第一篇：《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

課程名稱:過程設(shè)備設(shè)計(jì)

英文名稱: Process Equipment Design 學(xué)分: 4.5

學(xué)時(shí): 72

理論學(xué)時(shí): 64

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):8 教學(xué)對象:過程裝備與控制工程專業(yè)本科生

先修課程:高等數(shù)學(xué),機(jī)械制圖,工程力學(xué),機(jī)械設(shè)計(jì),化工原理,彈性力學(xué),專業(yè)英語

教學(xué)目的: 本課程是過程裝備與控制工程專業(yè)的主干專業(yè)課程，其目的旨在使學(xué)生能綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課程中的基本理論及相關(guān)的工程實(shí)踐知識，通過本課程的學(xué)習(xí)，基本具備從事過程設(shè)備設(shè)計(jì)和研究開發(fā)的初步能力。

教學(xué)要求: 熟悉并掌握過程設(shè)備設(shè)計(jì)的基本理論及工程實(shí)踐，能采用正確、合理的方法進(jìn)行過程設(shè)備的設(shè)計(jì)。從材料、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、溫度、制造質(zhì)量、安裝、操作維護(hù)等方面對過程設(shè)備的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合分析和研究。

教學(xué)內(nèi)容: Introductory Remarks(1學(xué)時(shí))Chapter 1 Pressure Vessel Introduction(1學(xué)時(shí))1.1 Gross Structure 1.2 Pressure Vessel Classification 1.3 Pressure Vessel Codes and Standards 基本要求: 壓力容器分類方法,總體結(jié)構(gòu),國內(nèi)外規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)及其比較 重點(diǎn):按技術(shù)管理的分類, GB150,ASME 難點(diǎn):正確理解按技術(shù)管理的分類方法

Chapter 2 Stress Analysis of Pressure Vessels(14學(xué)時(shí))

2.1 Stress Analysis of Revolution Shells

2.1.1 Stress in Thin Walled Cylinders

2.1.2 Membrane Theory

2.1.3 Basic Equations

2.1.4 Application of Membrane Shell Theory

2.1.5 Discontinuity Analysis

2.2 Analysis of Thick Walled Cylinder

2.2.1 Elastic Stresses

2.2.2 Elastic-Plastic Stress

2.2.3 Yield Pressure and Bursting Pressure

2.3 Stress Analysis of Flat Plate

2.3.1 Introduction

2.3.2 Bending Differential Equation

2.3.3 Stresses in Circular Plate

2.3.4 Stress of Symmetrically Loaded Circular Plate with a Circular Central Hole

2.4 Stability Analysis of Shells

2.4.1 Introduction

2.4.2 Bucking Analysis of Thin Wall Cylinder under External Pressure

2.4.3 Critical Pressure of Other Revolution Shells

2.5 Typical Local Stresses 基本要求:回轉(zhuǎn)殼的應(yīng)力分析,二種基本理論,無力矩理論的基本方程,無力矩理論的應(yīng)用,厚壁圓筒的彈性應(yīng)力和彈塑性應(yīng)力,屈服壓力,爆破呀力,圓平板的應(yīng)力計(jì)算及其應(yīng)力分布,穩(wěn)定性分析的基本方法,臨界壓力,局部應(yīng)力分析的幾種方法,降低局部應(yīng)力的措施.重點(diǎn): 回轉(zhuǎn)殼的應(yīng)力分析, 無力矩理論的基本方程, 厚壁圓筒的彈性應(yīng)力, 臨界壓力, 難點(diǎn): 回轉(zhuǎn)殼的應(yīng)力分析, 穩(wěn)定性的分析方法, 彈塑性應(yīng)力.Chapter 3 Pressure Vessel Materials and Properties Effected by Environment and Time(6學(xué)時(shí))

3.1 Pressure Vessel Materials

3.1.1 Pressure Vessel Steels

3.1.2 Nonferrous Metal and Nonmetal

3.2 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Fabrication

3.2.1 Plastic Deformation

3.2.2 Welding

3.2.3 Heat Treatment

3.3 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Environment

3.3.1 Temperature

3.3.2 Medium

3.3.3 Loading Speed

3.4 Selection of Pressure Vessel Materials

3.4.1 Basic Requirement

3.4.2 Selection 基本要求:壓力容器常用鋼材,環(huán)境的影響,制造的影響,壓力容器材料的選用 重點(diǎn): 壓力容器常用鋼材,各種環(huán)境的影響,材料的正確選用 難點(diǎn): 壓力容器常用鋼材的正確選用

Chapter 4 Design of Pressure Vessels(14學(xué)時(shí))

