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化工设备基础总复*

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《化工设备设计基础》综合复*资料
一、填空题
1. 力的合成与分解法则有 2. 作用在梁上的载荷一般可分为集中力、 承情况可以分为简支梁、 3. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的 和 和 和 三种。 性增加, 含有杂质磷会造成 、 。 。 和确 和 性增加。 。 两种。 ;根据梁的约束及支

4. 两物体之间的机械作用称之为力。力的三要素是 5. 材料破坏的主要形式有 6. *面力偶系*衡的充要条件是 和

7. 设计温度在压力容器的壁厚计算公式中尽管没有直接出现,但它是 定 时不可缺少的参数。

8. 压力容器制造完成之后必须进行压力试验,按照压力试验的介质种类可以分为 两种方法。 9. GB 150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的 10. 在压力容器的四个壁厚中,图纸上所标注的厚度是 的厚度是 厚度。 、 和 标准。



厚度,用来承担外载荷强度

11. 法兰联接结构,一般是由

三部分组成。 的之外,还作

12. 为使薄壁回转壳体应力分析过程简化除假定壳体是 了 、 和 。

13. 塔设备的裙座与筒体搭接结构焊缝受 用。

应力作用;对接结构焊缝承受

应力作

14. 内压操作的塔设备其最大组合轴向拉应力出现在

工况时设备

侧。

二、判断题
1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置,为强度计算提供依据。 2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差,其数值等于计算厚度。 3. 法兰联接中,预紧密封比压大,则工作时可有较大的工作密封比压,有利于保证密封, 所以预紧密封比压越大越好。 4. 使梁变成凹形的弯矩为负弯矩,使梁变成凸形的弯矩为正弯矩。 5. 外压容器采用的加强圈愈多,壳壁所需厚度就愈薄,则容器的总重量就愈轻。

6. 钢板卷制的压力容器筒体的公称直径指的是其内径,而无缝钢管做筒体时公称直径则是 指其外径。 7. *面力偶系*衡的充要条件是合力为零。 8. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想,制造精度绝对保证,则在任何大的外压下也 不会发生弹性失稳。 9. 由于容器的公称直径和管子的公称直径所代表的具体尺寸不同,所以,同样公称直径的 容器法兰和管法兰,他们的尺寸亦不相同,二者不能互相代用。 10. *面力系问题的各类约束中,固定端约束存在 1 个约束反力。 11. 某一直径一定的外压圆筒校核计算时发现其临界压力小于计算外压力,可以采用增加壁 厚、设置加强圈或提高材料强度的方法来解决。 12. 16MnDR 是低温压力容器专用钢材,其碳含量约为 0.16%。

三、简答分析题
1. 工程中常用的补强结构有哪些?补强圈上一个 M10 孔的作用是什么? 2. 0Cr18Ni9Ti 和 20R 各属于哪一类钢?并解释各符号的含义? 3. 下图所示为某一低碳钢的拉伸曲线,其中 P 为加载过程中的某卸载点。请把图中的各对 应点 A、B、C、D、P1、P2、P3 与下列术语对号入座。

比例极限 强度极限 屈服极限 弹性极限 P 点总应变(变形) P 点弹性应变(变形) P 点塑性应变(变形)

( ( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) ) )

4. 按从小到大的顺序写出在相同设计条件下(温度、压力、材料、筒体尺寸及焊接等)计 算出来的下列封头的壁厚:*板封头δ 1、半球形封头δ 2、椭圆形封头δ 3、碟形封头δ 4。 5. 水压试验时的环境温度如何规定?为什么? 6. 等面积补强法的补强原则是什么?有哪几种开孔补强型式?

7. 在双鞍式卧式容器设计中为何要选用两个型式不同的鞍座?都是什么类型? 8. 设置加强圈的目的是什么?加强圈的类型有哪些? 9. 塔的最大质量、最小质量出现在何工况?写出其最大、最小质量的表达式。 10. 通过低碳钢单向拉伸试验(圆棒状试件)的各阶段分别得到材料的哪些机械性能指标? 11. 某精馏塔的设计压力为 0.5MPa,设计温度为 300℃ 。试问在此塔上搭配联接塔身与封头 的法兰,能否使用公称压力为 0.6MPa、20 钢制的乙型*焊法兰?为什么? 12. 求图 1 所示轮胎形回转体上 A、B 两点的第一、第二曲率半径?

