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壓力容器設(shè)計(jì)必須掌握的知識(shí)問答(編輯修改稿)

2024-07-25 03:11 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 密性試驗(yàn)所用的氣體應(yīng)為干燥,潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。6. 氣密性試驗(yàn)壓力應(yīng)在圖樣上注明。試驗(yàn)壓力應(yīng)緩慢上升,達(dá)到歸定的試驗(yàn)壓力后保壓30分鐘,然后降至設(shè)計(jì)壓力,對(duì)所有焊縫和連按部位進(jìn)行泄漏檢查,小型容器也可浸入水中檢查。如有泄漏,修補(bǔ)后重新進(jìn)行液壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。經(jīng)檢查無泄漏即為合格。3—15 試述第一、三、四強(qiáng)度理論?第一強(qiáng)度理論即最大主應(yīng)力理論,其當(dāng)量應(yīng)力強(qiáng)度S=σ1。它認(rèn)為引起材料斷裂破壞的因素是最大主應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài),只要最大主應(yīng)力達(dá)到材料單項(xiàng)拉伸時(shí)的最大應(yīng)力值,材料即發(fā)生斷裂破壞。第三強(qiáng)度理論即最大剪應(yīng)力理論,其當(dāng)量應(yīng)力強(qiáng)度S=σ1σ3,它認(rèn)為引起材料發(fā)生屈服破壞的主要因素是最大剪應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài),只要最大剪應(yīng)力達(dá)到材料屈服時(shí)的最大剪應(yīng)力值,材料即發(fā)生屈服破壞。第四強(qiáng)度理論亦稱最大變形能理論,其當(dāng)量應(yīng)力強(qiáng)度S=(它認(rèn)為引起材料發(fā)生屈服破壞的主要因素是材料的最大變形能。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài),只要其內(nèi)部積累的變形能達(dá)到材料單向拉伸屈服時(shí)的變形能,材料即發(fā)生屈服破壞。我國(guó)GB15098標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算式主要是以第一強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)的。我國(guó)JB4732《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算均采用第三強(qiáng)度理論。3—16 GB150—98《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中的圓筒公式采用了哪種強(qiáng)度理論?涵義是什么?圓筒計(jì)算公式用lame公式,該公式用四種強(qiáng)度理論又派生出四個(gè)應(yīng)力計(jì)算公式。GB150—98《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中的圓筒公式是由殼體薄膜理論環(huán)向應(yīng)力表達(dá)式演變而來,即平均直徑處的薄膜應(yīng)力公式(中徑公式);這個(gè)公式當(dāng)外徑與內(nèi)徑比值K≤。因此,在工程上就將中徑公式視為第一強(qiáng)度理論公式,亦可用于厚壁容器(K≤)時(shí)的計(jì)算。3—17 GB150—98《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中,內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度計(jì)算的基本公式和使用范圍是什么?基本公式: PcDi δ= 2[σ]tφPc適用范圍為:Do/Di≤ 或P≤[σ]tφ3—18 GB150—98《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中,內(nèi)壓球殼強(qiáng)度計(jì)算的基本公式和使用范圍是什么?基本公式: PcRi δ= 2[σ]適用范圍為: 或P≤[σ]tφ3—19 內(nèi)壓圓筒與球殼厚度計(jì)算公式中的焊縫系數(shù)指的是何焊縫系數(shù)?圓筒中的焊縫系數(shù)為縱焊縫系數(shù)(即A類焊縫系數(shù))。球殼公式中的焊縫系數(shù)為球殼上各焊縫的最小焊縫系數(shù),其中包括球殼與圓筒相連接的環(huán)焊縫系數(shù)(即A類焊縫系數(shù))。3—20 外壓容器破壞形式有哪兩種?外壓容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)包括哪兩個(gè)方面的內(nèi)容?外壓容器破壞的主要形式有強(qiáng)度破壞和失穩(wěn)破壞兩種。設(shè)計(jì)應(yīng)包括強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定校核。因失穩(wěn)往往在強(qiáng)度破壞前發(fā)生,所以穩(wěn)定性計(jì)算是外壓容器計(jì)算中主要考慮的問題。3—21 GB150—98《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中,外壓圓筒(D0/δe≥20)的有效厚度如何計(jì)算?1. 