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化工设备机械习题及解答
一、填空题
（1） 衡量金属材料的强度指标是（ ）、（ ）；衡量金 衡量金属材料的强度指标是（ ）；衡量金 属材料的塑性指标是（ ）、（ ）、（ ）；衡量金属材 属材料的塑性指标是（ ）；衡量金属材 料的耐腐蚀性能指标是（ ），为了使设计的构件具有一定 料的耐腐蚀性能指标是（ ），为了使设计的构件具有一定 的使用寿命，在设计截面尺寸时必须考虑（ ）。 的使用寿命，在设计截面尺寸时必须考虑（ 答案: 答案:屈服极限或 σS ; 强度极限或 σb ; 延伸率或δ; 断面收缩 延伸率或δ 率或Ψ；弹性模量或E ；腐蚀速率V ；腐蚀裕量 C2 （2）冷脆现象是指金属材料由常温下的（ ）材料，在深 冷脆现象是指金属材料由常温下的（ 材料， 冷状态下变成（ ）材料的现象。答案: 塑性; 脆性 冷状态下变成（ 材料的现象。答案: 塑性;
（3）金属材料具有（ 金属材料具有（
）、（
）、（
）、（ ）等
加工的可能性称为加工工艺性能。 加工的可能性称为加工工艺性能。 答案: 答案: 切削 ; 焊接; 铸造 ; 锻造 焊接; （4）弹簧、刀具等所用的金属材料主要是优质（ ）钢。 弹簧、刀具等所用的金属材料主要是优质（ 答案: 答案: 高碳 （5）调质钢是指先进行（ 调质钢是指先进行（ 处理的钢。答案: 处理的钢。答案: ）处理然后再进行高温（ ） 处理然后再进行高温（ 淬火; 淬火;回火 ）应力、( 应力、 )
（6）薄壁容器承受内压作用后，由于变形的不同产生的应 薄壁容器承受内压作用后， 力可分为三类，即（ ）应力、（ 应力、（ 力可分为三类， 应力。答案: 应力。答案: 薄膜应力 ; 边缘应力 ; 峰值应力
σ m σ θ p ρ2 + = ρ1 ρ 2 S
（7）回转壳体的轴对称问题是指壳体的（ 回转壳体的轴对称问题是指壳体的（ 、（ ）都是关于其回转轴对称的。 都是关于其回转轴对称的。 答案: 答案: 几何形状 ; 承受的载荷 ; 约束条件 （8）薄膜应力理论的两个基本方程是（ 薄膜应力理论的两个基本方程是（ 其应用条件是壳体的（ 其应用条件是壳体的（ 和对称的。 和对称的。 答案: 答案: σm = pρ2 ; 的载荷
2S
）、 （
）
）、（
）；
）及（
）必须是连续的
σm σθ p + = ρ1 ρ2 S
;
几何形状;承受
（9）计算压力是指相应的设计（ 计算压力是指相应的设计（ 小（
）下，用于确定元件最
）的压力。 答案: 温度; 壁厚 的压力。 答案: 温度;
（10）按刚
度条件设计不锈钢容器的最小壁厚不小于 10） mm。 答案: （ ）mm。 答案: ≥3 mm 11）化工容器及设备制造完毕后，需做压力试验， （11）化工容器及设备制造完毕后，需做压力试验，目的 是为了检验其（ ）。对于碳纲 对于碳纲、 是为了检验其（ ）和（ ）。对于碳纲、 16MnR、15MnDR制容器做水压试验时 16MnR、15MnDR制容器做水压试验时，水温不低于 制容器做水压试验时， （ ）℃ 答案: 宏观强度; 答案: 宏观强度; 致密性 ; 5 ℃ 12）在凸型封头、锥型封头、平板封头中受力最好、 （12）在凸型封头、锥型封头、平板封头中受力最好、加工 最困难的是（ 封头；受力最差、 最困难的是（ ）封头；受力最差、加工最易的是 封头。在高压容器中应用最广泛是（ 封头。 （ ）封头。在高压容器中应用最广泛是（ ）封头。 答案: 答案: 半球形 ; 平板 ; 平板
（13）法兰联接结构设计的主要内容有（ 13）法兰联接结构设计的主要内容有（ 的选型、（ 的设计、（ （ ）的选型、（ ）的设计、（
）的设计、 的设计、 的设计。 ）的设计。
答案: 法兰; 密封面形式; 垫片; 螺栓、 答案: 法兰; 密封面形式; 垫片; 螺栓、螺母 14）开孔补强的方法有（ 补强和（ 补强， （14）开孔补强的方法有（ ）补强和（ ）补强，在容 器上开孔后，判断其是否需要补强的依据是： 器上开孔后，判断其是否需要补强的依据是：若（ ） 则需要补强； 则不需要补强。 则需要补强；若（ ）则不需要补强。
