2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B 卷）答案
一、力学部分计算题：（共50分）
1、（10分）
2sin 302306030
51.99tg300.577BC AB G
S G KN
G S KN =
==?====o
o
（5分）
安全 （5分）
2、（15分）
解：0y F ∑= （5分）
0M ∑= （5分）
最大弯矩发生在梁的中点，其值为2
max 8
ql M =
（3分） （3分）
max 159120MPa MPa σ=f 不满足要求 （2分）
1
()02
ql qx Q x --=1()2
Q x ql qx =-1()()2
M x qx l x =-211
()022
qx qlx M x -+=0x l
p p ()0x l ≤≤232
max max 331112102881590.043232
Z ql M MPa
W D σππ???====?3
12
1
3
222
51.9910105.9[]120254
601084.88[]120304
AB BC S MPa MPa A S MPa MPa A σσπσσπ?===<=??===<=?
3、（15分）
解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩
（3分）
实心轴
（5分）
空心轴
（5分）
d 2＝=23 mm
确定实心轴与空心轴的重量之比
（2分）
4、（10分）
横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。
（2分）
（4分）
（4分）
（2分）
75
954995497162N m 100
x P M T n ==?
=?=?..max13
111640MPa πx x P M M W d τ=
==3
16
167162
0045m=45mm π4010
d ?=
=??..()
max234
221640MPa π1x x
P M W D τα===-()3
246
167162
0046m=46mm π1-4010
D α?=
=??..()
2231
132222245101 1.28461010.51A d A D α--???==? ??--??
＝maxN cos N P A bh
α
σ=
=12
6sin cos 148.7MPa []Pl P bh bh
αασ=
+= W A σ= +max 1max 26sin M Pl W bh α σ== 二、 是非题：在题后括号内，正确划“√”，错误划“×”（共10分，每 小题1分） 1. 《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危害程度分为三类， 其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因而在设计、制造和使用方面对其要求最高。 （√） 2. 容器法兰与管法兰的PN 、DN 相同时可以相互代用。 （×） 3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。 （√） 4. 内压容器的有效厚度δe 一般都大于计算厚度δ，因此容器最高允许工作压力[p w ] 总是大于设计压力p 。 （√） 5. 从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（√） 6. 决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。 （×） 7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是φmax σσ=K 。 （×） 8. 为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离A 应该≤0.2L 和（式中L 为筒体长度，D 0为筒体外径）。 （√） 9. 圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向 垂直于圆筒的轴线，且长短轴之比越大越好。 （×） 10. 卧式容器选用鞍座时，一般可选用两个鞍座，容器较长时也可选用多于两个，其中 应当有一个而且只能有一个F 型，其余应为S 型。（√） 三、 选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内（共10分，每小题1分） 1. 设计压力为的容器属于 。 （B ） A ．低压容器 B. 中压容器 C.高压容器 D. 超高压容器 2. 钢材的强度随温度的升高而 ，韧性和塑性随温度的降低而 。 （A ） A ．下降，升高 B ．下降，下降 C ．升高，下降 D ．升高，升高 3. 不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于 。 （B ） A ．百分之一 B. 千分之一 C. 万分之一 D. 万分之三 4. 对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的 。 （D ） A ．低温强度 B. 低温刚度 C. 低温硬度 D. 低温韧性 5. 直径为D ，过渡圆弧半径为r 的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上的第一、 第二曲率半径分别是： （A ） A. ρ1=r ，ρ2=D/2 B. ρ1=D/2，ρ2=r C. ρ1=∞，ρ2= D/2 D. ρ1=∞，ρ2=r 6. 从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种凸形封 头中， 的受力情况最好。 （C ） A ．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 7. 低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。 （ B ） A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段 B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段 C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段 D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段 8. 球壳上的开孔，开孔系数ρ ，δnt /δn ，应力集中系数K 越大。（B ） A ．越大，越大 B ．越大，越小 C ．越小，越小 D ．越小，越大 9. 无缝钢管的公称直径指的是管子的 。 （D ） A ．