化工机械设计基础习题

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1、思考题1.压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎样分类的？2.钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是哪个直径？无缝钢管制作筒体时，公称直径指的是哪个直径？3.承受气体压力的圆筒和圆锥形壳体的应力有什么特点？标准椭圆壳的应力又是怎样的？4.无力矩理论的适用条件是什么？5.边缘应力的特点是什么？6.在什么情况下需要考虑边缘应力？7.比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况。8.外压圆筒的失稳形式有哪些？9.影响外压圆筒临界压力的因素有哪些？10.外压圆筒上设置加强圈的目的是什么？1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？3.法兰密

2、封面型式有哪些？各适用什么场合？4.常用的垫片材料有哪些？5.卧式容器和立式容器的支座有哪几种？6.双鞍座卧式容器支座位置按哪些原则确定？7.为什么压力容器壳体上开孔尺寸较小时可不另行补强？8.GB150-1998对压力容器开孔的最大直径是如何规定的？1.自支撑式塔设备设计时需要考虑哪些载荷？2.简述内压塔操作时的危险工况及强度校合条件。第三篇化工容器设计习题1.已知DN2000mm的内压薄壁圆筒，壁厚dn＝22mm，壁厚附加量为C＝2mm，承受的最大气体压力为P=2MPa,焊接系数为φ=0.85，试求筒体的最大应力。解:作用在内压薄壁圆筒上的环向应力最大，根据内压薄壁圆筒应力计

3、算公式得：作用在圆筒上最大环向应力为：σ1=PD/2d，d=dn—C=22-2=20将数据代入公式得：σ1=2*（2000+20）／2*20=101Mpa。2.某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温度为5℃～105℃，工作压力为1.6MPa，釜体材料用0Crl8Ni9Ti。采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。【解】（1）确定参数：Di=1600mm;tw=5~105℃;pw=1.6MPa;pc=1.1pw=1.76MPa（装有安全阀）φ=0.85（双面焊对接接头,局部探伤）C2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）材质：0Cr18Ni9Ti[σ

4、]t=112.9MPa（按教材附录9表16-2，内插法取值）[σ]=137MPa（2）计算厚度：C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）,C=C1+C2=0.8mm.名义壁厚：Sn=S+C+圆整，S+C=14.8+0.8=15.6mm.圆整后，Sn=16mm.(3)水压试验校核有效壁厚Se=Sn-C=16-0.8=15.2mm试验压力计算应力应力校核∴水压试验强度足够3.材料为20的无缝钢管，规格为φ57×3.5，求在室温和400℃时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm两种情况计算。根据薄壁圆筒强度计算公式：其最大许可承压P为

5、：式中，[σ]t查表得：在400℃时为86MPa,在常温下为130MPa,焊缝系数为0.9，有效厚度de=dn-c,当C=0时，de=3.5Di=57-3.5*2=50代入上式得：【P】=2*86*0.9*3.5/50+3.5【P】=10.127MPa(400℃时),在常温时，【P】=2*130*0.9*3.5/50+3.5=15.308MPa.若考虑壁厚附加量和C=1.5mm，那么de=dn-c，de=2，在室温时，【P】=2*130*0.9*2/（50+2）=9Mpa。在400℃时，【P】=2*86*0.9*2/(50+2)=2.98Mpa。4.今欲设计一台反应器，直径为30

6、00mm，采用双面对接焊缝，100％探伤。工作压力为1．8MPa，工作温度450℃，试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。根据内压容器设计壁厚公式得;初选厚度16-36mm,对于20R材料来说，[σ]t=79MPa.对于16mnR材料来说，[σ]t=119MPa.根据两种材料属于单面腐蚀，取腐蚀裕量为1mm,焊缝系数均为1，其计算壁厚分别为：20R：δd=1.8*3000/(2*69*1-1.8)+2=33.21(mm).对于16mnR,δd=1.8*3000/(2*119*1-1.8)+2=24.86(mm).分析：同一台设备材料不同，其设计壁厚不同

7、，使用16mnR设计厚度为24.86mm，使用20R厚度为33.21mm,20R大于32mm就需要热处理，成本高且重量大。使用16mnR经济合理。5.乙烯贮罐，内径1600mm，壁厚16mm，设计压力为2．5MPa，工作温度-35℃，材料为16MnR。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C＝1.5mm，试校核强度。根据筒体强度校核公式：[σ]t=170Mpa，焊缝系数为0.85,de=dn-c，de=16-1.5=14.5(mm).Pc=p=2.5MPa.σt=2.5*(16