化工设备机械基础第四版第4章内压薄壁圆筒与封头的
化工设备机械基础
• ⑤产品总成本：是生产中一切经济效果的综合反映。一般 要求产品的总成本愈低愈好，但如果一个化工设备是生产 中间产品，则为了使整个生产的最终产品的总成本为最低， 此中间产品的成本就不一定选择最低的指标，而应从整个 生产系统的经济效果来确定。
• 三、容器零部件的标准化
• 1．标准化的意义
• ①组织现代化生产的重要手段之一。实现标准化，有利于 成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本从而 提高产品的竞争能力。
金属腐蚀破坏的形式: 均匀腐蚀与非均匀腐蚀（又称局部腐蚀）
金属设备的防腐措施：
1、衬覆保护层 2、电化学保护 3、缓蚀剂
第二章 容器设计的基本知识
• 一、容器的分类与结构 • （一）结构
• （二）分类 • 第一种：按设计压力分类 • 按承压方式，压力容器可分为内压容器与外压容器。 • 内压容器又可按设计压力（P）大小分为四个压力等级：：
一化学腐蚀：金属遇到干燥的气体或非电解质溶液而发生化 学作用所引起的腐蚀。其产物在金属的表面，腐蚀过程 中没有电流的产生。
二氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是在高温 高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和 塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“氢腐蚀”。
（也是通过试验方法获得，一般在油压机上进行弯曲试验，测定材料的 缺口敏感性。）
• 4.硬度 ： • 衡量材料软硬的一个指标 • 总之，在材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指
标中， • 强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。 二化学性能（主要指耐腐蚀性和抗氧化性） • 1、耐腐蚀性： • 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能
《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B组：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σσθ和m。
MP S PD m 6384100824=⨯⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21D A R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασSP RR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 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 。
25051010==b a 标准椭圆形封头 bb b y x A aR a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ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σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 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。
《化工设备机械基础》课后题解答00
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第一篇: 化工设备材料第一章化工设备材料及其选择2. 名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊松比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
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B组：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第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP S m 63844=⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασ SPRR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 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 。
25051010==b a 标准椭圆形封头bb b y x A a R a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ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σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 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。
化工设备机械基础(第四版)第4章内压薄壁圆筒与封头的
若取第三强度理论，
S
பைடு நூலகம்
PD
2 t
S PcDi S
2[]t
整理得到计算壁厚S的公式，
❖ 若基于外径：
S
Pc Di
2[ ]t
Pc
基于内径的圆筒 计算壁厚公式
同样取第三强度理论，S
PD
2 t
S
PcDo S
2[]t
整理得到计算壁厚S的公式，
S
Pc Do
2[ ]t
Pc
基于外径的圆筒 计算壁厚公式10
若考虑腐蚀裕量C2，得到 设计壁厚Sd， Sd S C2 名义壁厚 Sn Sd C1
对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：
环向应力 轴向应力
1
PD 2S
2
m
PD 4S
径向应力 3 r 0
5
2.1 第一强度理论
根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力
所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态
下，只要三个主应力中最大拉应力σ1达到了 材料的极限应力，材 料就发生破坏；
GB150-1998规定： • 碳素钢和低合金钢制容器，取Smin3mm • 高合金钢制容器，取 Smin2mm
24
4. 压力试验及其强度校核
➢ 为了检查容器的宏观强度和有无渗漏情况，容器投入使用之前， 必须作压力试验或气密性试验；
➢ 压力试验一般采用液压试验，对于不适合液压试验的容器，可进 行气压试验；
21
3.5.2 腐蚀裕量C2
• 由于容器在使用过程中会受到介质的腐蚀，因此必须考虑一定的 腐蚀裕量；
• 介质不同、材料不同，所考虑的腐蚀裕量值也不尽相同。
《化工设备机械基础》第四章习题解答
