化工机械基础复习题

一、名词解释：
1.力偶：力偶就是受到大小相等，方向相反，互相平行的两个力的作用，对物
体产生的是纯转动效应（即不需要固定转轴或支点等辅助条件）P5 2.弹性极限：保证材料不发生不可恢复变形的最高限值的应力值为材料的比例
极限，也可称为弹性极限。

P24
3. 表面淬火：表面淬火是将工件的表面通过快速加热到临界温度以上，在热量
还来不及传导至心部之前，迅速冷却。

P108
4. 打滑：若所传递的圆周力超过带与带轮接触面间的极限摩擦力时，带就会沿
着轮面发生全面滑动，这种现象称为打滑。

P230
5. 焊接：焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子
（分子）间结合力而连接成一体的联接方法。

P130
6. 弹性失稳：在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失
稳.P164
7.蠕变：碳钢构件在超过400℃的高温下承受外力时，虽然外力大小不变，但
是构件的变形却随着时间的延续而不断增长，而且这种变形是不可恢
复的。

高温受力构件所特有的这种现象，称为材料的蠕变。

P29
8.冲击韧性：材料的抗冲击能力常以使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件
的截面面积来衡量，称为材料的冲击韧度。

P102
9.耐热钢：耐热钢是指高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢
P115
10.铁素体：碳溶解在中形成的固溶体称为铁素体。

P105
11.铸铁：工业上常用的铸铁，其含碳量一般在2%以上，并含有S ，p，si，Mn
等杂质。

P111
12.硬度：硬度是指固体材料对外界物体机械作用（压陷、刻划）的局部抵抗能
力。

P101
13.抗拉强度：抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。

P100
14.热处理：钢、铁在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织
以满足所要求的物理、化学与力学性能，这种加工工艺称为热处
理。

P107
15.化学热处理：化学热处理是将零件置于某种化学介质中，通过加热、保温、
冷却等方法，使介质中的某些元素渗入零件表面。

改变其表
面层的化学成分和组织结构，从而使零件表面具有某些特殊
性能。

P108
16.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用所发生的腐蚀称电化学腐
蚀。

P123
17.化学腐蚀：化学腐蚀是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，它
的特点是腐蚀在金属的表面上。

腐蚀过程中没有电流的产生。

18.有色金属：铁以外的金属称非铁金属，也称有色金属。

P116
二、简答题
1.在中低压容器设计中，由于半球形封头受力情况好，因此常常作为最佳的凸形封头被选用。

请分析这句话对不对？
答：不对。

虽然球形封头受力情况最好，但由于制造困难，多用于大型高压容器封头和压力较高的储罐上；而在中低压器器设计中，通常选用的是标准椭圆形封头，其受力情况虽不如球形封头好，但优于碟形封头，制造虽较碟形封头难，但易于球形封头。

2.补强圈与加强圈有什么区别？
答：补强圈是在压力容器开孔部位周围贴焊一层钢圈，目地是补强由于开孔造成的应力集中问题。

一般补强圈面积等于开孔面积。

加强圈是增加容器刚度和提高外压容器的临界压力的方法，加强圈可以焊接在容器的外面，也可以焊接在容器的里面。

尤其在外压容器筒体上适当的增设加强圈更为经济。

3.分析安装在户外的塔体受哪些载荷的作用？说明这些载荷将引起何种变形？
答：安装在户外的塔体主要受工作压力、重量载荷、风载荷、地震载荷以及偏心载荷的作用。

对各种载荷影响的考虑：
（1）工作压力引起拉伸变形；
（2）重量载荷引起的轴向拉伸和压缩变形；
（3）风载荷造成的风弯矩，引起弯曲变形；
（4）垂直地震力引起的轴向拉伸和压缩变形，水平地震力形成地震弯矩，引起弯曲变形；
（5）偏心载荷造成偏心弯矩，引起弯曲变形，同时也产生压缩变形
4.利用弯曲正应力分布规律解释为什么等横截面积、等高的工字梁比矩形截面
梁承弯更合理？
答：弯曲正应力沿截面高度线性分布,在中性轴上各点的正应力为零, 离中性轴愈远处正应力愈大, 在等横截面积、等高的前提下工字梁与矩形截面梁相比, 中性轴附近的金属截面积小, 而离中性轴较远处的金属截面积大。

因此工字梁比矩形截面梁承弯更合理
5.解释弹性失稳及产生弹性失稳的原因?
答：当容器承受外压时，与受内压作用一样，也将在筒壁上产生经向和环向应力，其环向应力值仍为，但不是拉应力而是压应力，如果压缩应力超过材料的屈服极限或强度极限时，和内压圆筒一样，将会发生强度破坏。

然而，这种情况极少发生，往往是容器的强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶皱，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。

这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失稳。

6.下列容器属一、二、三类容器的哪一类？
（1）直径为2000mm，设计压力为1MPa的圆筒形容器
（2）设计压力为3.6MPa的搪玻璃压力容器
（3）设计压力为0.5MPa的管壳式余热锅炉
（4）p为3MPa的氰化氢容器
7.怎样选择化工设备材料？
答：化工设备设计中，材料的选择应首先从强度、塑性、韧性及冷弯性能等多方面综合考虑。

屈服强度、抗拉强度是决定钢板许用应力的依据。

材料的强度越高，容器的强度尺寸（如壁厚）就可以越小，从而可以节省金属用量。

但强度较高的材料，塑性、韧性一般较低，制造困难。

因此，要根据设备具体工作条件和技术经济指标来选择适宜的材料：（1）一般中、低压设备可采用屈服强度为235—345MPa级的钢种；（2）直径较大、压力较高的设备，最好采用普通低合金钢，强度级别宜用400MPa级或以上；（3）如果容器的操作温度超过400℃，还需要考虑材料的蠕变强度和持久强度。

