化工设备习题课

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0D 与内径i D 的比值K 来判断，2.1≤K 为薄壁容器。i D D K 0=

4、筒体的弹性失稳：在外压作用下，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P T =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 （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；n>2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0.4MPa，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）

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，σS =216MP a ，E =206GP a .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/D 0值较大，临界压力P cr 仅与S e /D 0有关，而与L/D 0无关，失稳时的波形数n=2。

B —短圆筒，临界压力P cr 不仅与S e /D 0有关，而且与L/D 0有关，失稳时的波形数为n ＞2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n ≥2。

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，并判断发生侧向失

稳后筒体横截面上产生的波形数。（已知3

02.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=D E p e t cr δ，()

05.20'59.2D L D E p e t cr δ=，MPa E t 5

102⨯=） 解：据题意知，mm n 10=δ，MPa E t 5102⨯=，mm C 8.01=，mm D i 2000=；

MPa t s 235=σ，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mm C 12=；（1分）

计算长度mm L 490026003

14500=⨯⨯+=；（1分）