化工设备机械基础习题.

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的使用寿命，在设计截面尺寸时必须考虑（）。答案:屈服极限或;强度极限或;延伸率或δ;断面收缩率或Ψ；弹性模量或E；腐蚀速率V；腐蚀裕量（2）冷脆现象是指金属材料由常温下的（）材料，在深冷状态下变成（）材料的现象。答案:塑性;脆性Sb2C（3）金属材料具有（）、（）、（）、（）等加工的可能性称为加工工艺性能。答案:切削;焊接;铸造;锻造（4）弹簧、刀具等所用的金属材料主要是优质（）钢。答案:高碳（5）调质钢是指先进行（）处理然后再进行高温（）处理的钢。答案:淬火;回火（6）薄壁容器承受内压作用后，由于变形的不同产生的应力可分为三类，即（）应力、（）应力、()应力。答案:薄膜应力;边缘应力;峰值应力（7）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。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（）、（）；其应用条件是壳体的（）及（）必须是连续的和对称的。答案:;;几何形状;承受的载荷（9）计算压力是指相应的设计（）下，用于确定元件最小（）的压力。答案:温度;壁厚22mpS212mpS12mpS（10）按刚度条件设计不锈钢容器的最小壁厚不小于（）mm。答案:≥3mm（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（）和（）。对于碳纲、16MnR、15MnDR制容器做水压试验时，水温不低于（）℃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、加工最困难的是（）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。答案:半球形;平板;平板（13）法兰联接结构设计的主要内容有（）的设计、（）的选型、（）的设计、（）的设计。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（）补强，在容器上开孔后，判断其是否需要补强的依据是：若（）则需要补强；若（）则不需要补强。答案:局部;整体;＞;（15）在化工容器及设备上开圆形人孔时，人孔的最小直径不小于（）mm；开椭圆形人孔时其长轴不小于（）mm；短轴不小于（）mm。答案:400;400;250或380;280A123AAAA≤123AAA（16）边缘应力具有（）、（）、（）的特性。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的容器，其DN（）、PN（）。答案:1000;6Kgf/cm2二、简答题（1）化工容器及设备零、部件设计的机械要求有哪些？答:①具有一定的强度;②具有足够的刚度;③具有充分的稳定性;④具有一定的耐久性;⑤具有良好的密封性（2）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②薄膜应力无自限性,边缘应力具有自限性③薄膜应力无周期性,边缘应力具有周期性（3）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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与容器的轴线平行.（4）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0.05MPa,保压5min，对所有焊缝和连接部位进行出初次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，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格为止。（5）在设计碟形封头时，为防止封头受力太差，作了哪些规定？答:在任何情况下球面的半径不大于与其连接筒体的内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。（6）带折边锥形封头的直边作用是什么？答:直边的作用是为了使焊缝避开边缘应力区。（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？答: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。（8）什么叫金属热处理？其目的是什么。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,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。（9）阐述悬挂式支座的设计步骤。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），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。（10）S型、F型鞍式支座为何要配对使用？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化,能够自由变形以降低温差应力。（11）补强圈上规格为M10的螺纹孔的作用是什么？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。（12）说明下列金属材料牌号的意义Q235-B、15MnVR、65、00Cr18Ni11Ti、KT350-5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。15MnVR-----表示含碳量为万分之十五、含Mn量低于1.5%、含V量低于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。