化工设备机械基础习题.docx

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化工设备机械基础习题

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化工设备机械习题及解答一,填空题（1衡量金属材料的强度指标是（,（;衡量金衡量金属材料的强度指标是（;衡量金属材料的塑性指标是（,（,（;衡量金属材属材料的塑性指标是（;衡量金属材料的耐腐蚀性能指标是（,为了使设计的构件具有一定料的耐腐蚀性能指标是（,为了使设计的构件具有一定的使用寿命,在设计截面尺寸时必须考虑（.的使用寿命,在设计截面尺寸时必须考虑（答案:

答案:

屈服极限或σS;强度极限或σb;延伸率或δ;断面收缩强度极限或率或Ψ;弹性模量或E;腐蚀速率V;腐蚀裕量C2（2冷脆现象是指金属材料由常温下的（材料,在深冷脆现象是指金属材料由常温下的（材料,冷状态下变成（材料的现象.答案:

塑性;脆性冷状态下变成（材料的现象.答案:

塑性;（3金属材料具有（金属材料具有（,（,（,（等加工的可能性称为加工工艺性能.加工的可能性称为加工工艺性能.答案:

答案:

切削;焊接;铸造;锻造焊接;（4弹簧,刀具等所用的金属材料主要是优质（钢.弹簧,刀具等所用的金属材料主要是优质（答案:

答案:

高碳（5调质钢是指先进行（调质钢是指先进行（处理的钢.答案:

处理的钢.答案:

处理然后再进行高温（处理然后再进行高温（淬火;淬火;回火应力,（应力,（6薄壁容器承受内压作用后,由于变形的不同产生的应薄壁容器承受内压作用后,力可分为三类,即（应力,（应力,（力可分为三类,应力.答案:

应力.答案:

薄膜应力;边缘应力;峰值应力σmσθpρ2+=ρ1ρ2S（7回转壳体的轴对称问题是指壳体的（回转壳体的轴对称问题是指壳体的（,（都是关于其回转轴对称的.都是关于其回转轴对称的.答案:

答案:

几何形状;承受的载荷;约束条件（8薄膜应力理论的两个基本方程是（薄膜应力理论的两个基本方程是（其应用条件是壳体的（其应用条件是壳体的（和对称的.和对称的.pρ答案:

答案:

σm=22S,（,（;及（必须是连续的σmσθp;ρ+ρ=S;几何形状;承受的载荷12（9计算压力是指相应的设计（计算压力是指相应的设计（小（的压力.答案:

的压力.答案:

下,用于确定元件最温度;温度;壁厚（10按刚度条件设计不锈钢容器的最

小壁厚不小于10mm.答案:

（mm.答案:

≥3mm11化工容器及设备制造完毕后,需做压力试验,（11化工容器及设备制造完毕后,需做压力试验,目的是为了检验其（.对于碳纲对于碳纲,是为了检验其（和（.对于碳纲,16MnR,15MnDR制容器做水压试验时16MnR,15MnDR制容器做水压试验时,水温不低于制容器做水压试验时,（℃答案:

宏观强度;答案:

宏观强度;致密性;5℃12在凸型封头,锥型封头,平板封头中受力最好,（12在凸型封头,锥型封头,平板封头中受力最好,加工最困难的是（封头;受力最差,最困难的是（封头;受力最差,加工最易的是封头.在高压容器中应用最广泛是（封头.（封头.在高压容器中应用最广泛是（封头.答案:

半球形;平板;答案:

半球形;平板;平板（13法兰联接结构设计的主要内容有（13法兰联接结构设计的主要内容有（的选型,（的设计,（（的选型,（的设计,（的设计,的设计,的设计.的设计.答案:

法兰;密封面形式;垫片;螺栓,答案:

法兰;密封面形式;垫片;螺栓,螺母（14开孔补强的方法有（补强和（14开孔补强的方法有（补强和（补强,补强,在容器上开孔后,判断其是否需要补强的依据是:

器上开孔后,判断其是否需要补强的依据是:

若（则需要补强;则不需要补强.则需要补强;若（则不需要补强.答案:

答案:

局部;整体;A>A1+A2+A3;A≤A1+A2+A3（15在化工容器及设备上开圆形人孔时,人孔的最小直径15在化工容器及设备上开圆形人孔时,不小于（mm;不小于（mm;开椭圆形人孔时其长轴不小于mm;短轴不小于（mm.（mm;短轴不小于（mm.答案:

400;250或答案:

400;400;250或380;280（16边缘应力具有（16边缘应力具有（,（,（的特性.的特性.答案:

答案:

局部性;自限性;周期性（17内径为Di=1000,工作压力为Pw=3.0Kgf/cm2的容17内径为D=1000,3.0Kgf/cm2器,其DN（,PN（.答案:

1000;6Kgf/cm2DN（,PN（.答案答案:

二,简答题（1化工容器及设备零,部件设计的机械要求有哪些?

