化工設(shè)備機械基礎(chǔ).doc

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氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。 3.半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)部結(jié)構(gòu)下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。4.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。5.低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。6.碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。7.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。8.鐵素體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。9.奧氏體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。10.馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在鐵中過飽和的固溶體。C組： 1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱,保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理,化學(xué)與機械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2.正火：將加熱到臨界點以上的一定溫度，保溫一段時間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來，冷卻速度比退火快，因而晶粒細化。 3.退火：把工件加熱到臨界點以上的一定溫度，保溫一段時間，然后隨爐一起冷卻下來，得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。4.淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點以3050oC）并保溫一定時間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝?；鼗鹂梢越档秃拖ぜ慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。6.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強度、韌性、塑性等機械性能都較好時，一般采用調(diào)質(zhì)處理。7.普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表鋼材屈服點的字母、屈服點數(shù)值、材料質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成，例如： Q235AF。8.優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫,磷等較少（含硫S、磷P均0.04%），非金屬雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量較好。9.不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。10.鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對其性能要求也較高。D組： 1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴格，對壓力容器用鋼板有比較嚴格的要求。2.耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強且強度大。3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20以下）會變脆，沖擊韌性會顯著下降。因此用作低溫場合的鋼要求具有良好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性的鋼。4.腐蝕速度：評定金屬的腐蝕有兩種方法。 （1）根據(jù)重量評定金屬的腐蝕的速度。它是通過實驗的方法測出金屬試件在單位表面積、單位時間腐蝕引起的重量變化。即：（g/m2h）K：腐蝕速度，g/cm2h；p0：腐蝕前試件的重量，g；p1：腐蝕后試件的重量，g；F： 試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m2； t ： 腐蝕作用的時間， h；（2）根據(jù)金屬的腐蝕深度評定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速度時， 沒有考慮金屬的相對密度，因此當重量損失相同時，相對密度不同的金屬其截面的尺寸的減少 則不同。為了表示腐蝕前后尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度。即： （mm/a） 式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a； ：金屬的相對密度，g/cm3。5.化學(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生 化學(xué)作用引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。7.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機械強度和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)象。8.晶間腐蝕：一種局部的,選擇性的破壞。9.應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。10.陰極保護：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負極相連，電源正極和一輔助陽極相連。當電路接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負向移動，當電位降至陽極起始電位時，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。二. 