过程设备设计考试试卷及复习资料

第1页共70页陕西科技大学试题纸A课程过程装备设计（11级）班级学号姓名题号一二三四五六七八九十总分得分阅卷人一、填空题（共18分）1、（2分）《容规》适用的设计压力范围是（0.1Mpa≤P≤35Mpa）。2、（4分）不连续应力具有两个重要的特征，即（局部性）和（自限性），在结构上可采取（圆弧过渡）、（减少两构件的刚度差）等方法限制其应力水平。3、（4分）分析轴对称载荷下回转壳体的应力可采用（无力矩）理论和（有力矩）理论，在忽略弯曲内力的条件下，壳体中的应力称为（薄膜）应力，该应力沿壁厚方向（均匀）分布。4、（3分）脆性断裂又称为（低应力脆断），容器脆性断裂的外观特征是（断裂时容器无明显塑性变形）断口方向与（最大主应力方向）垂直。5、（2分）焊接接头的检验方法包括（破坏性检验）和（非破坏性检验）两类。6、（3分）压力容器应力腐蚀开裂具有的基本特征是（拉伸应力）、（特定合金和介质的组合）和（延迟脆性断裂）。二、单项或多项选择题（每小题2.5分，共15分）1、下列关于压力容器的分类错误的是（AC）（A）内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。（B）低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。（C）真空容器属低压容器。（D）高压容器都是第三类压力容器。2、下列关于热应力的说法正确的是（BC）（A）热应力随约束程度的增大而减小（B）热应力与零外载相平衡，不是一次应力（C）热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低（D）热应力在构件内是不变的3、按密封原理，金属平垫密封、双锥密封分别属于（D）（A）自紧、强制（B）强制、自紧（C）半自紧、自紧（D）强制、半自紧4、下列关于椭圆形封头说法中不正确的有（C）（A）封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀第2页共70页（B）封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型（C）椭圆形封头常用在高压容器上（D）直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。5、下列关于二次应力说法中错误的有(ABD)（A）二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。（B）二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。（C）二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。（D）二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次应力之上的应力增量。6、对于Do/δe＜10的外压圆筒，由几何参数计算图可知A=εcr＞1%，此时应同时考虑圆筒的（A）（A）强度和稳定性（B）强度和刚度（C）稳定性和刚度（D）强度、塑性、稳定性和蠕变三、判断对错（正确的打√，错误的打×并说明理由）（每小题2分，共10分）1、钢材化学成分对其性能有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。答错误提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹。2、盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。答正确3、承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。答错误周边简支发生在中心处4、筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。答错误也可以用锻造筒节、绕带筒体等。5、检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。答错误在一定条件下，可以不开检查孔四、简答题（每小题5分，共25分）1、压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。（2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。2、简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到第3页共70页泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也就被迫停止运行。与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。3、外压圆筒采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。这种说法是否合理？为什么？答：设置加强圈将增加制造成本；而且，当/oLD很小时，短圆筒可能变为刚性圆筒，此时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。因此，加强圈的数量并不是越多越好，应当设计合理的间距。4、预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？答：通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒的初始屈服压力。5、什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？答：焊接应力是指焊接过程中由于局部加热导致焊接件产生较大的温度梯度，因而在焊件内产生的应力。为减少焊接应力和变形，应从设计和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头的数量，相等焊缝间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避免出现十字焊缝，焊前预热等等）五、计算题（共32分）1、有一置于水下的带半球形封头容器，半径为R，厚度为δ。