化工機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題

1、化工設(shè)備機(jī)械習(xí)題及解答一、填空題1 衡量金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)是 、 ；衡量金屬材料的塑性指標(biāo)是 、 、 ；衡量金屬材料的耐腐蝕性能指標(biāo)是 ，為了使設(shè)計(jì)的構(gòu)件具有一定的使用壽命，在設(shè)計(jì)截面尺寸時(shí)必須考慮 。答案:屈服極限或 ; 強(qiáng)度極限或 ; 延伸率或; 斷面收縮 率或；彈性模量或E ；腐蝕速率V ；腐蝕裕量2冷脆現(xiàn)象是指金屬材料由常溫下的 材料，在深冷狀態(tài)下變成 材料的現(xiàn)象。答案: 塑性; 脆性 3金屬材料具有 、 、 、 等 加工的可能性稱為加工工藝性能。 答案: 切削 ; 焊接; 鑄造 ; 鍛造 4彈簧、刀具等所用的金屬材料主要是優(yōu)質(zhì) 鋼。 答案: 高碳5調(diào)質(zhì)鋼是指先進(jìn)行 處理然后再進(jìn)行高溫

2、 處理的鋼。答案: 淬火;回火6薄壁容器承受內(nèi)壓作用后，由于變形的不同產(chǎn)生的應(yīng) 力可分為三類，即 應(yīng)力、 應(yīng)力、( ) 應(yīng)力。答案: 薄膜應(yīng)力 ; 邊緣應(yīng)力 ; 峰值應(yīng)力7回轉(zhuǎn)殼體的軸對(duì)稱問(wèn)題是指殼體的 、 、 都是關(guān)于其回轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的。 答案: 幾何形狀 ; 承受的載荷 ; 約束條件8薄膜應(yīng)力理論的兩個(gè)根本方程是 、 ； 其應(yīng)用條件是殼體的 及 必須是連續(xù)的 和對(duì)稱的。 答案: ; ; 幾何形狀;承受的載荷 9計(jì)算壓力是指相應(yīng)的設(shè)計(jì) 下，用于確定元件最 小 的壓力。 答案: 溫度; 壁厚10按剛度條件設(shè)計(jì)不銹鋼容器的最小壁厚不小于 mm。 答案: 3 mm11化工容器及設(shè)備制造完畢后，需做壓力

3、試驗(yàn)，目的 是為了檢驗(yàn)其 和 。對(duì)于碳綱、 16MnR、15MnDR制容器做水壓試驗(yàn)時(shí)，水溫不低于 答案: 宏觀強(qiáng)度; 致密性 ; 5 12在凸型封頭、錐型封頭、平板封頭中受力最好、加工 最困難的是 封頭；受力最差、加工最易的是 封頭。在高壓容器中應(yīng)用最廣泛是 封頭。 答案: 半球形 ; 平板 ; 平板13法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有 的設(shè)計(jì)、 的選型、 的設(shè)計(jì)、 的設(shè)計(jì)。 答案: 法蘭; 密封面形式; 墊片; 螺栓、螺母 14開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的方法有 補(bǔ)強(qiáng)和 補(bǔ)強(qiáng)，在容 器上開(kāi)孔后，判斷其是否需要補(bǔ)強(qiáng)的依據(jù)是：假設(shè) 那么需要補(bǔ)強(qiáng)；假設(shè) 那么不需要補(bǔ)強(qiáng)。 答案: 局部 ; 整體 ; ; 15在化工容器

4、及設(shè)備上開(kāi)圓形人孔時(shí)，人孔的最小直徑 不小于 mm；開(kāi)橢圓形人孔時(shí)其長(zhǎng)軸不小于 mm；短軸不小于 mm。 答案: 400; 400 、 250或 380 、 280 16邊緣應(yīng)力具有 、 、 的特性。 答案: 局部性 ; 自限性 ; 周期性17內(nèi)徑為D i =1000、工作壓力為 P wKgf/cm2 的容 器，其DN 、PN 。答案: 1000 ; 6Kgf/cm2二、簡(jiǎn)答題1化工容器及設(shè)備零、部件設(shè)計(jì)的機(jī)械要求有哪些？ 答: 具有一定的強(qiáng)度; 具有足夠的剛度; 具有充分的 穩(wěn)定性; 具有一定的耐久性; 具有良好的密封性2邊緣應(yīng)力和薄膜應(yīng)力有何不同？答: 薄膜應(yīng)力具有整體性 , 邊緣應(yīng)力具有