内径 B. 外径 C. 中径 D. 其他 10. 设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压力外， 还应考虑法兰的： （D ） A ．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 D. 工作温度 四、 简答题：（共10分，每小题5分） 1、双面焊100％无损探伤，φ=1。局部探伤φ=， 单面焊100％无损探伤，φ=。局部探伤φ= 2、为了保证构件在外力作用下安全工作，其必须满足哪三方面的要求 强度、刚度和稳定性 五、 计算题：（共20分，每小题10分） H p z 1、解：（1）根据微体平衡方程： 在截面1-1处：R 1＝∞，R 2＝D /2，δ=S ， p z = -( p +ρgz ) 则 ①（4分） 取分离体如右下图所示，建立区域平衡方程： 已知 则 ②（4分） （2）由式①、②可知容器筒体上的最大应力为周向应力，发生在容器的底部 （2分） 2、解：（1）设计筒体的壁厚 []mm 11.8340 .20.117022000 0.22c t i c =-???= -= p D p φσδ d 11.834 0.25113.084 mm δ=++= 经圆整，取筒体的名义厚度m m 14n =δ。（5分） （2）设计封头的壁厚 []mm 11.7990 .25.00.117022000 0.25.02c t i c =?-???= -= p D p φσδ 设计厚度为：d 11.799 0.25113.049 mm δ=++=经圆整，取封头的名义厚 度m m 14n =δ。（5分） ()S D gz p 2θρσ+=04ππz 2 φ=-- W p D DS σgz p p g z H D W ρρ+=-=z 2 ,)(4 π S D gH p 4)(φρσ+= ()()6 max θ 0.1107009.812222.75 MPa 220.005 z H p gH D S ρσσ=?+???+====? 《化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 力的合成与分解法则有和两种。 2. 作用在梁上的载荷一般可分为集中力、和；根据梁的约束及支 承情况可以分为简支梁、和三种。 3. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的性增加，含有杂质磷会造成性增加。 4. 两物体之间的机械作用称之为力。力的三要素是、和。 5. 材料破坏的主要形式有和。 6. 平面力偶系平衡的充要条件是。 7. 设计温度在压力容器的壁厚计算公式中尽管没有直接出现，但它是和确 定时不可缺少的参数。 8. 压力容器制造完成之后必须进行压力试验，按照压力试验的介质种类可以分为和 两种方法。 9. GB 150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的标准。 10. 在压力容器的四个壁厚中，图纸上所标注的厚度是厚度，用来承担外载荷强度 的厚度是厚度。 11. 法兰联接结构，一般是由、和三部分组成。 12. 为使薄壁回转壳体应力分析过程简化除假定壳体是的之外，还作 了、和。 13. 塔设备的裙座与筒体搭接结构焊缝受应力作用；对接结构焊缝承受应力作用。 14. 内压操作的塔设备其最大组合轴向拉应力出现在工况时设备侧。 二、判断题 1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。 2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 3. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封， 所以预紧密封比压越大越好。 4. 使梁变成凹形的弯矩为负弯矩，使梁变成凸形的弯矩为正弯矩。 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。 华东理工大学 第一届化工设备计算机辅助概念设计 比赛说明书 设计者： 高一聪（过程0１2) 杜鼎（机设015） 孙英策（机设011) ２0０3年1１月6日 目录 一.设计要求???? (3) 二.设计思路概述?? (3) 三.设计尺寸??? (4) 四.设计建模过程???………………４ 塔体???? (4) 裙座??? (4) 接管??? (6) 法兰??? (6) 人孔??? (6) 吊柱????………………７ 操作平台??? (7) 梯子??? (8) 五.椭圆形封头钣金展开???………………９ 六.心得体会????? (13) 七.参考书目???………………１4 一.设计要求 1塔设备三维造型 2设计平台、扶梯、并与塔组装。 ａ除了图中已注尺寸,其余部分形状大小由设计而定。 b塔筒体内零件忽略不作,只作塔设备外形。 c接管、人孔、支座等方位由设计而定。 d平台与扶手形状、大小自行设计。 e支座数量为4个。 f 支座与法兰大小应由有关系列标准而定。 3画出塔设备椭圆封头的展开图。展开方法合理，所用材料最省。 二．设计思路概述 塔设备是化工,炼油生产中最重要的设备之一。它主要分为板式塔和填料塔两大类。我们设计的塔设备就是以板式塔为模板的。我们通过查看实物图片,查阅相关塔设备资料和设计标准手册研究除了一套较合理的方案。我们的设计主要分为以下几部分: １、塔体：塔设备的外壳。它由等直径、等厚度的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头组成。 2、塔体支座：塔体安放在基础上的连接部分。它用以确定塔体的位置。本题中塔 设备采用的是最常用的支座形式——裙座。 3、除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。对于回收物料，减少污染非常重要。 4、接管：用以连接工艺管道,把塔设备与其他设备连成系统。安用途可分为进液 管、除液管、进气管、出气管等。 5、人孔：为安装、检修、检查的需要而设置的。 化工设备机械基础考试 试卷 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58- 《化工设备机械基础》试卷适用专业: 应用化工技术年级: 2010级考试方式：闭卷 班级：姓名：学号：考试时间： 120 分钟 一、选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内。（共8分，每小题1分） 1.设计压力为 2.5MPa的容器属于。（） A．低压容器 B. 中压容器 C.高压容器 D. 超高压容器 2.钢材的强度随温度的升高而，韧性和塑性随温度的降低而。 （） A．下降，升高 B．下降，下降 C．升高，下降 D．升高，升高3.