過程設(shè)備設(shè)計(jì)(鄭津洋版)終極版思考題答案

1、第1章 壓力容 器導(dǎo) 言思考題 1.1 介質(zhì)的毒性程度和易燃特性對壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、使用和 管理有何影響？答：我國壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 根據(jù)整體危害水平對壓力容器進(jìn)行 分類。壓力容器破裂爆炸時產(chǎn)生的危害愈大，對壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、 使用和管理的要求也愈高。設(shè)計(jì)壓力容器時，依據(jù)化學(xué)介質(zhì)的最高容許濃度，我國將化學(xué)介質(zhì)分為極度 危害（I級）、高度危害（U級）、中度危害（川級）、輕度危害（W級）等四個 級別。介質(zhì)毒性程度愈高， 壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴(yán)重。 壓力容器 盛裝的易燃介質(zhì)主要指易燃?xì)怏w或液化氣體， 盛裝易燃介質(zhì)的壓力容器發(fā)生泄漏 或爆炸時，往往會引起火災(zāi)或二次爆炸，

2、造成更為嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，品種相同、 壓力與乘積大小相等的壓力容器， 其盛裝介質(zhì)的易燃特性 和毒性程度愈高，則其潛在的危害也愈大，相應(yīng)地，對其設(shè)計(jì)、制造、使用和管 理也提出了更加嚴(yán)格的要求。例如， 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)的壓力容器制 造時，碳素鋼和低合金板應(yīng)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)合格后還應(yīng) 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。又如， 易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫均應(yīng)采用全

3、熔透結(jié)構(gòu) 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。思考題 1.2 壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？答： 筒體：壓力容器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， 是壓 力容器的最主要的受壓元件之一；封頭：有效保證密封，節(jié)省材料和減少加工制造的工作量； 密封裝置：密封裝置的可靠性很大程度上決定了壓力容器能否正常、安全 地運(yùn)行；開孔與接管：在壓力容器的筒體或者封頭上開設(shè)各種大小的孔或者安裝接 管，以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測溫儀等接管開孔，是為了工藝要求和檢修的需要支座：壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上安全附件：保證壓力容器的安全使用和工藝過程的正常進(jìn)行。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。思考題1.3容

4、規(guī)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？殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。答：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程依據(jù)整體危害水平對壓力容器進(jìn)行分 類，若壓力容器發(fā)生事故時的危害性越高， 則需要進(jìn)行安全技術(shù)監(jiān)督和管理的力 度越大，對容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求也越高。壓力容器所蓄能量與其內(nèi)部介質(zhì)壓力和介質(zhì)體積密切相關(guān)：體積越 大，壓力越高，則儲藏的能量越大，發(fā)生破裂爆炸時產(chǎn)生危害也越大。因此，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，不 僅要根據(jù)壓力的高低，還要視壓力與容積的乘積 pV大小進(jìn)行分類。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬 訣錐。思考題1.4容規(guī)與GB150

5、的適用范圍是否相同？為什么？答：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程與GB150適用范圍的相異之處見下表:項(xiàng)目壓力容器安全技術(shù)監(jiān) 察規(guī)程GB150壓力最咼工作壓力PwO.IMPa,且Pw < 1OOMPa設(shè)計(jì)壓力Pd > 0.1MPa,或真空度0.02MPa；且Pd<35MPa溫度未作規(guī)定Td : 196C材料蠕變溫度幾何尺寸內(nèi)徑D > 0.15m，容積V> 0.025m3內(nèi)徑 D > 0.15m介質(zhì)氣體、液化氣體或最高工未作規(guī)定作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體是否適用于需作疲勞分析的容器適用不適用材料鋼，鑄鐵和有色金屬鋼容器安裝方式固疋式，移動式固定式思考題1.5 GB1

6、50、JB4732和JB/T4735三個標(biāo)準(zhǔn)有何不同？它們的適用 范圍是什么？答：GB150:鋼制壓力容器中國第一部壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于壓力 不大于35Mpa的鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)，制造，檢驗(yàn)和驗(yàn)收。設(shè)計(jì)溫度根據(jù)鋼材允 許的溫度確定。以彈性失效和失穩(wěn)失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 只是用于固定的承受載荷的 壓力容器JB4732:鋼制壓力容器一一分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，適用壓力低 于100Mpa設(shè)計(jì)溫度以鋼材儒變控制設(shè)計(jì)應(yīng)力的相應(yīng)溫度。采用塑性失效，失 穩(wěn)失效，疲勞失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。JB/T4735:鋼制焊接常壓容器屬于常規(guī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。適用壓力 -0.02Mpa 0.1Mpa的低壓容器。不適用于盛裝高度毒性

7、或極度危害介質(zhì)的容器。采用彈性 失效和失穩(wěn)失效準(zhǔn)則彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。思考題1.6過程設(shè)備的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？答：安全可靠滿足過程要求綜合經(jīng)濟(jì)性好易于操作、維護(hù)和控制優(yōu)良的環(huán)境性能（具體內(nèi)容參照課本緒論）謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。思考題 1.7 在我們做壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)， 容器首先破壞的地方一般 在離封頭與筒體連接處一段距離的地方， 而并非處于理論上應(yīng)力集中的連接處的 地方，請問原因何在？、 廈礴懇蹣駢時盡繼價(jià)騷。答：理論上應(yīng)力集中的地方， 是假設(shè)材料在彈性區(qū)域內(nèi)計(jì)算出來的， 而壓力 容器破壞時材已經(jīng)處于塑性區(qū)域， 不再滿足彈性理論的條件， 而應(yīng)力按照塑性規(guī) 律重新分布，