4.1 Introduction

4.2 Design Criterions

4.3 Design by Rules

4.3.1 Introduction

4.3.2 Cylinder Design

4.3.3 Head Design

4.3.4 Sealing Device Design

4.3.5 Opening and Reinforcement

4.3.6 Support and Manhole(Handhole)

4.3.7 Safety Relieving Device

4,3,8 Welded Structure Design

4.3.9 Pressure Test

4.4 Design by Analysis

4.4.1 Introduction

4.4.2 Stress Categories

4.4.3 Computation of Stress Intensities

4.4.4 Stress Intensity Limiting

4.4.5 Application of Design by Analysis

4.5 Fatigue Analysis

4.6 Development of Pressure Vessel Technology 基本要求:設(shè)計(jì)文件,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,圓筒設(shè)計(jì),封頭設(shè)計(jì),密封裝置設(shè)計(jì),開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì),常用支座,安全泄放裝置,焊接結(jié)構(gòu),壓力試驗(yàn),應(yīng)力分類,應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算及限制,低循環(huán)疲勞曲線,平均應(yīng)力影響.重點(diǎn):圓筒和封頭設(shè)計(jì),密封機(jī)理,性能參數(shù),高壓密封結(jié)構(gòu),補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算,焊接接頭分類,應(yīng)力分類,應(yīng)力強(qiáng)度.難點(diǎn):設(shè)計(jì)參數(shù)確定,夾套容器設(shè)計(jì),雙錐環(huán)受力分析,應(yīng)力分類,應(yīng)力強(qiáng)度

Chapter 5 Storage Equipment(5學(xué)時(shí))

5.1 Introduction

5.2 Horizontal Storage Tank

5.2.1 Basic Structure

5.2.2 Design Calculation

5.3 Spherical Storage Tank

5.3.1 Tank Body

5.3.2 Support

5.3.3 Manhole and Nozzle

5.3.4 Accessories 基本要求:鞍式支座的位置和數(shù)量,力學(xué)模型,內(nèi)力分析,幾種應(yīng)力,球形儲罐的罐體,支座

重點(diǎn):鞍式支座的結(jié)構(gòu)和確定,扁塌現(xiàn)象.難點(diǎn):臥式容器的力學(xué)模型

Chapter 6 Heat Exchanger(8學(xué)時(shí))

6.1 Introduction

6.2 Shell-and-Tube Heal Exchangers

6.2.1 Basic Types

6.2.2 Shell-and Tube Heat Exchanger Structure

6.2.3 Tubesheet Design

6.2.4 Expansion Joint Design

6.2.5 Tubes Vibration and Protection

6.3 Waste Heat Boiler

6.4 Forced Heat Transfer 基本要求:換熱設(shè)備分類,管殼式換熱器分類及選型,管程結(jié)構(gòu),殼程結(jié)構(gòu),管板設(shè)計(jì)思路,膨脹節(jié),管束振動和防止,傳熱強(qiáng)化技術(shù)

重點(diǎn): 管殼式換熱器分類,換熱管,換熱管與管板連接,管束分程,殼程結(jié)構(gòu),管束振動,傳熱強(qiáng)化技術(shù).難點(diǎn): 管殼式換熱器結(jié)構(gòu),危險(xiǎn)工況的確定

Chapter 7 Tower(10學(xué)時(shí))

7.1 Introduction

7.2 Packed Tower

7.2.1 Packing

7.2.2 Internals of Packed Tower

7.3 Plate Column

7.3.1 Classification

7.3.2 Structure

7.3.3 Construction of Tray

7.4 Accessories

7.4.1 Forth Remover

7.4.2 Skirt Support

7.4.3 Boom

7.5 Strength Design of Tower

7.5.1 Natural Vibration Period

7.5.2 Loading Analysis

7.5.3 Strength and Stability of Cylinder

7.5.4 Strength and Stability of Skirt

7.6 Vibration of Tower

7.6.1 Vibration induced by Wind

7.6.2 Prevention of Vibration 基本要求:塔設(shè)備選型,填料分類,塔內(nèi)件結(jié)構(gòu),板式塔分類,板式塔結(jié)構(gòu),塔盤結(jié)構(gòu),塔設(shè)備附件,塔強(qiáng)度計(jì)算,固有周期,載荷分析,筒體強(qiáng)度校核,穩(wěn)定性校核,風(fēng)的誘導(dǎo)振動,卡曼旋渦,塔設(shè)備的防振

重點(diǎn):填料塔結(jié)構(gòu),塔盤結(jié)構(gòu),塔設(shè)備載荷分析, 卡曼渦街 難點(diǎn): 風(fēng)的誘導(dǎo)振動機(jī)理, 載荷分析,筒體強(qiáng)度校核

Chapter 8 Reactors(5學(xué)時(shí))

8.1 Introduction

8.1.1 Classification

8.1.2 Characteristics

8.2 Mechanical Agitated Reactor

8.2.1 Basic Structure

8.2.2 Agitated Vessel

8.2.3 Agitator Impeller

8.2.4 Shaft Design

8.2.5 Sealing Device

8.2.6 Gearing

8.3 Development of Mechanical Agitated Reactors 基本要求:反應(yīng)器分類,機(jī)械式攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),攪拌器,攪拌容器,夾套結(jié)構(gòu),流動特性,攪拌器選型,影響攪拌功率的因素,攪拌軸的力學(xué)模型,填料密封,機(jī)械密封,傳動裝置.重點(diǎn): 攪拌器的分類及選用,密封裝置,流動類型 難點(diǎn): 攪拌器的選型

實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測定（3學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?(1)了解內(nèi)壓薄壁容器在內(nèi)壓作用下薄膜應(yīng)力的分布規(guī)律(2)驗(yàn)證薄壁容器筒體應(yīng)力計(jì)算的理論公式