不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于。（） A．百分之一 B. 千分之一 C. 万分之一 D. 万分之三 4.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的。（） A．低温强度 B. 低温刚度 C. 低温硬度 D. 低温脆性 5.从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种 凸形封头中，的受力情况最好。（） A．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 6.低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。（） A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段 B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段 C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段 D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段 7.无缝钢管的公称直径指的是管子的。（） A．内径 B. 外径 C. 中径 D. 其他 8.设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压 力外，还应考虑法兰的：（） A．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 D. 工作温度二、填空题。（每空1分，共20分） 1．过载时带会在轮上，可防止其他零件的损坏，起到过载安全保护作用。 2．齿轮传动的失效形式 有、、、 、。 3．材料的化学性能有、抗氧化性。 4．碳钢是含碳量小于 %的铁碳合金。 5．工程上，伸长率δ≥5%的材料称为材料，δ<5%的材料称为 材料。 6．45钢，表示平均含碳量为 %的优质碳素结构钢。 7．对碳素结构钢、低合钢制容器，规定壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度为 mm。 精品 机械设计基础课后习题解答参考 1-2题 ,7,5===h l P P n 107253=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-3题 1,11, 8===h l P P n 1111283=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-4题 0,11, 8===h l P P n 2011283=-?-?=F 机构有2个主动构件，所以机构有确定运动。 1-5题 1,8, 6===h l P P n 118263=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 2-1题 （a ）双曲柄机构； （b ）曲柄摇杆机构； （c ）双摇杆机构； （d ）双摇杆机构。 2-2题 0≠e 时，曲柄条件：e l l BC AB -<； 0=e 时， 曲柄条件：BC AB l l <。 2-4题 精品 极位夹角 ?=+-??=+-?=3636.161 2.11 2.118011180K K θ 精品 2-7题 极位夹角?=+-??=+-? =361 5.11 5.118011180K K θ 3-2题 精品 4-1题 m z m h z d a a )2()2(* +=+= 所以 25.2100 225 2== +=z d m a mm 主要几何尺寸计算（略）。 4-2题略 4-3题 分锥角 "43'25684287.6817 43arctan arctan 122?=?===z z δ "17'34215713.2190221?=?=-?=-∑=δδδ 分度圆 5117311=?==mz d mm ； 12943322=?==mz d mm 齿顶圆 580.565713.21cos 3251cos 2111=???+=+=δm d d a mm 206.1314287.68cos 32129cos 2222=???+=+=δm d d a mm 齿根圆 304 .445713.21cos 34.251cos 4.2111=???-=-=δm d d f mm 353.1264287.68cos 34.2129cos 4.2222=???-=-=δm d d f mm 锥距 358.6943172 32222 221=+?=+= z z m R mm 齿顶角 "44'4237122.3358.693 arctan arctan ?=?===R h a a θ 齿根角 " 7'2744519.4358 .696 .3arctan arctan ?=?===R h f f θ Yi b i n U n i v e r s i t y 设计说明书 题目用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 系别化学与化工学院 专业应用化工技术 学生姓名雷静 学号110706028 年级2011级6班2013 年 6 月13 日 化工11级6班 雷静 110706028 - - - 1 - 化工设备设计基础课程设计 设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 一、 设计任务及条件 (1) 使煤油从140℃冷却到40℃，压力1bar ； 处理量为21万吨/年 (2) 冷却剂为水，水压力为3bar 。 二、 设计内容 1. 主体设备和零部件材料选择； 2. 主体设备尺寸和零部件尺寸计算及选择规格； 3. 设备壁厚以及封头壁厚的计算和强度校核； 4. 各种接管以及零部件的设计选型； 5. 设备支座的设计选型； 6. 法兰的设计选型； 7. 设备开孔及开孔补强计算； 8. 设计图纸一张，包括设备总装配图，至少画三个重要构件的局部图；技术特性表，接管表和总图材料明细表。要求比例适当，字体规范，图纸整洁。 三、 设计成果 （1） 设计说明书一份； （2） A 1设计图纸包括：换热器的设备尺寸图及机械设计。 化工11级6班 雷静 110706028 - - - 2 - 目 录 设计任务........................................................................................................................................... 1 第1章 绪论 . (4) 1．