《化工设备机械基础》习题解答.docx
第一章化工设备材料及其选择二.指出以下钢材的种类、含碳量及合金元素含量A组钢号种类含碳量合金兀索省重l%J符号意义Q235-AF一般碳素甲类钢F：沸腾钢Q：钢材屈服点Q235-A一般碳素甲类钢A:甲类钢20g优质碳素构造钢%一g：锅炉钢16MnR一般低合金钢%<%R：容器钢20MnMo一般低合金钢%MnMo<%16M11DR一般低合金钢%Mn:%D:低温钢14CrlMo一般低合金钢%Cr:0Crl3格不锈钢<%Cr:13%lCrl8Ni9Ti奥氏体不锈钢%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<%00Crl9Nil0奥氏体不锈钢<%Cr:19%;Ni:10%B组:钢号种类含碳合金元素含量符号意义量%(%)Q235-B一般碳素乙类钢F：沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-AR一般碳素甲类容器钢R：容器钢16Mng一般低合金钢%Mn:<%g:锅炉钢18Nbb一般低合金钢%Nb:<%b:半冷静钢ISMnMoNbR一般低合金钢%09MnNiDR一般低合金钢%:<%R:容器钢06MnNb一般低合金钢%:<!.5%2Crl3铝不锈钢%Cr13%一12Cr2Mol一般低合金钢%Cr:%;Mo:-%0Crl8Nil2Mo2Ti奥氏体不锈钢<%Cr:18%;Ni:12%;Mo:%;Ti:<%其次章容器设计的根本学问一.、指出以下压力容器温度与压力分级范围温度分级温度范围(OC)压力分级压力范围(MPa)常温容器-20oC200oC低压容器P<中温容器壁温在常温存高温之间中压容器P<10高温容器壁温到达材料蠕变温度高压容器10P<100低温容器壁温低于一20OC超高压容器PNloo浅冷容器壁温在一20oC至-40oC之间真空容器器外一个大气压，内部为真空或低于常压深冷容器壁温低于一40OC第三章内压薄壁容器的应力分析四、计算以下各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力"oA组：1 .球壳上任一点，：p=2Mpa,D=1008mm,S=8mioRRD1008PIk=IV=504/加1222_PD_2x1008=63AlP阳布4×8OOP1+-K=T12PD=63MPIF2 .圆锥壳上之A点和B点，：p=,D=IOlOmm,S=IOmm,a=30oo/点：R=,R=_2_122cos=PD=05x1吧=14.58MP加43CoSa4×10×0.866GOp-r+=PD=°51010=29.16PO2Scos2×10×0.866B点:R=8,R=o12O=O=O3.椭球壳上之A,B,C点，：p-IMpa,a=1010mm,b=505mm,S=20mioB点处坐标x=60Ommo%=18%5=2标准椭圆形封头a242/点（X=O,/=4：R=_，R=一=G=空=IXloIo=50.5MPT20-B点:UJ"4一必（2_4）=43.3MP4。点（X=a,j=0）:=巴=IXIolO=25.25MP勿2S2x20=一上=,1×101°=-505MPaS20五、工程应用题1 .某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816mm,壁厚为16mm,试求汽包圆筒壁被的薄膜应力。利。°。m。【解】P=D=816mmS=16mm色=也=0.0196<0.1属薄壁容器D816O=PD2.5x816=31.875/1匹JIr=4×16=丝=2.5x816=63.75MPaw2x162 .有一平均直径为10020mm的球形容器，其工作压力为，厚度为20mm,试求该球形容器壁内的工作压力是多少。【解】P=D=10020mmS=20mmS=20=0,001996<0,1属薄壁容器DT0020O=O_PD_06xl0020=75.15MPam454x203 .有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，：圆筒平均直径为2030mm,筒体与封头厚度均为30mm,工作压力为3Mpa,试求；圆筒壁内的最大工作压力；假设封头椭圆长，短半轴之比分别为氏2,时，计算封头上薄膜应力的G,产。的最大值并确定其所在的位置。【解】(1)圆筒P-3MpaD=2030mmS=30mm30=o.oi48<0,1属薄壁容器D2030="=2X2030=50.75MP阳4T4×30最大工作应力：_PD_2x2030=o.5MP2×30(2)椭球：i=2时在x=0,y=b,(顶点处)有最大值b(=)_Paa3×1015×叵mmax-2-()=71.781PSb2×30二=2时，在x=0,y=b处(顶点处)b( =) ' m )max3x1015x2 = oi.5MP2x30在x=a,y=0点(边缘处)9)=-ZS(f)=-3><1015><2=-101.5MPOmaX2Sb2×30，=2.5时，在x=0,y=b处(顶点处)()=Paa3×1015×2.5_(_)=126.88MPmmax2Sb-2730-在x=a,y=0点(边缘处)()=p(2-2)=-215.69fPmax2Sb2第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计四、工程应用题A组：1、有一DN2023mm的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22三,承受的最大气体工作压力P=2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数=,厚度附加量为C=2mm,试求W筒体的最大工作应力.