过程设备设计题解
1.压力容器导言
习题
1. 试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为R ，壳体厚度为t ）。若壳体材料由
20R （
MPa MPa s b 245,400==σσ）改为16MnR
（
MPa MPa s b 345,510==σσ）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？
解：○
1求解圆柱壳中的应力 应力分量表示的微体和区域平衡方程式：
δ
σσθ
φ
z
p R R -
=+
2
1
φσππ
φs i n 220
t r dr rp F k r z k
=-=?
圆筒壳体：R 1=∞，R 2=R ，p z =-p ，r k =R ，φ=π/2
t
pR
pr t
pR
k 2sin 2=
=
=
φδσσφθ ○
2壳体材料由20R 改为16MnR ，圆柱壳中的应力不变化。因为无力矩理论是力学上的静定问题，其基本方程是平衡方程，而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解，不受材料性能常数的影响，所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响。
2. 对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。该封头中面处的长轴D=1000mm ，厚度t=10mm ，测得E 点（x=0）处的周向应力为50MPa 。此时，压力表A 指示数为1MPa ，压力表B 的指示数为2MPa ，试问哪一个压力表已失灵，为什么？
解：○
1根据标准椭圆形封头的应力计算式计算E 的内压力： 标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2，即a/b=2，a=D/2=500mm 。在x=0处的应力式为：
MPa a
bt p bt
pa 1500250
102222
2
=???==
=
θθσσ ○
2从上面计算结果可见，容器内压力与压力表A 的一致，压力表B 已失灵。 3. 有一球罐（如图所示），其内径为20m （可视为中面直径），厚度为20mm 。内贮有液氨，球罐上部尚有
3m 的气态氨。设气态氨的压力p=0.4MPa ，液氨密度为640kg/m 3
，球罐沿平行圆A-A 支承，其对应中心角为120°，试确定该球壳中的薄膜应力。
解：○
1球壳的气态氨部分壳体内应力分布： R 1=R 2=R ，p z =-p
MPa
t pR t
pR
pr t
pR k 10020
210000
4.022sin 2=??===?
=
=
=
+θφφθφσσφδσσσ
φ0
h
○2支承以上部分，任一φ角处的应力：R 1=R 2=R ，p z =-[p+ ρg R （cos φ0-cos φ）]，r=Rsin φ，dr=Rcos φd φ
7.0cos 10
51
10710sin 0220==
-=φφ
由区域平衡方程和拉普拉斯方程：
()[]()()()()
()()()()()
(
)
()()()()()
????????????-+-+--
-+=--+=-=+????????????-+-+-=
-+-+=-+-+=-+=-+=???03
3022002220003
30220022220
3322
02200
3330220223002cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos cos cos cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin sin 3cos cos sin 2sin sin cos cos cos 3
2
sin sin cos sin cos 2cos 2cos cos 2sin 20
φφφφφρφφφρφφσρφφσσσφφφφφρφφφφ
φφρφφφφρσφφρπφφφρπφ
φφρπφρπρφφπφσπφ
θφθφφ
φφg R p t R R t
g R p R t
g R p t
R
p g R p t R t g R t g R p R g R g R p R d g R rdr g R p rdr
g R p t R z
r r r
r ()()()
()
{()()
()(){}
()(){}
[]
MPa g R p t R 042.12cos 1.2sin 2.22sin 50.343cos 2.151.0sin 22.2sin 50.343cos 2092851.0sin 221974.4sin 5007.0cos 3151.0sin 35.081.94060151.0sin 102.0sin 02.010cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 3
22
3
22322
332262
03
302200222-+=-?+-?≈-?+-?=?
?
?
??????-+-????+-???=?
???????????-+-+-=
φφφ
φφφφφφφφφφ
φφφφφρφφφσφ
()()()()
[]
MPa
g R p t R R t
g R p 042.12cos 1.2sin 2.22sin 5cos 392.31974.221cos cos 31sin sin 2
cos sin sin 2sin cos cos 3
22
03302
200222
0-+-
?-=?
??
?????????-+-+--
-+=φφφ
φφφφφφρφφφρφφσθ ○
3支承以下部分，任一φ角处的应力 (φ>120°) ： R 1=R 2=R ，p z =-[p+ ρg R （cos φ0-cos φ）]，r=Rsin φ，dr=Rcos φd φ
()[]()()()[]
()()()
()[]
()()()
()()(
)()()()()(
)??
??????? ??---
?
??
?????????-+-+--
-+=--+=-
=+??
??????? ??--+
?
??
?????????-+-+-=????????? ?
?--+
-+-+==--+-+-+=--+-+=--+-+=???R h h R t g
g R p t R R t
g R p R t
g R p t
R
p R h h R t g
g R p t R R h h R t g
t g R t g R p R t R V h R h R g g R g R p R h R h R g
d g R rdr g R p g
h R h g R rdr g R p V z r r r
r 34sin 6cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos cos cos 34sin 6cos cos 31sin sin 2
cos sin sin 2sin 34sin 6sin 3cos cos sin 2sin sin cos sin 2343
cos cos 3
2
sin sin cos 343
sin cos 2cos 233
1
34cos cos 222203
30220022200222
03302
200222
222
20
3322
02202230
33302202232302300
00
φρφφφφφρφφφρφφσρφφσσσφρφφφφφρφφφφρφφφρφφφφρσφ
σππρφφρπφφφρππρφφφρπφρπρπρπρφφπφ
θφθφφφφ
()()(
)(){()
(
)
()(){}
()(){}
[]
()()()()
()()(){}
()[]
[]
MPa g R p t R R h h R t g
R t g R p MPa R h h R t g g R p t R 14.8cos 1.2sin 2.22sin 5
cos 31.392-221.97414.8cos 1.2sin 2.22sin 5
cos 7.0392.31200sin 19.6566240.343cos 2.151.0sin 22.2sin 5cos 7.0392.31200cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 34sin 6cos cos 14.8cos 1.2sin 2.22sin 5 3.90.343cos 2.151.0sin 22.2sin 539313.2480.343cos 2092851.0sin 221974.4sin 500sin 19656624
7.0cos 3151.0sin 35.081.94060151.0sin 102.0sin 02.010
34sin 6cos cos 31sin sin 2
cos sin sin 2sin 322
322
232203
30220022222203
223
22
322
2332262
22203302
200222
-?+?-?=-?+?--?+=--?+-?--?+=?
???????????-+-+--?????
???? ??---
-+=
-?+?=+-?+-?≈+-?+-?=+
?
????????-+-????+-???=
??
??????? ??--+?
??
?????????-+-+-=
φφφ
φφφφφφφφφφφφφφφρφφφφ
ρρφφσφφφ
φφφφφφφφφφφ
φρφφφφφρφφφσθφ 4. 有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图所示，试用无力矩理论求出锥形底壳中的最大薄膜应力σθ与σφ的值及相应位置。已知圆筒形容器中面半径R ，厚度t ；锥形底的半锥角α，厚度t ，内装有密度为ρ的液体，液面高度为H ，液面上承受气体压力p c 。 解：圆锥壳体：R 1=∞，R 2=r/cos α（α半锥顶角），p z =-[p c +ρg(H+x)]，φ=π/2-α,αxtg R r -=
()()
()()
()()α
αρααραρρσα
σπρπ
ρπφφcos 23cos 231
cos 23
2222
222222t xtg R g tg x xRtg R x g H p R rt g
Rr r R x g H p R t r g Rr r R x g H p R F c c c -???
? ??+-++=
++++=
=+++
+=
x
r
()[]()
()()[]{}()α
ρααρρασσσαα
ρσρααασαραρα
σα
αρσσσθφθθθθθθ
φ
cos 2210cos 2210cos 1
cos max
2
22
1
t g tg p Htg R g g p H tg R H p 。
，。x t gtg dx d g tg p Htg R tg x dx d ：tg g x H p xtg R g t dx d t xtg R g x H p t p R R c c c c c c z ???? ??
