化工设备机械基础作业答案.docx
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化工设备机械基础作业答案
《化工设备机械基础》习题解答
、填空题
1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的(内)径。
2、无缝钢管做筒体时,其公称直径是指它们的(夕卜)径。
3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN是多少毫米?
规格
①14X3
①25X3
①45X3.5
①57X3.5
①108X4
DN(mm)
10
20
40
50
100
4、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级?
PN(Mpa)
0.25
0.60
1.0
1.6
2.5
4.0
6.4
5、管法兰标准中公称压力
PN有哪些等级?
PN(Mpa)
0.1
0.25
0.40
0.60
1.0
1.6
2.5
4.0
第三章内压薄壁容器的应力分析
一、名词解释
A组:
1•薄壁容器:
容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
2•回转壳体:
壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
3•经线:
若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
4.薄膜理论:
薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态,也称为无力矩理论。
5.第一曲率半径:
中间面上任一点M处经线的曲率半径。
6•小位移假设:
壳体受力以后,各点位移都远小于壁厚。
7•区域平衡方程式:
计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
8•边缘应力:
内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
9•边缘应力的自限性:
当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时,弹性约束开始缓解,原来不同的薄膜变形便趋于协调,边缘应力就自动限制。
二、判断题(对者画",错着画X)
A组:
1.下列直立薄壁容器,受均匀气体内压力作用,哪些能用薄膜理论求解壁内应力?
哪些不能?
(1)
横截面为正六角形的柱壳。
(X)
(2)
横截面为圆的轴对称柱冗。
(V)
(3)
横截面为椭圆的柱冗。
(X)
(4)
横截面为圆的椭球冗。
(V)
(5)
横截面为半圆的柱壳。
(X)
(6)
横截面为圆的锥形冗。
(V)
2.在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔,应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
(X)
3.薄壁回转壳体中任一点,只要该点的两个曲率半径Rir2,则该点的两向应力m。
(V)
4.因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比,当材质与介质压力一定时,则壁厚大的容器,
壁内的应力总是小于壁厚小的容器。
(X)
5.按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力,薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。
(V)
B组:
1.卧式圆筒形容器,其内介质压力,只充满液体,因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布
的,所以不能用薄膜理论应力公式求解。
(V)
2.由于圆锥形容器锥顶部分应力最小,所以开空宜在锥顶部分。
(V)
3.凡薄壁壳体,只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴,则壳体上任何一点用薄膜理论应力
公式求解的应力都是真实的。
(X)
4.椭球壳的长,短轴之比a/b越小,其形状越接近球壳,其应力分布也就越趋于均匀。
(V)
5.因为从受力分析角度来说,半球形封头最好,所以不论在任何情况下,都必须首先考虑采用
半球形封头。
(X)
第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计
二、填空题
A组:
1.有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度w150C且装有安全阀,
试确定该容器的设计压力p=(1.76)Mpa;计算压力pc=(1.76)Mpa;水压试验压力
Pt=(2.2)MPa.
2.有一带夹套的反应釜,釜内为真空,夹套内的工作压力为0.5MPa,工作温度<200C试确定:
(1)釜体的计算压力(外压)pc=(-0.6)MPa;釜体水压试验压力pT=(0.75)MPa.
(2)夹套的计算压力(内压)pc=(0.5)MPa;夹套的水压试验压力pT=(0.625)MPa.
3.有一立式容器,下部装有10m深,密度为p=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达
0.5MPa,工作温度w100C,试确定该容器的设计压力p=(0.5)MPa;计算压力pc=(0.617)MPa;水压试验压力pt=(0.625)MPa.
4.标准碟形封头之球面部分内径Ri=(0.9)Di;过渡圆弧部分之半径r=(0.17)Di.
5.承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是(径向)弯曲应力,且最大应力在圆平板
的(边缘)处;若周边简支,最大应力是(径向)和(切向)弯曲应力,且最大应力在圆
平板的(中心)处.
6.凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度Se不论理论计算值怎样小,当Kw1时,其值应小于封头内
直径的(0.15)%;K>1时,Se应不小于封头内直径的(0.3)%.
7.对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚Smin=(3)mm;对于高合金钢
制容器,其最小壁厚Smin=
(2)mm.
8.对碳钢,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于
(5)C,其他低合金钢制容器(不包括低温容器),液压试验时,液体温度不得低于
(15)C.
三、判断是非题(是者画V;非者画X)
1.厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm厚钢板的s大于6mm
厚钢板的bs.(X)
2.依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点bs(t)时,即宣告该
容器已经”失效”.(V)
3.安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小.
