化工機械參考習(xí)題

1、.1.2  壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？ 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、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

2、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行。1.6  過程設(shè)備的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？   安全可靠   滿足過程要求   綜合經(jīng)濟性好   易于操作、維護和控制   優(yōu)良的環(huán)境性能2.1  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)殼作比較，它們有何異同？   1.

3、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，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：一種是因強度不足，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。2.2  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)采用高強材料。對否，為什么？   對于給定外直徑Do和殼壁厚度t的圓柱殼，波紋數(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

4、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，還與材料的屈服點有關(guān)。    彈性失穩(wěn)的臨界壓力與材料強度無關(guān)，故采用高強度材料不能提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力。2.18  試分別在內(nèi)壓和外壓作用下分析圓筒形狀缺陷對圓筒穩(wěn)定性的影響。 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，采用高強度材料是否正確，為什么？   圓筒的形狀缺陷主要有

5、不圓和局部區(qū)域中的折皺、鼓脹或凹陷，在內(nèi)壓作用下，圓筒有消除不圓度的趨勢，這些缺陷，對內(nèi)壓圓筒強度的影響不大；對于外壓圓筒，在缺陷處會產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，使得圓筒中的壓縮應(yīng)力增大，臨界壓力降低，因此形狀缺陷對外壓圓筒的影響較大。 2.19 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？   (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)值計算;   (3)應(yīng)力測試2

6、.22  何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有那些重要特征，其中與(Rt)平方根兩個參數(shù)量的物理意義是什么？   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。 2.23  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？   （應(yīng)力分布特征見課本2.3厚壁圓筒應(yīng)力分析）     由單

7、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)力作為強度設(shè)計的控制條件，那么除內(nèi)壁外，其它點處，特別是外層材料，均處于遠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。3.1壓力容器用鋼有哪些基本要求?改善鋼材性能的途徑有哪些？   壓力容器用鋼基本要求是有較高的強度

8、，良好的塑性，韌性，制造性能和與介質(zhì)的相容性。改善鋼材性能的途徑有化學(xué)成分的設(shè)計，組織結(jié)構(gòu)的改變和零件表面改性。3.5  疲勞破壞有哪些特征？   壓力容器在交變載荷作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂失效的過程，稱為疲勞斷裂。     疲勞破壞有裂紋萌生、擴展和最后斷裂三個階段，因而疲勞斷口一般由裂紋源、裂紋擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)組成。裂紋源往往位于高應(yīng)力區(qū)或有缺陷的部位。裂紋擴展區(qū)是疲勞斷口最重要的特征區(qū)域。常呈現(xiàn)貝紋狀，是疲勞裂紋擴展過程中留下的痕跡。擴展區(qū)的大小和形狀取決于壓力容器

9、的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力幅度及結(jié)構(gòu)形狀等因素。瞬時斷裂區(qū)為裂紋擴展到一定程度時的快速斷裂區(qū)。     由于疲勞破壞源于局部應(yīng)力較高的部位，如接管根部，往往在壓力容器工作時發(fā)生，因而破壞時容器總體應(yīng)力水平較低，沒有明顯的變形，是突發(fā)性破壞，危險性很大。3.9 試列舉三種壓力容器韌性破壞的原因。   壁厚過薄和內(nèi)壓過高是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。壁厚過薄大致有兩種情況：壁厚未經(jīng)設(shè)計計算和壁厚因腐蝕而減薄。操作失誤、液體受熱膨脹、化學(xué)反應(yīng)失控等會引起超壓。例如，壓力較高的氣體進入設(shè)計壓力較小的容器、容器內(nèi)產(chǎn)生的氣

10、體無法排出等。4.1 為保證安全，壓力容器設(shè)計時應(yīng)綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？   壓力容器設(shè)計應(yīng)綜合考慮材料、結(jié)構(gòu)、許用應(yīng)力、強（剛）度、制造、檢驗等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，每個環(huán)節(jié)都應(yīng)予以高度重視。    壓力容器設(shè)計就是根據(jù)給定的工藝設(shè)計條件，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、正確地選擇材料，并進行結(jié)構(gòu)、強（剛）度和密封設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是確定合理、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式，并滿足制造、檢驗、裝配、運輸和維修等要求；強（剛）度設(shè)計的內(nèi)容主要是確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強度或剛度及穩(wěn)定性要求，以確保容器安全