假設(shè)δn令δe=δnC,定出L/D0和D0/δn.2. 在圖中利用L/D0和D0/δ查出相應(yīng)系數(shù)A。3. 由A和材料的彈性模量E查圖得B值,用下式計(jì)算出許用外壓應(yīng)力[P]。 B [P]= D0/δe 2AE 或 [P]= 3(D0/δe)4.[P]應(yīng)大于或等于Pc,否則須再假設(shè)名義厚度 δn,重復(fù)上述計(jì)算步驟,直至[P]大于且接近Pc為止。3—22 常見的容器封頭有哪幾種?各有何優(yōu)缺點(diǎn)?常見的容器封頭有半球形、碟形、橢圓形、無折邊球形、錐形、平蓋生等。從受力情況看,依次為:半球形、橢圓形、碟形、錐形、平蓋最差。從制造上看,平蓋最容易,其次為錐形、碟形、橢圓形、球形。錐形封頭受力不佳,但有利于流體均勻分布和排料,使用也較多。3—23 碟形封頭的球面部分的內(nèi)半徑和封頭轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑有何要求?碟形封頭的球面部分的內(nèi)半徑應(yīng)不大于封頭的內(nèi)直徑,封頭轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的10%,且不得小于3倍名義厚度δn。3—24 受內(nèi)壓的碟形封頭和橢圓形封頭的形狀系數(shù)是什么?碟形封頭形狀系數(shù)M按下式計(jì)算:式中:Ri為球面部分的內(nèi)半徑,r為轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑。橢圓形封頭的形狀系數(shù)K按下式計(jì)算:式中Di為封頭內(nèi)直徑,hi為封頭不包括直邊部分的高度。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K=1。3—25 受內(nèi)壓碟形封頭厚度的計(jì)算公式是什么?計(jì)算厚度式中M為封頭形狀系數(shù): 3—36 GB15098對(duì)碟形封頭的有效厚度有何限制?對(duì)于Ri=,r=,%,%.但當(dāng)確定封頭厚度時(shí)已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題,或是按分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)者可不受此限制.3—27 受內(nèi)壓橢圓形形封頭的厚度計(jì)算公式是什么?計(jì)算厚度公式是: 式中K為封頭形狀系數(shù): 3—28 GB150—98對(duì)橢圓形封頭的有效厚度有何限制?標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭(K=1)的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的15%,%.但當(dāng)確定封頭厚度時(shí)已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題,或是按分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)者,可不受此限。3—29 受內(nèi)壓(凹面受壓)無折邊球形封頭的計(jì)算厚度公式是什么?答:封頭的計(jì)算厚度按下式確定:式中Q系數(shù),可查圖表取得。3—30受外壓(凸面受壓)無折邊球形封頭的計(jì)算厚度公式是什么?下列兩種方法取較大值:1. 外壓球殼所需的有效厚度計(jì)按下以下步驟確定:a. 假設(shè)δe=δnC,定出Ri/δeb. 按下式計(jì)算系數(shù)AA=c. 根據(jù)所有材料從有關(guān)圖中找到系數(shù)B,并按下式計(jì)算許用外壓力[P]:[P]=或 [P]=d. [P]應(yīng)大于或等于Pc,否則再假設(shè)名義厚度δn重復(fù)上術(shù)計(jì)算,直到[P]應(yīng)大于且接近Pc為止。:δ=式中:Q—系數(shù),由圖查取。3—31 兩側(cè)受壓的無折邊球面中間封頭的厚度如何計(jì)算?當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時(shí)作用時(shí),應(yīng)分別按下列兩種情況計(jì)算,取較大值:a. 只考慮封頭凹面受壓計(jì)算厚度按:計(jì)算,式中Q值按GB15098的圖76查取。b. 只考慮封頭凸面受壓,計(jì)算公式同上,但其中Q值按GB15098的圖77查取。此外。當(dāng)能夠保證任何任何情況下封頭兩側(cè)的壓力同時(shí)作用時(shí),可以按封頭兩側(cè)的壓差進(jìn)行設(shè)計(jì),當(dāng)封頭一側(cè)是正壓,另一側(cè)為負(fù)壓,則必須按兩鍘差值進(jìn)行設(shè)計(jì)。a. 當(dāng)壓力差的作用使封頭凹面受壓時(shí),計(jì)算厚度的公式同上,式中Q值按GB15098的圖76查??;b. 當(dāng)壓力差的作用使封頭凸面受壓時(shí),算公式仍按上式確定,但其中Q值按GB15098的圖77查取。此外。3—32 GB15098對(duì)錐形封頭的設(shè)計(jì)范圍有何限制?對(duì)其幾何形狀有何要求? 對(duì)錐形封頭只規(guī)定適用軸對(duì)稱的無折邊或折邊錐形封頭,且其錐殼半頂角a≤60176。1. 