在椭圆形或碟形封头[1]过渡部分开孔时,其孔的中心线宜垂直于封头表面。4.22在什么情况下,压力容器可以允许不设置检查孔?容器若符合下列条件之一,则可不必开设检查孔:①筒体[2]内径小于等于300mm的压力容器;②容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子,其封头、盖板或盖子的尺寸不小于所规定检查孔的尺寸;③无腐蚀或轻微腐蚀,无需做内部检查和清理的压力容器;④制冷装置[3]用压力容器;⑤换热器[4]。4.23试比较安全阀[5]和爆破片各自的优缺点?在什么情况下必须采用爆破片装置?安全阀:安全阀的作用是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。其优点是仅排放容器内高于规定值的部分压力[6],当容器内的压力降至稍低于正常操作压力时,能自动关闭,避免一旦容器超压就把全部气体排出而造成浪费和中断生产;可重复使用多次,安装调整也比较容易。但密封性能较差,阀的开启有滞后现象,泄压反应较慢。爆破片:爆破片是一种断裂型安全泄放装置,它利用爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的,泄压后爆破片不能继续有效使用,容器也被迫停止运行。虽然爆破片是一种爆破后不重新闭合的泄放装置,但与安全阀相比,它有两个特点:一是密闭性能好,能做到完全密封;二是破裂速度快,泄压反应迅速。因此,当安全阀不能起到有效保护作用时,必须使用爆破片或爆破片与安全阀的组合装置。在以下场合应优先选用爆破片作为安全泄放装置:①介质[7]为不洁净气体的压力容器;②由于物料的化学反应压力可能迅速上升的压力容器;③毒性程度为极度、高度危害的气体介质或盛装贵重介质的压力容器;④介质为强腐蚀性气体的压力容器,腐蚀性大的介质,用耐腐蚀的贵重材料制造安全阀成本高,而用其制造爆破片,成本非常低廉。4.24压力试验[8]的目的是什么?为什么要尽可能采用液压试验?对于内压容器,耐压试验[9]的目的是:在超设计压力[10]下,考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成渗漏,检验密封结构的密封性能。对于外压容器,在外压作用下,容器中的缺陷受压应力的作用,不可能发生开裂,且外压临界失稳压力主要与容器的几何尺寸、制造精度有关,跟缺陷无关,一般不用外压试验来考核其稳定性,而以内压试验进行“试漏”,检查是否存在穿透性缺陷。由于在相同压力和容积下,试验介质的压缩系数越大,容器所储存的能量也越大,爆炸也就越危险,故应选用压缩系数小的流体作为试验介质。常温时,水的压缩系数比气体要小得多,且来源丰富,因而是常用的试验介质。4.25简述带夹套压力容器的压力试验步骤,以及内筒与夹套的组装顺序。夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器,各腔的设计压力通常是不同的,应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力值。内筒根据实际情况按外压容器或内压容器确定试验压力;夹套按内压容器确定试验压力。先做内筒压力试验,压力试验安全后组装夹套。在确定了夹套试验压力后,还必须校核内筒在该试验压力下的稳定性。如不能满足外压稳定性要求,则在作夹套的液压试验时,必须同时在内筒保持一定的压力,以确保夹套试压时内筒的稳定性。4.26为什么要对压力容器中的应力进行分类?应力分类的依据和原则是什么?压力容器所承受的载荷有多种类型,如机械载荷(包括压力、重力、支座反力、风载荷及地震载荷等)、热载荷等。它们可能是施加在整个容器上(如压力),也可能是施加在容器的局部部位(如支座反力)。因此,载荷在容器中所产生的应力与分布以及对容器失效的影响也就各不相同。就分布范围来看,有些应力遍布于整个容器壳体,可能会造成容器整体范围内的弹性或塑性失效;而有些应力只存在于容器的局部部位,只会造成容器局部弹塑性失效或疲劳失效。从应力产生的原因来看,有些应力必须满足与外载荷的静力平衡关系,因此随外载荷的增加而增加,可直接导致容器失效;而有些应力则是在载荷作用下由于变形不协调引起的,因此具有“自限性”。 因此有必要对应力进行分类,再按不同的设计准则来限制。 压力容器应力分类的依据是应力对容器强度失效所起作用的大小。这种作用又取决于下列两个因素:(1) 应力产生的原因。即应力是外载荷直接产生的还是在变形协调过程中产生的,外载荷是机械载荷还是热载荷。(2)应力的作用区域与分布形式。即应力的作用是总体范围还是局部范围的,沿厚度的分布是均匀的还是线性的或非线性的。4.27一次应力、二次应力和峰值应力的区别是什么?一次应力是指平衡外加机械载荷所必须的应力。一次应力必须满足外载荷与内力及内力矩的静力平衡关系,它随外载荷的增加而增加,不会因达到材料的屈服点而自行限制,所以,一次应力的基本特征是“非自限性”。另外,当一次应力超过屈服点时将引起容器总体范围内的显著变形或破坏,对容器的失效影响最大。二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或剪应力。二次应力不是由外载荷直接产生的,其作用不是为平衡外载荷,而是使结构在受载时变形协调。这种应力的基本特征是它具有自限性,也就是当局部范围内的材料发生屈服或小量的塑性流动时,相邻部分之间的变形约束得到缓解而不再继续发展,应力就自动地限制在一定范围内。 峰值应力是由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量,介质温度急剧变化在器壁或管壁中引起的热应力也归入峰值应力。峰值应力最主要的特点是高度的局部性,因而不引起任何明显的变形。其有害性仅是可能引起疲劳破坏或脆性断裂。4.28分析设计标准划分了哪五组应力强度?许用值分别是多少?是如何确定的? (1)一次总体薄膜应力强度SⅠ 许用值以极限分析原理来确定的。SⅠ<=KSm (2)一次局部薄膜应力强度SⅡ SⅡ<=1.5KSm(3)一次薄膜(总体或局部)加一次弯曲应力强度SⅢ SⅢ<=1.5KSm (4)一次加二次应力强度SⅣ 根据安定性分析,一次加二次应力强度SⅣ许用值为3Sm (5)峰值应力强度SⅤ 按疲劳失效设计准则,峰值应力强度应由疲劳设计曲线得到的应力幅Sa进行评定,即SⅤ<=Sa4.29在疲劳分析中,为什么要考虑平均应力的影响?如何考虑? 疲劳试验曲线或计算曲线是在平均应力为零的对称应力循环[11]下绘制的,但压力容器往往是在非对称应力循环下工作的,因此,要将疲劳试验曲线或计算曲线变为可用于工程应用的设计疲劳曲线,除了要取一定的安全系数外,还必须考虑平均应力的影响。 平均应力增加时,在同一循环次数下发生破坏的交变应力幅下降,也就是说,在非对称循环的交变应力作用下,平均应力增加将会使疲劳寿命下降。关于同一疲劳寿命下平均应力与交变应力幅之间相互关系的描述,有多种形式,最简单的是Goodman提出的方程(见课本4.5疲劳分析)。2.1 一壳体成为回转[12]薄壳轴对称问题的条件是什么?

