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1、 第五部分 计算题5.1 内压圆筒的设计设计条件：设计压力 P=2.0MPa ,设计温度t=330 ，筒体内径 D=800，腐蚀裕量 C=1.5 筒体材料 16MnR(GB6654-1996)，焊接接头系数 =1.0解 查 GB150-1998 中表(4-1)，取16MnR在设计温度下的许用应力为计算压力Pc=P+液柱静压力=2.0MPa (液柱静压力5%的设计压力不考虑筒体计算厚度按式(5-1)计算： =5.84设计厚度 +按GB6654-1996钢板负偏差0.25，按GB150 3.5.5.1 取C=0取名义厚度 检查： ，与原假设一致，故取名义厚度 合适。5.2 内压球壳的设计设计条件：
2、设计压力：P=0.86MPa，设计温度： =70 ，球壳内径 盛装介质：气体 腐蚀裕量 球壳材料 20R (GB6654-1996)焊接接头系数：=1.0解查GB150-1998中表(4-1)，取材料的许用应力为 壳体计算厚度按式(5-5)计算： =设计厚度 按GB6654-1996钢板负偏差，按GB150 3.5.5.1 取考虑常用规格取名义厚度 检查：查GB150-1998表4-1，根据设计温度下的许用应力重新计算厚度： 设计厚度 取名义厚度 再检查许用应力没有变化，故球壳最终厚度为22。5.3 复合钢板的内压圆筒设计某储罐设计压力P=， 设计温度 ，工作介质具有强腐蚀性，但对奥氏体不锈钢
3、基本无腐蚀。储罐内径 ，焊接接头系数 =1.0请选用罐体材料并设计罐体壁厚解 由于介质具腐蚀特性，筒体材料可选用不锈钢板或不锈复合钢板。以下对两种方案分别进行计算。 罐体选用0CY18Ni10Ti不锈钢板，查GB150-1998表4-1取计算厚度按式(5-1)计算 设计厚度 按GB709，取钢板负偏差： 取名义厚度 检查：许用应力没有变化，取不锈钢板厚度为28。 罐体选用不锈复合钢板 不锈复合钢板基层为16MnR，复层为0CY18Ni10Ti，复层厚度为3。查GB150-1998取复层许用应力 基层许用应力 (设基层厚度为22)。复合板许用应力按式 (3-2)计算： 复合板计算厚度按式(5-1
4、)计算： 查GB8165，复合板总厚1625时，总厚度的负偏差率为7%。应取名义厚度 取 所取名义厚度与原假设一致，故取25满足要求。5.4 计算液柱静压力的内压圆筒设计 某立罐盛装比重为1.16的液体。罐体材料为20R。罐内液面高度3200，罐体内径 设计压力 P=， 设计温度 t=60 ，焊接接头系数 =1.0 试设计罐体壁厚。解罐体底部液柱压力：P液=1.1632009.8=0.036由于罐体底部液柱压力大于设计压力的5%，因此，计算压力 查GB150-1998表4-1取材料许用应力 。计算厚度按式(5-1)计算： 按GB150 3.5.6.a 不包括腐蚀裕量的圆筒最小厚度不小于3，最小
5、厚度与腐蚀裕量之和 ，大于计算所得的名义厚度。因此最终名义厚度为5 。5.5 的外压圆筒的设计裂解气套管式换热器，内管规程 10814(高精度管)，材料为15，外管规格19422，材料20G，套管总长度8000，如图。 内管设计温度445，外管设计温度300，管间最大工作压力 ， 内管腐蚀裕量 ，试校核内管在外压作用下的稳定。解 管间外压操作工况 a 因为内管 用与6.2.1.1 条相同的步骤求取B值： 查图 6-2 得A=0.015 b 查图6-5 ，以445内插法得B=105c 按式6-4 计算，取其小值作为许用外压： 式中 取以下两值中的较小值 查表4-3， 查表 ，故 即内管在操作外压
6、作用下的稳定是满足设计要求的。 管间试压验压力 液压试验压力 根据外管材料为20G， 查表4-3 液压试验压力按式3-3确定： 内管在管间试压工况稳定校核 .根据前述计算：A=0.015. 查图6-5，以试压温度20计(按30线)得 B=185MPa. 按式 6-4计算，取其小值作为许用外压： 式中 取以下两值中的较小值 查表4-3， ， 故可见内管在管间液压试验下，其稳定性满足要求。5.6 设置加强圈的外压圆筒设计 某减压塔，塔体内径2000，设计压力P=0.07MPa ，塔体圆筒总高8000，两端为标准椭圆形封头(如图所示)。塔体设计温度370，材料20R，腐蚀裕度3，焊接接头系数：=1.
