化工機械基礎(chǔ)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在離心泵啟動前必須灌泵，其主要目的是（）。A.降低啟動電流B.防止汽蝕C.建立吸入真空度D.減少機械密封磨損答案：C解析：離心泵啟動前灌泵是為了排出吸入管路及泵殼內(nèi)的空氣，使葉輪完全浸沒于液體中，從而建立足夠的吸入真空度，保證液體連續(xù)進入泵體。若未灌泵，空氣占據(jù)流道，葉輪無法形成有效壓差，泵無法吸液。2.下列材料中，最適合制造高壓換熱器管板的是（）。A.Q235BB.16MnDRC.06Cr19Ni10D.20G答案：B解析：16MnDR為低溫壓力容器用鋼，具有良好的綜合力學性能與焊接性能，在-40℃仍保持較高韌性，常用于高壓換熱器管板。Q235B強度不足；06Cr19Ni10雖耐蝕但成本高；20G為鍋爐管材料，耐壓等級有限。3.帶傳動中，若小帶輪包角過小，會導(dǎo)致（）。A.傳動比增大B.打滑C.帶的疲勞壽命提高D.初拉力降低答案：B解析：包角越小，帶與輪接觸弧長越短，摩擦力總和下降，當有效圓周力超過最大摩擦力時，帶在輪面滑動，即“打滑”，傳動失效。4.在壓力容器設(shè)計中，決定殼體厚度的關(guān)鍵參數(shù)是（）。A.操作溫度B.焊接接頭系數(shù)C.設(shè)計壓力與內(nèi)徑D.腐蝕裕量答案：C解析：根據(jù)GB150內(nèi)壓圓筒厚度計算公式δ=PD/(2[σ]^tφ?P)，可知設(shè)計壓力P與內(nèi)徑D直接決定計算厚度，為首要因素；其余參數(shù)影響最終取值。5.齒輪泵與螺桿泵相比，下列說法正確的是（）。A.齒輪泵流量脈動更小B.螺桿泵可輸送含顆粒介質(zhì)C.齒輪泵自吸能力更強D.螺桿泵噪聲更高答案：B解析：螺桿泵依靠相互嚙合的螺桿形成密封腔，連續(xù)軸向推進，對雜質(zhì)敏感度低，可輸送含微小顆粒的潤滑油；齒輪泵齒間容積變化劇烈，脈動大，自吸能力相近，噪聲更高。6.對一臺已運行三年的離心泵實測發(fā)現(xiàn)流量下降15%，揚程下降5%，軸功率下降10%，最可能原因是（）。A.葉輪腐蝕B.口環(huán)間隙增大C.電機退磁D.管路堵塞答案：B解析：口環(huán)間隙增大導(dǎo)致內(nèi)泄漏增加，泵內(nèi)循環(huán)量上升，使出口流量顯著下降；揚程因泄漏損失略有降低；軸功率因流量減少而下降。葉輪腐蝕通常揚程下降更明顯；管路堵塞會同時提高揚程、降低流量；電機退磁功率下降但流量揚程變化比例不符。7.在帶壓堵漏技術(shù)中，注膠槍注入的密封劑首先起到的作用是（）。A.增加壁厚B.建立新密封比壓C.降低介質(zhì)溫度D.中和腐蝕產(chǎn)物答案：B解析：密封劑在泄漏缺陷處快速固化，形成彈性體，填補縫隙并建立新的密封比壓，阻斷介質(zhì)外泄。8.下列焊接接頭中，承載能力最高的是（）。A.角接接頭B.搭接接頭C.對接接頭D.T形接頭答案：C解析：對接接頭受力軸線與焊縫重合，應(yīng)力集中系數(shù)最小，可視為母材等強度；其余接頭均存在彎曲或剪切附加應(yīng)力。9.對一臺固定管板式換熱器進行水壓試驗，試驗壓力應(yīng)為（）。A.1.05倍設(shè)計壓力B.1.25倍設(shè)計壓力C.1.5倍設(shè)計壓力且不低于0.4MPaD.2倍設(shè)計壓力答案：C解析：依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，水壓試驗壓力取1.5倍設(shè)計壓力且≥0.4MPa，以考驗整體強度與密封性。10.在離心壓縮機中，設(shè)置彎道與回流器的目的是（）。A.降低級間溫升B.改變氣流方向并引導(dǎo)至下一級葉輪C.提高絕熱效率D.減少軸向推力答案：B解析：彎道使氣流由徑向轉(zhuǎn)為軸向，回流器進一步均勻速度場并引導(dǎo)至下級葉輪入口，實現(xiàn)多級串聯(lián)。二、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）11.球罐的薄膜應(yīng)力與半徑成正比，與壁厚成反比。答案：√解析：球殼薄膜應(yīng)力σ=PR/2δ，公式顯見與R成正比，與δ成反比。12.對于奧氏體不銹鋼，焊后必須進行880℃穩(wěn)定化退火以防止晶間腐蝕。答案：×解析：只有含Ti或Nb的奧氏體不銹鋼才需穩(wěn)定化退火；普通304焊后固溶處理即可，穩(wěn)定化退火反而導(dǎo)致碳化物析出。