5、局部性 薄膜應(yīng)力無(wú)自限性 , 邊緣應(yīng)力具有自限性 薄膜應(yīng)力無(wú)周期性 , 邊緣應(yīng)力具有周期性3如何在內(nèi)壓薄壁容器及裙式支座上開(kāi)橢圓孔？ 答:在內(nèi)壓薄壁容器上開(kāi)橢圓孔時(shí),由于危險(xiǎn)截面是縱截 面,為了減少其被削弱面積,應(yīng)使橢圓孔的長(zhǎng)軸與容器 的軸線垂直;在裙式支座上開(kāi)橢圓孔時(shí),由于危險(xiǎn)截面 是橫截面,為了減少其被削弱面積,應(yīng)使橢圓孔的長(zhǎng)軸 與容器的軸線平行。 4簡(jiǎn)述氣壓試驗(yàn)的操作過(guò)程。 答: 試驗(yàn)時(shí)緩慢地將壓力升至 p T 10%，且不超過(guò) MPa,保壓5分鐘，對(duì)所有焊縫和連接部位進(jìn)行出初次 檢查，合格后，將壓力緩慢地升至pT50%，以后按pT10%的級(jí)差逐級(jí)升至p T，保壓30分鐘，將壓力降至pT

6、87%，保持足夠長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)所有焊縫和連接部位進(jìn)行檢查，如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)，直至合格為止。5在設(shè)計(jì)碟形封頭時(shí)，為防止封頭受力太差，作了哪些 規(guī)定？ 答:在任何情況下球面的半徑不大于與其連接筒體的內(nèi)徑、過(guò)渡圓弧的半徑不小于連接筒體的內(nèi)徑10%且大于3倍的封頭壁厚 。6平板封頭受力最差，為何在化工容器及設(shè)備中還廣泛 應(yīng)用？答: 平板封頭受力雖然最差,但加工最容易,因此在化工容器及設(shè)備中廣泛應(yīng)用。 7什么叫金屬熱處理？其目的是什么。 答:將金屬材料或金屬構(gòu)件保持在固態(tài)范圍內(nèi),加熱到一定溫 度以上,在該溫度下保溫一段時(shí)間,然后再冷卻下來(lái)的一 種工藝。改變組織結(jié)構(gòu)，提高其機(jī)械、加工性能。 8S型、F

7、型鞍式支座為何要配對(duì)使用？ 答: S型、F型鞍式支座配對(duì)使用的目的是使容器隨溫度的變 化, 能夠自由變形以降低溫差應(yīng)力。9補(bǔ)強(qiáng)圈上規(guī)格為M 10的螺紋孔的作用是什么？ 答: M10的螺紋孔的作用是為了向補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)內(nèi)注壓縮空氣, 以檢驗(yàn)焊縫的質(zhì)量。10說(shuō)明以下金屬材料牌號(hào)的意義 Q235-B 、 15MnVR 、 65 、 00Cr18Ni11Ti 、 KT 350-5 答: Q235-B-表示屈服極限為235MPa、質(zhì)量等級(jí)為B級(jí)的 甲類三號(hào)鎮(zhèn)靜綱 15MnVR-表示含碳量為萬(wàn)分之十五、含M n 量低于 %、含V 量低于 %的普通低合金容器鋼 65-表示含碳量為萬(wàn)分之六十五的優(yōu)質(zhì)高碳綱 00C

8、r18Ni11Ti-表示含碳量為0.3、含Cr 量為 18% 、 含Ni量為 11%、含Ti量低于 %的不銹鋼 KT 350-5-表示抗彎強(qiáng)度為350MPa、延伸率為5 % 的 可鍛鑄鐵11闡述容器法蘭的設(shè)計(jì)步驟 答: 由與法蘭配套的筒體或封頭的PN、DN 確定法蘭的 PN、DN 根據(jù)法蘭的PN、DN法蘭的類型由法蘭的類型選擇對(duì)應(yīng)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)法蘭的PN、DN由標(biāo)準(zhǔn)確定法蘭的尺寸12提高和改善碳鋼的機(jī)械性能和加工性能的方法和途徑 有哪些？ 答: 調(diào)正和控制碳鋼的化學(xué)成份 改變碳鋼的組織結(jié)構(gòu) 如熱處理和化學(xué)處理 對(duì)碳鋼進(jìn)行熱加工和冷加工三、計(jì)算題(1)有一帶攪拌裝置的反響器如下圖。通過(guò)工藝計(jì)算