指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量（重點）組鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-AF普通碳素甲類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-A普通碳素甲類鋼A:甲類鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.2%g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼0.16%1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo1.5%16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:1.5%0Cr13鉻不銹鋼0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5%00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼0.03%Cr:19%;Ni:10%B組：鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-B普通碳素乙類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點Q235-AR普通碳素甲類容器鋼R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:1.5%09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:!.5%2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr13%12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49%;Ti:1.5%三、選擇材料（重點）設(shè)備介質(zhì)設(shè)計溫度/設(shè)計壓力/MPa供選材料應(yīng)選材料氨合成塔外筒氮、氫、少量氨200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-AF ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水801200.2Q235-AR ，1Cr18Ni9Ti，銅，鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹脂漆浸漬的不透性石墨Q235-AR+銅襯里溶解乙炔氣瓶蒸壓釜水蒸汽20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高溫高壓廢熱鍋爐的高溫氣側(cè)殼體內(nèi)襯轉(zhuǎn)化氣（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）89010003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-AR，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20第二篇: 化工容器設(shè)計2 容器設(shè)計的基本知識一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級范圍溫度分級溫度范圍（C）壓力分級壓力范圍(Mpa)常溫容器20C 200C低壓容器0.1P1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6P10高溫容器壁溫達到材料蠕變溫度高壓容器10P100低溫容器壁溫低于20C超高壓容器P100淺冷容器壁溫在20C至40C之間真空容器器外一個大氣壓，內(nèi)部為真空或低于常壓深冷容器壁溫低于40C3 指出下列容器屬于一、二、三類容器的哪一類A組：序號容器（設(shè)備）及條件類別11500，設(shè)計壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐三2設(shè)計壓力為0.6MPa，容積為1m3的氯化氫氣體貯罐三32000，容積為20 m3的液氨貯罐三4壓力為10Mpa，容積為800立升的乙烯貯罐三5設(shè)計壓力為2.5Mpa的糖玻璃容器三B組：序號容器（設(shè)備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器三2800，設(shè)計壓力為0.6Mpa，介質(zhì)為非易燃和無毒的管殼式余熱鍋爐二3用抗拉強度規(guī)定值下限為=620Mpa材料制造的容器三4工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔三5汽車罐車和鐵路罐車三4 填空題1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的內(nèi)徑。2、無縫鋼管做筒體時，其公稱直徑是指它們的 外徑。3、查手冊找出下列無封鋼管的公稱直徑DN是多少毫米？規(guī)格143253453.5573.51084DN（mm）102040501004、壓力容器法蘭標準中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標準中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.10.250.400.601.01.62.54.0第三章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析2 名詞解釋A組： 薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器。 回轉(zhuǎn)殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸線旋轉(zhuǎn)360而成的殼體。 經(jīng)線：若通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。 薄膜理論：薄膜應(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱為無力矩理論。 第一曲率半徑：中間面上任一點M處經(jīng)線的曲率半徑。 小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點位移都遠小于壁厚。 區(qū)域平衡方程式：計算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。 邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。 