在椭圆形或碟形封头^[1]过渡部分开孔时,其孔的中心线宜垂直于封头表面。

4.22在什么情况下,压力容器可以允许不设置检查孔?

容器若符合下列条件之一,则可不必开设检查孔:①筒体^[2]内径小于等于300mm的压力容器;②容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子,其封头、盖板或盖子的尺寸不小于所规定检查孔的尺寸;③无腐蚀或轻微腐蚀,无需做内部检查和清理的压力容器;④制冷装置^[3]用压力容器;⑤换热器^[4]。

4.23试比较安全阀^[5]和爆破片各自的优缺点?在什么情况下必须采用爆破片装置?

安全阀:安全阀的作用是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。其优点是仅排放容器内高于规定值的部分压力^[6],当容器内的压力降至稍低于正常操作压力时,能自动关闭,避免一旦容器超压就把全部气体排出而造成浪费和中断生产;可重复使用多次,安装调整也比较容易。但密封性能较差,阀的开启有滞后现象,泄压反应较慢。

爆破片:爆破片是一种断裂型安全泄放装置,它利用爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的,泄压后爆破片不能继续有效使用,容器也被迫停止运行。虽然爆破片是一种爆破后不重新闭合的泄放装置,但与安全阀相比,它有两个特点:一是密闭性能好,能做到完全密封;二是破裂速度快,泄压反应迅速。因此,当安全阀不能起到有效保护作用时,必须使用爆破片或爆破片与安全阀的组合装置。

在以下场合应优先选用爆破片作为安全泄放装置:

①介质^[7]为不洁净气体的压力容器;②由于物料的化学反应压力可能迅速上升的压力容器;③毒性程度为极度、高度危害的气体介质或盛装贵重介质的压力容器;④介质为强腐蚀性气体的压力容器,腐蚀性大的介质,用耐腐蚀的贵重材料制造安全阀成本高,而用其制造爆破片,成本非常低廉。

4.24压力试验^[8]的目的是什么?为什么要尽可能采用液压试验?

