化工设备机械基础期末课堂大作业C.docx
《化工设备机械基础期末课堂大作业C.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工设备机械基础期末课堂大作业C.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
化工设备机械基础期末课堂大作业C
四川理工学院（2007至2008学年第1学期）
课程名称：
化工设备机械基础期末课堂大作业（A）
命题教师：
适用班级：
题号
一
二
三
四
五
六
总分
评阅（统分）教师
得分
注意事项：
1、满分100分。
要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。
2、考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在规定的地方，否则视为废卷。
3、作业形式为闭卷，作业时间为100分钟。
4、判断题和选择题一定要将所选答案填入方框中。
试题
得分
评阅教师
、判断题：
（每题1.5分，共计15分，正确的填“T”，错误的填“F”）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
1、开孔等面积补强设计准则，是说补强面积应等于开孔的圆面积。
2、螺栓法兰连接结构设计中，螺母材料的硬度应该低于螺栓材料的硬度。
3、因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁
厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。
4、在钢号表示方法中，含碳量以平均含量的万分之几表示。
5、GB151-1999适用于换热器的设计。
6、欲提高法兰的刚度，则应加大法兰的外径，增加法兰的厚度，减小螺栓力作用的力臂。
7、随着科学技术发展的趋势，安全系数逐渐变小。
8、圆筒容器的公称直径是指它的内径。
9、确定容器压力试验的试验压力时，式中P应为容器的设计压力或最大允许工作压力。
10、一台卧式容器有三个鞍式支座，应选一个A型，两个B型的。
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
1、浮头式换热器,
a.完全消除温差应力b.部分消除温差应力c.不能消除温差应力
2、一台外压容器直径1200mm，圆筒壳长2000mm，两端为半球形封头，其外压计算长度为
a.2000mmb.2400mmc.2600mm
3、一个薄壁外压圆筒，按我国容器设计规定进行校核，得知其允许工作外压为2MPa，则
该容器的临界压力Pcr为：
a.Pcr=2MPab.Pcr=4MPac.Pcr=6MPa
4、有效厚度一定不小于
a.名义厚度b.计算厚度c.设计厚度
5、压力容器元件的金属温度是指该元件的金属的
a.表面温度的较高者b.内外表面温度的平均值c.截面温度的平均值
6、在筒体上开椭圆孔，长轴应与筒体轴线
a.垂直b.平行c.成45夹角
7、用抗拉强度规定值下限为b620MPa材料制造的容器，属于
a.Ⅰ类容器b.Ⅱ类容器c.Ⅲ类容器
8、工程上把/Di≤（）的圆筒称为薄壁圆筒。
c.1.0
c.管程及壳程均可
c.高压容器
a.0.1b.0.2
9、U型管式换热器能进行机械清洗的空间a.只有管程b.只有壳程
10、设计压力为10MPa的压力容器属于
a.低压容器b.中压容器
名姓
号学
得分
评阅教师
三、填空题：
（每空1分，共计25分）
1、
2、
3、
4、
5、
6、
7、
8、
、是金属材料的（
指标；k是材料的（
按材料成分划分，Q235-B
）钢。
）指标；b、s是材料的（
）指标。
属于（
内压薄壁封头和壳体的强度计算公式是以（
采用（
）失效准则，以（
）钢，16MnR属于
）理论为基础，
）强度理论建立
强度条件而推导出来的。
有一容器，其最高气体工作压力为1.6MPa，无液体静压作用，工作温度
≤150℃，且装有安全阀，试确定该容器的设计压力
MPa；计算压力PC=（
MPa。
法兰公称压力的确定与法兰的（
以及（
计算法兰厚度时，是以（
学性能为基准制定的。
P=（
）MPa；水压试验压力PT=（
）三个因素有关，这是因为在制定法兰尺寸系列，
卧式容器的支座有三种：
（
列管式换热器的管子与管板有（
）材料在（
）℃时的力
）。
）、
）三种连接形式。
在填料塔的喷淋装置中，常用的三种类型是
）、
）。
得分
评阅教师
四、问答题：
（共计20分）
7分）
1、写出无力矩理论的两个方程，并说明式中字母的含义及两个方程的应用条件。
2、为什么双鞍式支座的最佳位置为A≤0.2L且尽可能使A≤0.5Ri?
