化工设备习题课

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1、说明：解题过程中每一步代入数值的计算过程都应该有，注意不要省略。下面的参考答案属于提示型的，因此有些计算过程省略了，但希望大家在计算过程中步骤要全，尤其是在考试时，每一步的计算过程都要写清楚，必要的说明也不要省略。有关的内容可以参考教材和课件中的例题，要求会灵活运用所学知识解题。一、名词解释1、无力矩理论：在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用，该情况下的应力状态和承受内压的薄膜相似，又称薄膜理论。2、法兰的公称压力：以16MnR在200时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该尺寸法兰的公称压力。3、薄壁容器：根据容器外径与内径的比值K来判断，为薄壁容器。4、筒体的弹性失稳：在外压作用下，

2、筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失稳。5、垫片密封比压力：在法兰密封中形成初始密封条件的压紧应力叫垫片密封比压力。二、判断题1、两个鞍座必须是S型和F型搭配使用。（对）2、外压容器和真空容器以外压进行压力试验。 ()3、外压容器的液压试验压力不能高于PT =1.25 P。 ()4、设计某钢制外压容器时，若采用普通碳素钢板满足不了设计要求，则可采用高强钢板。（ ）5、法兰联接中，长颈对焊法兰比平焊法兰的刚度大，因此，长颈对焊法兰适用于较高压力场合。（ ）6、短圆筒的临界压力，除与圆筒材料弹性模量和圆筒的壁厚与直径之比有关，还与圆筒的长径比有关。（ ）7、采用高强度钢板制造外压容器可以提高其临界

3、压力。（ ）8、长圆筒的临界压力仅与圆筒材料的弹性模量和圆筒的壁厚与直径之比有关，而与圆筒的长径比无关。（ ）9、法兰的刚度与强度对保证密封的可靠性，具有同等重要的意义。（ ）三、填空题1、容器法兰密封面共有三种形式：平面型密封面、凹凸型密封面、榫槽型密封面。2、法兰连接是由一对法兰、数个螺栓和一个垫片所组成。3、常见的可拆结构有 法兰连接、 螺纹连接 和 插套连接。4、外压容器的临界压力式指 外压容器刚刚失稳时所对应的压力。5、外压容器设置加强圈的目的是为了 （d） 。（a）开孔补强 （b）延长容器的寿命 （c） 缩短容器长度 （d）提高临界压力6、外压圆筒几何参数计算图中的系数A的含义是

4、（c） 。（a）失稳时的应力 (b)失稳时的轴向应变 (c) 失稳时的环向应变 (d)前三项选择都不对7、外压圆筒设置加强圈，其作用是将 长 圆筒转化为 短 圆筒，以提高 外压圆筒的临界压力。8、造成法兰联接密封失效的主要途径及方式是 密封面泄漏 ，为了达到预期的密封效果，在中、低压容器中常采用的法兰密封面形式为 平面型密封面，凹凸型 密封面和 榫槽型 密封面 。9、双鞍式支座中，其中一个为F型称为 固定 支座，另一个为S型称为 活动 支座，二者结构上的区别是 底板的螺栓孔 F型为圆孔，S型为长圆孔 。10、中、低压容器法兰常见的密封面形式有 平面 密封面、 凹凸型 密封面和榫槽型 密封面。其

5、中 榫槽型 密封面的密封效果好，可用在易燃、易爆、有毒的介质，以及压力较高的场合。四、简答题1、什么是外压容器的失稳？简述外压容器侧向失稳的形式并说明如何通过失稳形势判断外压容器的类型？（8分）容器强度足够，却突然失去原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶皱，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形，这种现象称为弹性失稳。其实质是容器筒壁内的应力状态有单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形，产生的波形数n=2时，为长圆筒；n2时，为短圆筒；如只发生强度破坏，无失稳则为刚性筒。2、法兰的公称压力是如何定义的？一设备法兰的操作温度为2800C，工作压力为0.4

6、MPa，当材料为Q235-A和15MnVR时应分别按何种公称压力级别确定法兰几何尺寸。（6分）以16MnR在200时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该尺寸法兰的公称压力。Q235-A应按公称压力1.0MPa级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR应按公称压力0.6MPa级别确定法兰的几何尺寸。3、卧式和立式容器支座的形式主要有哪些？（4分）卧式容器的支座主要有鞍座、圈座和支腿，立式容器的支座主要有耳式支座、支撑式支座和裙式支座。4、一设备法兰的操作温度为2700C，工作压力为0.8MPa，当材料为Q235-B和15MnVR时应分别按何种公称压力级别确定法兰几何尺寸。（4分）Q235-B应按

7、公称压力1.6MPa级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR应按公称压力1.0MPa级别确定法兰的几何尺寸。5、写出设备法兰名称 （3分） 长颈对焊法兰 乙型平焊法兰 甲型平焊法兰6、鞍座有带加强垫板和不带加强垫板两种结构，必须设置加强垫板的条件有哪些？7、图1中A，B点表示两个受外压的钢制圆筒，材料是碳素钢，S =216MPa，E=206GPa.试回答：A，B两个圆筒各属于那一类圆筒？它们失稳时的波形数n等于几或大于几？图1解:A长圆筒，L/D0值较大，临界压力Pcr仅与Se/D0有关，而与L/D0无关，失稳时的波形数n=2。B短圆筒，临界压力Pcr不仅与Se/D0有关，而且与L/D0有关，失稳

