化工機械設備課后題答案

1、化工設備機械基礎習題解答第一篇：化工設備材料第一章化工設備材料及其選擇一.名詞解釋A組：1 .蠕變：在高溫時，在一定的應力下，應變隨時間而增加的現象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻Φ淖饔孟?逐漸產生塑性變形的現象。2 .延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長的長度與原始長度之比的百分率。3 .彈性模數（E）:材料在彈性范圍內，應力和應變成正比，即b =Ee，比例系數E為彈性模數。4 .硬度：金屬材料表面上不大的體積內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：沖擊功是沖擊負荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動載荷突然 襲擊時的一種及時和迅速塑性變形的能力。6 .泊桑比（科）：

2、拉伸試驗中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。對于鋼材，科 =0.3。7 .耐腐蝕性：金屬和合金對周圍介質侵蝕（發(fā)生化學和電化學作用引起的破壞）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：金屬材料發(fā)生屈服現象的應力，即開始出現塑性變形的應力。它代表材料抵抗產生塑性 變形的能力。10 .抗拉強度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達到的最大應力值。B組：1 .鎮(zhèn)靜鋼： 鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時用強脫氧劑Si, Al 等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成 SiO2和Al2Q。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

3、集中縮孔，內部緊密堅實。2 .沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時用弱脫氧劑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，放出大量CO氣體，造成沸騰現象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，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，因而內部結構疏松。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，鋼錠內部結構下半部像沸騰鋼，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%勺合金鋼。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%勺鐵碳合金。8 .鐵

4、素體：碳溶解在a -Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。9 .奧氏體：碳溶解在丫 -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，得到一種碳原子在a鐵中過飽和的固溶體。C.1 .熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱 ，保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理，化學與機械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2 .正火：將加熱到臨界點以上的一定溫度，保溫一段時間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來， 冷卻速度比退火快，因而晶粒細化。3 .退火：把工件加熱到臨界點以上的一定溫度，保溫一段時間，然后隨爐一起冷卻下來，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

5、火溫度（臨界點以3050oC）并保溫一定時間，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、強度和耐磨性。5 .回火：在零件淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝?；鼗鹂梢越档秃拖ぜ慊?后的內應力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術上所要求的性能。6 .調質：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強度、韌性、塑性等機械性能都較好時，一般采用調 質處理。7 .普通碳素鋼：這種鋼含硫 ,磷等有害雜質較多，要求SW 0.055%, PW 0.045%。普通碳素結構鋼的牌號由代表鋼材屈服點的字母、屈服點數值、材料質量等級符號、脫氧方法符號等四個 部分按順序組成，例如：Q23

6、5 -A - F。8 .優(yōu)質碳素鋼：含硫，磷等較少（含硫 S、磷P均W 0.04%）,非金屬雜質少，組織均勻，表面質量較 好。9 .不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強烈腐蝕性介質的鋼。不銹耐 酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。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，對其性能要求 也較（Wj。D.1 .容器鋼：化工生產所用容器與設備的操作條件較復雜，制造技術要求比較嚴格，對壓力容器用

7、鋼 板有比較嚴格的要求。2 .耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強且強度大。3 .低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20 C以下）會變脆，沖擊韌性會顯著下降。因此用作低溫場 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：評定金屬的腐蝕有兩種方法。（1） 根據重量評定金屬的腐蝕的速度。它是通過實驗的方法測出金屬試件在單位表面積、 單位時間腐蝕引起的重量變化。即：K p-巴（g/m2 - h）F tK：腐蝕速度，g/cm2 - h;p0：腐蝕前試件的重量，g;Pi ：腐蝕后試件的重量，g;F：試件與腐蝕介質接觸的面積，mi；t:腐蝕作用的時間，h;（2） 根

8、據金屬的腐蝕深度評定金屬的腐蝕速度。根據重量變化表示腐蝕速度時，沒有考慮金屬的相對密度，因此當重量損失相同時，相對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，即腐蝕深度來表示腐 蝕速度。即：24 365K KKa 8.76 一（mm/a1000式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/?P :金屬的相對密度，g/cm3。5 .化學腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質溶液發(fā)生化學作用引起的腐蝕。化學腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產生。6 .電化學腐蝕：金屬與電解質溶液間產生電化學作用而引起的破壞，其特點是在腐蝕過程中有電流 產生。7

