过程装备基础第3章习题解

第三章典型部件设计1.主轴部件应满足那些基本要求？答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。

主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。

旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。

主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。

主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。

主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。

主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。

2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。

（2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。

（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。

（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。

3.试述主轴静压轴承的工作原理答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。

静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。

所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。

1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性.A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.2. 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3. 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

6. 控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值 a 定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制（3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。

8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。

习题参考答案第一章1-1. 略。

1-2. 杆BC 为二力杆，N BC =8.64kN ，BC 杆受压。

梁AB 在铰链A 处所受约束反力：N A X =-6.11kN ，N A Y =2.89Kn 。

1-3. 1.575kN （压力）。

1-4. N A X =G/2，N A Y =G ；N BX =G/2，N B Y =0；N C X =G/2，N C Y =G 。

1-5. 11.25kN 。

1-6. 杆EF 和CG 均为二力杆，N EF =0.943kN ，N CG =-0.167kN ；A 处约束反力：N A Y =0.667kN ，N A Y =0.5kN 。

1-7. γGbl 2=。

1-8. 51.76N 。

1-9. 22kN 。

1-10. 固定铰链给予轮子一个大小为P 方向向上的约束反力，与轮边缘作用的向下的力P 形成一个力偶，这样才能与轮子所受的力偶相平衡。

1-11. (1)塔底约束反力：N A x =17.4kN ，N A y =243.5kN ，M =202.2kN ·m ；(2)N A x =6.39kN ，N A y =23.5kN ；N B x =6.39kN ，N B y =0。

第二章2-1. 两边200mm 段中的应力为100MPa ，应变为0.0005，伸长量为0.1mm ；中段应力为60MPa ，应变为0.0003，伸长量为0.06mm ；总伸长为0.26mm 。

2-2. 略。

2-3. 细段应力127.4 MPa ，粗段应力38.2 MPa ，总伸长量为0.733mm 。

2-4. AB 杆中的应力110.3 MPa ，BC 杆中的应力31.8 MPa ，均小于许用应力，故支架是安全的。

2-5.（1）x=1.08m ；（2）杆1中的应力44 MPa ，杆2中的应力33 MPa 。

2-6. 活塞杆直径d ≥62mm ，可取d =62mm ，螺栓个数n ≥14.8，取n=16（偶数）。

过程装备基础第三版答案第一章简介1.1 引言在过程工业中，过程装备的应用广泛。

本书旨在介绍过程装备的基本知识和原理，帮助读者了解过程装备的工作原理和操作方式。

1.2 本书结构本书共分为五章，分别介绍了过程装备的设计、选择、运行和维护等方面的内容。

第二章过程装备的分类和基本原理2.1 过程装备的分类过程装备可以根据其使用的工质进行分类，常见的分类包括压缩机、泵、阀门等。

2.2 过程装备的基本原理过程装备的工作原理通常是根据物质流动的原理进行设计。

例如，压缩机通过增加气体的压力来实现气体的压缩。

第三章过程装备的设计3.1 设计目标过程装备的设计目标是根据工艺流程和操作要求，确定装备的工作参数和尺寸。

3.2 设计步骤过程装备的设计通常包括以下几个步骤： 1. 确定工艺流程和操作要求 2. 选择合适的装备类型 3. 计算装备的工作参数和尺寸 4. 进行装备的结构设计和布置3.3 设计考虑因素在过程装备的设计中，需要考虑以下因素： - 工艺要求 - 安全性能 - 经济性 - 环境保护第四章过程装备的选择4.1 选择准则过程装备的选择要根据工艺要求和操作条件进行。

常见的选择准则包括： - 压力和温度要求 - 流量要求 - 耐腐蚀性能4.2 选择方法过程装备的选择通常是通过参考厂商提供的技术手册和经验进行。

可以从以下几个方面进行选择： 1. 确定工艺要求和操作条件 2. 根据技术手册进行参考选择 3. 考虑设备性能和价格进行权衡第五章过程装备的运行和维护5.1 运行管理过程装备的运行管理包括设备的启动、停止和调整等。

在运行过程中需要注意以下几个方面： - 正确操作设备 - 监测设备运行状态 - 及时处理设备故障和异常5.2 维护管理过程装备的维护管理包括定期检查、保养和维修等。

常见的维护管理方法有： - 清洁设备 - 更换易损件 - 调整设备结论过程装备是过程工业中的重要组成部分，本书从过程装备的分类、设计、选择、运行和维护等方面进行了介绍。

