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

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《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