化工容器及设备零,部件设计的机械要求有哪些?

答:

①具有一定的强度;②具有足够的刚度;③具有充分的具有一定的强度;具有足够的刚度;稳定性;稳定性;④具有一定的耐久性;⑤具有良好的密封性具有一定的耐久性;（2边缘应力和薄膜应力有何不同?

边缘应力和薄膜应力有何不同?

答:

①薄膜应力具有整体性,边缘应力具有局部性薄膜应力具有整体性,②薄膜应力无自限性,边缘应力具有自限性薄膜应力无自限性,③薄膜应力无周期性,边缘应力具有周期性薄膜应力无周期性,（3如何在内压薄壁容器及裙式支座上开椭圆孔?

如何在内压薄壁容器

及裙式支座上开椭圆孔?

答:

在内压薄壁容器上开椭圆孔时,由于危险截面是纵截在内压薄壁容器上开椭圆孔时,面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴与容器为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴与容器的轴线垂直;裙式支座上开椭圆孔时,的轴线垂直;在裙式支座上开椭圆孔时,由于危险截面是横截面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴是横截面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴与容器的轴线平行.与容器的轴线平行.（4简述气压试验的操作过程.简述气压试验的操作过程.答:

试验时缓慢地将压力升至pT10%,且不超过0.0510%,且不超过0.05MPa,保压5min,对所有焊缝和连接部位进行出初次Pa,保压5min,检查,合格后,将压力缓慢地升至p50%,以后按p检查,合格后,将压力缓慢地升至pT50%,以后按pT10%的级差逐级升至p保压30min,将压力降至p87%,的级差逐级升至pT,保压30min,将压力降至pT87%,保持足够长时间,对所有焊缝和连接部位进行检查,保持足够长时间,对所有焊缝和连接部位进行检查,如有渗漏,修补后重新试验,直至合格为止.渗漏,修补后重新试验,直至合格为止.在设计碟形封头时,为防止封头受力太差,（5在设计碟形封头时,为防止封头受力太差,作了哪些规定?

规定?

答:

在任何情况下球面的半径不大于与其连接筒体的内过渡圆弧的半径不小于连接筒体的内径10%且大于且大于3径,过渡圆弧的半径不小于连接筒体的内径10%且大于3倍的封头壁厚.带折边锥形封头的直边作用是什么?

（6带折边锥形封头的直边作用是什么?

直边的作用是为了使焊缝避开边缘应力区.答:

直边的作用是为了使焊缝避开边缘应力区.平板封头受力最差,（7平板封头受力最差,为何在化工容器及设备中还广泛应用?

应用?

答:

平板封头受力虽然最差,但加工最容易,因此在化工容平板封头受力虽然最差,但加工最容易,因此在化工容器及设备中广泛应用.器及设备中广泛应用.什么叫金属热处理?

其目的是什么.（8什么叫金属热处理?

其目的是什么.将金属材料或金属构件保持在固态范围内,答:

将金属材料或金属构件保持在固态范围内,加热到一定温度以上,在该温度下保温一段时间,度以上,在该温度下保温一段时间,然后再冷却下来的一种工艺.改变组织结构,提高其机械,加工性能.种工艺.改变组织结构,提高其机械,加工性能.阐述悬挂式支座的设计步骤.（9阐述悬挂式支座的设计步骤.首先确定支座的类型,答:

①首先确定支座的类型,②根据设备的重量确定每个支座承受的重量（总重量m/2,支座承受的重量（总重量m/2,③由每个支座承受的重量,设备的DN查对应支座的标准,

确定支座的尺寸.重量,设备的DN查对应支座的标准,确定支座的尺寸.（10S型,F型鞍式支座为何要配对使用?

10型鞍式支座为何要配对使用?