7、0 试计算塔体厚度，并确定当设置3个加强圈时，塔体的厚度及加强圈尺寸？解 无加强圈时的塔体厚度 假设圆筒厚度 则式中：按GB6654-1996钢板负偏差0.25，按GB150 3.5.5.1 取C1=0 塔体圆筒在外压作用下所需厚度按 6.2.1.1 步骤计算： 查图 6-2得： A=0.00019 查图6-4，因A值落在307温度线左方，按式6-2计算式中 E=1.6910 满足稳定设计要求： 设置加强圈时的塔体厚度 设置3个加强圈，将塔体总长分为四段，每段长度LS：设塔体厚度 式中按GB6654-1996钢板负偏差0.25，取C1=0 查图 6-2 得：A=0.00027 查图 6-4 得
8、：B=31 故按式(6-1)计算P满足外压稳定设计要求。 加强圈尺寸 加强圈尺寸按6.3.1步骤确定： 假设加强圈由8020的扁钢制作，大气腐蚀裕量取C2=1。查GB709，C1=0.8则加强圈有效厚度 be=b-2C2-C1=20-21-0.8=17.2 加强圈截面有效高度：he=h-C1=80-1=79加强圈有效截面积：As=hebe=7917.2=1358.8加强圈惯性矩： 形心轴矩： 按式(6-8)计算B： 按式(6-9)计算A式中： E=1.6910 加强圈与圆筒组合段所需惯性矩按式(6-10)计算： 加强圈与圆筒组合段的组合惯性矩：组合截面的形心轴矩：按下式计算：式中：为圆筒起加强
9、作用部分(组合段)的面积。组合截面的惯性矩：式中：为圆筒起加强作用部分的惯性矩。IsI加强圈满足设计要求。5.7 受内压(凹面受压)的椭圆形封头设计 设计条件 设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=200 ，封头内径 腐蚀裕量 封头材料 16MnR 式设计一标准椭圆形封头。解 查表4-1按=6n16，焊接接头系数 =1.0 标准椭圆形封头的计算厚度按7-1计算 封头设计厚度 按GB6654-1998钢板负偏差0.25按GB150 3.5.5.1 取C1=0 封头名义厚度取6 封头有效厚度 封头最小厚度 满足要求 。5.8 受外压(凸面受压)的椭圆形封头设计 设计条件 设计压力 P=1.0
10、MPa ，设计温度 t=100 ，封头内径 腐蚀裕量 封头材料 20R试设计一标准椭圆形封头。解 设定Ri/e假定封头名义厚度=10，按GB6479-1996钢板负偏差0.25按GB150 3.5.5.1 取C1=0封头有效厚度 查表7-2 K1=0.9 封头的当量球壳外半径R0=K1D=0.91020=918 则 Ri/e=918/9=102 按式(6-5)计算系数A： 计算P 查图6-3得B=122 MPa ，按式(6-6)计算P值 确认封头厚度 因P=0.196MPaP=1MPa 故椭圆形封头名义厚度=10 满足设计要求。5.9 无折边锥形封头设计设计条件设计压力 P=1MPa ，设计温
11、度 t=40 ，锥壳半顶角=30 腐蚀裕量 锥形材料 20R其它尺寸见图试设计一无折边锥形封头解 锥壳计算厚度 查表4-1 按n=616，取焊接接头系数：=0.85确定 锥壳计算厚度按式(7-7)计算 锥壳大端计算厚度查图7-11 得大端需加强查图7-12 Q=1.17锥壳大端计算厚度按式(7-8)计算 锥壳小端计算厚度查图7-13 得小端需加强查图7-14 Q=2.23锥壳小端计算厚度按式(7-9)计算 锥形封头厚度锥形封头计算厚度取上述三者之大值 =4.2锥形封头设计厚度 按GB6654-4996钢板负偏差0.25 按GB150 3.5.5.1 取C1=0锥形封名义厚取6。5.10折边锥形
12、封头设计设计条件设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=200 ，锥壳半顶角=30 腐蚀裕量 锥形材料 16MnR其它尺寸见图所示试设计一折边锥形封头解 折边锥形封头大端计算厚度： 查表4-1 按n=616，取焊接接头系数：=0.85查表7-4 K=0.754查表7-5 f=0.5619过渡段计算厚度按式(7-10)计算：与过渡段相接处的锥壳计算厚度按式(7-11)计算： 折边锥形封头小端计算厚度：查图7-14 Q=2.18 小端过渡段计算厚度按式(7-9)计算： 折边锥形封头锥壳计算厚度锥壳计算厚度按式(7-7)计算： 封头厚度 封头计算厚度取上述三者之大值：=5.01封头设计厚度 钢板负偏差0.25 按GB150 3.5.5.1 取C1=0锥形封名义厚取8。5.11 圆形平盖的设计设计条件设计压力 P=1.6MPa ，设计温度 t=100 ， 腐蚀裕量 封头材料 16Mn试设计一平盖解查表4-5 查表7-7
