化工机械基础考试题答案

浙江海洋学院2007-2008学年第一学期《机械设计基础》课程期末考试卷（适用班级A05储运qB卷）q考试时间：分钟一二三四五六七八九十总分注意：考试所需查表数据如下：表1焊接接头系数φ焊接接头形式无损检测的长度比例100%局部双面焊对接接头1.00.85单面焊对接接头0.90.8表2钢板负偏差C1（mm）钢板厚度22.22.52.8~3.03.2~3.53.8~4.04.5~5.5负偏差0.180.190.20.220.250.30.5钢板厚度6~78~2526~3032~3436~4042~5052~60负偏差0.60.80.911.11.21.3表3腐蚀裕量C2（mm）腐蚀速率单面腐蚀双面腐蚀≤0.05mm/a12＞0.05mm/a241、有一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，大齿轮已经损坏，现急需修复使用，今测得中心距a=276mm，小齿轮齿顶圆直径da1=70mm，且数得其齿数Z1=33，试求大齿轮的齿数Z2。（10分）解：由于这是一对一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，所以各项参数都取标准值。根据a=1/2（Z1+Z2）m（1）da1=（Z1+2）m（2）把da1=70mm，Z1=33代入（2）式，得m=2mm把a=276mm，Z1=33，m=2mm代入（1）式，得Z2=243所以，大齿轮的齿数Z2为243个。学院专业班级姓名学号装订线2、某化工厂反应釜，尺寸为DN1900，工作温度为5~200℃，工作压力为1.6MPa，釜体材料用0Cr18Ni9，采用双面对接焊缝，100%探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度。（200℃下0Cr18Ni9的[σ]=130MPa）（15分）解：已知Di=1900mm，设计温度t=200℃，设计压力Pc=1.1×1.6=1.76MPa，材料许用应力[σ]200℃=130MPa，焊接接头系数φ=1，腐蚀裕量C2=0。根据计算厚度公式：则∴计算厚度：δc=12.95mm设计厚度：δd=δc+C2=12.95+0=12.95mm考虑到钢板负偏差圆整后，C1=0.8mm名义厚度：δn=δd+C1+Δ=12.95+0.8+Δ=14mm有效厚度：δe=δn-C1-C2=14-0.8-0=13.2mm3、有一长期不用的反应釜，该釜内径为800mm，最小壁厚为12mm，材料为20R，具体焊接方式不清楚，做过局部探伤，今欲利用该釜在380℃下合成酸性物质，求该釜所能承受的最大内压力。（350℃下20R的[σ]=92MPa，400℃下20R的[σ]=86MPa）（10分）解：已知Di=800mm，δn=12mm，设计温度t=380℃，材料许用应力[σ]380℃=88.4MPa，焊接接头系数φ=0.8，钢板负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=2mm。根据圆筒最大允许工作压力公式：代入数据，得∴反应釜所能承受的最大内压力为1.61MPacticcpDp][2mm95.1276.111302190076.1cCDCPnintw21.61MPa28.01280028.0128.04.882wP4、今欲设计一高压气瓶，直径为450mm，采用双面对接焊缝，全部探伤，工作压力为10.8MPa，可耐最高温度为130℃，试用16MnR材料设计气瓶的厚度。（15分）材料厚度/mm在下列温度下材料的许用应力/MPa≤20℃100℃150℃16MnR6~1617017017016~36163163163解：已知Di=450mm，设计温度t=130℃，设计压力Pc=1.1×10.8=11.88MPa，厚度为6~16mm时材料许用应力[σ]130℃=170MPa，焊接接头系数φ=1，腐蚀裕量C2=2mm。根据设计厚度计算公式：把数据代入公式，得经检查，δd已经超出了材料许用应力范围，所以需要选用厚度更厚钢板。厚度为16~36mm时材料许用应力[σ]130℃=163MPa，代入公式，得考虑到钢板负偏差圆整后，C1=0.8mm最后得δn=20mm5、一乙烯储罐，内径1600mm，壁厚16mm，工作压力为2.5MPa，工作温度为-35℃，材料为16MnR，采用双面对接焊缝，100%探伤，壁厚附加量C=1.5mm，试校核强度。