過程設(shè)備設(shè)計答案(簡答題和計算題)

1、.1. 壓力容器主要由哪幾部分組成 ?分別起什么作用 ?答：壓力容器由筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座、安全附件六大部件組成。筒體的作用：用以儲存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間。封頭的作用：與筒體直接焊在一起，起到構(gòu)成完整容器壓力空間的作用。密封裝置的作用：保證承壓容器不泄漏。開孔接管的作用：滿足工藝要求和檢修需要。支座的作用：支承并把壓力容器固定在基礎(chǔ)上。安全附件的作用：保證壓力容器的使用安全和測量、控制工作介質(zhì)的參數(shù)，保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進(jìn)行。2. 介質(zhì)的毒性程度和易燃特性對壓力容器的設(shè)計、制造、使用和管理有何影響？答：介質(zhì)毒性程度越高，壓力容器爆炸或泄漏所造

2、成的危害愈嚴(yán)重，對材料選用、制造、檢驗(yàn)和管理的要求愈高。如Q235-A 或 Q235-B 鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器；盛裝毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的容器制造時，碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)力逐張進(jìn)行超聲檢測，整體必須進(jìn)行焊后熱處理，容器上的A、 B 類焊接接頭還應(yīng)進(jìn)行 100%射線或超聲檢測，且液壓試驗(yàn)合格后還得進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。而制造毒性程度為中度或輕度的容器，其要求要低得多。毒性程度對法蘭的選用影響也甚大，主要體現(xiàn)在法蘭的公稱壓力等級上，如內(nèi)部介質(zhì)為中度毒性危害，選用的管法蘭的公稱壓力應(yīng)不小于1.0MPa ；內(nèi)部介質(zhì)為高度或極度毒性危害，選用的管法蘭的公稱壓力應(yīng)不小于

3、1.6MPa，且還應(yīng)盡量選用帶頸對焊法蘭等。易燃介質(zhì)對壓力容器的選材、設(shè)計、制造和管理等提出了較高的要求。如Q235-A· F 不得用于易燃介質(zhì)容器；Q235-A 不得用于制造液化石油氣容器；易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫（包括角焊縫）均應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)等。3. 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程在確定壓力容器類別時，為什么不僅要根據(jù)壓力高低，還要視壓力與容積的乘積pV 大小進(jìn)行分類？ 答：因?yàn)?pV 乘積值越大，則容器破裂時爆炸能量愈大，危害性也愈大，對容器的設(shè)計、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求愈高。1.一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對稱問題的條件是什么?幾何形狀承受載荷邊界支承材料性質(zhì)均對旋轉(zhuǎn)軸對稱2.

4、推導(dǎo)無力矩理論的基本方程時， 在微元截取時， 能否采用兩個相鄰的垂直于軸線的橫截面代替教材中與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面？ 為什么？答：不能。如果采用兩個相鄰的垂直于軸線的橫截面代替教材中與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面，這兩截面與殼體的兩表面相交后得到的兩殼體表面間的距離大于實(shí)際殼體厚度，不是實(shí)際殼體厚度。建立的平衡方程的內(nèi)力與這兩截面正交，而不是與正交殼體兩表面的平面正交，在該截面上存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，而不是只有正應(yīng)力，使問題復(fù)雜化。3. 試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭采用長短軸之比a/b=2 的原因。 答：a/b=2 時，橢圓形封頭中的最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力相等，使橢圓形封頭在同樣壁厚的情況下承受

5、的內(nèi)壓力最大，因此GB150稱這種橢圓形封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭4.何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有哪些特征，其中與兩個參數(shù)的物理意義是什么？答：回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)：附加力和力矩產(chǎn)生的變形在組合殼連接處附近較大，很快變小，對應(yīng)的邊緣應(yīng)力也由較高值很快衰減下來，稱為“不連續(xù)效應(yīng)”或“邊緣效應(yīng)”。x不連續(xù)應(yīng)力有兩個特征：局部性和自限性。局部性：從邊緣內(nèi)力引起的應(yīng)力的表達(dá)式可見，這些應(yīng)力是 的函數(shù)隨 e著距連接處距離的增大，很快衰減至 0。不自限性：連續(xù)應(yīng)力是由于毗鄰殼體，在連接處的薄膜變形不相等，兩殼體連接邊緣的變形受到彈性約束所致，對于用塑性材料制造的殼體，當(dāng)連接邊緣的局部產(chǎn)生塑性變形，彈性約束

