过程设备设计第二章(2.1.1-2.2.4)
《过程设备设计》期末复习题及答案
《过程设备设计》期末复习题及答案第一章规程与标准1-1 压力容器设计必须遵循哪些主要法规和规程？答：1．国发[1982]22号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》（简称《条例》）；2．劳人锅[1982]6号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》实施细则；3．劳部发[1995]264号：关于修改《〈锅炉压力容器安全监察暂行条例〉实施细则》"压力容器部分"有关条款的通知；4．质技监局锅发[1999]154号：《压力容器安全技术监察规程》（简称《容规》）；5．劳部发[1993]370号：《超高压容器安全监察规程》；6．劳部发[1998]51号：《压力容器设计单位资格管理与监督规则》；7．劳部发[1995]145号：关于压力容器设计单位实施《钢制压力容器-分析设计标准》的规定；8．劳部发[1994]262号：《液化气体汽车罐车安全监察规程》；9．化生字[1987]1174号：《液化气体铁路槽车安全管理规定》；10．质技监局锅发[1999]218号：《医用氧舱安全管理规定》。
1-2 压力容器设计单位的职责是什么？答：1．设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责；2．容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样；3．容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。
1-3 GB150-1998《钢制压力容器》的适用与不适用范围是什么？答：适用范围：1．设计压力不大于35MPa的钢制容器；2．设计温度范围按钢材允许的使用温度确定。
不适用范围：1．直接用火焰加热的容器；2．核能装置中的容器；3．旋转或往复运动的机械设备（如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等）中自成整体或作为部件的受压器室；4．经常搬运的容器；5．设计压力低于0.1MPa的容器；6．真空度低于0.02MPa的容器；7．内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线，如矩形为对角线、椭圆为长轴）小于150mm的容器；8．要求作废劳分析的容器；9．已有其他行业标准的容器，诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用容器和搪玻璃容器。
过程设备设计第二章【压力容器应力分析】21【回转薄壳应力分析】解析
A
Байду номын сангаас
母线
回转轴
R2
R1 O
O1
第一曲率半径
第二曲率半径
（1）回转薄壁壳体基本概念 a. 薄壁壳体的特征：平面应力问题 b. 回转壳体的几何特性： 轴对称 回转壳的中面是回转曲面，它是由一根平面曲线绕一根在 曲线平面内的定轴旋转而成，这一根曲线称为母线。 壳体任意一个截面上的载荷相对回转轴对称，沿回转轴方 向的载荷可以按照任意规律变化。
讨论
1、与厚平板连接的圆柱壳，在内压作用下，圆柱壳 中的最大应力是什么应力？其位置在哪儿？
2、不连续应力的大小和哪些因素有关？在压力容器 设计时，是否需要限制不连续应力？为防止因不 连续应力过大引起压力容器破坏，工程中应采取 什么措施？
第二曲率半径与回转轴 位置有关；
母线
问题1. 第一曲率半径与第二曲率半 径哪个大？
问题2. 第一曲率半径与第二曲率半 径有什么关系？
经向 轴向
回转轴
R1 O O1
A R2
第一曲率半径
第二曲率半径
无力矩理论与有力矩理论： 对于部分容器，在某些特定的壳体形
状，载荷和支撑条件下，其弯曲内力 与薄膜内力相比很小可以忽略不计， 此时，壳体的应力状况仅由法向力 Nφ Nθ决定，称为“无力矩理论”。 在壳体理论中，如果考虑横向剪力 Q和弯矩M，M，称为“有力矩理 论”。
《过程设备设计基础》
《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。
本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。
本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。
各章中包含思考题和习题。
目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (7)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构，1.2压力容器分类，1.3压力容器规范标准。