A 答案: 答案: 局部 ; 整体 ; A ＞1 + A2 + A 3
A ≤ A + A2 + A ;1 3
（15）在化工容器及设备上开圆形人孔时，人孔的最小直径 15）在化工容器及设备上开圆形人孔时， 不小于（ mm； 不小于（ ）mm；开椭圆形人孔时其长轴不小于 mm；短轴不小于（ mm。 （ ） mm；短轴不小于（ ）mm。 答案: 250或 答案: 400; 400 、 250或 380 、 280
（16）边缘应力具有（ 16）边缘应力具有（
）、（
）、（
）的特性。 的特性。
答案: 答案: 局部性 ; 自限性 ; 周期性 （17）内径为D i =1000、工作压力为 P w= 3.0Kgf/cm2 的容 17）内径为D =1000、 3.0Kgf/cm2 器，其DN（ ）、PN（ ）。答案: 1000 ; 6Kgf/cm2 DN（ ）、PN（ ）。答案 答案: 6Kgf/cm2
二、简答题
（1）化工容器及设备零、部件设计的机械要求有哪些？ 化工容器及设备零、部件设计的机械要求有哪些？ 答: ①具有一定的强度; ②具有足够的刚度; ③具有充分的 具有一定的强度; 具有足够的刚度; 稳定性; 具有一定的耐久性; 稳定性; ④具有一定的耐久性; ⑤具有良好的密封性 （2）边缘应力和薄膜应力有何不同？ 边缘应力和薄膜应力有何不
同？ 答: ①薄膜应力具有整体性 , 边缘应力具有局部性
②薄膜应力无自限性 , 边缘应力具有自限性 ③薄膜应力无周期性 , 边缘应力具有周期性 （3）如何在内压薄壁容器及裙式支座上开椭圆孔？ 如何在内压薄壁容器及裙式支座上开椭圆孔？ 答:在内压薄壁容器上开椭圆孔时,由于危险截面是纵截 在内压薄壁容器上开椭圆孔时, 面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴与容器 为了减少其被削弱面积, 的轴线垂直;在裙式支座上开椭圆孔时, 的轴线垂直;在裙式支座上开椭圆孔时,由于危险截面 是横截面,为了减少其被削弱面积, 是横截面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴 与容器的轴线平行。 与容器的轴线平行。 （4）简述气压试验的操作过程。 简述气压试验的操作过程。 答: 试验时缓慢地将压力升至 p T 10%，且不超过0.05 10%，且不超过0.05 MPa,保压5分钟， MPa,保压5分钟，对所有焊缝和连接部位进行出初次
检查，合格后，将压力缓慢地升至p 50%，以后按p 检查，合格后，将压力缓慢地升至pT50%，以后按pT10% 的级差逐级升至p 保压30分钟 将压力降至p 87%， 分钟， 的级差逐级升至p T，保压30分钟，将压力降至pT87%，保 持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行检查， 持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行检查，如有渗 修补后重新试验，直至合格为止。 漏，修补后重新试验，直至合格为止。 在设计碟形封头时，为防止封头受力太差， （5）在设计碟形封头时，为防止封头受力太差，作了哪些 规定？ 规定？ 在任何情况下球面的半径不大于与其连接筒体的内径、 答:在任何情况下球面的半径不大于与其连接筒体的内径、 过渡圆弧的半径不小于连接筒体的内径10%且大于 且大于3 过渡圆弧的半径不小于连接筒体的内径10%且大于3倍的 封头壁厚 。 平板封头受力最差， （6）平板封头受力最差，为何在化工容器及设备中还广泛 应用？ 应用？ 平板封头受力虽然最差,但加工最容易,因此在化工容 答: 平板封头受力虽然最差,但加工最容易,因此在化工容 器及设备中广泛应用。 器及设备中广泛应用。