6、開始緩解，變形不會連續(xù)發(fā)展，不連續(xù)應(yīng)力也自動限制，這種性質(zhì)稱為不連續(xù)應(yīng)力的自限性。的物理意義：43 12反Rt映了材料性能和殼體幾何尺寸對邊緣效應(yīng)影響范圍。該值越大，邊緣效應(yīng)影響范圍越小。Rt 的物理意義：該值與邊緣效應(yīng)影響范圍的大小成正比。反映邊緣效應(yīng)影響范圍的大小。5. 單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時，其應(yīng)力分布有哪些特征？當(dāng)承受內(nèi)壓很高時，能否僅用增加壁厚來提高承載能力，為什么？ 答：應(yīng)力分布的特征：1 周向應(yīng)力 及軸向應(yīng)力z 均為拉應(yīng)力（正值），徑向應(yīng)力r 為壓應(yīng)力（負(fù)值）。在數(shù)值上有如下規(guī)律：內(nèi)壁周向應(yīng)力 有最大值，其值為：Km axp iK221 ，而在外壁處減至最小，其值為12，內(nèi)外壁之

7、差為 p ；徑向應(yīng)力內(nèi)壁處為-p，隨著 r 增加，徑向應(yīng)力絕對值逐漸減小，在外壁處iiminp i K 21 r =0。 軸向應(yīng)力為一常量，沿壁厚均勻分布，且為周向應(yīng)力與徑向應(yīng)力和的一半，即r。 除 z 外，23z2;.其他應(yīng)力沿厚度的不均勻程度與徑比K 值有關(guān)。不能用增加壁厚來提高承載能力。因內(nèi)壁周向應(yīng)力 有最大值，其值為：K2maxp i K2分母值都增加，當(dāng)徑比大到一定程度后，用增加壁厚的方法降低壁中應(yīng)力的效果不明顯。1 ，隨 K 值增加，分子和16. 單層厚壁圓筒同時承受內(nèi)壓pi 與外壓 po 用時，能否用壓差p pi po代入僅受內(nèi)壓或僅受外壓的厚壁圓筒筒壁應(yīng)力計算式來計算筒壁應(yīng)力？

8、為什么？答：不能。從Lamè公式可以看出各應(yīng)力分量的第一項(xiàng)與內(nèi)壓力和外壓力成正比， 并不是與ppipo 成正比。而徑向應(yīng)力與周向應(yīng)力的第二項(xiàng)與ppipo 成正比。因而不能用 ppi po 表示。7. 單層厚壁圓筒在內(nèi)壓與溫差同時作用時，其綜合應(yīng)力沿壁厚如何分布？筒壁屈服發(fā)生在何處？為什么？答：單層厚壁圓筒在內(nèi)壓與溫差同時作用時，其綜合應(yīng)力沿壁厚分布情況題圖。內(nèi)壓內(nèi)加熱時，綜合應(yīng)力的最大值為周思考題 7向應(yīng)力，圖在外壁，為拉伸應(yīng)力； 軸向應(yīng)力的最大值也在外壁，也是拉伸應(yīng)力，比周向應(yīng)力值小；徑向應(yīng)力的最大值在外壁，等于0。內(nèi)壓外加熱，綜合應(yīng)力的最大值為周向應(yīng)力，在內(nèi)壁，為拉伸應(yīng)力；軸向應(yīng)

9、力的最大值也在內(nèi)壁，也是拉伸應(yīng)力，比周向應(yīng)力值??；徑向應(yīng)力的最大值在內(nèi)壁，是壓應(yīng)力。筒壁屈服發(fā)生在：內(nèi)壓內(nèi)加熱時，在外壁；內(nèi)壓外加熱時，在內(nèi)壁。是因?yàn)樵谏鲜鰞煞N情況下的應(yīng)力值最大。r8. 為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程drrdr，在彈塑性應(yīng)力分析中同樣適用？答：因平衡方程的建立與材料性質(zhì)無關(guān)，只要彈性和彈塑性情況下的其它假定條件一致，建立的平衡方程完全相同。r9. 一厚壁圓筒，兩端封閉且能可靠地承受軸向力，試問軸向、環(huán)向、徑向三應(yīng)力之關(guān)系式z2，對于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立，為什么？答：對于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段都成立。在彈性階段成立在教材中已經(jīng)有推導(dǎo)過程，該式是成

10、立的。由拉美公式可見，成立的原因是軸向、環(huán)向、徑向三應(yīng)力隨內(nèi)r外壓力變化，三個主應(yīng)力方向始終不變，三個主應(yīng)力的大小按同一比例變化，由式z2可見，該式成立。對理想彈塑性材料，從彈性段進(jìn)入塑性段，在保持加載的情況下，三個主應(yīng)力方向保持不變，三個主應(yīng)力的大小仍按同一比例變化，符合簡單加載條件，根據(jù)塑性力學(xué)理論，可用全量理論求解，上式仍成立。10. 有兩個厚壁圓筒，一個是單層，另一個是多層圓筒，二者徑比K 和材料相同，試問這兩個厚壁圓筒的爆破壓力是否相同？為什么？ 答：從爆破壓力計算公式看，理論上相同，但實(shí)際情況下一般不相同。爆破壓力計算公式中沒有考慮圓筒焊接的焊縫區(qū)材料性能下降的影響。單層圓筒在厚壁