++??????????????????????????-???? ??-++=
∞<-=??????--==++--=
-++=
-
=+
其值为的最大值在锥顶有最大值处在令 5. 试用圆柱壳有力矩理论，求解列管式换热器管子与管板连接边缘处（如图所示）管子的不连续应力表达式（管板刚度很大，管子两端是开口的，不承受轴向拉力）。设管内压力为p ，管外压力为零，管子中面半径为r ，厚度为t 。
解：○
1管板的转角与位移 0
00
111111======M Q p M Q p w w w φφφ
○
2内压作用下管子的挠度和转角 内压引起的周向应变为：
()
Et
pR w Et
pR R R w R p p p
2
2
2222-
==
--=πππεθ转角：
02=p φ
○
3边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳的挠度和转角 0
20
03
2
21
121
21
2
2
20
2
Q D M D Q D
w M D w Q
M
Q M '
='
='-
='
-
=βφβφββ ○
4变形协调条件 00
0222222=++=++M Q
p M Q p w w w φφφ
○
5求解边缘力和边缘边矩
Et
pR D Q Et
pR D M Q D M D Q D M D Et pR o 23
22002
003
02242021
102121'
-='
=='
+'='-'--ββββββ
○
6边缘内力表达式 ()()
()
x
e Et
p D R Q M M x x e Et
p D R M x x p x x e Et
p D R N N x
x x
x
x x x
x ββμβββββββββθβββθcos 4cos sin 2cos sin Re cos sin 40
232234----'-==-'-=+-=+'-== ○
7边缘内力引起的应力表达式 ()()()x e z t Et p D R z t t
Q z x x e Et D R x x e t pR t M t N z x x e Et
p D R z t M t N x
x
x z x
x x x x x ββτσββμβββσβββσβββθθθβcos 424460
cos sin 24cos sin 12cos sin 241222
4232233
234
223----???
? ??-'-=???? ??-==??
????-'±+-=±=-'±=±=
○
8综合应力表达式 ()()()x e z t Et p D R z t t Q z x x e Et D R x x e t pR t M t N t pR z
x x e Et p D R t pR z t M t N t pR x x
x z x x x
x x x ββτσββμβββσβββσβββθ
θθβcos 424460cos sin 24cos sin 112cos sin 24212222423223
3
23
4223----???
? ??-'-=???? ??-==????????????-'±+-=±+=-'±=±+=∑∑∑∑ 6. 两根几何尺寸相同，材料不同的钢管对接焊如图所示。管道的操作压力为p ，操作温度为0，环境温
度为t c ，而材料的弹性模量E 相等，线膨胀系数分别α1和α2，管道半径为r ，厚度为t ，试求得焊接处的不连续应力（不计焊缝余高）。
解：○
1内压和温差作用下管子1的挠度和转角 内压引起的周向应变为：
()
()μμπππεθ--=?
?
? ??-=--=22212222
1
1Et
pr w t pr t pr E r r w r p p p
温差引起的周向应变为：
()
()t r w t
t t r
w r r w r t
c t
t t
?-=?=-=-=--=????1110111222αααπππεθ
()t r Et
pr w
t
p ?---=?+12
1
22αμ 转角：
01=?+t p φ
○
2内压和温差作用下管子2的挠度和转角 内压引起的周向应变为：
()
()μμπππεθ--=?
?
? ??-=--=22212222
2
2Et
pr w t pr t pr E r r w r p p p
温差引起的周向应变为：
()
()t r w t
t t r
w r r w r t
c t
t t
?-=?=-=-=--=????2220222222αααπππεθ
()t r Et
pr w
t
p ?---=?+22
2
22αμ 转角：
02=?+t p φ
○
3边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳1的挠度和转角 0
20
3
2
121
121
21
1
1
010Q D M D Q D w M D w Q
M
Q M '
='
-='
=
'
-
=βφβφββ ○
4边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳2的挠度和转角
20
3
2
21121
21
2
2
02
02Q D M D Q D w M D w Q M Q M '
='
='
-='
-
=βφ
βφ
ββ
○
5变形协调条件 00000
0002
2
2
1
1
1
2
22111M Q t p M Q t p M Q t p M Q t p w w w w w w φ
φ
φ
φ
φ
φ
++=++++=++?+?+?+?+
○
6求解边缘力和边缘边矩 ()()()()
210300200
20030
2220302120
21121121
2122212122ααβββββββαμββαμ--'=='+'='+'-'-'-?---='+'-?---c o t t D r Q M Q D M D Q D M D Q D M D t r Et pr Q D M D t r Et pr ○
7边缘内力表达式 ()()()()()()()
x x t t e D r Q M M x t t e D r M x
t t e Et N N c x x x
c x x c x
x ββααβμβααββααβθββθsin cos sin cos 2
21032102210---'==--'=--==---
○
8边缘内力引起的应力表达式 ()()()()()()()x x t t e D z t t r z t t
Q x D r t z x E t t e z t M t N x t t e D r t z z t M t N c x
x
x z c x c x
x x x ββααβτσββμβαασβααβσββθθθβsin cos 46460sin 12cos 212sin 1212210322
32232
3
210321023
3---'?
??
? ??-=???? ??-==??? ??'±--=±=--'±=±=---
○
9综合应力表达式
()()()()()()()x x t t e D z t t r z t t Q x D r t z x E t t e t pr z t
M t N t pr
x t t e D r t z t pr z t M t N t pr c x
x
x z
c x
c x x
x x ββααβτσ
ββμβαασβααβσββθ
θθβsin cos 46460
sin 12cos 212sin 1221222103223223
2321032102
33---'?
??
? ??-=???? ??-==?
?
? ??'±--+=±+=--'±=±+
=---∑∑∑∑
7. 一单层厚壁圆筒，承受内压力p i =36MPa 时，测得（用千分表）筒体外表面的径向位移w 0=0.365mm ，
圆筒外直径D 0=980mm ，E=2×105
MPa ，μ=0.3。试求圆筒内外壁面应力值。 解：周向应变
()θθεθ
θ
θεr w r
w rd rd d w r ==
-+=
物理方程
()[]()[]z r z r E
r
r w E
σσμσεσσμσεθθθθ+-=
=+-=
1
仅承受内压时的Lam è公式
1
11111122202220
22202202220
22202202-=
-=???? ??+-=???? ??+-=???
? ??--=???? ??--=K p R R R p r R K p r R R R R p r R K p r R R R R p i
i i i z i i i i i i i i r σσσθ 在外壁面处的位移量及内径：
()
()()()412.538mm 188
.1490 1.188365
.01023.024*********
05000
2
0===
=??-??+=-+==--=
=K R R Ew R p K w K E R p w i i i R r μμ 内壁面处的应力值：
()
87.518MPa 1
188.136
1211.036MPa 1188.11188.13611362
2222
2=-=-==-+?=+-=-=-=K p K K p MPa
p i z i i r σσσθ
外壁面处的应力值：
87.518MPa 1
188.136
1175.036MPa 1188.136
2120
2
222=-=-==-?=-=
=K p K p i z i r σσσθ
8. 有一超高压管道，其外直径为78mm ，内直径为34mm ，承受内压力300MPa ，操作温度下材料的 σb =1000MPa ，σs =900MPa 。此管道经自增强处理，试求出最佳自增强处理压力。
解：最佳自增强处理压力应该对应经自增强处理后的管道，在题给工作和结构条件下，其最大应力取最小值时对应的塑性区半径Rc 情况下的自增强处理压力。对应该塑性区半径Rc 的周向应力为最大拉伸应力，其值应为经自增强处理后的残余应力与内压力共同作用下的周向应力之和：
???
????????
?
??+-+??????????????????+???? ??---???? ??????????
???
?
??+=
2
2
2022
02202
2
2
1ln 2113c
i i i i c c
i
i c c
s R R
R R R p R R R R
R R R R R R R σσθ 令其一阶导数等于0，求其驻点
021132ln 21323
2
2202202
2
02202
2
220220320=--??
?????
?????????--+???????????
?
??++??
?????
???????????+???? ??---????
??-=??c i i i c c i i c
c
s i c c
i i c c s c R R R R R p R R R R R R R R R R R R R R
R R R R R R R R σσσθ
解得：R c =21.015mm 。根据残余应力和拉美公式可知，该值对应周向应力取最大值时的塑性区半径。
由自增强内压pi 与所对应塑性区与弹性区交界半径Rc 的关系，最佳自增强处理压力为：
MPa R R R R R p i
c
o
c S i 083.589ln 232
2
20=???
?
?