2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。

8.什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？答：系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。

①发散振荡过程②等幅振荡过程③衰减振荡过程④非振荡的单调过程。

衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自动控制的要求，其它的不能。

9.试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？4.在控制系统中，对象的放大系数，时间常数，滞后时间对控制有什么影响？答：对于不同的通道，对象的特性参数（K，T ，τ）对控制作用的影响是不同的。

对于控制通道：放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。

但K太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。

在相同的控制作用下，时间常数T 大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较大；若时间常数T小，则被控变量变化速度快，不易控制。

时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。

滞后时间τ的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。

因此，应尽量减小滞后时间τ。

对于扰动通道：放大系数K大对控制不利，因为当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数k小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。

时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。

纯滞后的存在，相当于将扰动推迟τ0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。

过程装备基础智慧树答案绪论1、生产流程性材料产品的工业则为过程工业。

A.对B.错答案:对2 、过程工业包含的行业有 ()?A.化工B.制药C.食品D.炼油答案:化工.制药,食品,炼油3、下列属于反应设备的是()?A.合成塔B.反应釜C.聚合釜D.转化炉答案:合成塔，反应釜，聚合釜，转化炉4 、过程设备中主要受压元件包括 ()?A.筒体B.封头C.膨胀节D.支座答案:筒体，封头，膨胀节5 、过程设备上的接管比筒体的直径要小很多，因此不属于受压元件。

A.对B.错答:案错第一章1 、展开尺寸只是理论计算或经验尺寸，号料时还要考虑零件在全部加工过程中各道工序的加工余量。

A.对B.错答案:对2 、矫形除要矫正由于钢材在运输、吊装或存放过程中的不当所产生的较大变形外，有些制造精度要求较高的设备，对保存较好的供货钢材也需要矫形。

A.对B.错答案对3、过程设备制造过程中只在钢板切割下料之前需要做净化处理。

A.对B.错答案:错4、辊式矫板机可以对管材进行矫形。

A.对B.错答案:错5、容器筒体的实际用料线尺寸=展开尺寸焊缝收缩量+焊缝坡口间隙。

A.对B.错答案:错6、筒节下料时注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向一致。

A.对B.错答案:对7、过程设备受压元件的每块材料上都应该有标记，如果或材料分成几块，没有标记的材料可以不用再添加标记。

A.对B.错答案:错8 、对于低温钢或有较大裂纹敏感倾向的钢制容器，可以用钢印做标记。

A.对B.错答案:错第二章1、筒节在冷卷成形过程中，随着变形率的增大()。

A. 强度增加B.塑形增加C.硬度下降D. 韧性增加答案:强度增加2、推弯式中频感应加热弯管，弯管质量好，椭圆变形和壁厚减薄小，不易产生折皱，拉弯式可弯制度弯头。

A.对B.错答案:错3、会留有直边段的卷板机类型是()。

A.对称式三辊卷板机B.下辊作水平移动的三辊卷板机C.不对称式三辊卷板机D.上辊作水平移动的三辊卷板机答案:对称式三辊卷板机4、可以弯卷锥形筒节的是() 。

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（b 510MPa ，s 345MPa ）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么?解：O 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：—— B FR i R 2圆筒壳体：R i=8, R =R , p z =-p , r k =R 4=兀 /2PR t⑦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C2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：O 球壳的气态氨部分壳体内应力分布：体厚度为t ）。

若壳体材料由20Rb400MPa , s 245MPa改为 16MnR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：0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： 2pa 2bt 2bt2 10 502 5001MPa习题2附图p,壳体中面半径为 R,壳2 0 rp z dr 2 r k tsinpr k pR 2 sin 2tR=R=R p z =-pPRtpR 2tpr k pR 2 sin 2t0.4 100002 20100MPa—-」习题3附图世支承以上部分，任一 4角处的应力: d 4R=R=R, pz=-[p+ p g R (cos 4 0-cos 4 )] r=Rsin（））,dr=Rcos （））sin 0 .102 72 10517Qcos 0.7由区域平衡方程和拉普拉斯方程: 2 R tsin 2 2coscos R g rdr 2 p R gcos rrdrr 。

《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。

本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。

本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。

各章中包含思考题和习题。

目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (7)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构，1.2压力容器分类，1.3压力容器规范标准。

第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题1.2.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？思考题1.3.《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？思考题1.4.《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？思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV＞0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器？思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析，2.2回转薄壳应力分析，2.3 厚壁圆筒应力分析，2.4 平板应力分析，2.5 壳体的稳定性分析，2.6 典型局部应力。

