化工机械基础考试题答案.docx
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化工机械基础考试题答案
化工机械基础考试题答案
《机械设计基础》课程期末考试卷B
参考答案和评分标准
(适用班级D06储运)
1、有一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动,两轮中心距a=276mm,小齿轮齿顶圆直径da1=70mm,小齿轮齿数Z1=33,试求大齿轮分度圆直径。
(10分)
解:
由于这是一对一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动,所以各项参数都取标准值。
根据a=1/2(Z1+Z2)m
(1)(4分)
da1=(Z1+2)m
(2)(4分)
把da1=70mm,Z1=33代入
(2)式,得m=2mm
把a=276mm,Z1=33,m=2mm代入
(1)式,得Z2=243
大齿轮分度圆直径d2=mZ2=2×243=486mm(2分)
2、某工厂脱水塔塔体内径为700mm,壁厚为12mm,工作温度为180℃,压力为2MPa,材料为20R。
塔体采用手工电弧焊,局部探伤,壁厚附加量为C=2mm,试校核塔体水压试验强度。
(15分)
(20R在≤20℃下[σ]=133MPa,150℃下[σ]=132MPa,200℃下[σ]=123MPa,σs=245MPa)
解:
已知Di=700mm,t=180℃,Pc=1.1×2=2.2MPa,δn=12mm,[σ]20℃=133MPa,[σ]180℃=126.6MPa(内插法),φ=0.8,C=2mm。
(2分)
根据水压试验应力公式
(4分)
(2分)
δe=δn-C=12-2=10mm
代入得
(2分)
0.9φσs=0.9×0.8×245=176.4MPa(2分)
σT<0.9φσs(2分)
水压试验时满足强度要求。
(1分)
3、试设计一反应釜锥形底的壁厚,该釜内径为800mm,锥底接一公称直径为DN150(外径为159mm)的接管。
锥底半顶角为45°,釜的设计压力为1.6MPa,工作温度为40℃,釜顶装有安全阀,介质无大腐蚀性,材料为Q235-A。
(10分)(Q235-A在40℃下[σ]=113MPa)
解:
由于半顶角α>30°,所以锥体大端采用带折边的结构。
折边内半径r=0.15Di,r=120mm。
整个封头取同一厚度,锥体厚度按下式计算:
(2分)
查表得f=0.645,Pc=1.6MPa,Di=800mm,[σ]=113MPa,φ=1.0(采用双面对接焊缝,全部无损探伤),C2=1mm,代入公式得(2分)
(2分)
过渡区厚度为:
(2分)
查表得K=0.8181,代入公式得
(2分)
比较后取δd=8.36mm,钢板负偏差取C1=0.8mm,圆整后δn=10mm
4、设计容器筒体和封头壁厚。
已知内径1200mm,设计压力1.8MPa,设计温度40℃,材质为20R,介质无大腐蚀性,双面对接焊缝,100%探伤。
讨论所选封头形式。
(15分)(20R在40℃下[σ]=133MPa)
解:
已知Di=1200mm,t=40℃,Pc=1.8MPa,[σ]40℃=133MPa,φ=1,C2=1mm。
(2分)
(1)设计容器筒体壁厚
(4分)
钢板负偏差取C1=0.8mm,圆整后δn=10mm
(2)设计容器封头壁厚
从工艺操作要求考虑,对封头形状无特殊要求。
球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力,且采用平板封头厚度较大,故不宜采用。
理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后,再确定封头型式。
但由定性分析可知:
半球形封头受力最好,壁厚最薄、重量轻,但深度大,制造较难,中、低压小设备不宜采用;碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节,适合于加工,但由于碟形封头母线曲率不连续,存在局部应力,故受力不如椭圆形封头;标准椭圆形封头制造比较容易,受力状况比碟形封头好,故可采用标准椭圆形封头。
(3分)
根据标准椭圆形封头壁厚公式:
(4分)
把数据代入公式,得
(2分)
考虑钢板厚度负偏差,取C1=0.8mm,圆整后用δn=10mm
5、一乙烯储罐,内径1600mm,壁厚16mm,工作压力为2.5MPa,工作温度为-35℃,材料为16MnR,采用双面对接焊缝,100%探伤,壁厚附加量C=1.5mm,试校核强度。
(16MnR在≤20℃下[σ]=170MPa)(10分)
解:
已知Di=1600mm,Pc=1.1×2.5=2.75MPa,t=-35℃,[σ]=170MPa,φ=1,δe=16-1.5=14.5mm(2分)
则(8分)
所以,这个乙烯储罐满足强度条件要求。
6、化工设备对材料有哪些基本要求?