?+-=
σ 9. 承受横向均布载荷的圆平板，当其厚度为一定时，试证明板承受的总载荷为一与半径无关的定值。
证明：○
1周边固支情况下的最大弯曲应力为 ()
2
2222max
434343t P
t R p t pR πππσ===
○
2周边简支情况下的最大弯曲应力为： ()()()
()2
2222max
833833833t
P
t R p t pR πμππμμσ+=+=+= 10. 有一周边固支的圆板，半径R=500mm ，板厚=38mm ，板面上承受横向均布载荷p=3MPa ，试求板的最大挠度和应力（取板材的E=2×105
MPa ，μ=0.3） 解：板的最大挠度：
()()
2.915mm 10005.164500
36410
1.0053.0112381021129
4
4max 9
2
3523=???='=
?=-???=-='D pR w Et D f
μ
板的最大应力：
389.543MPa 38450033432
222max
=???==t pR σ
11. 上题中的圆平板周边改为简支，试计算其最大挠度和应力，并将计算结果与上题作一分析比较。
解：板的最大挠度：
11.884mm
2.9154.077915.23
.013
.0515644max
=?=?++=++'=μμD pR w
s 板的最大应力：
()()()642.746MPa 389.5431.65543.38923.0338
850033.0338332
222max
=?=?+=???+=+=t pR μσ 简支时的最大挠度是固支时的4.077倍；简支时的最大应力是固支时的1.65倍。
12. 一穿流式泡沫塔其内径为1500mm ，塔板上最大液层为800mm （液体密度为ρ=1.5×103kg/m 3），塔板厚度为6mm ，材料为低碳钢（E=2×105MPa ，μ=0.3）。周边支承可视为简支，试求塔板中心处的挠度；若挠度必须控制在3mm 以下，试问塔板的厚度应增加多少？ 解：周边简支圆平板中心挠度
()()
61.14mm 3
.013.051039.56647500.01215640.012MPa
11772Pa 81.915008.010
39.563.01126102112544max
5
2
3523=++???=++'===??==?=-???=-='μμρμD pR w
g h p Et D s
挠度控制在3mm 以下需要的塔板厚度
()()
mm E D t D ：：4.1610
210
806.23283.011211210806.23281056.3938.2038.203
14
.6135
5
23255=???-?='-=?=??='=μ需要的塔板刚度塔板刚度需增加的倍数
需增加10.4mm 以上的厚度。
13. 三个几何尺寸相同的承受周向外压的短圆筒，其材料分别为碳素钢（σs =220MPa ，E=2×105MPa ，μ=0.3）、铝合金（σs =110MPa ，E=0.7×105MPa ，μ=0.3）和铜（σs =100MPa ，E=1.1×105MPa ，μ=0.31），试问哪一个圆筒的临界压力最大，为什么？ 答：碳素钢的大。从短圆筒的临界压力计算式
t
D LD Et p cr 00
259.2=
可见，临界压力的大小，在几何尺寸相同的情况下，其值与弹性模量成正比，这三种材料中碳素钢的E 最大，因此，碳素钢的临界压力最大。
14. 两个直径、厚度和材质相同的圆筒，承受相同的周向均布外压，其中一个为长圆筒，另一个为短圆筒，试问它们的临界压力是否相同，为什么？在失稳前，圆筒中周向压应力是否相同，为什么？随着所承受的
周向均布外压力不断增加，两个圆筒先后失稳时，圆筒中的周向压应力是否相同，为什么？
答：○
1临界压力不相同。长圆筒的临界压力小，短圆筒的临界压力大。因为长圆筒不能受到圆筒两端部的支承，容易失稳；而短圆筒的两端对筒体有较好的支承作用，使圆筒更不易失稳。
○
2在失稳前，圆筒中周向压应力相同。因为在失稳前圆筒保持稳定状态，几何形状仍保持为圆柱形，壳体内的压应力计算与承受内压的圆筒计算拉应力相同方法。其应力计算式中无长度尺寸，在直径、厚度、材质相同时，其应力值相同。
○
3圆筒中的周向压应力不相同。直径、厚度和材质相同的圆筒压力小时，其壳体内的压应力小。长圆筒的临界压力比短圆筒时的小，在失稳时，长圆筒壳内的压应力比短圆筒壳内的压应力小。
15. 承受均布周向外压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。对否，为什么？且采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对否，为什么？
答：○
1承受均布周向外压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力，对。只要设置加强圈均可提高圆筒的刚度，刚度提高就可提高其临界压力。
○
2采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理，不对。采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，是对的。但加强圈多到一定程度后，圆筒壁厚下降较少，并且考虑腐蚀、制造、安装、使用、维修等要求，圆筒需要必要的厚度，加强圈增加的费用比圆筒的费用减少要大，经济上不合理。
16. 有一圆筒，其内径为1000mm ，厚度为10mm ，长度为20m ，材料为20R （σb =400MPa ，σs =245MPa ，E=2×105MPa ，μ=0.3）。○1在承受周向外压力时，求其临界压力p cr 。○2在承受内压力时，求其爆破压力p b ，并比较其结果。
解：○
1临界压力p cr 20m 12m 12052.75mm 10
1020
102017.117.11020102100000
0<≈=??===?+=t D D L mm D cr 属长短圆筒，其临界压力为
0.415MPa 1020101022.22.23
5
3
0=??? ?????=?
??
? ??=D
t
E p cr ○2承受内压力时，求其爆破压力p b ，（Faupel 公式)
7.773MPa 10001020
ln 400245232452ln 232=???? ??-??=???
? ?
?-
=
K p b s
s b σσσ 承受内压时的爆破压力远高于承受外压时的临界压力，高出18.747倍。
17. 题16中的圆筒，其长度改为2m ，再进行上题中的○
1、○2的计算，并与上题结果进行综合比较。 解：○
1临界压力p cr ，属短圆筒，其临界压力为 2.514MPa
10
1020102020001010259.259.2250
2=?
????=
=
t
D LD Et p cr ○2承受内压力时，求其爆破压力p b ，（Faupel 公式)
7.773MPa 10001020ln 400245232452ln 232=???? ??-??=???
? ??-
=
K p b s
s b σσσ 承受内压时的爆破压力高于承受外压时的临界压力，高出3.092倍，但比长圆筒时的倍数小了很多。
3．压力容器材料及环境和时间对其性能的影响
习题
1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。 解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。 材料为Q235-A 时：
[]mm
C C p
pD
t
1412.524mm 28.0724.99.724mm
85
.185.011321000
85.12n 21n ==++=++≥=-???=
-=
δδδφσδ取 材料为16MnR 时：
[]mm
C C p
pD
t
109.243mm 28.0443.6mm
443.685
.185.017021000
85.12n 21n ==++=++≥=-???=
-=
δδδφσδ取
2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于 1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。容积
33
22m .689MPa 57474.42782.1,42.474m 86.24
4
?=?==??=
=
pV L D V i π
π
○
2中压储存容器，储存易燃介质，且pV=75.689MP a ·m 3>10MP a ·m 3
，属三类压力容器。 ○
3圆筒的厚度 []mm
C C p
pD
t
18mm 493.6128.0693.1313.693mm
62
.1117022600
782.12n 21n ==++=++≥=-???=
-=
δδδφσδ取 标准椭圆形封头的厚度
[]mm
C C p
pD
t
18mm 528.6128.0728.1313.728mm
62
.15.0117022600
782.15.02n 21n ==++=++≥=?-???=
-=
δδδφσδ取
○
4水压试验压力
MPa p p T 228.2782.125.125.1=?==
应力校核
()()
()
MPa D p s e e i T T 5.3103459.09.0191.667MPa 8.21828.2182600228.22=?=≤=-?-+?=+=
φσδδσ
3. 今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径D i =600mm ，厚度δn =7mm ，材料选用16MnR ，计算压力
p c =2.2MPa ，工作温度t=-20~-3℃。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。
解：钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ，取C 2=1.0mm ，φ=1.0
○
1半球形封头壁厚 []mm
p D p c
t
i
c 7 3.747mm 10.81.947 1.947mm
2
.20.11704600
2.24n ==++=-???=
-=
δφσδ取
○
2标准椭圆形封头壁厚 []mm
p D p c
t
i
c 7 5.695mm 10.8895.3 3.895mm
2
.25.00.11702600
2.25.02n ==++=?-???=
-=
δφσδ取
○
3标准碟形封头壁厚 []mm
p R Mp r
R M D R c t
i c i
i i 75mm 44.610.8645.4mm 645.42.25.00.11702540
2.2325.15.02325.1102540341341102mm
60017.00.17D r 540mm,6009.09.0n i ==++=?-????=-==????
??+?=???
? ?
?
+
==?===?==δφσδ取
○
4平盖封头厚度 []mm
mm mm ，C mm
Kp D K ，n t c
c
p 40285.391.18.0385.371.140~3424385.370
.11702
.23.06003
.05841==++=>-=???
