過程設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題

1.有一外徑為的氧氣瓶，最小壁厚為6.5mm，材質(zhì)為40Mn2A，工作壓力為15MPa，試求氧氣瓶筒身的應(yīng)力。

2.有一圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，已知圓筒平均直徑D=2020mm，壁厚20mm，工作壓力p=2MPa。

試確定

(1)試求筒身上的應(yīng)力

(2)如果橢圓形封頭的a/b分別為2、、3，t=20mm，確定封頭上最大應(yīng)力值

①

②

頂點(diǎn)

赤道

當(dāng)a/b=2時(shí)

頂點(diǎn)

赤道

最大應(yīng)力在頂點(diǎn)處有拉應(yīng)力101MPa，赤道處有壓應(yīng)力101MPa

當(dāng)a/b=時(shí)

頂點(diǎn)

赤道

最大應(yīng)力在頂點(diǎn)處有拉應(yīng)力71.2MPa

當(dāng)a/b=3時(shí)

頂點(diǎn)

赤道

最大應(yīng)力在赤道處有壓應(yīng)力353.5MPa

3.有一立式圓筒形儲(chǔ)油罐，罐體直徑5000mm，厚度3mm，油液高度18m，油的密度為，g取10

（1）當(dāng)P0=0時(shí)，油罐筒體上最大應(yīng)力。

（2）當(dāng)P0=0.1MPa時(shí)，油罐筒體上的應(yīng)力及最大應(yīng)力。

由于壁厚t與壁相差較大，因此

①

時(shí)

最大應(yīng)力

②

時(shí)

最大應(yīng)力

83.3+5.83×18=188.2MPa

4.封閉厚壁筒有鋼（）制成，其內(nèi)徑，外徑，承受內(nèi)壓

試求圓筒內(nèi)壁外壁和中間面的應(yīng)力值并簡單討論之

340

-300

71.2

-31.2

0

①

＞＞

內(nèi)壁處最大

②

不均勻

③

5.有一承受內(nèi)壓的厚壁圓筒，其內(nèi)徑200mm，外徑400mm，材料為16MnR，屈服，極限強(qiáng)度

試求

①內(nèi)壁開始屈服的壓力

②當(dāng)壁厚一半達(dá)到屈服時(shí)的壓力

③整體屈服壓力

④爆破壓力

①

內(nèi)壁屈服

②半屈服

②

整體屈服

④爆破壓力

1.某內(nèi)壓圓柱形筒體，其設(shè)計(jì)壓力P=0.4MPa，設(shè)計(jì)溫度t=70℃，圓筒內(nèi)徑Di=1000mm，總高3000mm，盛裝液體介質(zhì)，介質(zhì)密度，筒體材料為Q345R，腐蝕裕量取2mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，已知設(shè)計(jì)溫度下Q345R的許用應(yīng)力，在厚度為6—16mm時(shí)，[σ]t

=189MPa，厚度16—36mm時(shí)，[σ]t

=185

MPa。試求該筒體厚度。

①確定參數(shù)

Q345R

[σ]t

=189MPa

②設(shè)計(jì)厚度

校核

不合格

③改

④水壓試驗(yàn)校核

應(yīng)力校核合格

2.有一臥式圓筒形儲(chǔ)罐，內(nèi)裝濃度99%液氨，筒體內(nèi)徑，筒高L=3200mm，兩端利用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，儲(chǔ)罐最高操作溫度不超過50℃。具有可靠保護(hù)措施，罐頂裝有安全閥，試初步確定壁厚。（在50℃時(shí)飽和蒸汽壓力1.973MPa（表壓）

安全閥的開啟壓力）用水壓試驗(yàn)校核。

①確定參數(shù)

設(shè)計(jì)溫度

最高工作溫度

50℃

設(shè)計(jì)壓力

安全閥

選材

選Q345R

腐蝕裕度

《腐蝕裕度數(shù)據(jù)手冊(cè)》

設(shè)計(jì)壽命

15年

焊接系數(shù)

三類

雙面焊接

對(duì)縫焊接

許用應(yīng)力

（16—36mm）

負(fù)偏差

②設(shè)計(jì)厚度

筒體

封頭

考慮到

選

最小壁厚校核

合格

3.有一庫存很久的容器，材料為16MnR，筒體外徑，其實(shí)測最小壁厚為6.5mm，氣瓶兩端為半球形狀，今欲充壓10MPa，常溫使用，并考慮腐蝕裕量，問強(qiáng)度是否夠用，如不夠，最大允許工作壓力多大？

解法一

①確定參數(shù)

16MnR

Q345R

實(shí)測

②

不能用

解法二

不能用

解法三

不能用

4.過熱器集箱的平蓋形式如圖，筒體內(nèi)徑Di=500mm，設(shè)計(jì)壓力18MPa，設(shè)計(jì)溫度500℃，平蓋材料采用16CrM的鍛件，腐蝕裕量C2=1.5mm,試確定平蓋厚度t及t1、r等尺寸

①確定參數(shù)

