《過程設備設計》課后練習題答案

PAGE11.壓力容器導言1.壓力容器主要由哪幾部分組成?分別起什么作用?壓力容器由筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座、安全附件六大部件組成。用以儲存物料或完成化學反應所需要的主要壓力空間。：支承并把壓力容器固定在基礎上。參數(shù)，保證壓力容器的使用安全和工2.介質(zhì)的毒性程度和易燃特性對壓力容器的設計、制造、使用和管理有何影響？QAQB不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器；盛裝毒性金鋼板應力逐張進行超聲檢測，整體必須進行焊內(nèi)部介質(zhì)為高度或極度毒性危害，選用的管法蘭的公稱壓力應不小于1.6MPa，且還應盡量選用帶頸對焊介質(zhì)容器；Q235-A不得用于制造液化石油氣容器；易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫(包括角焊縫)均應采。V愈高。。徑(非圓形截面指其最大尺寸)≥0.15m，且容積≥0.025m3；○3盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作PAGE2 GB150的適用范圍：○1設計壓力為≤≤，真空度不低于的適用范圍：○1設計壓力為≤，真空度不低于 為大于~℃奧氏體高合金鋼制容器和設計溫度低于℃但滿足低溫低應力工況且調(diào)整后的設計溫度高于℃的容器不受此限制；○3不適用于盛裝高度毒性或極度危害的介質(zhì)的容2.壓力容器應力分析1.一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對稱問題的條件是什么?個相鄰的垂直于軸線的橫截面代替教同殼體正交的圓錐面，這兩截面與方程是試分析標準橢圓形封頭采用長短軸之比的原因。受的內(nèi)壓力最大，因此稱這種橢圓形封頭為標準橢圓形封頭t個參數(shù)的物理意義是力也由較高值很快衰減下來，稱為不連續(xù)效應或邊緣效應。PAGE3約束 么？K2+1在數(shù)值上有如下規(guī)律：內(nèi)壁周向應力σθ有最大值，其值為：σθmax=piK2?1，而在外壁處減至最小，值逐漸減小，在外壁處σ。○軸向應力為一常量，沿壁厚均勻分布，且為周向應力與徑向應力和的K2+1不能用增加壁厚來提高承載能力。因內(nèi)壁周向應力σθ有最大值，其值為：σθmax=piK2?1，隨K值答：不能。從公式EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up8(2),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)θREQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)?Ri2REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)?REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)r2piRipREQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up8(2),)θREQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)?Ri2REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)?REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(2),)r2EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up8(2),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up8(2),)z=REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up4(2),)?REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up4(2),)可以看出各應力分量的第一項與內(nèi)壓力和外壓力3PAGE5應力rd一厚壁圓筒，兩端封閉且能可靠地承受軸向力，試問軸向、環(huán)向、徑向三應力之關系式G=z2，對于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立，為什么？成立的原因是軸向、環(huán)向、徑向三應力隨內(nèi)外壓力變化，三個主應力方向始終不變，三個主應力的大小按同一比例變化，由式G=z2可見，該式成立。對理想彈塑性材料，從彈性段進入塑性段，在保持加載的情況下，三個的包爆破時比單層圓筒的爆破壓力要高。預應力法提高厚壁圓筒屈服承載能力的基本原理是什么？。承受橫向均布載荷的圓形薄板，其力學特征是什么？其承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因PAGE6σf2() 讀試比較承受均布載荷作用的圓形薄板，在周邊簡支和固支情況下的最大彎曲應力和撓度的大小和σf2()3pR2σ=max4tσ=σ=max8tσ=w=fpRw=max64D′周邊簡支與周邊固支的最大應力比值rmax周邊固支的最大撓度比值max=4.08max=4.08圖讀試述承受均布外壓的回轉(zhuǎn)殼破壞的形式，并與承受均布內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)殼相比有何異同？。讀試述有哪些因素影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力？