第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题1.2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？思考题1.3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？思考题1.4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围是否相同？为什么？思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV＞0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器？思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析，2.2回转薄壳应力分析，2.3 厚壁圆筒应力分析，2.4 平板应力分析，2.5 壳体的稳定性分析，2.6 典型局部应力。
2、压力容器应力分析
r——平行圆半径； R1（经线在B点的曲率半径）——第一曲率半径； R2（与经线在B点处的切线相垂直的平面截交回转曲面得一平面曲线，该
平面曲线在B点的曲率半径）——第二曲率半径，R2=r/sinφ 考虑 壁厚，含纬线的正交圆锥面能截出真实壁厚，含 平行圆的横截面不能截出真实壁厚。
24
b. 球形壳体
压力容器应力分析
任一点M：p=ρgR(1-cosφ)
注：充满液体
25
经推导得：
gR 2
6t
(1 2 cos2 ) 1 cos
gR 2
6t
(5 6 cos 2 cos2 ) 1 cos
gR 2
6t
(5 2 cos2 ) 1 cos
t
gx
, 则
(0 gx)R
t
注：容器上方是封闭的
23
p0
t
R
σφ
σφ
径向朝外的p0相互抵消，产生σθ而与σφ无关，朝下的p0由筒底承担， 筒底将力又传给支座和基础，朝上的p0与σφ相平衡：
2πRtσφ=πR2p0
则
p0R 2t
若容器上方是开口的，或无气体压力（p0=0）时，σφ=0
薄壁圆筒 厚壁圆筒
Do/Di≤1.1 Do/Di>1.1
压力容器应力分析 t——壳体厚度 R——中间面曲率半径
Do——圆筒外径 Di——圆筒内径
3
2.1.1 薄壁圆筒的应力
压力容器应力分析
σφ ——经向应力（轴向应力）；σθ——环向应力（周向应力）σr— —径向应力，很小、忽略
4
压力容器应力分析
过程设备机械设计基础
。
10 直杆拉伸时，下面有关直杆横截面上的应力的说法 哪些是正确的？
A 正应力不等于零； C 正应力等于零； B 剪应力不等于零； D 剪应力等于零。
力矩是用来描述一个外力使物体绕某一点转动的效果。 由于选择点不同，力矩的大小也不相同。 力偶矩是用来描述力偶（两个力）使物体转动效果的物 理量。由于这两个力大小相等，方向相反，所以这一对 力使物体的转动效果（力偶矩）等于两个力分别对平面 上任意一点的力矩之代数和。 因此，力偶矩的大小与矩心无关，事实上，在讨论力偶 矩时，一般不涉及矩心。
判断题
（ ）1、力偶无合力，因此它是平衡力系。 （ ）2、二力杆件所受力的方向沿着杆线。
（ ）3、二力杆件是指受到一对平衡力作用的直杆。
（ ）4、梁的一端为固定端约束，在该约束处的挠度等于零、但是 转角不等于零。
（ ）5、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必 然为0。
（√）6、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量愈 大，能承受的弯矩愈大。
d） GPa
b） KPa
b）0.3
c） MPa
c）0.4
14. 钢材的泊松比约为
。
d）0.5
钢材主要力学性能：弹性模量200GPa。泊松比0.3， 屈服强度150~600MPa，
铝材主要力学性能：弹性模量71GPa。泊松比0.33， 屈服强度100~400MPa， 学习时注意单位和数量级。 泊松比通常小于0.5,橡胶的泊松比较大，通常在0.45 以上。 正确理解和把握材料的拉伸曲线和应力应变曲线
a） 增加 b） 减小 c） 不变 d）不确定
欧拉公式
E cr 2
第二章压力容器应力分析
《过程设备设计基础》教案2—压力容器应力分析课程名称：过程设备设计基础专业：过程装备与控制工程任课教师：第2章 压力容器应力分析§2-1 回转薄壳应力分析一、回转薄壳的概念薄壳：（t/R ）≤0.1 R----中间面曲率半径 薄壁圆筒：（D 0/D i ）max ≤1.1~1.2 二、薄壁圆筒的应力图2-1、图2-2 材料力学的“截面法”三、回转薄壳的无力矩理论1、回转薄壳的几何要素（1）回转曲面、回转壳体、中间面、壳体厚度 * 对于薄壳，可用中间面表示壳体的几何特性。
tpD td pR tpD Dt D p i 22sin 24422====⨯⎰θπθϕϕσσαασπσπ（2）母线、经线、法线、纬线、平行圆（3）第一曲率半径R1、第二曲率半径R2、平行圆半径r（4）周向坐标和经向坐标2、无力矩理论和有力矩理论（1）轴对称问题轴对称几何形状----回转壳体载荷----气压或液压应力和变形----对称于回转轴（2）无力矩理论和有力矩理论a、外力（载荷）----主要指沿壳体表面连续分布的、垂直于壳体表面的压力，如气压、液压等。