9、.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對普通碳鋼及低合金鋼產生腐蝕，使材料的機械強度和塑性顯著下降,甚至破壞的現象。8 .晶間腐蝕：一種局部的，選擇性的破壞。9 .應力腐蝕：金屬在腐蝕性介質和拉應力的共同作用下產生的一種破壞形式。10 .陰極保護：把盛有電解質的金屬設備和直流電源負極相連，電源正極和一輔助陽極相連。當電路 接通后，電源便給金屬設備以陰極電流，使金屬的電極電位向負向移動，當電位降至陽極起始電位 時，金屬設備的腐蝕即停止。二.指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量A組鋼號種類含碳量合金元素含量（%）符號意義Q235-A - F普通碳素甲類鋼一一F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-A普通碳素甲類

10、鋼一一一A:甲類鋼20g優(yōu)質碳素結構鋼0.2%一g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼0.16%<1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼10.2%MnMo<1.5%一16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5%一0Cr13銘不銹鋼<0.08%Cr:13%一1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5%一00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼<0.03%Cr:19%;Ni:10%一B組:鋼號種類含碳量合金元素含量（%）符號意義Q235

11、-B普通碳素乙類鋼一一F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-AR普通碳素甲類容器鋼一一R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:<1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:<1.5%一09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:<1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:<!.5%一2Cr13銘不銹鋼0.2%Cr13%一12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.5 2.49%;Mo:0.9 1.3%一0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不

12、銹鋼<0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.5 2.49%;Ti:<1.5%一三、選擇材料設備介質設計溫 度/ c設計壓力/MPa供選材料應選材料氨合成塔外 筒氮、氫、少量氨<200150Cr18Ni9Ti , 20, Q235-A - F , 18MnMoNbR15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或 13MnNiMoNbR氯化氫吸收 塔氯化氫氣體，鹽酸，水801200.2Q235-A- R , 1Cr18Ni9Ti，銅,鋁， 硬聚氯乙烯塑料，酚 醛樹脂漆浸漬的不透性石墨Q235-A- R并同襯里溶解乙快氣 瓶蒸壓釜水蒸汽<20015Q23

13、5-A, 0Cr19Ni10 , 20, 16MnR 18MnMoNbR 07MnCrMoVR18MnMoNbR高溫高壓廢 熱鍋爐的高 溫氣側殼體 內襯轉化氣(H2,CO2,N2,CO,H2O,CHt,Ar)89010003.1418MnMoNbR 0Cr13, Q235-A- R, Cr25Ni20 , 0Cr18Ni9Ti , Cr22Ni14NCr25Ni20化工設備機械基礎習題解答第二篇：化工容器設計第二章容器設計的基本知識一.、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（o C）壓力分級壓力范圍（Mpa）常溫容器-20o C 200o C低壓容器0.1 < P<

14、1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6 < P<10高溫容器壁溫達到材料蠕變溫度高壓容器10< P< 100低溫容器壁溫彳氐于20o C超高壓容器P> 100淺冷容器壁溫在20o C至40o C之間真空容器器外一個大氣壓，內 部為真空或彳氐于常壓深冷容器壁溫彳氐于40o C一一、指出下列容器屬于一、二、三類容器的哪一類A組：序號容器（設備）及條件類別11500,設計壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐三2設計壓力為0.6MPa,容積為1m3的氯化氫氣體貯罐三32000,容積為20 m3的液氨貯罐三4壓力為10Mpa,容積為800立升的乙烯貯罐三5設計壓力為2

15、.5Mpa的糖玻璃容器三B組:序號容器（設備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質的容器三2800,設計壓力為0.6Mpa,介質為非易燃和無毒的管殼式余熱鍋爐一3用抗拉強度規(guī)定值下限為b =620Mpa材料制造的容器三4工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔三5汽車罐車和鐵路罐車三三、填空題1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的（ 內）徑。2、無縫鋼管做筒體時，其公稱直徑是指它們的（ 外）徑。3、查手冊找出下列無封鋼管的公稱直徑DN是多少毫米？規(guī)格 14X325X 3 45X 3.5 57X 3.5 108X4DN (mm102040501004、壓力容器法蘭標準中公稱壓