9、知其操作容積為 ，假設(shè)裝料系數(shù)為 、反響器L的長(zhǎng)徑比 、液體介質(zhì)的操作壓力p W =0. 52MPa，試確定該反響器的DN、PN。解:(1)反響器DN確實(shí)定由 得: 反響器的容積為將反響器視為圓筒,那么:圓整 , 反響器DN=1200mm(2)反響器PN確實(shí)定根據(jù)p W =0. 52MPa由公稱壓力標(biāo)準(zhǔn)可知：反響器的PN為0. 6MPa。2有一內(nèi)壓薄壁容器由圓筒、半球形封頭、無(wú)折邊錐形封頭組成，容器的壁厚為S ，中間面直徑為D，介質(zhì)的壓力為p，如圖所示。試求A、B、C三點(diǎn)的薄膜應(yīng)力。 解: A、B、C三點(diǎn)的 分別為ABCrD2SpA點(diǎn): ; B點(diǎn) : C點(diǎn): A、B、C三點(diǎn)的薄膜應(yīng)力為: A點(diǎn)

10、: B點(diǎn): C點(diǎn):3中間面直徑為D、壁厚為S 的敞口薄壁圓筒，承受沿高度方向呈線性分布的壓力作用，最大壓力為Po，試求距離上端為y 處A點(diǎn)的薄膜應(yīng)力及最大薄膜應(yīng)力。解: A點(diǎn)的 分別為 A點(diǎn)壓力P x 的計(jì)算 由于壓力沿圓筒高度方向呈線性分布，故A點(diǎn)的壓力P x 可由相似比進(jìn)行確定，即：AyP OHA點(diǎn)的薄膜應(yīng)力為：最大薄膜應(yīng)力。四、綜合題1某化工廠需要設(shè)計(jì)一臺(tái)液氨貯罐，廠方提供的設(shè)備設(shè)計(jì)要求單如下：設(shè)備名稱20m3 液氨貯罐 根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求單中的技術(shù)特性指標(biāo)，解決以下有關(guān)問(wèn)題。1解釋罐體材料16MnR牌號(hào)和支座材料Q235-A牌號(hào)的意義。解: 16MnR含碳量為萬(wàn)分之16、含錳量低于1.5

11、%普通低合金容器鋼。 Q235-A屈服極限為235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)的甲類三號(hào)鎮(zhèn)靜鋼。 2假設(shè)罐體的長(zhǎng)徑比為L(zhǎng)/D i = ，試確定罐體的DN、 PN解: 1罐體DN 確實(shí)定 由 得： 罐體2 罐體PN 確實(shí)定因操作壓力 ，由文獻(xiàn) 可知：3設(shè)計(jì)罐體的圓筒壁厚，圓筒 冷卷時(shí)的最小投料壁厚是多少。解: 1設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定 5 ， 可以忽略 ， ， 100 ， 100%無(wú)損探傷，C1mm，C21mm 2筒體壁厚的設(shè)計(jì) 設(shè)筒體的壁厚 ， 由公式 得：圓整 , 假設(shè) 合理，故筒體壁厚為12mm 3最小投料壁厚 加工筒體的最小投料壁厚為：4假設(shè)采用標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭，設(shè)計(jì)封頭的壁厚并確定直邊的高度。標(biāo)準(zhǔn)橢圓

12、形封頭熱沖壓成型后，封頭的壁厚不低于多少為合格。解: 1設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定 100 ， 雙面對(duì)接焊, 100%無(wú)損探傷，C1mm，C21mm 2封頭壁厚的設(shè)計(jì) 設(shè)封頭的壁厚 ， 由公式 得： 圓整 , 假設(shè) 合理，故封頭壁厚為12 mm 3直邊的高度及最小壁厚直邊的高度ho=25mm熱沖壓成型后，封頭的壁厚不低于為合格。5設(shè)計(jì)筒體的長(zhǎng)度 H。 解：根據(jù)EHA型封頭的標(biāo)準(zhǔn)，由 查表可得: 由 得： 圓整后得圓筒長(zhǎng)度 6假設(shè)按剛度條件設(shè)計(jì)圓筒壁厚，其最小壁厚為多少。解： D i =2000mm3800mm , 7罐體做水壓試驗(yàn)時(shí)，試確定水的溫度及壓力表的量程。解：罐體做水壓試驗(yàn)時(shí)，水的溫度5 試驗(yàn)壓力

