化工機械基礎(chǔ)第三篇習題

1、第三篇 習題1、已知DN2000的內(nèi)壓薄壁圓筒，壁厚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，n=22mm，C=2mm，P=2MPa，=0.85，e=22-2=20mm。 則所以筒體的最大應(yīng)力為118.82Mpa。提示：此題亦可以根據(jù)最大許可承壓計算公式得出，此時Pw=2MPa2. 某化工廠反應(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

2、，0Crl8Ni9在105時的，其許用應(yīng)力105=137MPa。查表10-9，采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，故取=0.85。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=1.11.6=1.76MPa。根據(jù)式（10-12）估計n=8-25mm。查表10-10，取C1=0.8mm。則 n=d+C1=12.18+0.8=12.98mm，圓整后取n=13mm3. 材料為20的無縫鋼管，規(guī)格為573.5，求在室溫和400時，各能耐多大的壓力，按不考慮壁厚附加量和C=1.5mm兩種情況計算。 解：已知D0=57mm，n=3.5mm，則Di=D0-2n=57-23.5=50mm。查附表7，2

3、0鋼管在室溫時 =130MPa,在400時的400=86MPa。無縫鋼管=1（1） 不考慮壁厚附加量室溫時400時（2） 考慮壁厚附加量室溫時400時4. 今欲設(shè)計一臺反應(yīng)器，直徑為3000mm，采用雙面對接焊縫，100探傷。工作壓力為18MPa，工作溫度450，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=450， Pc=1.11.8=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 450=61MPa，代入公式得（5分）鋼板負偏差取C1=1.2mm，圓整后n=52mm（2）采用1

4、6MnR 450=66MPa，代入公式得鋼板負偏差取C1=1.2mm，圓整后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25MPa，工作溫度-35，材料為16MnR 。采用雙面對接焊，局部無損探傷，壁厚附加量C1.5mm，試校核強度。 解：已知內(nèi)徑Di=1600mm，n=16mm。e=n-C=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR在20時的許用應(yīng)力 20=170MPa。取=0.85。則設(shè)計溫度下筒體的計算應(yīng)力為： 20=0.85170=144.5MPa因t 20所以，容器的強度是足夠的。

5、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40，材質(zhì)為20R，介質(zhì)無大腐蝕性。雙面對接焊縫，100探傷。討論所選封頭的形式。 解：已知Di=1200mm，P=1.8MPa，20R在40時的許用應(yīng)力40=133MPa。C2=1mm。=1.0（1） 設(shè)計筒體壁厚取C1=0.8mm。則 n=d+C1=9.18+0.8=9.98mm，圓整取n=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。取C1=0.8mm（估計壁厚10mm），圓整后取n=10mm，與筒體同。-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4

6、0，材質(zhì)為20R，介質(zhì)無大腐蝕性，雙面對接焊縫，100%探傷。討論所選封頭形式。（15分）（20R在40下=133MPa）解：已知Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40=133MPa，=1，C2=1mm。 （2分）（1）設(shè)計容器筒體壁厚（4分）鋼板負偏差取C1=0.8mm，圓整后n=10mm（2）設(shè)計容器封頭壁厚從工藝操作要求考慮，對封頭形狀無特殊要求。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)

7、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，但由于碟形封頭母線曲率不連續(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。 （3分）根據(jù)標準橢圓形封頭壁厚公式：（4分） 把數(shù)據(jù)代入公式，得（2分） 考慮鋼板厚度負偏差，取C1=0.8mm，圓整后用n=10mm -7. 某工廠脫水塔塔體內(nèi)徑為Di700mm。壁厚為n12mm，工作溫度為180。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C2mm，試校核塔體工作與水壓試驗強度。 解：已知Di700mm，n12mm，C=2mm。e=nC10m

8、m，P=2MPa，20R在180時的許用應(yīng)力180=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： 180=0.8126.6=101.3MPa因t 180所以，塔體的強度是足夠的。水壓試驗時的試驗壓力水壓試驗時的應(yīng)力為20R的s=245MPa，0.9s=0.90.8245=176.4MPa，因T0.9s故水壓試驗強度足夠。復(fù)習內(nèi)插法：【參考題】某化工廠脫水塔塔體內(nèi)徑為Di=700mm，壁厚為n=12mm，工作溫度為t=180，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150以下

9、 =137MPa，在200下=130MPa，常溫下s=240MPa）解：已知Di=700mm，設(shè)計溫度t=180，設(shè)計壓力Pc=1.12=2.2MPa，壁厚n=12mm，材料許用應(yīng)力 180=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。根據(jù)水壓試驗應(yīng)力公式 e=n-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm 代入得 0.9s=0.90.8240=172.8MPaT0.9s 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1

10、MPa的內(nèi)壓力，工作溫度為200，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，n10mm，=0.85，P=1.11=1.1MPa， 200=105MPa，C2=0，取C1=0.8mm，e=nC1C2=10-0.8=9.2mm。設(shè)計溫度下反應(yīng)釜的計算應(yīng)力為： 180=0.85105=89.3MPa因t 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200。) 解：已知外徑Do=1580mm，L=7060

