此次民院考試必備化工設備機械基礎作業(yè)答案

1、化工設備機械基礎第一章 化工設備材料及其選擇一. 名詞解釋3.彈性模數(shù)(E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應力和應變成正比，即=E,比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。6.泊松比（）：拉伸試驗中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。對于鋼材，=0.3 。9.屈服點：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(fā)生自脫氧反應，放出大量CO 氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。 6.碳素鋼：這種鋼的合金元素含

2、量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱,保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理,化學與機械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。5.化學腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學作用引起的腐蝕?；瘜W腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學作用而引起的破壞，其特點是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。二. 指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-A·F普通碳素甲類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-A普通碳素甲類鋼A:甲類鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

3、0.2%g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼0.16%<1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo<1.5%16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5%0Cr13鉻不銹鋼<0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5%00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼<0.03%Cr:19%;Ni:10%B組：鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-B普通碳素乙類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235

4、-AR普通碳素甲類容器鋼R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:<1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:<1.5%09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:<1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:<!.5%2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr13%12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49

5、%;Ti:<1.5%第二章 容器設計的基本知識二、 指出下列容器屬于一、二、三類容器的哪一類B組：序號容器（設備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器三2800，設計壓力為0.6Mpa，介質(zhì)為非易燃和無毒的管殼式余熱鍋爐二3用抗拉強度規(guī)定值下限為=620Mpa材料制造的容器三4工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔三5汽車罐車和鐵路罐車三三、 填空題1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的（ 內(nèi)）徑。2、無縫鋼管做筒體時，其公稱直徑是指它們的（ 外）徑。3、查手冊找出下列無封鋼管的公稱直徑DN是多少毫米？規(guī)格14×325×345×3

6、.557×3.5108×4DN（mm）102040501004、壓力容器法蘭標準中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標準中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.10.250.400.601.01.62.54.06目前我國納入安全技術(shù)監(jiān)察范圍的壓力容器須同時具備的三個條件是（最高工作壓力pw0.1MPa；內(nèi)直徑Di150mm，且容積V0.025m3；介質(zhì)為氣體、液化氣或最高工作溫度高于標準沸點的液體。） 7我國現(xiàn)有與壓力容器相關的標準與規(guī)定有近（300）個。 8我國現(xiàn)行的關于壓力容器具有強制性的、法規(guī)性的規(guī)定主要

7、有（特種設備安全監(jiān)察條例、壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、鋼制壓力容器）三個。 9GB150-1998鋼制壓力容器是我國壓力容器標準體系中的（核心）標準。 10容器機械設計的基本要求主要有（強度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、密封性、節(jié)省材料和便于制造、方便操作和便于運輸、技術(shù)經(jīng)濟指標合理）等八條。第三章 內(nèi)壓薄壁容器的應力分析薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器。區(qū)域平衡方程式：計算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應力的公式。邊緣應力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應力及連接邊緣區(qū)的變形與應力。9. 邊緣應力的局限性：一、 判斷題（對者畫，錯著畫）1.下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)壓力作用，哪些能用薄

8、膜理論求解壁內(nèi)應力？哪些不能？（1）橫截面為正六角形的柱殼。（×）（2）橫截面為圓的軸對稱柱殼。（）（3）橫截面為橢圓的柱殼。 （×）（4）橫截面為圓的橢球殼。 （）（5）橫截面為半圓的柱殼。 （×）（6）橫截面為圓的錐形殼。 （）2.在承受內(nèi)壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應使橢圓的長軸與筒體軸線平行。（×）3.薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任一點，只要該點的兩個曲率半徑，則該點的兩向應力。 （）4.因為內(nèi)壓薄壁圓筒的兩向應力與壁厚成反比，當材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應力總是小于壁厚小的容器。（×）5.按無力矩理論求得的應力稱為薄膜應力，薄膜應力

9、是沿壁厚均勻分布的。（）B組：1.臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿液體，因為圓筒內(nèi)液體靜載荷不是沿軸線對稱分布的，所以不能用薄膜理論應力公式求解。（）2.由于圓錐形容器錐頂部分應力最小，所以開空宜在錐頂部分。（）3.凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對稱于旋轉(zhuǎn)軸，則殼體上任何一點用薄膜理論應力公式求解的應力都是真實的。（×）4.橢球殼的長，短軸之比a/b越小，其形狀越接近球殼，其應力分布也就越趨于均勻。（）5.因為從受力分析角度來說，半球形封頭最好，所以不論在任何情況下，都必須首先考慮采用半球形封頭。（×）二、 計算下列各種承受氣體均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上諸點的薄

10、膜應力。2.圓錐殼上之A點和B點，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。3.橢球殼上之A，B，C點，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B點處坐標x=600mm。 標準橢圓形封頭 三、 工程應用題3.有一承受氣體內(nèi)壓的圓筒形容器，兩端封頭均為橢圓形封頭，已知：圓筒平均直徑為2030 mm，筒體與封頭厚度均為30 mm，工作壓力為3Mpa，試求； 圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力； 若封頭橢圓長，短半軸之比分別為，2，2.5時，計算封頭上薄膜應力的的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?1) 圓筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm 屬薄

