辽宁工业大学《过程设备设计》课后习题答案.doc 5页

'过程设备设计题解第二章习题1.试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p，壳体中面半径为R，壳体厚度为t）。若壳体材料由20R（）改为16MnR（）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？解：求解圆柱壳中的应力应力分量表示的微体和区域平衡方程式：圆筒壳体：R1=∞，R2=R，pz=-p，rk=R，φ=π/2壳体材料由20R改为16MnR，圆柱壳中的应力不变化。因为无力矩理论是力学上的静定问题，其基本方程是平衡方程，而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解，不受材料性能常数的影响，所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响。2.对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。该封头中面处的长轴D=1000mm，厚度t=10mm，测得E点（x=0）处的周向应力为50MPa。此时，压力表A指示数为1Mpa，压力表B的指示数为2Mpa，试问哪一个压力表已失灵，为什么？解：根据标准椭圆形封头的应力计算式计算E的内压力：标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2，即a/b=2，a=D/2=500mm。在x=0处的应力式为：从上面计算结果可见，容器内压力与压力表A的一致，压力表B已失灵。10.有一周边固支的圆板，半径R=500mm，板厚=38mm，板面上承受横向均布载荷p=3MPa，试求板的最大挠度和应力（取板材的E=2×105MPa，μ=0.3）解：板的最大挠度：板的最大应力：5 11.上题中的圆平板周边改为简支，试计算其最大挠度和应力，并将计算结果与上题作一分析比较。解：板的最大挠度：板的最大应力：简支时的最大挠度是固支时的4.077倍；简支时的最大应力是固支时的1.65倍。12.一穿流式泡沫塔其内径为1500mm，塔板上最大液层为800mm（液体密度为ρ=1.5×103kg/m3），塔板厚度为6mm，材料为低碳钢（E=2×105MPa，μ=0.3）。周边支承可视为简支，试求塔板中心处的挠度；若挠度必须控制在3mm以下，试问塔板的厚度应增加多少？解：周边简支圆平板中心挠度挠度控制在3mm以下需要的塔板厚度需增加10.4mm以上的厚度。3．压力容器材料及环境和时间对其性能的影响1.压力容器用钢有哪些基本要求？答：有较高的强度，良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。2.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。3.为什么要控制压力容器用钢中的硫、磷含量？答：因为硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆性性能和耐腐蚀性能。4.压力容器选材应考虑哪些因素？答：应综合考虑压力容器的使用条件、零件的功能和制造工艺、材料性能、材料使用经验、材料价格和规范标准。4．压力容器设计5 1.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？计算厚度δ名义厚度δn设计厚度δd腐蚀裕量C2厚度负偏差C1最小厚度δmin第一次厚度圆整值腐蚀裕量C2答：计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系习题1.一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为50℃；圆筒内径Di=1200mm，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。试在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。解：pc=1.85Mpa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm时，Q235-A的[σ]t=113Mpa，查表4-2，C1=0.8mm；钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t=170Mpa，查表4-2，C1=0.8mm。材料为Q235-A时：材料为16MnR时：2.一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62Mpa（即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。试确定：各设计参数；该容器属第几类压力容器；圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；水压试验时的压力，并进行应力校核。解：p=pc=1.1×1.62=1.782Mpa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t=170Mpa，σs=345Mpa，查表4-2，C1=0.8mm。容积中压储存容器，储存易燃介质，且pV=75.689Mpa·m3>10Mpa·m3，属三类压力容器。圆筒的厚度5 标准椭圆形封头的厚度水压试验压力应力校核3.今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径Di=600mm，厚度δn=7mm，材料选用16MnR，计算压力pc=2.2Mpa，工作温度t=-20~-3℃。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。解：钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t=170Mpa，σs=345Mpa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，φ=1.0半球形封头壁厚标准椭圆形封头壁厚标准碟形封头壁厚平盖封头厚度5 从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。5.今需制造一台分馏塔，塔的内径Di=2000mm，塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度）L1=6000mm，封头曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空条件下操作，现库存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。解：计算长度查表4-2得：8mm、12mm、14mm钢板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三种厚度板各自对应的有效厚度分别为：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三种厚度板各自对应的外径分别为：2016mm、2024mm、2028mm8mm塔计算12mm塔计算14mm塔计算5'