8、此時應(yīng)力最大的地方已經(jīng)不再是連接處的地方。 所以首先破壞不在 連接處而是處于封頭與筒體連接處一段距離的地方。 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。第2章壓力容器應(yīng)力分析2.1 一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對稱問題的條件是什么？答：1. 假設(shè)殼體材料連續(xù)、均勻、各向同性；受載后變形是小變形；殼壁各層纖 維在變形后互不擠壓。2. 所受載荷軸對稱。3. 邊界條件軸對稱。 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.2 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于經(jīng)線垂直、 同殼體正交的圓錐面？為什么？ 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。答：在理論上是可以的 .微元體的取法不影響應(yīng)力分析的結(jié)果 , 但對計(jì)

9、算過程的復(fù)雜程度有很大影響2.3 試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭采用長短軸之比 a/b=2 的原因。 答：半橢圓形端蓋的應(yīng)力情況不如半球形端蓋均勻，但比碟形端蓋要好。 對于長短軸之比為 2 的橢圓形端蓋， 從薄膜應(yīng)力分析來看， 沿經(jīng)線各點(diǎn)的應(yīng)力是 有變化的， 頂點(diǎn)處應(yīng)力最大， 在赤道上出現(xiàn)周向應(yīng)力， 但整個端蓋的應(yīng)力分布仍 然比較均勻。 與壁厚相等的筒體聯(lián)接， 橢圓形端蓋可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度， 邊緣 附近的應(yīng)力不比薄膜應(yīng)力大很多，這樣的聯(lián)接一般也不必考慮它的不連續(xù)應(yīng)力。 對于長短半軸之比為 2 的橢圓形端蓋， 制造也容易， 因此被廣泛采用， 稱為標(biāo)準(zhǔn) 橢圓蓋。 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.4 何謂回轉(zhuǎn)殼的不

10、連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有那些重要特征，其中B與(Rt) 平方根兩個參數(shù)量的物理意義是什么？ 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。答： 由于殼體的總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)， 組合殼在連接處附近的局部區(qū)域出現(xiàn)衰 減很快的的應(yīng)力增大現(xiàn)象，稱為“不連續(xù)效應(yīng)” 。不連續(xù)應(yīng)力具有局部性和自限 性兩種特性。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.5 單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時， 其應(yīng)力分布有那些特征？當(dāng)承受的內(nèi)壓很高 時，能否僅用增加壁厚來提高承載能力，為什么？ 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。答：(應(yīng)力分布特征見課本 2.3 厚壁圓筒應(yīng)力分析) 由單層厚壁圓筒的應(yīng)力分析可知，在內(nèi)壓力作用下，筒壁內(nèi)應(yīng)力分布是不 均勻的，內(nèi)壁處應(yīng)力最大，外壁處應(yīng)力最小，隨著壁

11、厚或徑比K值的增大，內(nèi)外壁應(yīng)力差值也增大。如按內(nèi)壁最大應(yīng)力作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的控制條件，那么除內(nèi) 壁外，其它點(diǎn)處，特別是外層材料，均處于遠(yuǎn)低于控制條件允許的應(yīng)力水平， 致使大部分筒壁材料沒有充分發(fā)揮它的承受壓力載荷的能力。同時，隨壁厚的 增加， K 值亦相應(yīng)增加，但應(yīng)力計(jì)算式分子和分母值都要增加，因此，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。 贓熱俁閫歲匱閶鄴2.6 單層薄壁圓筒同時承受內(nèi)壓 Pi和外壓Po作用時，能否用壓差代入僅受內(nèi)壓或僅受外壓的厚壁圓筒筒壁應(yīng)力計(jì)算式來計(jì)算筒壁應(yīng)力？為什么？壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。答：不能。材料在承受內(nèi)外壓的同時與單獨(dú)承受時，材料內(nèi)部的力學(xué)

12、形變與應(yīng)力是不一樣的。例如，筒體在承受相同大小的內(nèi)外壓時，內(nèi)外壓差為零，此 時筒壁應(yīng)力不等于零。蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。2.7 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：內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應(yīng)力疊加后得到改善， 而外壁應(yīng)力有所惡化。外加熱時則相反，內(nèi)壁應(yīng)力惡化，而外壁應(yīng)力得到很大改善。（綜合應(yīng)力沿厚壁圓筒分布見課本 2.3厚壁圓筒應(yīng)力分析）首先屈服點(diǎn)需要通過具體計(jì)算得出，可能是任意壁厚上的點(diǎn)。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。2.8為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程=rd L，在彈塑性應(yīng)力分析 dr中同樣適用？答： 微元體的平衡方程是從力的平衡角度列出的，不涉及

13、材料的性質(zhì)參數(shù)（如彈性模量，泊松比），不涉及應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，故在彈塑性應(yīng)力分析中仍 適用。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.9 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)系式二z匕對于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否2都成立，為什么？ 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。答:成立。2.10 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？貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。答：不相同。采用多層圓筒結(jié)構(gòu)，使內(nèi)層材料受到壓縮預(yù)應(yīng)力作用，而外層材料處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)厚壁圓筒承受工作壓力時，筒壁內(nèi)的應(yīng)力分布由按Lame（拉美）公式確定的彈

14、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。從而提高圓筒的初 始屈服壓力，也提高了爆破壓力。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。2.11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： 通過壓縮預(yù)應(yīng)力，使內(nèi)層材料受到壓縮而外層材料受到拉伸。當(dāng)厚壁圓筒承受工作壓力時，筒壁內(nèi)的應(yīng)力分布由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，外壁處的總壓力有所上升，均化沿筒壁 厚度方向的應(yīng)力分布，從而提高圓筒的初始屈服壓力。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。2.12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