P Z= P Z（φ）b、内力薄膜内力----Nφ、Nθ（沿壳体厚度均匀分布）弯曲内力---- Qφ、Mφ、Mθ（沿壳体厚度非均匀分布）c、无力矩理论和有力矩理论有力矩理论（弯曲理论）----考虑上述全部内力无力矩理论（薄膜理论）----略去弯曲内力，只考虑薄膜内力●在壳体很薄，形状和载荷连续的情况下，弯曲应力和薄膜应力相比很小，可以忽略，即可采用无力矩理论。
●无力矩理论是一种近似理论，采用无力矩理论可是壳地应力分析大为简化，薄壁容器的应力分析和计算均以无力矩理论为基础。
在无力矩状态下，应力沿厚度均匀分布，壳体材料强度可以得到合理的利用，是最理想的应力状态。
（3）无力矩理论的基本方程a、无力矩理论的基本假设小位移假设----壳体受载后，壳体中各点的位移远小于壁厚。
考虑变形后的平衡状态时壳用变形前的尺寸代替变形后的尺寸直法线假设----变形前垂直于中面的直线变形后仍为直线，且垂直于变形后的中面。
机械制造装备设计第5版PPT第2章
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2.4.3 分级变速主传动系
第
结构式表达方法：
二
传动副数
章
Z 18 31 33 29
第 四
一般表达式：
级比指数
节
Z (Pa )Xa * (Pb )Xb * (Pc )Xc *...* (Pi ) Xi
三个主要参数：
Z —主轴转速级数
Pj —各变速组传动副数 Xj —各变速组级比系数
第
分级变速主传动转速图设计的基本原则
二 章
⑴变速组的传动副数目应“前多后少”；
第
靠近电动机转速高、转矩小、尺寸小。更多传动件在
四 节
高速范围内工作，有利于减少外形尺寸
⑵变速组的传动线应“前密后疏”（传动顺序与扩大顺序相 一致）
⑶变速组的降速应“前慢后快”；中间轴转速不宜超过电动 机转速（前面慢些，后面的降速快些），以减少传动件尺 寸；中间轴转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。
右图是用结构网画出，是对称结构形式
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2.4.3 分级变速主传动系
第
二
章
（二）各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值，称为 该变速组的变速范围。即： Ri (umax)i /(umin )i （i=0，1，2，…，j)
第 四 节
在设计机床主传动系时， 一般限制降速最小传动比 u主min 1/ 4 直齿圆柱齿轮的 最大升速比 u主max 2 斜齿圆柱齿轮可取 u主max 2.5
第
及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传
四
动副的传动比等。
节
设一中型卧室车床，其变速传动系 图2-13
第二章(序贯模块法1)
6
5
3
1
2
4
8
7
2013-7-18
5
化工系统工程—第二章 化工过程系统稳态模拟与分析
需解决的问题
确定有哪些再循环回路？ 对哪些物流进行设定猜值？ 应如何对断裂物流设定猜值，达到快的收 敛速度？ 如何调整下次的猜值（即收敛算法） ？ 如何判断收敛（即收敛的判据）？ 常见过程模拟三类问题：过程系统模拟分 析、过程系统设计、过程系统参数优化
化工系统工程—第二章 化工过程系统稳态模拟与分析
第二章
化工过程系统稳态模拟与分析
三种稳态模拟方法 序贯模块法 基本思想、优缺点比较、存 面向方程法 在基本问题、基本解法。 联立模块法
2013-7-18
1
化工系统工程—第二章 化工过程系统稳态模拟与分析
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
2.2 过程系统模拟的三种基本方法
①序贯模块法(Sequential Modular Method)；
开发最早、应用最广
②面向方程法(Equation Oriented Method)；
所有的方程同时计算和同步收敛
③联立模块法(Simultaneously ModuIar Method)
兼有序贯模块法和面向方程法的优点
从系统入口物流开始，经过接受该物流变量的单 元模块的计算得到输出物流变量，这个输出物流 变量就是下一个相邻单元的输入物流变量。依此 逐个的计算过程系统中的各个单元，最终计算出 系统的输出物流。 计算得出过程系统中所有的物流变量值，即状态 变量值。不能独立变化的变量，服从于描述系统 行为的模型方程。
解算快； 模拟型计算与设计型计算一样； 适合最优化计算，效率高； 便于与动态模拟联合实现；
建筑设备施工技术(第二章)
太原大学环境工程系
一、学习内容
室内供暖系统安装工艺（安装流程和施工方 法） 室内供暖管道的安装 散热器的安装 附属器具的安装 热水地板辐射供暖系统安装 室内供暖系统的试压与验收
二、学习目标
