化工设备机械基础习题解答
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【解】(1)圆筒P=3Mpa D=2030mm S=30mm
属薄壁容器
最大工作应力：
（2）椭球：
① 在x=0，y=b,（顶点处）有最大值
② ，在x=0,y=b处（顶点处）
在x=a,y=0点（边缘处）
③ ，在x=0,y=b处（顶点处）
在x=a,y=0点（边缘处）
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
四 、工程应用题
化工设备机械基础习题解答
第一章化工设备材料及其选择
二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
Ａ组
钢号
种类
含碳量%
合金元素含量（%）
符号意义
Q235-A·F
普通碳素甲类钢
—
—
F：沸腾钢
Q:钢材屈服点
Q235-A
普通碳素甲类钢
—
—
A:甲类钢
20g
优质碳素结构钢
%
—
g:锅炉钢
16Mn R
普通低合金钢
%
Se=Sn-C=20mm.
（2）最大工作压力：球形容器.
3、某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti。采用双面焊对接接头,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：Di=1600mm;tw=5~105℃;
—
—
第三章内压薄壁容器的应力分析
四、计算下列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 。
A组：
1.球壳上任一点，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。
2.圆锥壳上之A点和B点，已知：p=，D=1010mm，S=10mm，a=30o。
3.椭球壳上之A，B，C点，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B点处坐标x=600mm。
φ=（题中给定）; C=2mm（题中给定）.
（2）最大工作应力：
2、某球形内压薄壁容器,内径为Di=10m,厚度为Sn=22mm,若令焊接接头系数φ=,厚度附加量为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[σ]t=147MPa.
【解】（1）确定参数：Di=10m;Sn=22mm;φ=;C=2mm;[σ]t=147MPa.
—
B组：Leabharlann Baidu
钢号
种类
含碳量%
合金元素含量（%）
符号意义
普通碳素乙类钢
—
—
F：沸腾钢
Q:钢材屈服点
普通碳素甲类容器钢
—
—
R:容器钢
16Mng
普通低合金钢
%
Mn:<%
g:锅炉钢
18Nbb
普通低合金钢
%
Nb:<%
b:半镇静钢
18MnMoNbR
普通低合金钢
%
—
09MnNiDR
普通低合金钢
%
:<%
R:容器钢
普通低合金钢
%
:<!.5%
—
2Cr13
铬不锈钢
%
Cr13%
—
12Cr2Mo1
普通低合金钢
%
Cr:～%;
Mo:～%
—
0Cr18Ni12Mo2Ti
奥氏体不锈钢
<%
Cr:18%;Ni:12%;
Mo:～%;
Ti:<%
—
第二章容器设计的基本知识
一.、指出下列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)
A组：
1、有一DN2000mm的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力pw=2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数φ=,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力.
【解】（1）确定参数：pw=2MPa;pc= =（装有安全阀）;
Di= DN=2000mm( 钢板卷制); Sn=22mm;Se= Sn-C=20mm
【解】（1）确定参数：Di=1600mm;Sn=16mm; tw=-3.5℃;pc=.
φ=（双面焊对接接头, 局部探伤）
16MnR：常温下的许用应力[?] = 170 MPa
设计温度下的许用应力[?]t= 170 MPa
常温度下的屈服点?s= 345 MPa
有效壁厚：Se = Sn－C = 16－3 =13 mm
名义壁厚：Sn=S+C+圆整， S+C=+=15.6mm.
圆整后，Sn=16mm.
（1）水压试验校核
有效壁厚 Se= Sn-C==15.2mm
试验压力
计算应力
应力校核
∴水压试验强度足够
4、有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=,工作温度为-3.5℃，材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。
（2）强度校核
最大允许工作压力[Pw]
∵Pc＞[Pw]∴该贮罐强度不足
9、设计容器筒体和封头厚度。已知内径Di=1400mm,计算压力pc=,设计温度为40℃,材质为15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头,100%探伤。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,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。
【解】P= D=10020mm S=20mm
属薄壁容器
3.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，已知：圆筒平均直径为2030 mm，筒体与封头厚度均为30 mm，工作压力为3Mpa，试求；
⑴圆筒壁内的最大工作压力；
⑵若封头椭圆长，短半轴之比分别为 ，2，时，计算封头上薄膜应力的 的最大值并确定其所在的位置。
常温容器
－20oC ~200oC
低压容器
≤P＜
中温容器
壁温在常温和高温之间
中压容器
≤P＜10
高温容器
壁温达到材料蠕变温度
高压容器
10≤P＜100
低温容器
壁温低于－20oC
超高压容器
P≥100
浅冷容器
壁温在－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－40oC
<%
R:容器钢
20MnMo
普通低合金钢
%
MnMo<%
—
16MnDR
普通低合金钢
%
Mn:<%
D:低温钢
14Cr1Mo
普通低合金钢
%
Cr:
—
0Cr13
铬不锈钢
<%
Cr:13%
—
1Cr18Ni9Ti
奥氏体不锈钢
%
Cr:18%;Ni:9%;Ti:<%
—
00Cr19Ni10
奥氏体不锈钢
<%
Cr:19%;Ni:10%
标准椭圆形封头
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816 mm，壁厚为16 mm，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力 。
【解】P= D=816mm S=16mm
属薄壁容器
2.有一平均直径为10020 mm的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
pw=; pc= pw=（装有安全阀）
φ=（双面焊对接接头, 局部探伤）
C2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）
材质：0Cr18Ni9Ti[σ]t=（按教材附录9表16-2，内插法取值）
[σ]=137MPa
（2）计算厚度：
C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）, C=C1+C2=0.8mm.