11、壁容器最大工作應力：（2）橢球： 在x=0，y=b,（頂點處）有最大值 ，在x=0,y=b處（頂點處） 在x=a,y=0點（邊緣處） ，在x=0,y=b處（頂點處）在x=a,y=0點（邊緣處）4.第四章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設計1. 有一容器,其最高氣體工作壓力為1.6Mpa,無液體靜壓作用,工作溫度150且裝有安全閥,試確定該容器的設計壓力p=(1.76 )Mpa;計算壓力pc=( 1.76 )Mpa;水壓試驗壓力pT=(2.2 )MPa.2. 有一立式容器,下部裝有10m深,密度為=1200kg/m3的液體介質(zhì),上部氣體壓力最高達0.5MPa,工作溫度100,試確定該容器的設計壓力p=

12、( 0.5 )MPa;計算壓力pc=( 0.617 )MPa;水壓試驗壓力pT=(0.625 )MPa.3. 標準碟形封頭之球面部分內(nèi)徑Ri=( 0.9 )Di;過渡圓弧部分之半徑r=( 0.17 )Di.4. 承受均勻壓力的圓平板,若周邊固定,則最大應力是(徑向 )彎曲應力,且最大應力在圓平板的(邊緣 )處;若周邊簡支,最大應力是( 徑向 )和( 切向 )彎曲應力,且最大應力在圓平板的( 中心 )處.5. 凹面受壓的橢圓形封頭,其有效厚度Se不論理論計算值怎樣小,當K1時,其值應小于封頭內(nèi)直徑的( 0.15 )%;K>1時,Se應不小于封頭內(nèi)直徑的( 0.3 )%.B組1、3、43 判

13、斷是非題(是者畫;非者畫×) 1. 厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板,其屈服2. 點是不同3. 的,且60mm厚鋼板的s大于6mm厚鋼板的s. ( × ) 4. 依據(jù)彈性失效理論,容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服5. 點s(t)時,即宣告該容器已經(jīng)”失效”. ( ) 6. 安全系數(shù)是一個不7. 斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學技術(shù)發(fā)展的總趨勢,安全系數(shù)將逐漸變小. ( ) 8. 當焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定時,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而9. 減小. ( × ) 10. 由于材料的強度指11.標12. b和s(0.2)是通過對試件作單向拉伸試驗而1

14、3. 側(cè)得,對于二向或三向應力狀態(tài),在建立強度條件時,必須借助于強度理論將其轉(zhuǎn)換成相當于單向拉伸應力狀態(tài)的相當應力. ( ）1、 有一圓筒形乙烯罐,內(nèi)徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計算壓力為pc=2.5MPa,工作溫度為-3.5，材質(zhì)為16MnR,采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強度?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di =1600mm; Sn =16mm; tw=-3.5; pc=2.5MPa.=0.85（雙面焊對接接頭, 局部探傷）16MnR： 常溫下的許用應力 s = 170 MPa設計溫度下的許用應力 st = 170 MPa常溫度下的屈服點 ss

15、= 345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 16 3 = 13 mm （2）強度校核最大允許工作壓力Pw PcPw 該貯罐強度不足A組7 B 組3、8第五章 外壓圓筒與封頭的設計臨界壓力：臨界長度：二、 判斷是非題（對者畫， 錯者畫X）1 假定外壓長圓筒和短圓筒的材質(zhì)絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也不會發(fā)生彈性失穩(wěn)。 （ X ）2 18MnMoNbR鋼板的屈服點比Q235-AR鋼板的屈服點高108%，因此，用18MnMoNbR鋼板制造的外壓容器，要比用Q235-AR鋼板制造的同一設計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。 （ X ）3 設計某一鋼制外壓短圓筒時，發(fā)現(xiàn)采用20g

16、鋼板算得的臨界壓力比設計要求低10%，后改用屈服點比20g高35%的16MnR鋼板，即可滿足設計要求。 （ X ）4 幾何形狀和尺寸完全相同的三個不同材料制造的外壓圓筒，其臨界失穩(wěn)壓力大小依次為：Pcr不銹鋼 > Pcr鋁 > Pcr銅。 （ X ）5 外壓容器采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕。（ X ）三、 填空題a) 受外壓的長圓筒，側(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù)n=（2）；短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù)為n>（2）的整數(shù)。b) 直徑與壁厚分別為D，S的薄壁圓筒殼，承受均勻側(cè)向外壓p作用時，其環(huán)向應力=（PD/2S），經(jīng)向應力m（PD/4S），它們均是（壓）應力，且與