熟悉室内供暖系统安装流程，重点掌握室内 供暖管道的安装、散热器的組对、热水地板 辐射供暖系统的安装； 了解室内供暖系统的试压与清洗、了解室内 供暖系统常见故障的排除；了解供暖系统的 调试与验收
2.散热器支管安装的技术要求
在散热器及立管安装后进行，散热器及支管之间 不应强制连接，也不应调整散热器位置来连接 支管应有5-10mm的坡度 支管长度L>1.5m中部加托钩固定 支管上应按装可拆卸管件如活接头，活接头安装
时，注意子口朝向来水方向，母口安装在去水方 向，不得颠倒
散热器支管与立管相交，立管应煨弯绕过支
• 计算法：安装长度等于构造长度减去两端 管件长度的1/2再加上内螺纹的长度 • 比量法：按照实测的构造长度，用实际的 管件和阀门比量
2.2.2 室内供热管道安装的技术要求
坡度和坡向：供水主管道要要逐渐抬高，坡度 一般为0.003；回水干管要有顺水流方向下降 的0.003的坡度；散热器支管坡度 管道最高点设排气阀，最低点设排水阀 DN≤32mm螺纹连接；DN＞32mm焊接； PP-R管采用热熔连接 供暖双立管安装位置及距离要求：供热或供蒸
2.2 室内供暖管道的安装
2.2.1供暖管线的测线计量 供暖系统由管子配件、阀门和连接设备的管 段组成。在系统变向、分支、各种管子配件、 阀门处要进行测线，确定每个实际管段的尺 寸，然后按其下料加工。 对管道下料前，要弄清楚建筑长度、安装长 度、加工长度的区别。
过程设备设计
2.1.7 回转薄壳的不连续分析
a. 不连续和不连续分析
几何形态不连续、或数学不连续、或载荷 突变，由此造成应力突变或出现大应力状况。 由于不连续情况的存在，在此区域内出现了各 部分变形不协调的情况，造成过大的应力，导 致设备在局部破坏，最终造成设备失效。
分析不连续应力的方法称为不连续分析。
b. 不连续分析方法
（平动或转 动），如压缩机、风机、泵、分离 机；物料只经历物理过程； ——过程设备：完成其主要功能的部件是不动的， 如塔、换热器、反应器、储罐；物料经历物理或 化学过程； ——过程机器的主要功能是把能量传递给物料，提 高其压力或速度；过程设备的主要功能是为物料 的物理过程或化学过程提供适宜的场所；
（9）过程设备的基本要求
总结： 过程设备是化工、轻工、炼油、食品、制药、
冶金、能源等行业广泛使用的一种装备，有别于 一般的装备。过程设备的设计涉及到过程原理、 固体力学、流体力学、热力学、机械学、自动控 制原理与仪器仪表等学科。其涉及学科的范围和 问题的复杂程度都是工程问题中极为少见的。
先进的过程设备设计方法是以计算机辅助设 计（CAE)为标志的以寻求最优化结果为目标的设 计。
E .球形壳体 应力在支座支承处有突变，说明什么？
图片
无力矩理论的应用条件
• 壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变， 且构成壳体的材料的物理性能相同。
• 壳体的边界处不受集中力、且不受变形限制。
客观地说，实际的压力容器都不能使用无力 矩理论，但对于大部分的薄壁容器，由无力矩理 论得到的结果与真实情况之间的偏差并不大，完 全可以满足工程界的要求。如果上述条件得不到 满足，则无力矩理论不适用。
• 过程装备设计理论和手段的创新
——如热经济学优化设计理论、强度理论、失效判断 理论等；计算机辅助设计(CAE)软件包（i-deas、proe、UG、ANSYS等）。
第二章 压力容器应力分析2.1-2.2
2.2 回转薄壳应力分析
2.2 回转薄壳应力分析
2.2.1 薄壁圆筒的应力 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 2.2.3 无力矩理论的基本方程 2.2.4 无力矩理论的应用 2.2.5 回转薄壳的不连续分析
过程设备设计
40
2.2 回转薄壳应力分析
2.2.3 无力矩理论的基本方程
过程设备设计
求解思路
制造安装 正常操作
开停工 压力试验
检修 等等
正常操作工况 特殊载荷工况 意外载荷工况
根据不同载荷工况，分别计算载荷
21
2.1 载荷分析
过程设备设计
1、正常操作工况
载荷
设计压力 液体静压力 重力载荷 风载荷 地震载荷 其他载荷
隔热材料、衬里、内件、物 料、平台、梯子、管系、支 承在容器上的其他设备重量 等
绝对压力
以绝对真空为 基准测得的压 力。 通常用于过程 工艺计算。
表压
以大气压为基准 测得的压力。 压力容器机械设 计中，一般采用 表压。
8
2.1 载荷分析
压力容器中的压力来源
过程设备设计
1
流体经泵或压 缩机，通过与 容器相连接的 管道，输入容 器内而产生压 力，如氨合成 塔、尿素储罐 等。
2
3
加热盛装液体 的密闭容器， 液体膨胀或汽 化后使容器内 压力升高，如 人造水晶釜。
30
2.2 回转薄壳应力分析
过程设备设计
B点受力分析
B点
内压P
轴向：经向应力或轴向应力σφ 圆周的切线方向：周向应力或环向应力σθ 壁厚方向：径向应力σr
σθ 、σφ ＞＞σr 三向应力状态
二向应力状态
31
2.2 回转薄壳应力分析
过程设备设计课程设计
前言本次设计主要在于巩固过程设备设计这门课程所学的相关知识，是该课程的一个总结性教学环节。
