化工機械基礎(chǔ)第三篇習(xí)題

1、-Lwe嚴 eL22000 + 20) = 118.82M Pa2*5 e2X0.85X 20第三篇 習(xí)題1、已知DN2000的內(nèi)壓薄壁圓筒，壁厚 S n=22mm壁厚附加量為 C=2mm，承 受的最大氣體壓力P=2MPa,焊接接頭系數(shù) =0.85試求筒體的最大應(yīng)力。解：已知 Di=2000mm, S n=22mm, C=2mm, P=2MPa, =0.85, S e=22-2=20mm。則2x0.85x20一 P巴7L22000 + 20L18.82MPa 2瞅所以筒體的最大應(yīng)力為118.82M pa。P w=2 MPa提示：此題亦可以根據(jù)最大許可承壓計算公式得出，此時2.某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)

2、徑為 1600mm。工作溫度為 5C105C,工作壓力為 1.6MPa,釜體材料用0Crl8Ni9。采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，凸形封頭 上裝有安全閥，試計算釜體壁厚。解：已知 Di=1600mm查附表6, 0Crl8Ni9在105C時的，其許用應(yīng)力c 105=137MPa。 =0.85。查表10-9,采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，故取 介質(zhì)對不銹鋼腐蝕極微，取C2=0。因裝安全閥，取設(shè)計壓力P=1.1 X 1.6=1.76MPa。根據(jù)式（10-12）_ PcDi“d 一2可Pc 2=匸76600+ 0 = 12.18 mm2咒137咒 0.851.76估計 S n=8-25mm。查表

3、10-10，取 C1=0.8mm。則 S n = S d+C1=12.18+0.8=12.98mm,圓整后取 S n=13mm3.材料為20的無縫鋼管，規(guī)格為 57X 3.5，求在室溫和400C時，各能耐多大的壓力，按不考慮壁厚附加量和 C=1.5mn兩種情況計算。解：已知 Do=57mm, S n=3.5mm 貝U Di=D0-2S n=5-2 X.5=50mm。查附表 7, 20鋼管在室溫時(T =30 MP a,在 400C時的c 400=86MPa無縫鋼管 =1(1)不考慮壁厚附加量室溫時2水e rmoesjjYMPa53.5“Di乜50+3.5400 r 時P尹400 蟻wDi 弋2

4、 汽 86F25=11.2MP a53.550+3.5(2)考慮壁厚附加量室溫時2bfee2咒130咒1咒2Di空50+2520 =10MP a52400 r 時2x86x1x250+2=笑=6.6 MP a523000mm，采用雙面對接焊縫，100%探傷。工4.今欲設(shè)計一臺反應(yīng)器，直徑為作壓力為1. 8MPa，工作溫度450r，試用20R和16MnR兩種材料分別設(shè)計反 應(yīng)器的厚度，并作分析比較。解：已知 Di=3000mm， t=450r， Pc=1.1 X 1.8=1.98MPa, =1，C2=2mm (腐 蝕很小，取1,腐蝕較嚴重，取2mm，一般單面腐蝕)(1)采用20R T 450r

5、=61MPa,代入公式得PcDi1.98 咒 3000 丄 c 一+ C+ 2 = 51.49mm2X61X1-198,2 61 1 1.98(5 分)鋼板負偏差取C1=1.2mm，圓整后S n=52mm(2)采用 16MnR(T 45=66MPa,代入公式得M巳Di*1.98 咒 3000 CM6d =1+C =+ 2 = 47.69mm2 b W - PC266咒1 -1.98鋼板負偏差取C1=1.2mm,圓整后S n=48mm比較兩種材料設(shè)計反應(yīng)器厚度可知，16MnR比20R節(jié)省材料。5.乙烯貯罐，內(nèi)徑1600mm壁厚16mm設(shè)計壓力為2. 5MPa工作溫度-35 C,材料為16MnR。