8.常见的焊接缺陷有哪些？怎样进行焊接质量检测？
答：常见的金属焊接缺陷有以下几种：
（1）焊接变形
（2）焊缝的外部缺陷：①焊缝增强过高；②焊缝过凹；③焊缝咬边；④焊瘤；
⑤烧穿。

（3）焊缝的内部缺陷：①未焊透②夹渣③气孔④裂纹
检验焊缝的方法有：
（1）外观检查
（2）无损探伤：①X射线检验；②还有超声波探伤；③磁力探伤。

（3）水压试验和气压试验
（4）焊接试板的机械性能试验
9.下列容器属一、二、三类容器的哪一类？
(1) 直径为2000mm，设计压力为20Mpa的废热锅炉
(2) 设计压力为0.6Mpa的氟化氢气体储罐
(3) 设计压力为1.0Mpa的搪玻璃压力容器
(4) p为4Mpa的剧毒介质容器
答：（1）为三类容器；（2）为二类容器；（3）为二类容器；（4）为三类容
器
10.常见的焊接方式有哪些？激光焊与传统焊接方式比较有哪些优点？
答：焊接方式有：电弧焊，氩弧焊，气焊，摩擦焊，埋弧焊，电阻焊，等离子焊，激光焊等。

激光焊接的特点：
1. 被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深宽度比高，焊缝强度高。

2. 焊接速度快，焊缝窄，表面状态好，免去焊后清理等工作，外观比传统焊接美观。

3. 激光焊接可焊接难以接近的部位，施行非接触远程焊接，具有很大的灵活性。

11.锅炉和压力容器用钢板的具体要求有哪些？
答：（1）中、常温容器材料应具有较高的工作温度强度及室温强度；
（2）高温容器材料应具有足够的蠕变强度和持久强度；承受疲劳载荷的容器材料应具有足够多的疲劳强度。

（3）良好的塑形、韧性和冷弯性能；
（4）较低的缺口敏感性；
（5）良好的焊接性能和其他加工工艺性能；
（6）良好的冶金质量。

12. 受内压薄壁筒体上如何开椭圆孔？钢板卷制、圆筒形容器，纵焊缝与环焊
缝哪个易裂？为什么？
答：在设计过程中，如在筒体上开椭圆孔，应是其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。

圆筒形容器，纵焊缝比环焊缝容易裂，因为筒体的纵向焊缝受力大于环向
焊缝。

13. 怎样进行水压试验？
答：设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持30min以检查有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。

14. 为什么进行水压试验？
答：按强度、刚度计算确定的容器壁厚，由于材质、钢板弯卷、焊接及安装等制造加工过程不完善，有可能导致容器不安全，会在规定的工作压力下发生过大变形或焊缝有渗漏现象等，故必须进行压力试验予以考核。

15. 齿轮传动的优缺点
答：齿轮传动的主要优点是：
（1）适用于圆周速度和功率范围广
（2）效率较高，一般
（3）传动比准确
（4）寿命较长
（5）工作可靠性较高
（6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。

齿轮传动的主要缺点是：
（1）要求较高的制造和安装精度，成本较高
（2）不适宜远距离的两轴之间的传动。

16 带传动的优缺点
答：（1）由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转平稳，噪声小。

（2）可用于两轴中心距较大的传动。

（3）由于它是靠摩擦力来传递运动的，当机器过载时，带在带轮上打滑，
故能防止机器其他零件的破坏。

（4）结构简单，便于维修。

（5）带传动在正常工作时有滑动现象，它不能保证准确的传动比。

（6）带传动的效率较低（与齿轮传动比较），约为87%~98%。

三、计算题
1. 某工厂有一脱水塔，塔体内径为Di ＝1000mm ，名义壁厚δn ＝15mm ，设计工作温度为200℃，内部压力为1.8MPa 。

材质为20R ，塔体采用手工电弧焊，单面焊，局部探伤，φ可取0.8，壁厚附加量为C ＝2mm ，试校核塔体强度与水压试验强度。

，
解：已知Di ＝1000mm ，δn ＝15mm ，C=2mm 。

δe=δn －C ＝13mm 。

P=1.8MPa ，
20R
在200℃时的许用应力[σ]200=126.6Mpa ，φ=0.8
设计温度下塔体的计算应力为：
φ[σ] 180=0.8×126.6=101.3MPa 因σt ＜φ[σ] 180 ，所以，塔体的强度是足够的。

水压试验时的试验压力
水压试验时的应力为
20R 的σs=245MPa ，
0.9φσs=0.9×0.8×245=176.4MPa，因σT ＜0.9φσs
MPa D P e e c t 0.17201420312)310010(1.82)
(i ==⨯+⨯=+=δδσa 25.211.825.1][][25.1200MP P P T =⨯⨯==σσa 1.76152101525.22)
(MP D P e e i T T =⨯⨯=+=δδσ
故水压试验强度足够。

2.DN2000的低碳钢外压圆筒，筒体长4000mm，壁厚10mm，两侧封头凸面高度
600mm，介质轻度腐蚀，C2可取1mm。

试计算筒体能承受的许可外压，并判断
发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数是等于2还是大于2？
钢板厚度 4.5～5.5 6～7 8～25 26～30 32～34 36～40 负偏差0.2 0.6 0.8 0.9 1 1.1。