化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)期末課堂大作業(yè)C

1、四川理工學(xué)院（2007 至2008 學(xué)年第 1學(xué)期） 系 專業(yè) 級(jí) 班 學(xué)號(hào) 姓名 密 封 線 密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 課程名稱：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)期末課堂大作業(yè)（A）命題教師：適用班級(jí)： 題號(hào)一二三四五六總分評(píng)閱（統(tǒng)分）教師得分注意事項(xiàng)：1、 滿分100分。要求卷面整潔、字跡工整、無(wú)錯(cuò)別字。2、 考生必須將姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)完整、準(zhǔn)確、清楚地填寫在規(guī)定的地方，否則視為廢卷。3、 作業(yè)形式為閉卷，作業(yè)時(shí)間為100分鐘。4、 判斷題和選擇題一定要將所選答案填入方框中。 試 題得分評(píng)閱教師一、 判斷題：(每題1.5分，共計(jì)15分，正確的填“T”，錯(cuò)誤的填“F”)題號(hào)12345678910所選答

2、案1、 開孔等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，是說(shuō)補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)等于開孔的圓面積。 2、 螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，螺母材料的硬度應(yīng)該低于螺栓材料的硬度。 3、 因?yàn)閮?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(shí)，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。 4、 在鋼號(hào)表示方法中，含碳量以平均含量的萬(wàn)分之幾表示。 5、 GB151-1999適用于換熱器的設(shè)計(jì)。6、 欲提高法蘭的剛度，則應(yīng)加大法蘭的外徑，增加法蘭的厚度，減小螺栓力作用的力臂。 7、 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，安全系數(shù)逐漸變小。 8、 圓筒容器的公稱直徑是指它的內(nèi)徑。9、 確定容器壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力時(shí)，式中P應(yīng)為容器的設(shè)計(jì)壓力或最大允

3、許工作壓力 。 10、一臺(tái)臥式容器有三個(gè)鞍式支座，應(yīng)選一個(gè)A型，兩個(gè)B型的。 得分評(píng)閱教師二、選擇題：(每題1.5分，共計(jì)15分)題號(hào)12345678910所選答案1、浮頭式換熱器,a.完全消除溫差應(yīng)力 b.部分消除溫差應(yīng)力 c.不能消除溫差應(yīng)力2、一臺(tái)外壓容器直徑 1200mm，圓筒殼長(zhǎng)2000mm，兩端為半球形封頭，其外壓計(jì)算長(zhǎng)度為 a.2000mm b.2400mm c.2600mm3、一個(gè)薄壁外壓圓筒，按我國(guó)容器設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行校核，得知其允許工作外壓為2MPa，則該容器的臨界壓力為：a.=2MPa b.=4MPa c.=6MPa 4、有效厚度一定不小于a.名義厚度 b.計(jì)算厚度 c.設(shè)計(jì)

4、厚度5、壓力容器元件的金屬溫度是指該元件的金屬的 a.表面溫度的較高者 b.內(nèi)外表面溫度的平均值 c.截面溫度的平均值6、在筒體上開橢圓孔，長(zhǎng)軸應(yīng)與筒體軸線a.垂直 b.平行 c.成夾角 7、用抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限為材料制造的容器，屬于 a. 類容器 b.類容器 c.類容器8、工程上把（ ）的圓筒稱為薄壁圓筒。a.0.1 b.0.2 c.1.09、U型管式換熱器能進(jìn)行機(jī)械清洗的空間a.只有管程 b.只有殼程 c.管程及殼程均可10、設(shè)計(jì)壓力為10MPa的壓力容器屬于a.低壓容器 b.中壓容器 c.高壓容器 得分評(píng)閱教師 系 專業(yè) 級(jí) 班 學(xué)號(hào) 姓名 密 封 線 密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 三

5、、填空題：(每空1分，共計(jì)25分)1、 、是金屬材料的（ ）指標(biāo)；、是材料的（ ）指標(biāo)；是材料的（ ）指標(biāo)。2、 按材料成分劃分，Q235-B屬于（ ）鋼，16MnR屬于 （ ）鋼。3、 內(nèi)壓薄壁封頭和殼體的強(qiáng)度計(jì)算公式是以（ ）理論為基礎(chǔ)，采用（ ）失效準(zhǔn)則，以 （ ）強(qiáng)度理論建立強(qiáng)度條件而推導(dǎo)出來(lái)的。 4、 有一容器，其最高氣體工作壓力為1.6MPa，無(wú)液體靜壓作用，工作溫度150，且裝有安全閥，試確定該容器的設(shè)計(jì)壓力P=（ ）MPa；計(jì)算壓力PC =（ ）MPa；水壓試驗(yàn)壓力PT=（ ） MPa 。 5、 法蘭公稱壓力的確定與法蘭的（ ）、（ ）以及（ ）三個(gè)因素有關(guān)，這是因?yàn)樵谥贫ǚㄌm

