机械设计与机械制造专业55道压力容器、压力管道设计考试题（问答题、分析题）1、 什么叫设计压力？什么叫计算压力？如何确定？答：设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作 为载荷条件，其值不低于工作压力确定设计压力时，应考虑：容器上装有超压泄放装置时，应按附录B（标准的附录）的规定确定设计 压力对于盛装液化气体的容器，在规定的充装系数范围内，设计压力应根据 工作条件下可能达到的最高金属温度确定确定外压容器的设计压力时，应考虑到在正常工作情况下可能出现的最 大内外压力差确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按承受外压考虑当装有安全控 制装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两 者的低值；当无安全控制装置时，取0.1MPa由两室或两个以上压力室组成的容器，如夹套容器，确定设计压力时， 应考虑各室之间的最大压力差计算压力指在相应的设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括 液柱静压力当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计2、 固定式液化气体容器设计时，如何确定设计压力？答：盛装临界温度大于等于50°C的液化气体的压力容器，如设计有可 靠保冷设施，其设计压力应为所盛装液化气体在可能达到的最高工作温度下 的饱和蒸汽压力；如无保冷设施，其设计压力不得低于该液化气体在50C时 的饱和蒸汽压力。
盛装临界温度小于50°C的液化气体压力容器，如设计有可靠的保冷设 施，并且能确保低温储存的，其设计压力不得低于试验实测的最高温度下的 饱和蒸汽压力；没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其设计压力不得 低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为50C时的气体压力3、压力容器的常规设计法与分析设计法有何主要区别？答：目前压力容器的主要设计方法有常规设计法与分析设计法两种常规设计法：是以弹性失效为准则，以薄膜应力为基础，来计算元件的厚度限定最 大应力不超过一定的许用值（通常为1倍许用应力）对容器中存在的较大的边缘应力等局部应力以增强系数等型式加以体 现，并对计及局部应力后的最大应力取与薄膜应力相同的强度许用值GB150中的内压圆筒、球壳的厚度即是针对元件中的薄膜应力（一次总体 薄膜应力），并控制在1倍许用应力水平进行计算的而对椭圆封头、碟形封头的厚度则是计及封头与圆筒边缘效应的局部应 力，并将其与薄膜应力叠加后的最大应力控制在1倍许用应力进行计算的 常规设计法方法简明，但不致合理，结果偏保守分析设计法以塑性失效及弹塑性失效准则为基础，计及容器中的各种应 力（如总体薄膜应力、边缘应力、峰值应力）进行准确计算，并对应力加以分 类，按照不同应力引起的不同破坏形式，分别予以不同的强度限制条件，以 此对元件的厚度计算。
按该法设计的容器更趋科学合理，安全可靠，可体现 一定的经济效益JB4732标准中对各种元件的厚度计算是建立在应力分析基础上并采用第 三强度理论，其中内压圆筒、球壳的计算公式型式上虽与GB150的相应公式 相同，但其计算意义是完全不同的分析设计由于区别了各种性质的应力和作用，充分发挥了材料的承载潜 力，因此对材料和制造、检验提出了较高的技术要求4、不锈钢复合钢板在设计中如需计入复层材料的强度时，设计温度下 的许用应力如何计算？答：对于复层与基层结合率达到JB4732-96的B2级以上的复合钢板， 设计计算中需计入复层材料的强度时，设计温度下的许用应力按下式 规定：MPa0卜[Rd + [叽占2占1 +玄式中：S1为基层钢板的名义厚度，mm；S2为复层材料的厚度，不计入腐蚀裕量，mm；[]1为设计温度下基层钢板的许用应力，MPa；[]2为设计温度下复层材料的许用应力，MP a；5、 对容器直径不超过800 mm，不能检测的单焊，如何处理？答：对容器直径不超800 mm的圆筒与封头的最后一道环向封闭焊缝， 当采用不带垫板的单面焊对接接头，且无法进行射线或超声检测时，允许不 进行检测，但需采用气体保护焊打底。
6、 钢制压力容器液压试验的压力如何确定？答：⑴、内压容器液压试验压力P按下式确定：TP=1.25X[o]/[ o]t ；T式中：P 设计压力，MPa； 二试验温度下的材料许用应力，MPa；[o]t 设计温度下的材料许用应力，MPa；⑵、外压容器和真空容器按内压容器进行液压试验，试验压力P按下式T确定:PT=l.25XP（MPa）；式中P 设计压力，MPa；⑶、夹套容器应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力① 、内筒：内筒的试验压力按上述1与2款确定；② 、夹套：夹套内的试验压力按上述1款确定，但必须校核内筒在试验外压力作用 下的稳定性如不能满足稳定要求，则应规定在作夹套的液压试验时，必须同时在内 筒内保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时 间内，夹套和内筒的压力差不超过设计压差7、 液压试验时，对试验液体有什么要求？答：试验液体一般采用用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其它 液体试验时液体的温度应低于其闪点或沸点奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍去除干净当无法达 到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L试验温度：碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于 5°C；其它低合金钢制容器，液压试验时液体温度不得低于15°C。