===-δφ
σδ取时钢板厚度查表系数的结构形式序号取表 从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。
4. 一多层包扎式氨合成塔，内径D i =800mm ，设计压力为31.4MPa ，工作温度小于200℃，内筒材料为
16MnR ，层板材料为16MnR ，取C 2=1.0mm ，试确定圆筒的厚度。
解：钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σi ]t =[σ0]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ，φi =1.0，φ0=0.9。为安全起见取φ=0.9，按中径公式计算：
[]mm
mm ，，mm p D p c
t
i
c 110106.079mm 16.3191.4796.138.017171166 1.479mm
94
.319.01702800
4.312n ==++=?=-???=
-=
δφσδ取层的总壁厚负偏差为共层内筒层层板取 5. 今需制造一台分馏塔，塔的内径D i =2000mm ，塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度）L 1=6000mm ，封头曲面深度h i =500mm ，塔在370℃及真空条件下操作，现库存有8mm 、12mm 、14mm 厚的Q235-A 钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。 解：计算长度
6333.333mm 3
500
26000321=?+=+
=i h L L 查表4-2得：8mm 、12mm 、14mm 钢板，C 1=0.8mm ；取C 2=1mm 。三种厚度板各自对应的有效厚度分别
为：8-1.8=6.2mm 、12-1.8=10.2mm 、14-1.8=12.2mm 。三种厚度板各自对应的外径分别为：2016mm 、2024mm 、2028mm
○
18mm 塔计算 []()钢板不能制造这台设备
得查图得查图8mm 0.1MPa
0.0243MPa 161.32531069.100007.02321069.1E ：7-40.00007;A ：6-4 3.1422016333.6333D L 20,325.1612.620165
0500<=????==?====>===e e D AE p MPa D δ
○
212mm 塔计算 []()钢板不能制造这台设备
得查图得查图12mm 0.1MPa
0.057MPa 647.19731069.10001.02321069.1E 7-40.0001;A 6-4 3.1292024333.6333D L 20,431.9812.1020245
0500<=????==?====>===e e D AE p MPa D δδ：：
○
314mm 塔计算 []()钢板能制造这台设备
得查图得查图14mm 0.1MPa
0.149MPa 23.16631069.100022.02321069.1E 7-40.00022;A 6-4 3.1232028333.6333D L 20,23.6612.20285
0500>=????==?====>===e e D AE p MPa D δ：：
6. 图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒内反应液的最高工作压力
p w =3.0MPa ，工作温度T w =50℃，反应液密度ρ=1000kg/m 3，顶部设有爆破片，圆筒内径D i =1000mm ，圆筒长度L=4000mm ，材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2.0mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进行100%无损检测；夹套内为冷却水，温度10℃，最高压力0.4MPa ，夹套圆筒内径D i =1100mm ，腐蚀裕量C 2=1.0mm ，
焊接接头系数φ=0.85，试进行如下设计： ○
1确定各设计参数； ○
2计算并确定为保证足够的强度和稳定性，内筒和夹套的厚度； ○
3确定水压试验压力，并校核在水压试验时，各壳体的强度和稳定性是否满足要求。 解：○
1各设计参数： ◇
1反应器圆筒各设计参数： 按GB150规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力
MPa p p w s 29.4343.143.1min =?=≥
查GB150表B3爆破片的制造范围，当设计爆破压力高于3.6MPa 时，取精度等级0.5级，其制造范围上限为3%设计爆破压力，下限为1.5%设计爆破压力，设计爆破压力为
()MPa p p s b 4.354015.129.4015.01min =?=+=
按内压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：
()MPa p p b 4.48503.1354.403.01=?=+=
按外压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：
MPa p 5.025.14.0=?=
按外压设计时的计算长度：
mm L 39904
1000
403004000=+
+-= 设计温度取工作温度
钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ，腐蚀裕量C 2=2.0mm ，φ=1.0 ◇
2夹套各设计参数： 设计压力（并取计算压力等于设计压力）：取最高工作压力。设计温度取10℃，C 1=0。 ○
2内筒和夹套的厚度： □
1圆筒和标准椭圆形封头壁厚设计 ◇
1按内压设计时 [][]mm
C C p
pD
：mm
C C p
pD ：t
t
18mm 079.6128.0279.1313.279mm
485
.45.0117021000
485.45.0218mm 168.6128.0368.1313.368mm
485
.4117021000
485.42n 21n n 21n ==++=++≥=?-???=
-=
==++=++≥=-???=
-=
δδδφσδδδδφσδ取标准椭圆形封头壁厚取圆筒壁厚
◇
2按外压设计时
[]()
满足稳定性要求
得查图得查图取圆筒稳定性校核18mm 0.5MPa
MPa 027.1158
.6870
70B 8-40.00055;A 6-4 3.8513990D L 20,158.682.1510361036361000,2.158.218,18n 0000=>==
=
====>====+==-==δδδδδe e e n D B
p MPa
D mm D mm mm ：：：
[]()
满足稳定性要求
得查图得系数查表取校核标准椭圆形封头稳定性18mm 0.5MPa
MPa 608.24
.9322
.15160160B 8-40.0024
.9322
.15125.0125.04.93210369.0,9.0541036361000,
2.158.218,18n 0001010=>=?=
=
==?==
=?===-=+==-==δδδδδe e e n R B
p MPa
R A mm D K R K mm ，D mm mm ：：
□
2夹套壁厚设计 [][]mm
mm C C p
pD
：mm
mm C C p
pD ：t
t
34mm ，524.21524.1 1.524mm 4.05.085.017021100
4.05.0234mm ，525.21525.1 1.525mm
4
.085.017021100
4.02n 21n n 21n >==+=++≥=?-???=-=>==+=++≥=-???=
-=
δδδφσδδδδφσδ取标准椭圆形封头壁厚取圆筒壁厚
7. 有一受内压圆筒形容器，两端为椭圆形封头，内径
D i =1000mm ，设计（计算）压力为2.5MPa ，设计温度300℃，材料为16MnR ，厚度δn =14 mm ，腐蚀裕量C 2=2.0mm ，焊接接头系数φ=0.85；在圆筒和封头焊有三个接管（方位见图），材料均为20号无缝钢管，接管a 规格为φ89×6.0，接管b 规格为φ219×8，接管c 规格为φ159×6，试问上述开孔结构是否需要补强？
答：根据GB150规定，接管a 不需要另行补强。接管b 、c 均需计算后确定。
椭圆形封头的计算厚度： 16MnR 在300℃时许用应力，查表D1，6~16mm 时，[σ]t = 144 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；查表D21，≤10mm 时，[σ]t t = 101 MPa ；f r =101/144=0.701
。
[][][] 1.851mm
5
.21012147
5.22c 2.557mm
5
.21012203
5.22b 10.265mm 5.25.085.014421000
5.25.02=-??=
-=
=-??=
-=
=?-???=-=p
pD p
pD p pD ：
t
t t
t t
φσδφσδφσδ的计算厚度
接管的计算厚度
接管标准椭圆形封头壁厚接管b 的补强计算：
()()()()()()()()()2442
3212
3222122
12121302.832mm
399.755231.2058755.399mm 36737.537662.18136537.737mm
701.0557.2150222181.662mm
299.0935.02.52935.04.197120
150394.8mm 4.197222058.231mm
701.012.510.265210.265197.412197.4mm 8.022822192.1128.0142.58.28=-=-≥<=++=++===???=-+-==???-?=-----====?===-???+?=-+==+?+?-==--==-=A A A ：A ，A A A A mm A f C h f h A f d B A h mm ，h d B f d A d ：mm
：mm ，：e r et r t et r e et e r et e et 增加补强金属面积需补强所需最小补强面积
开孔直径封头的有效厚度接管的有效厚度δδδδδδδδδδδδδ，
接管c 的补强计算：
()()()()()()()()()2
442
3212
3222122
1212m -1174.617m 587.460204.1635460.587mm 36695.283892.14036283.695mm
701.0349.1150222140.892mm
299.0935.02.32935.06.152120
150305.2mm 6.152221635.204mm
701.012.310.265210.265152.612152.6mm 8.022621592.1128.0142.38.26=-=-≥<=++=++===???=-+-==???-?=-----====?===-???+?=-+==+?+?-==--==-=A A A ：A ，A A A A mm A f C h f h A f d B A h mm ，h d B f d A d ：mm
：mm ，：e r et r t et r e et e r et e et 增加补强金属面积需补强
所需最小补强面积
开孔直径封头的有效厚度接管的有效厚度δδδδδδδδδδδδδ，
8. 具有椭圆形封头的卧式氯甲烷（可燃液化气体）储罐，内径D i =2600mm ，厚度δn =20 mm ，储罐总长10000mm ，已知排放状态下氯甲烷的汽化热为335kJ/kg ，储罐无隔热保温层和水喷淋装置，试确定该容器安全泄放量。
解：容器安全泄放量
()()()
7.969kg/s
/h 28686.85kg 335
595.8311055.21055.2/335,/,6
.0,min /10;1,;3.0,,,595.8364.23.01064.23.0,82.0582.0522002==???=?==-=?==-=?+??=+=-q FA W kg
kJ q kg kJ q F m L F F F m D L D A ，。m A r s r r 的气化潜热在泄放压力下液化气体取喷淋装置时的当设置大于取压力容器在地面上时取用沙土覆盖时压力容器装在地面以下系数容器椭圆形封头的卧式压力容器受热面积ππ
9. 求出例4-3中远离边缘处筒体内外壁的应力和应力强度。（例4-3：某一钢制容器，内径D i =800mm ，
厚度t=36mm ，工作压力p w =10MPa ，设计压力p=11MPa 。圆筒与一平封头连接，根据设计压力计算得到圆筒与平封头连接处的边缘力Q 0=-1.102×106N/m ，边缘弯矩M 0=5.725×104N·m/m ，如图所示。设容器材料的弹性模量E=2×105MPa ，泊松比μ=0.3。若不考虑角焊缝引起的应力集中，试计算圆筒边缘处的应力及应力强度）
解：远离边缘处筒体的应力和应力强度为不考虑边缘效应时，按拉美公式计算的应力分量，按应力分类可分解成一次总体薄膜应力、沿厚度的应力梯度-二次应力，并计算出其应力强度。
09.1400
436
==
K 各应力分量沿圆筒厚度的平均值—一次总体薄膜应力P m ：
122.222MPa
1
09.111
11110
222022
02202001
,=-=-=??????-+--=
-=
?