錐殼大端:當(dāng)錐殼半頂角a≤30度時(shí)可采用無折邊結(jié)構(gòu);當(dāng)a30度時(shí)應(yīng)采用有折邊結(jié)構(gòu),否則應(yīng)按應(yīng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。2. 大端折邊錐形封頭的過渡段轉(zhuǎn)角半徑 r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)徑Di的10%,且不小于該過渡段厚度的3倍。3. 錐殼小端:當(dāng)錐殼半頂角a≤45度時(shí)可采用無折邊結(jié)構(gòu);當(dāng)a45度時(shí)應(yīng)采用折邊結(jié)構(gòu),否則應(yīng)按應(yīng)力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。4. 小端折邊錐形封頭的過渡段轉(zhuǎn)角半徑 rs應(yīng)不小于封頭小端內(nèi)徑Dis的5%,且不小于該過渡段厚度的3倍。5. 錐殼與圓筒的連接應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)。3—33 當(dāng)錐形封頭的錐殼半頂角a60時(shí),應(yīng)如何計(jì)算?當(dāng)錐殼半頂角a60時(shí),錐形封頭的厚度可按平蓋進(jìn)行計(jì)算。也可以用應(yīng)力分析(包括有限元)法確定。3—34 錐形封頭的錐殼,其厚度如何計(jì)算?Dc的含義為何?錐殼厚度的計(jì)算公式為:式中Dc的含意是:GB15098允許錐殼同一個(gè)半頂角的幾個(gè)不同厚度的錐殼段組成,錐殼的直徑是逐段變化的,因此,錐殼段的厚度也是逐段變化的。各錐殼段的厚度均按此式計(jì)算,式中Dc分別為各錐殼段大端內(nèi)直徑。3—35 受內(nèi)壓無折邊錐形封頭大小端如需補(bǔ)強(qiáng)時(shí),對(duì)加強(qiáng)段有何要求?加強(qiáng)段厚度如何計(jì)算?有何限制?若需要增加厚度予以加強(qiáng)時(shí),錐殼加強(qiáng)段與圓筒加強(qiáng)段應(yīng)有相同的厚度。受內(nèi)壓無折邊錐形封頭大端加強(qiáng)段的厚度按下式計(jì)算:式中Q值由GB15098的圖712查取。受內(nèi)壓無折邊錐形封頭小端加強(qiáng)段的厚度按下式計(jì)算:式中Q值由GB15098的圖714查取。加強(qiáng)段的限制:在任何情況下,加強(qiáng)段厚度不得小于邊接處錐殼的計(jì)算厚度。錐殼加強(qiáng)段的長(zhǎng)度,對(duì)于大端,應(yīng)不小于;對(duì)于小端,應(yīng)不小于。圓筒加強(qiáng)段的長(zhǎng)度,對(duì)于大端,應(yīng)不小于;對(duì)于小端,應(yīng)不小于。3—36 受內(nèi)壓折邊錐形封頭大端厚度,在GB15098中是如何確定的?受內(nèi)壓折邊錐形封頭大端厚度的確定,在GB15098中,是以過渡段與錐殼相連接處的過渡段厚度與錐殼厚度相比較,取其大者。將過渡段視作碟形封頭的過渡區(qū),因而按碟形封頭計(jì)算其厚度。與之相連的錐殼,由于此處的直徑已小于過渡區(qū)前的圓筒直徑,此處直徑可根據(jù)其過渡區(qū)半徑和錐殼半項(xiàng)角值計(jì)算得出,而后用錐殼厚度計(jì)算式計(jì)算。GB15098中的折邊錐形封頭大端的過注段厚度計(jì)算式: δ= 和過渡區(qū)相接處的錐殼厚度計(jì)算式:δ= 均系按此機(jī)理推導(dǎo)得出。其中的系數(shù)K值的f值分別由GB15098中的表7—4和表7—5查取。3—37 圓形平蓋厚度計(jì)算公式化是什么?如何推導(dǎo)而來?圓形平蓋厚度計(jì)算公式是基于假定薄的圓形平板受均布載荷,周邊簡(jiǎn)支或鋼性固支連接情況下推導(dǎo)而得的。其計(jì)算公式為:3—38 緊縮口封頭作用于縱向截面彎曲應(yīng)力按什么公式校核? 作用于縱向截面的彎曲應(yīng)力是,即 σm≤[σ]t這就是GB15098對(duì)緊縮口封頭縱向截面上作用的彎曲應(yīng)力校核公式。3—39 GB15098規(guī)定在什么情況下壓力容器壁上開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)?允許不另行補(bǔ)強(qiáng)需滿足下述條件:1. 相鄰兩開孔中心的間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算)應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍。2. 接管公稱外徑小于或等于89mm。3. 不補(bǔ)強(qiáng)接管的外徑和最小壁厚的規(guī)格采用:φ2φ3φ3φ45φ57φ65φ766φ896mm。(接管的腐蝕裕量為1mm)以上規(guī)定適用于設(shè)計(jì)壓力P≤。3—40 壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)有幾種?采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)遵循什么規(guī)定?壓力容器的開孔補(bǔ)強(qiáng),從設(shè)計(jì)方法區(qū)分大致下述幾種:1. 等面積補(bǔ)強(qiáng)法。2. 極限補(bǔ)強(qiáng)法。3. 安定性分析。4. 其它方法,如試驗(yàn)應(yīng)力分析法、采用增量塑性理論方法研究容器開孔及補(bǔ)強(qiáng)等等。從補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)區(qū)分,其基本結(jié)構(gòu)大致分為兩大類:1. 