16、力 PN有哪些等級?PN (Mpa)0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標準中公稱壓力 PN有哪些等級?PN (Mpa)0.10.250.400.601.01.62.54.0化工設備機械基礎習題解答第三章 內壓薄壁容器的應力分析一、名詞解釋A組：L薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內徑之比小于0.1的容器。2 .回轉殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內的固定軸線旋轉360°而成的殼體。3 .經線：若通過回轉軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。4 .薄膜理論：薄膜應力是只有拉壓正應力沒有彎曲正應力的一種兩向應力狀態(tài)，也稱為無力矩理 論。5 .第一曲率半

17、徑：中間面上任一點M處經線的曲率半徑。6 .小位移假設：殼體受力以后，各點位移都遠小于壁厚。7 .區(qū)域平衡方程式：計算回轉殼體在任意緯線上徑向應力的公式。&邊緣應力：內壓圓筒壁上的彎曲應力及連接邊緣區(qū)的變形與應力。9.邊緣應力的自限性：當邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進入塑性變形階段時，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協調，邊緣應力就自動限制。二、判斷題（對者畫，錯著畫X）A組：1,下列直立薄壁容器，受均勻氣體內壓力作用，哪些能用薄膜理論求解壁內應力？哪些不能？(1)橫截卸為正八角形的柱兄。(X)2）橫截卸為圓的軸對稱柱冗。(，)3）橫截卸為橢圓的柱兄。(X)4）橫截卸為圓的橢球冗

18、。(，)5）橫截面為半圓的柱殼。(X)6）橫截面為圓的錐形殼。(V)2.在承受內壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應使橢圓的長軸與筒體軸線平行。（X）3,薄壁回轉殼體中任一點，只要該點的兩個曲率半徑R R2,則該點的兩向應力m 。（，）4.因為內壓薄壁圓筒的兩向應力與壁厚成反比，當材質與介質壓力一定時，則壁厚大的容器，壁內的應力總是小于壁厚小的容器。（X ）5,按無力矩理論求得的應力稱為薄膜應力，薄膜應力是沿壁厚均勻分布的。（，）B組：1,臥式圓筒形容器，其內介質壓力，只充滿液體，因為圓筒內液體靜載荷不是沿軸線對稱分布的，所以不能用薄膜理論應力公式求解。（，）2 .由于圓錐形容器錐頂部分應力最小，所以

19、開空宜在錐頂部分。（，）3 .凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對稱于旋轉軸，則殼體上任何一點用薄膜理論應力公式求解的應力都是真實的。（x）4,橢球殼的長，短軸之比 a/b越小，其形狀越接近球殼，其應力分布也就越趨于均勻。（，）5 .因為從受力分析角度來說，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、指出和計算下列回轉殼體上諸點的第一和第二曲率半徑A組：圖 3-31B組:1.圓柱殼上任一點DRiR 22.圓錐殼與柱殼的連接點A及錐頂點B圖 3-29R1、球殼上任一點A點:B點:R2 RR2 rR2 r2、圓錐殼上之M點3、碟形殼上之連接點A與BDm2 cos

20、R在弧面上:B)：Riri,在弧面上:B(ri,在圓柱殼上:在球殼上:C)：RiB'): Ri圖 3-32A(B）：R，R2cosB(柱）：Ri，R2R1，R2四、計算下列各種承受氣體均勻內壓作用的薄壁回轉殼體上諸點的薄膜應力A組:圖圖 3-34圖D=1008mm S=8mmp=2Mpa1.球殼上任一點，已知:D 1008RiR2PD4S222 10084 8504mm63MPR2PD4S2.圓錐殼上之63MPA點和A 點：R1，R2B點，已知:Dp=0.5Mpa, D=1010mm S=10mm a=30o。PD4Scos2 cos0.5 10104 10 0.86614.58MPm

21、R1R2SPD0.5 10102Scos2 10 0.86629.16MPR1R23.橢球殼上之A,B, C點,已知:p=1Mpa, a=1010mm b=505mm S=20mm B 點處坐標 x=600mmab 101%05 2標準橢圓形封頭R2Pa101050.5MP20B點:P 422m 2sb a x(a2b)43.3MPaP2sb a2x (a2b)24-_2a27.7MPa a4 x2(a2 b2)C點(x a, y 0):Pam 2SPa1 101025.25MPa2 201 101050.5MPa20五、工程應用題1.某廠生產的鍋爐汽包，其工作壓力為2.5Mpa,汽包圓筒的平