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计二、 填空题A 组：1. 有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全阀,试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力p c =( 1.76 )Mpa;水压试验压力p T =(2.2 )MPa.2. 有一带夹套的反应釜,釜内为真空,夹套内的工作压力为0.5MPa,工作温度<200℃,试确定:(1)釜体的计算压力(外压)p c =( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力p T =( 0.75 )MPa.(2)夹套的计算压力(内压)p c =( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力p T =( 0.625 )MPa.3. 有一立式容器,下部装有10m 深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力p c =( 0.617 )MPa;水压试验压力p T =(0.625 )MPa.4. 标准碟形封头之球面部分内径R i =( 0.9 )D i ;过渡圆弧部分之半径r=( 0.17 )D i .5. 承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是(径向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板的(边缘 )处;若周边简支,最大应力是( 径向 )和( 切向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板的( 中心 )处.6. 凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度Se 不论理论计算值怎样小,当K ≤1时,其值应小于封头内直径的( 0.15 )%;K>1时,Se 应不小于封头内直径的( 0.3 )%.7. 对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚S min =( 3 )mm;对于高合金钢制容器,其最小壁厚S min =( 2 )mm.8. 对碳钢,16MnR,15MnNbR 和正火的15MnVR 钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于( 5 ) ℃,其他低合金钢制容器(不包括低温容器),液压试验时,液体温度不得低于( 15 ) ℃.三、 判断是非题(是者画√;非者画×)1. 厚度为60mm 和6mm 的16MnR 热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm 厚钢板的σs 大于6mm 厚钢板的σs . ( × )2. 依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs(t)时,即宣告该容器已经”失效”. ( √ )3. 安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小. ( √ )4. 当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小. ( × )5. 由于材料的强度指标σb 和σs(σ0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力. ( √ ）四、 工程应用题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p w =2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数φ=0.85,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：p w =2MPa; p c =1.1p w =2.2MPa （装有安全阀）;D i = DN=2000mm( 钢板卷制); S n =22mm; S e = S n -C=20mmφ=0.85（题中给定）; C=2mm （题中给定）.（2）最大工作应力：a e e i c t MP S S D p 1.111202)202000(2.22)(=⨯+⨯=+=σ 2、 某球形内压薄壁容器,内径为D i =10m,厚度为S n =22mm,若令焊接接头系数φ=1.0,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：D i =10m; S n =22mm; φ=1.0; C=2mm;[σ]t =147MPa.S e = S n -C=20mm.（2）最大工作压力：球形容器.a e i e t w MP S D S P 17.12010000200.11474][4][=+⨯⨯⨯=+=φσ3、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti 。
化工设备机械基础试题库完整
化工设备机械基础试题库一、填空力学基础部分1．在外力的作用下,杆件可产生变形的基本形式为轴向拉、压、剪切、扭转、弯曲。
2．就所受外力而言,受剪切直杆与受弯的梁二者之间的区别是受剪横向外力作用线相距很近、受弯横向外力作用线相距很远。
3．从工程意义上讲,材料的破坏可分为二类,一类是脆性断裂破坏,应采用第一或二强度理论解释其破坏原因；另一类是屈服流动破坏,应采用第三或四强度理论解释其破坏原因。
4．碳钢和铸铁都是铁塑性材料；而铸铁是典型的脆性材料。
和碳组成的合金,但是它们却有非常明显的性能差别,低碳钢是典型的5．碳钢和铸铁都是铁和碳组成的合金。
一般来说,对钢材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表现在硫使钢材发生热脆,磷使钢材发生冷脆。
6．碳钢和铸铁中的主要化学元素除铁外还有碳 2.11% 时为碳钢；如果组成的合金中碳含量大于2.11% 时为铸铁。
,如果组成的合金中碳含量小于7．就钢材的含碳量而言,制造压力容器用钢与制造机器零件用钢的主要区别是制造容器用低碳钢,而制造机器零件用中碳钢。
其主要原因是低碳钢有良好的塑性与焊接性能,中碳钢可以通过调质提高其综合机械性能。
8．从应力角度看,等壁厚、内径和内压均相同的球形容器比圆筒形容器具有优越性,二者经向应力相同,而周向（环向）2倍。
应力不同,圆筒形容器是球形容器9．受气体内压的锥形壳体,壳体上的薄膜应力随距锥顶经向距离的增大而增大,锥顶处应力为零,最大应力位于锥底处。
10．标准椭圆形封头的长、短半轴之比等于2,这种封头的最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,最大压应力位于壳体的赤道。
11．标准椭圆形封头最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,位于壳体的赤道出现经向的最大压应力,其绝对值与最大拉应力值相等。
12．边缘应力的两个基本特征是局部性,自限性。
13．圆锥壳与圆柱壳的连接点A处圆锥壳的第一主曲率半径为_______,第二主曲率半径为________。
锥顶处B点的第一主曲率半径为__________,第二主曲率半径为_________。
化工设备机械基础习题解答86184
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B组：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第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP S m 63844=⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2.圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασ SPRR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 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 。