(3)掌握用電阻應(yīng)變儀測定應(yīng)力的基本原理及具體操作的過程和方法 本實(shí)驗(yàn)的具體操作為重點(diǎn)，故而需3學(xué)時(shí)。2.高壓容器內(nèi)外壁應(yīng)力測定（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?(1)測定高壓容器筒體在內(nèi)壓作用下，內(nèi)、外壁面的應(yīng)力，并與理論公式比較(2)了解高壓液壓下電阻應(yīng)變測量的基本方法，如電阻片的保護(hù)，內(nèi)壁的引線及壓力效應(yīng)的校正等

本實(shí)驗(yàn)以內(nèi)壁液壓下應(yīng)力測量技術(shù)為重點(diǎn) 3.厚壁筒體的爆破及測試實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)的目的和要求:(1)了解厚壁容器加載，塑性變形，應(yīng)變硬化，最后大變形破壞的全過程(2)測量厚壁圓筒的爆破壓力，并與各種失效理論的結(jié)果進(jìn)行比較(3)了解大應(yīng)變及數(shù)據(jù)采集的技術(shù) 4.外壓薄壁圓筒形容器失穩(wěn)試驗(yàn)（1學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?(1)觀察薄壁圓筒形容器在外壓作用下失穩(wěn)的形態(tài)(2)測定圓筒形容器的臨界壓力并與理論值進(jìn)行比較 具體實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、方法詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

參考教材: 1.鄭津洋等編,過程設(shè)備設(shè)計(jì),北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2005年 2.自編, Process Equipment Design, 2003年(2005年 修訂補(bǔ)充)12

第二篇：過程設(shè)備設(shè)計(jì)教學(xué)大綱

過程設(shè)備設(shè)計(jì)

課程類型：專業(yè)課程 總 學(xué) 時(shí)：48 學(xué)

分：3 開課系（院）：機(jī)械工程系

適用專業(yè)：過程裝備與控制工程

一、課程的地位、作用與任務(wù)

過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是化工、煉油、輕工海洋工程等傳統(tǒng)部門所必須的關(guān)鍵設(shè)備。本課程的任務(wù)是根據(jù)產(chǎn)品在全壽命期內(nèi)的功能及市場競爭要求，綜合考慮環(huán)境要求和資源利用率，運(yùn)用工藝、機(jī)械、控制、力學(xué)、材料以及美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等知識，經(jīng)過設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性勞動，制定可以用于制造的技術(shù)文件。主要是介紹學(xué)習(xí)流體儲存、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)設(shè)備的一般設(shè)計(jì)方法，是一門涉及多學(xué)科、綜合性很強(qiáng)的課程。

二、課程教學(xué)基本內(nèi)容及要求

（一）教學(xué)基本要求

要求學(xué)生掌握過程設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、方法及相應(yīng)的規(guī)范，充分了解過程設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與運(yùn)作規(guī)律，學(xué)會對經(jīng)典的過程設(shè)備如傳熱設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、儲存設(shè)備及反應(yīng)設(shè)備等的一般工程設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)程序步驟。學(xué)習(xí)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范的使用，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面，鍛煉學(xué)生獨(dú)立獲取所須知識及綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際生產(chǎn)過程中由于設(shè)備所產(chǎn)生的各類問題的能力和團(tuán)體協(xié)作能力。

（二）主要教學(xué)內(nèi)容 1.過程設(shè)備概論

主要講述過程設(shè)備的作用、特點(diǎn)及任務(wù)，過程設(shè)備的設(shè)計(jì)要求及常用規(guī)范、過程設(shè)備常用材料及其基本要求等知識。

2.過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論

本部分主要講述壓力容器應(yīng)力分析、壓力容器一般設(shè)計(jì)方法、影響壓力容器性能的因素等知識。

3.過程設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用

主要講述貯存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備及反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能、應(yīng)用及設(shè)計(jì)計(jì)算的方法等知識。

四、教學(xué)說明

1.本課程應(yīng)在完成金工實(shí)習(xí)、化工原理等課程的學(xué)習(xí)后進(jìn)行。

2.本課程內(nèi)容多、教學(xué)時(shí)數(shù)少，教學(xué)時(shí)應(yīng)采用教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合方式。

五、教材及主要參考書

（一）使用教材： 《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》，鄭津洋、董其伍、桑芝富，化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心，2001.8

（二）主要參考書： 1.鋼制壓力容器（GB150-1998）.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000 2.管殼式換熱器（GB151-1999）.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001

第三篇：過程設(shè)備設(shè)計(jì)范文

1壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？

壓力容器由筒體，封頭密封裝置，開孔接管，支座，安全附件六大部件組成。筒體的作用：用以儲存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間。封頭的作用：與筒體直接焊在一起，起到構(gòu)成完整容器壓力空間的作用。密封裝置的作用：保證承壓容器不泄漏 開孔接管的作用：滿足工藝要求和檢驗(yàn)需要 支座的作用：支撐并把壓力容器固定在基礎(chǔ)上 安全附件的作用：保證壓力容器的使用安全和測量，控制工作介質(zhì)的參數(shù)

