《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第四章習(xí)題解答

《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第四章習(xí)題解答《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第四章習(xí)題解答10/10PAGE10《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第四章習(xí)題解答《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第四章習(xí)題解答第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計填空題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)計壓力p=(1.76)Mpa;計算壓力pc=(1.76)Mpa;水壓試驗壓力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)釜體的計算壓力(外壓)pc=(-0.6)MPa;釜體水壓試驗壓力pT=(0.75)MPa.(2)夾套的計算壓力(內(nèi)壓)pc=(0.5)MPa;夾套的水壓試驗壓力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0.5MPa,工作溫度≤100℃,試確定該容器的設(shè)計壓力p=(0.5)MPa;計算壓力pc=(0.617)MPa;水壓試驗壓力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不論理論計算值怎樣小,當(dāng)K≤1時,其值應(yīng)小于封頭內(nèi)直徑的(0.15)%;K>1時,Se應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的(0.3)%.對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;對于高合金鋼制容器,其最小壁厚Smin=(2)mm.對碳鋼,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR鋼板制容器,液壓試驗時,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),液壓試驗時,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)力達到材料在設(shè)計溫度下的屈服點σs(t)時,即宣告該容器已經(jīng)”失效”.(√)安全系數(shù)是一個不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢,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,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而減小.(×)由于材料的強度指標(biāo)σb和σs(σ0.2)是通過對試件作單向拉伸試驗而側(cè)得,對于二向或三向應(yīng)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(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（雙面焊對接接頭,局部探傷）C2=0（對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時）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.水壓試驗校核有效壁厚Se=Sn-C=16-0.8=15.2mm試驗壓力計算應(yīng)力應(yīng)力校核∴水壓試驗強度足夠有一圓筒形乙烯罐,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【解】（1）確定參數(shù)：Di=1600mm;Sn=16mm;tw=-3.5℃;pc=φ=0.85（雙面焊對接接頭,局部探傷）16MnR：常溫下的許用應(yīng)力[]=170MPa設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力[]t=170MPa常溫度下的屈服點s=345MPa有效壁厚：Se=Sn－C=16－3=13mm（2）強度校核最大允許工作壓力[Pw]∵Pc＞[Pw]∴該貯罐強度不足設(shè)計容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑Di=1400mm,計算壓力pc=1.8MPa,設(shè)計溫度為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，s=390MPa（2）筒體壁厚設(shè)計：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.筒體水壓試驗校核有效壁厚Se=Sn-C=9-1.25=7.75mm試驗壓力計算應(yīng)力應(yīng)力校核∴筒體水壓試驗強度足夠（4）封頭厚度設(shè)計半球形封頭：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=3.5