15、力的原因是什么？答：受軸對稱均布載荷薄圓板的應(yīng)力有以下特點(diǎn) 板內(nèi)為二向應(yīng)力G、二氏平行于中面各層相互之間的正應(yīng)力 二z及剪力Qr 引起的切應(yīng)力均可予以忽略。 正應(yīng)力二r、二沿板厚度呈直線分布，在板的上下表面有最大值，是純彎 曲應(yīng)力。 應(yīng)力沿半徑的分布與周邊支承方式有關(guān)，工程實(shí)際中的圓板周邊支承是介 于兩者之間的形式。 薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力 '吶與只t成正比，而薄殼的最大拉（壓）應(yīng)力 °max與成正比，故在相同 味條件下，薄板的承載能力低于薄殼的承載能力。2.13試比較承受橫向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。堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆

16、贅。答：1.撓度周邊固支和周邊簡支圓平板的最大撓度都在板中心。周邊固支時，最大撓度為fWmax4PR64 D周邊簡支時，最大撓度為Wmax者之比為maxfWmax對于鋼材，將=0.3代入上式得sWmaxfwmax5 0.31 0.3= 4.08這表明，周邊簡支板的最大撓度遠(yuǎn)大于周邊固支板的撓度。2.應(yīng)力周邊固支圓平板中的最大正應(yīng)力為支承處的徑向應(yīng)力，其值為3pR24t周邊簡支圓平板中的最大正應(yīng)力為板中心處的徑向應(yīng)力，其值為3 3E JpR28t2二者的比值為對于鋼材，將'：0.3代入上式得-r max3.32= 1.65這表明周邊簡支板的最大正應(yīng)力大于周邊固支板的應(yīng)力2.1 4 試述承

17、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)殼作比較，它們有何異同？答：1.在內(nèi)壓作用下，這些殼體將產(chǎn)生應(yīng)力和變形，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)， 殼體將產(chǎn)生顯著變形，直至斷裂。2.殼體在承受均布外壓作用時，殼壁中產(chǎn)生壓縮薄膜應(yīng)力，其大小與受相等 內(nèi)壓時的拉伸薄膜應(yīng)力相同。但此時殼體有兩種可能的失效形式： 一種是因強(qiáng)度識饒鎂錕縊灩筧嚌不足，發(fā)生壓縮屈服失效；另一種是因剛度不足，發(fā)生失穩(wěn)破壞。2.15 試述影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力因素有哪些？為提高圓 柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，應(yīng)采用高強(qiáng)材料。對否，為什么？ 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。答：對于給定外直徑 Do 和殼壁厚度 t 的圓柱殼，波紋

18、數(shù)和臨界壓力主要決 定于，圓柱殼端部邊緣或周向上約束形式和這些約束處之間的距離， 即臨界壓力 與圓柱殼端部約束之間距離和圓柱殼上兩個剛性元件之間距離 L 有關(guān)。臨界壓力 還隨著殼體材料的彈性模量E、泊松比卩的增大而增加。非彈性失穩(wěn)的臨界壓力， 還與材料的屈服點(diǎn)有關(guān)。彈性失穩(wěn)的臨界壓力與材料強(qiáng)度無關(guān)， 故采用高強(qiáng)度材料不能提高圓柱殼彈 性失穩(wěn)的臨界壓力。 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2.16 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？答：(1) 應(yīng)力集中系數(shù)法 :a. 應(yīng)力集中系數(shù)曲線b. 應(yīng)力指數(shù)法(2) 數(shù)值計(jì)算 ;(3) 應(yīng)力測試 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。2.17 圓柱殼除受到介質(zhì)壓力作用外

19、，還有哪些從附件傳遞來的外加載荷？答：除受到介質(zhì)壓力作用外， 過程設(shè)備還承受通過接管或其它附件傳遞來的 局部載荷，如設(shè)備的自重、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。這些載荷通常僅對附件與設(shè)備相連的局部區(qū)域產(chǎn)生影 響。此外，在壓力作用下，壓力容器材料或結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，如截面尺寸、幾何形 狀突變的區(qū)域、兩種不同材料的連接處等，也會在局部區(qū)域產(chǎn)生附加應(yīng)力。 碩癘 鄴頏謅攆檸攜驤蘞。第三章 壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響3.1 壓力容器用鋼有哪些基本要求？ 壓力容器用鋼的基本要求是有較高的強(qiáng)度， 良好的塑性、 韌性、制造性能和 與介質(zhì)相容性。3.2 影響壓力容器

20、鋼材性能的環(huán)境因素主要有哪些？ 影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素主要有溫度高低、載荷波動、介質(zhì)性質(zhì)、 加載速率等 。3.3 為什么要控制壓力容器用鋼中的硫、磷含量？ 因?yàn)榱蚝土资卿撝凶钪饕挠泻υ亍?硫能促進(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， 即可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、 抗回火脆化性能和耐腐蝕 性能。 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。3.4 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？因?yàn)椴牧闲阅芰踊?/p>

21、往往單靠外觀檢查和無損檢測不能有效地發(fā)現(xiàn)， 因而由此 引起事故往往具有突發(fā)性。 工程上在設(shè)計(jì)階段要預(yù)測材料性能是否會在使用中劣 化，并采取有效的防范措施。 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。3.5 壓力容器選材應(yīng)考慮哪些因素？壓力容器零件材料的選擇， 應(yīng)綜合考慮容器的使用條件、 相容性、 零件的功 能和制造工藝、材料性能、材料使用經(jīng)驗(yàn)（歷史） 、綜合經(jīng)濟(jì)性和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 釷鵒 資贏車贖孫滅獅贅。4 壓力容器設(shè)計(jì)思考題：4.1 為保證安全， 壓力容器設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？ 為保證安全， 壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮材料、 結(jié)構(gòu)、許用應(yīng)力、 強(qiáng)（剛）度、 制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，每個環(huán)

