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《化工设备机械基础》*题解答 6章

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《化工设备机械基础》*题解答 化工设备机械基础》

第六章 容器零部件 填空题: 二、填空题: A 组: 法兰联接结构,一般是由(联接) ,(被联 1 法兰联接结构,一般是由(联接)件,(被联 件和(密封元)件三部分组成。 接)件和(密封元)件三部分组成。 在法兰密封所需要的预紧力一定时, 2 在法兰密封所需要的预紧力一定时, 采取适当 的办法, 减小螺栓 直径) (直径) 和增加螺栓 个数) (个数) 的办法, 对密封是有利的。 对密封是有利的。 提高法兰刚度的有效途径是1 增加法兰厚度) 3 提高法兰刚度的有效途径是1 增加法兰厚度) ( 2 减小螺栓作用力臂) 3 增加法兰盘外径) (减小螺栓作用力臂) (增加法兰盘外径) 。 制定法兰标准尺寸系列时,是以(16MnR) 4 制定法兰标准尺寸系列时,是以(16MnR)材 200) 料,在(200)℃时的力学性能为基础的 法兰公称压力的确定与法兰的最大( 5 法兰公称压力的确定与法兰的最大(操作压 ),(操作温度 操作温度) 法兰材料 力),(操作温度)和(法兰材料)三个因素 有关。 有关。 卧式容器双鞍座的设计中, 6 卧式容器双鞍座的设计中, 容器的计算长度等 于 筒体) (筒体) 长度加上两端凸形封头曲面深度的 2/3)。 (2/3)。 配有双按时制作的卧室容器, 7 配有双按时制作的卧室容器, 其筒体的危险截 面可能出现在(支座)处和(跨距中间) 面可能出现在(支座)处和(跨距中间)处。 卧式容器双鞍座的设计中, 8 卧式容器双鞍座的设计中, 筒体的最大轴向总
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应力的验算条件是: 应力的验算条件是: 轴向应力应为( σ 拉 ≤ [ ]t) 轴向应力应为( t 轴向压力应为( 轴向许用压缩 轴向压力应为( σ 压 ≤ [ ] )和(轴向许用压缩 的较小值) 应力 [σ ] ac的较小值) B 组: 采用双鞍座时, 1 采用双鞍座时, 为了充分利用封头对筒体临* 部分的加强作用, 部分的加强作用, 应尽可能将支座设计的靠* 封头, 不大于(0.2) 封头,即A≤(0.25)D0,且A不大于(0.2)L 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ(120° 2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ= 120°)和 150° 两种。 θ=(150°)两种。 采用补强板对开孔进行等面积补强时, 3 采用补强板对开孔进行等面积补强时, 其补强 范围是: 范围是:
σ σ

( 有效补强宽度是 B = max{2d , d + 2δ n + 2δ nt } ) 外侧有效补强高度是( 外侧有效补强高度是(min { h1 = dδ nt , 接管实际外伸高度 }) 内侧有效补强高度是(min 内侧有效补强高度是( { h2 = dδ nt , 接管实际内伸高度 }) 根据等面积补强原则, 4 根据等面积补强原则, 必须使开孔削弱的截面 =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多 积A≤Ae=(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多 余面积)A +(接管有效厚度减去计算厚度之外的 余面积)A1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的 焊缝金属截面积)A 多余面积)A2+(焊缝金属截面积)A3。 多余面积)A +(焊缝金属截面积
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采用等面积补强时,当筒体径Di 1500mm时 Di≤ 5 采用等面积补强时,当筒体径Di≤1500mm时, 须使开孔最大直径d≤(1/2)Di,且不得超过 须使开孔最大直径d 520)mm.当筒体直径 ,>1500mm时,,须使 当筒体直径D (520)mm.当筒体直径Di,>1500mm时,,须使 开孔最大直径d ,,且不得超过 开孔最大直径d≤( 1/3)Di,,且不得超过 1000)。 (1000)。 6 现行标准中规定的圆形人孔公称直径有 DN(400)mm, DN(450)mm, DN(500)mm, DN(400)mm, DN(600)mm等四种 等四种。 DN(600)mm等四种。 现行标准中规定, 椭圆形人孔的尺寸为 400) 7 现行标准中规定, 椭圆形人孔的尺寸为 400) ( 250 mm与 380) 280)mm。 ×(250)mm与(380)×(280)mm。 8 现行标准中规定的标准手孔的公称直径有 DN(150mm)和DN(250mm)两种。 DN(150mm)和DN(250mm)两种。 两种
三、是非判断题 1 法兰密封中,法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。(×) 2 在法兰设计中,如欲减薄法兰的厚度t,则应加大法兰盘外径D0,加大法兰 长径部分尺寸和加大臂长度。(×) 3 金属垫片材料一般并不要求强度高,为要求其软韧,金属垫片主要用于 中高温和中高压的法兰联接密封。(√) 4 法兰连接中,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。所以预密封比压越大越好。(×) 5 正压操作的盛装气体(在设计温度下不冷凝)的圆筒形处贮罐,采用双 鞍式支座支承时,可以不必验算其轴向的拉应力。(×)
四、工程应用题
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A 组: 1. 选择设备法兰密封面型式及垫片