（7）什么叫金属热处理？其目的是什么。 什么叫金属热处理？其目的是什么。 将金属材料或金属构件保持在固态范围内, 答:将金属材料或金属构件保持在固态范围内,加热到一定温 度以上,在该温度下保温一段时间, 度以上,在该温度下保温一段时间,然后再冷却下来的一 种工艺。改变组织结构，提高其机械、加工性能。 种工艺。改变组织结构，提高其机械、加工性能。 型鞍式支座为何要配对使用？ （8）S型、F型鞍式支座为何要配对使用？ S型 答
: S型、F型鞍式支座配对使用的目的是使容器随温度的变 能够自由变形以降低温差应力。 化, 能够自由变形以降低温差应力。 10的螺纹孔的作用是什么 的螺纹孔的作用是什么？ （9）补强圈上规格为M 10的螺纹孔的作用是什么？ M10的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气, 的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气 答: M10的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气, 以检验焊缝的质量。 以检验焊缝的质量。 10） （10）说明下列金属材料牌号的意义 Q235-B 、 15MnVR 、 65 、 00Cr18Ni11Ti 、 KT 350-5 23515MnVR 00Cr18Ni11Ti 350-
答: Q235-B表示屈服极限为235MPa、质量等级为B级的 235- 表示屈服极限为 MPa、质量等级为B 表示屈服极限为235 甲类三号镇静纲 15MnVR表示含碳量为万分之十五、 15MnVR表示含碳量为万分之十五、含M n 量低于 表示含碳量为万分之十五 1.5% 1.5% 1.5%、含V 量低于 1.5%的普通低合金容器钢 65表示 65表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲 表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲 00Cr18Ni11Ti表示含碳量为0.3‰ 00Cr18Ni11Ti表示含碳量为0.3‰、含Cr 量为 18% 、 表示含碳量为 18% Ni量为 11% Ti量低于 1.5% 含Ni量为 11%、含Ti量低于 1.5%的不锈钢 KT 350-5表示抗弯强度为350MPa、延伸率为5 % 的 350- 表示抗弯强度为 MPa、延伸率为5 表示抗弯强度为350 可锻铸铁 （11）阐述容器法兰的设计步骤 11） 由与法兰配套的筒体或封头的PN 确定法兰的 答: ①由与法兰配套的筒体或封头的PN、DN 确定法兰的 PN、DN 根据法兰的PN DN法兰的类型 ②根据法兰的PN、DN法兰的类型
③由法兰的类型选择对应的法兰标准，根据法兰的PN、 由法兰的类型选择对应的法兰标准，根据法兰的PN、 DN由标准确定法兰的尺寸 DN由标准确定法兰的尺寸 由标准确定 （12）提高和改善碳钢的机械性能和加工性能的方法和途径 12） 有哪些？ 有哪些？ 答: ①调正和控制碳钢的化学成份 ②改变碳钢的组织结构 （如热处理和化学处理） 如热处理和化学处理） ③对碳钢进行热加工和冷加工
Di
L
三、计算题
(1)有一带搅拌装置的反应器如图所示。 (1)有一带搅拌装置的反应器如图所示。通过工艺计算知 有一带搅拌装置的反应器如图所示 其操作容积为 Vo =1.2m3 ，若装料系数为 η = 0.6、反应器
Di ≈
3
4V L π Di
的长径比L / Di =1.2 液体介质的操作压力p W =0. 52MPa， 52MPa， 、液体介质的操作压力p 试确定该反应器的DN 试确定该反应器的DN、PN。 反应器DN的确定 解:(1)反应器DN的确定 V = Vo /η =1.2/ 0.6 = 2.0m3 由 V = Vo /η得: 反应器的容积为 π π L 将反应器视为圆筒, 将反应器视为圆筒,则: V = Di
2L = Di3
4 4 Di
D ≈ 3 4V /(π i L ) = 3 8/(π ×1.2) =1.28(m) =1280mm Di
圆整 Di =1200mm , 反应器DN=1200mm 反应器DN=1200mm (2)反应器PN的确定 反应器PN的确定 根据p 52MPa由公称压力标准可知 反应器的PN为 由公称压力标准可知： 根据p W =0. 52MPa由公称压力标准可知：反应器的PN为 0. 6MPa。 6MPa。
