第13-14章习题解

第13章内压容器13-1（此题经过查氧气瓶的标准GB5099-1994，氧气瓶的壁厚mm5.6应改为5.7mm，工作压力MPap16应改为15MPa）解：（1）由题可知：氧气瓶的中径mmD3.2137.5219，壁厚mm7.5，工作压力MPap15。（2）根据承受气压圆筒形壳体应力计算公式，可得氧气瓶筒壁内的经向应力、周向应力分别为：MPaPapD33.1401032.140)107.5(4)103.213()1015(46336MPa66.280213-2（根据压力容器安全技术监察规程的规定：此题应改为：工作温度应改为-10°C～50°C，设计压力应取液氨50°C时的饱和蒸汽压力为设计压力，题中工作压力MPapw6.1应改为2.2MPa）解：（1）由题可知：所需设计的液氨储槽内径mmDi2600，工作温度为-10°C～50°C，其设计压力应取液氨50°C时的饱和蒸汽压力为设计压力，查有关手册得p=2.2MPa则设计压力p=2.2MPa，计算压力pc=2.2MPa。（2）由于液氨储槽材料选用16MnR，假定储槽厚度范围为16～36mm，查附录二得材料的许用应力MPat163；考虑液氨对16MnR材料有一定的腐蚀性，根据工作经验取腐蚀裕量mmC22；由于液氨储槽为三类容器、要求100%探伤，故选取液氨储槽的筒体、封头均采用双面焊对接接头、100%无损检测，则其焊接接头系数0.1根据圆筒壁厚设计公式可得液氨储槽筒体的设计壁厚mmCpDpcticd67.1922.20.1163226002.222因设计计算的的厚度在假定的范围内，故计算有效；由δd=19.67mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=20mm厚的钢板。根据标准椭圆形封头壁厚设计公式可得液氨储槽封头的设计壁厚mmCpDpcticd61.1922.25.00.1163226002.25.022因设计计算的的厚度在假定的范围内，故计算有效；由δd=19.61mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=20mm厚的钢板。13-3解：（1）由题可知：承压容器内径mmDi1000，工作温度为150°C，最高工作压力MPapw2.1，由于承压容器装设安全阀，则其设计压力p=(1.05～1.10)pw=(1.05～1.10)×1.2=1.26～1.32MPa取设计压力p=1.32MPa，计算压力pc=1.32MPa。（2）由于承压容器材料选用0Cr18Ni10Ti，假定其厚度范围为2～60mm，工作温度为150°C，查附录二得材料的许用应力MPat137；考虑采用不锈钢，介质没有腐蚀性，取腐蚀裕量02C；筒体纵向焊缝为双面对接焊、局部无损检测，则其焊接接头系数85.0。根据圆筒壁厚设计公式可得承压容器的器壁的设计厚度mmCpDpcticd70.5032.185.01372100032.122因设计计算的的厚度在假定的范围内，故计算有效；由δd=5.70mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.6mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=8mm厚的钢板。13-4解：（1）由题可知：圆筒形容器内径mmDi800，设计温度为100°C，设计压力p=3MPa，则计算压力pc=3MPa，腐蚀裕量mmC22。（2）圆筒体壁厚的确定由于圆筒体材料选为20R，假定其厚度范围为0～16mm，查附录二得材料的许用应力MPat133；选取筒体采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数85.0。根据圆筒体壁厚设计公式，可得其设计壁厚为：mmCpDpcticd76.122385.01332800322因设计计算的厚度在假设范围内，故计算有效；由δd=12.76mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=14mm厚的钢板。（3）封头壁厚的确定若采用半球形封头，由于其内径mmDi800，故可选取整体冲压成型，则焊接接头系数0.1，由于封头材料选为20R，假定其厚度范围为0～16mm，查附录二得材料的许用应力MPat133，根据半球形封头壁厚设计公式，可得其设计壁厚为：mmCpDpcticd54.6230.11334800342因设计计算的厚度在假设范围内，故计算有效；由δd=6.54mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=8mm厚的钢板。若采用标准椭圆形封头，由于其内径mmDi800，故可选取整体冲压成型，则焊接接头系数0.1，由于封头材料选为20R，假定其厚度范围为0～16mm，查附录二得材料的许用应力MPat133，根据标准椭圆形封头壁厚设计公式，可得其设计壁厚为：mmCpDpcticd07.11235.00.1133280035.022因设计计算的厚度在假设范围内，故计算有效；由δd=11.07mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=12mm厚的钢板。若采用标准碟形封头，由于封头材料选为20R，假定其厚度范围为0～16mm，查附录二得材料的许用应力MPat133；由于其内径mmDi800，故可选取整体冲压成型，则焊接接头系数0.1。