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陕西科技大学 试题纸

课程 过程设备设计 班级 过控10级 班 学号 姓名

一，问答题。50分

1，压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？

2，单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有那些特征？当承受的内压很高时，能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？ 3，试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，在设计时，需要校核的参数有哪些？并与承受均布内压的回转壳作比较，它们有何异同？

4，一容器壳体的内壁温度为Ti，外壁温度为To，通过传热计算得出的元件金属截面的温度平均值为T，请问设计温度取哪个？选材以哪个温度为依据？ 5，球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？

6，换热设备有哪几种主要形式？管壳式换热器主要有哪几种形式？ 7，除沫器布置在塔中的什么位置？作用是什么？ 8，搅拌轴的设计需要考虑哪些因素？ 9，法兰连接时，影响其密封性能的因素有哪些？

10，进行内压凸形封头设计时，接管对封头计算厚度有什么影响？ 二，画图题，20分。

1，绘制出开孔补强的几种形式。6分 2，绘制出至少三种折流板的形式。6分

3，画出伍德密封的原理结构示意图，并进行结构标注说明，8分。

三，一内压容器，设计（计算）压力为4,4MPa，最高温度为300℃；圆筒内径Di=2400mm，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。材料为16MnR，计算圆筒，椭圆形封头及锥壳的厚度，确定校核时的压力。[σ]t=126Mpa（温度为300），163Mpa（20度时），σb=305Mpa（20度）。

四，一多层包扎式氨合成塔，内径Di=1600mm，设计压力为30MPa，

工作温度小于200℃，内筒材料为0Gr18Ni9Ti,层板材料为16MnR，取C2=2.0mm，试确定圆筒和包扎层的厚度。([σ]t=114Mpa.)10分 附加资料：

1. 单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分布？筒壁屈服发生在何处？为什么？

答：单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚分布情况题图。内压内加热时，综合应力的最大值为周向应力，在外壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值也在外壁，也是拉伸应力，比周向应力值小；径向应力的最大值在外壁，等于0。内压外加热，综合应力的最大值为周向应力，在内壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值也在内壁，也是拉伸应力，比周向应力值小；径向应力的最大值在内壁，是压应力。筒壁屈服发生在：内压内加热时，

在外壁；内压外加热时，在内壁。是因为在上述两种情况下的应力值最大。 2,试比较承受均布载荷作用的圆形薄板，在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小和位置。

答：○1周边固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为： 64D4t? 2? wmax?max3pR2pR4f?

2周边简支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为： ○

8t2??1? 64D? wmax?pR2s???3?3??maxpR45?

3应力分布：周边简支的最大应力在板中心；周边固支的最大应力在板周边。两者的最大○挠度位置均在圆形薄板的中心。

4周边简支与周边固支的最大应力比值 ○max?r??s1.65 2????0.3????3?rmax?f

周边简支与周边固支的最大挠度比值

0.3?1??4.08 fwmax1??????0.3?0.35????swmax5

3,两个直径、厚度和材质相同的圆筒，承受相同的周向均布外压，其中一个为长圆筒，另一个为短圆筒，试问它们的临界压力是否相同，为什么？在失稳前，圆筒中周向压应力是否相同，为什么？随着所承受的周向均布外压力不断增加，两个圆筒先后失稳时，圆筒中的周向压应力是否相同，为什么？

答：○1临界压力不相同。长圆筒的临界压力小，短圆筒的临界压力大。因为长圆筒不能受到圆筒两端部的支承，容易失稳；而短圆筒的两端对筒体有较好的支承作用，使圆筒更不易失稳。

2在失稳前，圆筒中周向压应力相同。因为在失稳前圆筒保持稳定状态，几何形状仍保持○

为圆柱形，壳体内的压应力计算与承受内压的圆筒计算拉应力相同方法。其应力计算式中无长度尺寸，在直径、厚度、材质相同时，其应力值相同。

3圆筒中的周向压应力不相同。直径、厚度和材质相同的圆筒压力小时，其壳体内的压应○

力小。长圆筒的临界压力比短圆筒时的小，在失稳时，长圆筒壳内的压应力比短圆筒壳内的压应力小。

4,承受均布周向外压力的圆筒，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？

答：○1承受均布周向外压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力，对。只要设置加强圈均可提高圆筒的刚度，刚度提高就可提高其临界压力。

2采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理，不对。采用的加强圈愈多，○

壳壁所需厚度就愈薄，是对的。但加强圈多到一定程度后，圆筒壁厚下降较少，并且考虑腐蚀、制造、安装、使用、维修等要求，圆筒需要必要的厚度，加强圈增加的费用比圆筒的费用减少要大，经济上不合理。

5,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？

答：○1计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系

2满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是设计厚度。因为设计厚度是计○

算厚度加腐蚀裕量，计算厚度可以满足强度、刚度和稳定性的要求，再加上腐蚀裕量可以满足寿命的要求。因为腐蚀裕量不一定比厚度负偏差加第一厚度圆整值的和小，最小厚度有可能比计算厚度小，而不能保证寿命。

6,简述强制式密封，径向或轴向自紧式密封原理，并以双锥环密封为例明保证自紧密封正常工作的条件。

答：强制密封的密封原理：依靠主螺栓的预紧作用，使垫片产生一定的塑性变形，填满压紧面的高低不平处，从而达到密封目的。 径向自紧式密封原理：依靠密封元件在容器内部介质压力下，使径向刚度小的密封元件产生径向变形，压紧在径向刚度大的被连接件上，形成密封比压达到密封的目的。

轴向自紧式密封原理：依靠密封元件在容器内部介质压力下，使轴径向刚度小的密封元件产生轴径向变形，压紧在轴径向刚度大的被连接件上，形成密封比压达到密封的目的。如图所示的双锥环密封，在预紧状态，拧紧主螺栓使衬于双锥环两锥面上的软金属垫片和平盖、筒体端部上的锥面相接触并压紧，导致两锥面上的软金属垫片达到足够的预紧密封比压；同时，双锥环本身产生径向收缩，使其内圆柱面和平盖凸出部分外圆柱面间的间隙消失而紧靠在封头凸出部分上。为保证预紧密封，两锥面上的比压应达到软金属垫片所需的预紧密封比压。内压升高时，平盖有向上抬起的趋势，从而使施加在两锥面上的、在预紧时所达到的比压趋于减小；双锥环由于在预紧时的径向收缩产生回弹，使两锥面上继续保留一部分比压；在介质压力的作用下，双锥环内圆柱表面向外扩张，导致两锥面上的比压进一步增大。为保持良好的密封性，两锥面上的比压必须大于软金属垫片所需要的操作密封比压。

7,按GB150规定，在什么情况下壳体上开孔可不另行补强？为什么这些孔可不另行补强？ 答：GB150规定：当在设计压力≤2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径≤89mm时，满足下表的情况下，可不补强