【解】（1）确定参数：P=2MPa;P=（装有安全阀）；WCD=DN=2023mm（钢板卷制）；S=22mm;S=Sinea-C=20mm=（题中给定）；C=2mm（题中给定）.（2）最大工作应力：。/用+口/2x（2023+2。）=MP2S,2x20°2、某球形内压薄壁容器，内径为D二IOn1,厚度为S=22mm,假设令焊接接头系数6二,厚度附加量为O2rnm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.钢材的许用应力t=147MPa.【解】确定参数：D-10m;S=22mm;=;C=2mm;tin二147MPa.S=S-C=20mm.Cn（2）最大工作压力：球形容器.P:华年一4147”0x20.upWD+S10000+20aie3、某化工厂反响釜，内径为160Omm,工作温度为5C105C,工作压力为,釜体材料选用0Crl8Ni9Ti。承受双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。【解】（1）确定参数：D=1600mm;t=5105°C;iwP=；P=P=（装有安全阀）WCW=（双面焊对接接头，局部探伤）C=0（对不锈钢，当介质腐蚀性略微时）2材质：0Crl8Ni9Ti。上=（按教材附录9表16-2,内插法取值）。=137MPa（2）计算厚度：S=PCDi=1.761600=14.8mm2-p2×112.9×0.85-1.76CC=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92不锈钢热轧钢板），C=C+C-O.8mm.12名义壁厚：S=S+C+圆整，S+C=+=15.6mm.n圆整后，S=16mm.n水压试验校核p(P+5*)x.=1v/0.9T2SSa有效壁厚S=S-c=15.2mm试验压力P=1.25PJzL=1.25×1.76×137=2.61MPa112.9计算应力PT(D+S)2.67x(1600+15.2)八E7z4=-=141.86MPa12S2x15.2应力校核0.9=0.9×205×0.85=156.8MPaS<0.9水压试验强度足够s4、有一圆筒形乙烯罐，内径D=160Omm,壁厚S=16m叫计算压力为p二,工作温inc度为-3.5,材质为16MnR,承受双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。【解】（1）确定参数：D=1600mm;S=16mm;t=-3.5;p=.inwC=（双面焊对接接头，局部探伤）16MnR:常温下的许用应力?=170MPa设计温度下的许用应力?t=170MPa常温度下的屈服点?=345MPa有效壁厚：Se=Sn-C=16-3=13mm强度校核最大允许工作压力Pwp=2tse2×170×0.85×13W-+S=2.33MPale=1600+13POPw该贮罐强度缺乏9、设计容器筒体和封头厚度。内径D=140OnmI,计算压力p二,设计温度ic为40,材质为15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头，100%三伤。封头按半球形、标准椭圆形和标准碟形三种形式算出其所需厚度,最终依据各有关因素进展分析,确定一最正确方案。【解】（1）确定参数：D=1400mm;p=;t=40oC;ic二（双面焊对接接头，100%探伤）；C=Imnl.（介质无2大腐蚀性）15MnVR:假设钢板厚度：616mm,则:t=177MPa,。=177MPa,?=390MPaS（2）筒体壁厚设计：S=PrDi_18x14°°=7.16mm2f-p2×177×1.0-1.8CC=0.25mm（按教材表4-9取值，GB6654-94压力容器用钢板）1C=C+C=1.25mm.12名义壁厚：S=S+C+圆整，S+C=+=8.41mm.n圆整后，S=9mm.筒体水压试验校核P（D+S）=ie<0.9T2SSe有效壁厚S=S-C=7.75mm试验压力P=1.25pJ2L=1.25x1.8×-=2.25MPat177工普士4PT(D.+S)2.25x(1400+7.75)计算应力OT=丁J/1=204.35MPa2S2X7.75e应力校核0.9=0.9X390×1=351MPa.S<0.9筒体水压试验强度足够s(4)封头厚度设计半球形封头：S_PCDi_l8l400-3.57mm4-p4×177×1.0-1.8CC=0.25mm(按教材表4-9取值,GB6654-94压力容器用钢板
