化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)作業(yè)答案Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答填空題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(shí)，其公稱直徑是指它們的（外）徑。3、查手冊(cè)找出下列無封鋼管的公稱直徑DN是多少毫米？規(guī)格Φ14×3Φ25×3Φ45×3.5Φ57×3.5Φ108×4DN（mm）102040501004、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力PN有哪些等級(jí)？PN（Mpa）0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力PN有哪些等級(jí)？PN（Mpa）0.10.250.400.601.01.62.54.0第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析名詞解釋A組：⒈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。⒉回轉(zhuǎn)殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸線旋轉(zhuǎn)360°而成的殼體。⒊經(jīng)線：若通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。⒋薄膜理論：薄膜應(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱為無力矩理論。⒌第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線的曲率半徑。⒍小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。⒎區(qū)域平衡方程式：計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。⒏邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。⒐邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階段時(shí)，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動(dòng)限制。判斷題（對(duì)者畫√，錯(cuò)著畫╳）A組：1. 下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)壓力作用，哪些能用薄膜理論求解壁內(nèi)應(yīng)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(duì)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(yīng)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(diǎn)，只要該點(diǎn)的兩個(gè)曲率半徑，則該點(diǎn)的兩向應(yīng)力。（√）4. 因?yàn)閮?nèi)壓薄壁圓筒的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當(dāng)材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時(shí)，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。（×）5. 按無力矩理論求得的應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的。（√）B組：整理為word格式整理為word格式整理為word格式1. 臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿液體，因?yàn)閳A筒內(nèi)液體靜載荷不是沿軸線對(duì)稱分布的，所以不能用薄膜理論應(yīng)力公式求解。（√）2. 由于圓錐形容器錐頂部分應(yīng)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(duì)稱于旋轉(zhuǎn)軸，則殼體上任何一點(diǎn)用薄膜理論應(yīng)力公式求解的應(yīng)力都是真實(shí)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(yīng)力分布也就越趨于均勻。（√）5. 因?yàn)閺氖芰Ψ治鼋嵌葋碚f，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。（×）第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 填空題A組：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(shè)計(jì)壓力p=(1.76)Mpa;計(jì)算壓力pc=(1.76)Mpa;水壓試驗(yàn)壓力pT=(2.2)MPa.有一帶夾套的反應(yīng)釜,釜內(nèi)為真空,夾套內(nèi)的工作壓力為0.5MPa,工作溫度<200℃,試確定:(1)釜體的計(jì)算壓力(外壓)pc=(-0.6)MPa;釜體水壓試驗(yàn)壓力pT=(0.75)MPa.(2)夾套的計(jì)算壓力(內(nèi)壓)pc=(0.5)MPa;夾套的水壓試驗(yàn)壓力pT=(0.625)MPa.有一立式容器,下部裝有10m深,密度為ρ=1200kg/m3的液體介質(zhì),上部氣體壓力最高達(dá)0.5MPa,工作溫度≤100℃,試確定該容器的設(shè)計(jì)壓力p=(0.5)MPa;計(jì)算壓力pc=(0.617)MPa;水壓試驗(yàn)壓力pT=(0.625)MPa.標(biāo)準(zhǔn)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.