22、均直徑為816 mm,壁厚為16 mm,試求汽包圓筒壁被的薄膜應力P=2.5Mpa D=816mm S=16mm16816 PD0.0196 0.1屬薄壁容器4SPD2S2.5 816 31.875MPa4 162.5 816 63.75MPa2 162.有一平均直徑為10020 mm的球形容器，其工作壓力為 0.6Mpa,厚度為20 mm, 壁內的工作壓力是多少。試求該球形容器P=0.6Mpa D=10020mm S=20mm20 0.001996 0.1 屬溥壁谷器 10020PD 0.6 10020- 75.15MPa4S4 203.有一承受氣體內壓的圓筒形容器，兩端封頭均為橢圓形封頭，

23、已知：圓筒平均直徑為 筒體與封頭厚度均為 30 mm,工作壓力為3Mpa,試求；圓筒壁內的最大工作壓力；2030 mm,若封頭橢圓長，短半軸之比分別為、5，2, 2.5時，計算封頭上薄膜應力的和的最大值并確定其所在的位置。【解】(1) 圓筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mmS 300.0148 0.1屬薄壁容器D 2030 PD 2 2030 m 4S 4 30最大工作應力：50.75MPPD 030 101.5MP2S 2 30)maxPa a-(-)2S b2時，在x=0,y=b處(頂點處)maxPa a-(-)2S b3 1015 22 30101.5MP(2)橢球:a &l

24、t;2時 在x=0, y=b,(頂點處)有最大值 b3 1015271.78MP2 30在x=a,y=0點(邊緣處)()max3 1015 22 30101.5MPa 2.5時，在x=0,y=b處(頂點處) b(、Pa,a、 3 1015 2.5(m )max三()2 30126.88MP在x=a,y=0點(邊緣處)Pa a2()max石(2 K215.69MP化工設備機械基礎習題解答第四章內壓薄壁圓筒與封頭的強度設計二、填空題A組：1 .有一容器，其最高氣體工作壓力為1.6Mpa,無液體靜壓作用，工作溫度w 150 c且裝有安全閥試確定該容器的設計壓力p=(1.76 )Mpa; 計算壓力 p

25、c=( 1.76 )Mpa; 水壓試驗壓力p產(2.2 )MPa.2 .有一帶夾套的反應釜，釜內為真空，夾套內的工作壓力為 0.5MPa,工作溫度<200C ,試確定： (1)釜體的計算壓力(外壓)pc=( -0.6 )MPa;釜體水壓試驗壓力 pt=( 0.75 )MPa.(2)夾套的計算壓力(內壓)pc=( 0.5 )MPa;夾套的水壓試驗壓力 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,上部氣體壓力最高達 0.5MPa,工作溫度w 100 C ,試確定該容器的設計壓力p=（ 0.5 ）MPa;計算壓力 pc=（ 0

26、.617 ）MPa;水壓試驗壓力 Pt=（0.625 ）MPa.4 .標準碟形封頭之王面部分內徑R=（ 0.9 ）D i；過渡圓弧部分之半徑r=（ 0.17 ）D i.5 .承受均勻壓力的圓平板，若周邊固定，則最大應力是（徑向）彎曲應力，且最大應力在圓平 板的（邊緣 ） 處；若周邊簡支，最大應力是（徑向）和（切向）彎曲應力，且最大應 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不論理論計算值怎樣小，當KW 1時，其值應小于封頭 內直徑的（0.15 ）%;K>1時,Se應不小于封頭內直徑的 （0.3 ）%.7 .對于碳鋼和低合金鋼制的容器，考慮其剛性需要，其最小壁厚

27、Smin=（ 3 ）mm;對于高合金鋼制容器，其最小壁厚Smin=（ 2 ）mm.8 .對碳鋼，16MnR,15MnNbR和正火的 15MnVR鋼板制容器，液壓試驗時，液體溫度不得低于 （5 ） C ,其他低合金鋼制容器（不包括低溫容器）,液壓試驗時，液體溫度不得低于（15 ） C.三、判斷是非題（是者畫，；非者畫X ）1 .厚度為60mnf口 6mmi勺16MnR熱軋鋼板，其屈服點是不同的，且60mncB鋼板的s大于6mnB鋼 板的b s.（x ）2 .依據彈性失效理論，容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服點。s（t）時，即宣告該容器已經“失效”.（V ）3 .安全系數是一個不斷發(fā)