四、计算应用题
1. 有一库存很久的压力容器。 已知容器内径 Di=1200mm, 壁厚 ? n =8mm, 腐蚀裕量 C2=2mm, 钢板负偏差 C1=0.25mm,设计温度为常温。材料的许用应力 [? ]t =170 MPa,要求采用双 面对接焊缝,100%无损检测。 ① 校核设计压力 P=2.2MPa 时此压力容器的强度? ② 若容器强度不够,试计算此容器的最大允许压力为多少?

m0 A a
图1

F C a
图2

B

2. 某厂一塔,内径 Di ? 800mm,设计压力 P ? 1.2MPa ,设计温度 127℃,焊缝系数

? =0.85,材料 16MnR,材料许用应力 [? ]t =170MPa,壁厚附加量为 C ? 3mm 。
① 确定此塔体名义壁厚? ② 若塔采用材料为 Q235-A, 此时材料的 [? ]t =113 MPa, 此塔的名义壁厚为 10 mm, 其他条件不变,校核此塔的强度?

图1

图2

3. 设计一个圆筒形的液氨贮罐:已知设计压力为 2.5MPa,操作温度-5~44℃,用 16MnR 钢板制造, [? ]t =163MPa ,焊缝系数为 φ =0.85 ,贮罐内径为 1200mm ,钢板负偏差

C1 =0.8mm,腐蚀裕量 C2 =1mm。
① 试确定筒体厚度。 ② 若筒体厚度为 20mm,试计算筒体的薄膜应力。

图1

图2

4. 有一内压卧式汽包,其内径 Di=1300mm,设计压力为 17.2MPa,汽包上装有安全阀,设 计温度为 300℃,材质为 18MnMoNbR,双面焊缝,100%探伤, [? ] ? [? ]t =190 MPa,

? s =410 MPa,壁厚附加量 C=2.5mm。
① 设计该容器的名义壁厚。 ② 校核该汽包水压试验时的强度。

图1

图2

《化工设备设计基础》综合复*资料参考答案

一、填空题
1. *行四边形法则,三角形法则; 2. 分布载荷,集中力偶,外伸梁,悬臂梁; 3. 热脆,冷脆; 4. 大小,方向,作用点; 5. 脆性断裂,塑性屈服; 6. 合力偶矩等于零; 7. 选材,许用应力; 8. 液压试验、气压试验; 9. 强制性; 10. 名义,有效;

11. 联结件,被联结件,密封元件 12. 完全弹性,直法线假设,不挤压假设,小位移假设; 13. 剪切,拉压(正) ; 14. 正常操作,迎风;

二、判断题
1. √ 10. ×

2. × 11. ×

3. × 12. √



5. ×

6. √

7. ×

8. ×

9.√

三、简答分析题
1. 答:补强圈、厚壁管、整锻件补强

检验焊缝的紧密性。 2. 答:0Cr18Ni9Ti 属于不锈耐酸钢,表示含碳量少于 0.08%、含 Cr 18%、Ni 9%、Ti 1%;

20R 属优质碳素结构钢,表示含碳量为 0.2%的压力容器用钢。 3. 答:A、B、C、D、P3、P2、P1 4. 答:δ 2<δ 3<δ 4<δ
1

5 答:规定水压试验环境温度:要求水温低于其沸点温度而高于材料的转脆温度。 原因是防止水变为气体,同时确保在水压试验时不会发生材料突然变脆而造成强度破坏 的现象,使水压试验顺利进行,达到检验容器强度及有无渗透现象的目的。 6. 答:原则是在邻*开孔处所加补强圈的截面积应与开孔而失去的截面积相等。 补强圈、厚壁管、整锻件补强 7. 答:因为这样可以适应由于温度变化引起的卧式容器伸缩,减少温差应力。 一个为固定式鞍座(F 型) ,另一个为滑动式鞍座(S 型) 。 8. 答:目的:大大减小计算长度,提高容器抗失稳的能力。 加强圈主要采用刚性较大的型钢,主要类型有:扁钢、角钢、槽钢和工字钢等。 9. 答:塔的最大、最小质量是分别是塔在水压试验时和塔在安装检修时的质量。