1 概述 ................................................................................................................................. 4 1.2 换热器设计依据 .............................................................................................................. 4 1.3 几种管式换热器的介绍 . (4) 1.3.1 固定管板式换热器 ............................................................................................... 4 1.3.2 浮头式换热器 ........................................................................................................ 4 1.3.3 U 形管式换热器 ..................................................................................................... 4 1.3.4 外填料函式换热器 ............................................................................................... 5 1.3本文研究的主要内容 ....................................................................................................... 5 第2章 确定设计方案 . (5) 2.1 换热器类型的选择 .......................................................................................................... 5 2.2 管程安排 ........................................................................................................................... 5 2.3 流向的选择 ..................................................................................................................... 6 第3章 确定物性参数 ................................................................................... 错误！未定义书签。 第4章 工艺计算 (6) 4.1 估算传热面积 ................................................................................................................... 6 4.1.1 热流量 ..................................................................................................................... 6 4.1.2 平均传热温差 ........................................................................................................ 6 4.1.3 冷却水用量 ............................................................................................................ 7 4.1.4 总传热系数 ............................................................................................................ 7 4.2 主体构件的工艺结构尺寸 (7) 4.2.1 管径和管内流速 ................................................................................................... 7 4.2.2 管程数和传热管数 ............................................................................................... 8 4.2.3 传热管的排列和分程方法 .................................................................................. 8 4.2.4 壳体内径 ................................................................................................................ 8 4.2.5 折流板 ..................................................................................................................... 8 4.2.6 接管 ......................................................................................................................... 9 4.2.7 换热管的结构基本参数 ...................................................................................... 9 4.3 换热器主要传热参数核算 . (9) 4.3.1 热流量核算 ............................................................................................................ 