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化工设备练习题

《化工设备机械基础》练习题

一、判断题

1、在所有封头中,平板封头的承压能力最差,球形封头的承压能力最好。()

2、弹性模量和泊讼比是材料重要的力学性能,二者均不随着温度的变化而变化。()

3、内压薄壁圆筒的薄膜应力与壁厚成反比,当容器材质和内部介质压力一定时,厚度大的容器壁内应力总小于壁厚小的容器。()

4、根据弹性失效理论,容器器壁内某一处的最大应力达到材料设计温度下的屈服极限时,容器即宣告失效。()

5、安全系数是一个不断发展变化的数据,随着科学技术的发展,其值将逐渐减小。()

6、从承压角度考虑,半球型封头最理想,并且用料最省,在对封头选择时应优先考虑。()

7、按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力,薄膜应力沿壁厚均匀分布。()

8、金属垫圈的材料一般并不要求强度高,而是要求其软韧。()

9、无缝钢管用做容器的筒身时,其公称直径指的是外径。()

10、梁上如果只有集中力偶作用,则截面上的内力只有弯矩没有剪力。()

11.由钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是它们的内径。()

12、在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔,应使椭圆孔的长轴与筒体轴线平行。()

13、法兰密封中,法兰的强度和刚度具有同等重要的意义。()

14、法兰联接中,预紧密封比压越大,则工作时可有较大的工作密封比压,有利于保证密封。()

15、外压长圆筒在长径比一定的情况下,设置的加强圈数量越多,其临界压力越高。()

16、材料的弹性模量和泊讼比一般随着温度的变化而变化。()

二、填空题

1、组成机器、设备的构件在外力作用下若能够安全可靠地进行工作,则需要满足的力学条件是:、和。

2、法兰联接结构一般是由、、三部分组成。在制定法兰标准尺寸系列时,是以材料,在℃时的机械性能为基础的。

3、外压圆筒加工制造时,要求其椭圆度e≤,设计外压圆筒时现行的稳定安全系数m= ,外压圆筒中设加强圈的目的是将圆筒转化为圆筒,在设计计算时外压容器的焊缝系数Ф= 。

4、边缘应力又叫,其产生的原因是,它具有

和两个性质。

5、在椭圆形封头和碟形封头上开孔时,应尽量开在封头的部位附近,并且要求孔边与封头边缘之间的投影距离不小于封头内径的。

6、常温工作的压力容器在投入生产之前进行压力试验的目的是,根据试验中所采用介质的不同可分为和。

椭圆形封头的长短轴之比a/b依次为、、时,其赤道圆上的环向应力分别为σθ>0,σθ=0,σθ<0。

7、有一容器,其最高工作压力1.6MPa, 工作温度t≤150℃且装有安全阀,则该容器的设计压力P d= MPa;水压试验压力P T= MPa。

8、常用的压力容器开孔补强设计的原则是,通常采用的补强结构有、、。

9、容器设计参数中,设计温度尽管不直接反映在强度计算公式中,但它是.和一个不可缺少的参数。

三、解释名词

1、薄壁容器

2、疲劳强度

3、泊松比

4、无力矩理论(薄膜理论)

5、第二曲率半径

6、轴向失稳

7、边缘应力

8、弹性压缩失稳

9、塑性失效补强原则10、临界长度

11、计算长度12、名义厚度 13、第一曲率半径14、名义屈服极限15、垫片密封比压力

16、蠕变17、低碳素钢18、第三强度理论19、第四强度理论20、切应力互等定理

四、试分析拉伸试验时低碳素钢试件出现滑移线的原因。

五、简述提高梁的弯曲强度和刚度的措施。

六、计算题

1、如图所示,直径为50mm 的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。(1)列出剪力方程和弯

距方程,(2)画出剪力图和弯矩图,(3)求危险横截面上最大正应力 (附图在后)答案

()??

?≤≤-≤≤=m

x m x m

x m kN x Q 15.0225.00.1 MPa 224m ax =σ

()?

??≤≤--≤≤-=m x m x x m

x x x M 15.0125.0075.22

2、悬臂吊车如图所示。横梁用20a 工字钢制成。其抗弯刚度 W z = 237cm 3,横截面面积 A =35.5cm 2,总荷载F = 34kN ,横梁材料的许用应力为[σ]=125MPa 。校核横梁AB 的强度。

(附图在后)

答案

3、设计一台圆筒形受压容器,內径di=1400mm ,长度为3000mm 两端为标准椭圆形封头,容器材质为16MnR ,取C 2=2 mm ,工作温度t=280℃,设计压力P=1.76Mpa 。试对筒体和封头进行设计。(取Φ=0.85, 〔σ〕t =148.8Mpa ,σS =345MPa ,〔σ〕=170Mpa ) 答案 mm n 14=δ液压强度满足

4、确定一外压圆筒的壁厚。已知:设计压力 , , 设计温度 ,取壁厚附加量 ,材料16MnR 。取 。 (附图在后) 答案 12mm

5、一蒸汽锅炉承受最大压强为p , 圆筒部分的内径为D ,厚度为 t , 且 t 远小于D . 试用第四强度理论校核圆筒部分内壁的强度. 已知 p=3.6MPa ,t=10mm ,D=1m ,[σ]=160MPa. 答案

MPa p 2.0=mm D i 1800=C t

250=122C C C mm

=+=0.2c p p MPa ==]

[MPa 1554r σ<=σ]