22、節(jié)都應(yīng)予以高度重視。 慫闡譜鯪逕 導(dǎo)嘯畫長涼。壓力容器設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)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(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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， 以確保容器安全可靠地運(yùn)行； 密封設(shè)計(jì)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。 諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類。4.2 壓力容器的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包括哪些內(nèi)容？壓力容器的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包括設(shè)計(jì)圖樣、 技術(shù)條件、 設(shè)計(jì)計(jì)算書， 必要時還應(yīng) 包括設(shè)計(jì)或安裝、 使用

23、說明書。若按分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 還應(yīng)提供應(yīng)力分析報(bào)告。 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。4.3 壓力容器設(shè)計(jì)有哪些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？它們和壓力容器失效形式有什么關(guān) 系？壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大致可分為強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、 剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、 失穩(wěn) 失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和泄漏失效準(zhǔn)則。壓力容器設(shè)計(jì)時， 應(yīng)先確定容器最有可能發(fā)生的失效形式， 選擇合適的失效判據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定適用的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，再按規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。4.4什么叫設(shè)計(jì)壓力？液化氣體儲存壓力容器的設(shè)計(jì)壓力如何確定？ 設(shè)計(jì)壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器的計(jì)算壁厚及其元件尺寸的 壓力。對于儲存液化氣體的壓力容器，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)高于工作條件下

24、可能達(dá)到的最 高金屬溫度下的液化氣體的飽和蒸汽壓。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。4.5 一容器殼體的內(nèi)壁溫度為T，外壁溫度為T。，通過傳熱計(jì)算得出的元件 金屬截面的溫度平均值為T ,請問設(shè)計(jì)溫度取哪個？選材以哪個溫度為依據(jù)？紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。設(shè)計(jì)溫度取T。選材以設(shè)計(jì)溫度為準(zhǔn)。4.6根據(jù)定義，用圖標(biāo)出計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)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E 一個？為什么？ 穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。4 1度厚小最-度厚算計(jì)-hJ度厚計(jì)設(shè)1 r度厚J 1h F義名FJ- 11C肓#整第kk h F其中，若計(jì)算厚度小于最小厚度，則計(jì)算厚度取最

25、小厚度值。設(shè)計(jì)厚度。因?yàn)樵O(shè)計(jì)厚度為計(jì)算厚度和腐蝕裕量之和， 其中計(jì)算厚度是由強(qiáng) 度（剛度）公式確定，而腐蝕裕量由設(shè)計(jì)壽命確定，兩者之和同時滿足強(qiáng)度和壽 命要求。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。4.7影響材料設(shè)計(jì)系數(shù)的主要因素有哪些？材料設(shè)計(jì)系數(shù)是一個強(qiáng)度“保險(xiǎn)”系數(shù)，主要是為了保證受壓元件強(qiáng)度有足 夠的安全儲備量，其大小與應(yīng)力計(jì)算的精確性、材料性能的均勻性、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)水平等因素有著密切關(guān)系。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。4.8壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)法和分析設(shè)計(jì)法有何主要區(qū)別？常規(guī)設(shè)計(jì)： 將容器承受的“最大載荷”按一次施加的靜載荷處理，不涉及容 器的疲勞壽命問題，不考慮熱應(yīng)力

26、。 常規(guī)設(shè)計(jì)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(jì)準(zhǔn)則所確定 的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)，則認(rèn)為筒體和部件是安全的。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。 常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了具體的容器結(jié)構(gòu)形式。（2）分析設(shè)計(jì)： 將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計(jì)算出來，包括交變載荷,熱應(yīng)力,局部應(yīng)力等。 進(jìn)行應(yīng)力分類，再按不同的設(shè)計(jì)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。 可應(yīng)用于承受各種載荷、任何結(jié)構(gòu)形式的壓力容器設(shè)計(jì)，克服了 常規(guī)設(shè)計(jì)的不足。4.9薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是什么？有何 區(qū)別？若圓筒外直徑與內(nèi)直徑的比值(D。D

27、Jmaz < 1.11.2時，稱為薄壁圓筒；反之,則稱為厚壁圓筒。薄壁圓筒強(qiáng)度設(shè)計(jì)以薄膜理論為基礎(chǔ)， 采用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則；厚壁圓筒的強(qiáng) 度計(jì)算以拉美公式為基礎(chǔ)，采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。4.10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？(1) 多層包扎式：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；對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)；但制造工序多、周期長、 效率低、鋼板材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對焊的深環(huán)焊縫對容器的制 造質(zhì)量和安全有顯者影響。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。(2) 熱套式：具有包扎式圓筒的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)外， 還具有工序少

28、，周期 短等優(yōu)點(diǎn)。(3) 繞板式：機(jī)械化程度高，制造效率高，材料的利用率也高；但筒 節(jié)兩端會出現(xiàn)明顯的累積間隙，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。(4) 整體多層包扎式：是一種錯開環(huán)縫合采用液壓夾鉗逐層包扎的圓 筒結(jié)構(gòu)，避免圓筒上出現(xiàn)深環(huán)焊縫，可靠性較高。(5) 繞帶式：又分型槽繞帶式和扁平鋼帶傾角錯繞式。型槽繞帶式結(jié) 構(gòu)的圓筒具有較高的安全性，機(jī)械化程度高，材料的損耗少，且由于存 在預(yù)緊力，在內(nèi)壓作用下，筒壁應(yīng)力分布比較均勻，但對鋼帶的技術(shù)要 求高。扁平鋼帶傾角錯繞式圓筒結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監(jiān)控容易等優(yōu)點(diǎn)。 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。4.11高壓容器圓筒的對接深環(huán)焊縫有什么不足？如何避免

