化工機械基礎(chǔ)考試題及答案一、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.降低電機啟動電流B.防止氣縛現(xiàn)象C.減小軸向推力D.提高吸入真空度答案：B解析：離心泵依靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力輸送液體，若泵殼內(nèi)存在氣體，氣體密度遠小于液體，離心力不足以將氣體甩出，葉輪中心無法形成足夠低壓，液體無法被吸入，此現(xiàn)象稱為“氣縛”。灌泵可排盡氣體，保證泵內(nèi)充滿液體，從而正常吸入與排出。2.下列材料中，最適合制造高壓容器筒體的是A.Q235AB.20gC.16MnRD.0Cr18Ni9答案：C解析：16MnR為低合金高強度鋼，屈服強度≥345MPa，塑韌性良好，焊接性能優(yōu)良，且價格適中，是GB150規(guī)定的主要壓力容器用鋼之一；Q235A強度低，20g僅適用于中低壓，0Cr18Ni9為不銹鋼，成本高，一般用于腐蝕苛刻場合而非普通高壓筒體。3.帶傳動中，若小帶輪包角過小，會導(dǎo)致A.傳動比增大B.帶壽命延長C.打滑加劇D.離心應(yīng)力減小答案：C解析：包角越小，帶與輪接觸弧長越短，摩擦力總和下降，當(dāng)有效拉力超過最大摩擦力時，帶在輪面滑動，即“打滑”，傳動失效。4.齒輪泵流量脈動較大，其根本原因是A.齒輪模數(shù)過大B.齒數(shù)過少C.嚙合重合度變化D.油液黏度過高答案：C解析：齒輪泵依靠齒間容積變化輸油，每對齒嚙入嚙出時，封閉容積先減小后增大，產(chǎn)生困油現(xiàn)象，瞬時流量周期性波動；齒數(shù)越少，波動頻率低但幅值大，故齒數(shù)過少是表現(xiàn)，根源在于嚙合重合度周期性變化。5.對于承受內(nèi)壓p、直徑D、壁厚δ的薄壁圓筒，其環(huán)向應(yīng)力σθ的正確表達式為A.σθ=pD/2δB.σθ=pD/4δC.σθ=pD/δD.σθ=2pD/δ答案：A解析：薄壁圓筒在內(nèi)壓作用下，筒壁受雙向拉應(yīng)力，由力平衡可得環(huán)向拉力T=pD/2，單位長度上壁厚δ承擔(dān)拉力，故σθ=T/δ=pD/2δ。6.下列密封形式中，屬于自緊密封的是A.平墊密封B.八角墊密封C.O形圈密封D.伍德密封答案：D解析：伍德密封由頂蓋、筒體端部及楔形密封墊組成，內(nèi)壓升高時，墊片被進一步壓緊，密封比壓隨壓力增大而增大，故稱“自緊”；其余三種均需預(yù)緊力，壓力升高后密封比壓可能下降。7.離心壓縮機發(fā)生喘振時，最先出現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象是A.出口溫度驟降B.機組劇烈振動并伴隨周期性吼聲C.電機電流持續(xù)升高D.軸承溫度直線上升答案：B解析：喘振是流量小于喘振點后，氣流在葉輪與擴壓器內(nèi)周期性倒流、分離、再推進的過程，引起壓力、流量大幅振蕩，激發(fā)管網(wǎng)與機組共振，發(fā)出低頻吼聲與劇烈振動；電流先波動后下降，出口溫度反而升高。8.在帶壓堵漏作業(yè)中，注劑式夾具的注劑壓力一般應(yīng)A.等于介質(zhì)壓力B.略低于介質(zhì)壓力C.略高于介質(zhì)壓力D.為介質(zhì)壓力的2倍答案：C解析：注劑需克服介質(zhì)壓力進入泄漏缺陷并形成密封腔，壓力略高即可，過高會沖壞夾具或使缺陷擴大，一般高0.1–0.2MPa。9.板框壓濾機過濾階段結(jié)束后，若濾餅含濕率偏高，優(yōu)先調(diào)整A.過濾壓力B.過濾溫度C.壓榨隔膜壓力D.濾布目數(shù)答案：C解析：過濾壓力已無法繼續(xù)擠出水分，提高溫度降低黏度需能耗；壓榨隔膜可在過濾后二次加壓，機械擠壓濾餅，顯著降低含濕率；濾布目數(shù)影響初始濾液澄清度，對最終濕分作用有限。