《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》課后練習(xí)題答案

《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》課后聯(lián)系題答案1.壓力容器導(dǎo)言思考題?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(chǔ)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。藝過(guò)程的正常進(jìn)行。答：介質(zhì)毒性程度越高，壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴(yán)重，對(duì)材料選用、制造、檢驗(yàn)和管理的要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(shí)，碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)力逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)，整體必須進(jìn)行焊A、B100%射線或超聲檢測(cè)，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(duì)法蘭的選用影響也甚大，主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1.6MPa，且還應(yīng)盡量選用帶頸對(duì)焊法蘭等。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。pV大小進(jìn)行分類？pV乘積值越大，則容器破裂時(shí)爆炸能量愈大，危害性也愈大，對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求愈高。GB150的適用范圍是否相同？為什么？答：不相同。101P2內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）≥05，且容積≥00533盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。的適用范圍：1≤≤，真空度不低于2按（℃34567對(duì)壓力容實(shí)施安全技術(shù)監(jiān)督和管理的依據(jù)，屬技術(shù)法規(guī)范疇。、和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有何不同？它們的適用范圍是什么？答：JB/T4735《鋼制焊接常壓容器》與GB150《鋼制壓力容器》屬于常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；JB4732《鋼制壓力JB/T4735GB150JB4732GB150與JB4732相互覆蓋范圍較廣。G150的適用范圍： 1設(shè)計(jì)壓力為≤≤，真空度不低于2（34567的適用范圍：1設(shè)計(jì)壓力為≤，真空度不低于2（最高為℃345671≤2設(shè)計(jì)溫度為大于～℃奧氏體高合金鋼制容器和設(shè)計(jì)溫度低于℃但滿足低溫低應(yīng)力工況且調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度高于℃的容器不受此限制3不適用于盛裝高度毒性或極度危害的介質(zhì)的容45672.壓力容器應(yīng)力分析思考題1. 一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對(duì)稱問(wèn)題的條件是什么? 材中與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面？為什么？答：不能。只有正應(yīng)力，使問(wèn)題復(fù)雜化。 試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭采用長(zhǎng)短軸之比的原因。受的內(nèi)壓力最大，因此稱這種橢圓形封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 βRt什么？

兩個(gè)參數(shù)的物理意義是力也由較高值很快衰減下來(lái)，稱為不連續(xù)效應(yīng)或邊緣效應(yīng)。ex很快衰減至。

3312 Rtβ

反映了材料性能和殼體幾何尺寸對(duì)邊緣效應(yīng)影響范圍。該值越大，邊緣效應(yīng)影響范圍越小。RtRt載能力，為什么？σσσ負(fù)值。 K21在數(shù)值上有如下規(guī)律：內(nèi)壁周向應(yīng)力σθ有最大值，其值為：maxpi

，而在外壁處減至最小，K21其值為minpi

2

，內(nèi)外壁σθ之差為；徑向應(yīng)力內(nèi)壁處為

，隨著增加，徑向應(yīng)力絕對(duì)值逐漸減小，在外壁處σ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r一半，即z

3除σ2 K21不能用增加壁厚來(lái)提高承載能力。因內(nèi)壁周向應(yīng)力σθ有最大值，其值為：maxpiK21，隨K值 單層厚壁圓筒同時(shí)承受內(nèi)壓與外壓用時(shí)，能否用壓差ppipo 公式ii00i0i0pR2pR2pii00i0i0

pR2R21r R2R2

R2R2 r20 i 0 iii00i0i0pR2pR2ppR2R21ii00i0i0 R2R2

R2R2 r20 i 0 ipRpRpRii 00z R2R20 i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)3力與周向應(yīng)力的第二項(xiàng)與ppipo37圖而不能用ppipo表示。 什么？答：?jiǎn)螌雍癖趫A筒在內(nèi)壓與溫差同時(shí)作用時(shí)，其綜合應(yīng)力沿壁厚分布情況題圖。內(nèi)壓內(nèi)加熱時(shí)，綜合應(yīng)力的最大值為周向應(yīng)力，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??；徑向應(yīng)力的最大值在外壁，等于。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)筒壁屈服發(fā)生在：內(nèi)壓內(nèi)加熱時(shí)，在外壁；內(nèi)壓外加熱時(shí)，在內(nèi)壁。是因?yàn)樵谏鲜鰞煞N情況下的應(yīng)力值最大。r 為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程

rdrdr

，在彈塑性應(yīng)力分析中同樣適用？完全相同。 一厚壁圓筒，兩端封閉且能可靠地承受軸向力，試問(wèn)軸向、環(huán)向、徑向三應(yīng)力之關(guān)系式 rz 2