28、展變化的數據，按照科學技術發(fā)展的總趨勢，安全系數將逐漸變小.（v ）4 .當焊接接頭結構形式一定時，焊接接頭系數隨著監(jiān)測比率的增加而減小.（ X ）5 .由于材料的強度指標b b和er s（ er 0.2）是通過對試件作單向拉伸試驗而側得，對于二向或三向應力狀態(tài)，在建立強度條件時，必須借助于強度理論將其轉換成相當于單向拉伸應力狀態(tài)的相 當應力.（V ）四、工程應用題A組：1、有一 DN2000mm（勺內壓薄壁圓筒，壁厚Sn=22mm旗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。=0.85,厚度附加量為C=2mm試求筒體的最大工作應力.【解】（1）確定參數：pw =2MPa

29、; p c=1.1 pw =2.2MPa （裝有安全閥）；D= DN=2000mm（鋼板卷制）;S n =22mm; S e = Sn-C=20mm（）=0.85 （題中給定）；C=2mm （題中Z定）.（2）最大工作應力：Pc(Di Se)2Se2.2 (2000 20)2 20111.1MPaa2、某球形內壓薄壁容器，內徑為D=10m,厚度為Sn=22mm若令焊接接頭系數。=1.0，厚度附加量為C=2mmi式計算該球形容器的最大允許工作壓力.已知鋼材的許用應力（rt=147MPa.【解】（1）確定參數：D =10m; S n =22mm; （）=1.0; C=2mm; o- t =147M

30、Pa.S = Sn -C=20mm.（2）最大工作壓力：球形容器 .Pw4t SeDi Se4 1471.02010000201 .17 MP aa3、某化工廠反應釜，內徑為1600mm工作溫度為5c 105C ,工作壓力為1.6MPa,釜體材料選用0Cr18Ni9Ti。采用雙面焊對接接頭，局部無損探傷，凸形封頭上裝有安全閥,試設計釜體厚度?！窘狻浚?）確定參數：D =1600mm; t 后5105C;pw=1.6MPa; p c=1.1 p w=1.76MPa （裝有安全閥） （）=0.85 （雙面焊對接接頭，局部探傷）C2=0 （對不銹鋼，當介質腐蝕性輕微時）材質：0Cr18Ni9Ti ,

31、 =112.9MPa （按教材附錄 9表16-2 ,內插法取值）b =137MPapcDi2 jPc（2）計算厚度：14.8mm1.76 16002 112.9 0.85 1.76C1=0.8mm （按教材表 4-9取值，GB4237-92不銹鋼熱軋鋼板）,C=C 1+C2=0.8mm. 名義壁厚：$=S+C4® 整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.圓整后，S =16mm.（3）水壓試驗校核PT(Di Se)2Se有效壁厚 S e = Sn-C=16-0.8=15.2mm137試驗壓力Pt 1.25P1.25 1.762.67MPat112.9計算應力R(Di Se)2Se2

32、.67 (1600 15.2)2 15.2141.86MPa應力校核0.9 $0.9 205 0.85 156.8 MPasT 0.9 S水壓試驗強度足夠4、有一圓筒形乙烯罐，內徑D=1600mm壁厚&=16mm計算壓力為pc=2.5MPa,工作溫度為-3.5 C, 材質為16MnR,采用雙面焊對接接頭，局部無損探傷，厚度附加量C=3mmK校核貯罐強度?！窘狻浚?）確定參數：D =1600mm; S n =16mm; t w=-3.5 ; p c=2.5MPa.（）=0.85 （雙面焊對接接頭，局部探傷）16MnR 常溫下的許用應力s = 170 MPa設計溫度下的許用應力 s t =

33、 170 MPa常溫度下的屈服點 s s = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 16 3 = 13 mm（2）強度校核最大允許工作壓力Pw Pw2 t Se2 170 0.85 13DiSe1600 132.33 MPaPc< Pw 該貯罐強度不足9、設計容器筒體和封頭厚度。已知內徑D=1400mm計算壓力pc=1.8MPa,設計溫度為 40 C ,材質為15MnVR介質無大腐蝕性.雙面焊對接接頭，100%探傷。封頭按半球形、標準橢圓形 和標準碟形三種形式算出其所需厚度，最后根據各有關因素進行分析，確定一最佳方案?！窘狻浚?）確定參數：D=1400mm; p c=1.8MP

34、a; t=40 C;（）=1.0 （雙面焊對接接頭，100%探傷）；C2=1mm.（介質無大腐蝕性）15MnVR假設鋼板厚度：616mm ,則： / =177MPa , b =177MPa , Ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設計:S D2 1tPc上8 14007.16mm2 177 1.0 1.8C1=0.25mm (按教材表C=C1+G=1.25mm.4-9取值，GB6654-94壓力容器用鋼板）名義壁厚：S=S+C+K整,S+C=7.16+1.25=8.41mm.圓整后,（3）$ =9mm.筒體水壓試驗校核PT(DiSe)0.92Se有效壁厚Se = Sn-C=9-1.25=7.

