化工机械基础考试题及答案

化工机械基础考试题及答案一、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.降低电机启动电流B.防止气缚现象C.减小轴向推力D.提高吸入真空度答案：B解析：离心泵依靠叶轮旋转产生的离心力输送液体，若泵壳内存在气体，气体密度远小于液体，离心力不足以将气体甩出，叶轮中心无法形成足够低压，液体无法被吸入，此现象称为“气缚”。灌泵可排尽气体，保证泵内充满液体，从而正常吸入与排出。2.下列材料中，最适合制造高压容器筒体的是A.Q235AB.20gC.16MnRD.0Cr18Ni9答案：C解析：16MnR为低合金高强度钢，屈服强度≥345MPa，塑韧性良好，焊接性能优良，且价格适中，是GB150规定的主要压力容器用钢之一；Q235A强度低，20g仅适用于中低压，0Cr18Ni9为不锈钢，成本高，一般用于腐蚀苛刻场合而非普通高压筒体。3.带传动中，若小带轮包角过小，会导致A.传动比增大B.带寿命延长C.打滑加剧D.离心应力减小答案：C解析：包角越小，带与轮接触弧长越短，摩擦力总和下降，当有效拉力超过最大摩擦力时，带在轮面滑动，即“打滑”，传动失效。4.齿轮泵流量脉动较大，其根本原因是A.齿轮模数过大B.齿数过少C.啮合重合度变化D.油液黏度过高答案：C解析：齿轮泵依靠齿间容积变化输油，每对齿啮入啮出时，封闭容积先减小后增大，产生困油现象，瞬时流量周期性波动；齿数越少，波动频率低但幅值大，故齿数过少是表现，根源在于啮合重合度周期性变化。5.对于承受内压p、直径D、壁厚δ的薄壁圆筒，其环向应力σθ的正确表达式为A.σθ=pD/2δB.σθ=pD/4δC.σθ=pD/δD.σθ=2pD/δ答案：A解析：薄壁圆筒在内压作用下，筒壁受双向拉应力，由力平衡可得环向拉力T=pD/2，单位长度上壁厚δ承担拉力，故σθ=T/δ=pD/2δ。6.下列密封形式中，属于自紧密封的是A.平垫密封B.八角垫密封C.O形圈密封D.伍德密封答案：D解析：伍德密封由顶盖、筒体端部及楔形密封垫组成，内压升高时，垫片被进一步压紧，密封比压随压力增大而增大，故称“自紧”；其余三种均需预紧力，压力升高后密封比压可能下降。7.离心压缩机发生喘振时，最先出现的宏观现象是A.出口温度骤降B.机组剧烈振动并伴随周期性吼声C.电机电流持续升高D.轴承温度直线上升答案：B解析：喘振是流量小于喘振点后，气流在叶轮与扩压器内周期性倒流、分离、再推进的过程，引起压力、流量大幅振荡，激发管网与机组共振，发出低频吼声与剧烈振动；电流先波动后下降，出口温度反而升高。8.在带压堵漏作业中，注剂式夹具的注剂压力一般应A.等于介质压力B.略低于介质压力C.略高于介质压力D.为介质压力的2倍答案：C解析：注剂需克服介质压力进入泄漏缺陷并形成密封腔，压力略高即可，过高会冲坏夹具或使缺陷扩大，一般高0.1–0.2MPa。9.板框压滤机过滤阶段结束后，若滤饼含湿率偏高，优先调整A.过滤压力B.过滤温度C.压榨隔膜压力D.滤布目数答案：C解析：过滤压力已无法继续挤出水分，提高温度降低黏度需能耗；压榨隔膜可在过滤后二次加压，机械挤压滤饼，显著降低含湿率；滤布目数影响初始滤液澄清度，对最终湿分作用有限。10.对于双吸离心泵，其轴向力平衡主要依靠A.叶轮对称布置B.平衡孔C.平衡盘D.推力轴承答案：A解析：双吸泵叶轮两侧吸入液体，轴向力方向相反，理论上完全抵消；平衡孔、平衡盘用于单吸多级泵；推力轴承仅承受残余轴向力。二、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）11.压力容器水压试验时，应控制水温不低于5℃，目的是防止材料冷脆。（√）解析：碳钢、低合金钢在低温下韧性下降，试验压力高，易引发脆断，GB150规定水温≥5℃，对低温钢另有要求。12.齿轮泵的排量与齿宽成正比，与模数平方成正比，与齿数无关。（×）解析：排量公式Q=2πm²bzn×10⁻⁶（m³/r），可见与齿数z成正比，但流量脉动随齿数增多而减小，故齿数影响实际瞬时流量。13.离心风机进口导流器开度减小，风机特性曲线向右移动。（×）解析：进口导流器预旋气流，使叶轮做功能力下降，同一流量下全压降低，特性曲线向下移，而非右移。14.板翅式换热器二次表面（翅片）主要作用是扩展传热面积并提高湍动程度。（√）解析：翅片把一次表面热量导出并扩展面积，同时扰动流体，提高h值，使K大幅提升。15.