设备作业题答案（部分）
第三章 内压薄壁容器的应力分析
三、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径
A 组2题
解：圆锥壳上M 点
∞=1
R αcos 22D R m =
MP S m 58.14866.0104cos 4=⨯⨯==ασ S P R
R m
=+21σσθ MP S PD 16.29866
.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ 0,:21=∞=R R B 点
3题 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。

B 点处坐标x=600mm 。

（图3-36）
解： 2505
1010==b a 标准椭圆形封头 b b b y x A a R a R 2221,:),0====点（
MP S Pa m 5.5020
10101=⨯==
=θσσ
MPa sb
P B b a x a m 3.43)(2 2224=--=
σ点： MPa b a x a a sb
P b a x a 7.27)(2)(2 22244
2
224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ :)0,(==y a x C 点
MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==
σ MPa S Pa 5.5020
10101-=⨯-=-=σθ （第三章出一道计算题）
第四章 内压薄壁容器与封头的强度设计
四、（A 组7题）今欲设计一台内径为1200mm 的圆筒形容器，工作温度为350℃，最高工作压力为1.6MPa 。

筒体采用双面焊对接接头，局部无损检测。

采用标准椭圆形封头，并用整板冲击成型，容器装有安全阀，材质18MnMoNbR 。

容器为单面腐蚀，腐蚀速度为0.2mm/a ，设计使用年限为15年。

试设计该容器筒体及封头厚度。

解：（1）确定参数
Di=1200mm ，t=350℃，Pw=1.6MPa, 18MnMoNbR, [σ] =197MPa, [σ]t =197MPa,双面焊对接接头，局部无损检测，φ=0.85。

C 2=0.2*15=3mm
圆筒，装有安全阀，P=Pc=1.1Pw=1.76MPa,采用标准椭圆封头。

（2）计算厚度
筒体
1.76*1200/（2*197*0.85-1.76）=6.34mm
C1=0.6mm,C=C1+C2=3.6mm, S+C=9.94mm 所以Sn=10mm,Se=Sn-C=6.4mm
标准椭圆形封头
1.76*1200/（2*197*0.85-0.5*1.76）=6.09mm
C1=0.6mm,C=C1+C2=3.6mm, S+C=9.69mm 所以Sn=10mm,Se=Sn-C=6.4mm
(3)校核水压试验强度
s e
e i T T S S D p φσσ9.02)(≤+=，σs=440MPa Pt=1.25P,所以σt=1.25*1.76*1206.4/（2*6.4）=207.35MPa, 0.9φσs=0.9*0.85*440=336.6MPa 因为φσσS T 9.0 < ，所以水压试验强度足够。

对于标准椭圆形封头而言，同上。

（第四章出一道大题）
第六章 容器零部件（选择法兰）
名词解释（出5个）
第一章（B组6到10）
6.碳素钢：没有添加其他合金元素的、含碳量在0.02%~2%的铁碳合金。

7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。

8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体。

9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体。

10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。

第三章（A组4到6）
⒋薄膜理论：薄膜理论亦称为无力矩理论，是在一定条件下忽略内力距的回转壳体理论。

薄膜理论研究的应力状态称为无力矩应力状态或薄膜应力状态。

⒌第一曲率半径：回转壳体中间面上任一点M处的经线的曲率半径称为该点的第一曲率半径。

⒍小位移假设：假设壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚，即为小位移假设。

第四章（1到5）
1.弹性失效设计准则：容器内某处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点时即认为容器失效，这种失效设计准则称为弹性失效设计准则。

2.强度条件：根据强度理论，容器壁的相当应力必须小于失效准则规定的极限应力，且必须留有一定的安全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的需用应力之间满足一定的关系。

这就是强度条件。

3.工作压力：正常工作情况下，容器顶部可能达到的最大压力。

4.设计压力：设定的容器顶部的最高压力。

它与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。

5.设计温度：容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度。

第五章（1到4）
1.外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器称为外压容器。

2.弹性压缩失稳：在外压作用下，突然发生的筒体失去原形，即突然失去原来的稳定性的现象称之为弹性压缩失稳。

3.临界压力：使容器发生失稳的最小外压力称为临界压力。

4.长圆筒：圆筒的L/Do值较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力Pcr仅与Se/Do有关，而与L/Do无关，这样的圆筒称为长圆筒。

第六章（A组5到8）
5.螺纹法兰：法兰与管壁通过螺纹进行连接，二者之间既有一定的联接又不完全形成一个整体。

6.平焊法兰：采用填角焊缝，刚性较差，法兰受力后，法兰盘的矩形断面发生微小的转动，使与法兰相联接的圆筒壁随之弯曲变形，在法兰附近的横截面产生附加弯曲应力。

7.对焊法兰：采用对接焊缝，强度好，对焊法兰有较高颈法兰或长颈法兰。

颈的存在提高了法兰的刚性，颈的根部厚度比器壁厚。

8.法兰密封原理：在联接口处增加流体流动的阻力，当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧的介质压力差，介质就密封住了。

这种阻力的增加是依靠密封面上的密封比压来实现的。

第七章（一、思考题9,13 简答题）
9.管子在管板上排列的标准形式有哪些？各适用于什么场合？
答：排列的标准形式有：①正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。

②正方形和转角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管间的场合。

13. 固定管板式换热器中温差应力是如何产生的？有哪些补偿温差应力的措施？
答:当操作时，壳体和管子温度都升高，若管壁温度高于壳壁温度，则管子自由伸长量比壳体自由伸长量大，但由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。

此拉、压应力就是温差应力，也称热应力。

补偿温差应力的措施有：解决壳体与管束膨胀的不一致性；或是消除壳体与管子间刚性约束，使壳体和管子都自由膨胀和收缩。

①减少壳体与管束间的温度差；
②装设侥性构件；
③使壳体和管束自由热膨胀；
④双套管温度补偿。