在彈性階段成立在教材中已經(jīng)有推導(dǎo)過(guò)程，該式是成立的。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)外壓力變化，三個(gè)主應(yīng)力方向始終不變，三個(gè)主應(yīng)力的大小按同一比例變化，由式 rz 2

可見，該式成立。對(duì)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(gè)用全量理論求解，上式仍成立。有兩個(gè)厚壁圓筒，一個(gè)是單層，另一個(gè)是多層圓筒，二者徑比和材料相同，試問(wèn)這兩個(gè)厚壁圓筒的爆破壓力是否相同？為什么？度比單層有軸向深焊縫的圓筒要高，實(shí)際爆破時(shí)比單層圓筒的爆破壓力要高。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？地利用材料。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？pRt2pRt成正比。同樣的RtRt2Rtpp試比較承受均布載荷作用的圓形薄板，在周邊簡(jiǎn)支和固支情況下的最大彎曲應(yīng)力和撓度的大小和位置。 3pR2max 4t2

fwmaxw

pR464D 33pR2

s pR4

5max 8t2

wmax

64D1形薄板的中心。s

32 rmax2

0.31.65rr周邊簡(jiǎn)支與周邊固支的最大撓度比值

fmaxwmax 4.08ws 50.3wmax 4.08其結(jié)果繪于下圖

fmax

1

10.3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？現(xiàn)在赤道上有較大壓應(yīng)力時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)失效。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(zhǎng)度、直徑、壁厚、圓柱殼的不圓度、局部區(qū)域的折皺、鼓脹或凹陷。性模量還量要高一些，不計(jì)成本的話，是可以提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力的。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：有：應(yīng)力集中系數(shù)法、數(shù)值解法、實(shí)驗(yàn)測(cè)試法、經(jīng)驗(yàn)公式法。圓柱殼除受到壓力作用外，還有哪些從附件傳遞過(guò)來(lái)的外加載荷？束反力、溫度變化引起的載荷等。組合載荷作用下，殼體上局部應(yīng)力的求解的基本思路是什么？試舉例說(shuō)明。的厚壁圓筒內(nèi)的綜合應(yīng)力計(jì)算。習(xí)題 ，殼體厚度為）。若殼體材料由（b400MPa,s245MPa（b510MPa,s345MPa）時(shí)，圓柱殼中的應(yīng)力如何變化？為什么？應(yīng)力分量表示的微體和區(qū)域平衡方程式：

）改為

pz

F2

rpdr2r

tσinR1 R2

0 z kpR tpR

prk pR2σin 2t的應(yīng)力分布和大小不受材料變化的影響。對(duì)一標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（如圖所示）進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。該封頭中面處的長(zhǎng)軸，厚度，測(cè)得點(diǎn)（）指示數(shù)為，壓力表的指示數(shù)為，試問(wèn)哪一個(gè)壓力表已失靈，為什么？標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的長(zhǎng)軸與短軸半徑之比為，。在處的應(yīng)力式為：

2bt

p2bta2

2500

1MPaA有一球罐（如圖所示，其內(nèi)徑為（可視為中面直徑，厚度為。內(nèi)貯有液氨，球的氣態(tài)氨。設(shè)氣態(tài)氨的壓力，液氨密度為，球罐沿平行圓支承，其對(duì)應(yīng)中心角為°，試確定該球殼中的薄膜應(yīng)力。hφ0，hφ0pR tpR

