化工设备机械基础期末课堂大作业C.docx
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化工设备机械基础期末课堂大作业C.docx
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化工设备机械基础期末课堂大作业C
四川理工学院(2007至2008学年第1学期)
课程名称:
化工设备机械基础期末课堂大作业(A)
命题教师:
适用班级:
题号
一
二
三
四
五
六
总分
评阅(统分)教师
得分
注意事项:
1、满分100分。
要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。
2、考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在规定的地方,否则视为废卷。
3、作业形式为闭卷,作业时间为100分钟。
4、判断题和选择题一定要将所选答案填入方框中。
试题
得分
评阅教师
、判断题:
(每题1.5分,共计15分,正确的填“T”,错误的填“F”)
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
1、开孔等面积补强设计准则,是说补强面积应等于开孔的圆面积。
2、螺栓法兰连接结构设计中,螺母材料的硬度应该低于螺栓材料的硬度。
3、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。
4、在钢号表示方法中,含碳量以平均含量的万分之几表示。
5、GB151-1999适用于换热器的设计。
6、欲提高法兰的刚度,则应加大法兰的外径,增加法兰的厚度,减小螺栓力作用的力臂。
7、随着科学技术发展的趋势,安全系数逐渐变小。
8、圆筒容器的公称直径是指它的内径。
9、确定容器压力试验的试验压力时,式中P应为容器的设计压力或最大允许工作压力。
10、一台卧式容器有三个鞍式支座,应选一个A型,两个B型的。
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
1、浮头式换热器,
a.完全消除温差应力b.部分消除温差应力c.不能消除温差应力
2、一台外压容器直径1200mm,圆筒壳长2000mm,两端为半球形封头,其外压计算长度为
a.2000mmb.2400mmc.2600mm
3、一个薄壁外压圆筒,按我国容器设计规定进行校核,得知其允许工作外压为2MPa,则
该容器的临界压力Pcr为:
a.Pcr=2MPab.Pcr=4MPac.Pcr=6MPa
4、有效厚度一定不小于
a.名义厚度b.计算厚度c.设计厚度
5、压力容器元件的金属温度是指该元件的金属的
a.表面温度的较高者b.内外表面温度的平均值c.截面温度的平均值
6、在筒体上开椭圆孔,长轴应与筒体轴线
a.垂直b.平行c.成45夹角
7、用抗拉强度规定值下限为b620MPa材料制造的容器,属于
a.Ⅰ类容器b.Ⅱ类容器c.Ⅲ类容器
8、工程上把/Di≤()的圆筒称为薄壁圆筒。
c.1.0
c.管程及壳程均可
c.高压容器
a.0.1b.0.2
9、U型管式换热器能进行机械清洗的空间a.只有管程b.只有壳程
10、设计压力为10MPa的压力容器属于
a.低压容器b.中压容器
名姓
号学
得分
评阅教师
三、填空题:
(每空1分,共计25分)
1、
2、
3、
4、
5、
6、
7、
8、
、是金属材料的(
指标;k是材料的(
按材料成分划分,Q235-B
)钢。
)指标;b、s是材料的(
)指标。
属于(
内压薄壁封头和壳体的强度计算公式是以(
采用(
)失效准则,以(
)钢,16MnR属于
)理论为基础,
)强度理论建立
强度条件而推导出来的。
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
≤150℃,且装有安全阀,试确定该容器的设计压力
MPa;计算压力PC=(
MPa。
法兰公称压力的确定与法兰的(
以及(
计算法兰厚度时,是以(
学性能为基准制定的。
P=(
)MPa;水压试验压力PT=(
)三个因素有关,这是因为在制定法兰尺寸系列,
卧式容器的支座有三种:
(
列管式换热器的管子与管板有(
)材料在(
)℃时的力
)。
)、
)三种连接形式。
在填料塔的喷淋装置中,常用的三种类型是
)、
)。
得分
评阅教师
四、问答题:
(共计20分)
7分)
1、写出无力矩理论的两个方程,并说明式中字母的含义及两个方程的应用条件。
2、为什么双鞍式支座的最佳位置为A≤0.2L且尽可能使A≤0.5Ri?
(6分)
3、画图说明固定管板式换热器产生温差应力的原因,并说明消除温差应力的措施。
(7分)
题
答
号学
要封不
内
线
线封
密
密
得分
评阅教师
五、计算题:
(15分)
有一库存很久的氧气瓶,其材质为16MnR,圆筒体外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成,实测其最小壁厚为6.5mm,已知材料的b=540MPa,s=260MPa,设计温度为常温。
今欲充15MPa的压力使用,问强度是否够?
如果强度不够,该氧气瓶的最大允许工作压力是多少?
(取C2=1mm)
名姓
号学
题
答
要
不
内
线
封
密
得分
评阅教师
六、分析题(10分):
对于内压和外压操作的塔设备,它们的最大组合轴向压应力各出现在什么工况下?