13、 壓力表的量程 或 , 即:8對(duì)罐體進(jìn)行液壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核。解：由 得： 205.8 液壓強(qiáng)度足夠 9確定液氨排液口管法蘭的DN、PN；選擇管法蘭密封面的形式及墊片的材質(zhì)。 解：由設(shè)備設(shè)計(jì)要求單可知:液氨排液口管法蘭的DN=32、管法蘭的PNMPa。 管法蘭密封面的形式為：凹凸型 墊片的材質(zhì)為：中壓石棉橡膠板10在筒體上開(kāi)人孔時(shí)，確定人孔的DN；假設(shè)在人孔處采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，試確定補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑。解：容器直徑D i =2000mm 時(shí)，選用DN=500mm 假設(shè)采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑Do = 840mm11確定設(shè)計(jì)鞍式支座的根本參數(shù)解：鞍式支座的根本參數(shù)有兩個(gè)： 容器的公稱直徑DN = 200

14、0mm 每個(gè)支座承受的載荷Q=mg/2m-設(shè)備的金屬質(zhì)量+液氨的質(zhì)量12確定進(jìn)液口接管的伸出長(zhǎng)度。解：液氨貯罐外無(wú)保溫層，由DN = 50 mm查表可知：接管的伸出長(zhǎng)度L=150mm(2)某化工廠需要設(shè)計(jì)一臺(tái)氣固兩相流化床反響器，廠方提供的設(shè)備設(shè)計(jì)條件單如下：設(shè)備名稱：體積為m3的氣固流化床反響器 根據(jù)上述設(shè)計(jì)條件單，按以下程序?qū)Ψ错懫鞯挠嘘P(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算 :1解釋殼體材料0Cr18Ni10Ti 支座材料20R 牌號(hào)的意義 解： 0Cr18Ni10Ti表示:含碳量為0.5 、含鉻量為18% 、含鎳量為10% 、含鈦量低于1.5 %的不銹鋼 20R表示:含碳量為0.2 % 的優(yōu)質(zhì)低碳容器鋼。

15、2試確定反響器筒體和封頭的DN、PN。忽略篩板的體積解：1 公稱直徑DN 確實(shí)定 由 得: 因?yàn)橥搀w的內(nèi)徑已系列化，由標(biāo)準(zhǔn)可知： 取700mm反響器筒體DN=700mm，與之配套的封頭DN=700mm。 2 公稱壓力PN確實(shí)定 由工作壓力MPa，操作溫度低于200。根據(jù)壓力容器法蘭規(guī)定，筒體公稱壓力等級(jí)取PNMPa。封頭與之一致，亦PNMPa。 3按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)筒體的壁厚、筒體冷卷時(shí)的最小投料厚度不小于多少。 解：1 設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定 ， ， (無(wú)液柱靜壓) ， 雙面焊對(duì)接接頭/全焊透，100%無(wú)損探傷， C1mm 、C2= 0 mm 2 筒體壁厚的設(shè)計(jì) 由 得： 圓整 ，考慮筒體的加工壁厚不小

16、于5mm ， 故取 3 最小投料厚度 筒體冷卷的最小投料厚度： 4設(shè)計(jì)上、下標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭的壁厚和封頭的體積、封頭熱沖壓成型后的最小厚度不小于多少為合格。解：1 設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定 ， ， ， 整板沖壓成型， C1mm C2= 0 mm 2 封頭壁厚的設(shè)計(jì) 由 得： 圓整取封頭的壁厚與筒體的壁厚一致 3 封頭的體積 由DN=700 mm 查表可知： 4熱沖壓成型后的最小厚度5設(shè)計(jì)反響器筒體的長(zhǎng)度 H 解： 由 得： 圓整后得圓筒長(zhǎng)度6反響器做空壓試驗(yàn)時(shí)，對(duì)殼體進(jìn)行氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核。 解：1試驗(yàn)壓力確實(shí)定取 2 氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核 由 得： s MPa MPas = 162.4 M Pa 筒體的強(qiáng)度滿足氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度要求 7反響器的筒體和封頭之間采