6、尺寸系列，計(jì)算法蘭厚度時(shí)，是以（ ）材料在（ ）時(shí)的力學(xué)性能為基準(zhǔn)制定的。6、 臥式容器的支座有三種：（ ）、（ ）、（ ）。7、 列管式換熱器的管子與管板有（ ）、（ ）、（ ）三種連接形式。8、 在填料塔的噴淋裝置中，常用的三種類型是（ ）、（ ）、（ ）。得分評(píng)閱教師四、問答題：(共計(jì)20分)1、寫出無(wú)力矩理論的兩個(gè)方程，并說(shuō)明式中字母的含義及兩個(gè)方程的應(yīng)用條件。（7分）2、為什么雙鞍式支座的最佳位置為A0.2L且盡可能使A0.5Ri ?（6分） 系 專業(yè) 級(jí) 班 學(xué)號(hào) 姓名 密 封 線 密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 3、畫圖說(shuō)明固定管板式換熱器產(chǎn)生溫差應(yīng)力的原因，并說(shuō)明消除溫差應(yīng)力的

7、措施。（7分）得分評(píng)閱教師五、計(jì)算題：( 15分 )有一庫(kù)存很久的氧氣瓶，其材質(zhì)為16MnR,圓筒體外徑為Do=219mm,系無(wú)縫鋼管收口而成，實(shí)測(cè)其最小壁厚為6.5mm，已知材料的=540 MPa，=260 MPa，設(shè)計(jì)溫度為常溫。今欲充15MPa的壓力使用，問強(qiáng)度是否夠？如果強(qiáng)度不夠，該氧氣瓶的最大允許工作壓力是多少？（取C2=1mm） 系 專業(yè) 級(jí) 班 學(xué)號(hào) 姓名 密 封 線 密 封 線 內(nèi) 不 要 答 題 得分評(píng)閱教師六、分析題（10分）：對(duì)于內(nèi)壓和外壓操作的塔設(shè)備，它們的最大組合軸向壓應(yīng)力各出現(xiàn)在什么工況下？給出簡(jiǎn)單計(jì)算公式，并繪出危險(xiǎn)截面22（塔體與裙座連接焊縫處的截面）上的應(yīng)力分

8、布圖。 （2007 至2008 學(xué)年第 1學(xué)期）化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)期末課堂大作業(yè)（B）評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)命題教師：適用班級(jí)： 一、 判斷題：(每題1.5分，共計(jì)15分，正確的填“T”，錯(cuò)誤的填“F”)題號(hào)12345678910所選答案FTFFFTTFTF二、選擇題：(每題1.5分，共計(jì)15分)題號(hào)12345678910所選答案abcbcacabc三、填空題：(每空1分，共計(jì)25分)1塑性， 強(qiáng)度， 韌性 2低碳，低合金3薄膜， 彈性， 第三41.681.76, 1.681.76, 2.12.25最大操作壓力, 操作溫度, 法蘭材料, 16MnR, 2006 鞍座， 圈座， 支腿7脹接, 焊接, 脹焊并用8

9、噴灑型, 溢流型, 沖擊型四、問答題：(共計(jì)20分)1、寫出無(wú)力矩理論的兩個(gè)方程，并說(shuō)明式中字母的含義及兩個(gè)方程的應(yīng)用條件。（7分）答題要點(diǎn)第一，薄膜應(yīng)力的兩個(gè)方程.5分微體平衡方程式 區(qū)域平衡方程式經(jīng)向應(yīng)力，MPa 環(huán)向應(yīng)力，MPa殼體中曲面在所求應(yīng)力點(diǎn)的第一曲率半徑，mm;殼體中曲面在所求應(yīng)力點(diǎn)的第二曲率半徑，mm; 厚度，mm; P氣體壓力，MPa第二，應(yīng)用條件.2分1) 回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對(duì)稱,殼體厚度無(wú)突變；曲率半徑是連續(xù)變化的，材料是各向同性的，且物理性能（主要是E和）應(yīng)當(dāng)是相同的；2) 載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的；3) 殼體邊界的固定形式應(yīng)該是自由支承的；4)