T=500℃

P=18MPa

C2=1.5mm

Do=Di=500

結(jié)構(gòu)特征系數(shù)

k=0.3

鍛件的許用應(yīng)力表得

②計(jì)算厚度

③計(jì)算圓筒壁厚

選擇材料

15CrMoR

時(shí)

雙面對(duì)接焊100%

探傷

C1=1.3

C2=1.5

t=500℃

P=18MPa

計(jì)算厚度

考慮到C1=1.3mm

取

符合預(yù)先設(shè)定的范圍

④確定結(jié)構(gòu)尺寸

5.有一承受內(nèi)壓的圓筒形容器，其內(nèi)徑

壁厚最高工作壓力

工作溫度200℃，材料為15MnVR

焊接接頭系數(shù)，壁厚附加量，試驗(yàn)算容器強(qiáng)度夠不夠，如果已知15MnVR在200℃時(shí)許用應(yīng)力為170MPa,試求容器能承受的最大壓力多少？

顯然

強(qiáng)度夠用

6.有一長期不用的反應(yīng)釜，經(jīng)實(shí)測內(nèi)徑1200mm,最小壁厚10mm，材質(zhì)為16MnR，縱向焊接接頭為雙面對(duì)接接頭，是否曾作檢測不清楚，今欲利用該釜承受1MPa的內(nèi)壓，工作溫度為200℃，介質(zhì)無腐蝕性，但需要裝設(shè)安全閥，試判斷該釜在此條件下能否使用。（，）

顯然可用

7.今有一直徑Di=600mm，設(shè)計(jì)外壓P=0.1MPa，C2=2mm，計(jì)算長度L=500mm的容器，材質(zhì)為16MnR，工作溫度為200℃，試問能否用壁厚8mm的鋼板來制造這臺(tái)設(shè)備（忽略板材負(fù)偏差，材料彈性模量）

Di=600mm

P=0.1MPa

C2=2mm

L=5000

短圓筒

鋼板可以制造該設(shè)備

8.已知，一減壓塔內(nèi)徑為1000mm塔體長度為6500mm

(不包括封頭)其封頭為橢圓形，直邊高度為40mm，長短軸比值，減壓塔在0.00532MPa(絕壓)及150℃下操作，塔體與封頭均由Q235-B制成試確定

1.無加強(qiáng)圈時(shí)，塔體所需壁厚

2.若在塔外設(shè)置5個(gè)加強(qiáng)圈，則塔體所需壁厚

3.封頭的壁厚

(1)

無加強(qiáng)圈時(shí)

設(shè)

臨界長度

短圓筒

且接近

可行

（2）增設(shè)加強(qiáng)圈

設(shè)

合適

A=0.0001MPa

（3）封頭壁厚校核

筒體與封頭等壁厚原則

認(rèn)為

封頭合適

9.減壓塔筒體家兩端封頭，直邊總長24600mm，兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，內(nèi)徑，壁厚附加量，塔內(nèi)真空度為30mmHg，設(shè)計(jì)溫度150℃塔壁材料Q235R，試問當(dāng)塔的有效壁厚時(shí)

1.塔體和封頭穩(wěn)定性是否滿足要求

2.若不滿足要求，則應(yīng)加多少加強(qiáng)圈

3.若下設(shè)加強(qiáng)圈，則壁厚應(yīng)力為多少時(shí)才能滿足要求

取設(shè)計(jì)外壓：

計(jì)算壓力：

（1）塔體圓筒的校核：

圓筒計(jì)算長度：

圓筒外徑：

查圖4-6得：

筒體不滿足穩(wěn)定性要求

（2）橢圓封頭穩(wěn)定性校核：

當(dāng)量曲率半徑：

所以：按半球封頭設(shè)計(jì)時(shí)：

由A查厚度計(jì)算圖（Q235R，150℃）得：

許用外壓

故封頭：時(shí)滿足要求

2、筒體加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)

（材料Q235R，設(shè)計(jì)溫度150℃）

加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)n及間距

加強(qiáng)圈最大間距按下式計(jì)算：

加強(qiáng)圈個(gè)數(shù)：

除兩端封頭外，實(shí)際加強(qiáng)圈數(shù)為9個(gè)。

3.不設(shè)加強(qiáng)圈時(shí)塔體所需壁厚（滿足穩(wěn)定性）：

所以不設(shè)加強(qiáng)圈時(shí)塔體厚為

10.今欲設(shè)計(jì)一臺(tái)化肥用甲烷反應(yīng)器，內(nèi)徑為3200mm，計(jì)算壓力為2.6MPa，設(shè)計(jì)溫度為225℃，材料選用16MnR,采用雙面焊接接頭100%，檢測

試設(shè)計(jì)該反應(yīng)器筒體的壁厚并校核水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力（板材負(fù)偏差C1可忽略，材料在225℃時(shí)的應(yīng)力，常溫時(shí)屈服極限）

計(jì)算壁厚

取

校核最小壁厚

可見剛度足夠

顯然

水壓試驗(yàn)合格