一、简答题（共18分）
1．（4分）分别回答下列四种管子与管板联接结构形式有什么优缺点？
（a）管板孔不开坡口，连接强度差；适于低压、管壁较薄时。
（b）管板孔开坡口，连接强
度好；较常采用。
（c）管端部不伸管板，焊接质
量不易保证，适宜立式，要求管
程介质须排净。
（d）管孔四周开沟槽，降低管
子和管板间焊接应力。
2.（5分）将下列钢材的牌号用线连到对应的种类上。
q235-b不锈耐酸钢。
18mnmonb优质碳素钢。
20g低合金结构钢。
1gr18ni9ti低合金结构钢。
16mnr普通碳素钢。
3.写出设备法兰名称 （3分）
二、判断题对者画“√”错者画“×”每题1分，共 15 分）
1.碳素钢中的含碳量越高，钢的强度及硬度越高，因此压力容器应尽量采用高碳钢，可使壁厚减薄。 （
2．选用不锈钢材质的压力容器，对任何介质都不需考虑腐蚀问题。
3．同一种材料的使用温度的提高或板厚的增加，其许用应力值降低。
4.三类压力容器失效时的危害程度比二类压力容器的高。
5.焊接接头系数的大小只取决于焊接接头型式、与检测数量、检测等级无关。（×
6. 受内压的椭圆形封头顶点处的经向应力最大。
7.容器的焊缝分a、b、c、d四类，其中a 类焊缝受力比b 类焊缝的大一倍，c、d存在着比a、b大很多的焊接残余应力，检验时要给以重视。
8.凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都是真实的。
9.压力容器水压试验的目的是为了检验容器的宏观强度和有无渗漏现象。 （
10.采用高强度钢板制造外压容器可以提高其临界压力。
11. 长圆筒的临界压力仅与圆筒材料的弹性模量和圆筒的壁厚与直径之比有关，而与圆筒的长径比无关。
12．法兰的刚度与强度对保证密封的可靠性，具有同等重要的意义。
13.受内压的锥形封头，最大应力出现在锥体的大端，且锥角愈大应力值愈大。（√
14.任何形式的换热器换热管与壳体间都有温度差，因而必然会产生温差应力。 （
15．塔设备的裙座上并不承受介质压力，也就不会产生应力，所以对裙座进行强度和稳定性校核是不必要的。
三、填空 （每空0.5分，共20分）
1.下列符号分别代表金属材料的哪些性能指标： b 抗拉强度 ，s 屈服点 ，e弹性模量 ， 冲击韧性 。
2. 碳素钢钢板，其屈服点s随温度的升高而降低、随钢板厚度的增大而降低。
3. 薄壁圆筒承受内压时，其环向应力是经向应力的两倍，因此，筒体上的径向焊缝比环向焊缝更容易产生破坏。
4. 高压容器的压力范围 10≤p＜100 mpa ，高压容器属于三类压力容器，其焊接接头结构应采用双面焊对接接头的形式，对焊缝的无损检测长度比率应为 100% 。这种容器设计时焊缝系数φ应取 1 。
5．按要求各写出一种常用的钢号：铬镍不锈钢 0cr18ni9 / 0cr18ni10ti，低合金容器钢 16mnr / 15mnvr/ 18mnmonbr，优质碳素锅炉钢20g，压力容器专用的普通碳素钢q235-ar /q235-br / q235-cr 。
6.在容器壁厚设计的各阶段，下列符号所代表的厚度名称分别是：s 计算厚度、
sd 设计厚度、 sn 名义厚度、se 有效厚度。
7. 各种凸形封头，从受力角度讲，球形封头受力最好；从制造角度讲，碟形 / 椭圆形封头较易加工。
8.有一卧式蒸汽罐，装有安全阀，最高工作压力1mpa，工作温度250℃，确定罐的设计压力 1.05～1.