2固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在確定壓力容器類別時(shí)，為什么不僅要根據(jù)壓力高低，還要視壓力與容積的乘積pV大小進(jìn)行分類？：

壓力容器所蓄能量與其內(nèi)部介質(zhì)壓力和介質(zhì)體積密切相關(guān)：體積越大，壓力越高，則儲存的能量越大，發(fā)生爆破是產(chǎn)生的危害也就越大。而《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在確定壓力容器類別時(shí)是依據(jù)整體危害水平進(jìn)行分類的，所以要這樣劃分.3壓力容器用鋼的基本要求

較好的強(qiáng)度，良好的塑性，韌性，制造性能和與介質(zhì)的相容性

4為什么要控制壓力容器用鋼的硫磷含量 硫能促進(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低，磷能提高鋼的強(qiáng)度，但會增加鋼的脆性，特別是低溫脆性，將硫磷等有害元素控制在較低的水平，就能大大提高鋼材的純凈度，可以提高鋼材的韌性，抗輻射脆化能力，改善抗應(yīng)變時(shí)效性能，抗回火脆性和耐腐蝕性能

設(shè)計(jì)雙鞍座臥式容器時(shí)，支座位置應(yīng)該按照哪些原則確定？試說明理由。

答：根據(jù)JB473規(guī)定，取A小于等于0.2L，否則容器外伸端將使支座界面的應(yīng)力過大。因?yàn)楫?dāng)A=0.207L時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，使兩個(gè)截面保持等強(qiáng)度?？紤]到除彎矩以外的載荷，所以常區(qū)外圓筒的彎矩較小。所以取A小于等于0.2L。

當(dāng)A滿足小于等于0.2L時(shí)，最好使A小于等于0.5Rm。這是因?yàn)橹ё拷忸^可充分利用封頭對支座處圓筒的加強(qiáng)作用。

2、臥式容器支座截面上部有時(shí)出現(xiàn) “扁塌”現(xiàn)象，是什么原因？如何防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)？ 答：由于支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎矩，在周向彎矩的作用下，導(dǎo)致支座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產(chǎn)生所謂扁塌現(xiàn)象。防止方法：設(shè)置加強(qiáng)圈或使支座靠近封頭布置，利用加強(qiáng)圈或封頭的加強(qiáng)作用。

3、雙鞍座臥式容器設(shè)計(jì)中應(yīng)計(jì)算哪些應(yīng)力？試分析這些應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？

答：①圓筒的軸向應(yīng)力，由軸向彎矩引起。②支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力和封頭的拉伸應(yīng)力，由橫向剪力引起。③支座截面處圓筒的周向彎矩應(yīng)力由截面上切向切應(yīng)力引起。④支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力，通過鞍座作用于圓筒上的載荷所導(dǎo)致的。

4、球形儲灌采用赤道正切柱式支座時(shí)，應(yīng)遵循哪些準(zhǔn)則？

答：支柱在球殼赤道帶等距離布置，支柱中心線和球殼相切或想割而焊接起來。若相割，支柱中心線和球殼交點(diǎn)同球心連線與赤道平面的夾角為10°~20°。為了能承受風(fēng)載荷和地震載荷，保證穩(wěn)定性，還必須在支柱間設(shè)置連接拉桿。

換熱設(shè)備有哪幾種主要形式？

①直接接觸式換熱器②蓄熱式換熱器③間壁式換熱器④中間載熱體式換熱器

間壁式換熱器有哪幾種主要形式？各有什么特點(diǎn)？

管式換熱器：結(jié)構(gòu)簡單、工作適應(yīng)范圍大、容易操作、清洗方便，但在可拆接處易泄漏。板面式換熱器：傳熱性能比管式換熱器優(yōu)越，由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。板面式換熱器采用板材制作，在大規(guī)模組織生產(chǎn)時(shí)可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。

1、管殼式換熱器主要有哪幾種形式？換熱管與管板有哪幾種連接方式？各有什么特點(diǎn)？ ①固定管板式換熱器，浮頭式換熱器，U形管式換熱器，填料函式換熱器，釜式重沸器。②強(qiáng)度脹接：生產(chǎn)率高，勞動強(qiáng)度低，密封性能好等特點(diǎn)。強(qiáng)度焊：焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力高。脹焊并用：不僅能改善連接處的抗疲勞強(qiáng)度性能，而且還能消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。

2、換熱設(shè)備傳熱強(qiáng)化可采用哪些途徑來實(shí)現(xiàn)？

①增加平均傳熱溫差△Tm：逆流換熱②擴(kuò)大傳熱面積A：擴(kuò)展表面；消除傳熱死區(qū)③提高傳熱系數(shù)K：增加流體湍動程度，比如：外加動力源，選用傳熱系數(shù)大的材料，管殼分程，防止結(jié)垢并及時(shí)除垢.1、攪拌容器的傳熱元件有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？

夾套：在容器的外側(cè)，用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形式的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。

內(nèi)盤管：浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，但檢修困難。

工程中常用的攪拌器有哪幾種？簡述各自特點(diǎn)。槳式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、渦輪式攪拌器、錨式攪拌器 槳式攪拌器：功耗少，操作費(fèi)用低。