11、情況下，有較深的軸向焊縫和環(huán)向焊縫，這兩焊縫的焊接熱影響區(qū)的材料性能變劣，不易保證與母材一致，使承載能力下降。而多層圓筒，不管是采用層板包扎、還是繞板、繞帶、熱套等多層圓筒沒有軸向深焊縫，而軸向深焊縫承受的是最大的周向應(yīng)力，圓筒強(qiáng)度比單層有軸向深焊縫的圓筒要高，實(shí)際爆破時比單層圓筒的爆破壓力要高。11.預(yù)應(yīng)力法提高厚壁圓筒屈服承載能力的基本原理是什么？答：使圓筒內(nèi)層材料在承受工作載荷前，預(yù)先受到壓縮預(yù)應(yīng)力作用，而外層材料處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)圓筒承受工作壓力時，筒壁內(nèi)的應(yīng)力分布按拉美公式確定的彈性應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加而成。內(nèi)壁處的總應(yīng)力有所下降，外壁處的總應(yīng)力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的應(yīng)力分布。從

12、而提高圓筒的初始屈服壓力，更好地利用材料。12.承受橫向均布載荷的圓形薄板，其力學(xué)特征是什么？其承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是什么？答：承受橫向均布載荷的圓形薄板， 其力學(xué)特征是： 承受垂直于薄板中面的軸對稱載荷； 板彎曲時其中面保持中性； 變123形前位于中面法線上的各點(diǎn)，變形后仍位于彈性曲面的同一法線上，且法線上各點(diǎn)間的距離不變；4 平行于中面的各;.層材料互不擠壓。其承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是：薄板內(nèi)的應(yīng)力分布是線性的彎曲應(yīng)力，最大應(yīng)力出現(xiàn)有板面，其值與p R t 2 成正比；而薄壁殼體內(nèi)的應(yīng)力分布是均勻分布，其值與p R t 成正比。同樣的R t 情況下，按薄板和薄

13、殼的定義，R t 2R t ，而薄板承受的壓力p 就遠(yuǎn)小于薄殼承受的壓力p 了。13. 試比較承受均布載荷作用的圓形薄板，在周邊簡支和固支情況下的最大彎曲應(yīng)力和撓度的大小和位置。13 pR2wmaxfpR42答： 周邊固支情況下的最大彎曲應(yīng)力和撓度的大小為：max264 D 周邊簡支情況下的最大彎曲應(yīng)4t力和撓度的大小為：3 3pR 2spR453max2wmax1 應(yīng)力分布：周邊簡支的最大應(yīng)力在板中心；周邊固支的8t64 D最大應(yīng)力在板周邊。兩者的最大撓度位置均在圓形薄板的中心。4周邊簡支與周邊固支的最大應(yīng)力比值w maxs50.350.34.08w maxf110.3其結(jié)果繪于下圖sr m

14、ax frmax30 .3周邊簡支與周邊固支的最大撓度比值21.6514.試述承受均布外壓的回轉(zhuǎn)殼破壞的形式，并與承受均布內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)殼相比有何異同？答：承受均布外壓的回轉(zhuǎn)殼的破壞形式主要是失穩(wěn)，當(dāng)殼體壁厚較大時也有可能出現(xiàn)強(qiáng)度失效；承受均布內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)殼的破壞形式主要是強(qiáng)度失效，某些回轉(zhuǎn)殼體，如橢圓形殼體和碟形殼體，在其深度較小，出現(xiàn)在赤道上有較大壓應(yīng)力時，也會出現(xiàn)失穩(wěn)失效。15. 試述有哪些因素影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力？提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，采用高強(qiáng)度材料是否正確，為什么？ 答：影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力的因素有：殼體材料的彈性模量與泊松比、長度、直徑、壁厚、圓柱殼的不圓

15、度、局部區(qū)域的折皺、鼓脹或凹陷。提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，采用高強(qiáng)度材料不正確，因?yàn)楦邚?qiáng)度材料的彈性模量與低強(qiáng)度材料的彈性模量相差較小，而價格相差往往較大，從經(jīng)濟(jì)角度不合適。但高強(qiáng)度材料的彈性模量比低強(qiáng)度材料的彈性模量還量要高一些，不計成本的話，是可以提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力的。16.求解內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應(yīng)力有哪幾種方法？應(yīng)力集中系數(shù)法數(shù)值解法實(shí)驗(yàn)測試法經(jīng)驗(yàn)公17.圓柱殼除受到壓力作用外，還有哪些從附件傳遞過來的外加載荷？還有通過接管或附件傳遞過來的局部載荷，如設(shè)備自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的約束反力、溫度變化引起的載荷等18.組合載荷作用下，殼體上局部應(yīng)力的求