对于同一台往复压缩机，采用多级压缩后，排气温度必然降低。（√）解析：多级压缩设置中间冷却，气体离温升曲线，等温效率提高，终温显著下降。16.在V带传动中，新带初拉力应高于计算值30%，以补偿运行后的塑性伸长。（√）解析：带材料存在蠕变，运行24h后拉力下降，预紧可提高寿命并防止打滑。17.离心泵切割叶轮外径后，其必需汽蚀余量NPSHr将增大。（×）解析：切割后叶轮入口直径不变，入口速度三角形变化小，NPSHr基本不变或略降；NPSHr主要与进口几何有关。18.压力容器对接焊缝进行100%射线检测时，合格级别为Ⅲ级即可。（×）解析：GB150规定，对毒性程度为极度或高度危害的容器、低温容器、疲劳载荷容器等，即使100%检测，合格级别也需Ⅱ级。19.螺旋板式换热器不可拆式结构密封性能优于可拆式，但清洗困难。（√）解析：不可拆式两端焊死，无密封垫片，耐高压高温且不会内漏，一旦结垢只能用化学清洗。20.超临界流体萃取设备中，二氧化碳增压泵选用隔膜式计量泵，主要目的是防止泄漏与精确计量。（√）解析：隔膜泵无动密封，CO₂不会泄漏，且流量可调，满足超临界工艺小流量高压力要求。三、填空题（每空2分，共20分）21.离心泵相似定律指出：当转速由n₁变为n₂时，流量Q与转速成______比，扬程H与转速成______比，功率P与转速成______比。答案：一次；二次；三次解析：Q∝n，H∝n²，P=ρgQH/η∝n³，称相似三定律。22.板框压滤机过滤速率基本方程为dV/dt=______，其中A为过滤面积，Δp为压差，μ为滤液黏度，v为滤饼体积与滤液体积比，α为平均比阻，Rₘ为介质阻力。答案：A²Δp/[μ(vαV/A+Rₘ)]解析：由滤饼过滤理论推导，速率与面积平方成正比，与累计滤液体积V成反比。23.齿轮传动中，节点区域系数Z_H反映______对齿面接触应力的影响，其值随压力角增大而______。答案：齿廓曲率；减小解析：Z_H=√[(2cosβ_b)/(sinα_tcosα_t)]，节点曲率半径大，接触应力小，压力角增大使Z_H减小。24.压力容器设计中，焊接接头系数φ取1.0的前提是对接焊缝实现______检测且结果______。答案：100%射线或超声；Ⅱ级合格解析：GB150.4规定，双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头，100%检测Ⅱ级合格，φ可取1.0。25.离心压缩机调节方式中，______调节最节能，但投资最高；______调节最简单，但节流损失大。答案：变速；出口节流解析：变速改变转速，无额外损失，效率最佳；出口节流靠阀门憋压，简单但能量浪费。26.带传动弹性滑动是由带的______变形引起，不可避免；而打滑是由______超过极限摩擦力引起，可以避免。答案：弹性；有效拉力解析：弹性滑动因紧边与松边弹性伸长量差异，是固有特性；打滑是过载表现。27.超高压反应釜自增强处理是通过______使筒体内层产生______应力，从而提高疲劳寿命。答案：超压预应力；压缩残余解析：内压超过屈服限，内壁塑性变形，卸压后外层弹性回缩挤压内层，形成残余压应力，抵消工作拉应力。28.螺旋输送机输送能力Q与螺旋直径D的______次方成正比，与转速n成______比。答案：2.5～3；一次解析：Q=ψπ(D²-d²)snρ/4，ψ为填充系数，s为螺距，s∝D，故Q∝D²·D∝D³，近似2.5～3次方。29.在板壳理论中，圆柱壳边缘弯曲应力的衰减长度λ=______，其中R为半径，δ为壁厚，μ为泊松比。答案：√(Rδ)/[3(1-μ²)]^(1/4)解析：边缘效应呈指数衰减，特征长度λ即衰减至1/e的距离，与√(Rδ)成正比。30.往复压缩机气阀的“颤振”现象是指阀片在______期出现的高频开闭，会导致______降低与噪声增大。答案：吸气或排气；容积效率解析：弹簧刚度不匹配，气流推力波动，阀片反复拍击阀座，气体倒流，有效行程减少。四、简答题（每题10分，共40分）31.简述离心泵发生汽蚀的机理，并给出工程上提高抗汽蚀能力的四项具体措施。答案：机理：当泵入口压力降至液体饱和蒸汽压以下，液体汽化产生气泡，气泡进入高压区后迅速溃灭，产生局部高压冲击波，剥蚀叶轮表面，同时噪声、振动增大，扬程下降。措施：(1)降低泵安装高度或提高吸入液位，增大有效汽蚀余量NPSHa；(2)采用双吸或加大叶轮入口直径，降低进口流速，减小必需汽蚀余量NPSHr；(3)诱导轮前置，给液体预增压，提高叶轮前压力；(4)选用耐汽蚀材料（如双相钢、高铬铸铁）或表面激光熔覆，延长寿命。