推進(jìn)式攪拌器：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用黏度低、流量大的場合，利用較小的攪拌功率，通過高速轉(zhuǎn)動的槳葉能獲得較好的攪拌效果。

渦輪式攪拌器：有較大的剪力，可使流體微團(tuán)分散的很細(xì)。錨式攪拌器：結(jié)構(gòu)簡單，在容器壁附近流速比其他攪拌器大。

3、渦輪式攪拌器在容器中的流型及其應(yīng)用范圍？ 流型：平直葉、后彎葉為徑向流型。折葉的近于軸流型。應(yīng)用范圍：適用于低黏度到中等黏度流體的場合。

4、攪拌軸的設(shè)計(jì)需要考慮哪些因素？

①扭轉(zhuǎn)變形 ②臨界轉(zhuǎn)速 ③轉(zhuǎn)矩和彎矩聯(lián)合作用下的強(qiáng)度 ④軸封處允許的徑向位移

5、攪拌軸的密封裝置有幾種？各有什么特點(diǎn)？

填料密封：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于密封和弱腐蝕性介質(zhì)。密封要求不高、并允許定期維護(hù)

機(jī)械密封：泄露率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長

填料有哪些類型？哪種類型的傳質(zhì)效率高？ 解：填料一般分為散裝填料及規(guī)整填料兩大類。

散裝填料：安裝以亂堆為主。有環(huán)形填料、開孔環(huán)形填料、鞍形填料、金屬環(huán)矩鞍填料；規(guī)整填料：是一種在塔內(nèi)按均勻的幾何圖形規(guī)則、整齊地堆砌的填料。有絲網(wǎng)波紋填料、板波紋填料。

規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高。這種填料人為地規(guī)定了填料層中氣、液的流路，減少了溝流和壁流的現(xiàn)象，大大降低了壓降，提高了傳質(zhì)和傳熱的效果。

填料塔有哪些內(nèi)件？其作用是什么？

解：支承裝置：防止填料穿過支承裝置而落下；支承操作時(shí)填料層的重量；保證足夠的開孔率，使氣液兩相能自由通過。

液體分布器：將液相加料及回流液均勻分布到填料的表面上，形成液體的初始分布。液體收集再分布器：減小壁流現(xiàn)象，將填料分段；將上層填料流下的液體完全收集、混合，后均勻分布到下層填料，并將上升的氣體均勻分布到上層填料以消除各自的徑向濃度差。壓緊和限位裝置：壓緊填料，保證填料塔的正常、穩(wěn)定操作；防止高氣速、高壓降或塔的操作出現(xiàn)較大波動時(shí)，填料向上移動而造成填料層出現(xiàn)空隙，從而影響塔的傳質(zhì)效率。

根據(jù)塔板的結(jié)構(gòu)形式，板式塔有哪幾類？工程中最常用的類型有哪些？ 解：按塔板的結(jié)構(gòu)分，有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔等四類 目前應(yīng)用最廣泛的板式塔是篩板塔及浮閥塔。

塔設(shè)備的附件有哪些？各自的作用是什么？

解：除沫器：減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。裙座：防止風(fēng)載和地震載荷引起的彎矩造成塔翻到。吊柱：為了安裝及拆卸內(nèi)件，更換或補(bǔ)充填料。

塔設(shè)備的載荷有哪些？

解：有質(zhì)量載荷、偏心載荷、風(fēng)載荷、地震載荷等。

引起塔設(shè)備振動的原因有哪些？如何判斷塔設(shè)備是否會產(chǎn)生共振？如何預(yù)防共振？ 解：原因：安裝于室外的塔設(shè)備在風(fēng)的誘導(dǎo)振動和塔內(nèi)流體流動作用下。

當(dāng)漩渦形成或脫落的頻率與塔的任一振型的固有頻率一致時(shí)，塔就會產(chǎn)生共振。預(yù)防共振的措施：①增大塔的固有頻率，②采用擾流裝置，③增大塔的阻尼。

塔設(shè)備設(shè)計(jì)中，哪些危險(xiǎn)截面需要校核軸向強(qiáng)度和穩(wěn)定性？如何校核？

筒體與裙座連接處 根據(jù)操作壓力計(jì)算塔體厚度之后，對正常操作停工檢修及壓力試驗(yàn)等工況，分別計(jì)算各工況下相應(yīng)壓力重量和垂直地震力，最大彎矩引起的筒體軸向應(yīng)力，在確定最大拉伸應(yīng)力和最大壓縮應(yīng)力，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核 裙座底部截面及孔中心橫截面

第四篇：過程設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題

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》

設(shè)計(jì)壽命

15年

焊接系數(shù)

三類

雙面焊接

對縫焊接

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

第五篇：過程設(shè)備設(shè)計(jì)課后習(xí)題答案

習(xí)題

1.一內(nèi)壓容器，設(shè)計(jì)（計(jì)算）壓力為0.85MPa，設(shè)計(jì)溫度為50℃；圓筒內(nèi)徑Di=1200mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進(jìn)行局部無損檢測；工作介質(zhì)列毒性，非易燃，但對碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕，腐蝕速率K≤0.1mm/a，設(shè)計(jì)壽命B=20年。試在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計(jì)算圓筒厚度。解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；鋼板為4.5~16mm時(shí)，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。材料為Q235-A時(shí)：

