《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答64/64PAGE64《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答第一章化工設(shè)備材料及其選擇名詞解釋A組：1.蠕變：在高溫時(shí)，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻?yīng)力的作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。2.延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比的百分率。3.彈性模數(shù)(E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即σ=Eε,比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。4.硬度：金屬材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力。 5.沖擊功與沖擊韌性：沖擊功是沖擊負(fù)荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。6.泊桑比（μ）：拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。對(duì)于鋼材，μ=0.3。7.耐腐蝕性：金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕（發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用引起的破壞）的抵抗能力。8.抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服點(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。10.抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值。B組：1.鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時(shí)用強(qiáng)脫氧劑Si,Al等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成SiO2和Al2O3。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時(shí)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(yīng)，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。3.半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)部結(jié)構(gòu)下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。4.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。5.低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。6.碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。7.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。8.鐵素體：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。9.奧氏體：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。10.馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在α鐵中過飽和的固溶體。C.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(xué)與機(jī)械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2.正火：將加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來，冷卻速度比退火快，因而晶粒細(xì)化。3.退火：把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一起冷卻下來，得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。4.淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點(diǎn)以30～50oC）并保溫一定時(shí)間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝?；鼗鹂梢越档秃拖ぜ慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。6.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時(shí)，一般采用調(diào)質(zhì)處理。7.普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求S≤0.055%，P≤0.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成，例如：Q235—A·F。8.優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫,磷等較少（含硫S、磷P均≤0.04%），非金屬雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量較好。9.不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。10.鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對(duì)其性能要求也較高。D.1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格，對(duì)壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的要求。2.耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20℃4.腐蝕速度：評(píng)定金屬的腐蝕有兩種方法。根據(jù)重量評(píng)定金屬的腐蝕的速度。它是通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出金屬試件在單位表面積、單位時(shí)間腐蝕引起的重量變化。即：（g/m2·h）K：腐蝕速度，g/cm2·h；p0：腐蝕前試件的重量，g；p1：腐蝕后試件的重量，g；F：試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m2；t：腐蝕作用的時(shí)間，h；根據(jù)金屬的腐蝕深度評(píng)定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速度時(shí)，沒有考慮金屬的相對(duì)密度，因此當(dāng)重量損失相同時(shí)，相對(duì)密度不同的金屬其截面的尺寸的減少則不同。