

A組：

1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。

2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)）的辦法，對(duì)密封是有利的。3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(pán)外徑）。

4制定法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列時(shí)，是以（16MnR）材料，在（200）℃時(shí)

的力學(xué)性能為基礎(chǔ)的

5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)。

6臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，容器的計(jì)算長(zhǎng)度等于（筒體）長(zhǎng)度加上

兩端凸形封頭曲面深度的（2/3）。7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。

8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：

t軸向應(yīng)力應(yīng)為（？拉W???）

軸向壓力應(yīng)為（？壓＜???）和（軸向許用壓縮應(yīng)力???ac的較小值）t

B組：

1采用雙鞍座時(shí);為了充分利用封頭對(duì)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〈（0.25）D0,且A不大于（0.2）L

2在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鞍座包角有。=（120°）和9=（150°）兩種。

3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?max{2d,d?2?n?2?nt}）

外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min{hl?

內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min{h2?dnt,接管實(shí)際外伸高度}）d?nt,接管

實(shí)際內(nèi)伸高度｝）

4根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則，必須使開(kāi)孔削弱的截面積AWAe=（殼體有效

厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積）A1+（接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外

的多余面積）A2+（焊縫金屬截面積）A3。

5采用等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，當(dāng)筒體徑DiWl500mm時(shí)，須使開(kāi)孔最大直徑

dW（l/2）Di,且不得超過(guò)（520）mm.當(dāng)筒體直徑Di,>1500mm時(shí)，，須使

開(kāi)孔最大直徑dW（l/3）Di,,且不得超過(guò)（1000）。

6現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的圓形人孔公稱(chēng)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）X（250）mm與（380）

X（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

1法蘭密封中，法蘭的剛度與強(qiáng)度具有同等重要的意義。（X）

2在法蘭設(shè)計(jì)中，如欲減薄法蘭的厚度3則應(yīng)加大法蘭盤(pán)外徑D0,

加大法蘭長(zhǎng)徑部分尺寸和加大臂長(zhǎng)度。（X）3金屬墊片材料一般并不要求

強(qiáng)度高，為要求其軟韌，金屬墊片主要用于中高溫和中高壓的法蘭聯(lián)接密

封。（J）4法蘭連接中，預(yù)緊密封比壓大，則工作時(shí)可有較大的工作密封

比壓，有利于保證密封。所以預(yù)密封比壓越大越好。（X）

5正壓操作的盛裝氣體（在設(shè)計(jì)溫度下不冷凝）的圓筒形處貯罐，采

用雙鞍式支座支承時(shí)，可以不必驗(yàn)算其軸向的拉應(yīng)力。（X）

第七章管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)

一、思考題

1.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。

2.列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？

3.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。

4.換熱管在管板上有哪幾種固定方式？各適用范圍如何？

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)壓力作用，工作環(huán)

境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無(wú)法克服焊接的“間隙腐蝕”和“應(yīng)

力腐蝕”的情況下。

5.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：由于在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐

蝕和破裂；同時(shí)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“間隙腐蝕二

焊接接頭的形式有：①管板孔上不開(kāi)坡口；

②管板孔端開(kāi)60。坡口；

③管子頭部不突出管板；

④孔四周開(kāi)溝槽。

6.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。

7.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。

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(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。

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？

答：分程原因：當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長(zhǎng)時(shí)，

就得增大殼體直徑，排列較多的管子。

此時(shí)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(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?/p>

雙層兩種。

12.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(lái)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(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。

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(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。

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(chēng)為導(dǎo)流筒），它可使加熱蒸汽或

流體導(dǎo)致靠近管板處才進(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。

第八章塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)

二、填空題

A組:

1.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（自

重載荷）、（風(fēng)載荷）、（地震載荷）、（偏心載荷）等載荷。

i?i2.內(nèi)壓操作的塔設(shè)備，最大組合軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在（停車(chē)）時(shí)的

（背）風(fēng)面，其最大組合軸向壓應(yīng)力為?max?

（）

i?ii?i?2o??3

3.外壓操作的塔設(shè)