??pDt2?????p?n???C1?C2?9.724?0.8?2?12.524mm 取?n?14mm材料為16MnR時(shí)： ?1.85?1000?9.724mm2?113?0.85?1.85??pDt2?????p?n???C1?C2?6.443?0.8?2?9.243mm取?n?10mm?1.85?1000?6.443mm2?170?0.85?1.85

2.一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲存容器，兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，沒有保冷措施；內(nèi)裝混合液化石油氣，經(jīng)測試其在50℃時(shí)的最大飽和蒸氣壓小于1.62 MPa（即50℃時(shí)丙烷飽和蒸氣壓）；圓筒內(nèi)徑Di=2600mm，筒長L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=1.0，裝量系數(shù)為0.9。試確定：○1各設(shè)計(jì)參數(shù)；○2該容器屬第幾類壓力容器；○3圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響）；○4水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力，并進(jìn)行應(yīng)力校核。

1p=pc=1.1×解：○1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。容積

V??4Di2L??43?2.62?8?42.474m,pV?1.782?42.474?75.689MPa?m3

2中壓儲存容器，儲存易燃介質(zhì)，且pV=75.689MPa·m>10MPa·m，屬三類壓力容器?！?圓筒的厚度 ○

33??pDt2?????p?n???C1?C2?13.693?0.8?2?16.493mm 取?n?18mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度 ?1.782?2600?13.693mm2?170?1?1.62??pDt2?????0.5p?n???C1?C2?13.728?0.8?2?16.528mm取?n?18mm?1.782?2600?13.728mm2?170?1?0.5?1.62 4水壓試驗(yàn)壓力 ○pT?1.25p?1.25?1.782?2.228MPa

應(yīng)力校核

pT?Di??e?2.228??2600?18?2.8?3.?T???191.667MPa?0.9?s??0.9?345?310.5MPa2?e2??18?2.8?3.今欲設(shè)計(jì)一臺乙烯精餾塔。已知該塔內(nèi)徑Di=600mm，厚度δn=7mm，材料選用16MnR，計(jì)算壓力pc=2.2MPa，工作溫度t=-20~-3℃。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計(jì)算其厚度，并將各種形式封頭的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。

解：鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，φ=1.0 1半球形封頭壁厚 ○??4?????pctpcDi?2.2?600?1.947mm4?170?1.0?2.2 1.947?0.8?1?3.747mm取?n?7mm2標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚 ○??2?????0.5pctpcDi?2.2?600?3.895mm2?170?1.0?0.5?2.2 3.895?0.8?1?5.695mm取?n?7mm3標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭壁厚 ○Ri?0.9Di?0.9?600?540mm,1?M??3?4??Rirr?0.17Di?0.17?600?102mm?1??????3?540??1.325?4?102????MpcRi1.325?2.2?540????4.645mmt2?????0.5pc2?170?1.0?0.5?2.24.645?0.8?1?6.445mm取?n?7mm4平蓋封頭厚度 ○

取表4?8序號5的結(jié)構(gòu)形式，系數(shù)K?0.3?p?Dc???t?Kpc?600?0.3?2.2?37.385mm170?1.0查表4?2鋼板厚度?34~40時(shí)，C1?1.1mm 37.385?0.8?1.1?39.285mm取?n?40mm從受力狀況和制造成本兩方面綜合考慮，取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭和碟形封頭均可。

4.一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑Di=800mm，設(shè)計(jì)壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃，內(nèi)筒材料為16MnR，層板材料為16MnR，取C2=1.0mm，試確定圓筒的厚度。解：鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σi]t=[σ0]t = 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，φi=1.0，φ0=0.9。為安全起見取φ=0.9，按中徑公式計(jì)算：

??2?????pctpcDi?31.4?800?91.479mm2?170?0.9?31.4取6mm層板16層，內(nèi)筒1層，共17層的總壁厚負(fù)偏差為17?0.8?13.6mm 91.479?13.6?1?106.079mm取?n?110mm5.今需制造一臺分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長（指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊高度）L1=6000mm，封頭曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空條件下操作，現(xiàn)庫存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A鋼板，問能否用這三種鋼板制造這臺設(shè)備。解：計(jì)算長度

2hi2?500L?L1??6000??6333.333mm

33查表4-2得：8mm、12mm、14mm鋼板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三種厚度板各自對應(yīng)的有效厚度分別為：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三種厚度板各自對應(yīng)的外徑分別為：2016mm、2024mm、2028mm 18mm塔計(jì)算 ○D0?e??20166.2?325.161?20,LD0?6333.3332016?3.142查圖4-6得：A?0.00007;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.00007?1.69?105?p????0.0243MPa?0.1MPa3?D0?e?3?325.1618mm鋼板不能制造這臺設(shè)備212mm塔計(jì)算 ○

D0?e??202410.2?198.431?20,LD0?6333.3332024?3.129查圖4-6得：A?0.0001;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.0001?1.69?105?p????0.057MPa?0.1MPa3?D0?e?3?197.64712mm鋼板不能制造這臺設(shè)備314mm塔計(jì)算 ○