介质

公称压力 PN (MPa) 1.0 1.6 2.5 4.0

介质温度 ℃ 150 200 ≤50 200

适宜密封面型式

垫片名称及材料

丙 烷 蒸 汽 液 氨 氢 气

*形 *形 凹凸或榫槽 凹凸

耐油橡胶石棉垫/耐油橡胶石棉 板 石棉橡胶垫/中压石棉橡胶板 石棉橡胶垫圈/中压石棉橡胶板 缠绕式垫圈/08(15)钢带-石棉带

2. 试为一精馏塔配塔节与封头的联接法兰及出料口接管法兰。已知条件为:塔体内径 800mm,接管 公称直径 100mm,操作温度 300℃,操作压力 0.25MPa,材质 Q 235-AR。绘出法兰结构图并注明尺 寸。 【解】 (1) 塔节与封头的联接法兰——容器法兰 根据该塔的工艺条件:温度、压力及塔径,塔节与封头联接的法兰应该选用甲型*焊法兰。根 据操作温度、设计压力和使用材料,由表 6-4 可知应按法兰的公称压力为 0.6MPa 来选择尺寸。由附 录十四表 32 查得法兰各部尺寸,并绘注于图 1 中。由表 6-1 可采用*面密封面,垫片材料为石棉橡 胶板,宽度从表 6-3 中查得值为 20mm。联接螺栓为M20,共 24 个,材料由表 6-6 查得为 35。螺母 材料为Q235-A。 (2)出料口接管法兰——管法兰 根据计算压力、法兰材质和工作温度查附录十五表 34,确定接管法兰的公称压力为 0.25 MPa; 根据公称压力、公称直径按表 6-10 确定法兰类型和密封面型式为突面板式*焊管法兰,法兰标记: HG20592 法兰 PL100-0.25 RF Q235-A。根据公称压力、工作温度由附录十五表 35 查得垫片选用石 棉橡胶垫圈,螺栓、螺柱材质为 35。由表 36 得法兰各部尺寸及螺栓、螺柱规格,并绘于图 2 中。

图 1 甲型*焊法兰(容器法兰) (法兰-RF 800-0.6 JB4702-92)

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图 2 突面板式*焊管法兰(HG20592 法兰 PL100-0.25 RF Q235-A) 6.有一卧式圆筒形容器,DN=3000mm,最大重量为100吨,材质为16MnR,选择双鞍式支座标准。 【解】每个支座上的载荷
F= mg 100 × 10 3 × 9.8 = = 490 KN 2 2

根据承受载荷与公称直径查附录十六,应选用轻型(A 型)120°包角带垫板鞍座。 JB/4712-92 鞍座 A3000-F JB/4712-92 鞍座 A3000-S 鞍座材料 Q235-AF 垫板材料 16MnR 允许载荷 Q=786KN 鞍座高度:

h = 250mm

腹板:

δ 2 = 10mm
弧长 = 3490mm
垫板: δ = 10mm 4

l1 = 2180mm
底版:

l 3 = 341mm b2 = 316mm
筋板: b = 406mm 3

b1 = 360mm

b4 = 500mm e = 65mm

δ 1 = 14mm

δ 3 = 10mm

9. 有一Ф89×6 的接管, 焊接于内径为 1400mm, 壁厚为 16mm 的筒体上, 接管材质为 10 号无缝钢管, 筒体材料 16MnR,容器的设计压力 1.8Mpa,设计温度为 250℃,腐蚀裕量 2mm,开孔未与筒体焊 缝相交,接管周围 20mm 内无其他接管,试确定此开孔是否需要补强?如需要,其补强圈的厚度 应为多少?画出补强结构图。 【解】由表 16-1 查得 16MnR(厚度6~16)在 250℃下的 [σ ] =156MPa, σ s = 325MPa
t

10 号钢管在 250℃下 [σ ] =92MPa, σ s = 205MPa
t

取φ=1 壳体计算壁厚: S =
2[σ ] ? ? Pc
t

Pc Di

=

1.8 × 1400 = 8.12mm 2 × 156 × 1 ? 1.8

接管计算壁厚: S t =

2[σ ] ? + Pc
t

Pc D0

=

1.8 × 89 = 0.86mm 2 × 92 × 1 + 1.8

壳体与接管的壁厚附加量取 C=2mm 则开孔直径:
5

d = d1 + 2C = 89 ? 2 × 6 + 2 × 2 = 81mm
壳体的名义壁厚:

S n = 16 mm

S = δ n ? C = 16 ? 2 = 14mm 壳体的有效壁厚: e
接管的名义壁厚:

S nt = 6mm

接管的有效壁厚:

S et = S nt ? C = 6 ? 2 = 4mm

接管有效补强宽度:

B = 2d = 2 × 81 = 162mm

h = h2 = dS nt = 81× 6 = 22mm 接管外侧、内侧有效补强高度: 1
fr =
t [σ ]管 t [σ ]壳

强度削弱系数:

=

92 = 0.59 156

需要补强金属面积:

A = dS + 2SS et (1 ? f r ) = 81× 8.12 + 2 × 8.12 × 4 × (1 ? 0.59) = 684.35mm 2
可作为补强的金属面积:

= (162 ? 81) × (14 ? 8.12 ) ? 2 × 4 × (14 ? 8.12 )× (1 ? 0.59 ) = 457 mm 2

A1 = (B ? d )(S e ? S ) ? 2 S et (S e ? S )(1 ? f r )

= 2 × 22 × (4 ? 0.86 )× 0.59 + 2 × 22 × (4 ? 2 )× 0.59 = 133.4mm 2
1 A3 = 2 × × 8 × 8 = 64mm 2 焊缝按 R=8 计算,则 2
可作为有效补强的金属截面积:

A2 = 2h1 (S et ? S t ) f r + 2h2 (S et ? C 2 ) f r

Ae = A1 + A2 + A3 = 457 + 133.4 + 64 = 654.4mm 2
因为 Ae<A,所以需要另加补强。 另加补强面积:
A4 = A ? Ae = 684.35 ? 654.4 = 30mm 2

用补强圈补强结构,补强材料与壳体材料相同为 16MnR,厚度与筒体壁厚相同为 16mm。

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