过程设备设计期末考试题2012~2013过控10级A卷

陕西科技大学试题纸

课程过程设备设计班级过控10级班

学号姓名

题号一二三四五六七八九十总分得分

阅卷人

一，问答题。50分

1，压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？

2，单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有那些特征？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？

3，试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，在设计时，需要校核的参数有哪些？并与承受均布内压的回转壳作比较，它们有何异同？4，一容器壳体的内壁温度为

T，外壁温度为o T，通过传热计算得出

i

的元件金属截面的温度平均值为T，请问设计温度取哪个？选材以哪个温度为依据？

5，球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？

6，换热设备有哪几种主要形式？管壳式换热器主要有哪几种形式？7，除沫器布置在塔中的什么位置？作用是什么？

8，搅拌轴的设计需要考虑哪些因素？

9，法兰连接时，影响其密封性能的因素有哪些？

10，进行内压凸形封头设计时，接管对封头计算厚度有什么影响？二，画图题，20分。

1，绘制出开孔补强的几种形式。6分

2，绘制出至少三种折流板的形式。6分

3，画出伍德密封的原理结构示意图，并进行结构标注说明，8分。三，一内压容器，设计（计算）压力为4,4MPa，最高温度为300℃；圆筒内径D i=2400mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤0.1mm/a，设计寿命B=20年。材料为16MnR，计算圆筒，椭圆形封头及锥壳的厚度，确定校核时的压力。[σ]t=126Mpa（温度为300），163Mpa（20度时），σb=305Mpa（20度）。20分

四，一多层包扎式氨合成塔，内径D i=1600mm，设计压力为30MPa，工作温度小于200℃，内筒材料为0Gr18Ni9Ti,层板材料为16MnR，取C2=2.0mm，试确定圆筒和包扎层的厚度。([σ]t=114Mpa.)10分

附加资料：

1.单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分布？筒壁屈服发生在何处？为什么？

答：单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚分布情况题图。内压内加热

时，综合应力的最大值为周向应力，在外

壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值也在

外壁，也是拉伸应力，比周向应力值小；

径向应力的最大值在外壁，等于0。内压

外加热，综合应力的最大值为周向应力，

在内壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值

也在内壁，也是拉伸应力，比周向应力值

小；径向应力的最大值在内壁，是压应力。

筒壁屈服发生在：内压内加热时，在外壁；

内压外加热时，在内壁。是因为在上述两种情况下的应力值最大。

2,试比较承受均布载荷作用的圆形薄板，在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小和位置。

答：○1周边固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为：

2

2max

43t

pR =σ D pR w f

'=644max ○

2周边简支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为： ()2

2max

833t pR μσ+= μμ++'=15644max D pR w s

○

3应力分布：周边简支的最大应力在板中心；周边固支的最大应力在板周边。两者的最大挠度位置均在圆形薄板的中心。 ○

4周边简支与周边固支的最大应力比值 ()()65.12

33

.0max

max

−−→−+=

=μμσσf

r s

r 周边简支与周边固支的最大挠度比值

08.43

.013

.05153.0max max =++−−→−++==μμμf

s w w

其结果绘于下图

3,两个直径、厚度和材质相同的圆筒，承受相同的周向均布外压，其中一个为长圆筒，另一个为短圆筒，试问它们的临界压力是否相同，为什么？在失稳前，圆筒中周向压应力是否相同，为什么？随着所承受的周向均布外压力不断增加，两个圆筒先后失稳时，圆筒中的周向压应力是否相同，为什么？

答：○1临界压力不相同。长圆筒的临界压力小，短圆筒的临界压力大。因为长圆筒不能受到圆筒两端部的支承，容易失稳；而短圆筒的两端对筒体有较好的支承作用，使圆筒更不易失稳。

○2在失稳前，圆筒中周向压应力相同。因为在失稳前圆筒保持稳定状态，几何形状仍保持

为圆柱形，壳体内的压应力计算与承受内压的圆筒计算拉应力相同方法。其应力计算式中无长度尺寸，在直径、厚度、材质相同时，其应力值相同。

○3圆筒中的周向压应力不相同。直径、厚度和材质相同的圆筒压力小时，其壳体内的压应

力小。长圆筒的临界压力比短圆筒时的小，在失稳时，长圆筒壳内的压应力比短圆筒壳内的压应力小。

4,承受均布周向外压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。对否，为什么？且采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对否，为什么？

答：○1承受均布周向外压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力，对。只要设置加强圈均可提高圆筒的刚度，刚度提高就可提高其临界压力。

○2采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理，不对。采用的加强圈愈多，

壳壁所需厚度就愈薄，是对的。但加强圈多到一定程度后，圆筒壁厚下降较少，并且考虑腐蚀、制造、安装、使用、维修等要求，圆筒需要必要的厚度，加强圈增加的费用比圆筒的费用减少要大，经济上不合理。

5,根据定义，用图标出计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系；在上述厚度中，满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？