16、解的基本思路是什么？試舉例說明。答：組合載荷作用下，殼體上局部應(yīng)力的求解的基本思路是：在彈性變形的前提下，殼體上局部應(yīng)力的總應(yīng)力為組合載荷的各分載荷引起的各應(yīng)力分量的分別疊加，得到總應(yīng)力分量。如同時承受內(nèi)壓和溫度變化的厚壁圓筒內(nèi)的綜合應(yīng)力計算。3壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響1.壓力容器用鋼有哪些基本要求？答：有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性、制造性能和與介質(zhì)相容性。2.影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素主要有哪些？主要有溫度高低、載荷波動、介質(zhì)性質(zhì)、加載速率等。3.為什么要控制壓力容器用鋼中的硫、磷含量？答：因?yàn)榱蚰艽龠M(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強(qiáng)度，但會增加鋼的脆

17、性，特別是低溫脆性。將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純凈度，可提高鋼材的韌性、抗中子輻照脆化能力，改善抗應(yīng)變時效性能、抗回火脆性性能和耐腐蝕性能。;.4. 為什么說材料性能劣化引起的失效往往具有突發(fā)性？工程上可采取哪些措施來預(yù)防這種失效？答：材料性能劣化主要表現(xiàn)是材料脆性增加，韌性下降，如材料的低溫脆化；高溫蠕變的斷裂呈脆性、珠光體球化、石墨化、回火脆化、氫腐蝕和氫脆；中子輻照引起材料輻照脆化。外觀檢查和無損檢測不能有效地發(fā)現(xiàn)脆化，在斷裂前不能被及時發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)事故前無任何征兆，具有突發(fā)性。工程上可采取預(yù)防這種失效的措施有：對低溫脆化選擇低溫用鋼、高溫蠕變斷裂在設(shè)計時按蠕變

18、失效設(shè)計準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計、珠光體球化采用熱處理方法恢復(fù)性能、石墨化采用在鋼中加入與碳結(jié)合能力強(qiáng)的合金元素方法、回火脆性采用嚴(yán)格控制微量雜質(zhì)元素的含量和使設(shè)備升降溫的速度盡量緩慢、氯腐蝕和氫脆在設(shè)計時采用抗氫用鋼、中子輻照材料脆化在設(shè)計時預(yù)測及時更換。5.壓力容器選材應(yīng)考慮哪些因素？ 答：應(yīng)綜合考慮壓力容器的使用條件、零件的功能和制造工藝、材料性能、材料使用經(jīng)驗(yàn)、材料價格和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。4壓力容器設(shè)計1.為保證安全，壓力容器設(shè)計時應(yīng)綜合考慮哪些條件？具體有哪些要求？答：壓力容器設(shè)計時應(yīng)綜合考慮：材料、結(jié)構(gòu)、許用應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。壓力容器設(shè)計的具體要求：壓力容器設(shè)計就是根據(jù)給定的工藝設(shè)計

19、條件，遵循現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確地選擇材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度和密封設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，并滿足制造、檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；強(qiáng)（剛）度設(shè)計的內(nèi)容主要是確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度或剛度及穩(wěn)定性要求；密封設(shè)計主要是選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性能良好。2.壓力容器的設(shè)計文件應(yīng)包括哪些內(nèi)容？ 答：包括設(shè)計圖樣、技術(shù)條件、強(qiáng)度計算書，必要時還應(yīng)包括設(shè)計或安裝、使用說明書。若按分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，還應(yīng)提供應(yīng)力分析報告。3.壓力容器設(shè)計有哪些設(shè)計準(zhǔn)則？它們和壓力容器失效形式有什么關(guān)系？答：壓力容器設(shè)計準(zhǔn)則有： 1 強(qiáng)度失效設(shè)計準(zhǔn)則：彈性失效設(shè)

20、計準(zhǔn)則、塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則、爆破失效設(shè)計準(zhǔn)則、彈塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則、疲勞失效設(shè)計準(zhǔn)則、蠕變失效設(shè)計準(zhǔn)則、脆性斷裂失效設(shè)計準(zhǔn)則；2 剛度失效設(shè)計準(zhǔn)則； 3 穩(wěn)定失效設(shè)計準(zhǔn)則； 4泄漏失效設(shè)計準(zhǔn)則。彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則將容器總體部位的初始屈服視為失效，以危險點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到許用應(yīng)力為依據(jù)；塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則以整個危險面屈服作為失效狀態(tài)；爆破失效設(shè)計準(zhǔn)則以容器爆破作為失效狀態(tài)；彈塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則認(rèn)為只要載荷變化范圍達(dá)到安定載荷，容器就失效；疲勞失效設(shè)計準(zhǔn)則以在載荷反復(fù)作用下，微裂紋于滑移帶或晶界處形成，并不斷擴(kuò)展，形成宏觀疲勞裂紋并貫穿容器厚度，從而導(dǎo)致容器發(fā)生失效；蠕變失效設(shè)計準(zhǔn)則以在高溫下壓力容器產(chǎn)生蠕變

