化工機械設備課后題答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 49取值，GB423792《不銹鋼熱軋鋼板》）, C=C1+C2=. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =16mm.（3） 水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn C== 試驗壓力 計算應力 應力校核 ∴ 水壓試驗強度足夠 有一圓筒形乙烯罐,內徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計算壓力為pc=,℃，材質為16MnR,采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強度。【解】（1）確定參數(shù)：Di =1600mm。 Sn =16mm。 tw=℃。 pc=.φ=（雙面焊對接接頭, 局部探傷）16MnR： 常溫下的許用應力 [s] = 170 MPa設計溫度下的許用應力 [s]t = 170 MPa常溫度下的屈服點 ss = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn － C = 16 － 3 = 13 mm （2）強度校核最大允許工作壓力[Pw ] ∵ Pc [Pw ] ∴ 該貯罐強度不足 設計容器筒體和封頭厚度。已知內徑Di=1400mm,計算壓力pc=,設計溫度為40℃,材質為15MnVR,100%探傷。封頭按半球形、標準橢圓形和標準碟形三種形式算出其所需厚度,最后根據(jù)各有關因素進行分析,確定一最佳方案。【解】（1）確定參數(shù)：Di=1400mm。 pc=。 t=40℃。 φ=（雙面焊對接接頭,100%探傷）；C2=1mm.（介質無大腐蝕性）15MnVR：假設鋼板厚度: 6~16mm ，則： [σ]t =177MPa ， [σ] =177MPa ，ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設計：C1=（按教材表49取值，GB665494《壓力容器用鋼板》） C=C1+C2=. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =9mm.（3） 筒體水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn C== 試驗壓力 計算應力 應力校核 ∴ 筒體水壓試驗強度足夠（4）封頭厚度設計半球形封頭： C1=（按教材表49取值，GB665494《壓力容器用鋼板》）C=C1+C2=. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =5mm.標準橢圓封頭： 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =9mm.標準碟形封頭：名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =11mm.從計算結果看，最佳方案是選用標準橢圓封頭。《化工設備機械基礎》習題解答 第五章 外壓圓筒與封頭的設計二、 判斷是非題（對者畫√， 錯者畫X）1． 假定外壓長圓筒和短圓筒的材質絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也不會發(fā)生彈性失穩(wěn)。 （ X ）2． 18MnMoNbR鋼板的屈服點比Q235AR鋼板的屈服點高108%，因此，用18MnMoNbR鋼板制造的外壓容器，要比用Q235AR鋼板制造的同一設計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。 （ X ）3． 設計某一鋼制外壓短圓筒時，發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設計要求低10%，后改用屈服點比20g高35%的16MnR鋼板，即可滿足設計要求。 （ X ）4． 幾何形狀和尺寸完全相同的三個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 ）5． 外壓容器采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕。（ X ）三、 填空題a) 受外壓的長圓筒，側向失穩(wěn)時波形數(shù)n=（2）；短圓筒側向失穩(wěn)時波形數(shù)為n（2）的整數(shù)。b) 直徑與壁厚分別為D，S的薄壁圓筒殼，承受均勻側向外壓p作用時，其環(huán)向應力σθ=（PD/2S），經(jīng)向應力σm（PD/4S），它們均是（壓）應力，且與圓筒的長度L（無）關。c) 外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為Φ=（1）；設計外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m=（3）。d) 外壓圓筒的加強圈，其作用是將（長）圓筒轉化成為（短）圓筒，以提高臨界失穩(wěn)壓力，減薄筒體壁厚。