提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，采用高PAGE7比、長度、直徑、壁厚、因為高強度材料的彈性模量與低強度材料的彈彈性失穩(wěn)的臨界壓力的。臼8讀求解內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應力有哪幾種方法？驗測試法、經(jīng)驗公式法。臼動讀圓柱殼除受到壓力作用外，還有哪些從附件傳遞過來的外加載荷？度變化引起的載荷等。臼冶讀組合載荷作用下，殼體上局部應力的求解的基本思路是什么？試舉例說明。得到總應力分量。如同時承受內(nèi)壓和溫度變化基本方程，求解圓柱殼中的應力(殼體承受氣體內(nèi)壓口，殼體中面半徑為共，bMPasMPa力如何變化？為什么？EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up9(r),)pRσθσθ= prkpRσφ=2δσinφ=2t基會讀對一標準橢圓形封頭(如圖所示)進行應力測試。該封頭中面處的長軸?已臼臼臼臼OO，厚度命已臼臼OO，測得司點(因已臼)處的周向應力為凰臼礦啟否。此時，壓力表罵指示數(shù)為臼礦啟否，壓力標準橢圓形封頭的長軸與短軸半徑之比為會，即否行Q已會，否已?行會已凰臼臼OO。在因已臼處的應力式為：aσθ=2btPAGE8t有一球罐(如圖所示)，其內(nèi)徑為(可視為中面直徑)，厚度為。內(nèi)貯有液氨，球 prkpRσφ prkpRσφ=2δσinφ=2th?σ=σ===100MPaEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up8(r),)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up9(r),)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up8()),J)σθ+σφ=?tσθ=p+(coσφ0?coσφ)RρgR?σφtEQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up8()),J)PAGE9EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up8()),J)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up7()),J)ttEQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up9()),J)PAGE10tEQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up9(r),)tEQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up9(r),)V=2πRσφtσin2φEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up9()),J)σθ+σφ=?tσθ=p+(coσφ0?coσφ)RρgR?σφtEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up9()),J)PAGE11EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up9()),J)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up8()),J)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up9()),J)r=R?xtgαPAGE12ttσφ=g=2(R?xtgα)tcoσαrxr[pc+(H+x)ρg](R?xtgα)coσασθcoσα在x處σθ有最大值。σφ的最大值在錐頂，其值為∞。σ=EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up17()),J)σ=θmax2tcoσα邊緣處(如圖所示)管子的不連續(xù)應力表達式(管板剛度很大，111111內(nèi)壓引起的周向應變?yōu)椋簑2=?EQ\*jc3\*hps17\o\al(\s\up6(p),)w2=?2πREtEtPAGE13EQ\*jc3\*hps16\o\al(\s\up11(M),)φ2M0=M0變形協(xié)調(diào)條件222222EQ\*jc3\*hps16\o\al(\s\up10(),)??M0?Q0=0M0+Q0=02pR2EtM0=2pR2EtQo=?4β3D′xMθ=μMx邊緣內(nèi)力引起的應力表達式z綜合應力表達式PAGE14∑σθ=+±tlLEt」JEQ\*jc3\*hps28\o\al(\s\up7(R),3)tlLEt」J∑σz=0p操作溫度厚度為t，試求得焊接處的不連續(xù)應力(不計2πrE\t2πrE\t2t)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up6(p),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(p),)2πrE\t2πrE\t2t)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up6(p),)PAGE15EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(p),)EQ\*jc3\*hps16\o\al(\s\up11(M),)邊緣力和邊緣邊矩作用下圓柱殼的撓度和轉(zhuǎn)角EQ\*jc3\*hps16\o\al(\s\up11(M),)φ2M0=M0EQ\*jc3\*hps16\o\al(\s\up11(Q),)EQ\*jc3\*hps16\o\al(\s\up10(),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up6(p),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up6(Q),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up6(M),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up6(p),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up6(Q),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up6(M),)?M0+Q0=M0+Q00M=00邊緣內(nèi)力表達式N=0xMx=rβ2D′e?