21、脆化、應(yīng)力松馳、蠕變變形和蠕變斷裂為失效形式；脆性斷裂失效設(shè)計準(zhǔn)則以壓力容器的裂紋擴(kuò)展斷裂為失效形式；剛度失效設(shè)計準(zhǔn)則以構(gòu)件的彈性位移和轉(zhuǎn)角超過規(guī)定值為失效；穩(wěn)定失效設(shè)計準(zhǔn)則以外壓容器失穩(wěn)破壞為失效形式；泄漏失效設(shè)計準(zhǔn)則以密封裝置的介質(zhì)泄漏率超過許用的泄漏率為失效。4.什么叫設(shè)計壓力？液化氣體儲存壓力容器的設(shè)計壓力如何確定？答：壓力容器的設(shè)計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力。液化氣體儲存壓力容器的設(shè)計壓力，根據(jù)大氣環(huán)境溫度，考慮容器外壁有否保冷設(shè)施，根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。5.一容器殼體的內(nèi)壁溫度為Ti ，外壁溫度為 To，通過傳熱計算得出的元件金屬截面的溫度平均值為T

22、 ，請問設(shè)計溫度取哪個？選材以哪個溫度為依據(jù)？答：設(shè)計溫度取元件金屬截面的溫度平均值T 。選材以元件金屬截面的溫度平均值為依據(jù)。6. 根據(jù)定義，用圖標(biāo)出計算厚度、設(shè)計厚度、名義厚度和最小厚度之間的關(guān)系；在上述厚度中，滿足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個？為什么？答： 計算厚度、設(shè)計厚度、名義厚度和最小厚度之間的關(guān)系2滿足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚1度是設(shè)計厚度。因?yàn)樵O(shè)計厚度是計算厚度加腐蝕裕量，計算厚度可以滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，再加上腐蝕裕量可以滿足壽命的要求。因?yàn)楦g裕量不一定比厚度負(fù)偏差加第一厚度圓整值的和小，最小厚度有可能比計算厚度小，而不能保

23、證壽命。7. 影響材料設(shè)計系數(shù)的主要因素有哪些？答：影響材料設(shè)計系數(shù)的主要因素有：應(yīng)力計算的準(zhǔn)確性、材料性能的均勻必、載荷的確切程度、制造工藝和使用管理的先進(jìn)性以及檢驗(yàn)水平等因素。8. 壓力容器的常規(guī)設(shè)計法和分析設(shè)計法有何主要區(qū)別？答：壓力容器的常規(guī)設(shè)計法和分析設(shè)計法的主要區(qū)別：1 常規(guī)設(shè)計法只考慮承受 “最大載荷 ”按一次施加的靜載，不考慮熱應(yīng)力和疲勞壽命問題；2 常規(guī)設(shè)計法以材料力學(xué)及彈性力學(xué)中的簡化模型為基礎(chǔ)，確定筒體與部件中平均應(yīng)力的大小，只要此值限制在以彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則所確定;.的許用應(yīng)力范圍內(nèi)，則認(rèn)為筒體和部件是安全的；3 常規(guī)設(shè)計法只解決規(guī)定容器結(jié)構(gòu)形式的問題，無法應(yīng)用于規(guī)范中未

24、包含的其他容器結(jié)構(gòu)和載荷形式，不利于新型設(shè)備的開發(fā)和使用；4 分析設(shè)計法對承受各種載荷、任何結(jié)構(gòu)形式的壓力容器進(jìn)行設(shè)計時，先進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計算出來，然后進(jìn)行應(yīng)力分類，再按不同的設(shè)計準(zhǔn)則來限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效。9. 薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強(qiáng)度設(shè)計的理論基礎(chǔ)是什么？有何區(qū)別？答： 1 當(dāng)滿足 /D 0.1 或 K 1.2 屬薄壁圓筒，否則屬厚壁圓筒。2強(qiáng)度設(shè)計的理論基礎(chǔ)是彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則。彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則是以危險點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到許用應(yīng)力為依據(jù)的。3。對于各處應(yīng)力相等的構(gòu)件，如內(nèi)壓薄壁圓筒，這種設(shè)計準(zhǔn)則是正確的。但是對于應(yīng)力分