过程装备力学基础复习题第一章 弹性力学的内容和基本概念1.弹性力学是研究物体在弹性范围内由于外载荷作用或物体温度改变而产生的应力、应变和位移。

2.弹性力学除了研究杆件外，还研究平面问题和空间问题，在研究这些问题时，并不采用变形或应力分布之类的假设，由于结构和受力的复杂性，以无限小的单元体作为研究和分析问题的出发点，并由力平衡方程、几何方程和物理方程等构成数学-力学问题求解。

3.弹性力学基本方程（空间问题） ①平衡微分方程 3个0yx x zxX x y z τστ∂∂∂+++=∂∂∂ 0xy y zy Y xyzτστ∂∂∂+++=∂∂∂0yz xz zZ x y zττσ∂∂∂+++=∂∂∂ ②几何方程 6个,x xy u v ux x y ξγ∂∂∂==+∂∂∂ ,y yz v w v y y z ξγ∂∂∂==+∂∂∂ ,z zx w u wz z xξγ∂∂∂==+∂∂∂ ③物理方程 6个1()x x y z E ξσμσσ⎡⎤=-+⎣⎦ 1()y y x z Eξσμσσ⎡⎤=-+⎣⎦ 1()z z x y E ξσμσσ⎡⎤=-+⎣⎦ 1xy xy G γτ=1yz yz Gγτ=1zx zx Gγτ=这15个基本方程式中包含15个未知数：6个应力分量x σ、y σ、z σ、xy τ、yz τ、zx τ；6个应变分量x ξ、y ξ、z ξ、xy γ、yz γ、zx γ；3个位移分量μνω、、。

4.平面问题可分为平面应力问题和平面应变问题。

（1）当弹性体的一个方向尺寸很小，例如薄板，在板的边缘有平行于板面并沿板厚均匀分布的力作用。

六个应力分量只剩下平行于xOy 面的三个应力分量，即x σ、y σ、xy τ，而且它们只是坐标x ，y 的函数，与z 无关。

这类问题称作平面应力问题。

（2）当弹性体的一个方向尺寸很大，例如很长的柱形体。

在柱形体的表面上，有平行于横截面而不沿长度变化的外力。

六个应力分量只剩下四个，即x σ、y σ、z σ、xy τ，这类问题称作平面应变问题。

《过程装备基础》试题库绪论第一种模式（一）填空题（1）A类难度1．过程工业是涉及物质转化过程的工业部门的总称。

2．过程工业处理的物料是以气体、液体、粉粒体等形态为主的材料。

3．工业设备种类繁多，按其构件运动情况可分为动设备和静设备两类。

4 过程装备中，常见的设备种类有塔类、炉类、釜类、机类、泵类、储罐类和各种换热设备。

5．随着过程工业的发展，过程装备也不断向装置大型化、结构复杂化、性能高级化和技术综合化的方向发展。

第二种模式（一）简要回答下列问题：1．何谓过程工业？它是处理什么类型物料的产业？要点：过程工业是涉及物质转化过程的工业部门的总称，它是加工制造流程型物料的产业。

2．什么叫做过程装备？要点：过程装备主要是指过程工业生产工艺过程中所涉及的典型装置和设备，是实现过程工业生产的硬件设施。

3．过程装备的基本要求是什么？要点：过程装备的基本要求是：（1）安全可靠；（2）满足生产过程的要求；（3）综合经济性好；（4）优良的环境性能。

第1章第一种模式（一）填空题（1）A类难度1．二力杆是指杆两端两个力沿此二力作用点的连线作用构件。

2．对所研究物体的位移起限制作用的周围物体称为约束。

3．约束作用于被约束物体的力称为约束反力。

4．光滑面约束产生的约束反力的方向沿接触面的公法线并指向被约束物体。

5．两个力偶矩的值和转动方向完全相同，则称这两个力偶为等效力偶。

6．平面汇交力系是指物体上各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力。

7．平面一般力系的平衡条件是力系的合力等于零。

8．力偶是指两个大小相等、方向相反、作用线平行但不重合的力组成的力系。

9．生产实践中遇到的构件，大致可分为三类：即：杆件、平板、壳体。

10．柔性约束产生的约束反力的方向是使柔索被拉直的方向。

（2）B类难度1．柔性约束的特点是只限制被约束物体使柔索被拉直方向的位移，其约束反力只能是拉力。

2．固定铰链约束的特点是限制被约束物体的移动，不限制其转动。