化工设备设计基础

《化工设备设计基础》综合复习资料

一、填空题

1. 力的机械作用对物体产生两种效应：使，即外效应；使，即内效应。

2. 杆件在外力作用下变形的基本形式有拉伸或压缩、、和 3. s,b是金属材料的,是金属材料的

4. 一容器的筒体由钢板卷制而成，则筒体的公称直径是指它们的

5. 边缘应力特征为和

6. 压力容器做水压试验时的试验介质是

7. 受外压的长圆筒首先发生的是破坏，而不是破坏。

8. 焊缝系数的选择与

9. 力的合成与分解法则有和

10. ；根据梁的约束及支承情况可以分为简支梁、 和 三种。

11. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的性增加。

12. 直立设备塔除承受工作介质压力作用外，一般还承受、 和

13. 一筒体由无缝钢管制成，则筒体的公称直径是指它的

14. 对一台卧式容器应选2个鞍式支座，其中一个为另一个为鞍式支座。

15. 根据直杆拉伸与压缩的强度条件可以进行 等三类强度计算问题。

16. 分布载荷和剪力的关系式是，和弯矩的关系式是。

17．压力容器按容器壁温可分为、和

18. 外压容器的焊缝系数均取φ

19. 当地震烈度度时，设计塔设备必须考虑地震载荷。

20. 压力容器法兰分为

21. 在外压圆筒外部或内部装几个加强圈，能够缩短圆筒的筒的 。

二、判断题

1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。

2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。

3. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。

4. 一般情况下，钢板材料的许用应力[σ]t随钢板使用温度的升高而降低，随钢板厚度的增加而增加。

5. 压力容器壁厚计算公式中的焊缝接头系数取决于主要取决于焊缝的接头形式和无损检测的比例，无损检测的比例越大，焊缝接头系数就越小。

6. 物体在大小相等、方向相反且作用在同一条直线上的两个力作用下必定处于平衡状态。

7. 压力容器设计中规定最小厚度的原因主要是考虑低压薄壁容器在制造、运输及安装过程中的强度需要。

8. 内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。

9. 在补强圈上设置一个M10的螺纹孔，其目的是为了检验焊缝紧密性。

10. 基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。

11. 回转壳体上任意一点的第二曲率半径的曲率中心在回转壳体的回转轴上。

三、简答分析题

1. 棘轮装置如图1所示。通过绳子悬挂重量为G的物体，AB为棘轮的止推爪，B处为平面铰链。试画出棘轮的受力图。

图1

2．设计压力为1.6MPa，容积V=5m3液化石油汽储罐为几类容器？依据是什么？

3. 影响法兰密封的主要因素有哪些？

4. 按从小到大的顺序写出在相同设计条件下（温度、压力、材料、筒体尺寸及焊接等）计算出来的下列封头的壁厚：平板封头δ1、半球形封头δ2、椭圆形封头δ3、碟形封头δ4。

5. 水压试验时的环境温度如何规定？为什么？

6. 等面积补强法的补强原则是什么？有哪几种开孔补强型式？

7. 边缘应力产生的原因是什么？边缘应力有哪些特性？

8．设计压力为4MPa的管壳式余热锅炉是几类容器？依据是什么？

9. 什么叫压力容器的最小厚度？规定压力容器最小厚度的目的是什么？

10. 罐式汽车和铁路罐车为几类容器？依据是什么？

11. 压力容器何时要进行压力试验？为何要限制水压试验时的环境温度？

12. 一外压钢制圆筒，已知其临界压力为1.2MPa，试问当外压为0.4MPa，内压为0.1MPa时，能否使用该圆筒？（对钢制圆筒：m=3.0）

13. 封头有哪几种形式？从制造角度排列各封头的制造难易程度。

四、计算应用题

1. 如图2所示，构架由ABC、CDE、BD三杆组成，B、C、D、E处均为铰接。各杆重量不计，a为0.5m，载荷F为10kN。试求BD杆所受的力及E的约束反力。

2. 现设计一内压圆筒形容器，已知其设计压力P=1.2MPa，设计温度为200℃，圆筒体的内

t径Di=2000mm。材料选用20R，123MPa，s=245MPa，腐蚀裕量

C2=2mm，钢板负偏差C1=0.25mm。要求采用双面对接焊缝，局部探伤。

① 确定该容器筒体壁厚；

② 进行水压试验强度校核。

图1 图2

3. 沿顶部支承的储罐如图2所示。已知其中径D=2000mm，储水高H=6000mm，有效壁厚e10mm ，顶部气压P0.1MPa，A点离储罐底部之距离X1000mm，