25051010==b a 标准椭圆形封头bb b y x A a R a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ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σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2.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。
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由于外力形式的不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。抗拉强度是 压力容器设计常用的性能指标，
(3) 蠕变极限（ n ）
蠕变现象
联合作用下
高温 （比如：碳素钢＞420℃，合金钢＞450℃）
一定应力
金属将逐渐产生塑性变形
[实例 1] （某工厂的蒸汽管，由于存在蠕变，管径随时间的延长不断增大，壁厚减薄，最 后导致破裂。） [实例 2] （汽轮机的叶片，可能因蠕变发生过大的塑性变形，以致与轮壳相碰而打碎。）
3
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
4化工设备机械基础第四章PPT
（2）校核在用容器
①容器能否在原设计条件下安全使用？ ② 针对某一使用条件提供容器判废的依据。
2014-5-5
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2012-2013（1）化工设备机械基础
4.1 强度设计的基本知识
Basic Knowledge of Strength Design
4.1.1 关于弹性失效的设计准则
Criterions of elasticity failure
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2012-2013（1）化工设备机械基础
工作温度为高温，取
R (R Min n eL
2014-5-5 16
2012-2013（1）化工设备机械基础
(2)设计压力p： 设定的容器顶部的最高压力。 容器的设计压力应该高于其最大工作压力。
取值方法：
容器上装 有安全阀
设计压力p等于或稍大于安全阀的整定（开启）
压力pz，即p≥pz。一般取pz=(1.05~1.1)pw；当 pz<0.18MPa时，可适当提高pz相对于pw的比值。
2014-5-5 19
2012-2013（1）化工设备机械基础
根据所选爆破片型式的不同，推荐的psmin值参见 表4-2。（设计者若有成熟的经验或可靠数据， 亦可不按表4-2的规定）
表4-2
2014-5-5
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2012-2013（1）化工设备机械基础
表4-3
2014-5-5
21
2012-2013（1）化工设备机械基础
设计者若有成熟的经验或可靠数据亦可不按表42的规定201220131化工设备机械基础表42201781921201220131化工设备机械基础表43201781922无安全泄放装置取p1011p固定式液化气体压力容器和液化石油气储罐其设计压力应先确定规定温度下的工作压力后再考虑适当的设计裕量以及超压泄放装置的需要予以确定
化工设备机械基础作业问题详解
《化工设备机械基础》习题解答二、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（ ）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（ 外）径。
第三章 压薄壁容器的应力分析一、名词解释A 组：⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M 处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
二、判断题（对者画√，错着画╳）A 组：1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁应力？哪些不能？（1） 横截面为正六角形的柱壳。
（×）（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。
（√）（3） 横截面为椭圆的柱壳。
（×）（4） 横截面为圆的椭球壳。
（√）（5） 横截面为半圆的柱壳。
（×）（6） 横截面为圆的锥形壳。
（√）2. 在承受压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
（×）3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 21=，则该点的两向应力σσθ=m。
（√）4. 因为压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁的应力总是小于壁厚小的容器。
（×）5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。
（√）B 组：1. 卧式圆筒形容器，其介质压力，只充满液体，因为圆筒液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。
《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B组：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第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP Sm63844=⨯==σSP RRm =+21σσθMP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=0.5Mpa ，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασSP RRm =+21σσθMP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R RB 点0==σσθm3. 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 。
25051010==ba标准椭圆形封头b bb y x A aR aR2221,:),0====点（MP SPa m5.502010101=⨯===θσσMPa sbP B b a x am3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP bax a7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pam25.25202101012=⨯⨯==σMPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为2.5Mpa ，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σσθ和m。
【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm1.00196.081616<==DS 属薄壁容器 MPa S PDm875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa SPD m75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为0.6Mpa ，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
《化工设备机械基础》课后习题解答.
