化工机械基础试题及答案

化工机械基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在离心泵启动前必须灌泵，其主要目的是（）。A.降低启动电流B.防止汽蚀C.建立吸入真空度D.减少机械密封磨损答案：C解析：离心泵启动前灌泵是为了排出吸入管路及泵壳内的空气，使叶轮完全浸没于液体中，从而建立足够的吸入真空度，保证液体连续进入泵体。若未灌泵，空气占据流道，叶轮无法形成有效压差，泵无法吸液。2.下列材料中，最适合制造高压换热器管板的是（）。A.Q235BB.16MnDRC.06Cr19Ni10D.20G答案：B解析：16MnDR为低温压力容器用钢，具有良好的综合力学性能与焊接性能，在-40℃仍保持较高韧性，常用于高压换热器管板。Q235B强度不足；06Cr19Ni10虽耐蚀但成本高；20G为锅炉管材料，耐压等级有限。3.带传动中，若小带轮包角过小，会导致（）。A.传动比增大B.打滑C.带的疲劳寿命提高D.初拉力降低答案：B解析：包角越小，带与轮接触弧长越短，摩擦力总和下降，当有效圆周力超过最大摩擦力时，带在轮面滑动，即“打滑”，传动失效。4.在压力容器设计中，决定壳体厚度的关键参数是（）。A.操作温度B.焊接接头系数C.设计压力与内径D.腐蚀裕量答案：C解析：根据GB150内压圆筒厚度计算公式δ=PD/(2[σ]^tφ−P)，可知设计压力P与内径D直接决定计算厚度，为首要因素；其余参数影响最终取值。5.齿轮泵与螺杆泵相比，下列说法正确的是（）。A.齿轮泵流量脉动更小B.螺杆泵可输送含颗粒介质C.齿轮泵自吸能力更强D.螺杆泵噪声更高答案：B解析：螺杆泵依靠相互啮合的螺杆形成密封腔，连续轴向推进，对杂质敏感度低，可输送含微小颗粒的润滑油；齿轮泵齿间容积变化剧烈，脉动大，自吸能力相近，噪声更高。6.对一台已运行三年的离心泵实测发现流量下降15%，扬程下降5%，轴功率下降10%，最可能原因是（）。A.叶轮腐蚀B.口环间隙增大C.电机退磁D.管路堵塞答案：B解析：口环间隙增大导致内泄漏增加，泵内循环量上升，使出口流量显著下降；扬程因泄漏损失略有降低；轴功率因流量减少而下降。叶轮腐蚀通常扬程下降更明显；管路堵塞会同时提高扬程、降低流量；电机退磁功率下降但流量扬程变化比例不符。7.在带压堵漏技术中，注胶枪注入的密封剂首先起到的作用是（）。A.增加壁厚B.建立新密封比压C.降低介质温度D.中和腐蚀产物答案：B解析：密封剂在泄漏缺陷处快速固化，形成弹性体，填补缝隙并建立新的密封比压，阻断介质外泄。8.下列焊接接头中，承载能力最高的是（）。A.角接接头B.搭接接头C.对接接头D.T形接头答案：C解析：对接接头受力轴线与焊缝重合，应力集中系数最小，可视为母材等强度；其余接头均存在弯曲或剪切附加应力。9.对一台固定管板式换热器进行水压试验，试验压力应为（）。A.1.05倍设计压力B.1.25倍设计压力C.1.5倍设计压力且不低于0.4MPaD.2倍设计压力答案：C解析：依据《固定式压力容器安全技术监察规程》，水压试验压力取1.5倍设计压力且≥0.4MPa，以考验整体强度与密封性。10.在离心压缩机中，设置弯道与回流器的目的是（）。A.降低级间温升B.改变气流方向并引导至下一级叶轮C.提高绝热效率D.减少轴向推力答案：B解析：弯道使气流由径向转为轴向，回流器进一步均匀速度场并引导至下级叶轮入口，实现多级串联。二、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）11.球罐的薄膜应力与半径成正比，与壁厚成反比。答案：√解析：球壳薄膜应力σ=PR/2δ，公式显见与R成正比，与δ成反比。12.对于奥氏体不锈钢，焊后必须进行880℃稳定化退火以防止晶间腐蚀。答案：×解析：只有含Ti或Nb的奥氏体不锈钢才需稳定化退火；普通304焊后固溶处理即可，稳定化退火反而导致碳化物析出。13.在带传动设计中，选取小带轮直径时，只需考虑传动比即可，与带型无关。