10.對于雙吸離心泵，其軸向力平衡主要依靠A.葉輪對稱布置B.平衡孔C.平衡盤D.推力軸承答案：A解析：雙吸泵葉輪兩側(cè)吸入液體，軸向力方向相反，理論上完全抵消；平衡孔、平衡盤用于單吸多級泵；推力軸承僅承受殘余軸向力。二、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）11.壓力容器水壓試驗時，應(yīng)控制水溫不低于5℃，目的是防止材料冷脆。（√）解析：碳鋼、低合金鋼在低溫下韌性下降，試驗壓力高，易引發(fā)脆斷，GB150規(guī)定水溫≥5℃，對低溫鋼另有要求。12.齒輪泵的排量與齒寬成正比，與模數(shù)平方成正比，與齒數(shù)無關(guān)。（×）解析：排量公式Q=2πm2bzn×10??（m3/r），可見與齒數(shù)z成正比，但流量脈動隨齒數(shù)增多而減小，故齒數(shù)影響實際瞬時流量。13.離心風(fēng)機進口導(dǎo)流器開度減小，風(fēng)機特性曲線向右移動。（×）解析：進口導(dǎo)流器預(yù)旋氣流，使葉輪做功能力下降，同一流量下全壓降低，特性曲線向下移，而非右移。14.板翅式換熱器二次表面（翅片）主要作用是擴展傳熱面積并提高湍動程度。（√）解析：翅片把一次表面熱量導(dǎo)出并擴展面積，同時擾動流體，提高h值，使K大幅提升。15.對于同一臺往復(fù)壓縮機，采用多級壓縮后，排氣溫度必然降低。（√）解析：多級壓縮設(shè)置中間冷卻，氣體離溫升曲線，等溫效率提高，終溫顯著下降。16.在V帶傳動中，新帶初拉力應(yīng)高于計算值30%，以補償運行后的塑性伸長。（√）解析：帶材料存在蠕變，運行24h后拉力下降，預(yù)緊可提高壽命并防止打滑。17.離心泵切割葉輪外徑后，其必需汽蝕余量NPSHr將增大。（×）解析：切割后葉輪入口直徑不變，入口速度三角形變化小，NPSHr基本不變或略降；NPSHr主要與進口幾何有關(guān)。18.壓力容器對接焊縫進行100%射線檢測時，合格級別為Ⅲ級即可。（×）解析：GB150規(guī)定，對毒性程度為極度或高度危害的容器、低溫容器、疲勞載荷容器等，即使100%檢測，合格級別也需Ⅱ級。19.螺旋板式換熱器不可拆式結(jié)構(gòu)密封性能優(yōu)于可拆式，但清洗困難。（√）解析：不可拆式兩端焊死，無密封墊片，耐高壓高溫且不會內(nèi)漏，一旦結(jié)垢只能用化學(xué)清洗。20.超臨界流體萃取設(shè)備中，二氧化碳增壓泵選用隔膜式計量泵，主要目的是防止泄漏與精確計量。（√）解析：隔膜泵無動密封，CO?不會泄漏，且流量可調(diào)，滿足超臨界工藝小流量高壓力要求。三、填空題（每空2分，共20分）21.離心泵相似定律指出：當(dāng)轉(zhuǎn)速由n?變?yōu)閚?時，流量Q與轉(zhuǎn)速成______比，揚程H與轉(zhuǎn)速成______比，功率P與轉(zhuǎn)速成______比。答案：一次；二次；三次解析：Q∝n，H∝n2，P=ρgQH/η∝n3，稱相似三定律。22.板框壓濾機過濾速率基本方程為dV/dt=______，其中A為過濾面積，Δp為壓差，μ為濾液黏度，v為濾餅體積與濾液體積比，α為平均比阻，R?為介質(zhì)阻力。答案：A2Δp/[μ(vαV/A+R?)]解析：由濾餅過濾理論推導(dǎo)，速率與面積平方成正比，與累計濾液體積V成反比。23.齒輪傳動中，節(jié)點區(qū)域系數(shù)Z_H反映______對齒面接觸應(yīng)力的影響，其值隨壓力角增大而______。答案：齒廓曲率；減小解析：Z_H=√[(2cosβ_b)/(sinα_tcosα_t)]，節(jié)點曲率半徑大，接觸應(yīng)力小，壓力角增大使Z_H減小。