32.试分析板框压滤机与带式压榨过滤机在脱水机理、适用物料、能耗三方面的差异。答案：脱水机理：板框以静态过滤为主，依靠泵压使液体透过滤布，固体在框内形成滤饼，后期可隔膜压榨；带式以动态过滤+机械压榨，重力脱水后进入楔形区、压榨辊，剪切与挤压联合作用。适用物料：板框对固含量1%～10%的细黏物料适应性强，滤饼可洗涤；带式适合固含量≥5%、颗粒较粗、易脱水物料，如市政污泥、矿渣。能耗：板框过滤阶段能耗为泵送能耗，压榨为短时高压，单位产量电耗0.5～1.2kWh/t干泥；带式需连续驱动张紧、调偏，辊压功率大，电耗0.8～1.5kWh/t，且冲洗水泵亦耗电，综合略高。33.某化工厂需将20℃清水由地面储槽送至20m高、常压的高位槽，流量要求80m³/h，管路总阻力损失∑h_f=4.5m，当地大气压100kPa，汽化压力2.3kPa，泵必需汽蚀余量NPSHr=3.5m，密度ρ=998kg/m³。试：(1)计算泵所需扬程H；(2)判断该泵最大允许安装高度Z_max；(3)若实际安装高度4m，是否安全？答案：(1)扬程H=Δz+∑h_f+Δp/ρg=20+4.5+0=24.5m。(2)NPSHa=(p_a-p_v)/ρg-Z-∑h_s，令NPSHa=NPSHr+0.5m安全裕量，则Z_max=(p_a-p_v)/ρg-∑h_s-NPSHr-0.5=(100-2.3)×10³/(998×9.81)-0-3.5-0.5=9.98-4=5.98m。(3)实际4m<5.98m，安全。34.简述压力容器疲劳设计的基本思路，并说明为何对焊接接头表面打磨可显著提高疲劳寿命。答案：基本思路：按JB4732，采用应力分析设计路线，通过弹性应力计算得到峰值应力幅，结合材料设计疲劳曲线，计算允许循环次数，要求大于实际循环次数并取安全系数20。对焊接接头，需将应力集中系数K_t、板厚修正、表面粗糙度修正引入疲劳强度降低系数。打磨作用：焊缝余高与咬边是应力集中源，打磨降低几何不连续，使K_t由2～3降至1.2～1.5，表面裂纹萌生寿命提高一个数量级以上；同时消除微裂纹与咬边缺陷，减少裂纹源，故寿命显著提高。五、计算题（共30分）35.一台单级双吸离心泵，额定转速n=1480r/min，叶轮外径D₂=360mm，出口宽度b₂=28mm，叶片出口角β₂=30°，容积效率η_v=0.96，机械效率η_m=0.97，流动效率η_h=0.90，液体密度ρ=1000kg/m³。假设入口无预旋，忽略叶片厚度阻塞，试：(1)计算理论扬程H_t；(2)求实际扬程H；(3)当流量Q=600m³/h时，计算轴功率P_shaft。答案：(1)圆周速度u₂=πD₂n/60=π×0.36×1480/60=27.95m/s。径向速度c_r2=Q/(2πD₂b₂×3600/600)=600/(3600×2π×0.36×0.028)=2.62m/s。切向速度c_u2=u₂-c_r2/tanβ₂=27.95-2.62/tan30°=27.95-4.54=23.41m/s。理论扬程H_t=u₂c_u2/g=27.95×23.41/9.81=66.7m。(2)水力效率η_h=0.90，实际扬程H=H_t×η_h=66.7×0.90=60.0m。(3)有效功率P_e=ρgQH/3600=1000×9.81×600×60/3600=98.1kW。轴功率P_shaft=P_e/(η_v×η_m×η_h)=98.1/(0.96×0.97×0.90)=117.9kW。36.某立式搅拌反应器，内径1.2m，设计压力1.6MPa，材料16MnR，常温屈服强度R_eL=345MPa，抗拉强度R_m=510MPa，焊接接头系数φ=0.85，腐蚀裕量C₂=2mm，钢板负偏差C₁=0.3mm。按GB150计算筒体所需最小壁厚δ_n，并圆整至标准规格。答案：计算厚度δ=P_cD_i/(2[σ]φ-P_c)，[σ]=min(R_eL/1.5,R_m/2.6)=min(230,196)=196MPa。δ=1.6×1200/(2×196×0.85-1.6)=1920/(333.2-1.6)=5.79mm。设计厚度δ_d=δ+C₂=7.79mm，名义厚度δ_n=δ_d+C₁=8.09mm，圆整至10mm标准板。六、综合分析题（20分）37.某石化厂循环氢离心压缩机运行三年后，出现如下现