00Cr18Ni11Ti-----表示含碳量为0.3‰、含Cr量为18%、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%的可锻铸铁。（13）阐述容器法兰的设计步骤答:①由与法兰配套的筒体或封头的PN、DN确定法兰的PN、DN；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PN、DN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有哪些？答:①调正和控制碳钢的化学成份；②改变碳钢的组织结构（如热处理和化学处理）；③对碳钢进行热加工和冷加工。三、计算题(1)有一带搅拌装置的反应器如图所示。通过工艺计算知其操作容积为，若装料系数为、反应器31.5oVm0.6iDL下封头筒体上封头搅拌装置的长径比、液体介质的操作压力pW=0.52MPa，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。解:(1)反应器DN的确定由得:反应器的容积为将反应器视为圆筒,则:圆整,反应器DN=1400mm(2)反应器PN的确定根据pW=0.52MPa由公称压力标准可知：反应器的PN为0.6MPa。/1.0iLD2344iiiLVDLDD3/1.5/0.62.5oVVm/oVV34iiVDLD334/()10/(1.0)1.471()1471iiLDVmmmD1400iDmm(3)筒体长度的设计标准碟形封头的容积为：筒体的高度可由下式确定（2）有一内压薄壁容器由圆筒、半球形封头、无折边锥形封头组成，容器的壁厚为S，中间面直径为D，介质的压力为p，如图所示。试求A、B、C三点的薄膜应力。ABCrDαSp331.42626iFDVH2,4TFTiFVVVVDHVV3221.44(2.5)4()261.41.409(),1410FiVVHDmHmm解:A、B、C三点的分别为A点:;B点:;C点:A、B、C三点的薄膜应力为:A点:B点:C点:12/2/2DD、12/2D、12/2rcon、44mpDpDSS、42mpDpDSS、2/2/2mprprSconScon、12、（3）中间面直径为D、壁厚为S的敞口薄壁圆筒，承受沿高度方向呈线性分布的压力作用，最大压力为Po，试求距离上端为y处A点的薄膜应力及最大薄膜应力。解:A点的分别为A点压力Px的计算由于压力沿圆筒高度方向呈线性分布，故A点的压力Px可由相似比进行确定，即：12、12/2D、OxxOPPHyPPHHyH=、AyPOHA点的薄膜应力为：最大薄膜应力为：（4）中间面直径为D、壁厚为S的内压薄壁圆筒。圆筒上部气体介质的压力为p，下部液体的密度为，液体的高度为H，试求A点和距离自由液面为y处B点的薄膜应力及最大薄膜应力。解:(1)A点薄膜应力的计算A点的分别为:由得:02OmPDHySH、max2OPDSHAByp12/2D=、12、212/2///mmpSpS、/4/2mpDSpDS、(2)B点薄膜应力的计算B点的压力为:由得:(3)最大薄膜应力的计算当y=H时，薄膜应力最大，其大小为：四、综合题（1）某化工厂需要设计一台液氨贮罐，厂方提供的设备设计条件单如下：/4()/2mpDSpygDS、212/2///mmpSpS、Bppygmax()222pHgDpDHgDSSS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，解决下列有关问题。（1）解释罐体材料16MnR牌号和支座材料Q235-A·F牌号的意义。解:16MnR——含碳量为0.16％、含锰量低于1.5%普通低合金容器钢。Q235-A·F——屈服极限为235MPa，质量等级为A级的甲类三号沸腾钢。（2）若罐体的长径比为L/Di=3.2，试确定罐体的DN、PN解:[1]罐体DN的确定由得：2,/3.24iiVDLLD344253.53.2iVD2.150()iDm2000iDmm圆整罐体[2]罐体PN的确定因操作压力，由文献可知：（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。解:[1]设计参数的确定∵≈2000/10000=0.02＜5％，∴可以忽略，，＝40℃，＝1.0（100%无损探伤），C1＝0.25mm，C2＝1mm[2]筒体壁厚的设计设筒体的壁厚，由公式得：2000DNmm1.6WpMPa1.6PNMPacLpppLpLp1.11.11.6()WppMPa1.11.6()cppMPa1.11.6()cppMPat12nSmm[]170tMPa2[]cintcpDSCpp圆整∵,∴假设合理，故筒体壁厚为12mm[3]最小投料壁厚加工筒体的最小投料壁厚为：（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，封头的壁厚不低于多少为合格。解:[1]设计参数的确定1.11.6200010.2511.7()21701.01.11.6nSmm12nSmm12nnSSmm12nSmm1120.2511.75()nSCmm)(6.11.11.1MPappW)(6.11.11.1MPapppppWLC＝100℃，（双面对接焊,100%无损探伤），C1＝0.25mm，C2＝1mm[2]封头壁厚的设计设封头的壁厚，由公式得：圆整∵,∴假设合理，故封头壁厚为12mm[3]直边的高度及最小壁厚t1.0mmSn12MPat170][2[]0.5CntCpDiSCp)(63.11125.06.11.15.00.1170220006.11.1mmSnmmnS12mmnSSn12mmSn12直边的高度ho=25mm热冲压成型后，封头的壁厚不低于为合格。（5）设计筒体的长度H。解：根据EHA型封头的标准，由查表可得:由得：圆整后得圆筒长度)(75.1125.0121mmCSn