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1、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;断面收缩 率或；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,（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
2、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
3、定元件最 小（ ）的压力。 答案: 温度; 壁厚,（10）按刚度条件设计不锈钢容器的最小壁厚不小于 （ ）mm。 答案: 3 mm （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。
4、 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 ; 280,（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D i =1000、工作压力为 P w= 3.0Kgf/cm2 的容 器
5、，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: 具有一定的强度; 具有足够的刚度; 具有充分的 稳定性; 具有一定的耐久性; 具有良好的密封性 （2）边缘应力和薄膜应力有何不同？ 答: 薄膜应力具有整体性,边缘应力具有局部性,薄膜应力无自限性,边缘应力具有自限性 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
6、,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 p T 10%，且不超过0.05 MPa,保压5分钟，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p T，保压30分钟，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）
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。,（7）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。 （8）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。 （9）补强圈上规格为M 10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。 （10
8、）说明下列金属材料牌号的意义 Q235-B 、 15MnVR 、 65 、 00Cr18Ni11Ti 、 KT 350-5,答: Q235-B-表示屈服极限为235MPa、质量等级为B级的 甲类三号镇静纲 15MnVR-表示含碳量为万分之十五、含M n 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 KT 350-5-表示抗弯强度为350MPa、延伸率为5 % 的 可锻铸铁 （11）阐述容器法兰的设计步骤 答: 由与
9、法兰配套的筒体或封头的PN、DN 确定法兰的 PN、DN 根据法兰的PN、DN法兰的类型,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 （12）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: 调正和控制碳钢的化学成份 改变碳钢的组织结构 （如热处理和化学处理） 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,L,的长径比 、液体介质的操作压力p W =0. 52MPa， 试确定该反应器的DN、PN。 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
10、筒,则: 圆整 , 反应器DN=1200mm (2)反应器PN的确定 根据p W =0. 52MPa由公称压力标准可知：反应器的PN为 0. 6MPa。,（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。 解: A、B、C三点的 分别为,A,B,C,r,D,2,S,p,A点: ; B点: ; C点: A、B、C三点的薄膜应力为: A点: B点: C点:,（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
11、膜应力及最 大薄膜应力。 解: A点的 分别为 A点压力P x 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P x 可由相似比进行确定，即：,A,y,P O,H,A点的薄膜应力为： 最大薄膜应力。 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 计要求单如下：,设备名称20m3 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牌号的意义。 解: 16MnR含碳量为万分之16、含锰量低于1.5%普通低合金容器钢。 Q235-A屈服极限为235MPa，质量等级为A级的甲类三号镇静钢。 （2）若罐体
12、的长径比为L/D i = 3.5，试确定罐体的DN、 PN 解: 1罐体DN 的确定 由 得：,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=0.025 ， 可以忽略 ， ， 100 ， 1.0（100%无损探伤），C10.25mm，C21mm 2筒体壁厚的设计 设筒体的壁厚 ， 由公式 得：,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
13、厚不低于多少为合格。 解: 1设计参数的确定,100 ， （双面对接焊, 100%无损探伤），C10.25mm，C21mm 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12 mm 3直边的高度及最小壁厚,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,（6）若按刚度条件设计圆筒壁厚，其最小壁厚为多少。 解： D i =2000mm3800mm , （7）罐体做水压试验时，试确定水的温度及压力表的量程。 解：罐体做水压试验时，水的温度5
14、试验压力 压力表的量程 或 , 即:,（8）对罐体进行液压试验强度校核。 解：由 得： 205.8 0.9 =0.93451=310.5（ ） 液压强度足够 （9）确定液氨排液口管法兰的DN、PN；选择管法兰密封面的形式及垫片的材质。 解：由设备设计要求单可知:液氨排液口管法兰的DN=32 、管法兰的PN=1.6MPa。,管法兰密封面的形式为：凹凸型 垫片的材质为：中压石棉橡胶板 （10）在筒体上开人孔时，确定人孔的DN；若在人孔处采用补强圈补强，试确定补强圈的外径。 解：容器直径D i =2000mm 时，选用DN=500mm 若采用补强圈补强，补强圈的外径Do = 840mm （11）确定
15、设计鞍式支座的基本参数 解：鞍式支座的基本参数有两个： 容器的公称直径DN = 2000mm 每个支座承受的载荷Q=mg/2（m-设备的金属质量+液氨的质量） （12）确定进液口接管的伸出长度。 解：液氨贮罐外无保温层，由DN = 50 mm查表可知：,接管的伸出长度L=150mm (2)某化工厂需要设计一台气固两相流化床反应器，厂方提供的设备设计条件单如下： 设备名称：体积为2.5m3的气固流化床反应器,根据上述设计条件单，按下列程序对反应器的有关内容进行设计和计算 : （1）解释壳体材料0Cr18Ni10Ti 支座材料20R 牌号的意义 解： 0Cr18Ni10Ti表示:含碳量为0.5 、含铬量为18% 、 含镍量为10% 、含钛量低于1.5 %的不锈钢 20R