在整个教学计划中，它培养学生初步掌握化工设备工程设计的过程，熟悉设计之中所设计的标准，规范的内容和使用方法，是毕业设计的一次预演。
过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是化工，炼油，轻工，交通，食品，制药，冶金，纺织，城建，海洋工程等传统部门所必需的关键设备。
一些新技术领域，如航空航天技术，能源技术等，也离不开过程设备。
而压力容器是广泛用于各种行业的特种设备。
由于涉及人的生命和工业生产安全，历来受到国家及有关各级行政部门的高度重视，制订了一系列法规、规定和条例。
而过程设备设计这门课正是压力容器设计的核心课程。
我们这次主要是关于液化石油气储罐的设计。
主要指导思想是：1.选材合理，备料方便；2.结构设计保证工艺过程顺利和进行并使得运输，安装盒维修方便。
3.全部设计工作均符合现行标准和规范。
4.保证设备安全。
第一章 设计参数的选择设计题目：液化石油气储罐设计 已知条件：工作压力为0.79MPa ，在武汉地区储罐的工作温度为-19℃~50℃，容积为853m 。
分析：此设备为低压容器，液化石油气为易燃气体，因此其应为第二类压力容器。
设计压力：取最高工作压力的1.1倍，即 1.10.790.869P MPa =⨯=。
设计温度：最高工作温度为50℃，一般当W T >15℃时，介质设计温度应在工作温度的基础上加15~30℃，故可取设计温度为70℃。
主要受压元件材料的选择：0.869P MPa =，设计温度为70℃，综合考虑安全性和经济性，查询有关资料，选择16MnR （Q345R ），假设壳体厚度在6~16mm 范围内，查表GB150中表4-1可得[]170MPa σ=，[]170tMPa σ=，R 345eL MPa =。
第二章 容器强度的计算及校核2.1 封头与筒体的厚度计算：2.1.1 考虑采用双面对接焊，局部无损擦伤，焊接接头系数取0.85ϕ=。
过程设备机械设计基础1
过程设备机械设计基础引言概述：过程设备机械设计是指为了满足化工、石油、食品等行业中的生产流程需求而设计的机械设备。
过程设备机械设计的基础包括材料力学、气体动力学、流体力学等多个领域的知识。
本文将从材料选择、强度分析、气体动力学和流体力学设计、传动装置设计和设备安装调试等五个大点展开阐述过程设备机械设计的基础知识。
正文内容：1.材料选择1.1材料强度和硬度要求1.1.1根据设备所需承受载荷的大小选择材料的抗拉强度、屈服强度和硬度。
1.1.2考虑材料的疲劳强度和耐蚀性，选择能在设备运行环境中保持长期使用性能的材料。
1.2材料的可塑性与韧性要求1.2.1针对设备所需的成形性能和抗冲击性能，选择具有适当可塑性和韧性的材料。
1.2.2根据设备所需的耐磨性能和耐蚀性能，选择材料的硬度和耐蚀性。
1.3典型应用材料1.3.1不锈钢：具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能，适用于化工行业。
1.3.2碳钢：适用于一般工业设备，具有良好的强度和可加工性。
1.3.3合金钢：具有较高的强度和硬度，适用于高温高压设备。
1.3.4铝合金：具有轻质、强度高、导热性能好的特点，适用于食品行业。
2.强度分析2.1设备结构强度计算2.1.1考虑设备所需承受的静态和动态载荷，进行应力和变形的强度计算。
2.1.2根据材料力学性能和设备结构形式，采用适当的计算方法和公式进行强度分析。
2.2设备连接和固定件设计2.2.1考虑设备连接和固定件所需的抗剪、抗拉、抗扭等强度要求。
2.2.2选择合适的连接和固定方式，如焊接、螺栓连接、键槽连接等。
3.气体动力学和流体力学设计3.1设备内部流场分析3.1.1运用数值模拟方法，分析气体或流体在设备内部的流动特性。
3.1.2通过调整流道形状、增加流动引导装置等措施，提高设备内部流动效果。
3.2设备流量计算和调整3.2.1根据设备所需流量和压力降的要求，计算出合适的流量和压力降。
3.2.2根据实际情况对设备进行流量和压力的调整和控制，以确保流体的正常运行。
第二章-1 回转薄壳应力分析演示幻灯片
2
23
过程设备设计
2.1 回转薄壳应力分析
2.1 回转薄壳应力分析
2.1.4 无力矩理论的应用 承受气体内压的回转薄壳
pR2 t
R2 R1
V
2tR2 sin2
r
V 2 prdr
0
回转薄壳仅受气体内压作用时，各处的压力相等，即压力为常数，压
力产生的轴向力V为：
r
V 2 prdr
0
代入区域平衡方程，得：
2
31
过程设备设计
2.1 回转薄壳应力分析
2.1 回转薄壳应力分析
当m=2时，椭圆封头为工程中常用的标准椭圆形封头，其应 力特性为
在顶点处 赤道处
pa t
pa , 2t
pa t
在顶点处和赤道处大小相等但符号相反 赤道处是顶点处的一半，且恒是拉应力
应力分布
2
32
过程设备设计
2.1 回转薄壳应力分析
R1
[1 ( y)2 ]3/2 y
[a4
x2 (a2 b2 )]3/2 a4b
R2
l 2 x2 [a4 x2 (a2 b2 )]1/ 2
R2 R1
