化工机械基础(第二版)第三篇部分习题解答
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第三篇 习题
1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚δn=22mm ，壁厚附加量为C=2mm ，承
受的最大气体压力P=2MPa ，焊接接头系数φ=0.85，试求筒体的最大应力。
解：已知D i =2000mm ，δn =22mm ，C=2mm ，P=2MPa ，φ=0.85，δe =22-2=20mm 。 则
101 所以筒体的最大应力为118.82Mpa 。
提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时[P w ]=2MPa
2. 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 ，釜体材料用0Crl8Ni9。采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头
上装有安全阀，试计算釜体壁厚。
解：已知Di=1600mm 。
查附表6，0Crl8Ni9在105℃时的，其许用应力[σ]105=137MPa 。
查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取φ=0.85。
介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。
因装安全阀，取设计压力P=1.1×1.6=1.76MPa 。
根据式（10-12）
估计δn=8-25mm 。查表10-10，取C1=0.8mm 。
则 δn ’=δd+C 1=12.18+0.8=12.98mm ，圆整后取δn=13mm
[][]()()MPa D P e e i w t 82.1182085.022*******=⨯⨯+⨯=+==φδδσσ()()MPa D P e e i 82.11820
85.022*******=⨯⨯+⨯=+=φδδσmm C p D p c
t i c d 18.12076.185.01372160076.1][22=+-⨯⨯⨯=+-=φσδ
3. 材料为20的无缝钢管，规格为φ57×3.5，求在室温和400℃时，各能耐多
大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm 两种情况计算。
解：已知D 0=57mm ，δn=3.5mm ，则Di=D0-2δn=57-2×3.5=50mm 。查附表7，20
钢管在室温时 [σ]=130MPa,在400℃时的[σ]400=86MPa 。无缝钢管φ=1
（1） 不考虑壁厚附加量
室温时
a MP D P e i e w 175
.539105.3505.311302][2][==+⨯⨯⨯=+=δφδσ 400℃时
a MP D P e i e w 2.115
.536025.3505.31862][2][400==+⨯⨯⨯=+=δφδσ （2） 考虑壁厚附加量
室温时
a MP D P e i e w 1052
520250211302][2][==+⨯⨯⨯=+=δφδσ 400℃时
a MP D P e i e w 6.652
34425021862][2][400==+⨯⨯⨯=+=δφδσ
4. 今欲设计一台反应器，直径为3000mm ，采用双面对接焊缝，100％探伤。工
作压力为1．8MPa ，工作温度450℃，试用20R 和16MnR 两种材料分别设计反
应器的厚度，并作分析比较。
解：已知D i =3000mm ， t=450℃， P c =1.1×1.8=1.98MPa ，φ=1，C 2=2mm （腐
蚀很小，取1，腐蚀较严重，取2mm ，一般单面腐蚀）
（1）采用20R
[σ] 450℃=61MPa ，代入公式得
（5分）
钢板负偏差取C 1=1.2mm ，圆整后δn =50mm
（2）采用16MnR
[]mm C P D P c t i c d 93.4628.1161230008.122=+-⨯⨯⨯=+-=φσδ
[σ] 450℃=66MPa ，代入公式得
钢板负偏差取C 1=1.2mm ，圆整后δn =46mm
比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR 比20R 节省材料。
5. 乙烯贮罐，内径1600mm ，壁厚16mm ，设计压力为2．5MPa ，工作温度-35℃，
材料为16MnR 。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C ＝1.5mm ，试校
核强度。
解：已知内径Di=1600mm ，δn=16mm 。δe=δn-C=16-1.5=14.5mm 。 P=2.5MPa 。
16MnR 在20℃时的许用应力 [σ] 20℃
=170MPa 。取φ=0.85。 则设计温度下筒体的计算应力为： MPa D P e e c t 2.13929
25.40365.142)5.141600(5.22)(==⨯+⨯=+=δδσi φ[σ] 20=0.85×170=144.5MPa
因σt
＜φ[σ] 20 所以，容器的强度是足够的。
6. 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm ，设计压力1.8MPa ，设计温度
40℃，材质为20R ，介质无大腐蚀性。双面对接焊缝，100％探伤。讨论所选封
头的形式。
解：已知D i =1200mm ，P=1.8MPa ，20R 在40℃时的许用应力[σ]40=133MPa 。
C 2=1mm 。φ=1.0
（1） 设计筒体壁厚
取C 1=0.8mm 。则 δn ’=δd +C 1=9.18+0.8=9.98mm ，圆整取δn =10mm
（2）设计封头壁厚 []mm C P D P c t i c d 47.4328.1166230008.122=+-⨯⨯⨯=+-=φσδmm C p D p c
t i c d 18.918.11133212008.1][22=+-⨯⨯⨯=+-=φσδ