10、殼體的邊界力應(yīng)當(dāng)在殼體曲面的切平面內(nèi)，要求在邊界上無(wú)橫剪力和彎矩。5) /Di0.12、為什么雙鞍式支座的最佳位置為A0.2L且盡可能使A0.5Ri ?（6分）答：1） 為減少支座處筒體最大彎矩，使其應(yīng)力分布合適，使支座跨距中心與支座最大彎矩相等（M1=M2），據(jù)此推導(dǎo)出的支座中心與封頭切線間的距離A=0.207L（L筒體長(zhǎng)度），如果設(shè)計(jì)偏離此值，則支座處的軸向彎曲應(yīng)力將顯著增加；.2分2） 封頭的剛性一般較筒體大，對(duì)筒體有局部加強(qiáng)作用，試驗(yàn)證明，當(dāng)A0.5Ri時(shí)，封頭對(duì)筒體才有加強(qiáng)作用，因此支座的最佳位置應(yīng)在滿足A0.2L的條件下，盡量使A0.5Ri2分3） 當(dāng)A0.5Ri或筒體無(wú)加強(qiáng)措施而

11、剛性不足時(shí)，在周向彎矩的作用下，鞍座處筒體上將產(chǎn)生“扁塌”現(xiàn)象：使鞍座上筒體發(fā)生變形，猶如“扁塌”。鞍座處筒體不起承載作用，成為無(wú)效區(qū)（圖），這不但會(huì)使鞍座處筒體中的各種應(yīng)力增大，而且還會(huì)使軸向組合應(yīng)力、切向剪應(yīng)力和周向組合壓應(yīng)力最大值的作用點(diǎn)下移。2分3、畫圖說(shuō)明固定管板式換熱器產(chǎn)生溫差應(yīng)力的原因，并說(shuō)明消除溫差應(yīng)力的措施。（7分）答：溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因.5分 如圖所示,固定管板式換熱器的殼體與管子,在安裝溫度下,它們的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)(圖a);當(dāng)操作時(shí)(圖b),殼體和管子的溫度都升高,若管壁溫度高于殼壁溫度,則管子自由伸長(zhǎng)量和殼體自由伸長(zhǎng)量分別為 =(-)L =(-)L式中, 分別為管子和殼體材

12、料的溫度膨脹系數(shù)，1/； 安裝時(shí)的溫度， ，分別為操作狀態(tài)下管壁溫度和殼壁溫度， 由于管子與殼體是剛性連接，所以管子和殼體的實(shí)際伸長(zhǎng)量必須相等，見圖c，因此就出現(xiàn)殼體被拉伸，產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫差應(yīng)力。這就是溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因。 消除溫差應(yīng)力的措施.2分1) 減少殼體與管束間的溫度差2) 裝設(shè)撓性構(gòu)件3) 使殼體和管束自由熱膨脹4) 雙套管溫度補(bǔ)償五、計(jì)算題：( 15分 )有一庫(kù)存很久的氧氣瓶，其材質(zhì)為16MnR,圓筒體外徑為Do=219mm,系無(wú)縫鋼管收口而成，實(shí)測(cè)其最小壁厚為6.5mm,已知材料的b=540 MPa,s=260 MPa,設(shè)計(jì)溫度為常溫。今欲

13、充15MPa的壓力使用,問強(qiáng)度是否夠？如果強(qiáng)度不夠，該氧氣瓶的最大允許工作壓力是多少？（取C2=1mm）解：（1）確定參數(shù).5分=15MPa =219mm =6.5mm =180MPa =162.5MPa 取許用應(yīng)力為 =162.5MPa=1(無(wú)縫鋼管) ,取腐蝕裕量 C2=1mmC= C1 +C2=0+1=1(mm)(因?yàn)橐阎钚”诤駷?.5mm,故不再計(jì)入負(fù)偏差C1)=6.5-1=5.5mm （2）強(qiáng)度校核.5分=291.1MPa可見=291.1MPa=162.5MPa,所以該氧氣瓶用于15MPa的壓力下強(qiáng)度不夠,不安全,須改變用途降壓使用。 (3)確定最高允許工作壓力5分=8.37MPa該氧氣瓶的最大安全使用壓力為8.37MPa六、分析題（10分）：對(duì)于內(nèi)壓和外壓操作的塔設(shè)備，它們的最大組合軸向壓應(yīng)力各