補(bǔ)強(qiáng)圈搭焊結(jié)構(gòu)。2. 整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)時(shí),應(yīng)遵循下列規(guī)定:1. 所采用鋼材的標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度:σb≤540Mpa.2. 殼體名義厚度δn≤38mm。3. 。3—41在應(yīng)用等面積補(bǔ)強(qiáng)時(shí),為什么要限制d/D之比和長(zhǎng)圓形孔的長(zhǎng)短軸之比?開孔不僅削弱容器壁的強(qiáng)度,而且在開孔附近的局部區(qū)域形成很高的應(yīng)力集中。較大的局部應(yīng)力,加上接管有各種載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力、溫度應(yīng)力,以及容器材質(zhì)和制造缺陷等等因素的綜合作用,往往會(huì)造成容器的破壞源。因此,對(duì)于開孔的補(bǔ)強(qiáng)首先應(yīng)研究開孔的受力分析。其基本方法是從彈性力學(xué)的大平板上開小孔分析。一、 大平板上開小圓孔:1. 單向拉伸 應(yīng)力集中系數(shù):K=32. 雙向拉力 應(yīng)力集中系數(shù):K=二、 大平板上開孔問題,橢圓孔邊緣應(yīng)力集中系數(shù)可比圓孔大。特別是長(zhǎng)軸垂直于主應(yīng)力方向時(shí),a/b越大,應(yīng)力集中系數(shù)就越大。三、 圓柱上開小圓孔,當(dāng)將圓柱展平,小孔的變形不會(huì)很大,仍近似圓孔;若是開大孔,展開后將近似于橢圓孔,應(yīng)力集中系數(shù)可能增大。尤其是當(dāng)d/D之比較大時(shí),由于殼體曲率影響,開孔邊緣將引起附加彎矩,更加大了其應(yīng)力水平,危及安全。四、 d/D之比較大時(shí),已超出了“大平板上開小孔”的假設(shè)。運(yùn)用的計(jì)算就不可能正確。因此對(duì)d/D必須給予限制。3—42 壓力容器殼體上開孔的最大直徑有何限制?限制如下:1. 對(duì)于筒體:當(dāng)其內(nèi)徑Di≤1500mm時(shí),開孔的最大直徑d≤,且d≤520mm。當(dāng)其內(nèi)徑Di1500mm時(shí),開孔的最大直徑d≤,且d≤1000mm。2. 凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d≤3. 錐形封頭的開孔最大直徑d≤,Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。3—43 內(nèi)壓容器開孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積按什么公式計(jì)算? A=dδ+2δ(δmC)(1fr)對(duì)于內(nèi)壓容器中平蓋開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積:A=3—44 外壓容器開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按什么公式計(jì)算?A=[dδ+2δ(δmC)(1fr)]3—45 等面積補(bǔ)強(qiáng)法與壓力面積法有什么異同?壓力面積法是西德受壓容器規(guī)范和西德蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)程中的采用的開孔補(bǔ)強(qiáng)方法。該計(jì)算方法的通式為: 式中Ap為補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的壓力作用面積;Aσ為補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的殼體、接管、補(bǔ)強(qiáng)金屬的面積;P設(shè)計(jì)壓力[σ]材料許用應(yīng)力。該式是以受壓面積和承載面積的平衡為基礎(chǔ)的。等面積法的含義是:補(bǔ)強(qiáng)殼體的平均強(qiáng)度,用開孔等面積的外加金屬來補(bǔ)償削弱的殼壁強(qiáng)度。它們的基本出發(fā)點(diǎn)是一致的。由于有效范圍考慮不同,所以引起了整外補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的結(jié)果。d/2 或 D殼體中徑3—46 壓力容器開孔的有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及有效補(bǔ)強(qiáng)面積是什么?有效補(bǔ)強(qiáng)范圍是指:1. 有效寬度:B=2d2. B=d+2δn+2δnt取兩者中較大值。有效高度h1= h1=接近實(shí)際外伸伸高度 取兩者較小值 h2= h2=接近實(shí)際內(nèi)伸伸高度 取兩者較小值有效補(bǔ)強(qiáng)面積是指:在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)可作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積:A1—?dú)んw受內(nèi)壓或外壓所需設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬面積:A1
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