化工設(shè)備機械基礎(chǔ)作業(yè)答案匯總

1、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答、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（夕卜）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 14 X 3 25 X 3 45 X 3.5 57 X 3.5 108 X 4DN (mm)102040501004、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力 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第三章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析一、名詞解釋A組：1薄壁容器

2、：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。8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)生屈服進入塑性變形階段時，彈性約束開始緩解， 原來

3、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)橫截面為正六角形的柱殼。(X)(2)橫截面為圓的軸對稱柱冗。(V)(3)橫截面為橢圓的柱冗。(X)(4)橫截面為圓的橢球冗。(V)(5)橫截面為半圓的柱殼。(X)(6)橫截面為圓的錐形冗。(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Ri r2，則該點的兩向應(yīng)力m 。（V）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

4、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。（V）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。（V）2. 由于圓錐形容器錐頂部分應(yīng)力最小，所以開空宜在錐頂部分。（V）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。(V)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

5、何情況下，都必須首先考慮采用 半球形封頭。 (X)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 150C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 pc=( 1.76 )Mpa; 水壓試驗壓力 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,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 Smin=( 3 )mm;對于高合金鋼制容器 ，其最小壁厚 Smin=(2

6、 )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V ;非者畫X )1. 厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板，其屈服點是不同的，且60mm厚鋼板的s大于6mm厚鋼板的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bs(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)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

7、)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b s( b 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=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=1.1 pw =2.2MPa (裝有安全

8、閥)；Di= DN=2000mm（ 鋼板卷制）;Sn =22mm; Se = Sn -C=20mm 0 =0.85 （題中給定）；C=2mm （題中給定）.（2）最大工作應(yīng)力：Pc(Di Se)2Se22 (2000 20)2 20111.1MPa92、某球形內(nèi)壓薄壁容器，內(nèi)徑為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d t=i47MPa.【解】（1）確定參數(shù)：Di =10m; Sn =22mm;$ =1.0; C=2mm; d t =147MPa.Se = S n -C=20mm.（2）最

9、大工作壓力：球形容器Pw4 SeD i Se41471.02010000 201.17 MP a3、某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5C105C ,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)：Di =1600mm; tw=5105 C ;pw=1.6MPa;pc=1.1 pw =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 d t =112.9MPa （按教材附錄9表16-2

10、，內(nèi)插法取值）d =137MPa（2）計算厚度：pcDi1.76 1600S J14.8mm2 tpc2 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=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）水壓試驗校核叮 .9 s有效壁厚Se = Sn -C=16-0.8=15.2mm試驗壓力Pt1.25P】 t1.25 1.761372.67 MPa112.9計算應(yīng)力PtQSe)2Se267 (1600 152)141.86MPa2 15.2應(yīng)力校核0.

11、9 s0.9205 0.85156.8 MPat .9 s水壓試驗強度足夠4、有一圓筒形乙烯罐，內(nèi)徑 Di=1600mm,壁厚 Sn=16mm,計算壓力為 pc=2.5MPa,工作溫度為-3.5C,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=3mm,試校核貯罐 強度?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di =1600mm; Sn =16mm; tw=-3.5 C; pc=2.5MPa.0 =0.85 （雙面焊對接接頭，局部探傷）16MnR : 常溫下的許用應(yīng)力=170 MPa設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力=170 MPa常溫度下的屈服點s = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 1

12、6 3 = 13 mm（2 ）強度校核最大允許工作壓力Pw Pwl2 F qDi Se2 170 0.85 131600 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Di=1400mm,計算壓力pc=1.8MPa,設(shè)計溫度為40C ,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 C ;0 =1.0 （雙面焊對接接頭,100%探傷）;C2=1mm.（介質(zhì)無大腐蝕性）

13、15MnVR :假設(shè)鋼板厚度：616mm，則：d t =177MPa , d =177MPa , s = 390 MPa（2）筒體壁厚設(shè)計:pcDi2 tpc1.8 14002 177 1.0 1.87.16mmC1=0.25mm (按教材表4-9取值，GB6654-94壓力容器用鋼板）C=C i+C2=1.25mm.名義壁厚：Sn=S+C+圓整, 圓整后，Sn =9mm.（3）筒體水壓試驗校核S+C=7.16+1.25=8.41mm.Pt (Di Se)2Se有效壁厚Se = Sn -C=9-1.25=7.75mm試驗壓力FT 1.25P-L41.25 1.8t1772.25MPa177計算

14、應(yīng)力Pt (Di Se)2.25T2Se(1400 了75)204.35MPa2 7.75應(yīng)力校核0.90.9 390 1 351MPat 0.9 s 二 筒體水壓試驗強度足夠第五章外壓圓筒與圭寸頭的設(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)生彈性失穩(wěn)。(X)2 18MnMoNbF鋼板的屈服點比 Q235-AR鋼板的屈服點高 108%因此，用18MnMoNb鋼板制造 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