给出简单计算公式,并绘出危险截面2—2(塔体与裙
座连接焊缝处的截面)上的应力分布图。
(2007至2008学年第1学期)
化工设备机械基础期末课堂大作业(B)评分标准
命题教师:
适用班级:
、判断题:
(每题1.5分,共计15分,正确的填“T”,错误的填“F”)
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
F
T
F
F
F
T
T
F
T
F
、选择题:
(每题1.5分,共计15分)
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
a
b
c
b
c
a
c
a
b
c
三、填空题:
(每空1分,共计25分)
1.塑性,强度,韧性
2.低碳,低合金
3.薄膜,弹性,第三
4.1.68~1.76,1.68~1.76,2.1~2.2
5.最大操作压力,操作温度,法兰材料,16MnR,200
6.鞍座,圈座,支腿
7.胀接,焊接,胀焊并用
8.喷洒型,溢流型,冲击型
四、问答题:
(共计20分)
7分)答题要点第一,薄膜应力的两个方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分微体平衡方程式mp
R1R2
R—壳体中曲面在所求应力点的第一曲率半径,mm;
R—壳体中曲面在所求应力点的第二曲率半径,mm;
—厚度,mm;P—气体压力,MPa
第二,应用条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2分
1)回转壳体曲面在几何上是轴对称,壳体厚度无突变;曲率半径是连续变化的,材料是各向同性的,且物理性能(主要是E和μ)应当是相同的;
2)载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的;
3)壳体边界的固定形式应该是自由支承的;
4)壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内,要求在边界上无横剪力和弯矩。
5)/Di≤0.1
2、为什么双鞍式支座的最佳位置为A≤0.2L且尽可能使A≤0.5Ri?
(6分)答:
1)为减少支座处筒体最大弯矩,使其应力分布合适,使支座跨距中心与支座最大弯矩相等(M1=M2),据此推导出的支座中心与封头切线间的距离A=0.207L(L—筒体长度),如果设计偏离此值,则支座处的轴向弯曲应力将显著增加;⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2分
2)封头的刚性一般较筒体大,对筒体有局部加强作用,试验证明,当A≤0.5Ri时,封头对筒体才有加强作用,因此支座的最佳位置应在满足A≤0.2L的
条件下,尽量使A≤0.5Ri⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2分
3)当A>0.5Ri或筒体无加强措施而刚性不足时,在周向弯矩的作用下,鞍座处筒体上将产生“扁塌”现象:
使鞍座上筒体发生变形,犹如“扁塌”。
鞍座处筒体不起承载作用,成为无效区(图),这不但会使鞍座处筒体中的各种应力增大,而且还会使轴向组合应力、切向剪应力和周向组合压应力最大值的作用点下移。
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2分
3、画图说明固定管板式换热器产生温差应力的原因,并说明消除温差应力的措
施。
(7分)答:
①温差应力产生的原
因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分
如图所示,固定管板式换热器的壳体与管
子,在安装温度下,它们的长度均为L(图a);当操作时(图b),壳体和管子的温度都升高,若管壁温度高于壳壁温度,则管子自由伸长量和壳体
=(t-t)L
式中,—分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数,1/℃;
t—安装时的温度,℃
t,t—分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度,℃
由于管子与壳体是刚性连接,所以管子和壳体的实际伸长量必须相等,见图c,因此就出现壳体被拉伸,产生拉应力;管子被压缩,产生压应力。
此拉、压应力就是温差应力。
这就是温差应力产生的原因。
②消除温差应力的措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2分
1)减少壳体与管束间的温度差
2)装设挠性构件
3)使壳体和管束自由热膨胀
4)双套管温度补偿
五、计算题:
(15分)
有一库存很久的氧气瓶,其材质为16MnR,圆筒体外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成,实测其最小壁厚为6.5mm,已知材料的σb=540MPa,σs=260MPa,设计温度为常温。
今欲充15MPa的压力使用,问强度是否够?
如果强度不够,该氧气瓶的最大允许工作压力是多少?
(取C2=1mm)
P=15MPaDo=219mmn=6.5mm
s260
=s==162.5MPans1.6
取许用应力为=162.5MPa
=1(无缝钢管),取腐蚀裕量C2=1mm
C=C1+C2=0+1=1(mm)(因为已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差C1)e=nC=6.5-1=5.5mm
t=PC(Doe)
2e
该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa
六、分析题(10分):
对于内压和外压操作的塔设备,它们的最大组合轴向压应力各出现在什么工况下?
给出简单计算公式,并绘出危险截面2—2(塔体与裙
座连接焊缝处的截面)上的应力分布图。
答题要点①内压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分
②外压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分
要点:
内压操作的塔设备,最大组合轴向压应力出现在停车情况;
公式:
图(a)外压操作的塔设备,最大组合轴向压应力出现在正常操作情况;
公式:
=++
图(b)
式中:
—计算压力在塔体中引起的轴向应力;
—操作或非操作时重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力;
—弯矩在塔体中引起的轴向应力
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- 化工设备 机械 基础 期末 课堂 作业