1 mpa，计算压力 1.05～1.1 mpa，罐的水压试验压力。
1.31～1.375 /t mpa。
9.中、低压容器法兰常见的密封面形式有平面密封面、 凹凸型密封面和榫槽型密封面。其中榫槽型密封面的密封效果好，可用在易燃、易爆、有毒的介质，以及压力较高的场合。
10. 双鞍式支座中，其中一个为f型称为固定支座，另一个为s型称为活动支座，二者结构上的区别是底板的螺栓孔 f型为圆孔，s型为长圆孔 。
五、（8分） 已知内压操作的塔设备，操作状态下介质压力引起的轴向应力 1＝
60mpa，自重载荷引起的轴向应力2＝－50mpa，弯矩引起的轴向应力3＝±40mpa。
1） 求出操作状态下的组合轴向拉、压应力（写出计算过程）； 2分）
2） 按比例作出每种应力的应力图和操作状态下的组合应力图；（4分）
3） 指出可能出现的最大组合轴向拉、压应力发生在什么时刻、什么位置。（2分）
1） 组拉=1+2+3=60-50+40=50 mpa 组压=1+2+3=60-50-40=-30 mpa
（3）最大组合拉应力出现在操作时设备的迎风面；
最大组合压应力出现在停车时设备的背风面；
六、（18分）设计一台内径为1500 mm，最高工作压力为10mpa，设计温度为320℃的高压蒸压釜的壳体，釜上装有安全阀，介质为水蒸汽，腐蚀裕量按规定取用，钢板负偏差忽略，材质选15mnvnr钢板，该钢板有关数据如表：
要求先确定参数：c2、pc、t、容器的类别、φ的取值；简要说明所取值的依据。
解：1 确定设计参数
腐蚀裕量取 c2=2 规定对水蒸汽取不小于1 ；
设计压力 pc=1.05p工 =1.05×10=10.5mpa 汽包上装有安全阀。
材料的许用应力查取 t=166.8 mpa ,按设计温度为320℃，板厚在＞36～60㎜间插值取得；
容器的类别该容器应按三类容器设计制作，因为属于高压容器；
焊缝系数取 =1 ， 三类容器规定必须100%探伤，且采用双面全焊透结构；
筒体壁厚设计。
计算厚度。设计厚度。
名义厚度取 sn=52㎜ 。
水压试验条件下的强度校核。
试验压力 有效厚度 se=sn-c=52-2=50 ㎜
试验时筒壁产生的应力
材料允许的试验应力 0.9s=0.9×400×1=360 mpa＞t =215.92 mpa
所设计的筒体在水压试验条件下是安全的。
七、（15分）有一外压操作的反应器，内径1000 mm，壁厚12 mm，筒体部分长（切线间）为5000 mm。材质为15crmo，介质对材料腐蚀较轻微，容器的工作温度为300℃，计算中可忽略钢板的负偏差，试确定：
1）经计算确定该容器能否用于0.8mpa的外压力下安全工作。
2）假如不能，有几种途径可满足工作条件？
3）按你所选的方案重新设计可满足工作要求的容器。
解： 校核容器许用的外压
取 c2 = 1 , c1 = 0， se =sn–c = 12-1 = 11 ㎜
d0 =di+2sn = 1000+2×12 = 1024 ㎜
d0/ se =1024/11 =93.1 ＞20 ， l/do= 5000/1024 = 4.9
查图得 a = 0.0003 ,
以材料 15crmo,工作温度300℃及系数 a 查图得：b = 35 ,即许用的外压力为＜ 0.8 mpa
该容器不能在0.8 mpa外压下工作。
解决的途径有：一是利用该容器，增加加强圈缩短计算长度提高承受外压的能力；
二是重新设计，增加壁厚。
a.利用该容器，增加两道加强圈，则计算长度变为：1/3筒体部分长度l=5000/3=1667
se=11 , do/se=1024/11=93.1 , l/do=1667/1024=1.63
查图得 a=0.001 , 以材料 15crmo,工作温度300℃及系数 a 查图得：b =82 ,许用的外压力为＞0.8 mpa
该容器能在0.8 mpa外压下安全工作。
b. 增加壁厚，重新设计，假设壁厚取sn=16㎜,取 c2 = 1 , c1 = 0， se =sn–1 = 16-1 = 15 ㎜
d0 =di+2sn = 1000+2×16 = 1032 ㎜
d0/ se =1032/15 =68.8 ＞20 ， l/do= 5000/1032 = 4.8
查图得 a = 0.00048 ,
以材料 15crmo,工作温度300℃及系数 a 查图得：b = 57 ,即许用的外压力为＞ 0.8 mpa
该容器能在0.8 mpa外压下安全工作。
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