24.壓力容器設(shè)計中，焊接接頭系數(shù)φ取1.0的前提是對接焊縫實現(xiàn)______檢測且結(jié)果______。答案：100%射線或超聲；Ⅱ級合格解析：GB150.4規(guī)定，雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭，100%檢測Ⅱ級合格，φ可取1.0。25.離心壓縮機調(diào)節(jié)方式中，______調(diào)節(jié)最節(jié)能，但投資最高；______調(diào)節(jié)最簡單，但節(jié)流損失大。答案：變速；出口節(jié)流解析：變速改變轉(zhuǎn)速，無額外損失，效率最佳；出口節(jié)流靠閥門憋壓，簡單但能量浪費。26.帶傳動彈性滑動是由帶的______變形引起，不可避免；而打滑是由______超過極限摩擦力引起，可以避免。答案：彈性；有效拉力解析：彈性滑動因緊邊與松邊彈性伸長量差異，是固有特性；打滑是過載表現(xiàn)。27.超高壓反應(yīng)釜自增強處理是通過______使筒體內(nèi)層產(chǎn)生______應(yīng)力，從而提高疲勞壽命。答案：超壓預(yù)應(yīng)力；壓縮殘余解析：內(nèi)壓超過屈服限，內(nèi)壁塑性變形，卸壓后外層彈性回縮擠壓內(nèi)層，形成殘余壓應(yīng)力，抵消工作拉應(yīng)力。28.螺旋輸送機輸送能力Q與螺旋直徑D的______次方成正比，與轉(zhuǎn)速n成______比。答案：2.5～3；一次解析：Q=ψπ(D2-d2)snρ/4，ψ為填充系數(shù)，s為螺距，s∝D，故Q∝D2·D∝D3，近似2.5～3次方。29.在板殼理論中，圓柱殼邊緣彎曲應(yīng)力的衰減長度λ=______，其中R為半徑，δ為壁厚，μ為泊松比。答案：√(Rδ)/[3(1-μ2)]^(1/4)解析：邊緣效應(yīng)呈指數(shù)衰減，特征長度λ即衰減至1/e的距離，與√(Rδ)成正比。30.往復(fù)壓縮機氣閥的“顫振”現(xiàn)象是指閥片在______期出現(xiàn)的高頻開閉，會導(dǎo)致______降低與噪聲增大。答案：吸氣或排氣；容積效率解析：彈簧剛度不匹配，氣流推力波動，閥片反復(fù)拍擊閥座，氣體倒流，有效行程減少。四、簡答題（每題10分，共40分）31.簡述離心泵發(fā)生汽蝕的機理，并給出工程上提高抗汽蝕能力的四項具體措施。答案：機理：當(dāng)泵入口壓力降至液體飽和蒸汽壓以下，液體汽化產(chǎn)生氣泡，氣泡進入高壓區(qū)后迅速潰滅，產(chǎn)生局部高壓沖擊波，剝蝕葉輪表面，同時噪聲、振動增大，揚程下降。措施：(1)降低泵安裝高度或提高吸入液位，增大有效汽蝕余量NPSHa；(2)采用雙吸或加大葉輪入口直徑，降低進口流速，減小必需汽蝕余量NPSHr；(3)誘導(dǎo)輪前置，給液體預(yù)增壓，提高葉輪前壓力；(4)選用耐汽蝕材料（如雙相鋼、高鉻鑄鐵）或表面激光熔覆，延長壽命。32.試分析板框壓濾機與帶式壓榨過濾機在脫水機理、適用物料、能耗三方面的差異。答案：脫水機理：板框以靜態(tài)過濾為主，依靠泵壓使液體透過濾布，固體在框內(nèi)形成濾餅，后期可隔膜壓榨；帶式以動態(tài)過濾+機械壓榨，重力脫水后進入楔形區(qū)、壓榨輥，剪切與擠壓聯(lián)合作用。適用物料：板框?qū)毯?%～10%的細黏物料適應(yīng)性強，濾餅可洗滌；帶式適合固含量≥5%、顆粒較粗、易脫水物料，如市政污泥、礦渣。能耗：板框過濾階段能耗為泵送能耗，壓榨為短時高壓，單位產(chǎn)量電耗0.5～1.2kWh/t干泥；帶式需連續(xù)驅(qū)動張緊、調(diào)偏，輥壓功率大，電耗0.8～1.5kWh/t，且沖洗水泵亦耗電，綜合略高。33.