9 4.3.2 壁温核算 .............................................................................................................. 11 4.3.3 换热器内流体的流动阻力（压强降） . (12) 第5章 结构设计 (14) 5.1 壳体直径、长度、厚度设计....................................................................................... 14 5.2 换热器封头尺寸 ............................................................................................................ 14 5.3 法兰及各连接材料的选择 . (15) 5.3.1 选定法兰结构 ...................................................................................................... 15 5.3.2 选定垫片结构 ...................................................................................................... 15 5.4 管箱 .................................................................................................................................. 16 5.5 开孔补强 . (16) 5.5.1 壳体接管的开孔补强 (16) 2006级《化工设备设计基础》课程试题（B卷）合分人： 一、力学部分计算题：（共50分） 1、图示三角形支架ABC，A、B、C三处为铰链链接。在两杆的连接处B悬挂有重物G=30kN。杆AB和BC材料相同，许用应力[σ]=120MPa。AB、BC两杆直径d分别为25mm、30 mm。试校核此支架是否安全。(已知A、B、C三处均为铰接)。(AB和BC两杆的重量不计)（本题15分） 2、图示简支梁受均布载荷q=2kN/m作用，若梁长l=2m，截面为圆截面D=40mm，[σ] = 120MPa。试写出剪力方程和弯矩方程，画出剪力图和弯矩图，并校核强度是否满足要求。 3、已知：P＝7.5kW, n=100r/min,最大切应力不得超过40MPa, 空心圆轴的内外直径之比 = 0.5。二轴长度相同。求: 实心轴的直径d1和空心轴的外直径D2；确定二轴的重量之比。 4、校核如图的矩形截面横梁AB的安全性。（已知α = 30°b= 60mm， h = 80mm，l1 = 1250mm，P = 15kN，[σ] = 160MPa） 二、是非题：在题后括号内，正确划 “√”，错误划“×”（共 10分，每小题1分） 1.《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危 害程度分为三类，其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因 而在设计、制造和使用方面对其要求最高。 （ ） 2. 容器法兰与管法兰的PN 、DN 相同时可以相互代用。 （ ） 3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。 （ ） 4. 内压容器的有效厚度δe 一般都大于计算厚度δ，因此容器最高 允许工作压力[p w ]总是大于设计压力p 。 （ ） 5. 从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（ ） 6. 决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。 （ ） 7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是φmax σσ=K 。（φσ为圆筒经 向薄膜应力） （ ） 8. 为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离A 应该≤0.2L 和0.25D 0（式中L 为筒体长度，D 0 为筒体外径）。 （ ） 9. 圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向垂直于圆筒的轴线。 （ ） 7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。 （2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做 ，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭 矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为： （3 ）求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度：； 系统的运转不均匀系数：； 则飞轮的转动惯量： 图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱 动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即： 因此求得： （2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏 功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功； 其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。 由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。 欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中， 相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有： ，则 根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则 。 （3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮 安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小 动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此： 则飞轮的转动惯量： （2）求飞轮的最大转速和最小转速。 