為了表示腐蝕前后尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度。即：（mm/a）式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a；ρ：金屬的相對(duì)密度，g/cm3。5.化學(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生 化學(xué)作用引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點(diǎn)是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。7.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)象。8.晶間腐蝕：一種局部的,選擇性的破壞。9.應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。10.陰極保護(hù)：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負(fù)極相連，電源正極和一輔助陽(yáng)極相連。當(dāng)電路接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負(fù)向移動(dòng)，當(dāng)電位降至陽(yáng)極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。二.指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量Ａ組鋼號(hào)種類含碳量%合金元素含量（%）符號(hào)意義Q235-A·F普通碳素甲類鋼——F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)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0.2%—g:鍋爐鋼16MnR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(hào)種類含碳量%合金元素含量（%）符號(hào)意義Q235-B普通碳素乙類鋼——F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-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:1.5～2.49%;Mo:0.9～1.3%—0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.5～2.49%;Ti:<1.5%—三、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度/℃設(shè)計(jì)壓力/MPa供選材料應(yīng)選材料氨合成塔外筒氮、氫、少量氨≤200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-A·F，18MnMoNbR，15MnVR,13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水80~1200.2Q235-A·R，1Cr18Ni9Ti，銅，鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹脂漆浸漬的不透性石墨Q235-A·R+銅襯里溶解乙炔氣瓶蒸壓釜水蒸汽≤20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高溫高壓廢熱鍋爐的高溫氣側(cè)殼體內(nèi)襯轉(zhuǎn)化氣（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）890~10003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-A·R，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20容器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級(jí)范圍溫度分級(jí)溫度范圍（oC）壓力分級(jí)壓力范圍(Mpa)常溫容器－20oC~200oC低壓容器0.1≤P＜1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6≤P＜10高溫容器壁溫達(dá)到材料蠕變溫度高壓容器10≤P＜100低溫容器壁溫低于－20oC超高壓容器P≥100淺冷容器壁溫在－20oC至－40oC之間真空容器器外一個(gè)大氣壓，內(nèi)部為真空或低于常壓深冷容器壁溫低于－40oC——指出下列容器屬于一、二、三類容器的哪一類A組：序號(hào)容器（設(shè)備）及條件類別1Φ1500，設(shè)計(jì)壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐三2設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa，容積為1m3的氯化氫氣體貯罐三3Φ2000，容積為20m三4壓力為10Mpa，容積為800立升的乙烯貯罐三5設(shè)計(jì)壓力為2.5Mpa的糖玻璃容器三B組：序號(hào)容器（設(shè)備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器三2Φ800，設(shè)計(jì)壓力為0.6Mpa，介質(zhì)為非易燃和無(wú)毒的管殼式余熱鍋爐二3用抗拉強(qiáng)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(wú)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(wú)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(wú)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(zhǎng)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(wú)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：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(zhǎng)，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。（×）指出和計(jì)算下列回轉(zhuǎn)殼體上諸點(diǎn)的第一和第二曲率半徑A組：球殼上任一點(diǎn)2、圓錐殼上之M點(diǎn)3、碟形殼上之連接點(diǎn)A與BA點(diǎn)：在球殼上：在弧面上：B點(diǎn)：在弧面上：在圓柱殼上：B組：1. 圓柱殼上任一點(diǎn)2. 圓錐殼與柱殼的連接點(diǎn)A及錐頂點(diǎn)B計(jì)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(diǎn)的薄膜應(yīng)力。A組：1. 球殼上任一點(diǎn)，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。2. 圓錐殼上之A點(diǎn)和B點(diǎn)，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。3. 