邊緣應(yīng)力的自限性：當邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進入塑性變形階段時，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動限制。4 判斷題A組：1.下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)壓力作用，哪些能用薄膜理論求解壁內(nèi)應(yīng)力？哪些不能？（1）橫截面為正六角形的柱殼。（）（2）橫截面為圓的軸對稱柱殼。（）（3）橫截面為橢圓的柱殼。 （）（4）橫截面為圓的橢球殼。 （）（5）橫截面為半圓的柱殼。 （）（6）橫截面為圓的錐形殼。 （）2.在承受內(nèi)壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長軸與筒體軸線平行。（）3.薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任一點，只要該點的兩個曲率半徑，則該點的兩向應(yīng)力。 （）4.因為內(nèi)壓薄壁圓筒的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。（）5.按無力矩理論求得的應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的。（）B組：1.臥式圓筒形容器，其內(nèi)介質(zhì)壓力，只充滿液體，因為圓筒內(nèi)液體靜載荷不是沿軸線對稱分布的，所以不能用薄膜理論應(yīng)力公式求解。（）2.由于圓錐形容器錐頂部分應(yīng)力最小，所以開空宜在錐頂部分。（）3.凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對稱于旋轉(zhuǎn)軸，則殼體上任何一點用薄膜理論應(yīng)力公式求解的應(yīng)力都是真實的。（）4.橢球殼的長，短軸之比a/b越小，其形狀越接近球殼，其應(yīng)力分布也就越趨于均勻。（）5.因為從受力分析角度來說，半球形封頭最好，所以不論在任何情況下，都必須首先考慮采用半球形封頭。（）6 指出和計算下列回轉(zhuǎn)殼體上諸點的第一和第二曲率半徑（重點）A組：1 球殼上任一點 2、圓錐殼上之M點 3、碟形殼上之連接點A與BA 點： 在球殼上：在弧面上：B 點： 在弧面上：在圓柱殼上：B組：1.圓柱殼上任一點2.圓錐殼與柱殼的連接點A及錐頂點B7 計算下列各種承受氣體均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上諸點的薄膜應(yīng)力。A組：1.球殼上任一點，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。2.圓錐殼上之A點和B點，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。3.橢球殼上之A，B，C點，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B點處坐標x=600mm。 標準橢圓形封頭8 工程應(yīng)用題1.某廠生產(chǎn)的鍋爐汽包，其工作壓力為2.5Mpa，汽包圓筒的平均直徑為816 mm，壁厚為16 mm，試求汽包圓筒壁被的薄膜應(yīng)力。【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm 屬薄壁容器2.有一平均直徑為10020 mm的球形容器，其工作壓力為0.6Mpa，厚度為20 mm，試求該球形容器壁內(nèi)的工作壓力是多少。【解】 P=0.6Mpa D=10020mm S=20mm 屬薄壁容器3.有一承受氣體內(nèi)壓的圓筒形容器，兩端封頭均為橢圓形封頭，已知：圓筒平均直徑為2030 mm，筒體與封頭厚度均為30 mm，工作壓力為3Mpa，試求； 圓筒壁內(nèi)的最大工作壓力； 若封頭橢圓長，短半軸之比分別為，2，2.5時，計算封頭上薄膜應(yīng)力的的最大值并確定其所在的位置?！窘狻?1) 圓筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm 屬薄壁容器最大工作應(yīng)力：（2）橢球： 在x=0，y=b,（頂點處）有最大值 ，在x=0,y=b處（頂點處） 在x=a,y=0點（邊緣處） ，在x=0,y=b處（頂點處）在x=a,y=0點（邊緣處）第四章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計2 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150且裝有安全閥,試確定該容器的設(shè)計壓力p=(1.76 )Mpa;計算壓力pc=( 1.76 )Mpa;水壓試驗壓力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1時,Se應(yīng)不10.小于封頭內(nèi)直徑的( 0.3 )%.11.對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;對于高合金鋼制容器,其最小壁厚Smin=( 2 )mm.12.對碳鋼,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR鋼板制容器,液壓試驗時,液體溫度不13.得低于( 5 ) ,其他低合金鋼制容器(不14.包括低溫容器),液壓試驗時,液體溫度不15.得低于( 15 ) .3 判斷是非題(是者畫;非者畫)1.厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板,其屈服2.點是不同3.的,且60mm厚鋼板的s大于6mm厚鋼板的s. ( )4.依據(jù)彈性失效理論,容器上一處的最大應(yīng)力達到材料在設(shè)計溫度下的屈服5.點s(t)時,即宣告該容器已經(jīng)”失效”. ( )6.安全系數(shù)是一個不7.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,安全系數(shù)將逐漸變小. ( )8.當焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定時,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而9.減小. ( )10.由于材料的強度指11.標12.b和s(0.2)是通過對試件作單向拉伸試驗而13.側(cè)得,對于二向或三向應(yīng)力狀態(tài),在建立強度條件時,必須借助于強度理論將其轉(zhuǎn)換成相當于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的相當應(yīng)力. ( ）4 工程應(yīng)用題A組：1、有一DN2000mm的內(nèi)壓薄壁圓筒,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：2、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)=1.0,厚度附加量為C=2mm,試計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t=147MPa.