6、采用雙面對接焊，局部無損探傷，壁厚附加量C= 1.5mm,試校核強度。解：已知內(nèi)徑 Di=1600mm S n=16mm S e=S n-C=16-1.5=14.5mm。P=2.5MPa。16MnF在 20C 時的許用應(yīng)力t 20=170MPa。取 =0.85。則設(shè)計溫度下筒體的計算應(yīng)力為:2X14.5八PlDd =空但空1 =進39 2MPa26e2X14.52920 (T=0.85X 170=144.5MPa因 6 t V (T 20所以，容器的強度是足夠的。6.設(shè)計容器筒體和封頭壁厚。已知內(nèi)徑 1200mm，設(shè)計壓力1.8MPa，設(shè)計溫度 40C,材質(zhì)為20R,介質(zhì)無大腐蝕性。雙面對接焊

7、縫，100%探傷。討論所選封 頭的形式。解：已知 Di=1200mm, P=1.8MPa, 20R 在 40C時的許用應(yīng)力才0=133MPa。C2=1mm。 =1.0(1)設(shè)計筒體壁厚5 = PcPi +Cd 2b沖-Pc2=8200 十 9.18mm 2咒133 咒 1 -1.8取 C1=0.8mm。貝USi =a+C1=9.18+0.8=9.98mm,圓整取 滬10mm(2)設(shè)計封頭壁厚選擇橢圓形封頭，材料與操作條件均與筒體相同。PcDi6 =2G%-0.5Pc +61.8x1200=2d33x1-0.5d.8+1 = 9.15mm取Ci=0.8mm （估計壁厚10mm）,圓整后取Sn=1

8、0mm，與筒體同。設(shè)計容器筒體和封頭壁厚。已知內(nèi)徑 20R，介質(zhì)無大腐蝕性，雙面對接焊縫,40C下d =133MPa )解：已知 Di=1200mm，t=40 C，(2分)(1)設(shè)計容器筒體壁厚1200mm，設(shè)計壓力1.8MPa，設(shè)計溫度40C，材質(zhì)為100%探傷。討論所選封頭形式。(15分)(20R在Pc=1.8MPa ,40 Cd =133MPa， $ =1，C2=1mm。261.8咒1200（3 分）PcDi2-0.5PcC2（4 分）+1 = 9.18mm（4 分） 2x133x11.8鋼板負偏差取C1=0.8mm，圓整后5 n=10mm(2)設(shè)計容器封頭壁厚從工藝操作要求考慮，對封頭

9、形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大 的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上應(yīng)對各種凸形封頭進行計 算、比較后，再確定封頭型式。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄、 重量輕，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深度可通過過渡 半徑r加以調(diào)節(jié)，適合于加工，但由于碟形圭寸頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受 力不如橢圓形封頭；標準橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用 標準橢圓形封頭。根據(jù)標準橢圓形封頭壁厚公式：1.8X1200（2 分）把數(shù)據(jù)代入公式，得=+1.0 = 9.15mm2咒133咒1 0.5咒1.8考慮鋼板厚度負

10、偏差，取 C1=0.8mm，圓整后用5 n=10mm7.某工廠脫水塔塔體內(nèi)徑為Di = 700mm。壁厚為5 n = 12mm，工作溫度為 180C。壓力為2MPa。材質(zhì)為20R。塔體采用手工電弧焊，局部探傷，壁厚附 加量為C= 2mm，試校核塔體工作與水壓試驗強度。解：已知 Di= 700mm, S n= 12mm, C=2mm。S e=S n C= 10mm, P=2MPa,20R在180C時的許用應(yīng)力c180=126.6Mpa, =0.8(塔體內(nèi)徑小，只能單面焊),設(shè)計溫度下塔體的計算應(yīng)力為:八 Pc(D+ e)262x(700+10) -2 咒 10二竺0 =71M Pa20180 c