17、圓筒的長度L（無）關。c) 外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為=（1）；設計外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m=（3）。d) 外壓圓筒的加強圈，其作用是將（長）圓筒轉(zhuǎn)化成為（短）圓筒，以提高臨界失穩(wěn)壓力，減薄筒體壁厚。加強圈的慣性矩應計及（加強圈）和（加強圈和圓筒有效段組合截面）。e) 外壓圓筒上設置加強圈后，對靠近加強圈的兩側(cè)部分長度的筒體也起到加強作用，該部分長度的范圍為（加強圈中心線兩側(cè)各為0.55的殼體）。2、有一臺聚乙烯聚合釜，其外徑為D0=1580mm，高L=7060mm（切線間長度），有效厚度Se=11mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力。（設計溫度為200）【解】

18、查表得Et=1.84×105MPa 該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力取m=3，P=Pcr/m=0.42/3=0.14MPa聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPaA組 6第六章 容器零部件法蘭密封原理：1 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)，一般是由（聯(lián)接）件，（被聯(lián)接）件和（密封元）件三部分組成。2 在法蘭密封所需要的預緊力一定時，采取適當減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個數(shù)）的辦法，對密封是有利的。4 制定法蘭標準尺寸系列時，是以（16MnR）材料，在（200）時的力學性能為基礎的5 法蘭公稱壓力的確定與法蘭的最大（操作壓力），（操作溫度）和（法蘭材料）三個因素有關。7 配有雙按時制作的臥室容器，其筒體的危險截

19、面可能出現(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。2 在鞍坐標準規(guī)定的鞍座包角有=（120°） 和=（150°）兩種。5 采用等面積補強時，當筒體徑Di1500mm時，須使開孔最大直徑d(1/2)Di,且不得超過（520）mm.當筒體直徑Di,>1500mm時，須使開孔最大直徑d( 1/3)Di,且不得超過（1000）。6 現(xiàn)行標準中規(guī)定的圓形人孔公稱直徑有DN(400)mm, DN(450)mm, DN(500)mm, DN(600)mm等四種。7 現(xiàn)行標準中規(guī)定，橢圓形人孔的尺寸為（400）×（250）mm與（380）×（280）mm。8 現(xiàn)行標準中規(guī)定

20、的標準手孔的公稱直徑有DN(150mm)和DN(250mm)兩種。9.三、是非判斷題1 法蘭密封中，法蘭的剛度與強度具有同等重要的意義。(×)2 在法蘭設計中，如欲減薄法蘭的厚度t，則應加大法蘭盤外徑D0,加大法蘭長徑部分尺寸和加大臂長度。(×)3 金屬墊片材料一般并不要求強度高，為要求其軟韌，金屬墊片主要用于中高溫和中高壓的法蘭聯(lián)接密封。()4 法蘭連接中，預緊密封比壓大，則工作時可有較大的工作密封比壓，有利于保證密封。所以預密封比壓越大越好。(×)5 正壓操作的盛裝氣體（在設計溫度下不冷凝）的圓筒形處貯罐，采用雙鞍式支座支承時，可以不必驗算其軸向的拉應力。(&

21、#215;)第七章 管殼式換熱器的機械設計一、 思考題3 列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點？ 答：固定管板式 ：結(jié)構(gòu)較簡單，造價較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。 管外清洗困難； 管殼間有溫差應力存在； 當兩種介質(zhì)溫差較大時必須設置膨脹節(jié)。 浮頭式 ：一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應力；管束可抽出，便于清洗。 結(jié)構(gòu)較復雜，金屬耗量較大； 浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查； 管束與管體間隙較大，影響傳熱。 填料函式： 管束一端可自由膨脹；造價比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時發(fā)現(xiàn)。 殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能； 殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、 易爆、有毒的介質(zhì)。

22、U型管式： 只有一個管板；管程至少為兩程； 管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。 管內(nèi)不便清洗； 管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊， 管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果； 內(nèi)層管子損壞后不易更換。6 換熱管在管板上有哪幾種固定方式？各適用范圍如何？ 答：固定方式有三種：脹接、焊接、脹焊結(jié)合。 脹接：一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力不超過 4.0MPa，設計溫度在350以下，且無特殊要求的場合。 焊接：一般用在溫度壓強都較高的情況下，并且對管板孔加工要求不高時。 脹焊結(jié)合：適用于高溫高壓下，連接接頭在反復的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無法克服焊接

23、的“間隙腐蝕” 和“應力腐蝕”的情況下。11 換熱管分程原因是什么？一般有幾種分程方法？應滿足什么條件？其相應兩側(cè)的管箱隔板形式如何？ 答：分程原因：當換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。 分程方法：為了把換熱器做成多管程，可在流道室（管箱）中安裝與管子中心線相平行的分程隔板。管程數(shù)一般有1，2，4，6，8，10，12等七種。 滿足條件：各程換熱管數(shù)應大致相等；相鄰程間平均壁溫差一般不應超過28；各程間的密封長度應最短；分程隔板的形式應簡單。 管箱隔板形式有：單層和雙層兩種。13固定管板式換熱器中溫差應力是如何產(chǎn)生的？有哪些補償溫差應力的措施？答：當操作時，殼體和管