（≤20℃以下16MnR的[σ]=170MPa）（10分）解：已知Di=1600mm，设计温度t=-35℃，设计压力Pc=1.1×2.5=2.75MPa，壁厚δn=16mm，材料许用应力[σ]-35℃=170MPa，焊接接头系数φ=1，壁厚附加量C=1.5mm。根据内压圆筒强度校核公式：代入数据，得2][2CpDpcticdmmd29.18288.111170245088.11mmd02.19288.111163245088.11eeicDP2tMPat1.1535.11625.116160075.2∴该乙烯罐可以安全使用6、某化工厂欲设计一台石油分离工程中的乙烯精馏塔，塔体内径Di=600mm，材质为16MnR，工作压力Pw=2MPa，工作温度t=-3~20℃，采用整体冲压标准椭圆形封头，计算封头壁厚。（≤20℃以下16MnR的[σ]=170MPa）（10分）解：已知Di=600mm，设计温度t=20℃，设计压力Pc=1.1×2=2.2MPa，材料许用应力[σ]-20℃=170MPa，焊接接头系数φ=1，腐蚀裕量C2=1mm。根据标准椭圆形封头壁厚公式：把数据代入公式，得考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm，圆整后用δn=6mm7、某化工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm，壁厚为δn=12mm，工作温度为t=180℃，工作压力为Pw=2MPa，材料为0Cr18Ni9，塔体采用手工电弧焊，局部探伤，试校核塔体水压试验强度。（0Cr18Ni9在≤150℃以下[σ]=137MPa，在200℃下[σ]=130MPa，常温下σs=240MPa）（15分）解：已知Di=700mm，设计温度t=180℃，设计压力Pc=1.1×2=2.2MPa，壁厚δn=12mm，材料许用应力[σ]180℃=132.8MPa，焊接接头系数φ=0.8，钢板负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。根据水压试验应力公式δe=δn-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm代入得MPa9.882.1122.117008.2T0.9φσs=0.9×0.8×240=172.8MPaσT＜0.9φσs水压试验时满足强度要求。MPa1701701ttt2d5.02CpDpcticmmd9.40.12.25.0117026002.2eeiTtTDpp225.1pTMPapT8.28.1321372.225.18、今需制造一台分馏塔，塔的内径Di=2000mm，塔体长L1=6000mm，封头曲面深度hi=500mm，塔在370℃及1/5个大气压条件下工作，现库存有8mm、12mm、14mm厚的Q238-B钢板，问这哪一个最适合来制造这台设备。（15分）解：塔的计算长度L=6000+2×1/3×500=6340mm厚度为9mm、12mm、14mm的钢板，它们的钢板负偏差均为C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=1mm，设计外压Po=0.1-0.1/5=0.08MPa。钢板有效厚度δe分别为7.2mm、10.2mm和12.2mm（1）当δn=9mm时L/Do=6340/（2000+2×9）=3.14Do/δe=2018/7.2=280.3查图得，A=9.0×10-5，再查图得，A值所在点落在材料温度线的左方，故B=2/3EAQ235-B钢板370℃时的E=1.69×105MPa，于是[P]=Bδe/Do=2/3×1.69×105×9.0×10-5/280.3=0.036MPa＜Po（2）当δn=12mm时L/Do=6340/（2000+2×12）=3.13Do/δe=2018/10.2=197.84查图得，A=1.6×10-4，再查图得，A值所在点落在材料温度线的左方，故B=2/3EAQ235-B钢板370℃时的E=1.69×105MPa，于是[P]=Bδe/Do=2/3×1.69×105×1.6×10-4/197.84=0.091MPa＞Po所以可以采用12mm厚的Q235-B钢板制造这台设备。