a4
a4 x2(a2
b b2 )
应力特性
PR2 2t
p[a 4
x2(a2 2tb
b2 )]1/ 2
2
2
a4
a4 x2 (a2
pR 2t
( p0
gx)R
t
2
33
过程设备设计
2.1 回转薄壳应力分析
2.1 回转薄壳应力分析
作用在壳体上外载荷的轴向力
V R2 p0
R2 p0 2tR sin2
过程设备设计课程设计说明书
过程设备设计课程设计说明书二氧化碳储罐设计学生姓名专业过程装备与控制工程学号指导教师朱振华李晶学院机电工程学院目录第一章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2二氧化碳的性质 (1)1.3立式二氧化碳储罐的设计特点 (1)1.4 设计任务表 (2)第二章零部件的设计和选型 (3)2.1封头的设计 (3)2.2.1封头的选择 (3)2.1.2封头材料的选择 (3)2.1.3封头的设计计算 (4)2.2人孔的设计 (4)2.2.1人孔的选择 (4)2.2.2人孔的选取 (5)2.3容器支座的设计 (5)2.3.1支座材料的选择 (5)2.3.2支座选取 (6)2.3.3支座的设计 (6)2.3.4支座的安装位置 (7)2.4筒体的材料的选择 (8)2.5 接管、法兰、垫片和螺栓的形式和选择 (9)2.5.1接管的选取 (9)2.5.2法兰的选取 (10)2.5.3垫片的选取 (10)2.5.4螺栓的选取 (11)第三章强度设计与校核 (12)3.1圆筒强度设计 (12)3.2封头强度设计 (12)3.3筒体长度校核 (13)3.4人孔补强设计 (13)3.5水压试验校核 (15)结论 (16)参考文献 (17)第一章绪论1.1概述储存设备又称储罐,主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用,如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。
储罐内的压力直接受到温度的影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。
储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。
目前我国普遍采用常温压力储罐，常温储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。
球形储罐和圆筒形储罐相比：前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。
一般储存总量大于3m200时选用球形储罐比较经济，而圆筒形储m500或单罐容积大于3罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总储量小于3m100时选用圆筒形储罐比较经济。
过程设备设计（郑津洋第三版）终极版思考题答案
过程设备设计（郑津洋第三版）终极版思考题答案第1章压⼒容器导⾔思考题1.1介质的毒性程度和易燃特性对压⼒容器的设计、制造、使⽤和管理有何影响？答：我国《压⼒容器安全技术监察规程》根据整体危害⽔平对压⼒容器进⾏分类。
压⼒容器破裂爆炸时产⽣的危害愈⼤，对压⼒容器的设计、制造、检验、使⽤和管理的要求也愈⾼。
设计压⼒容器时，依据化学介质的最⾼容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、⾼度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈⾼，压⼒容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压⼒容器盛装的易燃介质主要指易燃⽓体或液化⽓体，盛装易燃介质的压⼒容器发⽣泄漏或爆炸时，往往会引起⽕灾或⼆次爆炸，造成更为严重的财产损失和⼈员伤亡。
因此，品种相同、压⼒与乘积⼤⼩相等的压⼒容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈⾼，则其潜在的危害也愈⼤，相应地，对其设计、制造、使⽤和管理也提出了更加严格的要求。
例如，Q235-B钢板不得⽤于制造毒性程度为极度或⾼度危害介质的压⼒容器；盛装毒性程度为极度或⾼度危害介质的压⼒容器制造时，碳素钢和低合⾦板应逐张进⾏超声检测，整体必须进⾏焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进⾏100％射线或超声检测，且液压试验合格后还应进⾏⽓密性试验。
⽽制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
⼜如，易燃介质压⼒容器的所有焊缝均应采⽤全熔透结构思考题1.2 压⼒容器主要由哪⼏部分组成？分别起什么作⽤？答：筒体：压⼒容器⽤以储存物料或完成化学反应所需要的主要压⼒空间，是压⼒容器的最主要的受压元件之⼀；封头：有效保证密封，节省材料和减少加⼯制造的⼯作量；密封装置：密封装置的可靠性很⼤程度上决定了压⼒容器能否正常、安全地运⾏；开孔与接管：在压⼒容器的筒体或者封头上开设各种⼤⼩的孔或者安装接管，以及安装压⼒表、液⾯计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了⼯艺要求和检修的需要。