D0?e??202812.2?166.23?20,LD0?6333.3332028?3.123查圖4-6得：A?0.00022;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.00022?1.69?105?p????0.149MPa?0.1MPa3?D0?e?3?166.2314mm鋼板能制造這臺設(shè)備6.圖所示為一立式夾套反應(yīng)容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應(yīng)器圓筒內(nèi)反應(yīng)液的最高工作壓力pw=3.0MPa，工作溫度Tw=50℃，反應(yīng)液密度ρ=1000kg/m3，頂部設(shè)有爆破片，圓筒

內(nèi)徑Di=1000mm，圓筒長度L=4000mm，材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2.0mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進(jìn)行100%無損檢測；夾套內(nèi)為冷卻水，溫度10℃，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內(nèi)徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=1.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，試進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

1確定各設(shè)計(jì)參數(shù)； ○2計(jì)算并確定為保證足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，內(nèi)筒和夾套的厚度； ○3確定水壓試驗(yàn)壓力，并校核在水壓試驗(yàn)時(shí)，各殼體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是否滿足要求?！?各設(shè)計(jì)參數(shù)： 解：○1反應(yīng)器圓筒各設(shè)計(jì)參數(shù)： ◇按GB150規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標(biāo)定爆破壓力

psmin?1.43pw?1.43?3?4.29MPa

查GB150表B3爆破片的制造范圍，當(dāng)設(shè)計(jì)爆破壓力高于3.6MPa時(shí)，取精度等級0.5級，其制造范圍上限為3%設(shè)計(jì)爆破壓力，下限為1.5%設(shè)計(jì)爆破壓力，設(shè)計(jì)爆破壓力為

pb?psmin?1?0.015??4.29?1.015?4.354MPa

按內(nèi)壓設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)壓力（并取計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力）：

p?pb?1?0.03??4.354?1.03?4.485MPa

按外壓設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)壓力（并取計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力）：

p?0.4?1.25?0.5MPa

按外壓設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算長度：

L?4000?300?40?1000?3990mm 4設(shè)計(jì)溫度取工作溫度

鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，φ=1.0 2夾套各設(shè)計(jì)參數(shù)： ◇設(shè)計(jì)壓力（并取計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力）：取最高工作壓力。設(shè)計(jì)溫度取10℃，C1=0。2內(nèi)筒和夾套的厚度： ○1圓筒和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚設(shè)計(jì) □1按內(nèi)壓設(shè)計(jì)時(shí) ◇圓筒壁厚：??pD2?????pt?4.485?1000?13.368mm2?170?1?4.485pD ?n???C1?C2?13.368?0.8?2?16.168mm取?n?18mm4.485?1000標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚：????13.279mmt2?????0.5p2?170?1?0.5?4.485?n???C1?C2?13.279?0.8?2?16.079mm取?n?18mm圓筒穩(wěn)定性校核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mmD0?e??103615.2?68.158?20,LD0?39901036?3.851查圖4-6得：A?0.00055;查圖4-8得：B?70MPa?p??B?D0?e??70?1.027MPa?0.5MPa68.158?n?18mm滿足穩(wěn)定性要求標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭穩(wěn)定校性核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mm，查表4?5得系數(shù)K1?0.9,R0?K1D0?0.9?1036?932.4mmA?0.1250.125?15.2??0.002R0?e932.4B查圖4-8得：B?160MPa?p???R0?e??160?15.2?2.608MPa?0.5MPa932.4?n?18mm滿足穩(wěn)定性要求2夾套壁厚設(shè)計(jì) □圓筒壁厚：??pD2?????pt?0.4?1100?1.525mm2?170?0.85?0.4pD ?n???C1?C2?1.525?1?2.525mm，取?n?4mm?3mm0.4?1100標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚：????1.524mmt2?170?0.85?0.5?0.42?????0.5p?n???C1?C2?1.524?1?2.524mm，取?n?4mm?3mm7.有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑Di=1000mm，設(shè)計(jì)（計(jì)算）壓力為2.5MPa，設(shè)計(jì)溫度300℃，材料為16MnR，厚度δn=14 mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85；在圓筒和封頭焊有三個(gè)接管（方位見圖），材料均為20號無縫鋼管，接管a規(guī)格為φ89×6.0，接管b規(guī)格為φ219×8，接管c規(guī)格為φ159×6，試問上述開孔結(jié)構(gòu)是否需要補(bǔ)強(qiáng)？

答：根據(jù)GB150規(guī)定，接管a不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。接管b、c均需計(jì)算后確定。

橢圓形封頭的計(jì)算厚度： 16MnR在300℃時(shí)許用應(yīng)力，查表D1，6~16mm時(shí)，[σ]t= 144 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；查表D21，≤10mm時(shí)，[σ]tt= 101 MPa；fr=101/144=0.701。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚：pD2.5?1000????10.265mmt2?????0.5p2?144?0.85?0.5?2.5接管b的計(jì)算厚度?t?pD2?????pt?2.5?203?2.557mm2?101?2.52.5?147?1.851mm2?101?2.5

