化工设备机械基础模拟题（附答案）

化工设备机械基础模拟题（附答案）一、选择题（每题2分，共30分）1.以下哪种压力容器的使用环境压力最高（）。A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器答案：D。解析：按压力等级分类，超高压容器的压力范围是≥100MPa，高于低压（0.1MPa≤p＜1.6MPa）、中压（1.6MPa≤p＜10MPa）和高压（10MPa≤p＜100MPa）容器，所以选D。2.灰铸铁的主要缺点是（）。A.强度低B.韧性差C.硬度低D.铸造性差答案：B。解析：灰铸铁具有良好的铸造性、耐磨性和消震性，并且抗压强度较高，但它的韧性和塑性极差，所以主要缺点是韧性差，选B。3.在法兰连接中，采用软垫片时，垫片的厚度一般为（）。A.1-3mmB.3-5mmC.5-7mmD.7-9mm答案：B。解析：软垫片一般厚度为3-5mm，在保证密封性能的同时，避免过厚或过薄带来的问题，所以选B。4.容器的设计压力为1.6MPa，则该容器属于（）。A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器答案：B。解析：中压容器的压力范围是1.6MPa≤p＜10MPa，该容器设计压力为1.6MPa，属于中压容器，选B。5.下列哪种钢材属于优质碳素结构钢（）。A.Q235B.20C.T10D.65Mn答案：B。解析：Q235是碳素结构钢；20是优质碳素结构钢；T10是碳素工具钢；65Mn是合金结构钢，所以选B。6.焊接接头的基本形式不包括（）。A.对接接头B.角接接头C.斜接接头D.搭接接头答案：C。解析：焊接接头的基本形式有对接接头、角接接头、搭接接头、T形接头，不包括斜接接头，选C。7.对于外压薄壁容器，计算其临界压力的目的是（）。A.确定容器能否承受内压B.确定容器的壁厚C.防止容器发生失稳破坏D.确定容器的设计温度答案：C。解析：外压薄壁容器在压力作用下容易发生失稳现象，计算临界压力就是为了防止容器发生失稳破坏，选C。8.下列轴的结构措施中，不适合提高轴疲劳强度的是（）。A.减少应力集中B.采用表面强化处理C.增大轴肩圆角半径D.增加轴的直径尺寸答案：D。解析：减少应力集中、采用表面强化处理、增大轴肩圆角半径都有利于提高轴的疲劳强度。增加轴的直径尺寸主要是提高轴的刚度和强度，但不一定能有效提高轴的疲劳强度，选D。9.以下哪种阀门可用于节流调节（）。A.闸阀B.截止阀C.球阀D.蝶阀答案：B。解析：截止阀可以通过改变阀瓣与阀座之间的流通截面积来实现节流调节。闸阀主要用于截断或接通介质，不宜作节流用；球阀通常用于快速切断、分配和改变介质的流动方向；蝶阀适用于大口径、大流量的调节，但其调节精度相对较低。所以选B。10.下列滚动轴承中，只能承受径向载荷的是（）。A.深沟球轴承B.圆锥滚子轴承C.角接触球轴承D.圆柱滚子轴承答案：D。解析：深沟球轴承能同时承受径向载荷和一定的轴向载荷；圆锥滚子轴承和角接触球轴承能同时承受径向和轴向载荷；圆柱滚子轴承只能承受径向载荷，选D。11.下列化工设备中，属于分离设备的是（）。A.反应釜B.换热器C.精馏塔D.蒸发器答案：C。解析：反应釜是反应设备；换热器是传热设备；精馏塔是分离设备，用于分离混合物；蒸发器是蒸发设备。所以选C。12.当零件的形状比较简单、受力均匀时，应优先选用（）材料。A.铸钢B.锻钢C.焊接件D.轧制钢材答案：D。解析：轧制钢材具有较好的力学性能和表面质量，生产效率高，成本低。当零件形状简单、受力均匀时，优先选用轧制钢材。铸钢用于形状复杂的零件；锻钢适用于承受重载荷、动载荷的零件；焊接件适用于由多个零件组合而成且形状复杂的结构。所以选D。13.