67 方方面面 Department 2004.3 介绍一本设计工具书—— 由朱有庭、曲文海、于浦义主编，化工出版社出版的“化工设备设计手册”将于２００４年下半年出版。这本书是一本化载作者实用的工具书。该书的编写宗旨是为从事化工、石油、轻工、医药等行业的化工设备和化工机械专业设计人员进行工程设计而用。本手册具有下列特点。 （１） 压力容器等化工设备的设计准则和强度计算方法、公式均以我国现行的国家和行业标准规范（ＧＢ、ＪＢ、ＨＧ）及国际通用的标准规范（ＡＳＭＥ、ＴＥＭＡ）为依据，并汇集了作者多年的工程设计经验，以满足压力容器等化工设备的工程设计、制造。 （２） 对泵、压缩机和通风机的类型、结构、技术性能和适用范围等作了简明扼要的介绍；对这些化工机械的选型和选用设计亦以我国现行的国家和行业标准规范（ＧＢ、ＪＢ）及通用的国际标准规范如ＡＰＩ等为依据，并汇集了大量的选型计算用工程数据、图表等资料，能满足泵、压缩机和通风机的选型、询价、采购和现场安装、调试等的需要。 全书共分１５章和一个附录（腐蚀与防腐蚀），各章的主要内容如下所述。 （１） 第１章“常用资料”的主要内容 ① 工程计量单位及不同计量单位制的单位换算。② 常用物料、材料的物理性质，包括密度、线膨胀系数、导热系数、弹性模量、泊桑系数、磨擦系数、不同黏度单位制的黏度单位换算表和公式及常用液体的黏度等。 ③ 平面几何图形的力学参数如面积、惯性矩、断面模数等计算公式。 ④ 立体几何图形的体积计算公式及诺谟图。⑤ 常用力学、材料力学公式。⑥ 常用流体力学准数。 （２） 第２章“化工设备用材料”的主要内容 ① 压力容器用钢材（钢板等）的品种、牌号、规格及物理、力学性能。 ② 化工设备常用结构材料（碳素钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐蚀合金、有色金属、铸钢和铸铁的物理、力学性能。 ③ 常用结构钢（角钢、槽钢等）的品种、规格、材料和力学性能。 （３） 第３章“焊接”的主要内容① 常用焊接方法简介。 ② 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的品种、规格、力学性能、焊接特性和适用范围。 ③ 各种金属焊接用焊接材料的选用。④ 焊接结构设计（焊缝坡口型式、尺寸）。 ⑤ 各种金属材料的焊接如低碳钢、不锈钢、复合钢板、镍和镍合金、金属钛及异种金属材料的焊接方法、焊条（丝）选择等。 ⑥ 焊接缺陷和质量检验及评定。⑦ 焊接工艺评定。 （４） 第４章“紧固件”的主要内容① 专用紧固件 ? 管法兰用紧固件（螺、栓、螺母、垫片）规格系列、螺栓和螺母的材料匹配（ＨＧ标准）。 ? 设备法兰用紧固件（双头螺柱、螺母、垫片）规格系列（ＪＢ标准）。 ② 通用紧固件（ＧＢ标准）（５） 第５章“压力容器”的主要内容① 压力容器受力分析基础知识。 ② 内压容器（圆筒体、锥体、封头等）强度计算（ＧＢ １５０）。③ 外压容器（圆筒体、锥体、封头）稳定计算（ＧＢ １５０）。④ 压力容器开孔补强计算（ＧＢ １５０）。⑤ 法兰计算（ＧＢ １５０）。 ⑥ 设备法兰标准规格压力系列（ＪＢ ４７００～４７０７）。⑦ 设备法兰用紧固件（双头螺柱、螺母、垫片）双头螺柱和螺母的材料匹配力学性能和许用应力。 ⑧ 压力容器用钢板的力学性能和许用应力。⑨ 低温压力容器设计准则。 （６） 第６章“球形容器（球罐）设计”的主要内容① 球罐设计用标准规范。 ② 球罐用材料（碳素钢、不锈钢等）。 ③ 球罐结构设计（球壳瓣结构类型、瓣片下料尺寸计算、球罐容积系列及其各构件参数、支柱及拉杆、球罐附件等）。 ④ 球罐强度计算及局部应力计算。⑤ 球罐的制造、检验与验收。（７） 第７章“大型储罐设计”的主要内容 ① 大型储罐结构设计，包括容积系列（最大至１０万产方米），筒体、罐顶（拱顶、内外浮顶、网架顶结构）、罐底及防火、消防设施设计。 ② 大型储罐用材料。 ③ 大型储罐构件的强度和稳定计算。④ 大型储罐设计用标准规范。⑤ 大型储罐的制造、检验和验收。 《化工设备设计手册 》 新书推荐 2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B 卷）答案 一、力学部分计算题：（共50分） 1、（10分） 2sin 30 2306030 51.99tg300.577BC AB G S G KN G S KN = ==?==== （5分） 安全 （5分） 2、（15分） 解：0y F ∑= （5分） 0M ∑= （5分） 最大弯矩发生在梁的中点，其值为2 max 8 ql M = （3分） （3分） max 159120MPa MPa σ=不满足要求 （2分） 1 ()02 ql qx Q x --=1()2 Q x ql qx =-1()()2 M x qx l x =-211 ()022 qx qlx M x -+=0x l ()0x l ≤≤232 max max 331112102881590.043232 Z ql M MPa W D σππ???====?3 12 13 22 251.9910105.9[]120254 601084.88[]120304 AB BC S MPa MPa A S MPa MPa A σσπσσπ?===<=??===<=? 3、（15分） 解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩 （3分） 实心轴 （5分） 空心轴 （5分） d 2＝=23 mm 确定实心轴与空心轴的重量之比 （2分） 4、（10分） 横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。 （2分） （4分） （4分） （2分） 75 954995497162N m 100 x P M T n ==? =?=?..max13 11 1640MPa πx x P M M W d τ= ==3 16 167162 0045m=45mm π4010d ?= =??..() max234221640MPa π1x x P M M W D τα===-()3 246 167162 0046m=46mm π1-4010 D α?= =??..() 2231 132222245101 1.28461010.51A d A D α--???==? ??