某化工廠需將20℃清水由地面儲槽送至20m高、常壓的高位槽，流量要求80m3/h，管路總阻力損失∑h_f=4.5m，當(dāng)?shù)卮髿鈮?00kPa，汽化壓力2.3kPa，泵必需汽蝕余量NPSHr=3.5m，密度ρ=998kg/m3。試：(1)計算泵所需揚程H；(2)判斷該泵最大允許安裝高度Z_max；(3)若實際安裝高度4m，是否安全？答案：(1)揚程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，則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)實際4m<5.98m，安全。34.簡述壓力容器疲勞設(shè)計的基本思路，并說明為何對焊接接頭表面打磨可顯著提高疲勞壽命。答案：基本思路：按JB4732，采用應(yīng)力分析設(shè)計路線，通過彈性應(yīng)力計算得到峰值應(yīng)力幅，結(jié)合材料設(shè)計疲勞曲線，計算允許循環(huán)次數(shù)，要求大于實際循環(huán)次數(shù)并取安全系數(shù)20。對焊接接頭，需將應(yīng)力集中系數(shù)K_t、板厚修正、表面粗糙度修正引入疲勞強度降低系數(shù)。打磨作用：焊縫余高與咬邊是應(yīng)力集中源，打磨降低幾何不連續(xù)，使K_t由2～3降至1.2～1.5，表面裂紋萌生壽命提高一個數(shù)量級以上；同時消除微裂紋與咬邊缺陷，減少裂紋源，故壽命顯著提高。五、計算題（共30分）35.一臺單級雙吸離心泵，額定轉(zhuǎn)速n=1480r/min，葉輪外徑D?=360mm，出口寬度b?=28mm，葉片出口角β?=30°，容積效率η_v=0.96，機械效率η_m=0.97，流動效率η_h=0.90，液體密度ρ=1000kg/m3。假設(shè)入口無預(yù)旋，忽略葉片厚度阻塞，試：(1)計算理論揚程H_t；(2)求實際揚程H；(3)當(dāng)流量Q=600m3/h時，計算軸功率P_shaft。答案：(1)圓周速度u?=πD?n/60=π×0.36×1480/60=27.95m/s。徑向速度c_r2=Q/(2πD?b?×3600/600)=600/(3600×2π×0.36×0.028)=2.62m/s。切向速度c_u2=u?-c_r2/tanβ?=27.95-2.62/tan30°=27.95-4.54=23.41m/s。理論揚程H_t=u?c_u2/g=27.95×23.41/9.81=66.7m。(2)水力效率η_h=0.90，實際揚程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。軸功率P_shaft=P_e/(η_v×η_m×η_h)=98.1/(0.96×0.97×0.90)=117.9kW。36.某立式攪拌反應(yīng)器，內(nèi)徑1.2m，設(shè)計壓力1.6MPa，材料16MnR，常溫屈服強度R_eL=345MPa，抗拉強度R_m=510MPa，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，腐蝕裕量C?=2mm，鋼板負偏差C?=0.3mm。按GB150計算筒體所需最小壁厚δ_n，并圓整至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。答案：計算厚度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。設(shè)計厚度δ_d=δ+C?=7.79mm，名義厚度δ_n=δ_d+C?=8.09mm，圓整至10mm標(biāo)準(zhǔn)板。六、綜合分析題（20分）37.某石化廠循環(huán)氫離心壓縮機運行三年后，出現(xiàn)如下現(xiàn)