15、臨界壓力比設(shè)計要求低10%后改用屈服點比20g高35%勺16MnF鋼板，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：Per不銹鋼 Per鋁 Per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)。e) 外壓

16、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) 夕卜壓圓筒的加強圈，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作用，該部分長度的范圍為(加強圈中心線兩側(cè)各為0.55 , D0Se的殼體)。四、工程應(yīng)用題A組：5-211、圖回答:中A, B, C點表示三個受外壓的鋼制圓筒，材質(zhì)為碳素鋼，bs=216MPa E=206GPa 試(1)(2)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)

17、 如果將圓筒改為鋁合金制造(b化的幅度大概是多少？(用比值n等于(或大于)幾？s=108MPa E=68.7GPa),它的許用外壓力有何變化？變P鋁/P銅=B【解】(1) A長圓筒，L/D0值較大，臨界壓力B短圓筒，臨界壓力 Per不僅與Se/D0有關(guān)，而且與L/D。有關(guān),Per僅與Se/Do有關(guān)，而與L/D。無關(guān)，失穩(wěn)時的波形數(shù) 失穩(wěn)時的波形數(shù)為n2的整數(shù)。n=2。C 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n2。(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=卩“鋁/Pcr =E 鋁/E 鋼=68.7/206=0.333許用外壓力下

18、降了 66.7%。2、有一臺聚乙烯聚合釜，其外徑為D=1580mm高L=7060mm(切線間長度)，有效厚度 S=11mm材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti ,試確定釜體的最大允許外壓力。(設(shè)計溫度為200C)【解】查表得 E=1.84 x 105MPadTLcr 1.17D0022155mmSe1.295Et(害)2.5(Di Se)D。D 0Lcr- t 1625.2mmSe tLcr L Lcr 該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力Fcr2.59Et(存)2500.42MPaD。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)計一臺氨合成塔內(nèi)筒的厚

19、度，已知內(nèi)筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，內(nèi)筒壁溫最高可達(dá) 450C,合成塔內(nèi)系統(tǒng)的總壓力降為0.5MPa。【解】已知 D0=410mm, L=4000mm, E=1.64 x 10 MPa,計算外壓 P=0.5MPa(1)假設(shè)塔內(nèi)筒名義厚度 Sn=8mm取壁厚附加量 C=2mmSe=S n-C=8-2=6mm L/D 0=9.76Do/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=88MPaB88P1.29MPaDo/Se68.3Pc=0.5MPa, Pc vv P，說明假設(shè)的 Sn=8mn偏大。(1

20、)重新假設(shè) Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D0=9.76Do/Se=102.5(2)求A值杳圖5-5得 A= 0.0014(3)求B值杳圖5-12得 B=78MPaB78P0.76MPaD0 / Se102.5Pc=0.5MPa, Pc v P，且較接近，故取 Sn=6mn合適該內(nèi)筒采用Sn=6mm的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Se=2mm材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti , 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10-3mmHg問不設(shè)置加強圈能否被抽癟？如果需要加

21、強圈，則需要幾個？【解】確定計算外壓力：,.,.3/真空度=大氣壓-絕壓=760-10 =759.99 mmHg0.1 759.997600.09999 0.1 MPa查表得：Et=l.95 M05MPa(1) 取壁厚附加量 C=2mm有效厚度 Se=2mm則名義厚度 Sn= Se+C=2+2=4mmD0= Di+2Sn=800+8=808mmL/D 0=1.86D0/Se=404(2)求 A值 查圖 5-5 得 A= 0.000085（3）求B值查圖5-12 A點落在曲線左側(cè)，計算 B值:22BEfA195 103 0.000085 11.05MPa33(4)P BD / Se罟 .027M

22、Pa PcP設(shè)置加強圈所需加強圈最大間距Do （ Se ）2.5PcDoLs 0.86Ef不設(shè)置加強圈會被抽癟0.86 195 103 808 (Z)2.5404.5mm0.1 808加強圈個數(shù):n 1Ls需設(shè)三個加強圈取整，n=3（5）驗算Le=L/4=1500/4=375mm設(shè)三個加強圈，則：Le=L/4=1500/4=375mmLe/D0=0.464D 0/Se=404查圖 5-5 得 A=0.00035 ,查圖 5-12，得 B=45MPaB 45P0.11MPaD0/Se 404因為Pcv P，且十分接近，故至少需設(shè)三個加強圈。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

23、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。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）。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w七）軸向壓力應(yīng)為（壓W七）和（軸向許用壓縮應(yīng)力ac的較小值）B組：1采用雙鞍座時，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(O.25)Do,且A不大于(0.2 ) L2在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鞍座包角有B = (120 ) 和B = (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 max 2d,d 2 n 2 nt)外側(cè)有效補強高度是(m