--?? ＝maxN cos N P A bh α σ= =126sin cos 148.7MPa []Pl P bh bh αασ= += 第一章 1-2、n=5,P L=7;F=1 1-3、a) n=7,P L=10 F=1 ,复合铰链C; b )n=7,P L=9, P H=1; F=2，局部自由度G，复合铰链C，虚约束EF f) n=7P L=10; F=1; h) n=9,P L=12, P H=2; F=1或者n=8,P L=11, P H=1; F=1, 第二章 2-2、单个螺栓允许的为3.372KN,因为为2个螺栓，所以允许的最大静载荷为6.745KN 2-3、螺钉联结允许的最大牵曳力为841.04N 2-6、参考38页例题 2-10、选用挤压应力为110MPa,键的类型为平键A型；能传递的最大扭矩为2.71KNm 第三章 3-2、齿轮齿数：54，模数：2.5，分度圆直径：135mm，顶圆直径：140mm，根圆直径：128.75mm 3-3、1）切向力垂直纸面向外，径向力向上；2）切向力垂直纸面向内，径向力向上；3）切向力垂直纸面向内，径向力向下，轴向力向左；4）切向力垂直纸面向外，径向力向下，轴向力向左；5）切向力垂直纸面向外，径向力向上，轴向力向左。 3-5、按接触疲劳强度计算的最大扭矩为（取K=1.2）：18.57Nm，最大功率19.45KW：以齿根弯曲疲劳强度校核：安全系数取1.4，1Fσ=59.79<314.29Mpa, 2Fσ=52.75<234.28Mpa,故减速器能传递的功率为19.45KW。 3-7、斜齿轮的螺旋角：‘’ ’24 13 ，分度圆直径： 10 53.88mm,135.99mm，顶圆直径：58.88mm,140.99mm，根圆直径：47.63mm,129.74mm，端面模数：2.566mm，当量齿数：22.75,57.41。 3-8、（1）齿轮2 右旋，齿轮3右旋，齿轮4左旋；（2）齿轮2各分力分别为：径向力：1594N,轴向力：599N,法向力413N。齿轮3各分力: 径向力：2.73K N,轴向力：1.02KN,法向力614.2N 3-12、（1）齿轮3：左旋,螺旋角为“ ‘21 13 ；齿轮4：右旋，螺 23 旋角为“ ‘21 13 。 23 第四章 4-3、（1）齿轮3右旋；齿轮4左旋；（2）蜗轮切向力=7876.3N，径向力=2866.7N，轴向力=2187.9N。斜齿轮切向力=16.3KN，径向力=6.18KN，轴向力4744.5KN。 4-4、齿轮1左旋，齿轮2右旋，蜗轮顺时针方向；（2）切向力垂直纸面向外，轴向力向右，径向力向上；（3）螺旋角‘’ ’19 12 ， 50 导程角‘’ ’35 11 ，转矩为439NM 18 第五章 《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：学号： 所在学院： 专业： 设计题目： 指导教师： 2011年月日 目录 一.设计任务书 (2) 二.设计参数与结构简图 (4) 三.设备的总体设计及结构设计 (5) 四.强度计算 (7) 五.设计小结 (13) 六.参考文献 (14) 一、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（或板式塔）设计。 设计题目： 各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 3.2参考资料： [1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150-1998.钢制压力容器[S]． [4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]． 4、文献查阅要求 《化工设计概论》 一、填空 1．化工设计是一个将系统（如一个工厂、一个车间或一套装置）全部用工程制图的方式，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化成工程语言的过程。 2．化工设计的特点是政策性强、技术性强、经济性强、综合性强。 3．化工设计的发展与石油化学工业等技术的发展有直接的关系。 4．完成初步设计的同时还应当做出总概算。 5．施工图设计的任务是根据初步设计审批意见，解决初步设计阶段待定的各种问题，并以其作为施工单位编制施工组织、施工设计、施工预算和进行施工的依据。 6．施工图设计详细容包括图纸总目录、工艺图纸目录、带控制点工艺流程图、首页图、设备布置图、设备图、设备表、管路安装图、综合材料表、设备管口方位图、设备及管路的保温与防腐设计等。 7．现场施工中设计代表的任务是参加基建的现场施工和安装、调试工作，作技术指导，使装置达到设计所规定的各项指标要求。 8．车间工艺设计包括的容有生产方法的选择、工艺流程的设计、工艺计算、车间布置设计、化工管路设计、提供设计条件及编制概算书和设计文件等。 9．设计人员接受任务后，首先要解决的问题是选择合适的生产方法。 10．工艺设计的中心环节是工艺计算。 11．工艺计算的主要容包括物料衡算、热量衡算、设备计算与选型等，并在此基础上绘制物料流程图、主要设备总图和必要部件图，以及带控制点的工艺流程图。 12．车间布置设计的任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。 13．化工管路设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足生产工艺的要求。 14．提供设计条件的容包括总图、土建、运输、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、给排水等非工艺专业的设计条件。 15．设计中经常进行分析比较的技术经济指标有产品成本、基建投资、劳动生产率、投资回收率、消耗定额、劳动力需要量和工资总额等。 16．设计文件容包括设计说明书、附图（流程图、设备布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。 17．选择生产方法就是选择工艺路线。 18．生产工艺流程图一般由物料流程、图例和设备一览表3个部分组成。 19．设备一览表只需列出序号、位号、设备名称和备注即可。 机械设计基础课程形成性考核作业（一） 第1章静力分析基础 1．取分离体画受力图时，__CEF__力的指向可以假定，__ABDG__力的指向不能假定。 A．光滑面约束力B．柔体约束力C．铰链约束力D．活动铰链反力E．固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力 2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在__B__的方向上，使投影方程简便；矩心应选在_FG_点上，使力矩方程简便。 A．与已知力垂直B．与未知力垂直C．与未知力平行D．任意 E．已知力作用点F．未知力作用点G．两未知力交点H．任意点 3．画出图示各结构中AB构件的受力图。 4．如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F＝40kN,AB＝BC＝2m,α＝30?.求两吊杆的受力的大小。 ∑=0 Fx 又因为AB=BC α α 答：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动 2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？ 答：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。 3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。 （1）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （2）n ＝5，P L ＝7，P H ＝0 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =7253?-? 1= 1= C 处为复合铰链 （3）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （4）n ＝7，P L ＝9，P H ＝1 H L P P n F --=23 H L P P n F --=23 =10273?-? =19273-?-? 1= 2= E 、E ’有一处为虚约束 F 为局部自由度 中石油华东《化工设备设计基础》2016年秋学期在线作业（二） 一、判断题（共20 道试题，共100 分。） 1. 基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 2. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 3. 由于容器的公称直径和管子的公称直径所代表的具体尺寸不同，所以，同样公称直径的容器法兰和管法兰，他们的尺寸亦不相同，二者不能互相代用。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 4. 受外压作用的长圆筒其临界压力与圆筒的长度、直径、壁厚及材料种类有关。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 6. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 7. 内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 8. 安全系数是一个不断发展变化的数据，按照科学技术发展总趋势，安全系数将逐渐变小。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 9. 不论是压力容器法兰还是管法兰，在我国现行的标准都是一个。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 10. 强度设计准则是保证构件不发生强度破坏并有一定安全余量的条件准则。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 11. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 12. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 13. 当短圆筒的长度增加到某一值，封头对筒体能起到的支撑作用，开始完全消失，该短圆筒的临界压力将下降到与长圆筒的临界压力相等，这个长度值称为临界长度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 14. A. 错误 B. 正确 正确答案： 15. 对内压容器，考虑其刚性需要，要规定其相应的最小厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 16. 压力容器设计中规定最小厚度的原因主要是考虑低压薄壁容器在制造、运输及安装过程中的强度需要。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 17. 压力容器壁厚计算公式中的焊缝接头系数取决于主要取决于焊缝的接头形式和无损检测的比例，无损检测的比例越大，焊缝接头系数就越小。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 18. 法兰联接密封的原理是：借助螺栓的压紧力，压紧法兰间的垫片并使之填满法兰密封 题号 -一一-二二-三四总分 总分10 20 10 60 100 得分 一、填空题（共4小题，每空1分，共计10分） 1.一阶梯杆如图所示， AB段横截面面积为：Ai=100mrH BC段横截面面积为 A=180mm贝U AB段杆横截面上的 正应力为 _80_Mpa , BC段杆横截面上的正应力为 _83.3_Mpa 。 2 ?当圆截面梁的直径增加一倍时，梁的强度是原梁的_8 _______ 倍。 3 ?低碳钢拉伸过程中可分为 _弹性阶段_、_屈服阶段_、—强化阶段_和局部变形阶段。 4 ?边缘应力的特性主要为 _局部性_、_自限性_。 5.如图所示回转薄壳，中心线为回转轴，A点的第一曲率半径是 _R _____________ ，第二曲率半径是 二、选择题（共10小题，每题2分，共计20分）题5图 1?直杆受扭转力偶作用，如图1所示，在截面1-1和2-2处的扭矩为（B ）。 A. T =25 kN m ; T2 =5kN m ; B. T1 =25 kN m ; T2 =- 5 kN m ; C. T1 =35kN m ; T2 =- 5kN m ； D. T1 =- 25 kN m ; T2 =5 kN m。 2 .简支梁受集中力偶Mo作用，如图2所示。以下结论错误的是（ C ）。 A. b =0时，弯矩图为三角形； B. a =0时，弯矩图为三角形； C.无论C在何处，最大弯矩必为Mo D .无论C在何处，最大弯矩总在 C处。 3 .截面上内力的大小：（C ）。 A.与截面的尺寸和形状有关； B.与截面的尺寸有关，但与截面的形状无关； C.与截面的尺寸和形状无关； D.与截面的尺寸无关，但与截面的形状有关。 4 .下列常用压力容器封头，根据受力情况，从好到差依次排列次序为（ B ）。 A.椭圆形、半球形、碟形、锥形、平盖； B .半球形、椭圆形、碟形、锥形、平盖； C.半球形、碟形、椭圆形、、锥形、平盖 D .碟形、半球形、椭圆形、、锥形、平盖 5.对于铁基合金，其屈服点随着温度的升高而（ C ）。 A.升高 B .不变 C .降低 D .未知数 6 .当焊接接头结构形式一定时，焊接接头系数随着检测比率的增加而（ A ）。 A.增大 B .减小 C .不变 D .不能确定 7 .工程上把3 /D i>( A ）的圆筒称为厚壁圆筒。 A. 0.1 B .0.2 C . 1.0 D .2 题2图化工设备基础总复习
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