【解】（1）確定參數(shù)：Di =10m; Sn =22mm; =1.0; C=2mm; t =147MPa.Se = Sn -C=20mm. （2）最大工作壓力：球形容器.3、某化工廠反應(yīng)釜,內(nèi)徑為1600mm,工作溫度為5105,工作壓力為1.6MPa,釜體材料選用0Cr18Ni9Ti。采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,凸形封頭上裝有安全閥,試設(shè)計釜體厚度?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di =1600mm; tw=5105; pw=1.6MPa; pc =1.1 pw =1.76MPa（裝有安全閥）=0.85（雙面焊對接接頭, 局部探傷）C2=0（對不銹鋼，當介質(zhì)腐蝕性輕微時）材質(zhì)：0Cr18Ni9Ti t =112.9MPa（按教材附錄9表16-2，內(nèi)插法取值） =137MPa （2）計算厚度： C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92不銹鋼熱軋鋼板）, C=C1+C2=0.8mm. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=14.8+0.8=15.6mm.圓整后，Sn =16mm.11 水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn -C=16-0.8=15.2mm 試驗壓力 計算應(yīng)力 應(yīng)力校核 水壓試驗強度足夠4、有一圓筒形乙烯罐,內(nèi)徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計算壓力為pc=2.5MPa,工作溫度為-3.5，5、材質(zhì)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=-3.5; pc=2.5MPa.=0.85（雙面焊對接接頭, 局部探傷）16MnR： 常溫下的許用應(yīng)力 s = 170 MPa設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 st = 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 PcPw 該貯罐強度不足9、設(shè)計容器筒體和封頭厚度。已知內(nèi)徑Di=1400mm,計算壓力pc=1.8MPa,設(shè)計溫度為40,材質(zhì)為15MnVR,介質(zhì)無大腐蝕性.雙面焊對接接頭,100%探傷。封頭按半球形、標10、準橢圓形和標11、準碟形三種形式算出其所需厚度,最后根據(jù)各有關(guān)因素進行分析,確定一最佳方案?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di=1400mm; pc=1.8MPa; t=40; =1.0（雙面焊對接接頭,100%探傷）；C2=1mm.（介質(zhì)無大腐蝕性）15MnVR：假設(shè)鋼板厚度: 616mm ，則： t =177MPa ， =177MPa ，ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設(shè)計：C1=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）筒體水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn -C=9-1.25=7.75mm 試驗壓力 計算應(yīng)力 應(yīng)力校核 筒體水壓試驗強度足夠（4）封頭厚度設(shè)計半球形封頭： C1=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=3.57+1.25=4.82mm.圓整后，Sn =5mm.標準橢圓封頭： 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=7.1+1.25=8.35mm.圓整后，Sn =9mm.標準碟形封頭：名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=9.4+1.25=10.65mm.圓整后，Sn =11mm.從計算結(jié)果看，最佳方案是選用標準橢圓封頭?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答 第五章 外壓圓筒與封頭的設(shè)計3 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(zhì)絕對理想，2制造的精度絕對保證，3則在任何大的外壓下也不4會發(fā)生彈性失穩(wěn)。 （ X ）518MnMoNbR鋼板的屈服6點比Q235-AR鋼板的屈服7點高108%，8因此，9用18MnMoNbR鋼板制造的外壓容器，10要比用Q235-AR鋼板制造的同11一設(shè)計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。 （ X ）12設(shè)計某一鋼制外壓短圓筒時，13發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設(shè)計要求低10%，14后改用屈服15點比20g高35%的16MnR鋼板，16即可滿足設(shè)計要求。 （ X ）17幾何形狀和尺寸完全相同18的三個不同19材料制造的外壓圓筒，20其臨界失穩(wěn)壓力大小依次為：Pcr不21銹鋼 Pcr鋁 Pcr銅。 （ X ）22外壓容器采用的加強圈愈多，23殼壁所需厚度就愈薄，24則容器的總重量就愈輕。（ X ）4 填空題a)受外壓的長圓筒，b)側(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù)n=（2）；短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù)為n（2）的整數(shù)。c)直徑與壁厚分別為D，d)S的薄壁圓筒殼，e)承受均勻側(cè)向外壓p作用時，f)其環(huán)向應(yīng)力=（PD/2S），g)經(jīng)向應(yīng)力m（PD/4S），h)它們均是（壓）應(yīng)力，i)且與圓筒的長度L（無）關(guān)。