?
K p
dr r R R R pR R R pR R R dr
R R R R i i i
i i R R i
p i
i
θθσσ
5.263MPa 109.111
111
10
222022
02202001
,-=+-=+-=??
????----=
-=
?
?
K p dr r R R R pR R R pR R R dr R R R R i i i i i
R R r i
p r i
i
σσ
58.48MPa 1
09.111
11
1
2
22202001
,0
=-=-=--=
-=
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?
K p dr R R pR R R dr R R R R i i i
R R z i
p z i
i
σσ 筒体内壁各应力分量的应力梯度—内壁处的二次应力Q ：
()
5.737MPa 263.5111
5.737MPa 222.1221
09.1109.1111112,1,2,2
2221
,2,=-=+-=++-=-==--+?=---+=-=p z p r p r p r p p
p
K p
p K p K K p σσσσσ
σσ
θθθ
筒体外壁各应力分量的应力梯度—外壁处的二次应力Q ：
263
.51
-5.263MPa 222.122109.111
21122,1,2,2
21,2,==+=-==--?=---=-=p z p r p r p r p p p K p
K p K p σσσσσσσθθθ 筒体内壁处的各应力强度：
MPa
S MPa S ⅣⅠ474.11737.5737.5485.127263.5222.1223131=+=-==+=-=σσσσ一次加二次应力强度一次总体薄膜应力强度
筒体外内壁处的各应力强度：
MPa
S MPa S ⅣⅠ526.10263.5263.5485.127263.5222.1223131=+=-==+=-=σσσσ一次加二次应力强度一次总体薄膜应力强度
一. 填空题 1. 储罐的结构有卧式圆柱形.立式平地圆筒形. 球形 2. 球形储罐罐体按其组合方式常分为纯桔瓣式 足球瓣式 混合式三种 3. 球罐的支座分为柱式 裙式两大类 4. 双鞍座卧式储罐有加强作用的条件是A《0.2L条件下 A《0.5R 5. 卧式储罐的设计载荷包括长期载荷 短期载荷 附加载荷 6. 换热设备可分为直接接触式 蓄热式 间壁式 中间载热体式四种主要形式 7. 管壳式换热器根据结构特点可分为固定管板式 浮头式 U型管式 填料函式 釜式 重沸器 8. 薄管板主要有平面形 椭圆形 碟形 球形 挠性薄管板等形式 9. 换热管与管板的连接方式主要有强度胀接 强度焊 胀焊并用 10. 防短路结构主要有旁路挡板 挡管 中间挡板 11. 膨胀节的作用是补偿轴向变形 12. 散装填料根据其形状可分为环形填料 鞍形填料 环鞍形填料 13. 板式塔按塔板结构分泡罩塔 浮阀塔 筛板塔 舌形塔 14. 降液管的形式可分为圆形 弓形 15. 为了防止塔的共振 操作时激振力的频率fv不得在范围0.85Fc1 Fv 1.3Fc1内 16. 搅拌反应器由搅拌容器 搅拌机两大部分组成 17. 常用的换热元件有夹套 内盘管 18. 夹套的主要结构形式有整体夹套 型钢夹套 半圆管夹套 蜂窝夹套等 19. 搅拌机的三种基本流型分别是径向流 轴向流 切向流其中径向流和轴向流对混合起 主要作用 切向流应加以抑制
20. 常用的搅拌器有桨式搅拌器 推进式搅拌器 涡轮式搅拌器 锚式搅拌器_ 21. 用于机械搅拌反应器的轴封主要有填料密封 机械密封两种 22. 常用的减速机有摆线针轮行星减速机 齿轮减速机 三角皮带减速机 圆柱蜗杆减速机 23. 大尺寸拉西环用整砌方式装填 小尺寸拉西环多用乱堆方式装填 二. 问答题 1. 试对对称分布的双鞍座卧式储罐所受外力的载荷分析 并画出受力图及剪力弯矩图。 2. 进行塔设备选型时分别叙述选用填料塔和板式塔的情况。 答 填料塔 1分离程度要求高 2 热敏性物料的蒸馏分离 3具有腐蚀性的物料 4 容易发泡的物料 板式塔 1塔内液体滞液量较大 要求塔的操作负荷变化范围较宽 对物料浓度要 求变化要求不敏感要求操作易于稳定 2 液相负荷小 3 含固体颗粒 容易结垢 有结晶的物料 4 在操作中伴随有放热或需要加热的物料 需要在塔内设置内部换热组件 5 较高的操作压力 3. 比较四种常用减速机的基本特性。 摆线针轮行星减速机 传动效率高 传动比大 结构紧凑 拆装方便 寿命长 重量轻 体积小 承载能力高 工作平稳 对过载和冲击载荷有较强的承 受能力 允许正反转 可用于防爆要求齿轮减速机 在相同传动比范围内具有体积小
过程设备设计（第二版） 1.压力容器导言 思考题 1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用? 答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。 筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。 封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。 密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。 开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。 支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。 安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。 2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？ 答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。 易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。如Q235-A·F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。 3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？ 答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。 4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用围是否相同？为什么？
《电机学》作业题解 （适用于王秀和、孙雨萍编《电机学》） 1-5 何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？ 答：诸如铁、镍、钴及他们的合金，将这些材料放在磁场后，磁场会显著增强，故而称之为铁磁材料；铁磁材料之所以磁导率高，是因为在这些材料的内部，大量存在着磁畴，这些磁畴的磁极方向通常是杂乱无章的，对外不显示磁性，当把这些材料放入磁场中，内部的小磁畴在外磁场的作用下，磁极方向逐渐被扭转成一致，对外就显示很强的磁性，所以导磁性能强。 1-9 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是如何产生的？为何铁心采 用硅钢片？ 答：铁心中的磁滞损耗是因为铁心处在交变的磁场中，铁心反复被磁化，铁心中的小磁畴的磁极方向反复扭转，致使磁畴之间不断碰撞，消耗能量变成热能损耗；又因为铁心为导体，处在交变的磁场中，铁中会产生感应电动势，从而产生感应电流，感应电流围绕着磁通做漩涡状流动，从产生损耗，称之为涡流损耗，之所以采用硅钢片是因为一方面因硅钢电阻高，导磁性能好，可降低涡流损耗，另一方面，采用薄片叠成铁心，可将涡流限制在各个叠片中，相当于大大增加了铁心的电阻，从进一步降低了涡流损耗。 1-13 图1-27所示为一铁心，厚度为0.05m，铁心的相对磁导率为1000。问：要产生0.003Wb的磁通，需要多大电流？在此电流下，铁心各部分的刺痛密度是多少？
解：取磁路的平均长度，上下两边的长度和截面积相等算一段，算作磁路段1，左侧为2，右侧为3。 磁路段1长度和截面积：()120.050.20.0250.55m =?++=l ， 210.050.150.0075m =?=A ； 41m17 10.55 5.83610A wb 10004100.0075 π-= ==????l R uA 磁路段2长度和截面积：20.1520.0750.30m =+?=l ， 220.050.100.005m =?=A ； 42m27 20.30 4.77510A wb 10004100.005 π-= ==????l R uA 磁路段1长度和截面积：30.1520.0750.30m =+?=l ， 230.050.050.0025m =?=A ； 43m37 30.309.54910A wb 10004100.0025 π-= ==????l R uA 总磁阻： 45m m1m2m3(5.836 4.7759.549)10 2.01610A wb ==++?=?R R +R +R 磁动势：5m 0.003 2.01610604.8A φ==??=F R 励磁电流：604.8 1.512A 400 = ==F i N
浙江大学2003 —2004 学年第2学期期末考试 《过程设备设计》课程试卷 开课学院：材化学院任课教师：郑津洋 姓名：专业：学号：考试时间：分钟 １脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎片。（错误，断口应与最大主应力方向平行） ２有效厚度为名义厚度减去腐 蚀裕量（错，有效 厚度为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材 负偏差） ３钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。 （错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹） ４压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。 （错，缺密封装置） ５盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。（对） ６承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。 （错周边简支发生在中心处） ７筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。（错，也可以用锻造筒节、绕带筒体等） ８检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。(错，在一定条件下，可以不开检查孔) 二、选择题（答案有可能多余于一个，每题2分,共16分） 1 《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器（ABCD） A 最高工作压力大于等于（不含液体静压力）； B 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；