封头顶部离水面深度为h，水的密度为ρ（kg/m3），试求半球形封头上任意一点A的应力表达式（不考虑与筒体连接处结构不连续的影响）。（16分）解：在封头上作一与轴线垂直的截面，取截面上部作为分离体。则作用在分离体上的内力轴向分量V2sin2sin)sin(2sin2RRrVm（3分）压力作用在分离体上的合力轴向分量V’0cos)sin2(RdRpV（2分）第4页共70页将)]cos1([Rhgp代入可得)]cos1(32sin)[(2sin)]cos1([3220RRhgRdRRhgV（3分）由0VV可得)cos1cos21(6222gRgRh（3分）封头承受外压作用，故拉普拉斯方成应为pRR21（2分）其中RRR21，将代入可求得)cos1cos2cos65(6222gRgRh（3分）2、某圆柱形容器的设计压力为PMPa08.，设计温度为t50℃，内直径为Dmmi1000，介质具有轻微的腐蚀性;腐蚀余量取C2=2mm，焊缝系数取Φ=0.85。试回答以下问题：1、分析并选择该容器合适的材料。（3分）2、若在设计温度下材料的许用应力为[]tMPa170，则筒体的计算厚度和设计厚度分别为多少？（8分）3、对筒体的焊缝型式有什么要求？若介质为液体，则该容器是否可按GB150设计？（5分）解：（1）该容器一般可选用16MnR，20R等，因为16MnR，20R的强度、塑性、韧性等较高，综合机械性能较好。（3分）（2）筒体计算厚度mm95.28.08.0170210008.0][2][2ppDpDptiCtiC（4分）设计厚度mm95.42Cd（4分）3、筒体采用双面焊对接接头（3分）该容器可按GB150设计（2分）第5页共70页陕西科技大学试题纸B课程过程装备设计（11级）班级学号姓名题号一二三四五六七八九十总分得分阅卷人一、填空题1．GB150《钢制压力容器》属于标准，该标准适合于压力不大于MPa的钢制压力容器的设计。2．设计压力容器时，通常需要考虑的载荷工况包括、和三种。3．法兰按照其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰两类。4．压力容器设计的基本要求是与的统一。5．压力容器常见的封头形式有、和等。6．压力容器是典型的由和组合而成的焊接结构。7．壳体承受均布外压作用时有和两种可能的失效形式。8．一圆筒内径Di=1000mm,厚度t=10mm,内压为1MPa则其轴向应力为。9．一圆筒内径Di=1000mm,厚度t=10mm,内压为1MPa则其周向应力为。10．压力容器在作用下易疲劳断裂。11．密封装置的失效形式主要表现为。12．一次应力的基本特征是。13．不连续应力的基本特征是和。14．压力容器的补强结构有、和三种形式。15．交变应力可以用、、等特征参量来表示。16．焊接接头系数表示与的比值，反映容器强度受削弱的程度。储存介质的密度将直接影响罐体及其。17．球形储罐按组合方式分为、和三种。要强化传热过程，可以通过提高、增大和增大来实现。18．换热管与管板的连接方法主要有、和。19．填料选用主要根据、和性能参数确定。20．泡罩塔的气液接触元件是，是浮阀塔的气液传质元件。21．板式塔的塔盘按结构特点分为和两大类。22．填料一般分为和两大类。二、名词解释无力矩理论蠕变极限持久强度自增强原理常规设计设计压力设计温度安定状态等面积补强三、简答题1．对过程设备的基本要求有哪些？2．介质的危害性有哪些？如何划分等级的？第6页共70页3．压力容器如何分类？4．外压圆筒如何分类？5．试写出无力矩理论的基本方程，并说明各符号的意义。6．常规设计有哪些局限性？7．压力容器的失效形式有哪些？对应有哪些设计准则？8．压力容器的失效有几类？强度失效包括哪几种断裂形式？9．布置鞍式支座时应遵循何种原则？10．容器为什么要进行液压试验？液压试验的试验压力如何确定？11．换热器基本的选择标准有哪些？12．简述换热器防振措施。13．换热器的壳程结构有哪些？有何作用？14．在什么情况下，可以优先选用填料塔？15．在什么情况下，可以优先选用板式塔？16．塔设备振动的原因有哪些？如何预防？四、作图题1．试绘制仅受内压作用时厚壁圆筒应力分布图，并做出说明。2．试绘制仅受外压作用时厚壁圆筒应力分布图，并做出说明。3．试绘制厚壁圆筒爆破过程曲线，并做出说明。4．试绘制平板对接焊缝焊接残余应力分布情况，并做出说明。五、计算题1．有一圆筒，内径为1200mm，厚度为12mm，长度为15m，材料为20R（Rm＝400MPa，ReL＝245MPa，E＝2×105MPa，μ=0.3）。①在承受周向外压时，求其临界压力pcr。。②在承受内压时，求其爆破压力pb，并比较其结果。若将长度改为2m，再进行计算。2．有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图所示，试用无力矩理论求出锥形壳中的最大周向、经向薄膜应力及相应位置。已知圆筒形容器中面半径R，厚度t；锥形底的半锥角α，厚度t，内装有密度为ρ的液体，液面高度为H，液面上承受气体压力pc。3．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？4．一内压容器，设计（计算）压力为1MPa，设计温度为50℃；圆筒内径Di=1000mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质无毒性，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。试用Q235-C、Q245R作为筒体材料，分别计算筒体厚度。第7页共70页过程设备设计复习题及答案一、单选题1.压力容器导言1.1所谓高温容器是指下列哪一种：（A）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温1.2GB150适用下列哪种类型容器：（B）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器1.3一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（B）A弹性失效B塑性失效C爆破失效D弹塑性失效1.4有关《容规》适用的压力说法正确的是：（B）A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最