35、75mm試驗壓力Pt1.25P- 1t1771.25 1.82.25MPa177計算應力Pt (Di2SeSe)2.25 (1400 7.75)204.35MPa2 7.75應力校核0.9 s0.9390 1 351 MPaT 0.9筒體水壓試驗強度足夠（4）封頭厚度設計 半球形封頭:PcDi 4 1t1.8 1400Pc4 177 1.0 1.83.57mmG=0.25mm (按教材表C=G+G=1.25mm.4-9取值，GB6654-94壓力容器用鋼板）名義壁厚：$=S+C+!f整,S+C=3.57+1.25=4.82mm.圓整后，$ =5mm.標準橢圓封頭:KPcDi2TT05Pz7.1

36、mmMpcDi2 f 0.5pc9.4mm1.0 1,8 14002 177 1.0 0.5 1.8名義壁厚：S=S+C4® 整，S+C=7.1 + 1.25=8.35mm.圓整后，$ =9mm.標準碟形封頭：1.325 1.8 14002 177 1.0 0.5 1.8名義壁厚：S=S+C+K 整，S+C=9.4+1.25=10.65mm.圓整后，S =11mm.從計算結果看，最佳方案是選用標準橢圓封頭?；ぴO備機械基礎習題解答第五章外壓圓筒與封頭的設計二、判斷是非題（對者畫，錯者畫X）1 .假定外壓長圓筒和短圓筒的材質絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也 不會發(fā)生彈

37、性失穩(wěn)。（X ）2 . 18MnMoNb腳板的屈服點比 Q235-AR鋼板的屈服點高 108%因此，用18MnMoNb視板制造 的外壓容器，要比用Q235-AR鋼板制造的同一設計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。（X ）3 .設計某一鋼制外壓短圓筒時， 發(fā)現采用20g鋼板算得的臨界壓力比設計要求低10%后改用屈服點比20g高35%勺16MnR!W板，即可滿足設計要求。（X ）4 .幾何形狀和尺寸完全相同的三個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

38、壓的長圓筒，側向失穩(wěn)時波形數 n= （2）;短圓筒側向失穩(wěn)時波形數為n （2）的整數。b） 直徑與壁厚分別為 D,S的薄壁圓筒殼，承受均勻側向外壓 p作用時，其環(huán)向應力b e=（PD/2S）, 經向應力b m （PD/4S）,它們均是（壓）應力，且與圓筒的長度 L （無）關。c） 外壓容器的焊接接頭系數均取為=（1）;設計外壓圓筒現行的穩(wěn)定安全系數為m= （3）。d）外壓圓筒的加強圈，其作用是將（長）圓筒轉化成為（短）圓筒，以提高臨界失穩(wěn)壓力， 減薄筒體壁厚。加強圈的慣性矩應計及（加強圈）和（加強圈和圓筒有效段組合截面）。e） 外壓圓筒上設置加強圈后，對靠近加強圈的兩側部分長度的筒體也起到加強

39、作用，該部分長度的范圍為（加強圈中心線兩側各為0.55 jD0Se的殼體）。四、工程應用題A組：1、圖5-21中A, B, C點表示三個受外壓的鋼制圓筒，材質為碳素鋼，(T s=216MPa E=206GPa試 回答：(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n等于(或大于)幾？(2)如果將圓筒改為鋁合金制造(bs=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)圖 5-21m(1) A一長圓筒，L/D0值較大，臨界壓力 Pcr僅與S/D。有關，而與L/D0無關，失穩(wěn)時的波形數n=2oB一短圓筒，臨界壓力P