（6分）
3、画图说明固定管板式换热器产生温差应力的原因，并说明消除温差应力的措施。
（7分）
题
答
号学
要封不
内
线
线封
密
密
得分
评阅教师
五、计算题：
（15分）
有一库存很久的氧气瓶，其材质为16MnR,圆筒体外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成，实测其最小壁厚为6.5mm，已知材料的b=540MPa，s=260MPa，设计温度为常温。
今欲充15MPa的压力使用，问强度是否够？
如果强度不够，该氧气瓶的最大允许工作压力是多少？
（取C2=1mm）
名姓
号学
题
答
要
不
内
线
封
密
得分
评阅教师
六、分析题（10分）：
对于内压和外压操作的塔设备，它们的最大组合轴向压应力各出现在什么工况下？
给出简单计算公式，并绘出危险截面2—2（塔体与裙
座连接焊缝处的截面）上的应力分布图。
（2007至2008学年第1学期）
化工设备机械基础期末课堂大作业（B）评分标准
命题教师：
适用班级：
、判断题：
（每题1.5分，共计15分，正确的填“T”，错误的填“F”）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
F
T
F
F
F
T
T
F
T
F
、选择题：
（每题1.5分，共计15分）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
所选答案
a
b
c
b
c
a
c
a
b
c
三、填空题：
（每空1分，共计25分）
1．塑性，强度，韧性
2．低碳，低合金
3．薄膜，弹性，第三
4．1.68~1.76,1.68~1.76,2.1~2.2
5．最大操作压力,操作温度,法兰材料,16MnR,200
6．鞍座，圈座，支腿
7．胀接,焊接,胀焊并用
8．喷洒型,溢流型,冲击型
四、问答题：
（共计20分）
7分）答题要点第一，薄膜应力的两个方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分微体平衡方程式mp
R1R2
R—壳体中曲面在所求应力点的第一曲率半径，mm;
R—壳体中曲面在所求应力点的第二曲率半径，mm;
—厚度，mm;P—气体压力，MPa
第二，应用条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2分
1）回转壳体曲面在几何上是轴对称,壳体厚度无突变；曲率半径是连续变化的，材料是各向同性的，且物理性能（主要是E和μ）应当是相同的；
2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的；
3）壳体边界的固定形式应该是自由支承的；
4）壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内，要求在边界上无横剪力和弯矩。
5）/Di≤0.1
2、为什么双鞍式支座的最佳位置为A≤0.2L且尽可能使A≤0.5Ri?
（6分）答：
1）为减少支座处筒体最大弯矩，使其应力分布合适，使支座跨距中心与支座最大弯矩相等（M1=M2），据此推导出的支座中心与封头切线间的距离A=0.207L（L—筒体长度），如果设计偏离此值，则支座处的轴向弯曲应力将显著增加；⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2分
2）封头的刚性一般较筒体大，对筒体有局部加强作用，试验证明，当A≤0.5Ri时，封头对筒体才有加强作用，因此支座的最佳位置应在满足A≤0.2L的
条件下，尽量使A≤0.5Ri⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2分
3）当A>0.5Ri或筒体无加强措施而刚性不足时，在周向弯矩的作用下，鞍座处筒体上将产生“扁塌”现象：
使鞍座上筒体发生变形，犹如“扁塌”。
鞍座处筒体不起承载作用，成为无效区（图），这不但会使鞍座处筒体中的各种应力增大，而且还会使轴向组合应力、切向剪应力和周向组合压应力最大值的作用点下移。
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2分
3、画图说明固定管板式换热器产生温差应力的原因，并说明消除温差应力的措
施。
（7分）答：
①温差应力产生的原
因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分
如图所示,固定管板式换热器的壳体与管
子,在安装温度下,它们的长度均为L（图a）;当操作时（图b）,壳体和管子的温度都升高,若管壁温度高于壳壁温度,则管子自由伸长量和壳体
=（t-t）L
式中,—分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数，1/℃；
t—安装时的温度，℃
t，t—分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度，℃
由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，见图c，因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。
此拉、压应力就是温差应力。
这就是温差应力产生的原因。
②消除温差应力的措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2分
1）减少壳体与管束间的温度差
2）装设挠性构件
3）使壳体和管束自由热膨胀
4）双套管温度补偿
五、计算题：
（15分）
有一库存很久的氧气瓶，其材质为16MnR,圆筒体外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成，实测其最小壁厚为6.5mm,已知材料的σb=540MPa,σs=260MPa,设计温度为常温。
今欲充15MPa的压力使用,问强度是否够？
如果强度不够，该氧气瓶的最大允许工作压力是多少？
（取C2=1mm）
P=15MPaDo=219mmn=6.5mm
s260
=s==162.5MPans1.6
取许用应力为=162.5MPa
=1（无缝钢管）,取腐蚀裕量C2=1mm
C=C1+C2=0+1=1（mm）（因为已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差C1）e=nC=6.5-1=5.5mm
t=PC（Doe）
2e
该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa
六、分析题（10分）：
对于内压和外压操作的塔设备，它们的最大组合轴向压应力各出现在什么工况下？
给出简单计算公式，并绘出危险截面2—2（塔体与裙
座连接焊缝处的截面）上的应力分布图。
答题要点①内压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分
②外压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5分
要点：
内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在停车情况；
公式：
图（a）外压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在正常操作情况；
公式：
=++
图（b）
式中：
—计算压力在塔体中引起的轴向应力；
—操作或非操作时重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力；
—弯矩在塔体中引起的轴向应力
升级会员 