水9.8103Nm3，求A、B两点的两向薄膜应力？

4. 某厂一塔，内径Di800mm，设计压力P1.2MPa，设计温度127℃，焊缝系数=0.85，材料16MnR，材料许用应力[]t=170MPa，壁厚附加量为C3mm。

① 确定此塔体名义壁厚？

② 若塔采用材料为Q235-A，此时材料的[]=113 MPa，此塔的名义壁厚为10 mm，t

其他条件不变，校核此塔的强度？

图2

参考答案：

一、填空题

1. 物体运动状态发生改变，物体产生变形； 2. 扭转，剪切，弯曲； 3. 强度，塑性；

4. 内径； 5. 局限性，自限性； 6. 洁净水； 7. 稳定性，强度；

8. 焊接接头型式，无损检测的长度比率；

9. 平行四边形法则，三角形法则； 10.分布载荷，集中力偶，外伸梁，悬臂梁；

11. 热脆，冷脆； 12. 风载荷、地震载荷、质量载荷、偏心载荷； 13.外径； 14. F，S；

15. 强度校核，设计截面尺寸，设计许可载荷； 16. q=dQ/dt，q=d2M/dt2，；

17. 常温，高温，中温，低温；18. 1.0； 19. ≥7； 20. 平焊，对焊；

21. 临界长度，刚度；

二、判断题

1. √ 2. × 3. × 4. × 5. ×

6. √ 7. × 8. × 9. √ 10. √ 11. √

三、简答分析题

1. 答：

（3分）

2. 答：二类容器。

中压且PV

3. 答：螺栓预紧力、压紧面、垫片、法兰刚度、操作条件

4. 答：δ2

5 答：规定水压试验环境温度：要求水温低于其沸点温度而高于材料的转脆温度。

原因是防止水变为气体，同时确保在水压试验时不会发生材料突然变脆而造成强度破坏的现象，使水压试验顺利进行，达到检验容器强度及有无渗透现象的目的。

6. 答：原则是在邻近开孔处所加补强圈的截面积应与开孔而失去的截面积相等。 补强圈、厚壁管、整锻件补强

7. 答：几何形状不连续、材料不连续、载荷不连续 局限性和自限性

8. 答：三类容器。

中压，管壳式余热锅炉

9. 答：最小厚度是指壳体成型后不包含腐蚀裕量的最小厚度。

压力很低的容器，按强度公式计算出的壁厚很小，不能满足制造、运输和安装时的刚度要求，需规定一最小壁厚。

10. 答：三类容器。

移动式压力容器

11. 答：水压试验目的：在超设计压力下，宏观地检验容器的强度和有无渗漏现象以保证容器能安全、正常工作。

规定水压试验环境温度是防止水变为气体，同时确保在水压试验时不会发生材料突然变脆而造成强度破坏的现象.

12. 答：可以使用。

P=Po-Pi=0.4-0.1 =0.3 MPa

13. 答：封头分为半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头、平板封头等几种。

制造角度看，平板最易，球冠形、锥形其次，碟形、椭圆形更次，半球形最难。

四、计算应用题

1. 解：取整体为研究对象

Fx0 FN

MDEX0NEXF=10 kN 0 NEYaF2a0NEY2F=20 kN

取AC杆为研究对象

MC0 NBDasin45F2a0

NBD2F/sin45=28.28 kN

2. 解：已知双面对接焊缝，局部探伤 0.85

① pcDi1.22000=11.54 mm t2[]pc21230.851.2

dC211.542=13.54 mm

dC113.540.2513.79 mm

圆整得，n14 mm ② enC1C2140.25211.75 mm pT1.25p[]123=1.5 MPa 1.251.2t123[]

