过程设备设计例题(答案).docVIP

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过程设备设计例题(答案)

(2)贮存液体的容器 当容器盛装液体时,壳体内壁面法向将受到液体静压强的作用,它同样是一种轴对称载荷,这一点与承受气压相同,所不同的是液体静压强大小随液体深度而变化,有时液面上方还同对受到气体压力的作用。这些容器壳体中的薄膜应力一般也可用式(2-7)和式(2-12)求解。 ① 中部支承半径为R的圆柱形贮液罐 如图2-9(a)所示,罐的底部自由,顶部密闭,液面上方的气体内压力为,充液密度为。 a) 圆筒ab段:其上任意一点,仅受气压作用,其,,故可直接用式(2-16)和周向薄膜应力为 (2-24) b) 圆筒bc段:其A-A断面上任一点处,受有压力载荷的作用,其中为至液面距离, g为重力加速度,因圆筒,故可由式(2-7)求解。另再考察图2-9(c)所示A-A断面以上部分区域的平衡,在不计壳体自重时,作用于该区域的轴向外载荷有液体重力G和A-A断面的压力,则其合力为 将及代入式(2-12)可求得。由此得bc段上任意点的经向和周向薄膜应力分别为 (2-25) c) 圆筒cd段:其B-B断面上任一点处,作用于图2-9(d)所示B-B断面以上部分区域的轴向外载荷除有液体重力G和承受的压力外,尚有支座反力,其总轴向外力变为 同理将和代入(2-7)、(2-12)相应式内,则cd段圆筒壁内任意点的经向和周向薄膜应力分别为 (2-26) 图2-9中部支承的圆柱形贮液罐 由三段的应力计算式(2-24))))或敞口)时的应力相加之和,故此情况亦可按仅受气压与仅受液压分别计算,然后叠加; b) 在仅受液压时,液柱引起的周向应力与其深度h成正比,而与圆筒壳的支座无关,但经向应力则与支座位置有关,支座以上,支座以下恒定于液柱总深。 图2-10充液圆锥形壳体 ② 圆锥形壳体 如图2-10所示,敞口圆锥形容器中盛装密度为的液体,其上端自由支承。锥壳上任意一点处液体静压力为 又因,则由式(2-7)得 (2-27) 若令,则在处有最大值 求时,如取M点处以下的部分壳体为研究对象,则该区域外载荷为M点处上部液体所产生的静压力与M点处下部液体的重力,二外力的轴向分量之和为 将值代入式(2-12)得 (2-28) 同理,,在处有最大值 设计举例: 某厂需设计一卧式回流液罐,罐的最高工作压力=2.4,最高工作温度为45,基本无腐蚀,罐的内直径为1000,罐体长3200,试确定罐体的厚度及封头的型式和厚度。 解:(1) ,设计温度可取为60 (2)、 、 根据工作条件,材料选为Q345R,取,假设壳体厚度在6~16范围内,查GB150中表4-1可得=170,=170, =345 (3),计算压力 筒体计算厚度 则筒体设计厚度 按GB713, 则筒体名义厚度 考虑钢板常用规格厚度,向上圆整可取筒体名义厚度。 (4),封头采用钢板整体冲压而成,焊接接头系数取,故封头计算厚度 取,则封头设计厚度 同上取 则封头名义厚度 考虑钢板常用规格厚度,向上圆整可取封头名义厚度,有时为了备料和焊接上的方便,在计算值差别不大及耗材不多时,可取封头与筒体壁厚相同。 (5) (6)试验应力校核 而 ,液压试验应力校核合格。 设计举例: 内径=1800的圆柱形容器,采用标准椭圆形封头,在封头中心设置Φ159×4.5的内平齐接管。封头名义厚度=18,设计压力=2.5,设计温度t=150℃,接管外伸高度=200。封头和补强圈材料均为Q345R,其许用应力=163,接管材料为10号钢,其许用应力=108。封头和接管厚度附加量均取2,液体静压力可以忽略。试作封头开孔补强设计。 解 (1)补强及补强方法判别 ①补强判别 根据表3-8,允许不另行补强的最大接管外径为。此开孔外径等于,故需考虑其补强。 ②补强计算方法判别 开孔直径 本凸形封头开孔直径,满足等面积法开孔补强计算的适用条件。因接管已定,故采用补强圈进行补强。 (2)开孔削弱所需要的补强截面积 ①封头计算厚度 由于在椭圆形封头中心区域开孔,所以封头的计算厚度按式(3-47)确定。因为液体静压力可以忽略,即;查表4-1

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