和m
。
【解】P=2.5Mpa D=816mm S=16mm
1. 00196. 0816
16
<==D S属薄壁容器MPa S PD m 875. 311648165. 24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75. 631628165. 22=⨯⨯==σ
2.有一平均直径为10020 mm的球形容器，其工作压力为0.6Mpa，厚度为20 mm，试求该球形容器壁内的工作压力
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。二、判断题（对者画√，错着画╳）A组：
1.下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？
（1）横截面为正六角形的柱壳。（×）（2）横截面为圆的轴对称柱壳。（√）（3）横截面为椭圆的柱壳。（×）（4）横截面为圆的椭球壳。（√）（5）横截面为半圆的柱壳。（×）（6）横截面为圆的锥形壳。（√）
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及
时和迅速塑性变形的能力。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3。7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
t
F p p K 1
0=
（g/m2
·h）
K：腐蚀速度，g/cm2
·h；p 0：腐蚀前试件的重量，g；p 1：腐蚀后试件的重量，g；F：试件与腐蚀介质接触的面积，m 2
；
t：腐蚀作用的时间，h；
（2）根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密
化工设备机械基础例题详解及思考题
（1）试求容器上 A、B、C 各点的薄膜应力 m 和 。 （2）分别画出筒体和封头的经向应力 m 和环向应力 的分布图。 解：（1）计算 A、B、C 各点的薄膜应力 圆筒上的 B 点：
??4pdm?圆筒???2pd?圆筒125mpa2mpd???????125mpa2pd???????625mpa4mpd????125mpa2pd?????114434mpa2cospd???????17217mpa4cosmpd??????图34例题31附图2化工设备机械基础课后习题与参考答案???cos12??prm圆锥????cos1??pr圆锥比较圆筒与圆锥壳的薄膜应力公式可知圆锥壳大端的应力与圆筒的应力之间有如下关系
第二章 容器设计基本知识
例题详解
[例题 2-1] 《压力容器安全技术监察规程》是怎样对压力容器的类别进行划分的？
解：固定式压力容器安全技术监察规程 TSG0004-2009 对压力容器类别的划分综合考虑了容器
的压力、容积、介质及用途方面的特性进行分类，反映了容器整体特性指标，有利于压力容器的安 全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类，如图 2.1 和图 2.2 所示。
（）
（四）填空
1. 容器零部件标准化的两个基本参数分别是
和
。
2. 划定下列容器的类别
序号 设计压力 P/ MPa
介质
种类
1
0.6Βιβλιοθήκη 氯乙烯分离容器（毒性 Ш 级）
2
0.8
丁烷（易燃） 贮存容器
3
1.0
水蒸汽
废热锅炉
4
壳程 1.9
化工设备机械基础
—－可编辑修改，可打印——别找了你想要的都有！精品教育资料——全册教案，，试卷，教学课件，教学设计等一站式服务——全力满足教学需求，真实规划教学环节最新全面教学资源，打造完美教学模式第一篇: 化工设备材料第一章化工设备材料及其选择2.名词解释A组：1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊松比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B组：1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
化工设备机械基础(第四章)20101121
22
球壳应力校核公式：
t
=
pc D i e 4 e 4
t
球壳允许工作压力：
pW =
t
e
Di e
pc
23
4.2.2 设计参数的确定
1、压力
工作压力pw
定义：在正常工作情况下，容器顶部可能达 到的最高压力。
24
设计压力p
指设定的容器顶部的最高压力，它与相应 设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低 于工作压力。
相当应力表达式
σ
r1
= σ1
适用脆性材料
r2
= 1
2
3
第二类强度理论
屈服失效的理论
—最大剪应 力理论 第4强度理论 —形状改变 比能理论
r4
σ r3 = σ1 σ 3