加強圈的慣性矩應計及（加強圈）和（加強圈和圓筒有效段組合截面）。e) 外壓圓筒上設置加強圈后，對靠近加強圈的兩側部分長度的筒體也起到加強作用，該部分長度的范圍為（）。四、 工程應用題A組：圖521中A，B，C點表示三個受外壓的鋼制圓筒，材質為碳素鋼，σs=216MPa，E=206GPa。試回答：（1）A，B，C三個圓筒各屬于哪一類圓筒？它們失穩(wěn)時的波形數(shù)n等于（或大于）幾？BC。CCCAL/DoDo /SeBA圖521（2）如果將圓筒改為鋁合金制造（σs=108MPa，E=），它的許用外壓力有何變化？變化的幅度大概是多少？（用比值[P]鋁/[P]銅=？表示）【解】（1）A—長圓筒，L/D0值較大，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關，而與L/D0無關，失穩(wěn)時的波形數(shù)n=2。B—短圓筒，臨界壓力Pcr不僅與Se/D0有關，而且與L/D0有關，失穩(wěn)時的波形數(shù)為n＞2的整數(shù)。 C—臨界圓筒（長、 短圓筒拐點處），長度等于臨界長度，發(fā)生失穩(wěn)時的波形數(shù)為n≥2。（2）在圓筒幾何尺寸一定情況下，[P]只與E有關。所以，改用鋁合金后： [P]鋁/[P]銅=Pcr鋁/Pcr銅=E鋁/E鋼=。 有一臺聚乙烯聚合釜，其外徑為D0=1580mm，高L=7060mm（切線間長度），有效厚度Se=11mm，材質為0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力。（設計溫度為200℃）【解】查表得Et=105MPa∵ ∴該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力取m=3，[P]=Pcr/m=∴試設計一臺氨合成塔內筒的厚度，已知內筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材質為0Cr18Ni9Ti，內筒壁溫最高可達450℃。【解】已知D0=410mm, L=4000mm, Et=105MPa, 計算外壓Pc=（1）假設塔內筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=SnC=82=6mm L/D0= D0/Se=（2）求A值 查圖55 得A= （3）求B值 查圖512 得B=88MPaPc=, Pc＜＜[P]，說明假設的Sn=8mm偏大。（1）重新假設 Sn=6mm Se=SnC=62=4mm L/D0= D0/Se=（2）求A值 查圖55 得A= （3）求B值 查圖512 得B=78MPaPc=, Pc＜[P]，且較接近，故取Sn=6mm合適該內筒采用Sn=6mm的0Cr18Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。 有一臺液氮罐，直徑為Di=800mm，切線間長度L=1500mm，有效厚度Se=2mm，材質為0Cr18Ni9Ti，由于其密閉性能要求較高，故須進行真空試漏，試驗條件為絕對壓力103mmHg，問不設置加強圈能否被抽癟？如果需要加強圈，則需要幾個？【解】確定計算外壓力： ∵ 真空度=大氣壓絕壓=760103= mmHg∴ 查表得：Et=105MPa（1） 取壁厚附加量C=2mm，有效厚度Se=2mm，則名義厚度Sn= Se+C=2+2=4mm D0= Di+2Sn=800+8=808mm L/D0= D0/Se=404 （2）求A值 查圖55 得A= （3）求B值 查圖512 A點落在曲線左側，計算B值：∵ Pc[P] ∴不設置加強圈會被抽癟（4）設置加強圈 所需加強圈最大間距加強圈個數(shù)：取整，n=3 需設三個加強圈（5）驗算設三個加強圈，則：Le=L/4=1500/4=375mm Le/D0= D0/Se=404查圖55 得A=， 查圖512，得B=45MPa因為Pc＜[P]，且十分接近，故至少需設三個加強圈。《化工設備機械基礎》習題解答 第六章 容器零部件二、填空題：A組：1 法蘭聯(lián)接結構，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緊力一定時，采取適當減小螺栓（直徑）和增加螺栓（個數(shù)）的辦法，對密封是有利的。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 制定法蘭標準尺寸系列時，是以（16MnR）材料，在（200）℃時的力學性能為基礎的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）三個因素有關。6 臥式容器雙鞍座的設計中，容器的計算長度等于（筒體）長度加上兩端凸形封頭曲面深度的（2/3）。7 配有雙按時制作的臥室容器，其筒體的危險截面可能出現(xiàn)在（支座）處和（跨距中間）處。8 臥式容器雙鞍座的設計中，筒體的最大軸向總應力的驗算條件是：軸向應力應為（拉 ≤t）軸向壓力應為（壓 ≤t）和（軸向許用壓縮應力ac的較小值）B組：1 采用雙鞍座時，為了充分利用封頭對筒體臨近部分的加強作用，應盡可能將支座設計的靠近封頭，即A≤()D0,且A不大于（）L2 在鞍坐標準規(guī)定的鞍座包角有θ=（120176。） 和θ=（150176。）兩種。3 采用補