属薄壁容器
最大工作应力：
（2）椭球：
① 在x=0，y=b,（顶点处）有最大值
② ，在x=0,y=b处（顶点处）
在x=a,y=0点（边缘处）
③ ，在x=0,y=b处（顶点处）
在x=a,y=0点（边缘处）
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
四 、工程应用题
化工设备机械基础习题解答
第一章化工设备材料及其选择
二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
Ａ组
钢号
种类
含碳量%
合金元素含量（%）
符号意义
Q235-A·F
普通碳素甲类钢
—
—
F：沸腾钢
Q:钢材屈服点
Q235-A
普通碳素甲类钢
—
—
A:甲类钢
20g
优质碳素结构钢
%
—
g:锅炉钢
16Mn R
普通低合金钢
%
Se=Sn-C=20mm.
（2）最大工作压力：球形容器.
3、某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti。采用双面焊对接接头,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：Di=1600mm;tw=5~105℃;
—
—
第三章内压薄壁容器的应力分析
四、计算下列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 。
A组：
1.球壳上任一点，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。
2.圆锥壳上之A点和B点，已知：p=，D=1010mm，S=10mm，a=30o。
3.椭球壳上之A，B，C点，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B点处坐标x=600mm。
φ=（题中给定）; C=2mm（题中给定）.
（2）最大工作应力：
2、某球形内压薄壁容器,内径为Di=10m,厚度为Sn=22mm,若令焊接接头系数φ=,厚度附加量为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[σ]t=147MPa.
【解】（1）确定参数：Di=10m;Sn=22mm;φ=;C=2mm;[σ]t=147MPa.
—
B组：Leabharlann Baidu
钢号
种类
含碳量%
合金元素含量（%）
符号意义
普通碳素乙类钢
—
—
F：沸腾钢
Q:钢材屈服点
普通碳素甲类容器钢
—
—
R:容器钢
16Mng
普通低合金钢
%
Mn:<%
g:锅炉钢
18Nbb
普通低合金钢
%
Nb:<%
b:半镇静钢
18MnMoNbR
普通低合金钢
%
—
09MnNiDR
普通低合金钢
%
:<%
R:容器钢
普通低合金钢
%
:<!.5%
—
2Cr13
铬不锈钢
%
Cr13%
—
12Cr2Mo1
普通低合金钢
%
Cr:～%;
Mo:～%
—
0Cr18Ni12Mo2Ti
奥氏体不锈钢
<%
Cr:18%;Ni:12%;
Mo:～%;
Ti:<%
—
第二章容器设计的基本知识
一.、指出下列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)
A组：
1、有一DN2000mm的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力pw=2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数φ=,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力.
【解】（1）确定参数：pw=2MPa;pc= =（装有安全阀）;
Di= DN=2000mm( 钢板卷制); Sn=22mm;Se= Sn-C=20mm
【解】（1）确定参数：Di=1600mm;Sn=16mm; tw=-3.5℃;pc=.
φ=（双面焊对接接头, 局部探伤）
16MnR：常温下的许用应力[?] = 170 MPa
设计温度下的许用应力[?]t= 170 MPa
常温度下的屈服点?s= 345 MPa
有效壁厚：Se = Sn－C = 16－3 =13 mm
名义壁厚：Sn=S+C+圆整， S+C=+=15.6mm.
圆整后，Sn=16mm.
（1）水压试验校核
有效壁厚 Se= Sn-C==15.2mm
试验压力
计算应力
应力校核
∴水压试验强度足够
4、有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=,工作温度为-3.5℃，材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。
（2）强度校核
最大允许工作压力[Pw]
∵Pc＞[Pw]∴该贮罐强度不足
9、设计容器筒体和封头厚度。已知内径Di=1400mm,计算压力pc=,设计温度为40℃,材质为15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头,100%探伤。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,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。
【解】P= D=10020mm S=20mm
属薄壁容器
3.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，已知：圆筒平均直径为2030 mm，筒体与封头厚度均为30 mm，工作压力为3Mpa，试求；
⑴圆筒壁内的最大工作压力；
⑵若封头椭圆长，短半轴之比分别为 ，2，时，计算封头上薄膜应力的 的最大值并确定其所在的位置。
常温容器
－20oC ~200oC
低压容器
≤P＜
中温容器
壁温在常温和高温之间
中压容器
≤P＜10
高温容器
壁温达到材料蠕变温度
高压容器
10≤P＜100
低温容器
壁温低于－20oC
超高压容器
P≥100
浅冷容器
壁温在－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－40oC
<%
R:容器钢
20MnMo
普通低合金钢
%
MnMo<%
—
16MnDR
普通低合金钢
%
Mn:<%
D:低温钢
14Cr1Mo
普通低合金钢
%
Cr:
—
0Cr13
铬不锈钢
<%
Cr:13%
—
1Cr18Ni9Ti
奥氏体不锈钢
%
Cr:18%;Ni:9%;Ti:<%
—
00Cr19Ni10
奥氏体不锈钢
<%
Cr:19%;Ni:10%
标准椭圆形封头
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816 mm，壁厚为16 mm，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力 。
【解】P= D=816mm S=16mm
属薄壁容器
2.有一平均直径为10020 mm的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
pw=; pc= pw=（装有安全阀）
φ=（双面焊对接接头, 局部探伤）
C2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）
材质：0Cr18Ni9Ti[σ]t=（按教材附录9表16-2，内插法取值）
[σ]=137MPa
（2）计算厚度：
C1=0.8mm（按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）, C=C1+C2=0.8mm.