接管c的計(jì)算厚度?t?pD2?????pt?開孔直徑：d?219?2?8?2??2?0.8??197.4mm所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積接管的有效厚度：?et?8?2.8?5.2mm，封頭的有效厚度：?e?14?0.8?2?11.2mm2A?d??2??et?1?fr??197.4?10.265?2?10.265?5.2??1?0.701??2058.231mmB?2d?2?197.4?394.8mm，h1?150mm，h2?02A1??B?d???e????2?et??e????1?fr??197.4?0.935?2?5.2?0.935?0.299?181.662mm2A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2?fr?2?150?2.557?0.701?537.737mmA3?36mm22Ae?A1?A2?A3?181.662?537.737?36?755.399mm?A，需補(bǔ)強(qiáng)2增加補(bǔ)強(qiáng)金屬面積：A4?A?A4?2058.231?755.399?1302.832mm接管c的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：

開孔直徑：d?159?2?6?2??2?0.8??152.6mm所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積接管的有效厚度：?et?6?2.8?3.2mm，封頭的有效厚度：?e?14?0.8?2?11.2mm2A?d??2??et?1?fr??152.6?10.265?2?10.265?3.2??1?0.701??1635.204mmB?2d?2?152.6?305.2mm，h1?150mm，h2?02A1??B?d???e????2?et??e????1?fr??152.6?0.935?2?3.2?0.935?0.299?140.892mm2A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2?fr?2?150?1.349?0.701?283.695mmA3?36mm22Ae?A1?A2?A3?140.892?283.695?36?460.587mm?A，需補(bǔ)強(qiáng)增加補(bǔ)強(qiáng)金屬面積：A4?A?A4?1635.204?460.587?-1174.617mm28.具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷（可燃液化氣體）儲罐，內(nèi)徑Di=2600mm，厚度δn=20 mm，儲罐總長10000mm，已知排放狀態(tài)下氯甲烷的汽化熱為335kJ/kg，儲罐無隔熱保溫層和水噴淋裝置，試確定該容器安全泄放量。解：容器安全泄放量 Ar?容器受熱面積,m2。橢圓形封頭的臥式壓容力器，Ar??D0?L?0.3D0????2.64??10?0.3?2.64??83.595m2F?系數(shù),壓力容器裝在地面以,下用沙土覆蓋時(shí),取F?0.3;壓力容器在地面上時(shí),取F?1;當(dāng)設(shè)置大于10L/m2?min的噴淋裝置時(shí),取F?0.6q?在泄放壓力下液化氣的體氣化潛熱,kJ/kg,q?335kJ/kg??

2.55?105FAr0.822.55?105?1?83.5950.82Ws???28686.85kg/h?7.969kg/sq3359.求出例4-3中遠(yuǎn)離邊緣處筒體內(nèi)外壁的應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度。（例4-3：某一鋼制容器，內(nèi)徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設(shè)計(jì)壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力計(jì)算得到圓筒與平封頭連接處的邊緣力Q0=-1.102×106N/m，邊緣彎矩M0=5.725×104N·m/m，如圖所示。設(shè)容器材料的彈性模量E=2×105MPa，泊松比μ=0.3。若不考慮角焊縫引起的應(yīng)力集中，試計(jì)算圓筒邊緣處的應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度）解：遠(yuǎn)離邊緣處筒體的應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度為不考慮邊緣效應(yīng)時(shí)，按拉美公式計(jì)算的應(yīng)力分量，按應(yīng)力分類可分解成一次總體薄膜應(yīng)力、沿厚度的應(yīng)力梯度-二次應(yīng)力，并計(jì)算出其應(yīng)力強(qiáng)度。

K?436?1.09 400各應(yīng)力分量沿圓筒厚度的平均值—一次總體薄膜應(yīng)力Pm：

?p?,11?R0?Ri?R0Ri??dr1?R0?Ri???R0Ri2?pRi2pR0Ri21?p?dr? ?22222?K?1R0?Rir??R0?Ri11?122.222MPa1.09?1pr,11?R0?Ri?R0Ri1?rdr?R0?Ri?R0Ri2?pRi2pR0Ri21?p11?dr??????5.263MPa?22222?K?11.09?1R?RR?Rri0i?0??zp,11?R0?Ri?R0Ri1?zdr?R0?Ri?R0RipRi2p11dr???58.48MPa2R0?Ri2K2?11.092?1筒體內(nèi)壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—內(nèi)壁處的二次應(yīng)力Q：

?p?,2?????pp?,1?rp,2??rp??rp,1?zp,2?0K2?1p11?1.092?1?p2???122.222?5.737MPa2K?1K?11.09?1p??p???11?5.263??5.737MPaK?1??筒體外壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—外壁處的二次應(yīng)力Q：

??p,2???p???p,1?p?rp,2??rp??rp,1?zp,2?0的各應(yīng)力強(qiáng)度：

2p2?11???122.222?-5.263MPa22K?1K?11.09?1p筒體內(nèi)壁處??5.263K?1一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ??1??3?122.222?5.263?127.485MPa一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SⅣ??1??3?5.737?5.737?11.474MPa筒體外內(nèi)壁處的各應(yīng)力強(qiáng)度：

一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ??1??3?122.222?5.263?127.485MPa一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SⅣ??1??3?5.263?5.263?10.526MPa