13.在帶傳動設(shè)計中，選取小帶輪直徑時，只需考慮傳動比即可，與帶型無關(guān)。答案：×解析：每種帶型規(guī)定了最小許用帶輪直徑，小于該值會急劇降低帶的彎曲疲勞壽命。14.離心泵的必需汽蝕余量NPSHr隨流量增大而單調(diào)上升。答案：√解析：流量增大，葉輪入口相對速度增加，壓力降增大，NPSHr升高。15.壓力容器開孔補強計算中，補強區(qū)有效寬度取2d與d+2δn中的較小值。答案：√解析：依據(jù)GB150，補強有效寬度b=min(2d,d+2δn)，防止過度計算。16.齒輪泵的出口管路必須設(shè)置安全閥，因為其屬于容積式泵，關(guān)閉出口閥會導(dǎo)致壓力無限升高。答案：√解析：容積泵流量與管路阻力無關(guān)，閉閥工況下理論壓力可升至泵體強度極限，必須設(shè)安全閥。17.在往復(fù)壓縮機中，采用多級壓縮的唯一目的是降低排氣溫度。答案：×解析：多級壓縮可降低排氣溫度、節(jié)省功耗、提高容積效率，并非唯一目的。18.對于碳素鋼壓力容器，腐蝕裕量一般不小于1mm。答案：√解析：GB150規(guī)定碳素鋼、低合金鋼腐蝕裕量≥1mm，不銹鋼可酌情減小。19.離心泵葉輪車削后，其比轉(zhuǎn)數(shù)不變。答案：×解析：車削改變外徑，導(dǎo)致流量、揚程變化，比轉(zhuǎn)數(shù)ns=3.65n√Q/H^0.75隨之改變。20.在壓力管道柔性分析中，增加π形彎可顯著提高管線柔性，降低熱應(yīng)力。答案：√解析：π形彎通過增加幾何長度與彈性臂，吸收熱脹差，降低應(yīng)力水平。三、填空題（每空2分，共20分）21.離心泵特性曲線中，隨流量增加而單調(diào)下降的曲線是________曲線。答案：揚程22.在GB150中，焊接接頭系數(shù)φ取1.0的前提是對接接頭________且________。答案：雙面焊或相當于雙面焊的全焊透；100%射線檢測合格23.帶傳動設(shè)計時，為防止________現(xiàn)象，小帶輪包角一般要求≥________°。答案：打滑；12024.對于內(nèi)壓圓筒，第三強度理論的當量應(yīng)力σ_eq=________。答案：σ_θ?σ_r（或σ_1?σ_3）25.往復(fù)壓縮機排氣量調(diào)節(jié)常用方法有：________調(diào)節(jié)、________調(diào)節(jié)和旁通調(diào)節(jié)。答案：余隙；轉(zhuǎn)速26.壓力容器氣壓試驗時，試驗溫度需高于材料________轉(zhuǎn)變溫度加________℃。答案：無延性；2027.離心泵相似定律中，流量與葉輪直徑的________次方成正比。答案：三28.齒輪失效形式中，________是由于齒面接觸應(yīng)力反復(fù)作用導(dǎo)致的表面金屬剝落。答案：疲勞點蝕29.在換熱器中，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)F_t與________和________有關(guān)。答案：流型；溫度效率P、R30.球罐支柱與殼體連接處需設(shè)置________板，以降低________應(yīng)力集中。答案：墊；局部四、簡答題（每題10分，共30分）31.簡述離心泵發(fā)生汽蝕的機理，并給出工程上常用的三種抗汽蝕措施。答案：機理：當泵入口局部壓力降至液體飽和蒸汽壓以下時，液體汽化生成氣泡；氣泡隨流到高壓區(qū)迅速潰滅，產(chǎn)生高達數(shù)百大氣壓的沖擊波，反復(fù)作用使葉輪表面疲勞剝落，形成蜂窩狀侵蝕，同時伴隨噪聲、振動、揚程下降。措施：（1）提高有效汽蝕余量NPSHa：降低泵安裝高度、增大吸入管徑、減少彎頭閥門等阻力元件；（2）降低必需汽蝕余量NPSHr：選用雙吸葉輪、加大葉輪入口直徑、采用誘導(dǎo)輪或超汽蝕葉輪；（3）選用耐汽蝕材料：如2205雙相不銹鋼、高鉻鑄鐵，或表面堆焊Stellite合金，延長壽命。32.試分析固定管板式換熱器產(chǎn)生溫差應(yīng)力的原因，并給出兩種典型的補償結(jié)構(gòu)。答案：原因：殼程與管程流體溫度不同，管壁與殼壁熱脹量差異受管板約束，產(chǎn)生軸向壓/拉應(yīng)力；若溫差超過材料許用值，導(dǎo)致管子彎曲、管板變形、焊縫拉裂。