化工機械設(shè)備課后題答案

1、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答第一篇：化工設(shè)備材料第一章化工設(shè)備材料及其選擇一.名詞解釋A組：1 .蠕變：在高溫時，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時間而增加的現(xiàn)象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻?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，總伸長的長度與原始長度之比的百分率。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b =Ee，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(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：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(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(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(nèi)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(yīng)，放出大量CO氣體，造成沸騰現(xiàn)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(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%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(xué)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(xì)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(jìn)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(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。要求零件的強度、韌性、塑性等機械性能都較好時，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SW 0.055%, PW 0.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表鋼材屈服點的字母、屈服點數(shù)值、材料質(zhì)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(zhì)碳素鋼：含硫，磷等較少（含硫 S、磷P均W 0.04%）,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。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，對其性能要求 也較（Wj。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，對壓力容器用

7、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(jù)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(zhì)接觸的面積，mi；t:腐蝕作用的時間，h;（2） 根

8、據(jù)金屬的腐蝕深度評定金屬的腐蝕速度。根據(jù)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(dāng)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(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，腐蝕過程沒有電流產(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，其特點是在腐蝕過程中有電流 產(chǎn)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(chǎn)生腐蝕，使材料的機械強度和塑性顯著下降,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，當(dāng)電位降至陽極起始電位 時，金屬設(shè)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)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(shè)備介質(zhì)設(shè)計溫 度/ c設(shè)計壓力/MPa供選材料應(yīng)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(cè)殼體 內(nèi)襯轉(zhuǎn)化氣(H2,CO2,N2,CO,H2O,CHt,Ar)89010003.1418MnMoNbR 0Cr13, Q235-A- R, Cr25Ni20 , 0Cr18Ni9Ti , Cr22Ni14NCr25Ni20化工設(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答第二篇：化工容器設(shè)計第二章容器設(shè)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(dá)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(nèi) 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(shè)備）及條件類別11500,設(shè)計壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐三2設(shè)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(shè)計壓力為2

15、.5Mpa的糖玻璃容器三B組:序號容器（設(shè)備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器三2800,設(shè)計壓力為0.6Mpa,介質(zhì)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(nèi)）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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答第三章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)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(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)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)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(jīng)線的曲率半徑。6 .小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點位移都遠(yuǎn)小于壁厚。7 .區(qū)域平衡方程式：計算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(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。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，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)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(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(nèi)壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長軸與筒體軸線平行。（X）3,薄壁回轉(zhuǎn)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(yīng)力m 。（，）4.因為內(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，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。（X ）5,按無力矩理論求得的應(yīng)力稱為薄膜應(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，只充滿液體，因為圓筒內(nèi)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(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

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(zhuǎn)軸，則殼體上任何一點用薄膜理論應(yīng)力公式求解的應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上諸點的薄膜應(yīng)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(biāo) x=600mmab 101%05 2標(biāo)準(zhǔn)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(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

22、均直徑為816 mm,壁厚為16 mm,試求汽包圓筒壁被的薄膜應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(yīng)力的和的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?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(yīng)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(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)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(shè)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(chǎn)(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<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(nèi)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(zhì),上部氣體壓力最高達(dá) 0.5MPa,工作溫度w 100 C ,試確定該容器的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)碟形封頭之王面部分內(nèi)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(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不論理論計算值怎樣小，當(dāng)KW 1時，其值應(yīng)小于封頭 內(nèi)直徑的（0.15 ）%;K>1時,Se應(yīng)不小于封頭內(nèi)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(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)計溫度下的屈服點。s（t）時，即宣告該容器已經(jīng)“失效”.（V ）3 .安全系數(shù)是一個不斷發(fā)

28、展變化的數(shù)據(jù)，按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢，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，焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而減小.（ X ）5 .由于材料的強度指標(biāo)b b和er s（ er 0.2）是通過對試件作單向拉伸試驗而側(cè)得，對于二向或三向應(yīng)力狀態(tài)，在建立強度條件時，必須借助于強度理論將其轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的相 當(dāng)應(yīng)力.（V ）四、工程應(yīng)用題A組：1、有一 DN2000mm（勺內(nèi)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(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

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(yīng)力：Pc(Di Se)2Se2.2 (2000 20)2 20111.1MPaa2、某球形內(nèi)壓薄壁容器，內(nèi)徑為D=10m,厚度為Sn=22mm若令焊接接頭系數(shù)。=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(yīng)力（rt=147MPa.【解】（1）確定參數(shù)：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(yīng)釜，內(nèi)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(shè)計釜體厚度?！窘狻浚?）確定參數(shù)：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(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時）材質(zhì)：0Cr18Ni9Ti ,

31、 =112.9MPa （按教材附錄 9表16-2 ,內(nèi)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(yīng)力R(Di Se)2Se2