答案：×解析：每种带型规定了最小许用带轮直径，小于该值会急剧降低带的弯曲疲劳寿命。14.离心泵的必需汽蚀余量NPSHr随流量增大而单调上升。答案：√解析：流量增大，叶轮入口相对速度增加，压力降增大，NPSHr升高。15.压力容器开孔补强计算中，补强区有效宽度取2d与d+2δn中的较小值。答案：√解析：依据GB150，补强有效宽度b=min(2d,d+2δn)，防止过度计算。16.齿轮泵的出口管路必须设置安全阀，因为其属于容积式泵，关闭出口阀会导致压力无限升高。答案：√解析：容积泵流量与管路阻力无关，闭阀工况下理论压力可升至泵体强度极限，必须设安全阀。17.在往复压缩机中，采用多级压缩的唯一目的是降低排气温度。答案：×解析：多级压缩可降低排气温度、节省功耗、提高容积效率，并非唯一目的。18.对于碳素钢压力容器，腐蚀裕量一般不小于1mm。答案：√解析：GB150规定碳素钢、低合金钢腐蚀裕量≥1mm，不锈钢可酌情减小。19.离心泵叶轮车削后，其比转数不变。答案：×解析：车削改变外径，导致流量、扬程变化，比转数ns=3.65n√Q/H^0.75随之改变。20.在压力管道柔性分析中，增加π形弯可显著提高管线柔性，降低热应力。答案：√解析：π形弯通过增加几何长度与弹性臂，吸收热胀差，降低应力水平。三、填空题（每空2分，共20分）21.离心泵特性曲线中，随流量增加而单调下降的曲线是________曲线。答案：扬程22.在GB150中，焊接接头系数φ取1.0的前提是对接接头________且________。答案：双面焊或相当于双面焊的全焊透；100%射线检测合格23.带传动设计时，为防止________现象，小带轮包角一般要求≥________°。答案：打滑；12024.对于内压圆筒，第三强度理论的当量应力σ_eq=________。答案：σ_θ−σ_r（或σ_1−σ_3）25.往复压缩机排气量调节常用方法有：________调节、________调节和旁通调节。答案：余隙；转速26.压力容器气压试验时，试验温度需高于材料________转变温度加________℃。答案：无延性；2027.离心泵相似定律中，流量与叶轮直径的________次方成正比。答案：三28.齿轮失效形式中，________是由于齿面接触应力反复作用导致的表面金属剥落。答案：疲劳点蚀29.在换热器中，对数平均温差修正系数F_t与________和________有关。答案：流型；温度效率P、R30.球罐支柱与壳体连接处需设置________板，以降低________应力集中。答案：垫；局部四、简答题（每题10分，共30分）31.简述离心泵发生汽蚀的机理，并给出工程上常用的三种抗汽蚀措施。答案：机理：当泵入口局部压力降至液体饱和蒸汽压以下时，液体汽化生成气泡；气泡随流到高压区迅速溃灭，产生高达数百大气压的冲击波，反复作用使叶轮表面疲劳剥落，形成蜂窝状侵蚀，同时伴随噪声、振动、扬程下降。措施：（1）提高有效汽蚀余量NPSHa：降低泵安装高度、增大吸入管径、减少弯头阀门等阻力元件；（2）降低必需汽蚀余量NPSHr：选用双吸叶轮、加大叶轮入口直径、采用诱导轮或超汽蚀叶轮；（3）选用耐汽蚀材料：如2205双相不锈钢、高铬铸铁，或表面堆焊Stellite合金，延长寿命。32.试分析固定管板式换热器产生温差应力的原因，并给出两种典型的补偿结构。答案：原因：壳程与管程流体温度不同，管壁与壳壁热胀量差异受管板约束，产生轴向压/拉应力；若温差超过材料许用值，导致管子弯曲、管板变形、焊缝拉裂。补偿结构：（1）膨胀节：在壳程设置U形波纹膨胀节，吸收轴向位移，适用于温差≤120℃、压力≤2.5MPa；（2）浮头结构：一端管板固定，另一端管板随管束自由伸缩，完全消除温差应力，但结构复杂，造价高，适用于高压大温差。33.说明齿轮传动中胶合失效的产生过程，并给出两种预防方法。答案：过程：高速重载下齿面瞬时温度达数百摄氏度，润滑油膜破裂，金属高峰点接触并焊接，随后滑动撕裂，形成沟痕，伴随噪声剧增，齿面迅速破坏。