40、cr不僅與Se/D。有關，而且與L/D。有關，失穩(wěn)時的波形數為 n>2的整數。C一臨界圓筒(長、短圓筒拐點處)，長度等于臨界長度，發(fā)生失穩(wěn)時的波形數為n>2o(2)在圓筒幾何尺寸一定情況下，P只與E有關。所以，改用鋁合金后：P鋁/P銅=Pcr 鋁/Pc西=EBE 鋼=68.7/206=0.333許用外壓力下降了 66.7%。2、有一臺聚乙烯聚合釜，其外徑為D3=1580mm高L=7060mm(切線間長度)，有效厚度 S=11mm材質為0a18Ni9Ti ,試確定釜體的最大允許外壓力。(設計溫度為200C)【解】查表得 己=1.84 x 105MPaDeLcr1.17D0022155

41、mmcr0 Se1.295Et(1e)Z5(Di Se)D0Lcr 0： 1625.2mmciSe I.LcrL Lcr ，該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力 Fcr2.59Et 一0一 0.42MPacr_L_D0取 m=3 P=P cr/m=0.42/3=0.14MPa，聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPa4、試設計一臺氨合成塔內筒的厚度，已知內筒外徑為 D0=410mm筒長L=4000mm材質為0CN8Ni9Ti ,內筒壁溫最高可達 450 C,合成塔內系統(tǒng)的總壓力降為0.5MPa?！窘狻恳阎?D)=410mm, L=4000mm, Et=1.64 x 105MPa,計算外壓 R=0.5MP

42、a(1)假設塔內筒名義厚度Sn=8mm取壁厚附加量 C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mm L/D 0=9.76D°/Se=68.3(2)求A值查圖5-5 得人=0.0026(3)求B值 查圖5-12 得B=88MPaR 88P B- -88- 1.29MPaD0/Se68.3Pc=0.5MPa, Pc v v P,說明假設的 Sn=8m喻大。0/Se=102.5(1)重新假設 Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D0=9.76D(2)求A值(3)求B值P查圖5-5 得人=0.0014查圖 5-12 得 B=78MPaBD°/Se78102.50.76MPa

43、Pc=0.5MPa, Pc < P,且較接近，故取 Sn=6mn適該內筒采用Sn=6mnt勺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 &=2mm材質為0518Ni9Ti ,由于其密閉性能要求較高，故須進行真空試漏，試驗條件為絕對壓力10-3mnHg問不設置加強圈能否被抽癟？如果需要加強圈，則需要幾個？【解】確定計算外壓力：真空度 次氣壓-絕壓=760-10-3=759.999 mmHgc 0.1 759.99Pc 0.09999 0.1 MPa760查表得：Et=1.95 X 10 5MPa(1)取壁

44、厚WO口量 C=2mm有效厚度 Se=2mm則名義厚度 Sn= Se+C=2+2=4mmD0= Di+2$=800+8=808mm L/D 0=1.86D0/Se=404(2)求A值查圖5-5 得人=0.000085(3)求B值查圖5-12 A點落在曲線左側，計算 B值：2+2aB -EtA - 195 103 0.000085 11.05MPa 33P B 1105 0.027MPa D0/Se404 Pc>P.不設置加強圈會被抽癟(4)設置加強圈所需加強圈最大間距t Do v2.53808 , 2 、2.5Ls 0.86E-( 一)0.86 195 10()404.5mmPc Do0

45、.1808加強圈個數：n 1但0 1 2.7(個)Ls404.5取整，n=3需設三個加強圈(5)驗算設三個加強圈，則：Le=L/4=1500/4=375mm L e/D0=0.464 D 0/Se=404查圖 5-5 得 A=0.00035, 查圖 5-12 ,得 B=45MPa450.11MPaPDo/Se 404因為Pcv P,且十分接近，故至少需設三個加強圈?；ぴO備機械基礎習題解答第六章容器零部件二、填空題：Aia：i法蘭聯接結構，一般是由（聯接）件，（被聯接）件和（密封元）件三部分組成。2在法蘭密封所需要的預緊力一定時，采取適當減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個數）的辦法，對密封是有利的

46、。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 （增加法蘭盤外徑）。4制定法蘭標準尺寸系列時，是以（ 16MnR材料，在（200） C時的力學性能為基礎的5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。6臥式容器雙鞍座的設計中， 容器的計算長度等于（筒體）長度加上兩端凸形封頭曲面深度的（2/3）。7配有雙按時制作的臥室容器，其筒體的危險截面可能出現在（支座）處和（跨距中間）處。8臥式容器雙鞍座的設計中，筒體的最大軸向總應力的驗算條件是：軸向應力應為（ 拉 t）軸向壓力應為（壓W I和（軸向許用壓縮應力ac的較小值）B組：1采