(V)
4.当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小.(X)
5.由于材料的强度指标bb和bs(b0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应
力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当
应力.(V)
四、工程应用题
A组:
1、有一DN2000mm的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力pw=2MPa,容器上
装有安全阀,焊接接头系数0=0.85,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力.
【解】
(1)确定参数:
pw=2MPa;pc=1.1pw=2.2MPa(装有安全阀);
Di=DN=2000mm(钢板卷制);Sn=22mm;Se=Sn-C=20mm
0=0.85(题中给定);C=2mm(题中给定).
(2)最大工作应力:
2、某球形内压薄壁容器,内径为Di=10m,厚度为Sn=22mm,若令焊接接头系数$=1.0,厚度附加量
为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[d]t=i47MPa.
【解】
(1)确定参数:
Di=10m;Sn=22mm;$=1.0;C=2mm;[d]t=147MPa.
Se=Sn-C=20mm.
(2)最大工作压力:
球形容器
3、某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5C~105C,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti。
采用双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。
【解】
(1)确定参数:
Di=1600mm;tw=5~105C;
pw=1.6MPa;pc=1.1pw=1.76MPa(装有安全阀)
$=0.85(双面焊对接接头,局部探伤)
C2=0(对不锈钢,当介质腐蚀性轻微时)
材质:
0Cr18Ni9Ti[d]t=112.9MPa(按教材附录9表16-2,内插法取值)
[d]=137MPa
(2)计算厚度:
pcDi1.761600
SJ14.8mm
2[]tpc2112.90.851.76
C1=0.8mm(按教材表4-9取值,GB4237-92《不锈钢热轧钢板》),C=C1+C2=0.8mm.名义壁厚:
Sn=S+C+圆整,S+C=14.8+0.8=15.6mm.
圆整后,Sn=16mm.
(1)水压试验校核
叮°.9s
有效壁厚Se=Sn-C=16-0.8=15.2mm
应力校核
4、有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=2.5MPa,工作温度为
-3.5C,材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。
【解】
(1)确定参数:
Di=1600mm;Sn=16mm;tw=-3.5C;pc=2.5MPa.
0=0.85(双面焊对接接头,局部探伤)
16MnR:
常温下的许用应力[]=170MPa
设计温度下的许用应力[『=170MPa
常温度下的屈服点s=345MPa
有效壁厚:
Se=Sn—C=16—3=13mm
(2)强度校核
最大允许工作压力[Pw]
Pc>[Pw]•••该贮罐强度不足
9、设计容器筒体和封头厚度。
已知内径Di=1400mm,计算压力pc=1.8MPa,设计温度为40C,
材质为15MnVR,介质无大腐蚀性•双面焊对接接头,100%探伤。
封头按半球形、标准椭圆形和标准碟形三种形式算出其所需厚度,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。
【解】
(1)确定参数:
Di=1400mm;pc=1.8MPa;t=40C;
0=1.0(双面焊对接接头,100%探伤);C2=1mm.(介质无大腐蚀性)15MnVR:
假设钢板厚度:
6~16mm,则:
[d]t=177MPa,[d]=177MPa,s=390MPa
(2)筒体壁厚设计:
cpcD|1.81400
SL7.16mm
2[]tpc21771.01.8
C1=0.25mm(按教材表4-9取值,GB6654-94《压力容器用钢板》)
C=C什C2=1.25mm.
名义壁厚:
Sn=S+C+圆整,S+C=7.16+1.25=8.41mm.
圆整后,
Sn=9mm.
(3)
筒体水压试验校核
T
PT(DiSJ0.9s
2Se
有效壁厚Se=Sn-C=9-1.25=7.75mm
试验压力
FT1.25P-L41.251.8
[]t
177
2.25MPa
177
计算应力
Pt(DiSe)2.25
T2Se
(1400了75)204.35MPa
27.75
应力校核
t0.9s二筒体水压试验强度足够
第五章外压圆筒与圭寸头的设计
二、判断是非题(对者画",错者画X)
1•假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想,制造的精度绝对保证,则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。
(X)
2•18MnMoNbF钢板的屈服点比Q235-AR钢板的屈服点高108%因此,用18MnMoNb钢板制造的外压容器,要比用Q235-AR钢板制造的同一设计条件下的外压容器节省许多钢材。
(X)
3•设计某一钢制外压短圆筒时,发现采用20g钢板算得的临界压力比设计要求低10%后改用
屈服点比2
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