A组：
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。 ⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。 ⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。 ⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。 二、判断题（对者画√，错着画╳） A组：
1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×） （2） 横截面为圆的轴对称柱壳。（√） （3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×） （4） 横截面为圆的椭球壳。 （√） （5） 横截面为半圆的柱壳。 （×） （6） 横截面为圆的锥形壳。 （√）
2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×） 3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R?R，则该点的两向应力????。 （√） 4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，
壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（×）
5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√） B组：
1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布
的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
2. 由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（√）
3. 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。（×）
4. 椭球壳的长，短轴之比a/b越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。（√） 5. 因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用
半球形封头。（×）
12m《化工设备机械基础》习题解答
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
二、填空题
A组：
1. 有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全阀,
试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力pc=( 1.76 )Mpa;水压试验压力
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pT=(2.2 )MPa.
2. 有一带夹套的反应釜,釜内为真空,夹套内的工作压力为0.5MPa,工作温度<200℃,试确定:
(1)釜体的计算压力(外压)pc=( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力pT=( 0.75 )MPa. (2)夹套的计算压力(内压)pc=( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力pT=( 0.625 )MPa.
3. 有一立式容器,下部装有10m深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达
0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力pc=( 0.617 )MPa;水压试验压力pT=(0.625 )MPa.
4. 标准碟形封头之球面部分内径Ri=( 0.9 )Di;过渡圆弧部分之半径r=( 0.17 )Di.
5. 承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是(径向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板
的(边缘 )处;若周边简支,最大应力是( 径向 )和( 切向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板的( 中心 )处.
6. 凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度Se不论理论计算值怎样小,当K≤1时,其值应小于封头内
直径的( 0.15 )%;K>1时,Se应不小于封头内直径的( 0.3 )%.
7. 对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚Smin=( 3 )mm;对于高合金钢
制容器,其最小壁厚Smin=( 2 )mm.
8. 对碳钢,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于
( 5 ) ℃,其他低合金钢制容器(不包括低温容器),液压试验时,液体温度不得低于( 15 ) ℃.
三、判断是非题(是者画√;非者画×)
1. 厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm厚钢板的σs大于6mm
厚钢板的σs. ( × )
2. 依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs(t)时,即宣告该
容器已经”失效”. ( √ )
3. 安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小.
( √ )
4. 当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小. ( × )
5. 由于材料的强度指标σb和σs(σ0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应
力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力. ( √ ）
《化工设备机械基础》习题解答
第五章 外压圆筒与封头的设计
二、判断是非题（对者画√， 错者画X）
1． 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也
不会发生弹性失稳。 （ X ）
2． 18MnMoNbR钢板的屈服点比Q235-AR钢板的屈服点高108%，因此，用18MnMoNbR钢板制造
的外压容器，要比用Q235-AR钢板制造的同一设计条件下的外压容器节省许多钢材。 （ X ）
3． 设计某一钢制外压短圆筒时，发现采用20g钢板算得的临界压力比设计要求低10%，后改用
屈服点比20g高35%的16MnR钢板，即可满足设计要求。 （ X ）
4． 几何形状和尺寸完全相同的三个不同材料制造的外压圆筒，其临界失稳压力大小依次为：
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Pcr不锈钢 > Pcr铝 > Pcr铜。 （ X ） 5． 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。（ X ） 三、填空题
a) 受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）的整数。 b) 直径与壁厚分别为D，S的薄壁圆筒壳，承受均匀侧向外压p作用时，其环向应力σθ=
（PD/2S），经向应力σm（PD/4S），它们均是（压）应力，且与圆筒的长度L（无）关。 c) 外压容器的焊接接头系数均取为Φ=（1）；设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m=（3）。 d) 外压圆筒的加强圈，其作用是将（长）圆筒转化成为（短）圆筒，以提高临界失稳压力，
减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩应计及（加强圈）和（加强圈和圆筒有效段组合截面）。 e) 外压圆筒上设置加强圈后，对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用，该部分
长度的范围为（加强圈中心线两侧各为0.55D0Se的壳体）。
《化工设备机械基础》习题解答
第六章 容器零部件
二、填空题：
A组：
1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。
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）。 4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的
5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。 6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。 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）处。 8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：
t
轴向应力应为（?拉 ≤???） 轴向压力应为（?压
≤???）和（轴向许用压缩应力???ac的较小值）
t
B组：
1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤(0.25)D0,且A不大于（0.2）L
2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°） 和θ=（150°）两种。 3 采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是： 有效补强宽度是（B?max{2d,d?2?n?2?nt}） 外侧有效补强高度是（min {h1?内侧有效补强高度是（min {h2?d?nt,接管实际外伸高度}）
d?nt,接管实际内伸高度}）
4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤Ae=(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A2+(焊缝金属截面积)A3。
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（520）
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mm.当筒体直径Di,>1500mm时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)Di,,且不得超过（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(600)mm等四种。 7 现行标准中规定，椭圆形人孔的尺寸为（400）×（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。 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 A 组：
1． 选择设备法兰密封面型式及垫片
介质 公称压力PN 介质温度 适宜密封面型式 垫片名称及材料
（MPa） ℃ 丙 烷 1.0 150 平形 耐油橡胶石棉垫/耐油橡胶石棉
板
蒸 汽 1.6 200 平形 石棉橡胶垫/中压石棉橡胶板 液 氨 2.5 ≤50 凹凸或榫槽 石棉橡胶垫圈/中压石棉橡胶板 氢 气 4.0 200 凹凸 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平焊法兰。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可采用平面密封面，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平焊管法兰，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。
29
图 1甲型平焊法兰（容器法兰）（法兰-RF 800-0.6 JB4702-92）
图 2突面板式平焊管法兰（HG20592 法兰 PL100-0.25 RF Q235-A）
《化工设备机械基础》习题解答
第三篇: 典型化工设备的机械设计 第七章 管壳式换热器的机械设计
一、思考题
1． 衡量换热器好坏的标准大致有哪些？
答：传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造、安装、
检修方便。
2． 列管式换热器主要有哪几种？各有何优缺点？
答：如下表1所示： 表 1
列管式换热器 种类 固定管板式
优 点 结构较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板最薄。 缺 点 管外清洗困难； 管壳间有温差应力存在； 29
《化工设备机械基础》习题解答