橢球殼上之A，B，C點(diǎn)，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B點(diǎn)處坐標(biāo)x=600mm。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭工程應(yīng)用題1. 某廠生產(chǎn)的鍋爐汽包，其工作壓力為2.5Mpa，汽包圓筒的平均直徑為816mm，壁厚為16mm，試求汽包圓筒壁被的薄膜應(yīng)力?！窘狻縋=2.5MpaD=816mmS=16mm屬薄壁容器2. 有一平均直徑為10020mm的球形容器，其工作壓力為0.6Mpa，厚度為20mm，試求該球形容器壁內(nèi)的工作壓力是多少?！窘狻縋=0.6MpaD=10020mmS=20mm屬薄壁容器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2030mm，筒體與封頭厚度均為30mm，工作壓力為3Mpa，試求；⑴圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力；⑵若封頭橢圓長(zhǎng)，短半軸之比分別為，2，2.5時(shí)，計(jì)算封頭上薄膜應(yīng)力的的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?1)圓筒P=3MpaD=2030mmS=30mm屬薄壁容器最大工作應(yīng)力：（2）橢球：①在x=0，y=b,（頂點(diǎn)處）有最大值②，在x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）在x=a,y=0點(diǎn)（邊緣處）③，在x=0,y=b處（頂點(diǎn)處）在x=a,y=0點(diǎn)（邊緣處）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(wú)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(jiǎn)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：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(wú)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[]=170MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[]t=170MPa常溫度下的屈服點(diǎn)s=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(wú)大腐蝕性）15MnVR：假設(shè)鋼板厚度:6~16mm，則：[σ]t=177MPa，[σ]=177MPa，s=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（4）封頭厚度設(shè)計(jì)半球形封頭：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=3.57+1.25=4.82mm.圓整后，Sn=5mm.標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=7.1+1.25=8.35mm.圓整后，Sn=9mm.標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：名義壁厚：Sn=S+C+圓整，S+C=9.4+1.25=10.65mm.圓整后，Sn=11mm.從計(jì)算結(jié)果看，最佳方案是選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度L（無(wú)）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(zhǎng)）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(zhǎng)度的筒體也起到加強(qiáng)作用，該部分長(zhǎng)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【解】（1）A—長(zhǎng)圓筒，L/D0值較大，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關(guān)，而與L/D0無(wú)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(zhǎng)、短圓筒拐點(diǎn)處），長(zhǎng)度等于臨界長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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（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(zhǎng)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∴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。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(zhǎng)度等于（筒體）長(zhǎng)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。7現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)手孔的公稱直徑有DN(150mm)和DN(250mm)兩種。三、是非判斷題1法蘭密封中，法蘭的剛度與強(qiáng)度具有同等重要的意義。(×)2在法蘭設(shè)計(jì)中，如欲減薄法蘭的厚度t，則應(yīng)加大法蘭盤外徑D0,加大法蘭長(zhǎng)徑部分尺寸和加大臂長(zhǎng)度。(×)3金屬墊片材料一般并不要求強(qiáng)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(yù)緊密封比壓大，則工作時(shí)可有較大的工作密封比壓，有利于保證密封。所以預(yù)密封比壓越大越好。(×)5正壓操作的盛裝氣體（在設(shè)計(jì)溫度下不冷凝）的圓筒形處貯罐，采用雙鞍式支座支承時(shí)，可以不必驗(yàn)算其軸向的拉應(yīng)力。(×)四、工程應(yīng)用題A組：選擇設(shè)備法蘭密封面型式及墊片介質(zhì)公稱壓力PN介質(zhì)溫度適宜密封面型式墊片名稱及材料（MPa）℃丙烷1.0150平形耐油橡膠石棉墊/耐油橡膠石棉板蒸汽1.6200平形石棉橡膠墊/中壓石棉橡膠板液氨2.5≤50凹凸或榫槽石棉橡膠墊圈/中壓石棉橡膠板氫氣4.0200凹凸纏繞式墊圈/08(15)鋼帶-石棉帶試為一精餾塔配塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭及出料口接管法蘭。已知條件為：塔體內(nèi)徑800mm,接管公稱直徑100mm，操作溫度300℃【解】塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭——容器法蘭根據(jù)該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯(lián)接的法蘭應(yīng)該選用甲型平焊法蘭。根據(jù)操作溫度、設(shè)計(jì)壓力和使用材料，由表6-4可知應(yīng)按法蘭的公稱壓力為0.6MPa來選擇尺寸。由附錄十四表32查得法蘭各部尺寸，并繪注于圖1中。由表6-1可采用平面密封面，墊片材料為石棉橡膠板，寬度從表6-3中查得值為20mm。