TpT(Die)1.5(200011.75)=128.41 MPa 2e211.75

0.9S0.90.85245=187.43 MPa 由于T0.9S 所以水压试验强度合格。

p1D0.19.81036)20003 解：A点：m=7.94 MPa 4410

pD0.12000=10 MPa 2210

p1D(0.19.81036)2000 B点：m=7.94 MPa 4410

p2D(0.19.81035)2000 =14.9 MPa 2210

4. 解：① pcDi1.2800=3.34 mm 2[]tpc21700.851.2

dC3.343=6.34 mm 圆整得，n7 mm ② enC103=7 mm

p(Die)1.2(8007)=69.17 MPa 2e27

由于[]t1130.8596.05 MPa 所以容器强度合格。

《化工设备设计基础》综合复习资料

一、填空题

1. 力的机械作用对物体产生两种效应：使，即外效应；使，即内效应。

2. 杆件在外力作用下变形的基本形式有拉伸或压缩、、和 3. s,b是金属材料的,是金属材料的

4. 一容器的筒体由钢板卷制而成，则筒体的公称直径是指它们的

5. 边缘应力特征为和

6. 压力容器做水压试验时的试验介质是

7. 受外压的长圆筒首先发生的是破坏，而不是破坏。

8. 焊缝系数的选择与

9. 力的合成与分解法则有和

10. ；根据梁的约束及支承情况可以分为简支梁、 和 三种。

11. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的性增加。

12. 直立设备塔除承受工作介质压力作用外，一般还承受、 和

13. 一筒体由无缝钢管制成，则筒体的公称直径是指它的

14. 对一台卧式容器应选2个鞍式支座，其中一个为另一个为鞍式支座。

15. 根据直杆拉伸与压缩的强度条件可以进行 等三类强度计算问题。

16. 分布载荷和剪力的关系式是，和弯矩的关系式是。

17．压力容器按容器壁温可分为、和

18. 外压容器的焊缝系数均取φ

19. 当地震烈度度时，设计塔设备必须考虑地震载荷。

20. 压力容器法兰分为

21. 在外压圆筒外部或内部装几个加强圈，能够缩短圆筒的筒的 。

二、判断题

1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。

2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。

3. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。

4. 一般情况下，钢板材料的许用应力[σ]t随钢板使用温度的升高而降低，随钢板厚度的增加而增加。

5. 压力容器壁厚计算公式中的焊缝接头系数取决于主要取决于焊缝的接头形式和无损检测的比例，无损检测的比例越大，焊缝接头系数就越小。

6. 物体在大小相等、方向相反且作用在同一条直线上的两个力作用下必定处于平衡状态。

7. 压力容器设计中规定最小厚度的原因主要是考虑低压薄壁容器在制造、运输及安装过程中的强度需要。

8. 内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。

9. 在补强圈上设置一个M10的螺纹孔，其目的是为了检验焊缝紧密性。

10. 基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。

11. 回转壳体上任意一点的第二曲率半径的曲率中心在回转壳体的回转轴上。

三、简答分析题

1. 棘轮装置如图1所示。通过绳子悬挂重量为G的物体，AB为棘轮的止推爪，B处为平面铰链。试画出棘轮的受力图。

图1

2．设计压力为1.6MPa，容积V=5m3液化石油汽储罐为几类容器？依据是什么？

3. 影响法兰密封的主要因素有哪些？

4. 按从小到大的顺序写出在相同设计条件下（温度、压力、材料、筒体尺寸及焊接等）计算出来的下列封头的壁厚：平板封头δ1、半球形封头δ2、椭圆形封头δ3、碟形封头δ4。

5. 水压试验时的环境温度如何规定？为什么？

6. 等面积补强法的补强原则是什么？有哪几种开孔补强型式？

7. 边缘应力产生的原因是什么？边缘应力有哪些特性？

8．设计压力为4MPa的管壳式余热锅炉是几类容器？依据是什么？

9. 什么叫压力容器的最小厚度？规定压力容器最小厚度的目的是什么？

10. 罐式汽车和铁路罐车为几类容器？依据是什么？

11. 压力容器何时要进行压力试验？为何要限制水压试验时的环境温度？

12. 一外压钢制圆筒，已知其临界压力为1.2MPa，试问当外压为0.4MPa，内压为0.1MPa时，能否使用该圆筒？（对钢制圆筒：m=3.0）

13. 封头有哪几种形式？从制造角度排列各封头的制造难易程度。

四、计算应用题

1. 如图2所示，构架由ABC、CDE、BD三杆组成，B、C、D、E处均为铰接。各杆重量不计，a为0.5m，载荷F为10kN。试求BD杆所受的力及E的约束反力。

2. 现设计一内压圆筒形容器，已知其设计压力P=1.2MPa，设计温度为200℃，圆筒体的内

t径Di=2000mm。材料选用20R，123MPa，s=245MPa，腐蚀裕量

C2=2mm，钢板负偏差C1=0.25mm。要求采用双面对接焊缝，局部探伤。

① 确定该容器筒体壁厚；

② 进行水压试验强度校核。

图1 图2

3. 沿顶部支承的储罐如图2所示。已知其中径D=2000mm，储水高H=6000mm，有效壁厚e10mm ，顶部气压P0.1MPa，A点离储罐底部之距离X1000mm，