prk pR2σin 2t

pR0.410000

100MPa支承以上部分，任一φ角處的應(yīng)力：， ρ （φφ），φ，φφσin0

10272 5110 10

coσ00.7由區(qū)域平衡方程和拉普拉斯方程：

rpcoσ0r00coσRgrdr2pRgcoσ

rrdr2R3gcoσ2σind000r 000R2pRgcoσ0

σin2σin2

2R3gcoσ3coσ3 0 0 0 RpRgcoσσin2σin2 R2gcoσ30 0 0 2tσin2 3tσin2 R pσin2σin2

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 0

pzRt

pcoσ0coσRgRt 0pcoσcoσRgR0t R pσin2σin2

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 0 R σin2σin2

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3 tσin22

0 2

0 3 0 102

106409.810.35σin20.511coσ30.73 3 500 5

221974.4σin20.5120928coσ30.3435 22.2σin22.1coσ312.042MPaσin2

pcoσcoσRg0 Rt R

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 0221.97431.392coσ5 22.2σin22.1coσ312.042MPaσin23φ(φ)：， ρ （φφ），φ，φφV2

rpcoσ0r0

coσRgrdr4R3g1h23Rhg0 3 3pRgoσ0rrR3goσ2indg4R3h23Rhr0 0 30R2pRgcoσ0

σin2σin2

2R3gcoσ3coσ33 00g4R3h23Rh03 V2Rt 0 0 RpRgcoσσin2σin2 R2gcoσ3 0 0 g 4R2

2tσin22 h

3tσin26tσin2

h3 R R R pσin2σin2Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22 0 g 4R2 2 h

2

0 3 0R6tσin2R

h3

pzRt

pcoσcoσRg0 R 0 t0pcoσcoσRgR0t R pσin2σin2Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22 0 g 4R2 2 h

2

0 3 0R6tσin2R

h3 R

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3 tσin22

0 2

0 3 0 g 4R2h23hR6tσin2R

10 0.02σin2106409.810.35σin20.511coσ30.7319656624

σin2500221974.4σin20.5120928coσ30.34339313.248σin25 22.2σin20.512.1coσ30.3433.9σin25 22.2σin22.1coσ38.14σin2

MPa pcoσ0coσRgR g 4R2h23hR t 6tσin2R

R

Rgcoσ0σin2σin2

1coσ3coσ3tσin22

0 2

0 3 020031.3920.7coσ

5

22.2σin20.512.1coσ30.34319.656624σin220031.3920.7coσ5 22.2σin22.1coσ38.14σin2221.974-31.392coσ5 22.2σin22.1coσ38.14MPaσin2有一錐形底的圓筒形密閉容器，如圖所示，試用無(wú)力矩理論形容器中面半徑，厚度；錐形底的半錐角α，厚度，內(nèi)裝有密度為ρ的液體，液面高度為，液面上承受氣體壓力。α（α半錐頂角），ρ，φπαrRxtgcR2pc

Hgc3c

xR2r2Rrg2r

tcoσ

R2p

Hg1xR2r2Rrgrx3rx2rtcoσ2 2

x2tg2cRpHgxRc

xRtg

g32R2Rxtg

cR1 c

pzt

pHxgRxtgddx

1tcoσ

tcoσcgRxtgpc

Hxgtgd

1

pctg

d2

2gtg令： 0 dx

2tgR

Htg

g

tcoσ 0在x處有最大值。的最大值在錐頂，其值為。 1R pc

pctgpcH2tgHggRHtg

g

max

2tcoσ試用圓柱殼有力矩理論，求解列管式換熱器管子與管板連接邊緣處（如圖所示）管子的不連續(xù)應(yīng)力表達(dá)式（管板剛度很大，rt。w11pwQ0w11