聯(lián)接螺栓為Ｍ20，共24個(gè)，材料由表6-6查得為35。螺母材料為Ｑ235-Ａ。（2）出料口接管法蘭——管法蘭根據(jù)計(jì)算壓力、法蘭材質(zhì)和工作溫度查附錄十五表34，確定接管法蘭的公稱壓力為0.25MPa；根據(jù)公稱壓力、公稱直徑按表6-10確定法蘭類型和密封面型式為突面板式平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20592法蘭PL100-0.25RFQ235-A。根據(jù)公稱壓力、工作溫度由附錄十五表35查得墊片選用石棉橡膠墊圈，螺栓、螺柱材質(zhì)為35。由表36得法蘭各部尺寸及螺栓、螺柱規(guī)格，并繪于圖2中。圖SEQ圖\*ARABIC1甲型平焊法蘭（容器法蘭）（法蘭-RF800-0.6JB4702-92）圖SEQ圖\*ARABIC2突面板式平焊管法蘭（HG20592法蘭PL100-0.25RFQ235-A）6．有一臥式圓筒形容器，DN=3000mm，最大重量為100噸，材質(zhì)為16MnR，選擇雙鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)?！窘狻棵總€(gè)支座上的載荷根據(jù)承受載荷與公稱直徑查附錄十六，應(yīng)選用輕型（A型）120°包角帶墊板鞍座。JB/4712-92鞍座A3000-FJB/4712-92鞍座A3000-S鞍座材料Q235-AF墊板材料16MnR允許載荷Q=786KN鞍座高度：腹板:底版：筋板：墊板：9．有一Ф89×6的接管，焊接于內(nèi)徑為1400mm，壁厚為16mm的筒體上，接管材質(zhì)為10號(hào)無(wú)縫鋼管，筒體材料16MnR，容器的設(shè)計(jì)壓力1.8Mpa，設(shè)計(jì)溫度為250℃，腐蝕裕量2mm，開孔未與筒體焊縫相交，接管周圍20mm【解】由表16-1查得16MnR（厚度６～１６）在250℃下的=１５６MＰa，10號(hào)鋼管在250℃下=92MＰa，取φ=1殼體計(jì)算壁厚：接管計(jì)算壁厚：殼體與接管的壁厚附加量取C=２mm則開孔直徑：殼體的名義壁厚：殼體的有效壁厚：接管的名義壁厚：接管的有效壁厚：接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：接管外側(cè)、內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：強(qiáng)度削弱系數(shù)：需要補(bǔ)強(qiáng)金屬面積：可作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積：焊縫按R=8計(jì)算，則可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積：因?yàn)锳e＜A，所以需要另加補(bǔ)強(qiáng)。另加補(bǔ)強(qiáng)面積：用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同為16MnR，厚度與筒體壁厚相同為16mm。第七章管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)思考題衡量換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)大致有哪些？答：傳熱效率高，流體阻力小，強(qiáng)度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：如下表1所示：表1列管式換熱器種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固定管板式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，相對(duì)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(yīng)力存在；當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時(shí)必須設(shè)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(dòng)；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時(shí)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(jià)比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時(shí)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)。U型管式只有一個(gè)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。列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？答：=1\*GB3①殼體直徑的決定和殼體壁厚的計(jì)算；=2\*GB3②換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；③管板尺寸確定；④管子拉脫力的計(jì)算；⑤折流板的選擇與計(jì)算；⑥溫差應(yīng)力計(jì)算。此外還應(yīng)考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。我國(guó)常用于列管式換熱器的無(wú)縫鋼管規(guī)格有哪些？通常規(guī)定換熱管的長(zhǎng)度有哪些？答：我國(guó)管殼式換熱器常用無(wú)縫鋼管規(guī)格（外徑×壁厚），如下表2所示。換熱管長(zhǎng)度規(guī)定為：1500mm,2000mm,2500mm,3000mm,4500mm,5000mm,6000mm,7500mm,9000mm,12000mm。換熱器的換熱管長(zhǎng)度與公稱直徑之比，一般在4~25之間，常用的為6~10。立式換熱器，其比值多為4~6。表2換熱管規(guī)格（mm）碳鋼低合金鋼￠19×2￠25×2.5￠32×3￠38×3不銹鋼￠19×2￠25×2￠32×2.5￠38×2.5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(shè)計(jì)壓力不超過4.0MPa，設(shè)計(jì)溫度在350℃焊接：一般用在溫度壓強(qiáng)都較高的情況下，并且對(duì)管板孔加工要求不高時(shí)。脹焊結(jié)合：適用于高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)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(wú)法克服焊接的“間隙腐蝕”和“應(yīng)力腐蝕”的情況下。換熱管脹接于管板上時(shí)應(yīng)注意什么？脹接長(zhǎng)度如何確定？答：采用脹接時(shí)，管板硬度應(yīng)比管端硬度高，以保證脹接質(zhì)量。這樣可避免在脹接時(shí)管板產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。如達(dá)不到這個(gè)要求時(shí)，可將管端進(jìn)行退火處理，降低硬度后再進(jìn)行脹接。另外，對(duì)于管板及換熱器材料的線膨脹系數(shù)和操作溫度與室溫的溫差△t，必須符合表3的規(guī)定。表3線膨脹系數(shù)和溫度10%≤△α/α≤30%△t≤155℃30%≤△α/α≤50%△t≤128℃△α/α＞50%△t≤72℃表中：α=1/2（α1+α2），α1，α2分別為管板與換熱管材料的線膨脹系數(shù)，1/℃?！