化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)作業(yè)答案

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答 二、 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143253453.5573.51084DN（mm）102040501004、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱(chēng)壓力PN有哪些等級(jí)？PN（Mpa）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)？PN（Mpa）0.10.250.400.601.01.62.54.0第三章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析一、 名詞解釋A組： 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.

2、1的容器。 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。 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)。 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。 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。 小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。 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。 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。 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

3、題（對(duì)者畫(huà)，錯(cuò)著畫(huà)）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。（）（2）橫截面為圓的軸對(duì)稱(chēng)柱殼。（）（3）橫截面為橢圓的柱殼。 （）（4）橫截面為圓的橢球殼。 （）（5）橫截面為半圓的柱殼。 （）（6）橫截面為圓的錐形殼。 （）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(xiàn)平行。（）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，則該點(diǎn)的兩向應(yīng)力。 （）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。（）5.按無(wú)力矩理論求得的應(yīng)力稱(chēng)

4、為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的。（）B組：1.臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿(mǎn)液體，因?yàn)閳A筒內(nèi)液體靜載荷不是沿軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布的，所以不能用薄膜理論應(yīng)力公式求解。（）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。（）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。（）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。（）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。（） 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

5、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1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

6、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))1. 厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板,其屈服點(diǎn)是不同的,且60mm厚鋼板的s大于6mm厚鋼板的s. ( )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)s(t)時(shí),即宣告該容器已經(jīng)”失效”. ( )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. ( )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. ( )5. 由于材料的強(qiáng)度指標(biāo)b和s(0.2)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

7、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. ( ）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=1.1pw =2.2MPa（裝有安全閥）; Di= DN=2000mm( 鋼板卷制); Sn =22mm; Se = Sn -C=20mm=0.85（題中給定）; C=2mm（題中給定）.（2）最大工作應(yīng)力：2、 某球形內(nèi)壓薄壁容器,內(nèi)徑為

8、Di=10m,厚度為Sn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)=1.0,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.3、 某化工廠(chǎng)反應(yīng)釜,內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5105,工作壓力為1.6MPa,釜體材料選用0Cr18Ni9Ti。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=5105; pw=1.6MP

9、a; pc =1.1 pw =1.76MPa（裝有安全閥）=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)：0Cr18Ni9Ti 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： C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92不銹鋼熱軋鋼板）, C=C1+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.（1） 水壓試驗(yàn)校核 有效壁厚 Se = Sn -C=16-0.8=15.2mm 試驗(yàn)壓力 計(jì)算應(yīng)力 應(yīng)力校核 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠4、

10、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-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。【解】（1）確定參數(shù)：Di =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 s = 170 MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 st = 170 MPa常溫度下的屈服點(diǎn) ss = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 16 3 = 13 mm （2）強(qiáng)度校核最大允許工作壓力Pw PcPw 該貯罐

11、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40,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?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di=1400mm; pc=1.8MPa; t=40; =1.0（雙面焊對(duì)接接頭,100%探傷）；C2=1mm.（介質(zhì)無(wú)大腐蝕性）15MnVR：假設(shè)鋼板厚度: 616mm ，則： t =177MPa ， =177MPa ，ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：C1=0.25mm（按教材表4-9

12、取值，GB6654-94壓力容器用鋼板） C=C1+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 有效壁厚 Se = Sn -C=9-1.25=7.75mm 試驗(yàn)壓力 計(jì)算應(yīng)力 應(yīng)力校核 筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠第五章 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）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

13、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(mǎn)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：Pcr不銹鋼 Pcr鋁 Pcr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

14、受均勻側(cè)向外壓p作用時(shí)，其環(huán)向應(yīng)力=（PD/2S），經(jīng)向應(yīng)力m（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）；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(xiàn)兩側(cè)各為0.55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，

15、s=216MPa，E=206GPa。試回答：（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？BC。CCCAL/DoDo /SeBA圖5-21（2）如果將圓筒改為鋁合金制造（s=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/P銅=？表示）【解】（1）A長(zhǎng)圓筒，L/D0值較大，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關(guān)，而與L/D0無(wú)關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n=2。B短圓筒，臨界壓力Pcr不僅與Se/D0有關(guān)，而且與L/D0有關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為n2的整數(shù)。 C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

16、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/P銅=Pcr鋁/Pcr銅=E鋁/E鋼=68.7/206=0.333 許用外壓力下降了66.7%。 2、有一臺(tái)聚乙烯聚合釜，其外徑為D0=1580mm，高L=7060mm（切線(xiàn)間長(zhǎng)度），有效厚度Se=11mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力。（設(shè)計(jì)溫度為200）【解】查表得Et=1.84105MPa 該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力取m=3，P=Pcr/m=0.42/3=0.14MPa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=40

17、00mm，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=1.64105MPa, 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/D0=9.76 D0/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=88MPaPc=0.5MPa, PcP，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/D0=9.76 D0/Se=102.5（2）求A

18、值 查圖5-5 得A= 0.0014（3）求B值 查圖5-12 得B=78MPaPc=0.5MPa, PcP，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(mǎn)足穩(wěn)定性要求。6、 有一臺(tái)液氮罐，直徑為Di=800mm，切線(xiàn)間長(zhǎng)度L=1500mm，有效厚度Se=2mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，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=759.99 mmHg 查表得：Et=1.95105MPa（1） 取壁厚

19、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=808mm L/D0=1.86 D0/Se=404 （2）求A值 查圖5-5 得A= 0.000085（3）求B值 查圖5-12 A點(diǎn)落在曲線(xiàn)左側(cè)，計(jì)算B值： PcP 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)圈最大間距加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)：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=375mm Le/D0=0.464 D0/Se=404查圖5-5 得A=0.00035， 查圖5-12，得B=45MPa因?yàn)镻cP，且十分接近，故至少需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)

20、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

21、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：軸向應(yīng)力應(yīng)為（拉 t）軸向壓力應(yīng)為（壓 t）和（軸向許用壓縮應(yīng)力ac的較小值）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）L2 在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鞍座包角有=（120） 和=（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（）外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min ）內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min ）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AAe=(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