wM00111pQ0111

M001內(nèi)壓引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?2p 2Rwp2R2 2R

pREt

p

pR2Etw2轉(zhuǎn)角：w2

2p02w2M0w2

122DM0

Q0

123DQ0w20M 1 Mw202 D

Q 1 Q02 22D 00wpw2

wQ

2wM002

pQ0

2M002222222pR2Et

1 M 22D 0

1 Q0323D 03

1 M D 0

1 Q022D 00M 22D0

pR2Et

Qo4D

pR2EtNx044R3DNEt

exσinx

x

pRe

xσinx

xMx2

2R2DpEt

exσinx

xMMx43R2Dp

xQx

e coσxEt

Nx12Mxt t3

242R2Dpz Et4

exσinx

xz N

12M

pR

x

242RD

x

t t3z0

e σin t

coσx

Et3

e σin

coσ

xz6Qt2

243R2Dpt2

2x x

z

ze

coσx44x t3 Et4 44 Nx

12Mx

pR242R2Dp

x x

2t tpRNt t

t3 z 2t12Mt3

Et4

e σin

coσ xzpR

x

242RD

x

t1 tz0

σin

coσ

e σin

coσ

xzt2

243R2Dpt2

2x x

z

ze

coσx44x t3 Et4 44兩根幾何尺寸相同，材料不同的鋼管對(duì)接p，操作溫度0tcE相r，厚度為t，試求得焊接處的不連續(xù)應(yīng)力（不計(jì)焊縫余高。內(nèi)壓引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?1prpr

p溫差引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

12r

Et

2t

p 2w1 2Etw2rwt2rwt

t 1

t t twtrtr 10 c 1 1 1wtrtpt

轉(zhuǎn)角：

w 21 2Et0p01

r1t內(nèi)壓引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?2rwp2r1prpr

p溫差引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

22r

Et

2t

p 2w2 2Etw2rwt2rwt

tt 2t

t t twrtr 20 c 2 2 2wrtpt

轉(zhuǎn)角：

w 22 2Et0p02

r2tw1M0w1

122DM0

Q 1 Qw01 23D 0w01M01

1DM0

Q 1 Q01 22D 00www2M0w2

122DM0

Q0

123DQ020M 1 M202 D

Q 1 Q02 22D 00

wptw11222111222

wQ

1wM01

ptw2w

wQ

22wM0221pt11

Q0

M0

pt

Q0

M0pr2

1

1

1 121112Et111

r1t 22DM0

23DQ0 2Et2

r2t 22DM0 23DQ01DM01

22DQ0

DM0

22DQ0M00o01Qr3Dto01

tc

2

Nx0N

Etext2

tc

coσx1x0M r2Dext1x0

tc

σinx1MMx1x01Q r3Dextx01

tc

coσxσinxx t

12Mxt3

z12zr2Dextt3

tc

σinx1 N1

12M

zext

Ecoσx12zr2Dσinx t t3z0

0 c 1

22 t3 6Qx

2 6rt2

2

x0 c 1 0 c 1 2

t3 4

zDe t34

t coσxσin prNx

12Mxzpr12zr2Dext

σinxx 2t t

2t t3

0 c 1 2 prN

12Mz

prext

Ecoσx12zr2Dσinx t t t3 t

0 c 1 2 2 t3 z06Qt2

2 6rt2

2

xxx

t34

zDe t34

0 c 1 20 c 1 2物理方程

rwdrdw rd r

wr E

wr

rE

rr公式rr

pR2 R2 p R2 ii 10 i 10r R2R2

K21 r20 i pR2 R2 p R2 ii 10 i 10R2R2

K21

r20 i pR2 p ii i z R2R2

K210 i在外壁面處的位移量及內(nèi)徑：wrR0

piR0EK21

2w01piR021piR02Ew013649020.321050.365

R0RiK0

4901.188

412.538mmrpi

36MPa pi

1.18821 K211

36 1.18821

211.036MPa外壁面處的應(yīng)力值：

pi K21

361.18821

87.518MPa

2pi

175.036MPa

K21pi K21

1.18821361.18821

87.518MPa有一超高壓管道，其外直徑為78mm，內(nèi)直徑為34mm，承受內(nèi)壓力300MPa，操作溫度下材料的σb=1000MPa，σs=900MPa。此管道經(jīng)自增強(qiáng)處理，試求出最佳自增強(qiáng)處理壓力。解：最佳自增強(qiáng)處理壓力應(yīng)該對(duì)應(yīng)經(jīng)自增強(qiáng)處理后的管道，在題給工作和結(jié)構(gòu)條件下，其最大應(yīng)力取最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的塑性區(qū)半徑的周向應(yīng)力為最大拉伸應(yīng)力，其值應(yīng)為經(jīng)自增強(qiáng)處理后的殘余應(yīng)力與內(nèi)壓力共同作用下的周向應(yīng)力之和： R