補償結(jié)構(gòu)：（1）膨脹節(jié)：在殼程設(shè)置U形波紋膨脹節(jié)，吸收軸向位移，適用于溫差≤120℃、壓力≤2.5MPa；（2）浮頭結(jié)構(gòu)：一端管板固定，另一端管板隨管束自由伸縮，完全消除溫差應(yīng)力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，適用于高壓大溫差。33.說明齒輪傳動中膠合失效的產(chǎn)生過程，并給出兩種預(yù)防方法。答案：過程：高速重載下齒面瞬時溫度達數(shù)百攝氏度，潤滑油膜破裂，金屬高峰點接觸并焊接，隨后滑動撕裂，形成溝痕，伴隨噪聲劇增，齒面迅速破壞。預(yù)防：（1）提高潤滑油抗膠合性能：選用含極壓添加劑（硫磷型）的工業(yè)齒輪油，粘度等級比常規(guī)提高一級；（2）降低齒面載荷集中：提高齒輪精度等級至6級以上，采用齒頂修緣、鼓形修形，增加重合度。五、計算題（共20分）34.一臺單級單吸離心泵輸送20℃清水，設(shè)計點參數(shù)：Q=200m3/h，H=50m，n=2950r/min，ρ=998kg/m3，必需汽蝕余量NPSHr=4.5m。吸入管路損失∑h_f=1.2m，當?shù)卮髿鈮簆_a=100kPa，20℃飽和蒸汽壓p_v=2.34kPa。若泵安裝于海拔800m處（大氣壓修正系數(shù)0.9），求最大允許安裝高度H_gmax，并判斷當實際安裝高度為3m時是否安全。答案：（1）修正大氣壓：p_a′=100×0.9=90kPa（2）計算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）最大允許安裝高度：H_gmax=NPSHa?NPSHr=7.75?4.5=3.25m（4）判斷：實際安裝3m＜3.25m，安全裕度0.25m，可安全運行。解析：海拔升高大氣壓降低，NPSHa減??；若安裝高度超過H_gmax，泵將發(fā)生汽蝕。35.某內(nèi)壓圓筒容器，設(shè)計壓力p=1.6MPa，內(nèi)徑D_i=1200mm，材料Q345R，設(shè)計溫度250℃，許用應(yīng)力[σ]^t=150MPa，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，腐蝕裕量C_2=2mm，鋼板負偏差C_1=0.3mm。按GB150計算圓筒所需名義厚度δ_n，并校核水壓試驗強度。答案：（1）計算厚度：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）名義厚度：δ_n=δ+C_1+C_2+圓整=7.58+0.3+2+0.12=10mm（向上圓整至標準板厚）（3）水壓試驗壓力：p_T=1.25p([σ]/[σ]^t)=1.25×1.6×(150/150)=2.0MPa（4）試驗應(yīng)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：名義厚度需含腐蝕、負偏差并向上圓整；試驗應(yīng)力不得超過材料屈服限的90%。六、綜合應(yīng)用題（20分）36.某化工廠需將45℃、濃度98%的硫酸從地面儲槽輸送至18m高處的反應(yīng)釜，流量30m3/h，管長120m（含當量長度），選用20號鋼無縫鋼管，內(nèi)徑50mm，絕對粗糙度0.2mm。已知：ρ=1830kg/m3，μ=2.5×10?3Pa·s，飽和蒸汽壓0.8kPa，大氣壓101kPa，NPSHr泵=3.0m，泵效率55%，電機功率安全系數(shù)1.2。任務(wù)：（1）計算管路沿程損失與總揚程；（2）選泵并計算軸功率、配用電機功率；（3）確定最大允許安裝高度，建議泵安裝方案。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=1.55×10?（湍流）相對粗糙度ε/d=0.2/50=0.004，查Moody圖λ=0.029沿程損失：h_f=λ(L/d)(v2/2g)=0.029×(120/0.05)×(4.242/19.62)=0.029×2400×0.917=63.9m總揚程：H=Δz+h_f=18+63.9=81.9m（2）軸功率：P=ρgQH/η=(1830×9.81×30/3600×81.9)/0.55=(14860×81.9)/3600/0.55=1216/0.55=2211W≈2.21kW電機功率：P_m=2.21×1.2=2.65kW，選標準3kW電機。（3）NPSHa=(p_a