j)外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為=（1）；設(shè)計外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m=（3）。k)外壓圓筒的加強圈，l)其作用是將（長）圓筒轉(zhuǎn)化成為（短）圓筒，m)以提高臨界失穩(wěn)壓力，n)減薄筒體壁厚。加強圈的慣性矩應(yīng)計及（加強圈）和（加強圈和圓筒有效段組合截面）。o)外壓圓筒上設(shè)置加強圈后，p)對靠近加強圈的兩側(cè)部分長度的筒體也起到加強作用，q)該部分長度的范圍為（加強圈中心線兩側(cè)各為0.55的殼體）。5 工程應(yīng)用題A組：1、圖5-21中A，B，C點表示三個受外壓的鋼制圓筒，材質(zhì)為碳素鋼，s=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？（2）如果將圓筒改為鋁合金制造（s=108MPa，E=68.7GPa），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(guān)，而與L/D0無關(guān)，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(guān)，而且與L/D0有關(guān)，失穩(wěn)時的波形數(shù)為n2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n2。（2）在圓筒幾何尺寸一定情況下，P只與E有關(guān)。所以，改用鋁合金后： P鋁/P銅=Pcr鋁/Pcr銅=E鋁/E鋼=68.7/206=0.333 許用外壓力下降了66.7%。 2、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(zhì)為0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力。（設(shè)計溫度為200）【解】查表得Et=1.84105MPa 該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力取m=3，P=Pcr/m=0.42/3=0.14MPa聚合釜的最大允許外壓力為0.14MPa4、試設(shè)計一臺氨合成塔內(nèi)筒的厚度，已知內(nèi)筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9Ti，內(nèi)筒壁溫最高可達450，合成塔內(nèi)系統(tǒng)的總壓力降為0.5MPa。解：已知D0=410mm, L=4000mm, Et=1.64105MPa, 計算外壓Pc=0.5MPa（1）假設(shè)塔內(nèi)筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=Sn-C=8-2=6mm L/D0=9.76 D0/Se=68.3（2）求A值 查圖5-5 得A= 0.0026（3）求B值 查圖5-12 得B=88MPaPc=0.5MPa, PcP，說明假設(shè)的Sn=8mm偏大。（1）重新假設(shè) Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D0=9.76 D0/Se=102.5（2）求A值 查圖5-5 得A= 0.0014（3）求B值 查圖5-12 得B=78MPaPc=0.5MPa, PcP，且較接近，故取Sn=6mm合適該內(nèi)筒采用Sn=6mm的0Cr18Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。17 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(zhì)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10-3mmHg，問不設(shè)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=760-10-3=759.99 mmHg 查表得：Et=1.95105MPa4 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=1.86 D0/Se=404 （2）求A值 查圖5-5 得A= 0.000085（3）求B值 查圖5-12 A點落在曲線左側(cè)，計算B值： PcP 不設(shè)置加強圈會被抽癟（4）設(shè)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(shè)三個加強圈（5）驗算設(shè)三個加強圈，則：Le=L/4=1500/4=375mm Le/D0=0.464 D0/Se=404查圖5-5 得A=0.00035， 查圖5-12，得B=45MPa因為PcP，且十分接近，故至少需設(shè)三個加強圈?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)習(xí)題解答 第六章 容器零部件（重點）二、填空題：A組：1 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)，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(yù)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(xué)性能為基礎(chǔ)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(guān)。6 臥式容器雙鞍座的設(shè)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(shè)計中，筒體的最大軸向總應(yīng)力的驗算條件是：軸向應(yīng)力應(yīng)為（拉 t）軸向壓力應(yīng)為（壓 t）和（軸向許用壓縮應(yīng)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(yīng)盡可能將支座設(shè)計的靠近封頭，即A(0.25)D0,且A不大于（0.2）L2 在鞍坐標準規(guī)定的鞍座包角有=（120） 和=（150）兩種。3 采用補強板對開孔進行等面積補強時，其補強范圍是：有效補強寬度是（）外側(cè)有效補強高度是（min ）內(nèi)側(cè)有效補強高度是（min ）4 根據(jù)等面積補強原則，必須使開孔削弱的截面積AAe=(殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積)A1+(接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積)A2+(焊縫金屬截面積)A3。5 采用等面積補強時，當筒體徑Di1500mm時，須使開孔最大直徑d(1/2)Di,且不得超過（520）mm.