S型答:

S型,F型鞍式支座配对使用的目的是使容器随温度的变能够自由变形以降低温差应力.化,能够自由变形以降低温差应力.1110的螺纹孔的作用是什么的螺纹孔的作用是什么?

（11补强圈上规格为M10的螺纹孔的作用是什么?

M10的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气,的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气答:

M10的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气,以检验焊缝的质量.以检验焊缝的质量.12（12说明下列金属材料牌号的意义Q235-B,15MnVR,65,00Cr18Ni11Ti,KT350-523515MnVR00Cr18Ni11Ti350235-表示屈服极限为MPa,质量等级为B表示屈服极限为235答:

Q235-B表示屈服极限为235MPa,质量等级为B级的甲类三号镇静钢.的甲类三号镇静钢.15MnVR表示含碳量为万分之十五,15MnVR表示含碳量为万分之十五,含Mn量低于表示含碳量为万分之十五1.5%1.5%,含V量低于1.5%的普通低合金容器钢.1.5%的普通低合金容器钢.65表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲.65表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲.表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲00Cr18Ni11Ti表示含碳量为0.3‰00Cr18Ni11Ti表示含碳量为0.3‰,含Cr量为18%,表示含碳量为18%Ni量为11%Ti量低于1.5%的不锈钢.含Ni量为11%,含Ti量低于1.5%的不锈钢.KT350-5表示抗弯强度为350MPa,延伸率为5%的350-表示抗弯强度为MPa,延伸率为5表示抗弯强度为350可锻铸铁.可锻铸铁.13（13阐述容器法兰的设计步骤由与法兰配套的筒体或封头的PN确定法兰的答:

①由与法兰配套的筒体或封头的PN,DN确定法兰的PN,DN;DN;法兰的类型;根据法兰的PNDN法兰的类型②根据法兰的PN,DN法兰的类型;③由法兰的类型选择对应的法兰标准,根据法兰的由法兰的类型选择对应的法兰标准,PN,DN由标准确定法兰的尺寸.PN,DN由标准确定法兰的尺寸由标准确定法兰的尺寸.（14提高和改善碳钢的机械性能和加工性能的方法和途径14有哪些?

有哪些?

答:

①调正和控制碳钢的化学成份;上封头搅拌装置②改变碳钢的组织结构L（如热处理和化学处理;如热处理和化学处理;③对碳钢进行热加工和冷加工.对碳钢进行热加工和冷加工.筒体Di三,计算题下封头（1有一带搅拌装置的反应器如图所示.（1有一带搅拌装置的反应器如图所示.通过工艺计算知有一带搅拌装置的反应器如图所示其操作容积为Vo=1.5m3,若装料系数为η=0.6,反应器Di≈34VLπ

Di的长径比L/Di=1.0,液体介质的操作压力pW=0.52MPa,液体介质的操作压力p52MPa,试确定:

反应器的DNPN.若采用标准碟形封头,试确定:

①反应器的DN,PN.②若采用标准碟形封头,设计筒体的长度.计筒体的长度.反应器DN的确定解:

（1反应器DN的确定3由V=Vo/η得:

反应器的容积为V=Vo/η=1.5/0.6=2.5m将反应器视为圆筒,将反应器视为圆筒,则:

V=πDi2L=πDi3L44DiDi≈34V/（πL=310/（π×1.0=1.471（m=1471mmDi圆整Di=1400mm,反应器DN=1400mm反应器DN=1400mm（2反应器PN的确定反应器PN的确定根据p52MPa由公称压力标准可知反应器的PN为由公称压力标准可知:

根据pW=0.52MPa由公称压力标准可知:

反应器的PN为0.6MPa.6MPa.（3筒体长度的设计πDi3π×1.43标准碟形封头的容积为V容积为:

标准碟形封头的容积为:

F=26=26筒体的高度H可由下式确定π2V=VT+VF,VT=4DiH=VVF4（VVFH==2πDi4（2.5ApDBSπ×1.42623rαCπ1.4=1.409（m,H=1410mm（2有一内压薄壁容器由圆筒,半球有一内压薄壁容器由圆筒,形封头,无折边锥形封头组成,形封头,无折边锥形封头组成,容器的壁厚为S中间面直径为D的壁厚为S,中间面直径为D,介质的三点的薄膜应力.压力为p如图所示.试求A压力为p,如图所示.试求A,B,C三点的薄膜应力.解:

A,B,C三点的ρ1,ρ2分别为A点:

ρ1=D/2,ρ2=D/2;B点:

ρ1=∞,ρ2=D/2;C点:

ρ1=∞,ρ2=r/conα2A,B,C三点的薄膜应力为:

三点的薄膜应力为:

A点:

σm=pD,σθ=pD4S4SB点:

σm=C点:

σm=pDpD,σθ=4S2Sprpr,σθ=2Sconα/2Sconα/2（3中间面直径为D,壁厚为S的敞中间面直径为D壁厚为S口薄壁圆筒,口薄壁圆筒,承受沿高度方向呈线性分布的压力作用,最大压力为P分布的压力作用,最大压力为Po,试求距离上端为y求距离上端为y处A点的薄膜应力及最大薄膜应力.大薄膜应力.解:

A点的ρ1,ρ2分别为ρ1=∞,ρ2=D/2POyAHA点压力Px的计算点压力P由于压力沿圆筒高度方向呈线性分布,点的压力P可由相似比进行确定,分布,故A点的压力Px可由相似比进行确定,即:

POPxHy=,Px=POHHyHA点的薄膜应力为:

σm点的薄膜应力为:

PODHy=0,σθ=×2SH最大薄膜应力为:

σmax=σθ最大薄膜应力为:

POD=2S（4中间面直径为D,壁厚为S的内压薄壁圆筒.圆筒上部中间面直径为D壁厚为S的内压薄壁圆筒.气体介质的压力为p气体介质的压力为p,下部液体的密度为γ,液体的高度为H,试求A点和距离自由液面为y

处B点的试求A点和距离自由液面为ypA薄膜应力及最大薄膜应力.薄膜应力及最大薄膜应力.解:

（1A点薄膜应力的计算（1A点薄膜应力的计算A点ρ1,ρ2的分别为:

的分别为:

Bρ1=∞,ρ2=D/2由σm=pρ2/2S,σm/ρ1+σθ/ρ2=p/S得:

σm=pD/4S,σθ=pD/2SHy（2B点薄膜应力的计算（2B点薄膜应力的计算B点的压力为:

pB=p+yγg的压力为:

由σm=pρ2/2S,σm/ρ1+σθ/ρ2=p/S得:

σm=pD/4S,σθ=（p+yγgD/2S（3最大薄膜应力的计算（3最大薄膜应力的计算最大薄膜应力薄膜应力最大其大小为:

最大,当y=H时,薄膜应力最大,其大小为:

σmax（p+HγgDpDHγgD=σθ==+2S2S2S四,综合题（1某化工厂需要设计一台液氨贮罐,厂方提供的设备设某化工厂需要设计一台液氨贮罐,计条件单如下:

计条件单如下:

设备名称25设备名称25m3液氨贮罐根据上述设计要求单中的技术特性指标,解决下列根据上述设计要求单中的技术特性指标,有关问题.有关问题.解释罐体材料16MnR牌号和支座材料235牌号和支座材料Q（1解释罐体材料16MnR牌号和支座材料Q235-AF牌号的意义.的意义.16MnR——含碳量为含碳量为0.16%,含锰量低于1.5%%,含锰量低于解:

16MnR——含碳量为0.16%,含锰量低于1.5%普通低合金容器钢.合金容器钢.Q235-AF——屈服极限为235MPa,质量等级为A级的235——屈服极限为MPa,质量等级为A屈服极限为235甲类三号沸腾钢.甲类三号沸腾钢.若罐体的长径比为L/D3.2,试确定罐体的DN（2若罐体的长径比为L/Di=3.2,试确定罐体的DN,PN[1]罐体罐体DN解:

[1]罐体DN的确定4V4×253π2=由V=DiL,L/Di=3.2得:

Di=3.5π3.2π4Di=2.150（m圆整Di=2000mmpc=p=1.1×1.6（MPa罐体DN=2000mm[2]罐体PN的确定罐体PNPN可知:

因操作压力pW=1.6MPa,由文献可知:

=1.6MPa设计罐体的圆筒壁厚,（3设计罐体的圆筒壁厚,圆筒冷卷时的最小投料壁厚是多少.是多少.解:

[1]设计参数的确定[1]设计参数的确定p=1.1pW=1.1×1.6（MPa∵pL≈2000/10000=0.02<5%p2000/10000=0.02<,∴可以忽略pL,pc=p+pL,pc=p=1.1×1.6（MPat=40℃,φ=1.0（100%无损探伤,C1=0.25mm,C2=40℃1.0（100%无损探伤,C0.25mm,无损探伤,1mm[2]筒体壁厚的设计[2]筒体壁厚的设计[tSn=12mm,σ]=170MPa设筒体的壁厚pcDi由公式Sn=+C得:

t2[σ]ΦpcSn=1.1×1.6×2000+1+0.25=11.7（mm2×170×1.01.1×1.6圆整S′=12mmn合理,∵Sn′=Sn=12mm,∴假设Sn=12mm合理,故筒体壁厚为12mm12mm[3]最小投料壁厚[3]最小投料壁厚加工筒体的最小投料壁厚

为:

nC1=120.25=11.75（mm加工筒体的最小投料壁厚为:

S若采用标准椭球形封头,（4若采用标准椭球形封头,设计封头的壁厚并确定直边的高度.标准椭圆形封头热冲压成型后,边的高度.标准椭圆形封头热冲压成型后,封头的壁厚不低于多少为合格.低于多少为合格.[1]设计参数的确定解:

[1]设计参数的确定p=1.1pW=1.1×1.6（MPapC=p+pL=p=1.1pW=1.1×1.6（MPat=100℃,φ=1.0（双面对接焊,100%无损探伤,C1=100℃双面对接焊,100%无损探伤,C无损探伤,0.25mm,0.25mm,C2=1mm[2]封头壁厚的设计[2]封头壁厚的设计设封头的壁厚Sn=12mm,[σ]t=170MPapCDi由公式Sn=+C得:

t2[σ]φ0.5pC1.1×1.6×2000Sn=+0.25+1=11.63（mm2×170×1.00.5×1.1×1.6圆整Sn′=12mm∵Sn=Sn′=12mm,∴假设Sn=12mm合理,故封头壁合理,厚为12厚为12mm[3]直边的高度及最小壁厚[3]直边的高度及最小壁厚直边的高度h25mm直边的高度ho=25mm热冲压成型后,热冲压成型后,封头的壁厚不低于SnC1=120.25=11.75（mm为合格.为合格.（5设计筒体的长度H.解:

根据EHA型封头的标准,由Di=2000mm查表可得:

根据EHA型封头的标准型封头的标准,查表可得:

VF=1.18m3π由V=VT+2VF得:

VT=Di2H=V2VF4H=V2VFπ4Di24×（252×1.18==7.210（m22.0π圆整后得圆筒长度H=7210mm（6若按刚度条件设计圆筒壁厚,其最小壁厚为多少.若按刚度条件设计圆筒壁厚,其最小壁厚为多少.2000mm<3800mm解:

∵Di=2000mm<3800mm,∴Smin≥2Di+C2Smin=2×2000+1=5（mm10001000（7罐体做水压试验时,试确定水的温度及压力表的量罐体做水压试验时,程.罐体做水压试验时,水的温度≥解:

罐体做水压试验时,水的温度≥5℃试验压力p=1.25p[σ]=1.25×1.1×1.6×1.0=2.2（MPaT[σ]t压力表的量程p表=2pT=4.4（MPa或1.5pT≤p表≤4pT,即:

3.3MPa≤p表≤8.8MPa（8对罐体进行液压试验强度校核.对罐体进行液压试验强度校核.p（D+SC解:

由σTmax=Tin得:

2（SnCσmax=2.2×（2000+121.25=205.76（MPa2×（121.25∵σmax=205.8MPa<0.9σsφ=0.9×345×1=310.5（MPa=0.9×345×1=310.5（∴液压强度足够（9确定液氨排液口管法兰的DN,PN;选择管法兰密确定液氨排液口管法兰的DNPN;封面的形式及垫片的材质.封面的形式及垫片的材质.解:

由设备设计要求单可知:

液氨排液口管法兰的DN=32由设备设计要求单可知:

液氨排液口管法兰的DN=32管法兰的PN=1.6MPa.,管法兰的PN=1.6MPa.管法兰密封面的形式为:

凹凸型（或突面管法兰密封面的形式为:

凹凸

型（或突面垫片的材质为:

垫片的材质为:

中压石棉橡胶板10提高和改善Q235（10提高和改善Q235-AF机械性能和加工性能的方法有哪些.哪些.调正和控制Q235的化学成分;解:

①调正和控制Q235-AF的化学成分;②改善其组织结构（如热处理,化学热处理;