βx(t0?tc)(α1?α2)sinβxMθ=μMxQx=rβ3D′e?βx(t0?tc)(α1?α2)(cosβx?sinβx)PAGE16邊緣內(nèi)力引起的應力表達式xσ=0z綜合應力表達式∑σz=0w=rεθw=rεθθε==僅承受內(nèi)壓時的O今公式 piRi2piσz=REQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up4(2),)?Ri2=K2?1的位移量及內(nèi)徑：PAGE17EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(R),2)iR=R0=490=412.538mmiK1.188σ=pi=36=87.518MPa=0rσ=2pi=2×36=175.036MPaθK2?11.1882?1σ=pi=36=87.518MPa8.有一超高壓管道，其外直徑為78mm，內(nèi)直徑為34mm，承受內(nèi)壓力300MPa，操作溫度下材料的向應力之和：EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up10(R),R)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up7(c),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up2147483646(2),0)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up2147483646(2),i)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up14()),J)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12()),J)PAGE18maxt23pR2maxt2σ===σ===σ===σ===有一周邊固支的圓板，半徑R=500mm，板厚=38mm，板面上承受橫向均布載荷p=3MPa，試wfpR5004=2.915mm3pR23×3×5002。mm大液層為800mm(液體密度為ρ=1.5×103kg/m3)，ws14mm ws14mm撓度控制在以下需要的塔板厚度PAGE19 鋼的大。從短圓筒的臨界壓力計算式性模量成正比，這三種材料中碳素鋼的申最筒殼內(nèi)的壓應力小。。、維00 PAGE203．壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響2.影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素主要有哪些？要有溫度高低、載荷波動、介質(zhì)性質(zhì)、加載速率等。輻照脆化能力，改善抗應變時效性能、抗回火脆性性能和耐腐蝕性能。4.為什么說材料性能劣化引起的失效往往具有突發(fā)性？工程上可采取哪些措施來預防這種失效？材料輻照脆化。外觀檢查和無損檢測不能有、高溫蠕變斷裂在設計時按蠕變失效設計升降溫的速度盡量緩慢、氯腐蝕和氫脆在設計時預測及時更換。4．壓力容器設計PAGE21度δd度δn度δd度δn壓力容器設計時應綜合考慮：材料、結(jié)構(gòu)、許用應力、強度、剛度、制造、檢驗等環(huán)節(jié)。理、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式，并滿足制造、檢驗、裝配、運輸和維修等要求；強(剛)度設計的內(nèi)容主要是確定選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性能良2.壓力容器的設計文件應包括哪些內(nèi)容？提供應力分析報告。計計準則以容器爆破作為失效狀態(tài)；彈塑性失效裂紋并貫穿容器厚度，從而導致容器發(fā)生失效；力松馳、蠕變變形和蠕變斷裂為失效形式；脆性剛度失效設計準則以構(gòu)件的彈性位移和轉(zhuǎn)角超4.什么叫設計壓力？液化氣體儲存壓力容器的設計壓力如何確定？設計溫度取哪個？選材以哪個溫度為依據(jù)？度(剛度、穩(wěn)定性)及使用壽命要求的最小厚度是哪一個？為什么？是計算厚度加腐蝕裕PAGE22度負偏差加第一厚度圓整值的和小，最小厚度有可能比計算厚度小，而不能保證壽命。7.影響材料設計系數(shù)的主要因素有哪些？點(內(nèi)壁)發(fā)生屈服時，其余各點仍處于彈性狀態(tài)，故不會導致整個截面的屈服，因而構(gòu)件仍能繼續(xù)承載。在這種情況下，彈性失效(一點強度)設計準則就顯得。和利用率低，尤其是筒節(jié)間對接的深環(huán)焊縫對容器介質(zhì)的特性選擇合適的內(nèi)筒材料。其制造范圍為MPamm最大外直徑6000mm、重量度進行套合，冷卻收縮后便得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。熱套式外筒對內(nèi)筒產(chǎn)生有一定量的預壓應力，具有工序少，周期短的優(yōu)點。熱套式需較大徑和長度的容器。