11、 =0.8 X 126.6=101.3MPa-TTtt_180因 c c 所以，塔體的強度是足夠的。水壓試驗時的試驗壓力PT =1.25Pd =125沢 2. 133b1802126.6 =2.63MP a水壓試驗時的應(yīng)力為= =93.4MPa2020R的(T s=245MPa 0.9 cCS9 8 送45=176.4MPa,因 c T 0.9 cs故水壓試驗強度足夠。復(fù)習(xí)內(nèi)插法:180=b150+(b200b150)/80-150=132 + (123132)%so-150200-150200-150= 132 +9X0.6 =126.6【參考題】某化工廠脫水塔塔體內(nèi)徑為Di=700m m

12、,壁厚為S n=12mm，工作溫度為t=180 C,工作壓力為Pw=2MPa,材料為0Cr18Ni9，塔體采用手工電弧焊，局部探傷，試校核塔體水 壓試驗強度。（0Cr18Ni9 在w 150C 以下c =137MPa，在 200C下c =130MPa，常溫下 c s=240M Pa）解：已知Di=700mm，設(shè)計溫度t=180 C,設(shè)計壓力 Pc=1.1 X 2=2.2MPa ,壁厚S n=12mm ,材料許用應(yīng)力c 180c=132.8MPa，焊接接頭系數(shù) =0.8，鋼板負偏差C1=0.8mm , 腐蝕裕量C2=0mm O根據(jù)水壓試驗應(yīng)力公式b Pt =1.25 p 肓Pt =1.2 2.=

13、2.8MPa132.85 e= 5 n-Ci-C2=12-0.8-0=11.2mm才=辿叱竺L88.9M Pa代入得2 咒 11.20.9 0 c s=0.9 X 0.8X 240=172.8MPa c tV 0.9 0 c s水壓試驗時滿足強度要求。8.有一長期不用的反應(yīng)釜，經(jīng)實測內(nèi)徑為 1200mm最小壁厚為10mm材質(zhì)為Q235-A縱向焊縫為雙面對接焊，是否曾作探傷不清楚，今欲利用該釜承受1MPa的內(nèi)壓力，工作溫度為200r，介質(zhì)無腐蝕性，裝設(shè)安全閥，試判斷該釜能否在 此條件下使用。解：已知 Di=1200mm, 5 n= 10mm,=0.85, P=1.1X 1=1.1MPa, c 2

14、00=105MPa,C2=0，取 C1=0.8mm, 5 e= 5 n C1 C2=10-0.8=9.2mm。設(shè)計溫度下反應(yīng)釜的計算應(yīng)力為:2天9.2bt=P(DW1200+9.2)=72.3M Pa0 c 180=0.85X 105=89.3MPa因 ct v 0 c 200所以，該釜強度是足夠的，能在此條件下使用的。9.有一臺聚乙烯聚合釜，外徑1580mm，高7060mm，壁厚11mm，材質(zhì)為 0Crl8Ni9，試確定釜體的最大允許外壓力（許用外壓）。（設(shè)計溫度為200C。） 解：已知外徑 Do=1580mm，L=7060mm,壁厚 5n=11mm,設(shè)計溫度 t=200C, 設(shè)計溫度下材料

15、的彈性模量 Et=184000M Pa, C1=0.8mm， C2=0m m,則釜體有效厚度 5 e=5 n- C1- C2=11 - 0.8-0=10.2mm根據(jù)臨界長度公式:Lcr =1.17DoJD= 1.17 咒 1580 咒 1580 = 22922.6mmV 10.2因為LvLcr,所以此聚合釜為短圓筒2 5心 1580). =0.357M Pa根據(jù)短圓筒的臨界壓力公式pcr =2.59Et Do)=2.59X184000 XL/D。7060/1580許用外壓:=匹=空I=0.119M Pa m 310.今欲設(shè)計一臺常壓薄膜蒸發(fā)干燥器，內(nèi)徑為500mm其外裝夾套的內(nèi)徑為 600mm