[MPa 37.94m ax σσ<=c

化工设备练习题

(第1题图)

化工设备练习题

(第4题图)

6、一个低合金钢内压反应釜,内径mm D i 1000=,工作压力MPa 0.2(装有安全阀),工作温度C 0300,釜体采用单面手工电弧焊(有垫板)

,全部无损探伤,内部介质有轻微腐蚀性,(1)试设计反应釜筒体壁厚,并校核水压试验强度。(2)设计封头壁厚。([]MPa t

144=σ []MPa 170=σ MPa s 345=σ,()

s e

e i T T D p ?σδδσ9.02≤+=)

7.低碳钢外压圆筒,外径mm D 10400=,测量壁厚为mm 20,内部介质无腐蚀性,钢板负偏差

mm C 8.01=,筒体长mm 5000,两侧为椭圆封头,凸面高度mm 300,求该筒体的许用外压。(弹

性模量为MPa 5

102?)(6分)

8.已知

GPa E 200=,梁的直径为50mm ,m kN M .2=,m a 2.0=,m L 3.0=,求危险横截面上最大正应力,并求悬

化工设备练习题

臂梁的挠曲线方程和自由端的挠度和转角。(12分)

C

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化工设备练习题

第5题

化工设备练习题

9、设计常压蒸发干燥器。干燥器内径为500mm ,筒身长为3000mm 。其外装夹套的内径为600mm ,夹套内通以0.6MPa 的蒸汽,蒸汽温度为160℃。材质均选用Q235-C.设计筒身及夹套的壁厚。

课件

10、一起重量原为50kN 的单梁吊车,其跨度为10.5m ,由45a 号工字钢制成。为发挥其潜力,现将其起重量提高到Q=70kN,试校核梁的强度。若强度不够,再计算其可能承载的起重量。已知梁的材料许用应力为140MPa,电葫芦重G=15kN,梁自重不计。 课件

11、一T 形截面外伸梁受力如图所示,已知横截面上yc=48mm ,IZ=8.293×10-6m4许用拉应力[σt]为30MPa,许用压应力[σc]为60MPa ,试校核此梁的正应力强度。

a

b

12、如图所示的简支梁在 C 点处受矩为m 的集中力偶作用,试作此梁的的剪力图和弯矩图,求出Q max 和M max 。(附图在后) Q max =m/l M max =mb/l

13、有一库存很久的氧气瓶,其材质为16MnR,圆筒体外径为D o =219mm,系无缝钢管收口而成,实测其最小壁厚为6.5mm,已知材料的σb =540 MP a,σs =260 MP a,设计温度为常温。今欲充15MP a 的压力使用,问强度是否够?如果强度不够,该氧气瓶的最大允许工作压力是多少?(n b =3.0,

化工设备练习题

化工设备练习题

R m

C

N B

n s =1.6 取C 2=1mm )

解:(1)确定参数……………………………………………………………..5分

P =15MPa Do =219mm Sn =6.5mm

[]σ =b b n σ=3540

=180MPa

[]σ =s s n σ=6.1260

=162.5MPa

取许用应力为[]σ=162.5MPa

φ=1(无缝钢管) ,取腐蚀裕量 C 2=1mm

C= C 1 +C 2=0+1=1(mm)(因为已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差C 1)

Se =Sn-C=6.5-1=5.5mm

(2)强度校核……………………………………………………………..5分

t σ=e e o C S S D P 2)

(-≤[]σφ

t σ= 5.52)5.5219(15?-?=291.1MPa

可见t

σ=291.1Mpa >[]σφ=162.5Mpa,所以该氧气瓶用于15Mpa 的压力下强度不够,不安全,须

改变用途降压使用。

(3)确定最高允许工作压力……………………………………………5分

=][w p e o e t S D S -φσ][2=5.52195

.515.1622-???=8.37MPa

该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa

t σ=291.1Mpa >[]σφ=162.5Mpa,所以该氧气瓶用于15Mpa 的压力下强度不够, 该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa

化工设备练习题

14、如图所示,直径为40mm 的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。(1)列出剪力方程和弯距方程,(2)画出剪力图和弯矩图,(3)求危险横截面上最大正应力(附图在后)

15、有一台液氮罐,直径为Di=800mm,整个罐体计算长度L=1500mm,有效厚度бe=2mm,材质为0Cr18Ni10Ti,由于其密闭性能要求较高,故须进行真空试漏,试验条件为绝对压力10-3mmHg,问不设置加强圈能否被抽瘪?如果需要加强圈,则需要几个?壁厚附加量C=2mm,Et=1.95×105MPa (附图在后)不设置加强圈会被抽瘪至少需设三个加强圈

16、某厂库存一台内径为1000mm、长为26000mm的圆筒形容器,实测该容器的筒体厚度为10mm,两端为标准椭圆形封头,焊缝采用双面对接焊,材料为0Cr18Ni10Ti。由于该设备出厂说明书不全,试问该容器是否可作为计算压力为2MPa、温度为250℃、介质无腐蚀的分离器?课件

课本上的例题及课后题:

例题2-6 例题2-7 课后题2-7 例题3-4 例题4-6 例题4-9

课后题4-1(b)(g)(h)(m),4-8 例题5-2 例题5-5

例题8-1 例题8-2 课后题8-6 例题9-1 例题9-2 例题9-3 例题10-1

例题11-1 例题11-2

指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量

A组

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化工设备练习题

B组:

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