C 容积（V ）大于等于0.025m 3 ； D 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。 2下列关于热应力的说法哪些不正确 （AD ） A 热应力随约束程度的增大而减小 B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力 C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低 D 热应力在构件内是不变的 3 下列说法中，正确的有 （ BCD ） A 单层厚壁圆筒同时承受内压P i 和外压P o 时，可用压差简化成仅受内压的厚壁圆筒。 B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力状态。 C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。 D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力分析中 仍然适用。 4下列关于压力容器的分类错误的是 （AC ） A 内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。 B 低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。 C 真空容器属低压容器。 D 高压容器都是第三类压力容器。 5下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的有 （CEF ） A 当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为0.135MPa p MPa ≤≤. B GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计准则。 C GB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强度理论。 D 需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用GB150. E GB150的技术内容与ASME VIII —1大致相当，为常规设计标准；而JB4732基本思路 与ASME VIII —2相同，为分析设计标准。 F 按GB150的规定，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数分别大于等于和。 6 下列关于椭圆形封头说法中正确的有 （ABD ） A 封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀 B 封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型 C 椭圆形封头常用在高压容器上 D 直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状 况。 7 下列关于二次应力说法中错误的有 (ABD) A 二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。 B 二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。 C 二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。 D 二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次应力之上的应力增量。 8下列说法中，错误的有 （ C ） A 相同大小的应力对压力容器失效的危害程度不一定相同。
电机学第三版课后习题答案 变压器 1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？ 答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上，原边接上电源后，流过激磁电流|0,产生励磁磁动势F o,在铁芯中产生交变主磁通 e 0,其频率与电源电压的频率相同，根据电磁感应定 d d)律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e i和e2, 且有巴- -N1, dt e2= _N2 d 0,显然，由于原副边匝数不等,即N产N2，原副边的感应电动势也就不等, dt 即e i^e2,而绕组的电压近似等于绕组电动势，即U i~E i, 匕~ E?,故原副边电压不等,即 U i^ U2,但频率相等。 1-2变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压 吗？ 答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。 1-3变压器的空载电流的性质和作用如何？ 答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空 载电流的有功分量。 性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功 性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。 1-4 一台220/110伏的变压器，变比k=N—2，能否一次线圈用2匝, N2 二次线圈用1匝，为什么？ 答：不能。由U1 E^ 4.44fN^J m可知，由于匝数太少，主磁通m将剧增，磁密B m过 大，磁路过于饱和，磁导率卩降低，磁阻R m增大。于是，根据磁路欧姆定律l0N1= R m「m 可知，产生该磁通的激磁电流I。必将大增。再由p Fe^B m2f1.3可知，磁密B m过大，导致 2 铁耗P Fe大增，铜损耗I0 r1也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。
一、填空题：（每空0.5分，共20分） 1.压力容器设计的基本要求是安全性和经济性。 2.压力容器的质量管理和保证体系包括设计、材料、 制造和检测四个方面。 3.我国压力容器设计规范主要有GB150《钢制压力容器》和 JB4732 《钢制压力容器—分析设计标准》，同时作为政府部门对压力容器安全监督的法规主要是《压力容器安全技术监察规程》。 4.压力容器用钢，力学性能的保证项目一般有σs 、σb 、 、 δ和A RV。并且控制钢材中化学成分，含碳量为≤0.24% ，目的是提高可焊性；含硫量为≤0.02% ，目的是防止热脆；含磷量为≤0.04% ，目的是防止冷脆。 5.法兰设计中，垫圈的力学性能参数y称为预紧密封比压，其含义为初始密封条件初始密封时，施加在垫片上的最小压紧力；m称为垫片系数，其含义为操作密封比压/介质计算压力。 6.华脱尔斯(waters)法是以弹性设计基础的设计方法，将高颈法兰分成(1) 壳体，(2) 椎颈，(3) 法兰环三部分进行分析，然后利用壳体理论和平板理论对三部分进行应力分析。 7.常见的开孔补强结构形式有(1) 贴板补强，(2) 厚壁管补强，(3) 整锻件 。 8.双鞍座卧式容器设计时，对筒体主要校核跨中截面处轴向弯曲应力σ1，σ2 ；支座截处(1) 轴向弯曲应力σ3，σ4， (2)切向剪应力τ，(3) 周向弯曲应力和周向压缩力σ5，σ6，σ71，σ8。 9．塔设备在风力作用下，平行于风力的振动，使塔产生倾倒趋势，
垂直于风力的振动，使塔产生诱导共振。 10．固定管板换热器中，由于壳体壁温和管束壁温的不同， 固而在壳体和管束上产生了温差应力，在设计中，可以采取壳体上设 膨胀节的方法减少温差应力。 二、判断题：(每小题0.5分，共10分。正确画√，错误画×) 1．当开孔直径和补强面积相同时，采用插入式接管比平齐式接管更有利于补强。（√） 2.在筒体与端盖连接的边缘区，由于Q0,M0产生的边缘应力具有局部性，属于一次局部薄膜 应力。 (×) 3.密封设计中，轴向自紧密封，主要依靠密封元件的轴向刚度大于被联接件的轴向刚度(×) 4.外压容器失稳的根本原因是由于壳体材料的不均匀和存在一定的椭圆度所致。(×) 5.受横向均布载荷作用的圆平板，板内应力属于一次总体薄膜应力。(×) 6.“分析设计法”是比“规则设计法”更先进的设计方法，过程设备设计将用“分析设计法” 取代“规则设计法”。 (×) 7.等面积补强法，是依据弹性理论建立的一种精确补强方法，因而能较好的解决开孔引起的 应力集中问题。(×) 8.高压容器设计，由于介质压力较高，从安全角度考虑，设计壁厚t d越厚越好。(×) 9.圆筒体上开圆孔，开孔边缘轴向截面的应力集中现象比环向截面更严重。(√) 10.轴向外压圆筒的临界载荷通常以临界压力P cr表征，而不用临界应力 cr。(√) 11.压力容器制作完毕必须进行耐压试验和气密性试验. (×) 12.卧式容器鞍式支座结构，在容器与鞍座之间加垫板，以焊接固定，有效地降低了支座反 力在容器中产生的局部应力。 (√) 13．一夹套反应釜，罐体内压力为0.15MPa，夹套内压力为0.4MPa，则罐体内设计压力取
智慧树知到《过程设备设计》章节测试答案 绪论 1、下列说法哪个是正确的？ A:一类容器最危险，要求最高； B:二类容器最危险，要求最高； C:三类容器最危险，要求最高； D:四类容器最危险，要求最高。 正确答案：三类容器最危险，要求最高； 2、下列说法哪个是正确的？ A:有压力的容器就是压力容器 B:盛装气体和液体的容器就是压力容器 C:体积大于1 L的容器就是压力容器 D:压力与体积的乘积大于或者等于2.5 MPa·L的容器才是压力容器 正确答案：压力与体积的乘积大于或者等于2.5 MPa·L的容器才是压力容器 3、外压容器中，当容器中的内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时称为真空容器。A:对 B:错 正确答案：对 4、换热压力容器代号为S。 A:对 B:错 正确答案：错
5、中国《固定式压力容器安全技术监察规程》不根据因素进行压力容器分类。A:介质 B:设计压力 C:容积 D:温度 正确答案：温度 第一章 1、由于边缘应力出现在不连续处，因此它的危险性远远大于薄膜应力。 A:对 B:错 正确答案：错 2、内压作用下，端部封闭的厚壁圆筒最大应力是位于外壁的周向应力。 A:对 B:错 正确答案：错 3、半锥角为α的圆锥形封头，在半径为R处的第一、第二主曲率半径分别为 A:∞、R B:R、∞ C:R、R/cosα D:∞、R/cosα 正确答案：∞、R/cosα 4、第一曲率半径与（）有关。
A:与母线曲率半径有关 B:与第二曲率半径的形状有关 C:与旋转的方向有关 D:与母线到回转轴的距离有关 正确答案：与母线曲率半径有关 5、承受外压的容器可以发生失稳，而承受内压的容器则不会发生失稳。 A:对 B:错 正确答案：错 第二章 1、用图算法设计受外压半球形封头时，其系数A的含义是失稳时的周向应变。（）A:对 B:错 正确答案：错 2、无缝钢管做筒体时，公称直径是指它们的外径。 A:对 B:错 正确答案：错 3、加强圈只能设置在壳体的外部。 A:对 B:错 正确答案：错
09电气学习部 《电机学》系列材料电机学 作业参考答案 福州大学电气工程与自动化学院 电机学教研组黄灿水编 2008-3-3
2-1 设有一台500kV A 、三相、35000/400V 双绕组变压器，初级、次级侧绕组均系星形连接，试求高压方面和低压方面的额定电流。 解：由已知可得：kVA S N 500=、V U N 350001=、V U N 4002=，则有： 高压侧：)(25.8350003105003311A U S I N N N =??= = 低压侧： )(7.721400 3105003322A U S I N N N =??== 2-2 设有一台16MV A 、三相、110/11kV 、Yd 连接的双绕组变压器（表示初级三相绕组接成星形，次级三相绕组接成三角形）。试求高压、低压两侧的额定线电压、线电流和额定相电压、相电流。 解：由已知可得：MVA S N 16=、kV U N 1101=、kV U N 112=，则有： 高压侧 额定线电压： kV U N 1101= 额定线电流： )(0.8410 1103101633 611A U S I N N N =???= = 额定相电压： kV U U N 5.633 110311== =φ 额定相电流： )(8411A I I N ==φ 低压侧 额定线电压： kV U N 112= 额定线电流： )(84010 113101633 622A U S I N N N =???= = 额定相电压： kV U U N 1122==φ 额定相电流： )(4853 8403 22A I I N == =φ
第1章 导论 1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。 特点：导磁率高。 电路：紫铜线。 特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。 1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦， 消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。 涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生 叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。 与 磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。 1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m E fN φ=。 运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。 1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个 绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。d L e d t L ψ =- 对空心线圈：L Li ψ= 所以di e L L dt =- 自感：2L L N N m m i i i L Ni N φψ= = = ∧=∧ A m l μ∧= 所以，L 的大小与匝数平方、磁导率μ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。 闭合铁心μ>>μ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为μ0是常数，所以木 质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。 1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？ （2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式； （4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。 解：(1) ∵u 1为正弦电压，∴电流i 1也随时间变化，由i 1产生的磁通随时间变化，由电磁感 应定律知d dt e N Φ=-产生感应电动势. (2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律1e 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺 旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。