當筒體直徑Di,1500mm時，須使開孔最大直徑d( 1/3)Di,且不得超過（1000）。6 現(xiàn)行標準中規(guī)定的圓形人孔公稱直徑有DN(400)mm, DN(450)mm, DN(500)mm, DN(600)mm等四種。7 現(xiàn)行標準中規(guī)定，橢圓形人孔的尺寸為（400）（250）mm與（380）（280）mm。8 現(xiàn)行標準中規(guī)定的標準手孔的公稱直徑有DN(150mm)和DN(250mm)兩種。三、是非判斷題1 法蘭密封中，法蘭的剛度與強度具有同等重要的意義。()2 在法蘭設(shè)計中，如欲減薄法蘭的厚度t，則應(yīng)加大法蘭盤外徑D0,加大法蘭長徑部分尺寸和加大臂長度。()3 金屬墊片材料一般并不要求強度高，為要求其軟韌，金屬墊片主要用于中高溫和中高壓的法蘭聯(lián)接密封。()4 法蘭連接中，預(yù)緊密封比壓大，則工作時可有較大的工作密封比壓，有利于保證密封。所以預(yù)密封比壓越大越好。()5 正壓操作的盛裝氣體（在設(shè)計溫度下不冷凝）的圓筒形處貯罐，采用雙鞍式支座支承時，可以不必驗算其軸向的拉應(yīng)力。()四、工程應(yīng)用題A 組：2.選擇設(shè)備法蘭密封面型式及墊片介質(zhì) 公稱壓力PN 介質(zhì)溫度 適宜密封面型式 墊片名稱及材料（MPa） 丙 烷 1.0 150 平形 耐油橡膠石棉墊/耐油橡膠石棉板蒸 汽 1.6 200 平形 石棉橡膠墊/中壓石棉橡膠板液 氨 2.5 50 凹凸或榫槽 石棉橡膠墊圈/中壓石棉橡膠板氫 氣 4.0 200 凹凸 纏繞式墊圈/08(15)鋼帶-石棉帶 5) 試為一精餾塔配塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭及出料口接管法蘭。已知條件為：塔體內(nèi)徑800mm,接管公稱直徑100mm，操作溫度300，操作壓力0.25MPa,材質(zhì)Q 235-AR。繪出法蘭結(jié)構(gòu)圖并注明尺寸。解：塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭容器法蘭根據(jù)該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯(lián)接的法蘭應(yīng)該選用甲型平焊法蘭。根據(jù)操作溫度、設(shè)計壓力和使用材料，由表6-4可知應(yīng)按法蘭的公稱壓力為0.6MPa來選擇尺寸。由附錄十四表32查得法蘭各部尺寸，并繪注于圖1中。由表6-1可采用平面密封面，墊片材料為石棉橡膠板，寬度從表6-3中查得值為20mm。聯(lián)接螺栓為20，共24個，材料由表6-6查得為35。螺母材料為235-。（2）出料口接管法蘭管法蘭根據(jù)計算壓力、法蘭材質(zhì)和工作溫度查附錄十五表34，確定接管法蘭的公稱壓力為0.25 MPa；根據(jù)公稱壓力、公稱直徑按表6-10確定法蘭類型和密封面型式為突面板式平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592 法蘭 PL100-0.25 RF Q235-A。根據(jù)公稱壓力、工作溫度由附錄十五表35查得墊片選用石棉橡膠墊圈，螺栓、螺柱材質(zhì)為35。由表36得法蘭各部尺寸及螺栓、螺柱規(guī)格，并繪于圖2中。 圖 1甲型平焊法蘭（容器法蘭）（法蘭-RF 800-0.6 JB4702-92） 圖 2突面板式平焊管法蘭（HG20592 法蘭 PL100-0.25 RF Q235-A）6有一臥式圓筒形容器，DN=3000mm，最大重量為100噸，材質(zhì)為16MnR，選擇雙鞍式支座標準。【解】每個支座上的載荷根據(jù)承受載荷與公稱直徑查附錄十六，應(yīng)選用輕型（A型）120包角帶墊板鞍座。JB/4712-92 鞍座 A3000-FJB/4712-92 鞍座 A3000-S鞍座材料 Q235-AF 墊板材料16MnR 允許載荷Q=786KN鞍座高度： 腹板:底版： 筋板： 墊板：9有一896的接管，焊接于內(nèi)徑為1400mm，壁厚為16mm的筒體上，接管材質(zhì)為10號無縫鋼管，筒體材料16MnR，容器的設(shè)計壓力1.8Mpa，設(shè)計溫度為250，腐蝕裕量2mm，開孔未與筒體焊縫相交，接管周圍20mm內(nèi)無其他接管，試確定此開孔是否需要補強？如需要，其補強圈的厚度應(yīng)為多少？畫出補強結(jié)構(gòu)圖。 解：由表16-1查得16MnR（厚度）在250下的=Ma，10號鋼管在250下=92Ma，取=1殼體計算壁厚：接管計算壁厚：殼體與接管的壁厚附加量取C=mm 則開孔直徑：殼體的名義壁厚： 殼體的有效壁厚： 接管的名義壁厚： 接管的有效壁厚： 接管有效補強寬度：接管外側(cè)、內(nèi)側(cè)有效補強高度：強度削弱系數(shù)：需要補強金屬面積：可作為補強的金屬面積：焊縫按R=8計算，則可作為有效補強的金屬截面積： 因為AeA，所以需要另加補強。另加補強面積：用補強圈補強結(jié)構(gòu)，補強材料與殼體材料相同為16MnR，厚度與筒體壁厚相同為16mm。第三篇: 典型化工設(shè)備的機械設(shè)計第七章 管殼式換熱器的機械設(shè)計2 衡量換熱器好壞的標準大致有哪些？答：傳熱效率高，流體阻力小，強度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。3 列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點？答：如下表1所示： 表 1列管式換熱器種類優(yōu) 點缺 點固定管板式結(jié)構(gòu)較簡單，造價較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。管外清洗困難；管殼間有溫差應(yīng)力存在；當兩種介質(zhì)溫差較大時必須設(shè)置膨脹節(jié)。浮頭式一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查；管束與管體間隙較大，影響傳熱。填料函式管束一端可自由膨脹；造價比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時發(fā)現(xiàn)。殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能；殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。U型管式只有一個管板；管程至少為兩程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。4 列管式換熱器機械設(shè)計包括哪些內(nèi)容？答：殼體直徑的決定和殼體壁厚的計算；換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；管板尺寸確定；管子拉脫力的計算；折流板的選擇與計算；溫差應(yīng)力計算。