对于承受弯矩较大的轴，宜采用（）截面形状。A.圆形B.方形C.矩形D.空心圆形答案：A。解析：圆形轴的应力分布均匀，在承受弯矩、扭矩等载荷时具有较好的力学性能。方形、矩形轴在制造和力学性能的综合表现上不如圆形轴。空心圆形轴主要用于轻量化设计，当对重量要求较高且在能够保证强度和刚度的情况下使用，但承受弯矩较大时，通常圆形实心轴更为合适。所以选A。14.压力容器的安全附件不包括（）。A.安全阀B.压力表C.温度计D.液位计答案：C。解析：压力容器的安全附件主要有安全阀、压力表、液位计等，用于保障容器的安全运行。温度计主要用于测量容器内介质的温度，不属于安全附件的范畴，选C。15.下列哪种密封形式属于静密封（）。A.机械密封B.填料密封C.O形圈密封D.迷宫密封答案：C。解析：机械密封和填料密封主要用于动密封，用于防止旋转轴与静止部件之间的介质泄漏。迷宫密封常用于动密封，利用流体流经曲折通道产生的阻力来减少泄漏。O形圈密封可用于静密封，也可用于动密封，但作为静密封更为常见，用于两个静止部件之间的密封。所以选C。二、填空题（每题2分，共20分）1.化工设备常用的标准椭圆形封头，其长短半轴之比$a/b$为______。答案：2。解析：标准椭圆形封头的长短半轴之比$a/b=2$，这种比例能使封头在制造和受力方面达到较好的平衡。2.材料的强度指标主要有______和屈服强度。答案：抗拉强度。解析：抗拉强度和屈服强度是衡量材料强度的两个重要指标，抗拉强度是材料在拉伸过程中所能承受的最大应力。3.轴按受载情况可分为心轴、______和转轴。答案：传动轴。解析：心轴只承受弯矩；传动轴主要承受扭矩；转轴既承受弯矩又承受扭矩。4.压力容器常用的焊接方法有手工电弧焊、______和埋弧焊等。答案：氩弧焊。解析：氩弧焊是一种常用的焊接方法，具有焊接质量高、焊缝成形好等优点，在压力容器焊接中应用广泛。5.滚动轴承的基本额定动载荷是指______。答案：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承能在10⁶转时不发生点蚀破坏时所承受的载荷。解析：这是滚动轴承基本额定动载荷的定义，用于衡量轴承的承载能力。6.容器的设计温度是指容器在正常工作状态下，设定的______温度。答案：壁面。解析：设计温度是指容器在正常操作过程中，设定的元件金属温度（沿元件金属截面的温度平均值），即壁面温度。7.化工设备中常用的防腐方法有涂层防腐、______和电化学保护等。答案：衬里防腐。解析：涂层防腐是在设备表面涂覆防腐涂层；衬里防腐是在设备内壁衬上一层耐腐蚀材料；电化学保护是通过电化学方法防止金属腐蚀。8.齿轮传动的失效形式主要有齿面磨损、______、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。答案：齿面点蚀。解析：齿面点蚀是闭式齿轮传动常见的失效形式，是由于齿面接触应力反复作用导致表面产生疲劳裂纹并扩展而形成的。9.板式塔按塔盘结构可分为泡罩塔、______、筛板塔和浮阀塔等。答案：浮舌塔。解析：泡罩塔、浮舌塔、筛板塔和浮阀塔都是常见的板式塔类型，它们的塔盘结构不同，各有特点和适用范围。10.管子的公称直径是为了______而规定的标准直径。答案：便于管道的设计、制造和安装。解析：工程上为了使管子、管件连接尺寸统一，将管子和管道用的零部件的直径加以标准化，规定了公称直径系列。三、判断题（每题1分，共10分）1.所有的压力容器都必须进行热处理。（）答案：错误。解析：并非所有的压力容器都需要进行热处理，只有当满足一定条件时，如消除焊接残余应力、改善材料性能等，才需要进行热处理。2.轴的转速越高，其疲劳强度越低。（）答案：错误。解析：轴的转速与疲劳强度之间没有直接的因果关系。