8、时的波形数为n2的整数。 C临界圆筒（长、 短圆筒拐点处），长度等于临界长度，发生失稳时的波形数为n2。8、影响法兰密封的因素有哪些？答：影响法兰密封的因素主要有：螺栓预紧力，密封面型式，垫片性能，法兰刚度和操作条件等。9、影响外压容器稳定性的因素主要有哪些？答：筒体材料性能，筒体几何尺寸，圆筒的椭圆度和材料不均匀性。10、提高法兰刚度的措施有哪些？答：增加法兰厚度；减小螺栓力与垫片力作用点间距离；增大法兰盘外径。五、计算题1、DN2000的Q235-B常温外压圆筒，筒体切线间长度4500mm，壁厚10mm，两侧为椭圆封头，凸面高度600mm，介质无大腐蚀。试计算能承受的许可外压，并判断发生侧

9、向失稳后筒体横截面上产生的波形数。（已知，）解：据题意知，；，稳定安全系数m=3（1分）材质为普通碳钢、且介质无大腐蚀性，取腐蚀裕量；（1分）计算长度；（1分）许用压应力（1分）有效壁厚（1分）外径（1分） （1分）=（1分） （1分） = （1分）可见，Lcr(2)=(3)(4)5、下图为一真空容器，用16MnR制造，两端封头均为标准椭圆形封头；已知厚度附加量C=1.9mm。确定该真空容器在操作温度200下的厚度。20002000解: 由题已知厚度附加量C=1.9mm；对真空容器，确定其设计（或计算）外压为p=pc=0.1MPa。（1分）假设名义厚度n=8mm（1分），则e=n-C=8-1.

10、9=6.1mm（1分）（2分）（1分），（1分）（1分）查图5-5，可得系数（1分）在图5-9的下方找到系数A=0.00026（此点落在材料温度线的右方），将此点垂直上移，与200的材料温度线交于一点，再将此点水平右移，在图的右方得到B=32；（1分）（2分）显然，（1分），且比较接近（1分）故假设的名义厚度n=8mm是合适的。（1分）6、有一外压操作的容器内径1200 mm，壁厚12 mm，容器筒体部分长（切线间）为4000 mm。材质为16MnR，介质对材料的腐蚀速率为0.1 mm /年,容器的工作温度为200，计算中可忽略钢板的负偏差，试确定：（1）经计算确定该容器能否用在0.6MPa的

11、外压力下安全工作。（2）假如不能,有几种途径可满足工作条件？（3）按你所选的方案重新设计可满足工作要求的容器壁厚。解： 校核容器许用的外压 依据给定的腐蚀速率 C2=KaB=0.1/a12=1.2 取 C2 = 2 , C1 = 0， e=nC= 12-2 = 10 D0 =Di+2n = 1200+212 = 1224 D0/e =1224/10 =122.4 20 ， L/Do= 4000/1224 = 3.27查图得 A = 0.0003 , 以材料 16MnR,工作温度200及系数 A 查图得：B = 37 ,即许用的外压力为 0.6 Mpa 该容器不能在0.6 Mpa外压下工作。 解

12、决的途径有：一是利用该容器，增加加强圈缩短计算长度提高承受外压的能力； 二是重新设计，增加壁厚。 a.利用该容器，增加两道加强圈，则计算长度变为：1/3筒体部分长度L=4000/3=1333mm e=10mm , Do/e=1224/10=122.420 , L/Do=1333/1224=1.09 查图得 A=0.0012 , 以材料 16MnR,工作温度200及系数 A 查图得：B =118 ,许用的外压力为 0.6 MPa该容器能在0.6 Mpa外压下安全工作。 b. 增加壁厚，重新设计，假设壁厚取n=16, 取 C2 = 2 , C1 = 0， e=nC=16-2=14 D0=Di+2n

13、 = 1200+216 =1232 D0/e=1232/14 =88 20 ， L/Do=4000/1232 =3.25查图得 A = 0.00048 , 以材料 16MnR,工作温度200及系数 A 查图得：B = 60 ,即许用的外压力为 0.6 MPa该容器能在0.6 MPa外压下安全工作。7、比较下面受外压作用短圆筒的临界压力。解: 1. (a)和(b): 2. (c)和(d): 3. (a)和(d): 4. (c)和(b): 顺序: (a)=(d)(c)=(b)8、确定真空容器的厚度。已知操作温度250，C1=0.8mm，C2=1mm，其它条件如下图，材料为15MnVR，标准椭圆形封头。解:假设n=10mm,e=n-C1-C2=10-0.8-1=8.2mm 查图5-5，得A=0.000103 对T=250oC Et=1.80105MPa 查图5-9，在曲线左侧 B=2/3EtA=2/31.801050.000103=12.36Mpa 且接近 是合适的。9 / 9文档可自由编辑打印