预防：（1）提高润滑油抗胶合性能：选用含极压添加剂（硫磷型）的工业齿轮油，粘度等级比常规提高一级；（2）降低齿面载荷集中：提高齿轮精度等级至6级以上，采用齿顶修缘、鼓形修形，增加重合度。五、计算题（共20分）34.一台单级单吸离心泵输送20℃清水，设计点参数：Q=200m³/h，H=50m，n=2950r/min，ρ=998kg/m³，必需汽蚀余量NPSHr=4.5m。吸入管路损失∑h_f=1.2m，当地大气压p_a=100kPa，20℃饱和蒸汽压p_v=2.34kPa。若泵安装于海拔800m处（大气压修正系数0.9），求最大允许安装高度H_gmax，并判断当实际安装高度为3m时是否安全。答案：（1）修正大气压：p_a′=100×0.9=90kPa（2）计算NPSHa：NPSHa=(p_a′−p_v)/(ρg)−∑h_f=(90−2.34)×10³/(998×9.81)−1.2=87.66×10³/9790.38−1.2=8.95−1.2=7.75m（3）最大允许安装高度：H_gmax=NPSHa−NPSHr=7.75−4.5=3.25m（4）判断：实际安装3m＜3.25m，安全裕度0.25m，可安全运行。解析：海拔升高大气压降低，NPSHa减小；若安装高度超过H_gmax，泵将发生汽蚀。35.某内压圆筒容器，设计压力p=1.6MPa，内径D_i=1200mm，材料Q345R，设计温度250℃，许用应力[σ]^t=150MPa，焊接接头系数φ=0.85，腐蚀裕量C_2=2mm，钢板负偏差C_1=0.3mm。按GB150计算圆筒所需名义厚度δ_n，并校核水压试验强度。答案：（1）计算厚度：δ=(pD_i)/(2[σ]^tφ−p)=(1.6×1200)/(2×150×0.85−1.6)=1920/(255−1.6)=1920/253.4=7.58mm（2）名义厚度：δ_n=δ+C_1+C_2+圆整=7.58+0.3+2+0.12=10mm（向上圆整至标准板厚）（3）水压试验压力：p_T=1.25p([σ]/[σ]^t)=1.25×1.6×(150/150)=2.0MPa（4）试验应力校核：σ_T=p_T(D_i+δ_n−C)/(2(δ_n−C))=2.0×(1200+10−2.3)/(2×7.7)=2.0×1207.7/15.4=156.8MPa0.9σ_s=0.9×345=310.5MPa156.8MPa＜310.5MPa，合格。解析：名义厚度需含腐蚀、负偏差并向上圆整；试验应力不得超过材料屈服限的90%。六、综合应用题（20分）36.某化工厂需将45℃、浓度98%的硫酸从地面储槽输送至18m高处的反应釜，流量30m³/h，管长120m（含当量长度），选用20号钢无缝钢管，内径50mm，绝对粗糙度0.2mm。已知：ρ=1830kg/m³，μ=2.5×10⁻³Pa·s，饱和蒸汽压0.8kPa，大气压101kPa，NPSHr泵=3.0m，泵效率55%，电机功率安全系数1.2。任务：（1）计算管路沿程损失与总扬程；（2）选泵并计算轴功率、配用电机功率；（3）确定最大允许安装高度，建议泵安装方案。答案：（1）流速：v=Q/A=(30/3600)/(π×0.05²/4)=4.24m/sRe=ρvd/μ=1830×4.24×0.05/2.5×10⁻³=1.55×10⁵（湍流）相对粗糙度ε/d=0.2/50=0.004，查Moody图λ=0.029沿程损失：h_f=λ(L/d)(v²/2g)=0.029×(120/0.05)×(4.24²/19.62)=0.029×2400×0.917=63.9m总扬程：H=Δz+h_f=18+63.9=81.9m（2）轴功率：P=ρgQH/η=(1830×9.81×30/3600×81.9)/0.55=(14860×81.9)/3600/0.55=1216/0.55=2211W≈2.21kW电机功率：P_m=2.21×1.2=2.65kW，选标准3kW电机。（3）NPSHa=(p_a