25、布不均勻的構(gòu)件，如內(nèi)壓厚壁圓筒，由于材料韌性較好，當(dāng)危險點(diǎn)（內(nèi)壁）發(fā)生屈服時，其余各點(diǎn)仍處于彈性狀態(tài)，故不會導(dǎo)致整個截面的屈服，因而構(gòu)件仍能繼續(xù)承載。在這種情況下，彈性失效(一點(diǎn)強(qiáng)度 )設(shè)計準(zhǔn)則就顯得有些保守。10. 高壓容器的圓筒有哪些結(jié)構(gòu)形式？它們各有什么特點(diǎn)和適用范圍？答：1 高壓容器的圓筒的結(jié)構(gòu)形式有：多層包扎式、熱套式、繞板式、整體多層包扎式、繞帶式。2 特點(diǎn)和適用范圍： 1 多層包扎式：目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗(yàn)最為豐富的組合式圓筒結(jié)構(gòu)；制造工藝簡單，不需要大型復(fù)雜的加工設(shè)備；與單層式圓筒相比安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴(kuò)展的能力，減少了脆性破壞的可

26、能性，同時包扎預(yù)應(yīng)力可有效改善圓筒的應(yīng)力分布；但多層包扎式圓筒制造工序多、周期長、效率低、鋼板材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對接的深環(huán)焊縫對容器的制造質(zhì)量和安全有顯著影響。對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)介質(zhì)的特性選擇合適的內(nèi)筒材料。其制造范圍為最高操作壓力290MPa、操作溫度 -30350、筒體最小內(nèi)徑 380mm、筒體最大外直徑 6000mm 、重量 8501000 噸。 熱套式：采用厚鋼板卷焊成直徑不同但可過盈配合的筒2節(jié)，然后將外層筒節(jié)加熱到計算的溫度進(jìn)行套合，冷卻收縮后便得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。熱套式外筒對內(nèi)筒產(chǎn)生有一定量的預(yù)壓應(yīng)力，可提高容器的承載能力。具有包扎式圓筒的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)外，還具有工序

27、少，周期短的優(yōu)點(diǎn)。熱套式需較大尺寸的加工設(shè)備，熱套工藝要求技術(shù)高，不易制造較大直徑和長度的容器。其適用范圍與多層包扎式基本相同。 繞板式：材料利用率高、生產(chǎn)率高、材料供應(yīng)方便、制造過程中機(jī)械化程度高，占用生產(chǎn)面積小，工序少，適3用于大批量生產(chǎn)。適用于直徑大而長度短的容器，直徑越大，繞制越方便。4 整體多層包扎式：包扎時各層的環(huán)焊縫相互錯開，克服了多層包扎式筒節(jié)間的深環(huán)焊縫，圓筒與封頭或法蘭間的環(huán)焊縫改為一定角度的斜面焊縫，承載面積增大，具有高的可靠性。適用范圍與多層包扎式相同。5繞帶式：有型槽繞帶式和扁平鋼帶傾角錯繞式兩種。生產(chǎn)過程機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高、材料損耗少、存在預(yù)緊力，在內(nèi)壓作用下

28、，筒壁應(yīng)力分布均勻。型槽繞帶式的鋼帶尺寸公差要求嚴(yán)、技術(shù)要求高，需采用精度較高的專用纏繞機(jī)床。扁平鋼帶設(shè)計靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監(jiān)控容易。由于扁平鋼帶傾斜纏繞使筒體周向強(qiáng)度有所削弱。適用范圍與多層包扎式相同。11.高壓容器圓筒的對接深環(huán)焊縫有什么不足？如何避免？答：1 高壓容器圓筒的對接深環(huán)焊縫的不足：1 無損檢測困難，環(huán)焊縫的兩側(cè)均有層板，無法使用超聲檢測，僅能依靠射線檢測；2 焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫晶粒變粗大而韌性下降，因而焊縫質(zhì)量較難保證；3 環(huán)焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復(fù)雜。2 采用整體多層包扎式、繞帶式方法避免。12.對于內(nèi)壓厚壁圓筒，中徑公式也可按第

29、三強(qiáng)度理論導(dǎo)出，試作推導(dǎo)。解：高壓厚壁圓筒承受內(nèi)壓時沿壁厚分布的應(yīng)力，可分為兩類：平均應(yīng)力和應(yīng)力梯度。平均應(yīng)力滿足與載荷平衡的條件。如果載荷加大，平均應(yīng)力和所相應(yīng)的形變也因而增大，當(dāng)平均應(yīng)力超過材料的屈服限，將引起總體過度變形、甚至破壞，使筒體失效。應(yīng)力梯度是筒壁內(nèi)應(yīng)力中不均勻部分，在筒體內(nèi)壁面的應(yīng)力值最大，但僅僅是局部位置，隨半徑增加，應(yīng)力值下降，屬邊緣應(yīng)力，具有局部性，在材料塑性和韌性較好時，具有自限性。使容器失效的應(yīng)力是平均應(yīng)力。周向平均應(yīng)力和徑向平均應(yīng)力為：pDpD22rp 按第三強(qiáng)度理論rpD i22pD2tpp p D22t13.為什么 GB150 中規(guī)定內(nèi)壓圓筒厚度計算公式僅適用

