过程设备设计复习题

过程设备设计复习题

1.有一外径为的氧气瓶，最小壁厚为6.5mm，材质为40Mn2A，工作压力为15MPa，试求氧气瓶筒身的应力。

2.有一圆筒形容器，两端为椭圆形封头，已知圆筒平均直径D=2020mm，壁厚20mm，工作压力p=2MPa。

试确定

(1)试求筒身上的应力

(2)如果椭圆形封头的a/b分别为2、、3，t=20mm，确定封头上最大应力值

①

②

顶点

赤道

当a/b=2时

顶点

赤道

最大应力在顶点处有拉应力101MPa，赤道处有压应力101MPa

当a/b=时

顶点

赤道

最大应力在顶点处有拉应力71.2MPa

当a/b=3时

顶点

赤道

最大应力在赤道处有压应力353.5MPa

3.有一立式圆筒形储油罐，罐体直径5000mm，厚度3mm，油液高度18m，油的密度为，g取10

（1）当P0=0时，油罐筒体上最大应力。

（2）当P0=0.1MPa时，油罐筒体上的应力及最大应力。

由于壁厚t与壁相差较大，因此

①

时

最大应力

②

时

最大应力

83.3+5.83×18=188.2MPa

4.封闭厚壁筒有钢（）制成，其内径，外径，承受内压

试求圆筒内壁外壁和中间面的应力值并简单讨论之

340

-300

71.2

-31.2

0

①

＞＞

内壁处最大

②

不均匀

③

5.有一承受内压的厚壁圆筒，其内径200mm，外径400mm，材料为16MnR，屈服，极限强度

试求

①内壁开始屈服的压力

②当壁厚一半达到屈服时的压力

③整体屈服压力

④爆破压力

①

内壁屈服

②半屈服

②

整体屈服

④爆破压力

1.某内压圆柱形筒体，其设计压力P=0.4MPa，设计温度t=70℃，圆筒内径Di=1000mm，总高3000mm，盛装液体介质，介质密度，筒体材料为Q345R，腐蚀裕量取2mm，焊接接头系数φ=0.85，已知设计温度下Q345R的许用应力，在厚度为6—16mm时，[σ]t

=189MPa，厚度16—36mm时，[σ]t

=185

MPa。试求该筒体厚度。

①确定参数

Q345R

[σ]t

=189MPa

②设计厚度

校核

不合格

③改

④水压试验校核

应力校核合格

2.有一卧式圆筒形储罐，内装浓度99%液氨，筒体内径，筒高L=3200mm，两端利用标准椭圆封头，储罐最高操作温度不超过50℃。具有可靠保护措施，罐顶装有安全阀，试初步确定壁厚。（在50℃时饱和蒸汽压力1.973MPa（表压）

安全阀的开启压力）用水压试验校核。

①确定参数

设计温度

最高工作温度

50℃

设计压力

安全阀

选材

选Q345R

腐蚀裕度

《腐蚀裕度数据手册》

设计寿命

15年

焊接系数

三类

双面焊接

对缝焊接

许用应力

（16—36mm）

负偏差

②设计厚度

筒体

封头

考虑到

选

最小壁厚校核

合格

3.有一库存很久的容器，材料为16MnR，筒体外径，其实测最小壁厚为6.5mm，气瓶两端为半球形状，今欲充压10MPa，常温使用，并考虑腐蚀裕量，问强度是否够用，如不够，最大允许工作压力多大？

解法一

①确定参数

16MnR

Q345R

实测

②

不能用

解法二

不能用

解法三

不能用

4.过热器集箱的平盖形式如图，筒体内径Di=500mm，设计压力18MPa，设计温度500℃，平盖材料采用16CrM的锻件，腐蚀裕量C2=1.5mm,试确定平盖厚度t及t1、r等尺寸

①确定参数

T=500℃

P=18MPa

C2=1.5mm

Do=Di=500

结构特征系数

k=0.3

锻件的许用应力表得

②计算厚度

③计算圆筒壁厚

选择材料

15CrMoR

时

双面对接焊100%

探伤

C1=1.3

C2=1.5

t=500℃

P=18MPa

计算厚度

考虑到C1=1.3mm

取

符合预先设定的范围

④确定结构尺寸

5.有一承受内压的圆筒形容器，其内径

壁厚最高工作压力

工作温度200℃，材料为15MnVR

焊接接头系数，壁厚附加量，试验算容器强度够不够，如果已知15MnVR在200℃时许用应力为170MPa,试求容器能承受的最大压力多少？

显然

强度够用

6.有一长期不用的反应釜，经实测内径1200mm,最小壁厚10mm，材质为16MnR，纵向焊接接头为双面对接接头，是否曾作检测不清楚，今欲利用该釜承受1MPa的内压，工作温度为200℃，介质无腐蚀性，但需要装设安全阀，试判断该釜在此条件下能否使用。（，）

显然可用

7.今有一直径Di=600mm，设计外压P=0.1MPa，C2=2mm，计算长度L=500mm的容器，材质为16MnR，工作温度为200℃，试问能否用壁厚8mm的钢板来制造这台设备（忽略板材负偏差，材料弹性模量）

Di=600mm

P=0.1MPa

C2=2mm

L=5000

短圆筒

钢板可以制造该设备

8.已知，一减压塔内径为1000mm塔体长度为6500mm

(不包括封头)其封头为椭圆形，直边高度为40mm，长短轴比值，减压塔在0.00532MPa(绝压)及150℃下操作，塔体与封头均由Q235-B制成试确定

1.无加强圈时，塔体所需壁厚

2.若在塔外设置5个加强圈，则塔体所需壁厚

3.封头的壁厚

(1)

无加强圈时

设

临界长度

短圆筒

且接近

可行

（2）增设加强圈

设

合适

A=0.0001MPa

（3）封头壁厚校核

筒体与封头等壁厚原则

认为

封头合适

9.减压塔筒体家两端封头，直边总长24600mm，两端为标准椭圆形封头，内径，壁厚附加量，塔内真空度为30mmHg，设计温度150℃塔壁材料Q235R，试问当塔的有效壁厚时

1.塔体和封头稳定性是否满足要求

2.若不满足要求，则应加多少加强圈

3.若下设加强圈，则壁厚应力为多少时才能满足要求

取设计外压：

计算压力：

（1）塔体圆筒的校核：

圆筒计算长度：

圆筒外径：

查图4-6得：

筒体不满足稳定性要求

（2）椭圆封头稳定性校核：

当量曲率半径：

所以：按半球封头设计时：

由A查厚度计算图（Q235R，150℃）得：

许用外压

故封头：时满足要求

2、筒体加强圈设计

（材料Q235R，设计温度150℃）

加强圈个数n及间距

加强圈最大间距按下式计算：

加强圈个数：

除两端封头外，实际加强圈数为9个。

3.不设加强圈时塔体所需壁厚（满足稳定性）：

所以不设加强圈时塔体厚为

10.今欲设计一台化肥用甲烷反应器，内径为3200mm，计算压力为2.6MPa，设计温度为225℃，材料选用16MnR,采用双面焊接接头100%，检测

试设计该反应器筒体的壁厚并校核水压试验时的应力（板材负偏差C1可忽略，材料在225℃时的应力，常温时屈服极限）

计算壁厚

取

校核最小壁厚

可见刚度足够

显然

水压试验合格