此外還應(yīng)考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補強等。5 我國常用于列管式換熱器的無縫鋼管規(guī)格有哪些？通常規(guī)定換熱管的長度有哪些？答：我國管殼式換熱器常用無縫鋼管規(guī)格（外徑壁厚），如下表2所示。換熱管長度規(guī)定為：1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 4500mm, 5000mm, 6000mm, 7500mm, 9000mm, 12000mm。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比，一般在425之間，常用的為610。立式換熱器，其比值多為46。表 2 換 熱 管 規(guī) 格（mm）碳鋼低合金鋼192252.5323383不 銹 鋼192252322.5382.56 換熱管在管板上有哪幾種固定方式？各適用范圍如何？答：固定方式有三種：脹接、焊接、脹焊結(jié)合。脹接：一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過4.0MPa，設(shè)計溫度在350以下，且無特殊要求的場合。焊接：一般用在溫度壓強都較高的情況下，并且對管板孔加工要求不高時。脹焊結(jié)合：適用于高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無法克服焊接的“間隙腐蝕” 和“應(yīng)力腐蝕”的情況下。7 換熱管脹接于管板上時應(yīng)注意什么？脹接長度如何確定？答：采用脹接時，管板硬度應(yīng)比管端硬度高，以保證脹接質(zhì)量。這樣可避免在脹接時管板產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。如達不到這個要求時，可將管端進行退火處理，降低硬度后再進行脹接。另外，對于管板及換熱器材料的線膨脹系數(shù)和操作溫度與室溫的溫差t，必須符合表3的規(guī)定。表 3 線 膨 脹 系 數(shù) 和 溫 度10%/30%t15530%/50%t128/50%t72表中：=1/2（1+2），1，2分別為管板與換熱管材料的線膨脹系數(shù)，1/。 =1-2，1/。 t等于操作溫度減去室溫（20）。8 換熱管與管板的焊接連接法有何優(yōu)缺點？焊接接頭的形式有哪些？答：焊接連接比脹接連接有更大的優(yōu)越性：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省孔的加工工時；焊接工藝比脹接工藝簡單；在壓力不太高時可使用較薄的管板。 焊接連接的缺點是：由于在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕和破裂；同時管子與管板間存在間隙，這些間隙內(nèi)的流體不流動，很容易造成“間隙腐蝕”。 焊接接頭的形式有：管板孔上不開坡口； 管板孔端開60坡口； 管子頭部不突出管板； 孔四周開溝槽。9 換熱管采用脹焊結(jié)合方法固定于管板上有何優(yōu)點？主要方法有哪些？答：脹焊結(jié)合方法的優(yōu)點：由于焊接連接產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕及間隙腐蝕，尤其在高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用下，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無論采用脹接或焊接均難以滿足要求。而脹焊結(jié)合法能提高連接處的抗疲勞性能，消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。 主要方法有：先強度焊后貼脹、先強度焊后強度脹、先強度脹后密封焊等多種。11 管子在管板上排列的標準形式有哪些？各適用于什么場合？答：排列的標準形式有：（1）正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列，適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進行機械清洗的場合。 （2）正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管間的場合。10鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定中換熱器管板設(shè)計方法的基本思想是什么？ 答：其基本思想是：將管束當作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎(chǔ)上的圓平板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來確定管板的彎曲應(yīng)力。由于它比較全面地考慮了管束的支承和溫差的影響，因而計算比較精確。但計算公式較多，計算過程也較繁雜。但應(yīng)用計算機進行設(shè)計計算，是一種有效的設(shè)計方法。11 換熱管分程原因是什么？一般有幾種分程方法？應(yīng)滿足什么條件？其相應(yīng)兩側(cè)的管箱隔板形式如何？答：分程原因：當換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。分程方法：為了把換熱器做成多管程，可在流道室（管箱）中安裝與管子中心線相平行的分程隔板。管程數(shù)一般有1，2，4，6，8，10，12等七種。滿足條件：各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過28；各程間的密封長度應(yīng)最短；分程隔板的形式應(yīng)簡單。管箱隔板形式有：單層和雙層兩種。12折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？ 答：在對流傳熱的換熱器中，為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強湍流強度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝置折流板。折流板還起支撐換熱管的作用。 常用形式有：弓形、圓盤-圓環(huán)形和帶扇形切口三種。 折流板的固定是通過拉桿和定距管來實現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆有螺紋的長桿，一端擰入管板，折流板就穿在拉桿上，各板之間則以套在拉桿上的定距管來保持板間距離。最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。13固定管板式換熱器中溫差應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？有哪些補償溫差應(yīng)力的措施？ 答：當操作時，殼體和管子溫度都升高，