29、？ 高壓容器圓筒的對接深環(huán)焊縫影響容器的制造質(zhì)量和安全：(1) 無損檢測困難，無法用超聲檢測，只能依靠射線檢測；(2) 焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌 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。采用整體多層包扎式或繞帶式等組合式圓筒。4.12對于內(nèi)壓厚壁圓筒，中徑公式也可按第三強(qiáng)度理論導(dǎo)出，試作推導(dǎo)。 在僅受內(nèi)壓作用時，圓筒內(nèi)壁處三向應(yīng)力分量分別為：-口 ；- Pi(K4) ；cz = Pi(K)K -1K -1顯然，二 1 ，二 3由第三強(qiáng)度理論得:14.13為什么 GB150中規(guī)定內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算公式僅適用于設(shè)計(jì)壓力p _0.4

30、J 1？由圓筒的薄膜應(yīng)力按最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則導(dǎo)出的內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算公式為:2pRi -p(1)按形狀改變比能屈服失效判據(jù)計(jì)算出的內(nèi)壓厚壁筒體初始屈服壓力與實(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)度二eq4能較好地反映厚壁Gk 2筒體的實(shí)際應(yīng)力水平。二eq4二上'Pc與中徑公式相對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度K 1二 eqmK 12(K -1)Pc 比值二 eq4 =eqm隨徑比K的增大而增大。當(dāng)K=1.5時，此比值為倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驚。匚 eq4.= eqm 1.25這表明內(nèi)壁實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度是按中徑公式計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度的1.25倍。GB150中取ns =1.6，在液壓試驗(yàn)(Pt =1.25 p

31、 )時，筒體內(nèi)表面的實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度最大為許用應(yīng)力的1.25 X 1.25=1.56<1.6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)。這說明式(1)的適用厚度可擴(kuò)大到 K _ 1.5。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。當(dāng) K =1.5 時，、=Di(K -1)/2=0.25 Di，代入式(1)得:0.25Di 二Pc Di2- Pc即pc=0.4L因此，內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算公式(1)僅適用于Pc < 0.4 4時。4.14橢圓形封頭、碟形封頭為何均設(shè)置直邊段？直邊段可避免封頭和筒體的連接環(huán)焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，改善焊縫的受力狀況。4.15從受力和制造兩方面比較半球形、橢圓形、碟形、錐殼

32、和平蓋封頭的 特點(diǎn)，并說明其主要應(yīng)用場合。(1) 半球形圭寸頭在均勻內(nèi)壓作用下，薄壁球形容器的薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半。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也 較大。半球形封頭常用在高壓容器上。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。(2) 橢圓形封頭橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(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。 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。(3) 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，

33、使該部位的 應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位， 故受力狀況不佳。 但過渡環(huán)殼的存在降低了封頭的深度， 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。 鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。(4) 錐殼結(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體的中間過渡段，因而在中、 低壓容器中使用較為普遍。 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。(5) 平蓋平蓋厚度計(jì)算是以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的， 主要用于直徑較小、 壓力較高 的容器。4.16 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？(1) 墊片比壓力 形成初始

34、密封條件時墊片單位面積上所受的最小壓緊力，稱為“墊片比壓 力”，用 y 表示，單位為 MPa。(2) 墊片系數(shù)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， 稱為操 作密封比壓。操作密封比壓往往用介質(zhì)計(jì)算壓力的m倍表示，這里m稱為“墊片系數(shù)”，無因次。 轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。4.17 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？為簡化計(jì)算、降低成本、增加互換性，制訂了一系列法蘭標(biāo)準(zhǔn)。法蘭標(biāo)準(zhǔn)根 據(jù)用途分管法蘭和容器法蘭兩套標(biāo)準(zhǔn)。法蘭的公稱壓力應(yīng)取容器或管道的設(shè)計(jì)壓力相近且又稍高一級的公稱壓力， 且不應(yīng)低于法蘭材料在工作溫度下的允許工作壓力。 峴揚(yáng)斕滾澗輻

35、灄興渙藺。4.18 在法蘭強(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？當(dāng)法蘭錐頸有少量屈服時， 錐頸部分和法蘭環(huán)所承受的力矩將重新分配， 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)力有可能超過原有的法蘭環(huán)強(qiáng)度條件。 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。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。4.19 簡述強(qiáng)制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機(jī)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。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。(1) 密封機(jī)理： 強(qiáng)制式密封：在預(yù)緊和工作狀態(tài)下都完全依靠連接件的作用力強(qiáng) 行擠壓密封

36、元件從而達(dá)到密封目的。 自緊式密封：主要依靠容器內(nèi)部的介質(zhì)壓力壓緊密封元件實(shí)現(xiàn)密 封，介質(zhì)壓力越高，密封越可靠。自緊式密封根據(jù)密封元件的主要變形 形式，又可分為軸向自緊式密封和徑向自緊式密封。軸向自緊式密封的 密封性能主要依靠密封元件的軸向剛度小于被連接件的軸向剛度來保 證；而徑向自緊式密封主要依靠密封元件的徑向剛度小于被連接件的徑 向剛度來實(shí)現(xiàn)。 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。（2）雙錐密封是一種保留了主螺栓但屬于有徑向自緊作用的半自緊 式密封結(jié)構(gòu)。為保證自緊密封正常工作，應(yīng)： 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； 合理設(shè)計(jì)雙錐環(huán)的尺寸，使雙錐環(huán)有適當(dāng)?shù)膭偠?，保持有適當(dāng)?shù)?回彈自緊

37、力。4.20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)？GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于 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(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外 徑小于或等于89mm寸，只要接管最小厚度滿足表1要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。鰓躋 峽禱紉誦幫廢掃減。表1不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度接管公 稱外 徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0壓力容器常常存在各種強(qiáng)度裕量，例如接管和殼體實(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

38、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，對于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。4.21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？補(bǔ)強(qiáng)圈等面積補(bǔ)強(qiáng)法是以無限大平板上開小圓孔的孔邊應(yīng)力分析作為其理論依據(jù)。但實(shí)際的開孔接管是位于殼體而不是平板上，殼體總有一定的曲率，為減小實(shí)際應(yīng)力集中系數(shù)與理論分析結(jié)果之間的差異，GB150對開孔的尺寸和形狀給予一定的限制：陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。 圓筒上開孔的限制，當(dāng)其內(nèi)徑Di < 1500mm寸，開孔最大直徑d <11Di，且d <520mm當(dāng)其內(nèi)徑Di &