承受均勻壓力的圓平板,若周邊固定,則最大應(yīng)力是(徑向)彎曲應(yīng)力,且最大應(yīng)力在圓平板的(邊緣)處;若周邊簡支,最大應(yīng)力是(徑向)和(切向)彎曲應(yīng)力,且最大應(yīng)力在圓平板的(中心)處.凹面受壓的橢圓形封頭,其有效厚度Se不論理論計(jì)算值怎樣小,當(dāng)K≤1時(shí),其值應(yīng)小于封頭內(nèi)直徑的(0.15)%;K>1時(shí),Se應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的(0.3)%.對(duì)于碳鋼和低合金鋼制的容器,考慮其剛性需要,其最小壁厚Smin=(3)mm;對(duì)于高合金鋼制容器,其最小壁厚Smin=(2)mm.對(duì)碳鋼,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR鋼板制容器,液壓試驗(yàn)時(shí),液體溫度不得低于(5)℃,其他低合金鋼制容器(不包括低溫容器),液壓試驗(yàn)時(shí),液體溫度不得低于(15)℃.判斷是非題(是者畫√;非者畫×)厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板,其屈服點(diǎn)是不同的,且60mm厚鋼板的σs大于6mm厚鋼板的σs.(×)依據(jù)彈性失效理論,容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)σs(t)時(shí),即宣告該容器已經(jīng)”失效”.(√)安全系數(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì),安全系數(shù)將逐漸變小.(√)當(dāng)焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定時(shí),焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測(cè)比率的增加而減小.(×)由于材料的強(qiáng)度指標(biāo)σb和σs(σ0.2)是通過對(duì)試件作單向拉伸試驗(yàn)而側(cè)得,對(duì)于二向或三向應(yīng)力狀態(tài),在建立強(qiáng)度條件時(shí),必須借助于強(qiáng)度理論將其轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的相當(dāng)應(yīng)力.(√）工程應(yīng)用題A組：整理為word格式整理為word格式整理為word格式有一DN2000mm的內(nèi)壓薄壁圓筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大氣體工作壓力pw=2MPa,容器上裝有安全閥,焊接接頭系數(shù)φ=0.85,厚度附加量為C=2mm,試求筒體的最大工作應(yīng)力.【解】（1）確定參數(shù)：pw=2MPa;pc=1.1pw=2.2MPa（裝有安全閥）;Di=DN=2000mm(鋼板卷制);Sn=22mm;Se=Sn-C=20mmφ=0.85（題中給定）;C=2mm（題中給定）.（2）最大工作應(yīng)力：某球形內(nèi)壓薄壁容器,內(nèi)徑為Di=10m,厚度為Sn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)φ=1.0,厚度附加量為C=2mm,試計(jì)算該球形容器的最大允許工作壓力.已知鋼材的許用應(yīng)力[σ]t=147MPa.【解】（1）確定參數(shù)：Di=10m;Sn=22mm;φ=1.0;C=2mm;[σ]t=147MPa.Se=Sn-C=20mm.（2）最大工作壓力：球形容器.某化工廠反應(yīng)釜,內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5℃~105【解】（1）確定參數(shù)：Di=1600mm;tw=5~105℃pw=1.6MPa;pc=1.1pw=1.76MPa（裝有安全閥）φ=0.85（雙面焊對(duì)接接頭,局部探傷）C2=0（對(duì)不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時(shí)）材質(zhì)：0Cr18Ni9Ti[σ]t=112.9MPa（按教材附錄9表16-2，內(nèi)插法取值）[σ]=137MPa（2）計(jì)算厚度：C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92《不銹鋼熱軋鋼板》）,C=C1+C2=0.8mm.名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.圓整后，Sn=16mm.水壓試驗(yàn)校核有效壁厚Se=Sn-C=16-0.8=15.2mm試驗(yàn)壓力整理為word格式整理為word格式整理為word格式計(jì)算應(yīng)力應(yīng)力校核∴水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠有一圓筒形乙烯罐,內(nèi)徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計(jì)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(duì)接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm【解】（1）確定參數(shù)：Di=1600mm;Sn=16mm;tw=-3.5℃;pc=φ=0.85（雙面焊對(duì)接接頭,局部探傷）16MnR：常溫下的許用應(yīng)力[s]=170MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[s]t=170MPa常溫度下的屈服點(diǎn)ss=345MPa有效壁厚：Se=Sn－C=16－3=13mm（2）強(qiáng)度校核最大允許工作壓力[Pw]∵Pc＞[Pw]∴該貯罐強(qiáng)度不足設(shè)計(jì)容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑Di=1400mm,計(jì)算壓力pc=1.8MPa,設(shè)計(jì)溫度為40℃【解】（1）確定參數(shù)：Di=1400mm;pc=1.8MPa;t=40℃φ=1.0（雙面焊對(duì)接接頭,100%探傷）；C2=1mm.