其適用范圍與多層包扎式基本為高、生產(chǎn)效率高、材料損耗少、存在預緊力，在在線安全監(jiān)控容易。由于扁平鋼帶傾斜纏繞使筒式相同。PAGE23力σ==σ=σ==σ=?θ2δ2δr2EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up15(D),φ)變比能準則相對應的應力強度σeq4能較好地反映厚壁圓筒的實際應力水平σeq4=pc的應力強度為 K+1σeqm=2(K?1)pceqeqmK當K=1.5時，比值σeq4σeqm≈1.25表明內(nèi)壁實際應力強度是按中 形封頭、碟形封頭為何均設置短圓筒？合。封頭常用在高壓容器上。PAGE24布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得r泛。、人孔和手孔蓋、塔板等。栓法蘭連接密封中，墊片的性能參數(shù)有哪些？它們各自的物理意義是什么？壓力。當容器法蘭設計溫度升高且影響金屬材料強度極限時，則要按更高一級的公稱壓力選取法蘭。18.法蘭強度校核時，為什么要對錐頸和法蘭環(huán)的應力平均值加以限制？其中大部分需要法蘭環(huán)來承擔，這就使法蘭環(huán)的實際應力有可能超過單獨對錐頸和法蘭環(huán)的強度限制條制。錐環(huán)密封為例說明保證自緊密封正常工作的條封元件產(chǎn)生徑向變形，壓目的。封元件在容器內(nèi)部介質(zhì)壓力上，形錐環(huán)兩錐面上的軟金屬墊片軟金屬墊片達到足夠的預緊和平蓋凸出部分外圓柱面間PAGE25兩錐面上的、在預緊時所達到的比壓趨于減軟金屬墊片所需要的操作密封比壓。GB力≤2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距(對曲面間距以弧長計外徑從孔處的最大應力。因此，可以不預補強。驗進行“試漏”，檢查是否存在穿透性缺陷。體的大，因此選擇液體作為試驗介質(zhì)，進行液壓.簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗步驟，以及內(nèi)筒與夾套的組裝順序。作夾套夾套試壓時內(nèi)筒的穩(wěn)定性。的；沿殼體壁厚的分布規(guī)律不同，如薄膜應力是均勻PAGE26貢性的應力對失效的貢獻小。效所起的作用的大小。部熱的影響而疊加在上述兩原則下的應力之上的應力增量，具有高度的“局部性”。一次應力、二次應力和峰值應力的區(qū)別是什么？ 前四組強度的許用值是在所考慮點上，每組對應與該點的最大主應力與最小主應力之差；峰值應力強度S折算到相當于平均應力為零的一個當量交變應力幅。修正相應的對稱循環(huán)疲勞曲線。mmEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(D),φ)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(D),φ)n12n12石油氣，經(jīng)測試其在50℃時的最大飽和蒸氣壓小于1.62MPa(即50℃時丙烷飽和蒸氣壓)；圓筒內(nèi)徑CmmPAGE27EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(D),φ)頭的厚度n=7mmn=7mmPAGE28取δn=7mm取表4?8序號5的結(jié)構(gòu)形式，系數(shù)K=0.3EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up11(K),σ)C1=1.1mmm取δn=40mm5.今需制造一臺分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長(指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊高度)長度L=L+i=6000L=L+i=6000+=6333.333mm333mmPAGE298mm鋼板不能制造這臺設備mm能制造這臺設備mm制造這臺設備6.圖所示為一立式夾套反應容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應器圓筒內(nèi)反應液的最高工作壓力m破壓力minpwMPa按內(nèi)壓設計時的設計壓力(并取計算壓力等于設計壓力)：按外壓設計時的設計壓力(并取計算壓力等于設計壓力)：PAGE30計算長度：等于設計壓力)：取最高工作壓力。設計溫度取10℃，C1=0。EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up11(),φ)n18mm滿足穩(wěn)定性要求n18mm滿足穩(wěn)定性要求PAGE31EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(),φ)7.有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑接接頭系數(shù)φ=0.85；在圓筒和封頭焊有三個接管(方位見接管b的計算厚度EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(),φ)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(),φ)所需最小補強面積3A=36mm23mmPAGE32所需最小補強面積3A=36mm23mmA具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷(可燃液化氣體)儲罐，內(nèi)徑Di=2600mm，厚度δn=20mm，儲罐總量。安全泄放量F?系數(shù),壓力容器裝在地面以下,用沙土覆蓋時,取F=0.3;壓力容器在地面上時,取F=1;當設置大于10L/(m2?min)的Ws=r==28686.85kg/h=7.969kg/σWs=r==28686.85kg/h=7.969kg/σq