陕西科技大学科目期末考试复习过程设备设计期末考试题

陕西科技大学 试题纸

课程 过程设备设计 班级

学号 姓名 题号 得分 阅卷人 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

，填空题（24分，每题3分）

1，压力容器的基本组成为 ，各部分的作

用分别为 2，压力容器按压力等级分类可分为 ，按在生产中所起的作用来分可分为 ， 按安装方式分类可以分

为 ，

3，填料的两大类为 和 。填料的选型的3个决定性能参数是 ，换热管与管板的3种连接方式是 。 4，开孔时必须需要补强的原因是 压力容器的补强结构有 。 5，边缘效应或不连续效应是指 ，不连续应力的特性是 。

6，一次应力是 ，其基本特性是 ，二次应力是指 ，峰值应力是指 。 7，无力矩理论 的概念是

，其两个基本方程是 ，数学表达式分别为 和 。无力矩理论的使用条件是 。

8，压力容器的设计准则有

，它们与压力容器失效形式的关系是 ，压力容器设计时，设计压力是指 。

二，问答题（24分，每题4分） 1，换热设备有哪几种主要形式？ 2，列举热应力的4个特点。

3，塔设备振动的原因有哪些？如何预防振动？

4，预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？

5压力容器用钢有哪些基本要求？影响压力容器钢材性能的环境因素主要有哪些？ 6，试比较安全阀和爆破片各自的优缺点？在什么情况下必须采用爆破片装置？

三，绘图题。（22分）

1，根据定义，用图标出计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系；在上述厚度中，满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？（5分）

2，绘制出承受横向均布载荷圆平板的应力分布图（分周向固支和周向简支）（5分） 3，绘制仅受内压作用时厚壁圆筒应力分布图（3分）绘制仅受外压作用时厚壁圆筒应力分布图（3分）

4，画图示意出板式换热器中流体的流动方向。（注明热流体和冷流体）。（6分） 四，计算题（30分）

1. 有一圆板，半径R=800mm，板厚=50mm，板面上承受横向均布载荷p=5MPa，按要求求板的最大挠度和应力（取板材的E=3×10MPa，μ=0.3），并将计算结果做理论分析比较（10分）

（1）该圆板为周向固支(画出应力分布图） （2）该圆板为周向简支（画出应力分布图）

2，一内压容器，设计（计算）压力为1.85MPa，设计温度为50℃；圆筒内径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤0.1mm/a，设计寿命B=20年。16MnR作为圆筒材料，计算圆筒厚度。腐蚀余量取2mm,设计温度下材料的许用应力为189MPa.(8分） 3，今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径Di=700mm，厚度δn=8mm，材料选用16MnR，计算压力pc=2MPa，工作温度t=-20~-3℃。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]= 189MPa，σs=345MPa，C1=0.8mm，C2=2.0mm，φ=1.0（12分）

陕西科技大学 试题纸

课程 过程设备设计 （B卷） 班级

学号 姓名 题号 得分 阅卷人 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 t

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一，不定项选择题，20分

1，在厚壁圆筒中，如果由内压引起的应力与温差所引起的热应力同时存在，下列说法正确的是：（ ）

A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化 B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善

C.内加热情况下内壁应力有所恶化，而外壁应力得到改善 D.内加热情况下内壁应力得到改善，而外壁应力有所恶化

2，下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（ ） A.尽量采用对接接头结构，不允许产生未熔透缺陷 B.尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷 C.尽量减少焊缝处的应力集中 D.尽量选用好的焊接材料

3，同一承载能力下，仅受内压作用的圆筒按哪种计算方法计算的壁厚最薄：（ ）A.中径公式 B.最大拉应力准则 C.形状改变比能准则 D.最大切应力准则

4.下列有关压力容器密封装置的叙述错误的是：（ ） A.螺栓法兰连接结构是一种可拆密封结构，由法兰、螺栓和垫片组成。

B.根据获得密封比压力的不同，密封可分为强制式密封和自紧式密封，高压容器尽可能采用自紧式密封。

C.垫片密封基本宽度与压紧面的形状无关，取垫片的实际宽度。

D.形成初始密封条件时垫片单位面积上所受的最小压紧力，称为“垫片比压力”。 5.下列哪些是无力矩理论的应用条件：（ ） A .壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变； B.构成壳体的材料的物理性能相同；

C.壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩的作用；

D.壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与饶度。 6，承受内压的薄椭球壳应力的大小与哪些因素有关：（ ） A.内压的大小 B.球壳的壁厚 C.长短轴之比 D.球壳的材料