过程设备设计试题及答案 浙江大学2003 —2004 学年第 2学期期末考试 《过程设备设计》课程试卷 开课学院: 材化学院任课教师: 郑津洋姓名: 专业: 学号: 考试时间: 分钟题序一二三四五六 ? 总分评阅人 得分 一、判断题(判断对或者错，错的请简要说明理由，每题2分，共16分) , 脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴向平行，断裂的速度快，常 使容器断裂成碎片。 (错误，断口应与最大主应力方向平行) , 有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量 (错，有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量 和钢材负偏差) , 钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。 (错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹) , 压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。 (错，缺密封装置) , 盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。 (对) , 承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。 (错周边简支发生在中心处)
, 筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒 并焊接而成。(错，也可以用锻造筒节、绕带筒体等) , 检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器 必须开设检查孔。 (错，在一定条件下，可以不开检查孔) 二、选择题(答案有可能多余于一个，每题2分,共16分) 1 《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器 (ABCD) A 最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力); B 内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m; 3C 容积(V)大于等于0.025m; D 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。 2下列关于热应力的说法哪些不正确 (AD) A 热应力随约束程度的增大而减小 B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力 C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低 D 热应力在构件内是不变的 3 下列说法中，正确的有 ( BCD ) A 单层厚壁圆筒同时承受内压P和外压P时，可用压差简化成仅受内压的厚壁圆筒。 io B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力状态。 C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。 D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力分析中 仍然适用。
第一章压力容器导言 单选题 1.1高温容器 所谓高温容器是指下列哪一种：（） A.工作温度在材料蠕变温度以上 B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上 C.工作温度在材料蠕变温度以下 D.工作温度高于室温 1.2GB150 GB150适用下列哪种类型容器：（） A.直接火加热的容器 B.固定式容器 C.液化石油器槽车 D.受辐射作用的核能容器 1.3设计准则 一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（） A 弹性失效 B 塑性失效 C 爆破失效 D 弹塑性失效 1.4《容规》 有关《容规》适用的压力说法正确的是：（） A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力) B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力) C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力) D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力) 1.5压力容器分类 毒性为高度或极度危害介质PV>=0.2MPa.m3的低压容器应定为几类容器：（）A.Ⅰ类
B.Ⅱ类 C.Ⅲ类 D.不在分类范围 1.6材料性质 影响过程设备安全可靠性的因素主要有：材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。以下说法错误的是：（） A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力 B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力 C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力 D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力 1.7介质毒性 毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（） A.<0.1mg/m3 B.0.1~<1.0mg/m3 C.1.0~<10mg/m3 D.10mg/m3 1.8压力容器分类 内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（） A.低压容器 B.中压容器 C.高压容器 D.超高压容器 1.9压力容器分类 下列属于分离压力容器的是：（） A.蒸压釜 B.蒸发器 C.干燥塔 D.合成塔 单选题1.1 A单选题1.2 B单选题1.3 B单选题1.4 B单选题1.5 C单选题1.6 B单选题1.7 B 单选题1.8 C单选题1.9 C
第一章规程与标准 1-1 压力容器设计必须遵循哪些主要法规和规程？ 答：1．国发[1982]22号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》（简称《条例》）； 2．劳人锅[1982]6号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》实施细则； 3．劳部发[1995]264号：关于修改《〈锅炉压力容器安全监察暂行条例〉实施细则》"压力容器部分"有关条款的通知； 4．质技监局锅发[1999]154号：《压力容器安全技术监察规程》（简称《容规》）； 5．劳部发[1993]370号：《超高压容器安全监察规程》； 6．劳部发[1998]51号：《压力容器设计单位资格管理与监督规则》； 7．劳部发[1995]145号：关于压力容器设计单位实施《钢制压力容器-分析设计标准》的规定； 8．劳部发[1994]262号：《液化气体汽车罐车安全监察规程》； 9．化生字[1987]1174号：《液化气体铁路槽车安全管理规定》； 10．质技监局锅发[1999]218号：《医用氧舱安全管理规定》。 1-2 压力容器设计单位的职责是什么？ 答：1．设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责； 2．容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样； 3．容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。 1-3 GB150-1998《钢制压力容器》的适用与不适用范围是什么？ 答：适用范围： 1．设计压力不大于35MPa的钢制容器； 2．设计温度范围按钢材允许的使用温度确定。 不适用范围： 1．直接用火焰加热的容器； 2．核能装置中的容器； 3．旋转或往复运动的机械设备（如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等）中自成整体或作为部件的受压器室； 4．经常搬运的容器； 5．设计压力低于0.1MPa的容器； 6．真空度低于0.02MPa的容器； 7．内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线，如矩形为对角线、椭圆为长轴）小于150mm的容器； 8．要求作废劳分析的容器； 9．已有其他行业标准的容器，诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用容器和搪玻璃容器。 1-4 《压力容器安全技术监察规程》的适用与不适用范围是什么？ 答：适用于同时具备下列3个条件的压力容器（第2条第2款中特指的除外）： 1．最高工作压力（p W）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）； 2．内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3；3．盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
1.筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。封 头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。密 封装置的作用：保证承压容器不泄漏。开孔接管的作用：满足工艺要求和检 修需要。支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。安全附件的作用： 保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用 安全和工艺过程的正常进行。 2.试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳相比有 何异同？答：承受均布外压的回转壳的破坏形式主要是失稳，当壳体壁厚较大 时也有可能出现强度失效；承受均布内压的回转壳的破坏形式主要是强度失 效，某些回转壳体，如椭圆形壳体和碟形壳体，在其深度较小，出现在赤道上 有较大压应力时，也会出现失稳失效。 3.影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有：壳体材料的弹性模量与泊松 比、长度、直径、壁厚、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷。 提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采用高强度材料不正确，因为高强度材料的 弹性模量与低强度材料的弹性模量相差较小，而价格相差往往较大，从经济角 度不合适。但高强度材料的弹性模量比低强度材料的弹性模量还量要高一些， 不计成本的话，是可以提高圆柱壳弹性失稳的临界压力的。 4.求解内压壳体与接管连接处的局部应力有：应力集中系数法、数值解法、实 验测试法、经验公式法。 5.圆柱壳除受到压力作用外，还有通过接管或附件传递过来的局部载荷，如设 备自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的 载荷等。 10.压力容器选材应综合考虑压力容器的使用条件、零件的功能和制造工艺、 材料性能、材料使用经验、材料价格和规范标准。 11.为保证安全，压力容器设计时应综合考虑：材料、结构、许用应力、强度、 刚度、制造、检验等环节。压力容器设计的具体要求：压力容器设计就是根据 给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，确保安全的前提下，经济、 正确地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。