（介質(zhì)無大腐蝕性）15MnVR：假設(shè)鋼板厚度:6~16mm，則：[σ]t=177MPa，[σ]=177MPa，ss=390MPa（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：C1=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）C=C1+C2=1.25mm.名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=7.16+1.25=8.41mm.圓整后，Sn=9mm.筒體水壓試驗(yàn)校核有效壁厚Se=Sn-C=9-1.25=7.75mm整理為word格式整理為word格式整理為word格式試驗(yàn)壓力計(jì)算應(yīng)力應(yīng)力校核∴筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計(jì)判斷是非題（對(duì)者畫√，錯(cuò)者畫X）假定外壓長圓筒和短圓筒的材質(zhì)絕對(duì)理想，制造的精度絕對(duì)保證，則在任何大的外壓下也不會(huì)發(fā)生彈性失穩(wěn)。（X）18MnMoNbR鋼板的屈服點(diǎn)比Q235-AR鋼板的屈服點(diǎn)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(shè)計(jì)條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。（X）設(shè)計(jì)某一鋼制外壓短圓筒時(shí)，發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設(shè)計(jì)要求低10%，后改用屈服點(diǎn)比20g高35%的16MnR鋼板，即可滿足設(shè)計(jì)要求。（X）幾何形狀和尺寸完全相同的三個(gè)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）外壓容器采用的加強(qiáng)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕。（X）填空題受外壓的長圓筒，側(cè)向失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)n=（2）；短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時(shí)波形數(shù)為n>（2）的整數(shù)。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(shí)，其環(huán)向應(yīng)力σθ=（PD/2S），經(jīng)向應(yīng)力σm（PD/4S），它們均是（壓）應(yīng)力，且與圓筒的長度L（無）關(guān)。外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為Φ=（1）；設(shè)計(jì)外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m=（3）。外壓圓筒的加強(qiáng)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(qiáng)圈的慣性矩應(yīng)計(jì)及（加強(qiáng)圈）和（加強(qiáng)圈和圓筒有效段組合截面）。外壓圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈后，對(duì)靠近加強(qiáng)圈的兩側(cè)部分長度的筒體也起到加強(qiáng)作用，該部分長度的范圍為（加強(qiáng)圈中心線兩側(cè)各為0.55的殼體）。工程應(yīng)用題A組：1、圖5-21中A，B，C點(diǎn)表示三個(gè)受外壓的鋼制圓筒，材質(zhì)為碳素鋼，σs=216MPa，E=206GPa。試回答：（1）A，B，C三個(gè)圓筒各屬于哪一類圓筒？它們失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n等于（或大于）幾？·B·C。CCC·AL/DoD·B·C。CCC·AL/DoDo/SeBA圖5-21整理為word格式整理為word格式整理為word格式【解】（1）A—長圓筒，L/D0值較大，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關(guān)，而與L/D0無關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)n=2。B—短圓筒，臨界壓力Pcr不僅與Se/D0有關(guān)，而且與L/D0有關(guān)，失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為n＞2的整數(shù)。C—臨界圓筒（長、短圓筒拐點(diǎn)處），長度等于臨界長度，發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的波形數(shù)為n≥2。（2）在圓筒幾何尺寸一定情況下，[P]只與E有關(guān)。所以，改用鋁合金后：[P]鋁/[P]銅=Pcr鋁/Pcr銅=E鋁/E鋼=68.7/206=0.333許用外壓力下降了66.7%。2、有一臺(tái)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(shè)計(jì)溫度為200℃【解】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0.14MPa4、試設(shè)計(jì)一臺(tái)氨合成塔內(nèi)筒的厚度，已知內(nèi)筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，內(nèi)筒壁溫最高可達(dá)450℃，合成塔內(nèi)系統(tǒng)的總壓力降為0.5MPa【解】已知D0=410mm,L=4000mm,Et=1.64×105MPa,計(jì)算外壓Pc=0.5MPa（1）假設(shè)塔內(nèi)筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mmL/D0=9.76D0/Se=68.3（2）求A值查圖5-5得A=0.0026（3）求B值查圖5-12得B=88MPaPc=0.5MPa,Pc＜＜[P]，說明假設(shè)的Sn=8mm偏大。