39、gt; 1500mnl寸，開孔最大直徑d < Di， 23且d < 1000mm溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。 凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d < - Di。21 錐殼（或錐形圭寸頭）上開孔最大直徑 d < Di， Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑 在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時， 其孔的中心線宜垂直于封 頭表面。4.22 在什么情況下，壓力容器可以允許不設(shè)置檢查孔？容器若符合下列條件之一，則可不必開設(shè)檢查孔：筒體內(nèi)徑小于等于 300mm勺壓力容器；容器上設(shè)有可拆卸的封頭、蓋板或其它能夠開關(guān)的蓋子， 其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規(guī)定檢查孔的尺寸；無腐蝕或輕微腐蝕， 無需做內(nèi)部

40、檢查和清理的壓力容器；制冷裝置用壓力容器；換熱器。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。4.23 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？(1) 安全閥 安全閥的作用是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。 其優(yōu) 點(diǎn)是僅排放容器內(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。但密封性能較差，閥的開啟有滯后 現(xiàn)象，泄壓反應(yīng)較慢。 懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。(2) 爆破片爆破片是一種斷裂型安全泄放裝置， 它利用爆破片在標(biāo)定爆破壓力下即發(fā)生 斷裂來達(dá)到泄壓目

41、的，泄壓后爆破片不能繼續(xù)有效使用，容器也被迫停止運(yùn)行。 雖然爆破片是一種爆破后不重新閉合的泄放裝置， 但與安全閥相比， 它有兩個特 點(diǎn)：一是密閉性能好， 能做到完全密封； 二是破裂速度快， 泄壓反應(yīng)迅速。 因此， 當(dāng)安全閥不能起到有效保護(hù)作用時， 必須使用爆破片或爆破片與安全閥的組合裝 置。 謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。在以下場合應(yīng)優(yōu)先選用爆破片作為安全泄放裝置： 介質(zhì)為不潔凈氣體的壓力容器； 由于物料的化學(xué)反應(yīng)壓力可能迅速上升 的壓力容器； 毒性程度為極度、 高度危害的氣體介質(zhì)或盛裝貴重介質(zhì)的壓力容 器；介質(zhì)為強(qiáng)腐蝕性氣體的壓力容器， 腐蝕性大的介質(zhì)，用耐腐蝕的貴重材料 制造安全閥成本高，而用其制

42、造爆破片，成本非常低廉。 咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。4.24 壓力試驗(yàn)的目的是什么？為什么要盡可能采用液壓試驗(yàn)？ 對于內(nèi)壓容器， 耐壓試驗(yàn)的目的是： 在超設(shè)計(jì)壓力下， 考核缺陷是否會發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成滲漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。對于外壓容器， 在外壓作用下， 容器中的缺陷受壓應(yīng)力的作用， 不可能發(fā)生開裂， 且外壓臨界失 穩(wěn)壓力主要與容器的幾何尺寸、 制造精度有關(guān)， 跟缺陷無關(guān)， 一般不用外壓試驗(yàn) 來考核其穩(wěn)定性，而以內(nèi)壓試驗(yàn)進(jìn)行“試漏” ，檢查是否存在穿透性缺陷。 瑩諧齷 蘄賞組靄縐嚴(yán)減。由于在相同壓力和容積下， 試驗(yàn)介質(zhì)的壓縮系數(shù)越大， 容器所儲存的能量也 越大，爆炸也就越危險(xiǎn)，故

43、應(yīng)選用壓縮系數(shù)小的流體作為試驗(yàn)介質(zhì)。常溫時，水 的壓縮系數(shù)比氣體要小得多，且來源豐富，因而是常用的試驗(yàn)介質(zhì)。 麩肅鵬鏇轎騍鐐 縛縟糶。4.25 簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗(yàn)步驟，以及內(nèi)筒與夾套的組裝順序。 夾套容器是由內(nèi)筒和夾套組成的多腔壓力容器， 各腔的設(shè)計(jì)壓力通常是不同的，應(yīng)在圖樣上分別注明內(nèi)筒和夾套的試驗(yàn)壓力值。 內(nèi)筒根據(jù)實(shí)際情況按外壓容 器或內(nèi)壓容器確定試驗(yàn)壓力；夾套按內(nèi)壓容器確定試驗(yàn)壓力。 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。先做內(nèi)筒壓力試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)安全后組裝夾套。在確定了夾套試驗(yàn)壓力后，還必須校核內(nèi)筒在該試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性。 如不能滿足外壓穩(wěn)定性要求， 則在作 夾套的液壓試驗(yàn)時， 必須同時在內(nèi)

44、筒保持一定的壓力， 以確保夾套試壓時內(nèi)筒的 穩(wěn)定性。 風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。4.26 為什么要對壓力容器中的應(yīng)力進(jìn)行分類？應(yīng)力分類的依據(jù)和原則是什 么？壓力容器所承受的載荷有多種類型，如機(jī)械載荷（包括壓力、重力、支座反 力、風(fēng)載荷及地震載荷等） 、熱載荷等。它們可能是施加在整個容器上 （如壓力）， 也可能是施加在容器的局部部位（如支座反力） 。因此，載荷在容器中所產(chǎn)生的 應(yīng)力與分布以及對容器失效的影響也就各不相同。 就分布范圍來看， 有些應(yīng)力遍 布于整個容器殼體， 可能會造成容器整體范圍內(nèi)的彈性或塑性失效； 而有些應(yīng)力 只存在于容器的局部部位， 只會造成容器局部彈塑性失效或疲勞失效。 從應(yīng)力產(chǎn)