A
（2）有一内压薄壁容器由圆筒、 有一内压薄壁容器由圆筒、 半球形封头、 半球形封头、无折边锥形封头组 容器的壁厚为S 成，容器的壁厚为S ，中间面直 径为D 介质的压力为p 径为D，介质的压力为p，如图 所示。试求A 所示。试求A、B、C三点的薄膜 应力。 应力。 解: A、B、C三点的 ρ1、 2 分别为 ρ
p
B S
D
r
2α C
A点: ρ1 = D/ 2、ρ2 = D/ 2 C点:
ρ1 = ∞、ρ2B点 / 2 ; = D:
ρ1 = ∞、ρ2 =
r con
α
2 A、B、C三点的薄膜应力为: 三点的薄膜应力为:
A点: B点: C点:
σm =
pD pD 、σθ = 4S 4S
pD pD σm = 、σθ = 4S 2S pr pr σm = 、 θ= σ 2Sconα / 2 Sconα / 2
（3）中间面直径为D、壁厚为S 的敞 中间面直径为D 壁厚为S 口薄壁圆筒， 口薄壁圆筒，承受沿高度方向呈线性 分布的压力作用，最大压力为P 分布的压力作用，最大压力为Po，试 求距离上端为y 求距离上端为y 处A点的薄膜应力及最 大薄膜应力。 大薄膜应力。 ρ 解: A点的 ρ1、 2 分别为 ρ1 = ∞、 2 = D/ 2 ρ
PO y A H
A点压力P x 的计算 点压力P 由于压力沿圆筒高度方向呈线性 分布， 点的压力P 可由相似比进行确定， 分布，故A点的压力P x 可由相似比进行确定，即：
P P H?y O x = 、x= P P O H H?y H
A点的薄膜应力为： 点的薄膜应力为：
P D H?y σm = 0、σθ = O × 2S H
最大薄膜应力。 最大薄膜应力。
σmax = σθ =
PD O 2S
四、综合题
（1）某化工厂需要设计一台液氨贮罐，厂方提供的设备设 某化工厂需要设计一台液氨贮罐， 计要求单如下： 计要求单如下：
设备名称20 设备名称20m3 液氨贮罐
根据上述设计要求单中的技术特性指标，解决下列 根据上述设计要求单中的技术特性指标， 有关问题。 有关问题。 解释罐体材料16 牌号和支座材料Q235（1）解释罐体材料16MnR牌号和支座材料Q235-A牌号的 意义。 意义。 ——含碳量为万分之 、含锰量低于1.5% 含碳量为万分之16 解: 16MnR——含碳量为万分之16、含锰量低于1.5%普通 低合金容器钢。 低合金容器钢。 Q235-A——屈服极限为235MPa，质量等级为A级的甲 235- ——屈服极限为 MPa， 屈服极限为235 类三号镇静钢。 类三号镇静钢。 若罐体的长径比为L/D 3.5，试确定罐体的DN （2）若罐体的长径比为L/D i = 3.5，试确定罐体的DN、 PN [1]罐
体 罐体DN 解: [1]罐体DN 的确定 4V 4× 20 π 2 D3 = = 由V = D L, L / D = 3.5得： i i i 3.5π 3.5π 4 D =1.938(m) 圆 D = 2000mm 整 i i
pc = p = 1.1× 1.6( MPa )
罐体 DN = 2000mm [2] 罐体PN 的确定 罐体PN 可知： 因操作压力 pW =1.6MPa ，由文献 可知： =1.6MPa PN 设计罐体的圆筒壁厚， （3）设计罐体的圆筒壁厚，圆筒 冷卷时的最小投料壁厚 是多少。 是多少。 解: [1]设计参数的确定 [1]设计参数的确定 p =1.1pW =1.1×1.6(MPa)∵ pL ≈2000/10000=0.02＜5％ p 2000/10000=0.02＜ ， ∴可以忽略 pL， pc = p + pL ， pc = p =1.1×1.6(MPa) t ＝100℃ ，Φ＝1.0（100%无损探伤），C1＝0.25mm，C2 100℃ 1.0（100%无损探伤），C 无损探伤）， ＝1mm [2]筒体壁厚的设计 [2]筒体壁厚的设计 [ t Sn =12mm ， σ ] =170MPa 设筒体的壁厚 pc D i 由公式 Sn = + C 得： t 2[σ ] Φ? pc