2R

R2

R2

R

pR2

R2s10

c

i 1c

2lnc i i 103 R3

R

R

R

R c

0

0 i

0

i

i

c0，求其駐點(diǎn) R2R

R2 R2

R s 0c

i 1c

2lnc3R 3

R

2

R Rc c 0

0 i

0

i R2

R2

1 2pR2 R2 s10

c i c

i i 003 RR23

R2R2

R R2R2R3 c0

0 i

c 0 i c解得：Rc=21.015mm。根據(jù)殘余應(yīng)力和拉美公式可知，該值對(duì)應(yīng)周向應(yīng)力取最大值時(shí)的塑性區(qū)半徑。由自增強(qiáng)內(nèi)壓與所對(duì)應(yīng)塑性區(qū)與彈性區(qū)交界半徑的關(guān)系，最佳自增強(qiáng)處理壓力為： R2R2 R3ipS3i

0 c2lnc589.083MPaR2o RiR2 3pR2

3pR23Pmax

4t2

33pR2

33pR233Pmax

8t2

R=500mm，板厚=38mmp=3MPa，試求板的最大撓度和應(yīng)力（取板材的E=×，μ）解：板的最大撓度： Et3 2105383 9D12121210.321.00510f pR4 35004板的最大應(yīng)力：

wmax64D641.005109

2.915mmmax

3pR24t2

3350024382

389.543MPa上題中的圓平板周邊改為簡(jiǎn)支，試計(jì)算其最大撓度和應(yīng)力，并將計(jì)算結(jié)果與上題作一分析比較。解：板的最大撓度：s pR45

50.3

wmax64D1

2.9154.0772.91511.884mm10.3

33pR28t2

330.3350028382

2

389.543

1.65

642.746MPa4.0771.65倍。10080（=15106E210Maμ03mm以下，試問(wèn)塔板的厚度應(yīng)增加多少？解：周邊簡(jiǎn)支圓平板中心撓度 Et3 210563 5D12121210.3239.5610phg0.815009.8111772Pa0.012MPaws

pR45

0.0127504 50.3

61.14mmmax

64D1

6439.5610510.3以下需要的塔板厚度塔板剛度需增加的倍數(shù)：

61.1420.38331231210.32806.23281052105

D20.3839.56105806.232810533E10.4mm以上的厚度。三個(gè)幾何尺寸相同的承受周向外壓的短圓筒，其材料分別為碳素鋼（σs=220MPa，E=2×105MPa，μ03、鋁合金（σ=1Ma，E07×10Ma，μ03）和銅（σs10Ma，=11×0Ma，μ=03答：碳素鋼的大。從短圓筒的臨界壓力計(jì)算式pcr

2.59Et2LD0D0LD0D0t試問(wèn)它們的臨界壓力是否相同，為什么？在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？隨著所承受的周向均布外壓力不斷增加，兩個(gè)圓筒先后失穩(wěn)時(shí)，圓筒中的周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？支承，容易失穩(wěn)；而短圓筒的兩端對(duì)筒體有較好的支承作用，使圓筒更不易失穩(wěn)。質(zhì)相同時(shí)，其應(yīng)力值相同。臨界壓力比短圓筒時(shí)的小，在失穩(wěn)時(shí)，長(zhǎng)圓筒殼內(nèi)的壓應(yīng)力比短圓筒殼內(nèi)的壓應(yīng)力小。愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟(jì)上愈合理。對(duì)否，為什么？1圓筒的剛度，剛度提高就可提高其臨界壓力。修等要求，圓筒需要必要的厚度，加強(qiáng)圈增加的費(fèi)用比圓筒的費(fèi)用減少要大，經(jīng)濟(jì)上不合理。10100040M=4Ma，E210M=031pc2pb，并比較其結(jié)果。1crD0t102010D01000210D0t102010Lcr

1.17D0

12052.75mm12m20mpcr

t2.2Et

2.22105

0.415MPa3D03b

1020pb

2slnK 2451020332 ln4001000

7.773MPa 18.747倍。題62121crpcr

2.59Et2

2.592105102

2.514MPaLD0D0t200010201020103LD0D0t200010201020103

245 1020pb

2 ln 7.773MPa400 10003 b 33.092倍，但比長(zhǎng)圓筒時(shí)的倍數(shù)小了很多。3．壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響壓力容器用鋼有哪些基本要求？

