过程设备设计复习题

1. 有一外径为?219的氧气瓶，最小壁厚为6.5mm，材质为40Mn2A，工作压力为15MPa，试求氧气瓶筒身的应力。 Do?219 ??? ???PD4tPD2t??t? p?15MPa D?Do?t?212. 515?212.5?122.M6Pa

4?6.515?212.52?6.5?255.2MPa

2. 有一圆筒形容器，两端为椭圆形封头，已知圆筒平均直径D=2020mm，壁厚20mm， 工作压力p=2MPa。 试确定 (1)试求筒身上的应力

(2)如果椭圆形封头的a/b分别为2、2、3，t=20mm，确定封头上最大应力值 D?2020mm t?20mm p?2MPa ① ???PD4t?2?20204?2012?50.5MPa ???PD2t?2?2020?101MPa

2?20② 顶点 ??????赤道 ??? ???1212?筒ab?PDaa??50.5 4tbb?筒222??a?PD?a?a?.5?22? ?2?2???2?2??50?b4tbb???????筒?PD4t?50.5

当a/b=2时 顶点 ??????101MPa

5Pa 赤道 ????101MPa ???50.M

最大应力在顶点处有拉应力101MPa，赤道处有压应力101MPa

2Pa 当a/b=2时 顶点 ??????71.M5Pa 赤道 ???0MPa ???50.M

最大应力在顶点处有拉应力71.2MPa

5Pa当a/b=3时 顶点 ??????151.M

5Pa5Pa ???50.M 赤道 ????353.M

最大应力在赤道处有压应力353.5MPa

3. 有一立式圆筒形储油罐，罐体直径5000mm，厚度3mm，油液高度18m， 油的密度为??700kg/m3， g取10 （1）当P0=0时，油罐筒体上最大应力。

（2）当P0=0.1MPa时，油罐筒体上的应力及最大应力。

Do?5000mm t?3mm H?18mm

由于壁厚t与壁相差较大 ，因此D?Do ① po?0时 p??gh

PD2t ?????ghD2t?700?10?5?h?102?3?10?3?6?5.83h ???0

最大应力 ???5.83h?5.83?18?105MPa ② po?0.1时 p?0.1??gh ???PD4t?0.1?50004?3?41.7MPa

???PD2t?0.1?50002?3?700?10?5?h?102?3?10?3?6?83.3?5.83h

最大应力 83.3+5.83×18=188.2MPa

64. 封闭厚壁筒有钢（E?2?10MPa ??0.3）制成，其内径Ri?10mm，外径

Ro?40mm，承受内压Pi?300MPa

试求圆筒内壁外壁和中间面的应力值并简单讨论之 Ri?10mm Ro?40mm k? ??PiRoRi?4 Pi?300MPa

22??Ro?Ro??2?1?2??20?1?2? k?1?r?r??22??Ro?Ro??r?2?1?2??20?1?2?

k?1?r?r??Pi?z?Pik?12?20

r?10 r?25 r?40 ?? ?r ?z 340 71.2 40 -300 -31.2 0 20 20 20 ① ??＞?r＞?z 内壁处??最大 ②

???r?r?i???r?r?k?122?8.5 不均匀

o?③???12?????r?

5. 有一承受内压的厚壁圆筒，其内径200mm，外径400mm，材料为16MnR，屈服

?s?265MPa，极限强度?b?450MPa 试求 ①内壁开始屈服的压力

②当壁厚一半达到屈服时的压力 ③整体屈服压力 ④爆破压力

Ri?200mm Ro?400mm k?RoRi?2

① 内壁屈服 Pi??s?2Rc??1?2?2ln2?

RoRi?3?Rc2 Rc?Ri?200 Ps??s?1?265?1? 1??1???2?2?k?2?3?3?②半屈服 Rc?300 Pi??s?23??3??1????2ln?

2?3??4???② 整体屈服 Rc?Ro?400 Pso??s3?2lnk?2?2653ln2

④爆破压力 Pb?

23?s?2????lnk ?b??s?1. 某内压圆柱形筒体，其设计压力P=0.4MPa，设计温度t=70℃，圆筒内径Di=1000mm，总高3000mm，盛装液体介质，介质密度??1000kg/m3，筒体材料为Q345R，腐蚀裕量C2取2mm，焊接接头系数φ=0.85，已知设计温度下Q345R的许用应力，在厚度为6—16mm时，[σ]t =189MPa，厚度16—36mm时，[σ]t =185 MPa。试求该筒体厚度。 ①确定参数 Pd?0.4MPa ??0.85 Q345R C2?2mm [σ]t =189MPa D2?1000mm

Pc?Pd?P l Pl??gh?1000?10?3? Pc?Pd?Pl?0.43MP a ②设计厚度 ?=PCD22???0.43?10002?189?0.85?0.43?1.34mm

3?1P0a?40M.0 P3a?t?-PC ?d???C2?3.34mm C1?0.3mm ?n?4mm 校核 ?n?C2?2mm?3mm 不合格 ③改 ?n?6mm

??????P?0.1MPa??0.5MPa ④水压试验校核 PT=max?1.25Pt??????? ?T=?PT?PC??Di??e?2?e?0.53?1003.72?3.7?78.3?90%?s

应力校核合格

2. 有一卧式圆筒形储罐，内装浓度99%液氨，筒体内径Di?2200mm，筒高L=3200mm，两端利用标准椭圆封头，储罐最高操作温度不超过50℃。具有可靠保护措施，罐顶装有安全阀，试初步确定壁厚。（在50℃时饱和蒸汽压力1.973MPa（表压） 安全阀的开启压力

P??1.1?1.973?2.17MPa）用水压试验校核。

①确定参数 设计温度 最高工作温度 50℃

?1.9?73 设计压力 安全阀 1.1? Pl??gh?1000?102.?242M.P17a Pd?2.2MPa

0M.0P 2a22?.2P1a0? Pc?Pd?Pl?2.222MPa?2.2MPa 选材 Pc?1MPa 选Q345R

腐蚀裕度 C2 《腐蚀裕度数据手册》 ka?0.1mm 设计寿命 15年 C2?1.5mm 焊接系数 V?2.22??4?3?12.18m P133图1-2 三类

双面焊接 对缝焊接 ??1.0 许用应力 ???100=185MPa （16—36mm）

负偏差 C1?0.3mm

②设计厚度 筒体 ?=PCD22???2.2?22002?185?1?2.22.2??13.16mm

?t?-PCPCD2 封头 ?封=2???t?-0.P5C?22000?.52?18?5?1?13.1m6m

2.26m ?d封??封?C2?14.66mm ?d???C2?14.6m 考虑到C1?0.3mm 选?n?16mm 最小壁厚校核 ?n-C2?14>3mm 合格

3. 有一库存很久的容器，材料为16MnR，筒体外径Do?219mm，其实测最小壁厚为6.5mm，气瓶两端为半球形状，今欲充压10MPa，常温使用，并考虑腐蚀裕量C2?1mm，问强度是否够用，如不够，最大允许工作压力多大？

解法一 ①确定参数 16MnR Q345R

2?20m6m C2?1mm Do?219mm Di?219?? 实测 C1?0 ?e??n?C2?5.5 Pw?10MPa

MPa?C P Pd?1.1?PN?11Pc?Di+?e?2?e12 ② ?筒==11??206+5.5?2?5.5=211.5MPa>???100=173MPa

?封头=?筒=105.75MPa 不能用

100 Pmax=???2?eDi+?e=173?2?5.5206+5.5=8.8MPa

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