= 1 1 2
适用塑性材料
（压力容器）
2
2
2
3
2
=
pc (Di e ) 2
e
[ ]
t
20
3、最大允许工作压力计算公式 现有容器的最大允许工作压力如何？
t
=
pc (Di e ) 2
e
[ ]
t
21
内压球形壳体 强度计算公式
由薄膜理论：
m = =
pD 4
z =0
即1 = 2 =
pD 4
3 = 0
设计温度是选择材料和确定许用应力时 不可少的参数。 确定设计温度的方法： （1）对类似设备实测； （2）传热计算； （3）按原则确定[参照书P.94表4-5]
化工设备机械基础整理考点
1、容器分类：
低压容器（L）：0.1MPap< 1.6MPa；中压容器（M）：1.6MPap< 10MPa；
高压容器（H）：10MPap< 100MPa；超高压容器（U）：p> 100MPa；
按技术监督和管理分为三类，根据容器的压力、压力与容积的乘积、介质特性、用途和设计、制造特点以及在生产过程中的重要性等：一类容器，二类容器，三类容器（最危险）。
鞍座的安装：螺栓孔应根据其不同膨胀形式，按下图要求进行安装。热胀型、冷缩型。
有效壁厚δe（有效厚度）：名义厚度与厚度附加量C之差。钢板壁厚中真正可用于承受介质压力的那部分厚度：
最小厚度：对碳素钢和低合金钢钢制容器，取δmin≥3mm；对高合金钢制容器，取δmin≥2mm （重要）
2、设计温度：（高温往上取，低温往下取）若容器内的介质是被热载体（或冷载体）通过容器器壁从外边间接加热（或冷冻），取热载体的最高工作温度或冷载体最低工作温度为设计温度。
密封口泄露的两个途径：垫片渗漏与压紧面泄露。
2、松式法兰用法:不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构，均划为松式法兰，如活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰。活套法兰只适用于压力较低场合;螺纹法兰广泛用于高压管道上,一般只适用于压力较低的容器上;
3.提高法兰刚度的途径:a.增加法兰的厚度；b.减小螺栓力作用的力臂(即缩小螺栓中心圆直径)；c.增大法兰盘外径等都能提高法兰的抗弯刚度； 对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸，将能显著提高法兰抗弯变形能力。
法兰的公称直径－指的是与法兰相配的筒体或封头的公称直径。
法兰的公称压力－指在规定的设计条件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的压力。 法兰的公称压力并不一定等于法兰的操作压力。
化工设备基础 内压薄壁圆筒和球壳的设计剖析共45页文档
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
化工设备基础 内压薄壁圆筒和球壳的 设计剖析
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故Leabharlann 在，相 将还旧居。8、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
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1. 关于弹性失效的设计准则
• 弹性失效：内压容器一处的最大应力达到材料在设计温度下的
屈服点时，容器即为受到破坏，也就是说，容器的每一部分都必 须处于弹性变形范围之内；
• 设计准则：为了保证安全，必须留有一定的安全裕度：
当
0
n
[ ]
2. 强度理论及其相应的强度条件
若考虑腐蚀裕量C2，得到 设计壁厚Sd， Sd S C2 名义壁厚 Sn Sd C1
有效壁厚 Se Sn C1 C2 S
强度校核
• 对已有设备进行强度校核：
t Pc Di Se t
2Se
• 最大允许工作压力：
[Pw ]
2[
Di
]t Se
Se
2. 内压球形容器的强度条件
3.5.2 腐蚀裕量C2
• 由于容器在使用过程中会受到介质的腐蚀，因此必须考虑一定的 腐蚀裕量；
• 介质不同、材料不同，所考虑的腐蚀裕量值也不尽相同。
2.3 第三强度理论
根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大剪应力 所在的截面滑移而发生流动破坏；
不论在什么样的应力状态下，只要最大剪应力达到了材料的极限
值，就会引起材料的流动破坏；
强度条件： 1
3
[
]
III 当
PD 2S
[ ]
也称为最大剪应力理论。
2.4 第四强度理论
根据：不论在什么样的应力状态下，只要构件内一点的形状改变 比能达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏；
• 计算压力：在相应设计条件下，用以确定元件厚度的压力，包括 液体静压力。
设计压力的取值
3.2 设计温度