30、于設(shè)計壓力p 0.4 t ？答：因形狀改變比能屈服失效判據(jù)計算出的內(nèi)壓厚壁圓筒初始屈服壓力與實(shí)測值較為吻合，因而與形狀改變比能準(zhǔn)則相對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度 eq4 能較好地反映厚壁圓筒的實(shí)際應(yīng)力水平eq43K2pcK21;.與中徑公式相對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度為K1e qm2Kpc1eq4eqm 隨徑比 K 的增大而增大。當(dāng)K=1.5 時，比值eq4eqm1.25 表明內(nèi)壁實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度是按中徑公式計算的應(yīng)力強(qiáng)度的 1.25 倍。由于 GB150取 ns=1.6，若圓筒徑比不超過1.5，仍可按中徑公式計算圓筒厚度。因?yàn)橐簤涸囼?yàn)（ pT=1.25p ）時，圓筒內(nèi)表面的實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度最大為許用應(yīng)力的1.25 ×

31、;1.25=1.56 倍，說明筒體內(nèi)表面金屬仍未達(dá)到屈服點(diǎn)，處于彈性狀態(tài)。當(dāng)K=1.5 時， =D(K-1)/2=0.25Di，代入中徑公式得：i0 . 25 D ip c D i0 . 5t1 . 25 p cp c0 . 4t2tp c這就是中徑公式的適用范圍規(guī)定為：ct的依據(jù)。p 0.4 14.橢圓形封頭、碟形封頭為何均設(shè)置短圓筒？答：短圓筒的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。15.從受力和制造兩方面比較半球形、橢圓形、碟形、錐殼和平蓋封頭的特點(diǎn)，并說明其主要應(yīng)用場合。答：從受力情況排序依次是半球形、橢圓形、碟形、錐殼和平蓋封頭，由好變差；從制造

32、情況順序正好相反。半球形封頭是從受力分析角度，最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量較大。半球形封頭常用在高壓容器上。橢圓形封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。碟形封頭由半徑為 R 的球面體、半徑為r 的過渡環(huán)殼和短圓筒等三部分組成。碟形封頭是一不連續(xù)曲面，在經(jīng)線曲率半徑突變的兩個曲面連接處，由于曲率的較大變化而存在著較大邊緣彎曲應(yīng)力。該邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部位，故受力狀況不佳。但過渡環(huán)殼的存在降低了封頭

33、的深度，方便了成型加工，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，使碟形封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。錐殼：由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)，錐殼的應(yīng)力分布并不理想，但其特殊的結(jié)構(gòu)形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒的中間過渡段，因而在中、低壓容器中使用較為普遍。平蓋封頭的應(yīng)力分布屬彎曲應(yīng)力，最大應(yīng)力與平蓋直徑的平方成正比，與板厚的平方成反比，受力狀況最差。但制造方便，在壓力容器上常用于平蓋封頭、人孔和手孔蓋、塔板等。16.螺栓法蘭連接密封中，墊片的性能參數(shù)有哪些？它們各自的物理意義是什么？答： 有墊片比壓力y 和墊片系數(shù)1m 兩個。 墊片比壓力 y 的物理意義為形成初始密封條件時墊片單位面積上所受的最小

34、壓緊力；墊片系數(shù)m 的物217.理意義為保證在操作狀態(tài)時法蘭的密封性能而必須施加在墊片上的壓應(yīng)力。法蘭標(biāo)準(zhǔn)化有何意義？選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭時，應(yīng)按哪些因素確定法蘭的公稱壓力？答： 簡化計算、降低成本、增加1互換性。 容器法蘭的公稱壓力是以16Mn 在 200時的最高工作壓力為依據(jù)制訂的，因此當(dāng)法蘭材料和工作溫度2不同時，最大工作壓力將降低或升高。在容器設(shè)計選用法蘭時，應(yīng)選取設(shè)計壓力相近且又稍微高一級的公稱壓力。當(dāng)容器法蘭設(shè)計溫度升高且影響金屬材料強(qiáng)度極限時，則要按更高一級的公稱壓力選取法蘭。18.法蘭強(qiáng)度校核時，為什么要對錐頸和法蘭環(huán)的應(yīng)力平均值加以限制？答：當(dāng)錐頸有少量屈服時，錐頸部分和法蘭環(huán)所承受