Sn =
圆整 Sn′ =12mm
1.1×1.6× 2000 +1+ 0.25 =11.7(mm) 2×170×1.0 ?1.1×1.6
∵ Sn′ = Sn =12mm, ∴ 假设 Sn =12mm 合理， 合理，故筒体壁厚为 12mm 12mm [3]最小投料壁厚 [3]最小投料壁厚
S 加工筒体的最小投料壁厚为： n ?C1 =12 ? 0.25 =11.75(mm) 加工筒体的最小投料壁厚为： 若采用标准椭球形封头， （4）若采用标准椭球形封头，设计封头的壁厚并确定直 边的高度。标准椭圆形封头热冲压成型后， 边的高度。标准椭圆形封头热冲压成型后，封头的壁厚不 低于多少为合格。 低于多少为合格。 [1]设计参数的确定 解: [1]设计参数的确定 p = 1.1pW = 1.1×1.6(MPa)
pC = p + pL = p = 1.1pW = 1.1×1.6(MPa)
100℃ 无损探伤）， （双面对接焊, 100%无损探伤），C t＝100℃ ， φ =1.0 双面对接焊, 100%无损探伤），C1＝ 0.25mm， 0.25mm，C2＝1mm [2]封头壁厚的设计 [2]封头壁厚的设计 设封头的壁厚 Sn =12mm ， [σ ]t = 170MPa pC Di 由公式 Sn = + C 得： t 2[σ ] φ ? 0.5 pC
1.1×1.6× 2000 Sn = + 0.25 +1 =11.63(mm) 2×170×1.0 ? 0.5×1.1×1.6
圆整 Sn′ = 12mm ∵ Sn = Sn′ = 12mm, ∴ 假设 Sn =12mm 合理，故封头壁 合理， 厚为12 厚为12 mm [3]直边的高度及最小壁厚 [3]直边的高度及最小壁厚
直边的高度h =25mm 直边的高度ho=25mm 热冲压成型后， 热冲压成型后，封头的壁厚不低于Sn ? C1 =12 ? 0.25 =11.75(mm) 为合格。 为合格。 （5）设计筒体的长度 H。 解：根据EHA型封头的标准，由 Di = 2000mm查表可得: 根据EHA型封头的标准 型封头的标准， 查表可得:
VF = 1.1257m3
由 V =VT + 2VF 得： VT =
π
4 V ? 2VF (20 ? 2×1.1257) H= = = 5.652(m) π 2 π 2 Di ×2 4 4
D2 H = V ? 2VF i
圆整后得圆筒长度 H = 5.652m = 5652mm = 5650mm
（6）若按刚度条件设计圆筒壁厚，其最小壁厚为多少。 若按刚度条件设计圆筒壁厚，其最小壁厚为多少。 2000mm＜3800mm 解： ∵ D i =2000mm＜380
0mm , ∴ Smin ≥ 2Di + C2
Smin 2 × 2000 = +1 = 5(mm) 1000
1000
（7）罐体做水压试验时，试确定水的温度及压力表的量 罐体做水压试验时， 程。 罐体做水压试验时，水的温度≥ 解：罐体做水压试验时，水的温度≥5℃ 试验压力 p = 1.25p [σ ] = 1.25×1.1×1.6×1.0 = 2.2(MPa) T [σ ]t 压力表的量程 p表 = 2 pT = 4.4(MPa) 或 1.5pT ≤ p表 ≤ 4 pT , 即:
3.3MPa ≤ p表 ≤ 8.8MPa
（8）对罐体进行液压试验强度校核。 对罐体进行液压试验强度校核。 p (D + S ? C) 解：由 σT max = T i n 得：
2(Sn ? C)
σ max
2.2× (2000 +12 ?1.25) = = 205.76(MPa) 2× (12 ?1.25)
∵σmax ＝205.8 MPa ＜0.9 σsΦ=0.9×345×1=310.5（MPa） =0.9×345×1=310.5（ ∴ 液压强度足够 （9）确定液氨排液口管法兰的DN、PN；选择管法兰密 确定液氨排液口管法兰的DN PN； 封面的形式及垫片的材质。 封面的形式及垫片的材质。 解：由设备设计要求单可知:液氨排液口管法兰的DN=32 由设备设计要求单可知:液氨排液口管法兰的DN=32 管法兰的PN=1.6MPa。 、管法兰的PN=1.6MPa。