45、 生的原因來看， 有些應(yīng)力必須滿足與外載荷的靜力平衡關(guān)系， 因此隨外載荷的增 加而增加， 可直接導(dǎo)致容器失效； 而有些應(yīng)力則是在載荷作用下由于變形不協(xié)調(diào) 引起的，因此具有“自限性” 。因此有必要對應(yīng)力進(jìn)行分類，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來限制。 壓力容器應(yīng)力分類的依據(jù)是應(yīng)力對容器強(qiáng)度失效所起作用的大小。 這種作 用又取決于下列兩個因素： （1） 應(yīng)力產(chǎn)生的原因。 即應(yīng)力是外載荷直接產(chǎn)生的 還是在變形協(xié)調(diào)過程中產(chǎn)生的， 外載荷是機(jī)械載荷還是熱載荷。 （2）應(yīng)力的作用 區(qū)域與分布形式。 即應(yīng)力的作用是總體范圍還是局部范圍的， 沿厚度的分布是均 勻的還是線性的或非線性的。 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。4.27 一

46、次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別是什么？1. 一次應(yīng)力是指平衡外加機(jī)械載荷所必須的應(yīng)力。 一次應(yīng)力必須滿足外 載荷與內(nèi)力及內(nèi)力矩的靜力平衡關(guān)系， 它隨外載荷的增加而增加， 不會因達(dá)到材 料的屈服點(diǎn)而自行限制，所以，一次應(yīng)力的基本特征是“非自限性” 。另外，當(dāng) 一次應(yīng)力超過屈服點(diǎn)時將引起容器總體范圍內(nèi)的顯著變形或破壞， 對容器的失效 影響最大。2. 二次應(yīng)力是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的正應(yīng)力或剪應(yīng)力。 二次應(yīng)力不是由外載荷直接產(chǎn)生的， 其作用不是為平衡外載荷， 而是使結(jié)構(gòu)在受 載時變形協(xié)調(diào)。 這種應(yīng)力的基本特征是它具有自限性， 也就是當(dāng)局部范圍內(nèi)的材 料發(fā)生屈服或小量的塑性流動時

47、， 相鄰部分之間的變形約束得到緩解而不再繼續(xù) 發(fā)展，應(yīng)力就自動地限制在一定范圍內(nèi)。3. 峰值應(yīng)力是由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力的影響而疊加到一次加二次應(yīng)力 之上的應(yīng)力增量，介質(zhì)溫度急劇變化在器壁或管壁中引起的熱應(yīng)力也歸入峰值應(yīng) 力。峰值應(yīng)力最主要的特點(diǎn)是高度的局部性， 因而不引起任何明顯的變形。 其有 害性僅是可能引起疲勞破壞或脆性斷裂。 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。4.28 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)劃分了哪五組應(yīng)力強(qiáng)度？許用值分別是多少？是如何確 定的？（1） 一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SI許用值以極限分析原理來確定的。SI v=KSm（2）次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 SH SH <=1.5KSm（3）次薄膜（總體或

48、局部）加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度 SESE <=1.5KSm（4）一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SW根據(jù)安定性分析，一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SW許用值為3Sm（5）峰值應(yīng)力強(qiáng)度SV按疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，峰值應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)由疲勞設(shè)計(jì)曲線得到的應(yīng)力幅Sa進(jìn)行評定，即SV <=Sa攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。4.29 在疲勞分析中，為什么要考慮平均應(yīng)力的影響？如何考慮？ 疲勞試驗(yàn)曲線或計(jì)算曲線是在平均應(yīng)力為零的對稱應(yīng)力循環(huán)下繪制的， 但壓力容器往往是在非對稱應(yīng)力循環(huán)下工作的， 因此，要將疲勞試驗(yàn)曲線或計(jì)算 曲線變?yōu)榭捎糜诠こ虘?yīng)用的設(shè)計(jì)疲勞曲線， 除了要取一定的安全系數(shù)外， 還必須 考慮平均應(yīng)力的影響。平均應(yīng)力增加時， 在同一

49、循環(huán)次數(shù)下發(fā)生破壞的交變應(yīng)力幅下降， 也就 是說，在非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力作用下， 平均應(yīng)力增加將會使疲勞壽命下降。 關(guān) 于同一疲勞壽命下平均應(yīng)力與交變應(yīng)力幅之間相互關(guān)系的描述， 有多種形式， 最 簡單的是Goodman提出的方程（見課本4.5疲勞分析）。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。第五章 儲存設(shè)備思考題 5.1根據(jù)JB4731規(guī)定，取A小于等于0.2L，最大不得超過0.25L ,否則容器外 伸端將使支座界面的應(yīng)力過大。因?yàn)楫?dāng)A= 0.207L時，雙支座跨距中間截面的最 大彎距和支座截面處的彎距絕對值相等， 使兩個截面保持等強(qiáng)度。 考慮到除彎距 以外的載荷，所以常取外圓筒的彎距較小。所以取 A小于等于

50、0.2L 0當(dāng)A滿足小于等于0.2L時，最好使A小于等于0.5Rm（Rm為圓筒的平均 半徑）0這是因?yàn)橹ё拷忸^可充分利用封頭對支座處圓筒的加強(qiáng)作用0 夾覡閭 輇駁檔驀遷錟減0思考題 5.2（圖見課本）外伸梁的剪力和彎矩圖與此圖類似， 只是在兩端沒有剪力和彎矩作用， 兩端的剪 力和彎矩均為零 視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲0思考題 5.3由于支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎距， 在周向彎距的作用下， 導(dǎo)致支 座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產(chǎn)生所謂“扁塌”現(xiàn)象0可以設(shè)置加強(qiáng)圈， 或者使支座靠近封頭布置， 利用加強(qiáng)圈或封頭的加強(qiáng) 作用0 偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠0思考題 5.4 圓筒上的軸向應(yīng)力。由軸向彎矩引起。

