【2017年整理】化工机械第三篇答案.doc

1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚δn=22mm，壁厚附加量为C=2mm，承受的最大气体压力P=2MPa，焊接接头系数φ=0.85，试求筒体的最大应力。解：已知Di=2000mm，δn=22mm，C=2mm，P=2MPa，φ=0.85，δe=22-2=20mm。 则所以筒体的最大应力为118.82Mpa。提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时[Pw]=2MPa2. 某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温度为5℃～105℃，工作压力为1.6MPa，釜体材料用0Crl8Ni9。采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。 解：已知Di=1600mm。查附表6，0Crl8Ni9在105℃时的，其许用应力[σ]105=137MPa。查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取φ=0.85。介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。因装安全阀，取设计压力P=1.1×1.6=1.76MPa。根据式（10-12）估计δn=8-25mm。查表10-10，取C1=0.8mm。则 δn’=δd+C1=12.18+0.8=12.98mm，圆整后取δn=13mm3. 材料为20的无缝钢管，规格为φ57×3.5，求在室温和400℃时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm两种情况计算。 解：已知D0=57mm，δn=3.5mm，则Di=D0-2δn=57-2×3.5=50mm。查附表7，20钢管在室温时 [σ]=130MPa,在400℃时的[σ]400=86MPa。无缝钢管φ=1不考虑壁厚附加量室温时400℃时考虑壁厚附加量室温时400℃时4. 今欲设计一台反应器，直径为3000mm，采用双面对接焊缝，100％探伤。工作压力为1．8MPa，工作温度450℃，试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。 解：已知Di=3000mm， t=450℃， Pc=1.1×1.8=1.98MPa，φ=1，C2=2mm（腐蚀很小，取1，腐蚀较严重，取2mm，一般单面腐蚀）（1）采用20R [σ] 450℃=61MPa，代入公式得（5分）钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后δn=50mm（2）采用16MnR [σ] 450℃=66MPa，代入公式得钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后δn=46mm比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比20R节省材料。 5. 乙烯贮罐，内径1600mm，壁厚16mm，设计压力为2．5MPa，工作温度-35℃，材料为16MnR 。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C＝1.5mm，试校核强度。 解：已知内径Di=1600mm，δn=16mm。δe=δn-C=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR在20℃时的许用应力 [σ] 20℃=170MPa。取φ=0.85。则设计温度下筒体的计算应力为： φ[σ] 20=0.85×170=144.5MPa因σt＜φ[σ] 20所以，容器的强度是足够的。6. 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40℃，材质为20R，介质无大腐蚀性。双面对接焊缝，100％探伤。讨论所选封头的形式。 解：已知Di=1200mm，P=1.8MPa，20R在40℃时的许用应力[σ]40=133MPa。C2=1mm。φ=1.0设计筒体壁厚取C1=0.8mm。则 δn’=δd+C1=9.18+0.8=9.98mm，圆整取δn=10mm（2）设计封头壁厚选择椭圆形封头，材料与操作条件均与筒体相同。取C1=0.8mm（估计壁厚10mm），圆整后取δn=10mm，与筒体同。设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40℃，材质为20R，介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。（15分）（20R在40℃下[σ]=133MPa）解：已知Di=1200mm， t=40℃， Pc=1.8MPa， [σ] 40℃=133MPa，φ=1，C2=1mm。 （2分）（1）设计容器筒体壁厚（4分）钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后δn=10mm（2）设计容器封头壁厚从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头型式。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好