对于内压容器,耐压试验^[9]的目的是:在超设计压力^[10]下,考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成渗漏,检验密封结构的密封性能。对于外压容器,在外压作用下,容器中的缺陷受压应力的作用,不可能发生开裂,且外压临界失稳压力主要与容器的几何尺寸、制造精度有关,跟缺陷无关,一般不用外压试验来考核其稳定性,而以内压试验进行“试漏”,检查是否存在穿透性缺陷。

由于在相同压力和容积下,试验介质的压缩系数越大,容器所储存的能量也越大,爆炸也就越危险,故应选用压缩系数小的流体作为试验介质。常温时,水的压缩系数比气体要小得多,且来源丰富,因而是常用的试验介质。

4.25简述带夹套压力容器的压力试验步骤,以及内筒与夹套的组装顺序。

夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器,各腔的设计压力通常是不同的,应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力值。内筒根据实际情况按外压容器或内压容器确定试验压力;夹套按内压容器确定试验压力。

先做内筒压力试验,压力试验安全后组装夹套。在确定了夹套试验压力后,还必须校核内筒在该试验压力下的稳定性。如不能满足外压稳定性要求,则在作夹套的液压试验时,必须同时在内筒保持一定的压力,以确保夹套试压时内筒的稳定性。

4.26为什么要对压力容器中的应力进行分类?应力分类的依据和原则是什么?

压力容器所承受的载荷有多种类型,如机械载荷(包括压力、重力、支座反力、风载荷及地震载荷等)、热载荷等。它们可能是施加在整个容器上(如压力),也可能是施加在容器的局部部位(如支座反力)。因此,载荷在容器中所产生的应力与分布以及对容器失效的影响也就各不相同。就分布范围来看,有些应力遍布于整个容器壳体,可能会造成容器整体范围内的弹性或塑性失效;而有些应力只存在于容器的局部部位,只会造成容器局部弹塑性失效或疲劳失效。从应力产生的原因来看,有些应力必须满足与外载荷的静力平衡关系,因此随外载荷的增加而增加,可直接导致容器失效;而有些应力则是在载荷作用下由于变形不协调引起的,因此具有“自限性”。    因此有必要对应力进行分类,再按不同的设计准则来限制。    压力容器应力分类的依据是应力对容器强度失效所起作用的大小。这种作用又取决于下列两个因素:(1) 应力产生的原因。即应力是外载荷直接产生的还是在变形协调过程中产生的,外载荷是机械载荷还是热载荷。(2)应力的作用区域与分布形式。即应力的作用是总体范围还是局部范围的,沿厚度的分布是均匀的还是线性的或非线性的。

4.27一次应力、二次应力和峰值应力的区别是什么?

一次应力是指平衡外加机械载荷所必须的应力。一次应力必须满足外载荷与内力及内力矩的静力平衡关系,它随外载荷的增加而增加,不会因达到材料的屈服点而自行限制,所以,一次应力的基本特征是“非自限性”。另外,当一次应力超过屈服点时将引起容器总体范围内的显著变形或破坏,对容器的失效影响最大。二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或剪应力。二次应力不是由外载荷直接产生的,其作用不是为平衡外载荷,而是使结构在受载时变形协调。这种应力的基本特征是它具有自限性,也就是当局部范围内的材料发生屈服或小量的塑性流动时,相邻部分之间的变形约束得到缓解而不再继续发展,应力就自动地限制在一定范围内。 峰值应力是由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量,介质温度急剧变化在器壁或管壁中引起的热应力也归入峰值应力。峰值应力最主要的特点是高度的局部性,因而不引起任何明显的变形。其有害性仅是可能引起疲劳破坏或脆性断裂。

4.28分析设计标准划分了哪五组应力强度?许用值分别是多少?是如何确定的?

  (1)一次总体薄膜应力强度SⅠ  许用值以极限分析原理来确定的。SⅠ<=KSm   (2)一次局部薄膜应力强度SⅡ  SⅡ<=1.5KSm

(3)一次薄膜(总体或局部)加一次弯曲应力强度SⅢ   SⅢ<=1.5KSm   (4)一次加二次应力强度SⅣ  根据安定性分析,一次加二次应力强度SⅣ许用值为3Sm   (5)峰值应力强度SⅤ  按疲劳失效设计准则,峰值应力强度应由疲劳设计曲线得到的应力幅Sa进行评定,即SⅤ<=Sa

4.29在疲劳分析中,为什么要考虑平均应力的影响?如何考虑?

  疲劳试验曲线或计算曲线是在平均应力为零的对称应力循环^[11]下绘制的,但压力容器往往是在非对称应力循环下工作的,因此,要将疲劳试验曲线或计算曲线变为可用于工程应用的设计疲劳曲线,除了要取一定的安全系数外,还必须考虑平均应力的影响。     平均应力增加时,在同一循环次数下发生破坏的交变应力幅下降,也就是说,在非对称循环的交变应力作用下,平均应力增加将会使疲劳寿命下降。关于同一疲劳寿命下平均应力与交变应力幅之间相互关系的描述,有多种形式,最简单的是Goodman提出的方程(见课本4.5疲劳分析)。

2.1  一壳体成为回转^[12]薄壳轴对称问题的条件是什么?