过程设备设计习题解答(Syni修改)

一、补充作业1：划定下列容器类别

·压Array力

容

器

分

类

方

法:①先按照介质特性，选择相应的分类图，②再根据设计压力p(单位)和容积V (单位m3)，

标出坐标点，③确定容器类别。

第一组是易燃性质，容器类别是类；第二组属于类；第三组高度毒性，属于类。

二、补充作业2：压力容器十大主要受压元件

1.壳体；②封头（端盖）；③膨胀节；④设备法兰；⑤球罐球壳板；⑥换热器的管板；

⑦换热管；⑧M36(含36)以上的设备主螺柱；⑨公称直径大于或等于250的接管；⑩公称

直径大于或等于250的管法兰

三、问答题：国外产品图纸可否采用我国的材料及150标准制造压力容器？

答：不能，因为：1.安全系数n数值不一样，则应力许用值[σ]t不一样，计算壁厚不一样；2.钢材几何尺寸偏差不一样，国外小一些，负偏差小；3.钢材化学成分和机械性能不一样，国外严，国内松；4.制造、检验要求不一样，如，水压试验＝1.5P[σ]/[σ]t，而我国水压试验＝1.25P[σ]/[σ]t

第二章

一、一壳体成为回转薄壳轴对称的条件是什么？

⑴满足薄壳条件: (t / R)≤0.1；⑵结构对称：结构的几何形状对称于回转轴；⑶载荷对

称：壳体任一横截面上的载荷对称于回转轴，但是沿轴线方向的载荷可以按照任意规律化。

⑷边界对称：支承壳体的边界对称于轴线。⑸材质对称：壳体的材料性质对称于轴线。

二、试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a / 2的原因？

原因是其应力的分布特点及加工工艺性：

⑴应力绝对值从小到大为：

a / b＜2 → a / 2 → a / b＞2 ；

⑵加工工艺性从易到难为：

a / b＞2 → a / 2 → a / b＜2 ；

可以看到，标准椭圆形封头的应力分布及加工工艺性比其它的非标准椭圆形封头综合性好。

Rt两个参数的物理意义三、何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些重要特性？其中β与

是什么？

答：由于总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”。由此引起的局部应力称为“不连续应力”或

“边缘应力”。不连续应力具有局部性和自限性两种特性。

β的物理意义：

()

Rt

4

2

13

μβ-

=

反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。

该值越大，边缘效应影响范围越小。

四、单层厚壁圆筒承受内力时，其应力分布有哪些特征？当承受的内压很高时，能否仅用增加壁

厚来提高承载能力，为什么？

五、单层厚壁圆筒与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分布？筒壁屈服发生在何处？为什

么？

⑴单层厚壁圆筒与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚的分布为：在弹性变形的前提下，

为两种应力的叠加。

⑵筒壁屈服发生在内外壁处；一般情况为，内加热内壁应力改善，外壁应力恶化，屈服

发生在外壁；外加热外壁应力改善，内壁应力恶化，屈服发生在内壁。

六、预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？

通过超工作压力（即预压力）处理，由筒体自身外层材料的弹性收缩引起内壁残余压应力。七、

八、

九、试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力？提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采

用高强度材料是否正确，为什么？

1. 影响承受均布外压圆柱壳临界压力的因素有：⑴材料的性能：E、μ；⑵圆柱壳的几何

尺寸：D0、t、L、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷等。

2. 提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采用高强度材料是不正确的。因为弹性失稳的临

界压力与材料强度无关，故采用高强度材料不能提高圆柱壳弹性失稳的临界压力。

十、降低局部应力的措施有哪些？

⑴. 合理的结构设计：

①减少两连接件的刚度差②尽量采用圆弧过渡③局部区域补强④选择合适的开孔方位。⑵.

减少附件传递的局部载荷。⑶. 尽量减少结构中的缺陷。

第三章

一、压力容器用钢有哪些基本要求？

压力容器用钢的基本要求是：有较高的强度，良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。

二、影响压力容器钢材性能的环境因素主要有哪些？

答：主要有温度高低、载荷波动、介质性质、加载速率等。

三、为什么要控制压力容器用钢中的硫S、磷P含量？

答：硫和磷是钢中最主要的有害元素。硫使钢的塑性和韧性降低；磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将S、P含量控制在很低水平，大大提高钢材的纯净度，可提高钢的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。因此，与一般结构钢相比，压力容器用钢对S、P、H等有害杂质元素含量的控制更加严格。

四、压力容器选材应考虑哪些因素？

⑴压力容器的使用条件，包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点，材料选择主

要由使用条件决定。

⑵零件的功能和制造工艺据此提出相应的材料性能要求，如强度、耐腐蚀性等。

⑶材料的使用经验(历史) ⑷材料价格⑸规范标准，应符合相应国家标准和行业标准的规

定。

五、通常消除焊接接头缺陷和减少内应力及变形的主要方法有哪些？

答：从结构设计和焊接工艺两个方面采取措施。具体为

1.尽量减少焊接接头数量

2.相邻焊缝间应保持足够的间距

3.尽可能避免交叉，避免出现

十字焊缝4.焊缝不要布置在高应力区5.焊前预热等6.当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时，还需设法消除焊接残余应力。

六、简述焊接接头常见缺陷及危害。见教材P79~80

第四章

一、为保证安全，压力容器设计时应综合考虑哪些因素？具体有哪些要求？

答：压力容器设计应综合考虑材料、结构、许用应力、强度、刚度、制造、检验等因素。

具体要求为：根据给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，在确保安全的前提下，经济、正确地选择材料，并进行结构、强(刚)度和密封设计。

二、压力容器设计有哪些设计准则？它们和压力容器失效形式有什么关系？

压力容器设计的设计准则有：1.强度失效设计准则【含弹性失效、塑性失效、爆破失效、弹塑性失效、疲劳失效、蠕变失效、脆性断裂失效等设计准则】2.刚度失效设计准则3.

稳定失效设计准则4.泄露失效设计准则

压力容器设计准则与失效形式的关系：对应关系

三、什么叫设计压力？储存液化气体的压力容器设计压力如何确定？