mmax ? m01 ? m02 ? m03 ? m04 ? mw ? ma ? me mmin ? m01 ? 0.2m02 ? m03 ? m04 ? ma ? me
10. 答:弹性段:比例极限、弹性极限、弹性模量

屈服段:屈服极限 强化段:强度极限 颈缩断裂段:延伸率、断面收缩率 11. 答:不能使用。 PN=0.6MPa、20 钢制的乙型*焊法兰 300℃ 时最大允许工作压力为 0.36MPa,小于设计 压力。 12. 答: A: R1=r, R2= D/2cosθ -r B: R1=r,R2=D/2+r

四、计算应用题
1 解:已知双面对接焊缝,100%无损检测。

? ? 1.0

? e ? ? n ? C2 ? C1 ? 8 ? 2 ? 0.25=5.75 mm


?? ?

p( Di ? ? e ) 2.2 ? (1200? 5.75) =230.67 MPa ? 2? e 2 ? 5.75

由于 ? ? ? ?[? ]t ? 170 MPa 所以容器强度不合格。 ②

?? ?

p( Di ? ? e ) ? ?[? ]t 2? e

[ p] ?

2 ? ? e ? ? ? [? ]t 2 ? 5.75? 1? 170 =1.62MPa ? Di ? ? e 1200? 5.75

2. 解:①

??

pc Di 1.2 ? 800 =3.34 mm ? t 2[? ] ? ? pc 2 ? 170? 0.85 ? 1.2

? d ? ? ? C ? 3.34 ? 3 =6.34 mm
圆整得, ? n ? 7 mm ②

? e ? ? n ? C ? 10 ? 3 =7 mm
?? ?
p( Di ? ? e ) 1.2 ? (800 ? 7) =69.17 MPa ? 2? e 2?7
t

由于 ? ? ? ?[? ] ? 113? 0.85 ? 96.05 MPa 所以容器强度合格。

3. 解:① 壁厚附加量:C=C1+C2=0.8+1=1.8mm 计算厚度: ? ?

PDi 2.5 ? 1200 ? ? 10.94m m t 2[? ] ? ? P 2 ? 163? 0.85 ? 2.5

设计厚度: ? d ? ? ? C ? 10.92 ? 1.8 ? 12.72mm 根据钢板厚度规格,取名义厚度

? n ? 14mm。

② 筒体中径为: D ? Di ? ? ? 1200? 20 ? 1220mm
经向应力: 环向应力

PD 2.5 ? 1220 ? ? 38.125 MPa 4? 4 ? 20 PD 2.5 ? 1220 ?? ? ? ? 76.25 MPa 2? 2 ? 20

?m ?

4. 解:已知双面对接焊缝,100%探伤

? ? 1.0



??

pc Di 17.2 ? 1300 =61.63 mm ? t 2[? ] ? ? pc 2 ? 190? 1.0 ? 17.2

? d ? ? ? C ? 61.63 ? 2.5 =64.13 mm
圆整得, ? n ? 65 mm ②

? e ? ? n ? C ? 65 ? 2.5 ? 62.25 mm
pT ? 1.25 p [? ] 190 =21.5 MPa ? 1.25 ? 17.2 ? t 190 [? ]

?T ?

pT ( Di ? ? e ) 21.5 ? (1300? 62.25) =235.25 MPa ? 2? e 2 ? 62.25

0.9?? S ? 0.9 ?1.0 ? 410=369 MPa
由于 ? T ? 0.9?? S 所以水压试验强度合格。




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