11、可靠地運行；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。4.6 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？   計算厚度（）是按有關(guān)公式采用計算壓力得到的厚度。必要時還應(yīng)計入其它載荷對厚度的影響。   設(shè)計厚度（d）系計算厚度與腐蝕裕量之和。   名義厚度（n）指設(shè)計厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在圖樣上的厚度。   

12、有效厚度（e）為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負(fù)偏差。   滿足強度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是設(shè)計厚度補充：工作壓力，設(shè)計壓力，計算壓力4.8  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？   常規(guī)設(shè)計:  (1)常規(guī)設(shè)計將容器承受的“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。  (2)常規(guī)設(shè)計以材料力學(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)力范圍之內(nèi)，則認(rèn)為

13、筒體和部件是安全的。 (3)常規(guī)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定了具體的容器結(jié)構(gòu)形式。 分析設(shè)計:(1) 將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計算出來,包括交變載荷,熱應(yīng)力,局部應(yīng)力等。  (2) 進行應(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。(3) 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，克服了常規(guī)設(shè)計的不足。4.15 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，并說明其主要應(yīng)用場合。 (1)半球形封頭   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

14、徑圓筒體的一半。但缺點是深度大，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。  (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。    (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，使該部位的應(yīng)力遠遠高于其它部位，故受力狀況不佳。但過渡環(huán)殼的存在降低了封頭

15、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。    (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。   (5)平蓋 平蓋厚度計算是以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的,主要用于直徑較小、壓力較高的容器。4.19 簡述強制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機理，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。  &

16、#160;1.強制式密封 在預(yù)緊和工作狀態(tài)下都只依靠主螺栓的預(yù)緊作用，使金屬平墊片產(chǎn)生一定的塑性變形，填滿壓緊面的高低不平處，從而達到密封目的。  2.自緊式密封 盡量利用操作壓力壓緊密封元件實現(xiàn)自緊密封。預(yù)緊螺栓僅提供初始密封所需的力，壓力越高，密封越可靠，因而比強制式密封更為可靠和緊湊。4.20  按GB150規(guī)定，在什么情況下殼體上開孔可不另行補強？為什么這些孔可不另行補強？   壓力容器常常存在各種強度裕量，例如接管和殼體實際厚度往往大于強度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；焊接接頭系數(shù)小于1但開孔

17、位置不在焊縫上。這些因素相當(dāng)于對殼體進行了局部加強，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，可以不予補強。    GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計壓力小于或等于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時，只要接管最小厚度滿足表4-14(見課本)要求，就可不另行補強。 4.27  一次應(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

18、衡關(guān)系，它隨外載荷的增加而增加，不會因達到材料的屈服點而自行限制，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，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

19、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。4.31  強度失效是因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，強度失效有哪些形式？并選擇其一簡述其特征和產(chǎn)生的原因 強度失效包括韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、腐蝕斷裂等 其中韌性斷裂的特征為斷后有可見的宏觀變形，斷口處厚度顯著減薄，沒有碎片，或偶爾有碎片，按實測厚度計算的爆破壓力與實際爆破壓力相當(dāng)接近。厚度減薄和內(nèi)壓過高是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。4.32  簡述應(yīng)力腐蝕過程及預(yù)防措施 應(yīng)力腐蝕破壞過程分為三個階段，即孕育階段；裂紋穩(wěn)定擴展階段；裂紋失穩(wěn)階段。第三段不一定總會發(fā)生，在第二階段形成的裂紋與可能使壓力容器泄漏，導(dǎo)致應(yīng)力下降，而不出現(xiàn)第三階段，即發(fā)生未爆先漏。 預(yù)防措施：   1.合理選擇材料  2.減少或消除殘余拉應(yīng)力   3.改善介質(zhì)條件   4.涂層保護   5.合理設(shè)計 4.36  什么是焊接應(yīng)力？減少焊接應(yīng)力有什么措施？&#