(10分)
答:
材料性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工工艺性能。
对于高温容器,由于钢材在高温的长期作用下,材料的力学性能和金属组织都会发生明显的变化,加之承受一定的工作压力,因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。
容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性,因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。
对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备,还要考虑材料的疲劳等;而低温条件下操作的设备,则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。
7、常见的金属焊缝缺陷指的是什么?
检验焊缝的方法有哪些(10分)
答:
常见的金属焊接缺陷有以下几种:
(1)焊接变形(1分)
(2)焊缝的外部缺陷:
①焊缝增强过高;②焊缝过凹;③焊缝咬边;④焊瘤;⑤烧穿。
(2分)
(3)焊缝的内部缺陷:
①未焊透②夹渣③气孔④裂纹(2分)
检验焊缝的方法有:
(1)外观检查(1分)
(2)无损探伤:
①X射线检验;②还有超声波探伤;③磁力探伤。
(2分)
(3)水压试验和气压试验(1分)
(4)焊接试板的机械性能试验(1分)
8、设计一台缩聚釜,釜体内径为1000mm,釜身高度为700mm,用厚度为5mm、7mm、9mm的0Cr18Ni9钢板制造。
釜体夹套内径为1200mm,用Q235-A钢板制造。
该釜开始是常压操作,然后抽低真空,继之抽高真空,最后通0.5MPa的氮气。
釜内物料温度低于275℃,夹套内载热体最大压力为0.3MPa。
整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手工对接焊缝,局部探伤,介质无腐蚀性,试确定釜体和夹套壁厚。
(20分)
(0Cr18Ni9在250℃下[σ]=122MPa,在300℃下[σ]=114MPa;Q235-A在250℃下[σ]=94MPa,在300℃下[σ]=86MPa)
解:
1)设计釜体厚度
已知Di=1000mm,L=700mm,t=275℃,Po=0.3MPa,φ=0.8,材料为0Cr18Ni9钢板δn分别为5mm、7mm、
9mm,它们的钢板负偏差C1分别为0.5mm、0.6mm、0.8mm,腐蚀裕量C2=0mm。
则钢板有效厚度δe分别为4.5mm、6.4mm和8.2mm(2分)
(1)当δn=5mm时(4分)
L/Do=700/(1000+2×5)=0.69Do/δe=1010/4.5=224.44
查图得,A=6.0×10-4,再查图得,A值所在点落在材料温度线的右方,故B=53MPa
[P]=Bδe/Do=53/224.44=0.24MPa<Po
(2)当δn=7mm时(4分)
L/Do=700/(1000+2×7)=0.69Do/δe=1014/6.4=158.44
查图得,A=1.1×10-3,再查图得,A值所在点落在材料温度线的右方,故B=63MPa
[P]=Bδe/Do=63/158.44=0.40MPa>Po
(3)当δn=9mm时(4分)
L/Do=700/(1000+2×9)=0.69Do/δe=1018/8.2=124.15
查图得,A=1.5×10-3,再查图得,A值所在点落在材料温度线的右方,故B=67MPa
[P]=Bδe/Do=67/124.15=0.54MPa>Po
所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。
(2分)
另外,需要对δn=7mm的缩聚釜进行内压强度校核。
已知Di=1000mm,Pc=1.1×0.5=0.55MPa,t=275℃,[σ]=118MPa(内插法),φ=0.8,δe=6.4mm
则(2分)
所以,这台缩聚釜可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造
2)设计夹套厚度
已知Di=1200mm,Pc=1.1×0.3=0.33MPa,t=275℃,[σ]=90MPa(内插法),φ=0.8,C2=0mm
(2分)
取C1=0.22mm,圆整后δn=3mm
所以,夹套厚度3mm
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