管法兰密封面的形式为：凹凸型 管法兰密封面的形式为： 垫片的材质为： 垫片的材质为：中压石棉橡胶板 10）在筒体上开人孔时，确定人孔的DN； （10）在筒体上开人孔时，确定人孔的DN；若在人孔处 采用补强圈补强，试确定补强圈的外径。 采用补强圈补强，试确定补强圈的外径。 容器直径D =2000mm 选用DN=500mm 解：容器直径D i =2000mm 时，选用DN=500mm 采用补强圈补强，补强圈的外径D 840mm 若采用补强圈补强，补强圈的外径Do = 840mm 11） （11）确定设计鞍式支座的基本参数 鞍式支座的基本参数有两个： 解：鞍式支座的基本参数有两个： 容器的公称直径DN 2000mm 容器的公称直径DN = 2000mm 每个支座承受的载荷 mg/2（ --设备的金属质量 支座承受的载荷Q 设备的金属质量+ 每个支座承受的载荷Q=mg/2（m设备的金属质量+ 液氨的质量） 液氨的质量） 12）确定进液口接管的伸出长度。 （12）确定进液口接管的伸出长度。 液氨贮罐外无保温层， mm查表可知 查表可知： 解：液氨贮罐外无保温层，由DN = 50 mm查表可知：
接管的伸出长度L=150mm 接管的伸出长度L=150mm
(2)某化工厂需要设计一台气 (2)某化工厂需要设计一台气——固两相流化床反应器， 某化工厂需要设计一台气——固两相流化床反应器 固两相流化床反应器， 厂方提供的设备设计条件单如下： 厂方提供的设备设计条件单如下： 设备名称：体积为2.5m3的气 的气——固流化床反应器 设备名称：体积为2.5m3的气——固流化床反应器
根据上述设计条件单，按下列程序对反应器的有关内 根据上述设计条件单， 容进行
设计和计算 : 解释壳体材料0 18N 10T 支座材料20R （1）解释壳体材料0Cr18Ni10Ti 支座材料20R 牌号的意义 0Cr18Ni10Ti表示 含碳量为0.5 表示: 含铬量为18% 解： 0Cr18Ni10Ti表示:含碳量为0.5 ‰、含铬量为18% 、 含镍量为10% 含钛量低于1.5 含镍量为10% 、含钛量低于1.5 %的不锈钢 20R表示:含碳量为0.2 的优质低碳容器钢。 20R表示:含碳量为0.2 % 的优质低碳容器钢。 试确定反应器筒体和封头的DN PN。（ 。（忽略筛板 （2）试确定反应器筒体和封头的DN、PN。（忽略筛板 的体积） 的体积） 公称直径DN 解：[1] 公称直径DN 的确定 π 2 π 3 L 由 V = Di L = Di 得:
4 4 Di
4V 4×2.5 3 D= = = 0.683(m) i L 3 π ×10 π D i
因为筒体的内径已系列化，由标准可知： 700mm 因为筒体的内径已系列化，由标准可知：Di 取700mm 反应器筒体DN=700mm， 反应器筒体DN=700mm， 与之配套的封头DN=700mm。 与之配套的封头DN=700mm。 [2] 公称压力PN的确定 公称压力PN的确定 由工作压力0.65MPa，操作温度低于200℃ 由工作压力0.65MPa，操作温度低于200℃。根据压 力容器法兰规定，筒体公称压力等级取PN=1.0MPa。 力容器法兰规定，筒体公称压力等级取PN=1.0MPa。封头 与之一致， PN=1.0MPa。 与之一致，亦PN=1.0MPa。 按强度条件设计筒体的壁厚、 （3）按强度条件设计筒体的壁厚、筒体冷卷时的最小投 料厚度不小于多少。 料厚度不小于多少。 解：[1] 设计参数的确定 p =1.1pW =1.1×0.65(MPa) ，pC = p + pl ，pl = 0 (无液柱静压) 无液柱静压) ， pC = p =1.1×0.65(MPa) [σ ]t =137MPa
φ =1.0 双面焊对接接头/全焊透，100%无损探伤）， 无损探伤）， （双面焊对接接头/全焊透，100%无损探伤
C1= 0.25mm 、C2= 0 mm 0.25mm [2] 筒体壁厚的设计
pc D i + C得： 由 Sn = t 2[σ ] Φ? pc