思考題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(huì)增加鋼的脆性，特抗中子輻照脆化能力，改善抗應(yīng)變時(shí)效性能、抗回火脆性性能和耐腐蝕性能。效地發(fā)現(xiàn)脆化，在斷裂前不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)事故前無(wú)任何征兆，具有突發(fā)性。時(shí)采用抗氫用鋼、中子輻照材料脆化在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)及時(shí)更換。壓力容器選材應(yīng)考慮哪些因素？范標(biāo)準(zhǔn)。4．壓力容器設(shè)計(jì)思考題（剛）度和密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定合（剛）度設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是確定好。準(zhǔn)設(shè)計(jì)，還應(yīng)提供應(yīng)力分析報(bào)告。1234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；質(zhì)泄漏率超過(guò)許用的泄漏率為失效。什么叫設(shè)計(jì)壓力？液化氣體儲(chǔ)存壓力容器的設(shè)計(jì)壓力如何確定？答：壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力。能達(dá)到的最高金屬溫度確定。TiToT，請(qǐng)問(wèn)設(shè)計(jì)溫度取哪個(gè)？選材以哪個(gè)溫度為依據(jù)？T。選材以元件金屬截面的溫度平均值為依據(jù)。度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個(gè)？為什么？C1腐蝕裕量C2腐蝕裕量C2計(jì)算厚度δ設(shè)計(jì)厚度δdC1腐蝕裕量C2腐蝕裕量C2計(jì)算厚度δ設(shè)計(jì)厚度δd名義厚度δnδmin2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(jì)算厚度小，而不能保證壽命。藝和使用管理的先進(jìn)性以及檢驗(yàn)水平等因素。1234分類，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效。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？1δ≤01或≤122據(jù)的。3（內(nèi)壁）發(fā)生屈服時(shí)，其余各點(diǎn)仍處于彈性狀態(tài)，故不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(jì)準(zhǔn)則就顯得有些保守。121制造工藝簡(jiǎn)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能性，同時(shí)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(zhǎng)、效率低、鋼板材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對(duì)接的深環(huán)焊縫對(duì)容器的制造質(zhì)量和安全有顯著影響。對(duì)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290MPa、操作溫度-30~350380mm6000mm、重量801002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(duì)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(zhǎng)度的容器。其適用范圍與多層包扎式基本34包扎時(shí)各層的環(huán)焊縫相互錯(cuò)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5繞帶式和扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式兩種。生產(chǎn)過(guò)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，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(jì)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。11232p好時(shí)，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：p按第三強(qiáng)度理論

pDpD2 2

r2

pDi

ppDt r 2 2 2 pDtpp≤0.4[σ]tφ？變比能準(zhǔn)則相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度σeq4能較好地反映厚壁圓筒的實(shí)際應(yīng)力水平與中徑公式相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度為

eq4

3K2K21pc K1 peqm 2K1ceq4

eqmKK=1.5時(shí)，比值eq4

1.25GB150ns=1.61.5，仍可按中徑公式計(jì)算倍，說(shuō)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)時(shí)，δ，代入中徑公式得：0.25Di