轴的疲劳强度主要与材料的性能、应力集中情况、表面质量等因素有关。3.球阀的关闭件是球体，通过旋转球体90°实现阀门的开启和关闭。（）答案：正确。解析：这是球阀的工作原理，当球体旋转90°时，球体的通孔与管道的流通方向可实现接通或截断。4.外压容器的临界压力与容器的材料、几何尺寸和形状等因素有关。（）答案：正确。解析：外压容器的临界压力是容器抵抗失稳的临界值，它受到材料性能（如弹性模量）、容器的几何尺寸（直径、长度、壁厚等）和形状（如圆筒、球壳等）等多种因素的影响。5.焊缝中存在气孔会降低焊缝的强度和韧性。（）答案：正确。解析：气孔是焊缝中的缺陷之一，它会减小焊缝的有效承载面积，使焊缝在受力时产生应力集中，从而降低焊缝的强度和韧性。6.滚动轴承的内径尺寸都是标准值。（）答案：正确。解析：为了便于生产和互换，滚动轴承的内径尺寸是标准化的，有一系列的标准值可供选择。7.法兰连接中，垫片越厚，密封效果越好。（）答案：错误。解析：垫片太厚容易产生蠕变和松弛，反而会影响密封效果。而且垫片过厚还会增加法兰的受力不均匀性，降低连接的可靠性。合适的垫片厚度应该根据密封要求、介质特性、法兰类型等因素来选择。8.容器的设计压力应不低于最高工作压力。（）答案：正确。解析：设计压力是考虑各种工况下可能出现的最高压力而确定的，应不低于最高工作压力，以保证容器在正常工作和异常情况下的安全。9.联轴器和离合器都是用来连接两轴，使其一同旋转并传递扭矩，但离合器在工作时可以随时分离两轴，而联轴器一般不能。（）答案：正确。解析：这是联轴器和离合器的主要区别，联轴器通常在机器停车后通过拆卸来分离两轴；而离合器可以在机器运转过程中方便地实现两轴的结合与分离。10.化工设备中的塔设备只能用于精馏操作。（）答案：错误。解析：塔设备除了用于精馏操作外，还广泛应用于吸收、解吸、萃取等传质过程，是实现气-液或液-液传质的重要设备。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述压力容器的分类方法，并举例说明。答案：压力容器的分类方法有多种，常见的有以下几种：（1）按压力等级分类：-低压容器（0.1MPa≤p＜1.6MPa），如一般的空气储罐。-中压容器（1.6MPa≤p＜10MPa），如一些反应釜。-高压容器（10MPa≤p＜100MPa），如高压聚合反应釜。-超高压容器（p≥100MPa），超高压水切割设备的高压容器。（2）按在生产中的作用分类：-反应容器（如反应釜、聚合釜等），用于完成介质的物理、化学反应。-换热容器（如换热器、蒸发器等），用于完成介质的热量交换。-分离容器（如精馏塔、吸收塔等），用于完成介质的质量分离和气体净化。-储存容器（如各类储罐），用于储存和盛装气体、液体、液化气体等介质。（3）按安全技术监督分类：根据《固定式压力容器安全技术监察规程》，按压力、容积和介质危害程度等因素将压力容器分为三类，如III类压力容器通常是毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器、高压容器等。2.简述轴的结构设计原则。答案：轴的结构设计原则主要有以下几点：（1）满足传动件的轴向定位要求：轴上安装的传动件（如齿轮、带轮等）需要准确的轴向定位，通常采用轴肩、套筒、轴端挡圈等结构来实现。例如，齿轮通过轴肩和套筒定位在轴上，保证其在轴向上不会发生窜动。（2）满足零件装拆要求：轴的结构应便于零件的安装和拆卸，可通过合理的轴径变化和轴段长度设计来实现。如在安装齿轮时，轴的直径应设计成阶梯状，以便齿轮能够顺利地从轴的一端套入。（3）减少应力集中：轴上应尽量避免出现尖锐的棱角和突变的截面，采用较大的圆角半径、合理的键槽设计等措施来减少应力集中，提高轴的疲劳强度。