51、 支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力和封頭的附加拉伸應(yīng)力0由橫向剪力引起0 支座截面處圓筒的周向彎曲應(yīng)力。由截面上切向切應(yīng)力引起。 支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力。通過鞍座作用于圓筒上的載荷所導(dǎo)致的0 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟0思考題 5.5鞍座包角的大小不僅影響鞍座處圓筒截面上的應(yīng)力分布， 而且也影響臥式儲 罐的穩(wěn)定性和儲罐支座系統(tǒng)的重心高低0包角小，鞍座重量輕，但重心高，且 鞍座處圓筒上的應(yīng)力較大0 騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹0思考題 5.6如臥式儲罐支座因結(jié)構(gòu)原因不能設(shè)置在靠近封頭處 （A>0.5Ri ），且圓筒不足 以承受周向彎距時， 就需在支座截面處的圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈， 以便與圓筒一起承

52、載。 癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。思考題 5.7球形儲罐應(yīng)力分布均勻。設(shè)計(jì)時要考慮壓力載荷、重量載荷、風(fēng)載荷、雪載荷、地震載荷和環(huán)境溫 度變化引起的載荷。純桔瓣式的特點(diǎn)是球殼拼裝焊縫較規(guī)則， 施焊組裝比較容易， 加快組裝進(jìn) 度并可對其實(shí)施自動焊。 但是球瓣在各帶位置尺寸大小不一， 只能在本帶內(nèi)或上， 下對稱的帶間互換；下料成型復(fù)雜，板材利用率低，板材較小，不易設(shè)計(jì)人孔和 接管。且不易錯開焊縫。足球瓣式，由于每塊的尺寸相同， 下料規(guī)格化，材料利用率好， 互換性好， 組裝焊縫短。但是焊縫排布比較困難，組裝困難，且此類罐的適用容積較小。混合式罐體基本結(jié)合了前面兩種的有點(diǎn)，現(xiàn)在的應(yīng)用比較廣泛。 鏃鋝過潤啟

53、婭澗駱讕瀘。思考題 5.8 支柱在球殼赤道帶等距離布置，支柱中心線和球殼相切或 相割而焊接起來。 若相割，支柱中心線和球殼交點(diǎn)同球心連線與赤道平面的夾角 為10°20°。為了能承受風(fēng)載荷和地震載荷，保證穩(wěn)定性，還必須在支柱間 設(shè)置連接拉桿。 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。思考題 5.9 不僅要考慮環(huán)境溫度、風(fēng)載荷、雪載荷和地震載荷，還要 注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。第 六章 換熱設(shè) 備思考題 6.1按換熱設(shè)備熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形式：1. 直接接觸式換熱器 利用冷、熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱。2. 蓄熱式換熱器借助于由固體構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷

54、流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體。3. 間壁式換熱器利用間壁（固體壁面） 冷熱兩種流體隔開， 熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。4. 中間載熱體式換熱器載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量， 在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫 流體。 邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。思考題 6.21. 管式換熱器按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可分為蛇管式換熱器、 套管式換熱器、纏繞管式換熱器和管殼式換熱器。在換熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗量等方面不如其它新型 換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、易于制造、能承受較高的操作壓 力和溫度等優(yōu)點(diǎn)。在高溫、高壓和大型

55、換熱器中，管式換熱器仍占絕對優(yōu)勢，是 目前使用最廣泛的一類換熱器。2. 板面式換熱器按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形式可分為： 螺旋板式換熱器、 板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板式換熱器。傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越， 由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)， 使流體能在較低的速 度下就達(dá)到湍流狀態(tài)， 從而強(qiáng)化了傳熱。 板面式換熱器采用板材制作， 在大規(guī)模 組織生產(chǎn)時，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。3. 其他一些為滿足工藝特殊要求而設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器， 如回轉(zhuǎn)式 換熱器、熱管換熱器、聚四氟乙烯換熱器和石墨換熱器等。 嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。思考題 6.31. 固定管板式：結(jié)構(gòu)簡單，承壓高，管程易清

56、潔，可能產(chǎn)生較大熱應(yīng)力；適 用殼側(cè)介質(zhì)清潔；管、殼溫差不大或大但殼側(cè)壓力不高。2. 浮頭式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無熱應(yīng)力、管間和管內(nèi)清洗方便，密封要求高。適用 殼側(cè)結(jié)垢及大溫差。3. U 形管式：結(jié)構(gòu)比較簡單，內(nèi)層管不能更換；適用管內(nèi)清潔、高溫高壓。4. 填料函式：結(jié)構(gòu)簡單，管間和管內(nèi)清洗方便，填料處易泄漏；適用4MPa以下，溫度受限制。 該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。思考題 6.41. 強(qiáng)度脹（密封與抗拉脫弱，無縫隙） ；2. 強(qiáng)度焊（密封與抗拉脫強(qiáng)，有縫隙，存在焊接殘余熱應(yīng)力） ；3. 脹焊并用（先焊后脹，至少保證其中之一抗拉脫） 。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。 思考題 6.5 橫向流誘導(dǎo)振動的主要原因有：卡曼漩渦、流體彈性擾動、湍流顫振、聲振 動、射流轉(zhuǎn)換。在橫流速度較低時， 容易產(chǎn)生周期性的卡曼漩渦， 這時在換熱器中既可能 產(chǎn)生管子的振動，也可能產(chǎn)生聲振動。 當(dāng)橫流速度較高時， 管子的振動一般情況下是由流體彈性不 穩(wěn)定性激發(fā)振動，但不會產(chǎn)生聲振動。 只有當(dāng)橫流速度很高， 才會出現(xiàn)射流轉(zhuǎn)換而引起管子 的振動。為