水9.8103Nm3，求A、B两点的两向薄膜应力？

4. 某厂一塔，内径Di800mm，设计压力P1.2MPa，设计温度127℃，焊缝系数=0.85，材料16MnR，材料许用应力[]t=170MPa，壁厚附加量为C3mm。

① 确定此塔体名义壁厚？

② 若塔采用材料为Q235-A，此时材料的[]=113 MPa，此塔的名义壁厚为10 mm，t

其他条件不变，校核此塔的强度？

图2

参考答案：

一、填空题

1. 物体运动状态发生改变，物体产生变形； 2. 扭转，剪切，弯曲； 3. 强度，塑性；

4. 内径； 5. 局限性，自限性； 6. 洁净水； 7. 稳定性，强度；

8. 焊接接头型式，无损检测的长度比率；

9. 平行四边形法则，三角形法则； 10.分布载荷，集中力偶，外伸梁，悬臂梁；

11. 热脆，冷脆； 12. 风载荷、地震载荷、质量载荷、偏心载荷； 13.外径； 14. F，S；

15. 强度校核，设计截面尺寸，设计许可载荷； 16. q=dQ/dt，q=d2M/dt2，；

17. 常温，高温，中温，低温；18. 1.0； 19. ≥7； 20. 平焊，对焊；

21. 临界长度，刚度；

二、判断题

1. √ 2. × 3. × 4. × 5. ×

6. √ 7. × 8. × 9. √ 10. √ 11. √

三、简答分析题

1. 答：

（3分）

2. 答：二类容器。

中压且PV

3. 答：螺栓预紧力、压紧面、垫片、法兰刚度、操作条件

4. 答：δ2

5 答：规定水压试验环境温度：要求水温低于其沸点温度而高于材料的转脆温度。

原因是防止水变为气体，同时确保在水压试验时不会发生材料突然变脆而造成强度破坏的现象，使水压试验顺利进行，达到检验容器强度及有无渗透现象的目的。

6. 答：原则是在邻近开孔处所加补强圈的截面积应与开孔而失去的截面积相等。 补强圈、厚壁管、整锻件补强

7. 答：几何形状不连续、材料不连续、载荷不连续 局限性和自限性

8. 答：三类容器。

中压，管壳式余热锅炉

9. 答：最小厚度是指壳体成型后不包含腐蚀裕量的最小厚度。

压力很低的容器，按强度公式计算出的壁厚很小，不能满足制造、运输和安装时的刚度要求，需规定一最小壁厚。

10. 答：三类容器。

移动式压力容器

11. 答：水压试验目的：在超设计压力下，宏观地检验容器的强度和有无渗漏现象以保证容器能安全、正常工作。

规定水压试验环境温度是防止水变为气体，同时确保在水压试验时不会发生材料突然变脆而造成强度破坏的现象.

12. 答：可以使用。

P=Po-Pi=0.4-0.1 =0.3 MPa

13. 答：封头分为半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头、平板封头等几种。

制造角度看，平板最易，球冠形、锥形其次，碟形、椭圆形更次，半球形最难。

四、计算应用题

1. 解：取整体为研究对象

Fx0 FN

MDEX0NEXF=10 kN 0 NEYaF2a0NEY2F=20 kN

取AC杆为研究对象

MC0 NBDasin45F2a0

NBD2F/sin45=28.28 kN

2. 解：已知双面对接焊缝，局部探伤 0.85

① pcDi1.22000=11.54 mm t2[]pc21230.851.2

dC211.542=13.54 mm

dC113.540.2513.79 mm

圆整得，n14 mm ② enC1C2140.25211.75 mm pT1.25p[]123=1.5 MPa 1.251.2t123[]

TpT(Die)1.5(200011.75)=128.41 MPa 2e211.75

0.9S0.90.85245=187.43 MPa 由于T0.9S 所以水压试验强度合格。

p1D0.19.81036)20003 解：A点：m=7.94 MPa 4410

pD0.12000=10 MPa 2210

p1D(0.19.81036)2000 B点：m=7.94 MPa 4410

p2D(0.19.81035)2000 =14.9 MPa 2210

4. 解：① pcDi1.2800=3.34 mm 2[]tpc21700.851.2

dC3.343=6.34 mm 圆整得，n7 mm ② enC103=7 mm

p(Die)1.2(8007)=69.17 MPa 2e27

由于[]t1130.8596.05 MPa 所以容器强度合格。