例如，轴肩处采用较大的圆角半径可以减少应力集中的影响。（4）保证轴的加工工艺性：轴的结构应便于加工制造，尽量减少轴的形状和尺寸的复杂性，采用标准的尺寸和公差。例如，轴的直径应尽量采用标准尺寸系列，以便于刀具和量具的选用。（5）考虑轴上零件的周向固定：为了传递扭矩，轴上零件需要进行周向固定，常用的方法有键连接、过盈配合连接等。3.简述焊接接头中热影响区的形成及其危害。答案：焊接接头的热影响区是指焊接过程中，母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织和性能变化的区域。形成过程如下：在焊接时，焊缝周围的母材金属受到焊接热源的加热，根据距离焊缝的远近不同，各点所达到的最高温度不同，经历的加热和冷却过程也不同，从而产生了组织和性能的变化，形成了热影响区。热影响区的危害主要有：（1）降低接头的强度和韧性：热影响区的组织发生了变化，可能出现粗大的晶粒、脆性组织等，导致该区域的强度和韧性下降。例如，在低碳钢焊接时，热影响区可能出现过热区，其晶粒粗大，强度和韧性明显降低。（2）产生残余应力：由于焊接过程中热影响区各部分的加热和冷却不均匀，会产生残余应力，残余应力与工作应力叠加可能导致结构过早失效。如在承受交变载荷的焊接结构中，残余应力的存在会加速疲劳裂纹的产生和扩展。（3）增加裂纹倾向：热影响区的组织和性能变化以及残余应力的存在，使其对裂纹的敏感性增加，容易产生裂纹，如冷裂纹、热裂纹等，降低了焊接结构的可靠性。4.简述如何提高螺栓连接的疲劳强度。答案：提高螺栓连接疲劳强度的方法主要有以下几种：（1）减小应力幅：可以采用减小螺栓刚度或增大被连接件刚度的方法来减小应力幅。例如，采用细长的螺栓或在螺母下面加弹性垫片来减小螺栓的刚度；增加被连接件的厚度或采用较硬的垫片来增大被连接件的刚度。（2）改善螺纹牙间的载荷分布：由于螺栓连接中各圈螺纹受力不均匀，通过采用悬置螺母、内斜螺母等结构可以改善螺纹牙间的载荷分布，使各圈螺纹的受力更加均匀，降低受力最大螺纹牙的应力水平，从而提高螺栓连接的疲劳强度。（3）减少应力集中：螺栓头部与螺栓杆的过渡区、螺纹的收尾处等部位容易产生应力集中。通过采用较大的过渡圆角、改进螺纹收尾结构等措施来减少应力集中，提高螺栓的疲劳强度。（4）采用表面强化处理：对螺栓表面进行滚压、喷丸等表面强化处理，可以使螺栓表面产生残余压应力，同时提高表面硬度和光洁度，有助于提高螺栓的疲劳强度。（5）控制预紧力：合理控制螺栓的预紧力，避免预紧力过大或过小。预紧力过大可能导致螺栓过载，预紧力过小则可能使连接在工作时出现松动，影响连接的疲劳强度。五、计算题（每题15分，共30分）1.设计一圆筒形储存容器，内径$D_i=2000mm$，设计压力$p=1.2MPa$，设计温度$t=100℃$，采用Q235-B钢板制作，焊接接头系数$\phi=0.85$，许用应力$[\sigma]^t=113MPa$，试计算该容器的壁厚。答案：根据内压圆筒壁厚计算公式$\delta=\frac{pD_i}{2[\sigma]^t\phi-p}+C$，其中$C$为厚度附加量，本题暂不考虑腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，即$C=0$。已知$p=1.2MPa$，$D_i=2000mm$，$[\sigma]^t=113MPa$，$\phi=0.85$，代入公式可得：$\delta=\frac{1.2\times2000}{2\times113\times0.85-1.2}$$=\frac{2400}{192.1-1.2}$$=\frac{2400}{190.9}\approx12.6mm$根据钢板的厚度系列，选取标准壁厚$\d