⽀座：压⼒容器靠⽀座⽀承并固定在基础上。
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横向剪力
Qφ、Qθ
有力矩理论或 Mφ、Mθ、
Mφθ、Mθφ、 弯曲理论 （静不定）
即
无力矩理论: 只考虑薄膜内力, 忽略弯曲内力的壳体理论。
有力矩理论: 同时考虑薄膜内力和弯曲内力的壳体理论。
无力矩理论所讨论的问题都是围绕着中面进行的。因壁很薄，沿 壁厚方向的应力与其它应力相比很小，其它应力不随厚度而变，因 此中面上的应力和变形可以代表薄壳的应力和变形。 18
2 2 ＝0，y＝b） pa 在壳体顶点处（ x a R1＝R2＝ 2bt b
在壳体赤道处（ x＝a，y＝0）pa 2 R1＝b /a, R2=a
2t
pa a2 1 2 t 2b
②椭球壳应力与内压p、壁厚t有关，与长轴与短轴 之比a／b有关 a＝b时，椭球壳 a／b 球壳，最大应力为圆筒壳中 的一半， ，如图2-9所示。
9
过程设备设计
2. B点受力分析 轴向：经向应力或轴向应力σ
B点
φ θ
内压P
圆周的切线方向：周向应力或环向应力σ 壁厚方向：径向应力σ
σ 、σ
r
θ
φ >>σ r
三向应力状态
二向应力状态
因而薄壳圆筒B点受力简化成二向应力σ φ 和σ θ (见图2-1)
10
过程设备设计
3. 应力求解 截面法
y
t
4 2 2 2
（2-10）
2
1
a4 2 4 2 2 2 a x ( a b )
又称胡金伯格方程
33
过程设备设计
pa/t
图2-9 椭球壳中的应力随长轴与短轴之比的变化规律
34
过程设备设计
结论: ①椭球壳上各点的应力是不等的，它与各点的坐标有关。
（2-5）
将式（2-5）代入 式（2-3）得：
R2 (2 ) R1
（2-6）
26
过程设备设计
A、球形壳体
球形壳体上各点的第一曲率半径与第二曲率半径相等， 即R1=R2=R 将曲率半径代入式（2-5）和式（2-6）得：
pR 2t
结论:
（2-7）
a. pR 2t
Di
p
p
x
(b)
(a)
图2-2 薄壁圆筒在压力作用下的力平衡
11
过程设备设计
轴向平衡： 应力 求解 图2-2 圆周平衡： 静定
4
D2 p
= Dt
= pD
4t
2 pRi sin d 2t
2 0
pD 2t
2
12
过程设备设计
平行圆半径r： 等于R2在垂直于轴平面上的投影
15
过程设备设计
K1
O'
K1 K2
x r
R1
A x y
K2
θ
R2
A'
z
r O B
z
ξ
R1
平行圆
经线
R2
a.
b.
图2-3 回转薄壳的几何要素
同一点的第一与第二主曲率半径都在该点的法线上。 曲率半径的符号判别：曲率半径指向回转轴时，其值为正，反之为负。 r与R1、R2的关系： r=R2sin
4
过程设备设计
本章主要内容
●2.5 壳体的稳定性分析
2.5.1 概述
2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析
2.5.3 其他回转壳体的临界压力
●2.6 典型局部应力
2.6.1 概述 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 2.6.3 降低局部应力的措施
5
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2.1 载荷分析
2.1.1 载荷 内压 压力 外压
整体载荷 载荷 非压力载荷 局部载荷 交变载荷
6
重力载荷 风载荷 地震载荷 运输载荷 波动载荷 管系载荷 支座反力 吊装力
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2.1.2 载荷工况
正常操作工况
压力试验
载荷工况 特殊载荷工况 开停车及检修 紧急状态下快速启动
意外载荷工况
紧急状态下突然停车
7
过程设备设计
2.2 回转薄壳应力分析
36
过程设备设计
⑤工程上常用标准椭圆形封头，其a/b=2。
的数值在顶点处和赤道处大小相等但符号相反，
即顶点处为 pa ，赤道上为 - pa ，
t
t
恒是拉应力，在顶点处达最大值为
变形后为一般椭圆形封头
pa
t 。
37
过程设备设计
2.2.4 无力矩理论的应用 二、储存液体的回转薄壳 与壳体受内压不同，壳壁上液柱静压力随液层深度变化。
8
过程设备设计
2.2 回转薄壳应力分析
3.2.1 薄壳圆筒的应力 1. 基本假设：
a.壳体材料连续、均匀、各向同性；
b.受载后的变形是弹性小变形； c.壳壁各层纤维在变形后互不挤压。
典型的薄壁圆筒如图2-1所示。
A
t
B
Di
p
p
BDi D Do
A
图2-1 薄壁圆筒在内压作用下的应力
F1
o'
O1 d d d
F2
d c. d
o c.