16、夾套內(nèi)通0.53MPa的蒸汽，蒸汽溫度為160C，干燥器筒身由三節(jié)組成,每節(jié)長1000mm中間用法蘭聯(lián)接。材質(zhì)選用 Q235-A夾套焊接條件自定。介質(zhì)腐蝕性不大，試確定干燥器及其夾套的壁厚。（解略）11.設(shè)計一臺縮聚釜，釜體內(nèi)徑1000mm釜身高度為700mm用0Crl8Ni9鋼板制造。釜體夾套內(nèi)徑為1200mm用Q235-A鋼板制造。該釜開始是常壓操作，然 后抽低真空，繼之抽高真空，最后通 0.3MPa的氮氣。釜內(nèi)物料溫度V 275C，夾套內(nèi)載熱體最大壓力為 0.2 MPa整個釜體與夾套均采用帶墊板的單面手工對接焊縫，局部探傷，介質(zhì)無腐蝕性，試確定釜體和夾套壁厚。（解略）釜身高度為 700m

17、m，用厚度為 5mm、1200mm，用Q235-A鋼板制造。該釜0.5MPa的氮氣。釜內(nèi)物料溫度低【參考題】設(shè)計一臺縮聚釜，釜體內(nèi)徑為1000mm，7mm、9mm的0Cr18Ni9鋼板制造。釜體夾套內(nèi)徑為0.3 MPa。整個釜體與夾套均采用帶墊板的單面手工對（20 分）開始是常壓操作，然后抽低真空，繼之抽高真空，最后通 于275 C，夾套內(nèi)載熱體最大壓力為接焊縫，局部探傷，介質(zhì)無腐蝕性，試確定釜體和夾套壁厚。（0Cr18Ni9 在 250 C下=122MPa，在 300 C下d =114MPa ; Q235-A 在 250 C下Do/ 5 e=1010/4.5=224.44A值所在點落在材料溫

18、度線的右方，故d =94MPa ,在 300C下d =86MPa ) 解：1)設(shè)計釜體厚度已知 Di=1000mm，L=700mm，t=275 C，Po=0.3MPa，$ =0.8，材料為 0Cr18Ni9 鋼板 5 n 分 別為5mm、7mm、9mm，它們的鋼板負偏差 C1分別為0.5mm、0.6mm、0.8mm，腐蝕裕量 C2=0mm。貝y鋼板有效厚度 5 e分別為4.5mm、6.4mm和8.2mm(1 )當 5 n=5mm 時L/Do=700/ (1000+2 x 5) =0.69查圖得，A=6.0 x 10-4，再查圖得，B=53 MPaP=B 5 e/Do=53/224.44=0.2

19、4MPa Po(3)當 5 n=9mm 時L/Do=700/ (1000+2 x 9) =0.69查圖得，A=1.5 x 10-3，再查圖得，B=67 MPaP=B 5 e/Do=67/124.15=0.54MPa Po所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造這臺縮聚釜。5 n=7mm的縮聚釜進行內(nèi)壓強度校核。另外，需要對 已知 Di=1000mm， e=6.4mm則 6tPc (Di26空L O.55006.4= 43.24MPa 蘭飪匸 0.858 = 94.4MPa2X6.4Pc=1.1 x 0.5=0.55MPa，t=275 C， d =118MPa (內(nèi)插法)，$ =0.8，

20、57mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造(2 分)6 =2k豊 JC20.33X1200=+ 0 = 2.76mm2X90咒 0.8-0.33取 C1=0.22mm ,所以，夾套厚度圓整后5 n=3mm3mm所以，這臺縮聚釜可以采用2）設(shè)計夾套厚度已知 Di=1200mm，P c=1.1 x 0.3=0.33 MPa，t=275 C， d =90 MPa （內(nèi)插法），$ =0.8，C2=0mm12.今有一直徑為640mm壁厚為4mm筒長5000mn1的容器，材料為 Q235-A,工作溫度為200C，試問該容器能承受0.1MPa外壓？如不能承受，應(yīng)加幾個加 強箍?解：已知 Di=640mm, S n=4mm , L=5000mm, t=200C