11、mm，壁厚n=11mm，設(shè)計溫度t=200，設(shè)計溫度下材料的彈性模量Et=184000MPa， C1=0.8mm， C2=0mm，則釜體有效厚度e=n- C1- C2=110.80=10.2mm根據(jù)臨界長度公式：因為LLcr，所以此聚合釜為短圓筒根據(jù)短圓筒的臨界壓力公式許用外壓：10. 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，夾套內(nèi)通0.53MPa的蒸汽，蒸汽溫度為160，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

12、 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275，夾套內(nèi)載熱體最大壓力為0.2MPa。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）【參考題】設(shè)計一臺縮聚釜，釜體內(nèi)徑為1000mm，釜身高度為700mm，用厚度為5mm、7mm、9mm的0Cr18Ni9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0.5MPa的

13、氮氣。釜內(nèi)物料溫度低于275，夾套內(nèi)載熱體最大壓力為0.3MPa。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。（20分）（0Cr18Ni9在250下=122MPa，在300下=114MPa；Q235-A在250下=94MPa，在300下=86MPa）解： 1）設(shè)計釜體厚度已知Di=1000mm，L=700mm，t=275，Po=0.3MPa，=0.8，材料為0Cr18Ni9鋼板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。 則鋼板有效厚度e分別為4.5mm、6.4mm和8.2m

14、m （1）當n=5mm時 L/Do=700/（1000+25）=0.69 Do/e=1010/4.5=224.44 查圖得，A=6.010-4，再查圖得，A值所在點落在材料溫度線的右方，故 B=53MPa P=Be/Do=53/224.44=0.24MPaPo（2）當n=7mm時 L/Do=700/（1000+27）=0.69 Do/e=1014/6.4=158.44 查圖得，A=1.110-3，再查圖得，A值所在點落在材料溫度線的右方，故 B=63MPa P=Be/Do=63/158.44=0.40MPaPo（3）當n=9mm時 L/Do=700/（1000+29）=0.69 Do/e=10

15、18/8.2=124.15 查圖得，A=1.510-3，再查圖得，A值所在點落在材料溫度線的右方，故 B=67MPa P=Be/Do=67/124.15=0.54MPaPo所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造這臺縮聚釜。 另外，需要對n=7mm的縮聚釜進行內(nèi)壓強度校核。已知Di=1000mm，Pc=1.10.5=0.55MPa，t=275， =118MPa（內(nèi)插法），=0.8，e=6.4mm則 所以，這臺縮聚釜可以采用7mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造2）設(shè)計夾套厚度已知Di=1200mm，Pc=1.10.3=0.33MPa，t=275， =90MPa（內(nèi)插法），=0.8，C2=0m

16、m（2分）取C1=0.22mm，圓整后n=3mm所以，夾套厚度3mm12. 今有一直徑為640mm，壁厚為4mm、筒長5000mm的容器，材料為Q235-A，工作溫度為200，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，n=4mm，L=5000mm，t=200，P=0.1MPa，Et=1.86105MPa，C1=0.3mm，C2=2mm，200下Q235-A（含碳量0.22%）的彈性模量為1.86105MPa，e=n C1C2=40.32=1.7mm LcrL，故該容器為短圓筒 由于PP，容器不能承受0.1MPa外壓，所以需要加加強箍 n=5000

17、/366.821=12.6313個 所以應(yīng)該加13個加強箍。13. 試設(shè)計一中間試驗設(shè)備輕油裂解氣廢熱鍋爐汽包筒體及標準橢圓形封頭的壁厚，并畫出封頭草圖，注明尺寸。己知設(shè)計條件為：設(shè)計壓力1.2MPa，設(shè)計溫度為350，汽包內(nèi)徑450mm，材質(zhì)為16MnR，筒體帶墊板，單面對接焊縫，100探傷。 解：已知P=1.2MPa，Di=450mm，假設(shè)厚度6-16mm，16MnR在350時的許用應(yīng)力350=134MPa，=0.9，C2=2mm。取C1=0.5mm，則取n=5mm橢圓形封頭,整體沖壓取=1考慮鋼板負偏差，并考慮焊接方便，取n=6mm與筒體同。14. 試設(shè)計一反應(yīng)釜錐形底的壁厚，該釜內(nèi)徑為800mm，錐底接一公稱直徑DN150(外徑為159mm)的接管。錐底半頂角為45，釜的設(shè)計壓力為1.6MPa，工作溫度為40，釜頂裝有安全閥，介質(zhì)無大腐蝕性，材質(zhì)為Q235-A。 解：由于半頂角30，所以錐體大端采用帶折邊的結(jié)構(gòu)。折邊內(nèi)半徑r=0.15Di，r=120mm。整個封頭取同一厚度，錐體厚度按下式計算：（2分）查表得f=0.645，Pc=1.6MPa，Di=800mm，=113MPa，=1.0（采用雙面對接焊縫，全部無