32、.67 (1600 15.2)2 15.2141.86MPa應(yīng)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(nèi)徑D=1600mm壁厚&=16mm計算壓力為pc=2.5MPa,工作溫度為-3.5 C, 材質(zhì)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(shù)：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(yīng)力s = 170 MPa設(shè)計溫度下的許用應(yīng)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(shè)計容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑D=1400mm計算壓力pc=1.8MPa,設(shè)計溫度為 40 C ,材質(zhì)為15MnVR介質(zhì)無大腐蝕性.雙面焊對接接頭，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)：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(zhì)無大腐蝕性）15MnVR假設(shè)鋼板厚度：616mm ,則： / =177MPa , b =177MPa , Ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設(shè)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(yīng)力Pt (Di2SeSe)2.25 (1400 7.75)204.35MPa2 7.75應(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)果看，最佳方案是選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)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(zhì)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(shè)計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。（X ）3 .設(shè)計某一鋼制外壓短圓筒時， 發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設(shè)計要求低10%后改用屈服點比20g高35%勺16MnR!W板，即可滿足設(shè)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(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù) n= （2）;短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時波形數(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，其環(huán)向應(yīng)力b e=（PD/2S）, 經(jīng)向應(yīng)力b m （PD/4S）,它們均是（壓）應(yīng)力，且與圓筒的長度 L （無）關(guān)。c） 外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為=（1）;設(shè)計外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m= （3）。d）外壓圓筒的加強圈，其作用是將（長）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。加強圈的慣性矩應(yīng)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(shè)置加強圈后，對靠近加強圈的兩側(cè)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(cè)各為0.55 jD0Se的殼體）。四、工程應(yīng)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(zhì)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(shù)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(guān)，而與L/D0無關(guān)，失穩(wěn)時的波形數(shù)n=2oB一短圓筒，臨界壓力P

40、cr不僅與Se/D。有關(guān)，而且與L/D。有關(guān)，失穩(wěn)時的波形數(shù)為 n>2的整數(shù)。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(shù)為n>2o(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/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(zhì)為0a18Ni9Ti ,試確定釜體的最大允許外壓力。(設(shè)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(shè)計一臺氨合成塔內(nèi)筒的厚度，已知內(nèi)筒外徑為 D0=410mm筒長L=4000mm材質(zhì)為0CN8Ni9Ti ,內(nèi)筒壁溫最高可達(dá) 450 C,合成塔內(nèi)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(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/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(shè)的 Sn=8m喻大。0/Se=102.5(1)重新假設(shè) 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(nèi)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(zhì)為0518Ni9Ti ,由于其密閉性能要求較高，故須進(jìn)行真空試漏，試驗條件為絕對壓力10-3mnHg問不設(shè)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(cè)，計算 B值：2+2aB -EtA - 195 103 0.000085 11.05MPa 33P B 1105 0.027MPa D0/Se404 Pc>P.不設(shè)置加強圈會被抽癟(4)設(shè)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(shù)：n 1但0 1 2.7(個)Ls404.5取整，n=3需設(shè)三個加強圈(5)驗算設(shè)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(shè)三個加強圈。化工設(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答第六章容器零部件二、填空題：Aia：i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，采取適當(dāng)減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個數(shù)）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(biāo)準(zhǔn)尺寸系列時，是以（ 16MnR材料，在（200） C時的力學(xué)性能為基礎(chǔ)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(guān)。6臥式容器雙鞍座的設(shè)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(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。8臥式容器雙鞍座的設(shè)計中，筒體的最大軸向總應(yīng)力的驗算條件是：軸向應(yīng)力應(yīng)為（ 拉 t）軸向壓力應(yīng)為（壓W I和（軸向許用壓縮應(yīng)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(yīng)盡可能將支座設(shè)計的靠近封頭,即AW （ 0.25）D。，且A大于（0.2） L2在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(cè)有效補強高度是（min %”：仁,接管實際外伸高度 ）內(nèi)側(cè)有效補強高度是（min h2接管實際內(nèi)伸高度）4根據(jù)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(dāng)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(dāng)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(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，橢圓形人孔的尺寸為（400） X （ 250） mrmT （ 380） X （ 280） mm8現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計中，如欲減薄法蘭的厚度t,則應(yīng)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(lián) 接密封。(，)4法蘭連接中，預(yù)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(yù)密 封比壓越大越好。(X )5正壓操作的盛裝氣體(在設(shè)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(yīng)力。(X)四、工程應(yīng)用題A組：1 .選擇設(shè)備法蘭密封面型式及墊片介質(zhì)公稱壓力PN 介質(zhì)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(lián)接法蘭及出料口接管法蘭。已知條件為：塔體內(nèi)徑800mm接管公稱直徑100mm操作溫度300C,操作壓力 0.25MPa,材質(zhì)Q235-AR。繪出法蘭結(jié)構(gòu)圖并注明尺【解】(1) 塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭一一容器法蘭根據(jù)該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯(lián)接的法蘭應(yīng)該選用甲型平焊法蘭。根 據(jù)操作溫度、設(shè)計壓力和使用材料，由表 6-4可知應(yīng)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(lián)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(jù)計算壓力、法蘭材質(zhì)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(jù)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(biāo)記：HG20592法蘭PL100-0.25 RF Q235-A 。根據(jù)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(zhì)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(zhì)為16MnR選擇雙鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)?！窘狻棵總€支座上的載荷3 mg 100 10