7，内压作用下，下列关于单层厚壁圆筒中应力分部规律的表述正确的有：（ ） A.周向应力及轴向应力均为拉应力，径向应力为压应力。

B.内壁径向应力绝对值最大，而内壁的周向应力最小。

C.轴向应力为一常量，沿壁厚均匀分布，且为周向应力与径向应力和的一半。

D.除轴向应力外，其他应力沿厚度的不均匀程度与径比K有关，K值愈大不均匀程度愈大。 8，下列关于压力容器常用钢材形状说法正确的是：（ ） A.圆筒一般由钢板卷焊而成，钢板通过冲压或旋压可制成封头等。 B.压力容器的接管，换热管等常用无缝钢管制造。

C.中国压力容器锻件标准中，将锻件分为四个级别，级别高价格低。 D.压力容器的平盖常用钢板制造。

9，压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构，主要有：（ ） A.补强圈补强 B.厚壁接管补强 C.整锻件补强 D.增加壳体壁厚补强

10，压力容器封头较多，下列叙述正确的有：（ ）

A.凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头和锥壳。

B.由筒体与封头连接处的不连续效应产生的应力增强影响以应力增强系数的形式引入厚度计算式。

C.半球形封头受力均匀，因其形状高度对称，整体冲压简单。 D.椭圆形封头主要用于中、低压容器。 二，判断题，10分。

1 ，压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。

2， 压力容器在生产工艺过程中的作用可分为：反应压力容器，换热压力容器，分离压力容器，储存压力容器。其中反应压力容器最危险，而储存压力容器最安全。

3，内加热情况下内壁应力叠加后得到改善，而外壁应力有所恶化。外加热情况下则刚好相反，内壁应力恶化，而外壁应力得到很大改善。

4， 压力容器爆破实验中，椭圆形封头和容器连接处有应力集中现象，所以爆破口一般会出现在接头处。

5，经过冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢，在室温下停留较长时间或在较高温度下停留一定时间后，会出现屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为应变时效。

6， 检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹变形、腐蚀等缺陷产生,所以,所有壳体上必须开设检查孔。,

7，当开孔直径超过标准允许的开孔范围时，对于内压容器，不能采用等面积补强法进行计算。

8，使用余热锅炉能够提高热能总利用率，节约一次能源消耗。

9，通过增加管程流量或增加横流速度可以改变卡曼漩涡频率，从而消除散热器的振动。 10， 所谓的高温容器是指工作温度在材料蠕变温度以上。 三，问答题。10分

1，承受周向压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。对否，为什么？且采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对否，为什么？ 2，什么叫设计压力？液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？

3，试比较安全阀和爆破片各自的优缺点？在什么情况下必须采用爆破片装置？ 四，绘图题。30分

1，根据定义，用图标出计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系，并做一定说明；在上述厚度中，满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？

2，承受横向均布载荷作用的圆平板，试比较周边简支和固支情况下，圆板中的最大弯曲应力和挠度的大小和位置，并画出各自的应力分布图。 3，自选一种换热器，绘制出大致结构并做一定的标注说明。 五，计算题。30分

1，一单层厚壁圆筒，承受内压力pi＝40MPa时，测得（用千分表）筒壁外表面的径向位移wo＝0.45mm，圆筒外直径Do=1000mm，E=2?10MPa，?＝0.3。 试求圆筒内外壁面应力值。

2， 一穿流式泡沫塔其内径为1500mm，塔板上最大液层为800mm（液体密度为1.5 kg/ ），塔板厚度为6mm，材料为低碳钢（E＝2MPa，u＝0.3）。周边支承可视为简支，试求塔板中心处的挠度；若挠度必须控制在3mm以下，试问塔板的厚度应增加多少？

3，有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图所示，试用无力矩理论求出锥形壳中的最大

周向、经向薄膜应力及相应位置。已知圆筒形容器中面半径R，厚度t；锥形底的半锥角α，厚度t，内装有密度为ρ的液体，液面高度为H，液面上承受气体压力pc。

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性能数据？为什么？（2分）

1. 韧性断裂的宏观特征：整体鼓胀；周长延伸率可达10%~20%；断口处厚度显著减薄；

没有碎片或偶尔有碎片；按实测厚度计算的爆破压力与实际爆破压力 相当接近。 2. 封头和筒体连接处虽然存在不连续应力，但连接处会产生变形协调，导致材料强化；

而筒体中3、部应力与所受压力成正比，随着压力的增大应力迅速增大，所以破口出现在筒体中部。

3. 加压过程中，材料先发生弹性形变，压力线性增加；当压力到达材料屈服时，材料发

生屈服，应力先下降，然后作微小波动，压力表指针来回摆动；材料完全屈服后，压力继续上升。

4. 4、用实验结果验证Faupel爆破压力公式计算精度时，不能采用标准中查到的材料力

学的性能数据。因为标准中的数据只是材料力学性能的一般数据，而由于材料的不稳定性，具体材料性能与标准中的并不完全一致，为了验证公式精度，必须对材料的力学性能进行试验测定。

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