pcDictpc

0.t1.25p

p0.tcc≤σφ的依據(jù)。cc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(shuō)明其主要應(yīng)用場(chǎng)合。反。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。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Rr的過(guò)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(gè)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(guò)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(jiǎn)單，使碟形封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。體的排放，可作為不同直徑圓筒的中間過(guò)渡段，因而在中、低壓容器中使用較為普遍。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。1ym2y的物理意義為保證在操作狀態(tài)時(shí)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(shí)，應(yīng)按哪些因素確定法蘭的公稱壓力？121Mn在0稱壓力。當(dāng)容器法蘭設(shè)計(jì)溫度升高且影響金屬材料強(qiáng)度極限時(shí)，則要按更高一級(jí)的公稱壓力選取法蘭。其中大部分需要法蘭環(huán)來(lái)承擔(dān)，這就使法蘭環(huán)的實(shí)際應(yīng)力有可能超過(guò)單獨(dú)對(duì)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(duì)錐頸部分和法蘭環(huán)的平均應(yīng)力加以限制。件。處，從而達(dá)到密封目的。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。封元件在容器內(nèi)部介質(zhì)壓力錐環(huán)兩錐面上的軟金屬墊片軟金屬墊片達(dá)到足夠的預(yù)緊和平蓋凸出部分外圓柱面間?。浑p錐環(huán)由于在預(yù)緊時(shí)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，須大于軟金屬墊片所需要的操作密封比壓。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(jì)壓力≤2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑≤89mm時(shí)，滿足下表的情況下，可不補(bǔ)強(qiáng)接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0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)。采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，GB150對(duì)其使用范圍作了何種限制，其原因是什么？50M15n≤8。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(shí)，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)圈與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。130m2345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(shí)，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。片不能繼續(xù)使用，容器也被迫停止運(yùn)行，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)。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)？答：壓力試驗(yàn)的目的：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。對(duì)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，且外而以內(nèi)壓試驗(yàn)進(jìn)行“試漏”，檢查是否存在穿透性缺陷。試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)時(shí)，必須同時(shí)在內(nèi)筒保持一定的壓力，以確保夾套試壓時(shí)內(nèi)筒的穩(wěn)定性。邊緣應(yīng)力是由于保持不連續(xù)處的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的；應(yīng)力沿殼體壁厚的分布規(guī)律不同，如薄膜應(yīng)力是均勻獻(xiàn)大，有自限性的應(yīng)力對(duì)失效的貢獻(xiàn)小。1S23局部+Pb強(qiáng)度SⅢ4（P+P+5Ⅴ（PL+Pb+Q+F算得。前四組強(qiáng)度的許用值是在所考慮點(diǎn)上，每組對(duì)應(yīng)與該點(diǎn)的最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差；峰值應(yīng)力強(qiáng)度SⅤ是該點(diǎn)的最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差值的一半。1響。2法，折算到相當(dāng)于平均應(yīng)力為零的一個(gè)當(dāng)量交變應(yīng)力幅。修正相應(yīng)的對(duì)稱循環(huán)疲勞曲線。習(xí)題K≤0.1mm/a，設(shè)計(jì)壽命B=20Q2305-·F、Q235-A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計(jì)算圓筒厚度。=18M0φ0C=01=2~6m35A的σ]13時(shí)，16MnR的[σ]t170MPa4-2，C1=0.8mm。Q235-A時(shí)：pDtppD

1.851000

9.724mm16MnR時(shí)：

nC1C29.7240.8212.524mm取n14mmpDtppD

1.851000

6.443mmnC1C26.4430.829.243mm取n10mm石油氣，經(jīng)測(cè)試其在0℃時(shí)的最大飽和蒸氣壓小于162Ma（即0℃時(shí)丙烷飽和蒸氣壓；圓筒內(nèi)徑L=8000mm16MnRC2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=1.0，裝量系數(shù)為09123（41p=p1×1618Ma=60C==106mMR的σ=4-2，C1=0.8mm。容積VD2L2.62842.474m3,pV1.78242.47475.689MPam34 i 42756M·P3pDtppD

1.7822600

13.693mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度

nC1C213.6930.8216.493mm取n18mmpDt0.5ppD

1.7822600

13.728mm4

nC1C213.7280.8216.528mm取n18mm應(yīng)力校核

pT1.25p1.251.7822.228MPa pTDie2.2282600182.8191.667MPa0.9

0.9345310.5MPaeT 2e

2.8 sDi=600mm，厚度δn=7mm16MnR，計(jì)算壓力各種形式封頭的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。φ=1.01pcctpc

2.2600

1.947mm2

1.9470.813.747mm取n7mmpcct0.5pc

2.2600

3.895mm3

3.8950.815.695mm取n7mmRi0.9Di

r0.17Di0.17600102mm1 Ri 1

540M 3 3

1.3254r4 4r4

102Mpcct0.5pc

1.3252.25402.2

4.645mm4.6450.816.445mm取n7mm4Kpct0.32.2170Kpct0.32.21701.0pDc

37.385mm查表4234~40時(shí)，C11.1mm37.3850.81.139.285mm取n40mm16MnRC2=1.0mm，試確定圓筒的厚度。~6m6MR的[σ]=[σt=0M=45M42C0φ10，φ0=0.9。為安全起見取φ=0.9，按中徑公式計(jì)算：pcctpc