（1）重新假設(shè)Sn=6mmSe=Sn-C=6-2=4mmL/D0=9.76D0/Se=102.5（2）求A值查圖5-5得A=0.0014整理為word格式整理為word格式整理為word格式（3）求B值查圖5-12得B=78MPaPc=0.5MPa,Pc＜[P]，且較接近，故取Sn=6mm合適該內(nèi)筒采用Sn=6mm的0Cr18Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。有一臺(tái)液氮罐，直徑為Di=800mm，切線間長度L=1500mm，有效厚度Se=2mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，由于其密閉性能要求較高，故須進(jìn)行真空試漏，試驗(yàn)條件為絕對(duì)壓力10-3mmHg，問不設(shè)置加強(qiáng)圈能否被抽癟？如果需要加強(qiáng)圈，則需要幾個(gè)？【解】確定計(jì)算外壓力：∵真空度=大氣壓-絕壓=760-10-3=759.99∴查表得：Et=1.95×105MPa取壁厚附加量C=2mm，有效厚度Se=2mm，則名義厚度Sn=Se+C=2+2=4mmD0=Di+2Sn=800+8=808mmL/D0=1.86D0/Se=404（2）求A值查圖5-5得A=0.000085（3）求B值查圖5-12A點(diǎn)落在曲線左側(cè)，計(jì)算B值：∵Pc>[P]∴不設(shè)置加強(qiáng)圈會(huì)被抽癟（4）設(shè)置加強(qiáng)圈所需加強(qiáng)圈最大間距加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)：取整，n=3需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈（5）驗(yàn)算設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈，則：Le=L/4=1500/4=375mmLe/D0=0.464D0/Se=404查圖5-5得A=0.00035，查圖5-12，得B=45MPa因?yàn)镻c＜[P]，且十分接近，故至少需設(shè)三個(gè)加強(qiáng)圈。第六章容器零部件二、填空題：A組：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。整理為word格式整理為word格式整理為word格式2在法蘭密封所需要的預(yù)緊力一定時(shí)，采取適當(dāng)減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個(gè)數(shù)）的辦法，對(duì)密封是有利的。3提高法蘭剛度的有效途徑是1（增加法蘭厚度）2（減小螺栓作用力臂）3（增加法蘭盤外徑）。4制定法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列時(shí)，是以（16MnR）材料，在（200）℃時(shí)的力學(xué)性能為基礎(chǔ)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(gè)因素有關(guān)。6臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，容器的計(jì)算長度等于（筒體）長度加上兩端凸形封頭曲面深度的（2/3）。7配有雙按時(shí)制作的臥室容器，其筒體的危險(xiǎn)截面可能出現(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。8臥式容器雙鞍座的設(shè)計(jì)中，筒體的最大軸向總應(yīng)力的驗(yàn)算條件是：軸向應(yīng)力應(yīng)為（拉≤t）軸向壓力應(yīng)為（壓≤t）和（軸向許用壓縮應(yīng)力ac的較小值）B組：1采用雙鞍座時(shí)，為了充分利用封頭對(duì)筒體臨近部分的加強(qiáng)作用，應(yīng)盡可能將支座設(shè)計(jì)的靠近封頭，即A≤(0.25)D0,且A不大于（0.2）L2在鞍坐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鞍座包角有θ=（120°）和θ=（150°）兩種。3采用補(bǔ)強(qiáng)板對(duì)開孔進(jìn)行等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，其補(bǔ)強(qiáng)范圍是：有效補(bǔ)強(qiáng)寬度是（）外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min{}）內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度是（min{}）4根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則，必須使開孔削弱的截面積A≤Ae=(殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積)A1+(接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積)A2+(焊縫金屬截面積)A3。5采用等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，當(dāng)筒體徑Di≤1500mm時(shí)，須使開孔最大直徑d≤(1/2)Di,且不得超過（520）mm.當(dāng)筒體直徑Di,>1500mm時(shí)，，須使開孔最大直徑d≤(1/3)Di,,6現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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。