结构设计主要是确定 合理、经济的结构形式，并满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；强（刚） 度设计的内容主要是确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求；密封设计 主要是选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。 14.○1当满足δ/D≤0.1或K≤1.2属薄壁圆筒，否则属厚壁圆筒。○2强度设计 的理论基础是弹性失效设计准则。弹性失效设计准则是以危险点的应力强度达 到许用应力为依据的。○3。对于各处应力相等的构件，如内压薄壁圆筒，这种 设计准则是正确的。但是对于应力分布不均匀的构件，如内压厚壁圆筒，由于 材料韧性较好，当危险点（内壁）发生屈服时，其余各点仍处于弹性状态，故 不会导致整个截面的屈服，因而构件仍能继续承载。在这种情况下，弹性失效 (一点强度)设计准则就显得有些保守。 15.椭圆形封头、碟形封头为何均设置短圆筒？答：短圆筒的作用是避免封头 和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。 16.从受力情况排序依次是半球形、椭圆形、碟形、锥壳和平盖封头，由好变 差；从制造情况顺序正好相反。半球形封头是从受力分析角度，最理想的结构 形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼 焊工作量较大。半球形封头常用在高压容器上。椭圆形封头的椭球部分经线曲 率变化平滑连续，应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多， 易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。 17.压力试验的目的：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破 坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。对外压容器，在外压作用下， 容器中的缺陷受压应力的作用，不可能发生开裂，且外压临界失稳压力主要与 容器的几何尺寸、制造精度有关，与缺陷无关，一般不用外压试验来考核其稳 定性，而以内压试验进行“试漏”，检查是否存在穿透性缺陷。 由于在相同压力和容积下，试验介质的压缩系数越大，容器所储存的能量也越 大，爆炸也就越危险，故应用压缩系数小的流体作为试验介质。气体的压缩系 数比液体的大，因此选择液体作为试验介质，进行液压试验。 18.压力容器分类的原则：满足外载荷与内力及内力矩平衡的应力，即“非自 限性”的应力；相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的应力，在材料为塑 性材料时具有“自限性”的应力；局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加 在上述两原则下的应力之上的应力增量，具有高度的“局部性”。 1
电机学第三版课后习题测验答案 原边接上电源后，流过激磁电流I0，产生励磁磁动势F0，在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同，根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e1和e2, 且有 , , 显然，由于原副边匝数不等, 即 N1≠N2，原副边的感应电动势也就不等, 即e1≠e2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U1≈E1, U2≈E2,故原副边电压不等,即U1≠U2, 但频率相等。1-2 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。1-3变压器的空载电流的性质和作用如何？ 答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。1-4一台220/110伏的变压器，变比，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，为什么？答：不能。由可知，由于匝数太少，主磁通将剧增，磁密过大,磁路过于饱和，磁导率μ降低，磁阻增大。于是，根据磁路欧姆定律可
知, 产生该磁通的激磁电流必将大增。再由可知，磁密过大, 导致铁耗大增，铜损耗也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。1-5有一台S-100/6、3三相电力变压器，，Y，yn（Y/Y0）接线，铭牌数据如下：I0%=7% P0=600W uk%=4、5% PkN=2250W试求：1。画出以高压侧为基准的近似等效电路，用标么值计算其参数，并标于图中；2。当变压器原边接额定电压，副边接三相对称负载运行，每相负载阻抗，计算变压器 一、二次侧电流、二次端电压及输入的有功功率及此时变压器的铁损耗及激磁功率。解： 1、1-6 三相变压器的组别有何意义，如何用时钟法来表示？答：三相变压器的连接组别用来反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应的线电动势（线电压）之间的相位关系。影响组别的因素不仅有绕组的绕向、首末端标记，还有高、低压侧三相绕组的连接方式。用时钟法表示时，把高压绕组的线电动势（线电压）相量作为时钟的长针，并固定在12点，低压绕组的线电动势（线电压）相量作为短针，其所指的数字即为三相变压器的连接组别号。三相变压器共有12种组别，其中有6种单数组别和6种偶数组别。1-7为什么说变压器的激磁电流中需要有一个三次谐波分量，如果激磁电流中的三次谐波分量不能流通，对线圈中感应电动机势波形有何影响？答：因为磁路具有饱和特性，只有尖顶波电流才能产生正弦波磁通，因此激磁电流需要有三次谐波分量（只有这样，电流才是尖顶波）。如果没有三次谐波电流分
(第三版)过程设备设计题解 １.压力容器导言 思考题 1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用? 答:压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。 筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。 封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。 密封装置的作用:保证承压容器不泄漏。 开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。 支座的作用:支承并把压力容器固定在基础上。 安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。 2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响? 答:介质毒性程度越高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。如Q23５-A或Q23５-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时,碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测,整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行10０%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器,其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上,如内部介质为中度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于 1.６ＭPａ,且还应尽量选用带颈对焊法兰等。 易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。如Q235-Ａ·Ｆ不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝(包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。 3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时,为什么不仅要根据压力高低,还要视压力与容积的乘积ｐV大小进行分类? 答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。 4.《压力容器安全技术监察规程》与GＢ15０的适用范围是否相同?为什么? 答:不相同。 《压力容器安全技术监察规程》的适用范围:错误!最高工作压力≥0.1ＭＰa（不含液体静压力)；错误!内直径（非圆形截面指其最大尺寸)≥0.１５m,且容积≥0．025m3；错误!盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。 ＧB150的适用范围:错误!0．1MPa≤p≤３5MPa，真空度不低于0.0２MPａ;错误!按钢材允许的使用温度确定(最高为70０℃,最低为-１9６℃)；错误!对介质不限；错误!弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数;错误!最大应力理论;错误!不适用疲劳分析容器。 GＢ150是压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据；《压力容器安全技术监察规程》是政府对压力容实施安全技术监督和管理的依据,属技术法规范畴。 5.GB15０、ＪB47３2和ＪB/T47３5三个标准有何不同?它们的适用范围是什么? 答:JＢ/T4７35《钢制焊接常压容器》与GB１50《钢制压力容器》属于常规设计标准;JB4732《钢制压力容
第一章 磁路 1-1 磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？ 答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为 A l R m μ= ，单位：Wb A 1-2 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？ 答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。经验公式V fB C p n m h h =。与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关； 涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。经验公式G B f C p m Fe h 2 3 .1≈。与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。 1-3 图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为0.025m （铁心由0.35mm 的DR320 硅钢片叠成）， 叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为0.93，不计漏磁，试计 算：(1) 中间心柱的磁通为4105.7-?Wb ，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流； (2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。 解： 磁路左右对称∴可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况: 铁心、气隙截面2422 109.293.010 25.1025.0m m A A --?=???==δ (考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数) 气隙长度m l 4 1052-?==δδ 铁心长度()m cm l 21045.122025.025.15225.125.7-?=?--+??? ? ??-= 铁心、气隙中的磁感应强度T T A B B 29.1109.22105.724 4 =???=Φ= =--δ (1) 不计铁心中的磁位降： 气隙磁场强度m A m A B H 6 7 100.110 429.1?=?= = -πμδ δ 磁势A A l H F F I 500105100.14 6 =???=?==-δδδ 电流A N F I I 5.0== (2) 考虑铁心中的磁位降： 铁心中T B 29.1= 查表可知：m A H 700= 铁心磁位降A A l H F Fe 15.871045.127002 =??=?=-