b. d d
o d.
F2
a. b d
o'
K1
2N在法线
d
上的分量
O1
2F2
a(c)
r o e.
b(d)
图2-5微元体的力平衡
20
过程设备设计
2.2.3 无力矩理论的基本方程 二、微元平衡方程（图2-5） 微体法线方向的力平衡
经线平面： 通过回转轴的平面。 经线： 经线平面与中面的交线,即OA＇
平行圆：
垂直于回转轴的平面与中面的交线称为平行圆。
14
过程设备设计
中面法线：
过中面上的点且垂直于中面的直线，法线必与回转轴相交。
第一主曲率半径R1： 经线上点的曲率半径(K1B )。
第二主曲率半径R2： 等于考察点 B 到该点法线与回转轴交点 K2 之间长度（ K2B ）
23
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求解步骤：a.由 p 求轴向力 V b.由(2-4)式求得 c.将 代入(2-3)式求得
●无力矩理论的两个基本方程
微元平衡方程 区域平衡方程
24
过程设备设计
2.2 回转薄壳应力分析 2.2.4 无力矩理论的应用
◇分析几种工程中典型回转薄壳的薄膜应力： 球形薄壳 承受气体内压的回转薄壳 薄壁圆筒
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结论:
a. 2 pR t
应用
(a)开椭圆孔时,应使短轴∥轴线。 (b)纵焊缝受 ,强度 ,薄弱,∴质量要求 (A类) b.变形后仍为圆筒壳
29
过程设备设计
C、锥形壳体
R1=
R2 xtg
式（2-5）、（2-6）
pR2 pxtg pr t t t cos pxtg pr 2t 2t cos
受力均匀且小。
所以大型储罐制成球形较经济。 b.变形后仍为球形。
27
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B、薄壁圆筒
薄壁圆筒中各点的第一曲率半径和第二曲率半径分别为
R1=∞；R2=R
将R1、R2代入（2-5）和式（2-6）得：
pR pR , t 2t
（2-8）
2
薄壁圆筒中，周向应力是轴向应力的2倍。 28
概念 壳体： 以两个曲面为界，且曲面之间的距离远比其它方向 尺寸小得多的构件。 壳体中面： 与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。
薄壳： 壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值（t/R）max≤1/10。 薄壁圆筒： 外直径与内直径的比值Do/Di≤1.2。 厚壁圆筒： 外直径与内直径的比值Do /Di≥1.2 。
锥形壳体
椭球形壳体 圆筒形壳体 球形壳体
24 无力矩理论的应用 一、承受气体内压的回转薄壳
回转薄壳仅受气体内压作用时，各处的压力相等，压力产生 rm 的轴向力V为：
V 2
0
prdr
2 rm p
prm pR2 V 由式（2-4）得： 2rm t cos 2t cos 2t
2.2 回转薄壳应力分析
2.2.2 回转薄壳的无力矩理论
K1
O'
R1
K1 K2
x r
R1
R2
K2
θ
A'
A x y
R2
z
r O B
z
ξ
平行圆
经线
a.
图2-3 回转薄壳的几何要素
b.
13
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2.2.2 回转薄壳的无力矩理论
一、回转薄壳的几何要素 回转薄壳： 中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。 母线： 极点： 绕轴线（回转轴）回转形成中面的平面曲线,如OA 中面与回转轴的交点。
3
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本章主要内容
●2.3 厚壁圆筒应力分析
2.3.1 弹性应力
2.3.2 弹塑性应力 2.3.3 屈服压力和爆破压力 2.3.4 提高屈服承载能力的措施 ●2.4 平板应力分析
2.4.1 概述
2.4.2 圆平板对称弯曲微分方程 2.4.3 圆平板中的应力
2.4.4 承受轴对称载荷时环板中的应力
tR2 sin dd tR1dd sin pR1 R2 sin dd