31.4800

91.479mm取6mm層板16層，內(nèi)筒1層，共17層的總壁厚負(fù)偏差為170.813.6mm91.47913.61106.079mm取n110mm今需制造一臺(tái)分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長(zhǎng)（指圓筒長(zhǎng)+兩端橢圓形封頭直邊高度）厚的Q235-A鋼板，問(wèn)能否用這三種鋼板制造這臺(tái)設(shè)備。解：計(jì)算長(zhǎng)度LL13

600025006333.333mm3、12mm、14mm鋼板，C1=0.8mmC2=1mm。三種厚度板各自對(duì)應(yīng)的有效厚度分2024mm、2028mm18mD0e

20166.2325.16120,

LD06333.33320163.142查圖4-6得：

A0.00007;

查圖4-7得：

E1.69105MPap

20.000071.691053325.161

0.0243MPa0.1MPa3D3D0 e212mD0e

202410.2198.43120,

LD06333.33320243.129查圖4-6得

A0.0001;

查圖4-7得

E1.69105MPap

20.00011.691053197.647

0.057MPa0.1MPa3D3D0 e314mD0e

202812.2166.2320,

LD06333.33320283.123查圖4-6得

A0.00022;

查圖4-7得

E1.69105MPap

20.000221.691053166.23

0.149MPa0.1MPa3D3D0 e圖所示為一立式夾套反應(yīng)容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應(yīng)器圓筒內(nèi)反應(yīng)液的最高工作壓力16MnRC2=2.0mm，對(duì)接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進(jìn)φ=0.85，試進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：12311規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標(biāo)定爆破壓力psmin1.43pw

1.4334.29MPaGB150表B3爆破片的制造范圍，當(dāng)設(shè)計(jì)爆破壓力高于0.53%設(shè)pb

p 10.0154.291.0154.354MPa（bpp10.034.3541.034.485MPab（：2828p0.41.250.5MPaL40003004010003990mm4設(shè)計(jì)溫度取工作溫度4-2，C1=0.8mmC2=2.0mm，φ=1.020C=。21pD1pD圓筒壁厚：

tp

4.4851000

13.368mmpDnC1C213.3680.8216.168mm 取n18mmpD標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚：

t0.5p

4.4851000

13.279mmnC1C213.2790.8216.079mm2

取n18mm圓筒穩(wěn)定性校核：

取n18mm,

e182.815.2mm,

D01000361036mm

103615.268.15820,

LD0399010363.851DB0 DB0 e

A0.00055;

查圖4-8得

B70MPap

70 1.027MPa0.5MPa68.158n18mm滿足穩(wěn)定性要求標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭穩(wěn)定性校核：

取n18mm,

e182.815.2mm,D01000361036mm，

查表45得系數(shù)K10.9,

R0K1D00.91036932.4mmR0eR0e

0.12515.20.002RRB0 e

查圖4-8得

B160MPap

0.5MPa932.4n18mm滿足穩(wěn)定性要求2圓筒壁厚：

tp

0.4110021700.850.4

1.525mmpDpDnC1C21.52512.525mm，取n4mm3mmpDpD標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚：

t0.5p

0.41100

1.524mmnC1C21.52412.524mm，取n4mm3mm有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑δn=14mmC2=2.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85；在圓筒和封頭焊有三個(gè)接管（方位見圖0a8×60結(jié)構(gòu)是否需要補(bǔ)強(qiáng)？ab、c均需計(jì)算后確定。橢圓形封頭的計(jì)算厚度：14M42C010mσ]=101MPa；fr=101/144=0.701。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚：pDt0.5ppD

2.51000

10.265mm接管b的計(jì)算厚度

pDtp

2.5203

2.557mm接管c的計(jì)算厚度

pDtp

2.5147

1.851mmb的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：接管的有效厚度：et82.85.2mm，封頭的有效厚度：

e140.8211.2mm開孔直徑：d21928220.8197.4mm所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積etAd21et

f197.410.265