化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答

1、第四章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)二、填空題A組：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w 150C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.2. 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 C，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.

2、3. 有一立式容器，下部裝有10m深,密度為p =1200kg/m3的液體介質(zhì)，上部氣體壓力最高達(dá) 0.5MPa,工作溫度w100 °C ,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.4. 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.5. 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.6. 凹面受壓的橢圓形封頭，其有

3、效厚度 Se不論理論計(jì)算值怎樣小，當(dāng)Kw 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)%.7. 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.8. 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) C，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) C .三、判斷是非題(是者畫"；非者畫x )1. 厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板，其屈服點(diǎn)是不同的，且60mm

4、厚鋼板的a s大于6mm厚鋼板的a s.(x )2. 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)a s(t)時(shí)，即宣告該容器已經(jīng)”失效”(v )3. 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.(v )4. 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.(X )5. 由于材料的強(qiáng)度指標(biāo) a b和a s(a 0.2)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.(v )四、工程應(yīng)用題A組：1、有一 DN2000mm的內(nèi)壓薄壁圓筒

5、，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)© =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=20mm© =0.85 (題中給定)；C=2mm (題中給定).(2 )最大工作應(yīng)力：宀 2cm/2 (2000 2叭 m.1MPa2Se2 漢 20a2、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)© =1

6、.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a F=147MPa.【解】(1 確定參數(shù):Di =10m; Sn =22mm;© =1.0; C=2mm; a t =147MPa.Se = Sn -C=20mm.(2)最大工作壓力：球形容器.Pw4打 Se4 1471 .0 20Dj Se 一 1000020二 1.17 MP a3、某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5C105'C，工作壓力為1.6MPa，釜體材料選用 用雙面焊對(duì)接接頭，局部無損探傷，凸形封頭上裝有安全閥，試設(shè)計(jì)釜體厚度?！窘狻?Cr18Ni9Ti。采（1）

7、確定參數(shù)：Dj =1600mm; tw=5105 C ;pw=1.6MPa;pc=1.1 pw =1.76MPa （裝有安全閥）© =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 a t =112.9MPa （按教材附錄9表16-2，內(nèi)插法取值）a =137MPa(2)計(jì)算厚度：PcDj2k-Pc1.76 16002 112.9 0.85-1.76=14.8mmC1=0.8mm （按教材表 4-9取值，GB4237-92不銹鋼熱軋鋼板），C=C什C2=0.8mm.名義壁厚：Sn=S+C+ 圓整，S+C=14.8+0.8=1

8、5.6mm.圓整后，Sn =16mm.（1）水壓試驗(yàn)校核Pt (DiSe)2Se<0.9 二有效壁厚Se = Sn -C=16-0.8=15.2mm試驗(yàn)壓力円“樹卄"1.76益辺67計(jì)算應(yīng)力h(Di Se) _ 2.67 (160015.2)2Se"2 15.2= 141.86MPa應(yīng)力校核0.9二s =0.9 205 0.85 =156.8 MPa二t ：0.9；飛 /.水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠-3.5 C，材質(zhì)為4、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16MnR，采用雙面焊對(duì)接接頭，局部無損探傷，厚度

9、附加量C=3mm，試校核貯罐強(qiáng)度?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di =1600mm; Sn =16mm; tw=-3.5C ; pc=2.5MPa.© =0.85 （雙面焊對(duì)接接頭，局部探傷）16MnR : 常溫下的許用應(yīng)力: = 170 MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力Ct = 170 MPa常溫度下的屈服點(diǎn)：飛=345 MPa有效壁厚：Se = Sn C = 16 3 = 13 mm（2）強(qiáng)度校核Pw2汀&Di Se2 170 0.85 131600 13= 2.33 MPa最大允許工作壓力Pw 精選范本，供參考!Pc> Pw /該貯罐強(qiáng)度不足9、設(shè)計(jì)容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)

10、徑Di=1400mm,計(jì)算壓力pc=1.8MPa,設(shè)計(jì)溫度為40C，材質(zhì)為15MnVR, 介質(zhì)無大腐蝕性.雙面焊對(duì)接接頭，100%探傷。封頭按半球形、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形和標(biāo)準(zhǔn)碟形三種形式算岀其所 需厚度，最后根據(jù)各有關(guān)因素進(jìn)行分析，確定一最佳方案。【解】（1）確定參數(shù)：Di=1400mm;pc=1.8MPa;t=40 C;© =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：616mm，則:b f =177MPa ,b =177MPa , ；is = 390 MPa（2）筒體壁厚設(shè)計(jì):PcDiS 嚴(yán).1.8 14007.16mm2crt

11、©_pc2 江177 匯1.0 1.8C1=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.(3)筒體水壓試驗(yàn)校核PT（DiSe）乞 0.9 ；s2Se有效壁厚Se = Sn -C=9-1.25=7.75mm試驗(yàn)壓力FT =1.25P卜=1.25 1.82.25M P a177計(jì)算應(yīng)力SIDeU 2.25 (1400775)=204.35MPa2Se2 7.75應(yīng)力校核°.9二 s= 0.9 390 1 = 351MPa筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠-'T ：0.9；s '（4）封頭厚度設(shè)計(jì)半球形封頭：SPtcDi1.8 14003.57mm4crt© _ pc4燈77匯1.0 1.8Ci=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94壓力容器用鋼板）C=Ci+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：cKpcDj1.0X1.8 匯 1400r,Sc 17.1mm2打 -0.5pc2 177 1.0-0.5 1.8名義壁厚：Sn=S+C+ 圓整，S+C=7.1+1.25=8.35mm.圓