1.1×0.65×700 Sn = + 0.25 + 0 = 2.1(mm) 2×137×1.0 ?1.1×0.65
圆整 Sn = 3mm ，考虑筒体的加工壁厚不小于5mm ， 考虑筒体的加工壁厚不小于5 故取 Sn = 5mm [3] 最小投料厚度 筒体冷卷的最小投料厚度： 筒体冷卷的最小投料厚度： Sn ?C1 = 5 ? 0.25 = 4.75(mm)
（4）设计上、下标准椭球形封头的壁厚和封头的体积、 设计上、下标准椭球形封头的壁厚和封头的体积、 封头热冲压成型后的最小厚度不小于多少为合格。 封头热冲压成型后的最小厚度不小于多少为合格。 解：[1] 设计参数的确定 p p =1.1pW =1.1×0.55(MPa)，pC = p + pl ， l = 0 pC = p =1.1×0.65(MPa) ，[σ ]t =137MPa φ =1.0 整板冲压成型）， C1= 0.25mm 0.25mm （整板冲压成型）， C2= 0 mm [2] 封头壁厚的设计 由 Sn =
pc Di + C 得： t 2[σ ] Φ? 0.5pc
1.1×0.65×700 Sn = + 0.25 + 0 = 2.1(mm) 2×137×1.0 ? 0.5×1.1×0.65
圆整 Sn = 3mm 取封头的壁厚与筒体的壁厚一致 Sn = 5mm [3] 封头
的体积 由DN=700 mm 查表可知： VF = 0.0545m3 DN=700 查表可知： [4]热冲压成型后的最小厚度 [4]热冲压成型后的最小厚度 Sn ? C1 = 5 ? 0.25 = 4.75(mm) （5）设计反应器筒体的长度 H 解： 由 V =V + 2VF得： T
4 V ? 2VF 2.5 ? 2×0.0545 H= = π 2 π Di ×0.72 4 4
VT =
π
Di2H = V ? 2VF
H = 6.213m
H = 6210mm
圆整后得圆筒长度 H = 6210mm 反应器做空压试验时， （6）反应器做空压试验时，对壳体进行气压试验强度校 核。 解：[1]试验压力的确定 [1]试验压力的确定
[σ ] pT =1.15p t =1.15×1.1×0.65 = 0.82225(MPa) [σ ] 取 pT = 0.83(MPa) [2] 气压试验强度校核
由 σT max
pT (D + Sn ? C) i = 得： 2(Sn ? C)
0.83×(700 + 5 ? 0.25) σT max = = 61.6(MPa) 2(5 ? 0.25)
0.8σ =0.8×203×1=162.4MPa 0.8σsΦ =0.8×203×1=162.4MPa σT max = 61.6MPa < 0.8σsΦ = 162.4 M Pa 61.6MPa 0.8σ 筒体的强度满足气压试验强度要求 （7）反应器的筒体和封头之间采用法兰联接结构，确定 反应器的筒体和封头之间采用法兰联接结构， 法兰的型式、密封面的型式及使用的垫片名称。 法兰的型式、密封面的型式及使用的垫片名称。 根据DN=700mm、PN=1.0MPa， 解：根据DN=700mm、PN=1.0MPa，由压力容器法兰分 类及参数表可知，法兰的型式为甲型平焊法兰。 类及参数表可知，法兰的型式为甲型平焊法兰。 密封面的型式：平面型或凹凸型； 密封面的型式：平面型或凹凸型； 垫片名称： 垫片名称：耐油垫或四氟垫 若反应器的总重量为4.0吨 （8）若反应器的总重量为4.0吨，壳体上对称布置四个不 带垫板的耳式支座，试确定支座的类型及有关尺寸． 带垫板的耳式支座，试确定支座的类型及有关尺寸． 支座的类型： 支座的类型：
解：支座的类型：B型耳式支座 支座的类型： 每个支座承受的载荷为Q mg/2= 每个支座承受的载荷为Q=mg/2= 40/2=20(KN ) 根据Q 700mm 根据Q= 20(KN )、D i = 700mm ,由B型耳式支座的标 准确定支座的尺寸如下表。 准确定支座的尺寸如下表。
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