35、的力矩將重新分配，錐頸已屈服部分不能再承受載荷，其中大部分需要法蘭環(huán)來承擔(dān)，這就使法蘭環(huán)的實(shí)際應(yīng)力有可能超過單獨(dú)對錐頸和法蘭環(huán)的強(qiáng)度限制條件。因此為使法蘭環(huán)不產(chǎn)生屈服，保證密封可靠，需對錐頸部分和法蘭環(huán)的平均應(yīng)力加以限制。19.簡述強(qiáng)制式密封，徑向或軸向自緊式密封原理，并以雙錐環(huán)密封為例說明保證自緊密封正常工作的條件。答：強(qiáng)制密封的密封原理：依靠主螺栓的預(yù)緊作用，使墊片產(chǎn)生一定的塑性變形，填滿壓緊面的高低不平處，從而達(dá)到密封目的。徑向自緊式密封原理：依靠密封元件在容器內(nèi)部介質(zhì)壓力下，使徑向剛度小的密封元件產(chǎn)生徑向變形，壓緊在徑向剛度大的被連接件上，形成密封比壓達(dá)到密封的目的。軸向自緊式密封原理

36、：依靠密封元件在容器內(nèi)部介質(zhì)壓力下，使軸徑向剛度小的密封元件產(chǎn)生軸徑向變形，壓緊在軸徑向剛度大的被連接件上，形成密封比壓達(dá)到密封的目的。如圖所示的雙錐環(huán)密封，在預(yù)緊狀態(tài)，擰緊主螺栓使襯于雙錐環(huán)兩錐面上的軟金屬墊片和平蓋、筒體端部上的錐面相接觸并壓緊，導(dǎo)致兩錐面上的軟金屬墊片達(dá)到足夠的預(yù)緊密封比壓；同時，雙錐環(huán)本身產(chǎn)生徑向收縮，使其內(nèi)圓柱面和平蓋凸出部分外圓柱面間的間隙消失而緊靠在封頭凸出部分上。為保證預(yù)緊密封，兩錐面上的比壓應(yīng)達(dá)到軟金屬墊片所需的預(yù)緊密封比壓。內(nèi)壓升高時，平蓋有向上抬起的趨勢，從而使施加在兩錐面上的、在預(yù)緊時所達(dá)到的比壓趨;.27. 一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別是什么？有

37、“自限性” ，峰值應(yīng)力具有高度的“局部性” 。.于減小；雙錐環(huán)由于在預(yù)緊時的徑向收縮產(chǎn)生回彈，使兩錐面上繼續(xù)保留一部分比壓；在介質(zhì)壓力的作用下，雙錐環(huán)內(nèi)圓柱表面向外擴(kuò)張，導(dǎo)致兩錐面上的比壓進(jìn)一步增大。為保持良好的密封性，兩錐面上的比壓必須大于軟金屬墊片所需要的操作密封比壓。20. 按 GB150 規(guī)定，在什么情況下殼體上開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)？為什么這些孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)？答： GB150 規(guī)定：當(dāng)在設(shè)計壓力2.5MPa 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑89mm 時，滿足下表的情況下，可不補(bǔ)強(qiáng)接管公稱外徑253238454857657689

38、最小厚度3.54.05.06.0因?yàn)檫@些孔存在一定的強(qiáng)度裕量，如接管和殼體實(shí)際厚度往往大于強(qiáng)度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；焊接接頭系數(shù)小于 1 但開孔位置不在焊縫上。這些因素相當(dāng)于對殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此，可以不預(yù)補(bǔ)強(qiáng)。21. 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時，GB150 對其使用范圍作了何種限制，其原因是什么？答：用在靜載、常溫、中低壓情況下；材料標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa；補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 1.5 n； n 38mm。原因?yàn)椋貉a(bǔ)強(qiáng)圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體

39、采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。22. 在什么情況下，壓力容器可以允許不設(shè)置檢查孔？答：符合下列條件之一可不開孔： 1筒體內(nèi)徑 300mm 的壓力容器；容器上設(shè)有可拆卸的封頭、蓋板或其他能夠開關(guān)的蓋子，其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規(guī)定檢查孔的2尺寸；無腐蝕或輕微腐蝕，無需做內(nèi)部檢查和清理的壓力容器；4制冷裝置用壓力容器；5換熱器。323. 試比較安全閥和爆破片各自的優(yōu)缺點(diǎn)？在什么情況下必須采用爆破片裝置？答：安全閥的優(yōu)點(diǎn)：僅排放容器內(nèi)高于規(guī)定值的部分壓力，當(dāng)容器內(nèi)的壓力降至稍低于正常操作壓力時，能自動關(guān)閉，避免一旦容器超壓就把全部氣體排出而造成浪費(fèi)和中斷生產(chǎn)；可重復(fù)使用多次，安裝調(diào)整也比較容易。安全閥的缺點(diǎn)：密封性能較差，閥的開啟有滯后現(xiàn)象，泄壓反應(yīng)較慢。爆破片的優(yōu)點(diǎn)：密閉性能好，能做到完全密封；破裂速度快，泄壓反應(yīng)迅速。爆破片的缺點(diǎn)：泄壓后爆破片不