根据标准碟形封头壁厚设计公式25.02CpRMpcticd取mmDRii7209.0，mmDri13617.0，则33.1136720341341rRMi代入标准碟形封头壁厚设计公式，可得其设计壁厚为：mmCpRMpcticd07.14235.00.11332800333.15.022因设计计算的厚度在假设范围内，故计算有效；由δd=14.07mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可选用δn=16mm厚的钢板。将上面各种封头的计算结果列表比较如下：封头型式所需壁厚（mm）单位容积的表面积制造难易程度半球形封头8最小难椭圆形封头12次之较易碟形封头16与椭圆形封头接近较易由表可见，半球形封头单位容积的表面积最小、壁厚最薄、最节省材料，但制造困难。椭圆形封头材料的消耗，仅次于半球形，但制造容易，因此，综合比较后选用椭圆形封头为宜。13-5解：（1）由题可知：圆筒形容器内径mmDi1600，设计温度为100°C，计算压力pc=0.2MPa，腐蚀裕量mmC22，由于焊缝为双面对接焊、局部无损探伤，则可取焊接接头系数85.0。由于封头材料选为16MnR，假定其厚度范围为0～16mm，查附录二得材料的许用应力MPat170，（2）根据圆筒体壁厚设计公式，可得圆筒体设计壁厚为：mmCpDpcticd11.322.085.0170216002.022因设计计算的厚度在假设范围内，故计算有效。由δd=3.11mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.25mm，再根据钢板厚度规格表13-6，可初选用δn=4mm厚的钢板。另外，由于16MnR为低合金钢，根据GB150的规定，容器最小厚度mm3min，腐蚀裕量另加。因此，容器厚度应为：mmd523，再根据钢板厚度规格表13-6，应选用δn=5mm厚的钢板。综合考虑，可取其名义厚度为mmn5。13-6解：（1）由题可知：反应釜内径mmDi1600，工作温度为200°C，操作压力pw=1.3MPa，安全阀的开启压力p1=1.4MPa，腐蚀余量mmC12，检修实测最小厚度mm12min。由于安全阀的开启压力p1=1.4MPa，则反应釜内的设计压力p=1.4MPa，计算压力pc=p=1.4MPa。由于反应釜材料为20R，其厚度为12mm，查附录二得材料的许用应力MPat123；因焊缝采用双面对接焊、局部无损检测，则其焊接接头系数85.0。根据圆筒体壁厚设计公式，计算可得其壁厚mmCpDpcticd78.1113.185.0123216004.122因mmd12min，所以该釜还可以继续使用。（注：此题计算结果还是有点接近，为了避免误解，可将腐蚀余量mmC12改为mmC22，则结论就是：该釜不可以继续使用）第14章外压容器14-1（壁厚为10mm应改为：名义厚度为10mm；材料为碳钢，应改为：材料为Q235-B；增加：介质的腐蚀裕量可取C2=2mm）解：（1）由题可知：圆筒形容器外径DO=2020mm，筒长L=5000mm，容器名义厚度δn=10mm，腐蚀裕量C2=2mm，材料弹性模量E=2.1×105MPa。由于容器材料为Q235-B，则由δn=10mm，查表13-6得钢板厚度负偏差C1=0.8mm，于是，其壁厚附加量C=C1+C2=0.8+2=2.8mm，容器有效壁厚δe=δn-C=10-2.8=7.2mm。（2）确定容器临界压力pcr根据公式（14-5），圆筒形容器筒体的临界长度为：mDDLeOcr59.390072.002.202.217.117.10由于crLmL5，可知该圆筒为短圆筒，根据公式（14-3），得到该圆筒的临界压力为：MPaPaDLDEpeecr17.01017.00072.002.202.250072.0)10101.2(59.259.2626500214-2解：（1）由题可知：mmDDi16000，腐蚀裕量mmC22；由于容器在室温下真空操作，无安全控制装置，则设计压力MPap1.0；取弹性模量MPaE5100.2，稳定性安全系数3m；圆筒长度mmL1036740031250210000（2）采用解析法求筒体厚度①设该圆筒为短圆筒，则由公式（14-3）、（14-7）、（14-8）联立可解得圆筒壁厚mmCEDmpLDoon81.1221600100.259.2103671.03160059.24.0524.0②校核是否属于短圆筒由式（14-5）得该圆筒的临界长度mmDDLeoocr2109560.121600160017.117.1由于crLL，属短圆筒，与原假设相符合。③根据第13章表13-5查得C1=0.8mm，根据板厚规格，可取mmn14（3）采用图解法求筒体厚度①设筒体厚度mmn14，题中已知C2=0，C1=0.8mm，则有效厚度mme2.1128.014容器外径mmDo16281421600，容器长度mmL10367；设计压力MPap1.0。②计算L/D0、D0/δe37.6162810367oDL，36.1452.111628eoD③由图14-3可查得系数00012.0A。由于材料为Q235-B，选用算图14-4，根据00012.0A，因为A值落在温度材料线的左方，则计算许用压力为MPaDAEpeo110.02.1116283100.200012.02325由于pp且接近于p，所选壁厚合适，即mmn14。14-3解：（1）由题可知：mmDDi20000，圆筒长度mmL6000，腐蚀裕量mmC12；由于容器最大压力差为0.15MPa，则设计压力MPap15.0；取弹性模量MPaE5100.2，稳定性安全系数3m。（2）采用解析法求筒体厚度①设该圆筒为短圆筒，则由公式（14-3）、（14-7