设计温度是指容器在正常工作温度下，设定的元件的金属温度； 标注在产品铭牌上的设计温度，应该是壳体在金属设计温度的最
高值或最低值； 设计温度虽然不直接反映在上述计算公式中，但它是设计中选择
许用应力。
❖ 影响安全系数的主要因素
• 材料性能的稳定、可靠性及其可能存在偏差的大小； • 估算的载荷状态及其数值上的偏差； • 计算方法的精确程度； • 制造工艺及其允许的偏差； • 检验手段及其严格的程度； • 使用操作的经验。
按照科技发展的总趋势，安全系数将逐渐变小。
3.4 焊接接头系数
• 对于壁厚不超过38mm的容器，对其接头的焊接处，采用射线探伤； • 由于结构不明，不能采用射线探伤的，采取超声波探伤。
若取第三强度理论，
S
PD
2 t
S Pc Di S
2[ ]t
整理得到计算壁厚S的公式，
❖ 若基于外径：
S Pc Di
2[ ]t Pc
基于内径的圆筒 计算壁厚公式
同样取第三强度理论，S
PD
2 t
S
Pc Do S
2[ ]t
整理得到计算壁厚S的公式，
S
Pc Do
2[ ]t
Pc
基于外径的圆筒 计算壁厚公式
S
Pc Di
4[ ]t
Pc
pw
4
Di
t Se
Se
相同压力、直径条件下，球壳的计算壁厚约为相同条件下圆筒壁 厚的一半；
在相同的壁厚、直径条件下，球壳的耐压能力是圆筒的两倍。
3. 设计参数的确定
3.1 设计压力
• 工作压力：是指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力； 由工艺过程决定的；
• 设计压力：标注在设备铭牌上的压力，其值不低于工作压力；根 据具体条件而规定的；
第4章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
第一节、强度设计的基本知识 第二节、内压薄壁圆筒与球壳的强度设计 第三节、内压圆筒封头的设计
第一节、强度设计的基本知识
❖ 强度设计：根据给定的公称直径以及计算压力和温度，
设计出合适的壁厚，以保证设备安全可靠地运行。
❖ 新压力容器强度计算的内容：
• 确定设计参数； • 选择所使用的材料； • 确定容器的结构形式； • 计算筒体与封头壁厚； • 选取标准件； • 绘制设备图纸。
材料和确定许用应力时不可缺少的一个参数。
设计温度的确定
3.3 许用应力与安全系数
许用应力 t 0 极限应力
n 安全系数
❖ 极限应力的取法取决于材料的类型：
▪ 塑性材料制成的承压件：一般以屈服点为许用应力； ▪ 脆性材料制成的容器，一般以抗拉强度为许用应力； ▪ 对于锅炉和压力容器的承压部件，一般也以抗拉强度作为
形状改变比能：随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量，如
拉满的弓、机械表的发条被拧紧时；
强度条件：
1 2
1
2 2
2
3 2
3
1 2
也称为形状改变比能理论。
IV 当
PD 2.3S
[ ]
第二节、内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计
1. 内压薄壁圆筒壳的强度条件
❖ 若基于内径：
3.5 壁厚附加量C=C1+C2 3.5.1 钢板负偏差C1
• 钢板出厂时标注的厚度是钢板的名义厚度，钢板的实际厚度可能 大于名义厚度(正偏差)，也有可能小于名义厚度(负偏差)。钢板 的标准中规定了允许的正、负偏差值。因此如果按照设计壁厚去 购置钢板，就有可能购得实际厚度小于设计壁厚的钢板。为了杜 绝这种情况，在确定筒体壁厚时，应在设计壁厚的基础上将钢板 的负偏差加上去。
强度条件： 当I
1
PD 2S
在17世纪提出，最早的强度理论，也称为最大拉应力理论；
只适用于脆性材料。
2.2 第二强度理论
认为材料沿最大主应力方向破坏并不是由最大主应力 达到某一极限值所引起的，而是由于最大拉伸应变达 到某一极限所引起的；
也称为最大主应变理论； 因为应变难以测量，因此第二强度理论用得不多。
对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：
环向应力 轴向应力 径向应力
1
PD 2S
2
m
PD 4S
3 r 0
2.1 第一强度理论
根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力
所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态
下，只要三个主应力中最大拉应力σ1达到了 材料的极限应力，材 料就发生破坏；
❖ 再用压力容器的强度校核：我国对压力容器实施定期检查制度。压 力容器在使用一定年限后会因腐蚀而导致壁厚减薄，所以在每次检 查时，应根据实测壁厚进行强度校核，其目的是：
• 判定在下一个检验周期内，或剩余寿命期间，容器是否能 够在原设计条件下安全使用；
• 当容器已被判定不能在原设计条件下使用，应通过强度计算， 提出容器监控使用的条件；