47、用雙鞍座時，為了充分利用封頭對筒體臨近部分的加強作用，應盡可能將支座設計的靠近封頭,即AW （ 0.25）D。，且A大于（0.2） L2在鞍坐標準規(guī)定的鞍座包角有。二（120° ） 和。=（150° ）兩種。3采用補強板對開孔進行等面積補強時，其補強范圍是：有效補強寬度是（B max2d,d 2 n 2 nt）外側有效補強高度是（min %”：仁,接管實際外伸高度 ）內側有效補強高度是（min h2接管實際內伸高度）4根據等面積補強原則，必須使開孔削弱的截面積AW Ae=（殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積）A 1+（接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積）A2+（焊縫

48、金屬截面積）A3。5采用等面積補強時，當筒體徑 Diw1500m耐，須使開孔最大直徑d（ 1/2）Di,且不得超過（520） mm當筒體直徑D,1500mnW,須使開孔最大直徑d（1/3）Di,且不得超過（1000）。6現行標準中規(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現行標準中規(guī)定，橢圓形人孔的尺寸為（400） X （ 250） mrmT （ 380） X （ 280） mm8現行標準中規(guī)定的標準手孔的公稱直徑有DN（150mm和DN（250mm兩種。三、是非判斷題1法蘭密封中，法蘭的剛度與強度具有同等重要的意義。

49、（X）2在法蘭設計中，如欲減薄法蘭的厚度t,則應加大法蘭盤外徑 6加大法蘭長徑部分尺寸和加大臂長度。(X)3金屬墊片材料一般并不要求強度高，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 接密封。(，)4法蘭連接中，預緊密封比壓大，則工作時可有較大的工作密封比壓，有利于保證密封。所以預密 封比壓越大越好。(X )5正壓操作的盛裝氣體(在設計溫度下不冷凝)的圓筒形處貯罐，采用雙鞍式支座支承時，可以不 必驗算其軸向的拉應力。(X)四、工程應用題A組：1 .選擇設備法蘭密封面型式及墊片介質公稱壓力PN 介質溫度(MPac適宜密封面型式墊片名稱及材料丙烷1.0150蒸汽1.6200液氨2.5氫氣

50、4.0200平形平形<50凹凸或棒槽凹凸耐油橡膠石棉墊/耐油橡膠石棉板石棉橡膠墊/中壓石棉橡膠板石棉橡月墊圈/中壓石棉橡膠板纏繞式墊圈/08(15)鋼帶-石棉帶2 .試為一精微塔配塔節(jié)與封頭的聯接法蘭及出料口接管法蘭。已知條件為：塔體內徑800mm接管公稱直徑100mm操作溫度300C,操作壓力 0.25MPa,材質Q235-AR。繪出法蘭結構圖并注明尺【解】(1) 塔節(jié)與封頭的聯接法蘭一一容器法蘭根據該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯接的法蘭應該選用甲型平焊法蘭。根 據操作溫度、設計壓力和使用材料，由表 6-4可知應按法蘭的公稱壓力為0.6MPa來選擇尺寸。由附錄十四表32

51、查得法蘭各部尺寸，并繪注于圖1中。由表6-1可采用平面密封面，墊片材料為石棉橡膠板，寬度從表 6-3中查得值為20mm聯接螺栓為M 20,共24個，材料由表6-6查得為35。螺母 材料為Q 235- Ao(2)出料口接管法蘭一一管法蘭根據計算壓力、法蘭材質和工作溫度查附錄十五表34,確定接管法蘭的公稱壓力為0.25 MPa；根據公稱壓力、公稱直徑按表6-10確定法蘭類型和密封面型式為突面板式平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592法蘭PL100-0.25 RF Q235-A 。根據公稱壓力、工作溫度由附錄十五表35查得墊片選用石棉橡膠墊圈，螺栓、螺柱材質為35。由表36得法蘭各部尺寸及螺栓、螺柱規(guī)格，并繪于圖2中。圖1甲型平焊法蘭（容器法蘭）（法蘭-RF 800-0.6 JB4702-92）圖2突面板式平焊管法蘭（HG20592法蘭PL100-0.25 RF Q235-A ）6.有一臥式圓筒形容器，DN=3000mm最大重量為100噸，材質為16MnR選擇雙鞍式支座標準。【解】每個支座上的載荷3 mg 100 10