鳓?∣α1-α2∣，1/℃?！鱰等于操作溫度減去室溫（20℃換熱管與管板的焊接連接法有何優(yōu)缺點(diǎn)？焊接接頭的形式有哪些？答：焊接連接比脹接連接有更大的優(yōu)越性：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省孔的加工工時(shí)；焊接工藝比脹接工藝簡(jiǎn)單；在壓力不太高時(shí)可使用較薄的管板。焊接連接的缺點(diǎn)是：由于在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕和破裂；同時(shí)管子與管板間存在間隙，這些間隙內(nèi)的流體不流動(dòng)，很容易造成“間隙腐蝕”。焊接接頭的形式有：①管板孔上不開坡口；②管板孔端開60o坡口；③管子頭部不突出管板；④孔四周開溝槽。換熱管采用脹焊結(jié)合方法固定于管板上有何優(yōu)點(diǎn)？主要方法有哪些？答：脹焊結(jié)合方法的優(yōu)點(diǎn)：由于焊接連接產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕及間隙腐蝕，尤其在高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用下，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無(wú)論采用脹接或焊接均難以滿足要求。而脹焊結(jié)合法能提高連接處的抗疲勞性能，消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。主要方法有：先強(qiáng)度焊后貼脹、先強(qiáng)度焊后強(qiáng)度脹、先強(qiáng)度脹后密封焊等多種。管子在管板上排列的標(biāo)準(zhǔn)形式有哪些？各適用于什么場(chǎng)合？答：排列的標(biāo)準(zhǔn)形式有：①正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列，適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場(chǎng)合。②正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管間的場(chǎng)合。10．《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》中換熱器管板設(shè)計(jì)方法的基本思想是什么？答：其基本思想是：將管束當(dāng)作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎(chǔ)上的圓平板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來確定管板的彎曲應(yīng)力。由于它比較全面地考慮了管束的支承和溫差的影響，因而計(jì)算比較精確。但計(jì)算公式較多，計(jì)算過程也較繁雜。但應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，是一種有效的設(shè)計(jì)方法。11．換熱管分程原因是什么？一般有幾種分程方法？應(yīng)滿足什么條件？其相應(yīng)兩側(cè)的管箱隔板形式如何？答：分程原因：當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長(zhǎng)時(shí)，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時(shí)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：①各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；②相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過28℃；③各程間的密封長(zhǎng)度應(yīng)最短；④分程隔板的形式應(yīng)簡(jiǎn)單。管箱隔板形式有：?jiǎn)螌雍碗p層兩種。12．折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？答：在對(duì)流傳熱的換熱器中，為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強(qiáng)湍流強(qiáng)度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝置折流板。折流板還起支撐換熱管的作用。常用形式有：弓形、圓盤-圓環(huán)形和帶扇形切口三種。折流板的固定是通過拉桿和定距管來實(shí)現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆有螺紋的長(zhǎng)桿，一端擰入管板，折流板就穿在拉桿上，各板之間則以套在拉桿上的定距管來保持板間距離。最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。13．固定管板式換熱器中溫差應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？有哪些補(bǔ)償溫差應(yīng)力的措施？答：當(dāng)操作時(shí)，殼體和管子溫度都升高，若管壁溫度高于殼壁溫度，則管子自由伸長(zhǎng)量比殼體自由伸長(zhǎng)量大，但由于管子與殼體是剛性連接，所以管子和殼體的實(shí)際伸長(zhǎng)量必須相等，因此就出現(xiàn)殼體被拉伸，產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫差應(yīng)力，也稱熱應(yīng)力。補(bǔ)償溫差應(yīng)力的措施有：解決殼體與管束膨脹的不一致性；或是消除殼體與管子間剛性約束，使殼體和管子都自由膨脹和收縮。①減少殼體與管束間的溫度差；②裝設(shè)僥性構(gòu)件；③使殼體和管束自由熱膨脹；④雙套管溫度補(bǔ)償。14．何謂管子拉脫力？如何定義？產(chǎn)生原因是什么？答：換熱器在操作中，承受流體壓力和管殼壁的溫度應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個(gè)力在管子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個(gè)拉脫力，使管子與管板有脫離的傾向。拉脫力的定義：管子每平方米脹接周邊上所受到的力，單位為帕。15．殼程接管擋板的作用是什么？主要有哪些結(jié)構(gòu)形式？答：在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板（常稱為導(dǎo)流筒），它可使加熱蒸汽或流體導(dǎo)致靠近管板處才進(jìn)入管束間，更充分的利用換熱面積，目前常用這種結(jié)構(gòu)來提高換熱器的換熱能力。三、試驗(yàn)算固定管板式換熱器的拉脫力已知條件如下：項(xiàng)目管子殼體操作壓力MPa操作溫度℃材質(zhì)線膨脹系數(shù)1/℃彈性模數(shù)MPa許用應(yīng)力MPa尺寸mm管子根數(shù)排列方式管間距mm管子與管板連接結(jié)構(gòu)：脹接長(zhǎng)度mm許用拉脫力MPa1.02001011.8×10-60.21×106113￠25×2.5×2000562正三角形a=32開槽脹接l=30[q]=40.610016MnR11.8×10-60.21×106173￠1000×8解：在操作壓力下，每平方米脹接周邊產(chǎn)生的力:其中：