如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验 液体温度其它钢种制容器液压试验温度按图样规定8、 何种情况下方可进行气压试验？如何进行？答：⑴、容器容积过大，无法承受水的重量；⑵、结构复杂，水压试验不足以充分检验各个部位的试压要求；⑶、由于设计结构的原因，用水不适合的（如不允许容器内残留试验液体)；⑷、其它难以克服的困难，诸如大型容器供水困难者气压试验应有安全措施、该安全措施需经试验单位技术总负责人批准， 并经本单位安全部门检查监督试验所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其它惰性气体碳素钢和 低合金钢容器，气压试验时介质温度不得低于15°C ；其它钢种制容器气压试 验温度按图样规定试验时压力应缓慢上升，至规定试验压力的10%,保压5~10分钟，然后 对所有焊缝和连接部位进行初次泄漏检查，如有泄漏，修补后重新试验初次泄漏检查合格后，再继续缓慢升压至规定试验压力的50%，其后按 每级为规定试验压力的10%的级差逐级增至规定的试验压力保压30分钟后将压力降至规定试验压力的87%，并保持足够长的时间后 再次进行泄漏检查如有泄漏，修补后再按上述规定重新试验检查无漏气、无可见异常变形即为合格。
不得采用连续加压来维持试验 压力不变气压试验过程中严禁带压紧固螺栓9、种情况下要做气压试验？如何进行？答：⑴、介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力 容器，必须进行气密性试验⑵、气密性试验应在液压试验合格后进行对设计图样要求作气压试验 的压力容器，是否需再做气密性试验，应在设计图样上规定⑶、碳素钢和低合金钢制压力容器，其试验用气体的温度应不低于 5C，其它材料制压力容器按设计图样规定⑷、压力容器进行气密性试验，安全附件应安装齐全5)、气密性试验所用气体，应为干燥、洁净的空气、氮气或其它惰性气 体⑹、气密性试验压力应在图样上注明试验压力应缓慢上升，达到规定 压力后保压30分钟，对所有焊缝及连接部位进行泄漏检查，小型容器也可 浸入水中检查，如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验，经检查 无泄漏为合格10、器和厚壁容器如何划分？其强度设计的理论基础是什么？有何区 别？答：容器的外径(D)与其内径(D)之比；K=(D)、 (D)/W1.2时，称为0 i 0 i薄壁容器当K〉1.2时，为厚壁容器薄壁容器强度设计的理论基础是旋转薄壳的无力矩理论，采用了直法线 假定；由此计算的应力都是沿壁厚均匀分布的薄膜应力，且忽略了垂直于容 器壁面的径向应力，是一种近似计算方法，但可控制在工程允许的误差范围 内。
厚壁容器强度设计的理论基础是由弹性力学应力分析导出的拉美公式 由此计算的应力为三向应力其中周向应力和径向应力沿壁厚为非线性分布，承受内压时，内壁应力 的绝对值最大，外壁最小但它们的轴向应力还是沿壁厚均匀分布的拉美公式展示的厚壁筒中的 应力较好地与实际情况相符合，反映了应力的客观分布规律它既适用于厚 壁容器，也适用薄壁容器内压作用下的容器，由薄膜理论计算的周向应力较由拉美公式算出的壁 周向应力为低，其误差随K值增大而增加当K=1.5时，以内径为基础按薄膜理论计算的周向应力较拉美公式计算 的内壁周向应力低23%当以中径为基础时，按薄膜理论计算的周向应力则只比按拉美公式计算 的内壁周向应力低3.8%对于一般压力容器此误差是在允许的范围内为此GB150中将内压圆筒 的计算公式采用了以中径为基础的薄膜理论公式其适用条件即为KW1.5 此条件等同于P W0.4[o] t①C11、 试比较安全阀与爆破片各自的优缺点？答：(1)、安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压阀门，它依靠介质自身的 压力排出一定数量的流体，以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值 当容器内的压力恢复正常后，阀门自行关闭，阻止介质继续排出。
爆破片装置是一种非重闭式泄压装置，由进口静压使爆破片受压爆破而 泄放介质，以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值压力恢复正常后 必须重新装上新的爆破片⑵、容器的设计压力是按不同的超压泄放装置分别确定的当采用安全 阀时，容器的设计压力是操作压力的1.1倍左右；对爆破片装置，容器的设 计压力是操作压力的1.1~1.7倍同样的操作压力下，采用安全阀的压力容 器的设计压力较低，壁厚较薄12、 在什么情况下必须采用爆破片装置？答：凡符合下列情况之一者，必须采用爆破片装置：⑴、容器内的介质会导致安全阀失灵者；⑵、正常操作时不允许有物料泄漏的容器；⑶、容器内的压力增长过快，以致安全阀不能适应者；⑷、安全阀不能适用的其他情况13、 低温压力容器的结构设计应考虑问题？答：鉴于钢材随着使用温度的降低，会由延性状态向脆性状态转变，降 低了抗冲击性能；当有难以避免的缺陷时，在低于脆性转变温度下受力，会 导致脆断；所以，低温容器除了对所用钢材提出较严格的抗冲击性能要求 外，对容器的结构作出防止脆断的措施，需考虑如下问题；⑴、结构应尽是简单，减少约束；⑵、避免产生过大的温度梯度；⑶、应尽是避免结构形状的突然变化，以减小局部高应力；接管端部应 打磨成圆角，呈圆滑过渡；⑷、⑸、14、答:⑴、不应使用不连续的或点焊连接焊接；容器的支座或支腿需放置垫板，不得直接焊在壳体上。
边缘应力有何特点？自限性边缘应力是由于为满足相邻元件的变形协调而产生，当其应力达到材料 的屈服点时，由于材料产生塑性流动，使变形协调得到满足一旦变形得到 满足，贝闲料的塑性流动也就自动中止为此其应力和变形能自动得到限 制2)、局部性一般边缘应力中以径向弯曲应力为主，但其作用范围不大，随着离开边 缘迅速下降对圆筒来说，在距边缘2.5 JRK处(其中：R 圆筒半径，§- —圆筒厚度)，边缘弯曲应力即已降至最大应力值的5%15、 椭圆形封头、碟形封头为何均带直边段？答：是为避免封头与圆筒的连接环焊缝与边缘应力作用区相重合环焊 缝中不仅可能存在焊接缺陷，而且不可避免存在焊接残余应力，如再与边缘 应力相重合，则对受。