化工设备机械基础试题库

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一、填空

力学基础部分

1．在外力的作用下,杆件可产生变形的基本形式为轴向拉、压、剪切、扭转、弯曲。

2．就所受外力而言,受剪切直杆与受弯的梁二者之间的区别是受剪横向外力作用线相距很近、受弯横向外力作用线相距很远。

3．从工程意义上讲,材料的破坏可分为二类,一类是脆性断裂破坏,应采用第一或二强度理论解释其破坏原因；另一类是屈服流动破坏,应采用第三或四强度理论解释其破坏原因。

4．碳钢和铸铁都是铁塑性材料；而铸铁是典型的脆性材料。和碳组成的合金,但是它们却有非常明显的性能差别,低碳钢是典型的

5．碳钢和铸铁都是铁和碳组成的合金。一般来说,对钢材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表现在硫使钢材发生热脆,磷使钢材发生冷脆。

6．碳钢和铸铁中的主要化学元素除铁外还有碳% 时为碳钢；如果组成的合金中碳含量大于% 时为铸铁。,如果组成的合金中碳含量小于

7．就钢材的含碳量而言,制造压力容器用钢与制造机器零件用钢的主要区别是制造容器用低碳钢,而制造机器零件用中碳钢。其主要原因是低碳钢有良好的塑性与焊接性能,中碳钢可以通过调质提高其综合机械性能。

8．从应力角度看,等壁厚、内径和内压均相同的球形容器比圆筒形容器具有优越性,二者经向应力相同,而周向（环向）2倍。应力不同,圆筒形容器是球形容器

9．受气体内压的锥形壳体,壳体上的薄膜应力随距锥顶经向距离的增大而增大,锥顶处应力为零,最大应力位于锥底处。

10．标准椭圆形封头的长、短半轴之比等于2,这种封头的最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,最大压应力位于壳体的赤道。

11．标准椭圆形封头最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,位于壳体的赤道出现经向的最大压应力,其绝对值与最大拉应力值相等。

12．边缘应力的两个基本特征是局部性,自限性。

13．圆锥壳与圆柱壳的连接点A处圆锥壳的第一主曲率半径为_______,第二主曲率半径为________。

锥顶处B点的第一主曲率半径为__________,第二主曲率半径为_________。15．我国钢制压力容器常规设计所遵循的国家标准的名称是《钢制压力容器》,标准号是GB150-1998。

16．对于用钢板卷焊的压力容器筒体,用它的内径作为其公称直径,如果压力容器筒体是用无缝钢管直接截取的,规定用钢管的外径作为其公称直径。

17．钢板卷制的容器的公称直径是其内径,钢管制作的容器的公称直径是其外径；管子的公称直径既不是管子的内径也不是管子的外径,而是与管子外径相对应的一个数值。

18．壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度,对于碳素钢、、低合金钢制压力容器,不小于3mm；对于高合金钢制压力容器不小于2mm。

19.金属材料的腐蚀按破坏的形式分为均匀腐蚀与非均匀腐蚀,其中均匀腐蚀在容器设计阶段考虑腐蚀裕量即可保证容器强度。

20．计算压力Pc,设计压力P,最大工作压力Pw与安全阀的起跳压力Pk,四者之

间的关系应该是Pc≥P≥Pk≥Pw。

21．设计压力P,最大工作压力Pw,安全阀的起跳压力Pk与允许最大工作压力[P], 四者之间的关系应是[P]≥P≥Pk≥Pw。

22．压力容器的主要受压元件有压力容器筒体、封头（端盖）、人孔法兰、人孔接管、开孔补强圈、设备法兰、换热器的管板和换热管、膨胀节、M36以上的设备主螺栓、公称直径大于250mm的接管及管法兰等。（选5个）

23．进行压力容器零部件的机械设计应满足强度、刚度、稳定性、耐久性、气密性、节约材料和便于制造、运输、安装、操作及维修均应方便等要求。（选5个）24．钢制圆筒形容器Di=2000mm,内压P=,材料[σ]t=113Mpa,φ=1,则容器的最小壁厚δmin应为3mm。

25．图纸标注的容器壳体壁厚指的是名义厚度δn,可以用来承受介质压力的厚度是有效厚度δe。

标准零部件选用

26．压力容器用法兰有甲型平焊、乙型平焊、长颈对焊三种结构型式。

27．压力容器开孔补强结构主要有补强圈补强、厚壁管补强、整锻件补强三种。28．中低压法兰密封面形式常用的有平面型、凹凸型、榫槽型三种。

29．中压容器的压力范围是≤P<10Mpa。

二、回答下列问题

1.加强圈和补强圈的作用有什么不同

加强圈用来缩短外压容器的计算长度,提高外压容器的抗失稳能力,而补强圈用来

进行开孔扑强,降低开孔接管处的应力集中系数。

2.标准椭圆形封头在承受内压时规定其δe≥%Di,为什么

标准椭圆形封头在承受内压时,在赤道处产生环向压缩薄膜应力,如封头的厚度过薄,封头在赤道处可能被压出褶皱,发生失稳。为避免失稳现象发生,规定其δe ≥%Di。

3.什么是金属材料的高温蠕变现象

金属材料在高温时,在一定的应力下,应变随时间延续而增加,逐渐产生塑性变形的现象。

4.等面积补强法的原则是什么

处于有效补强范围内的可起补强作用的金属截面积等于或大雨开孔所削去的壳体承压所需的理论截面积。

5.什么是“18-8”钢的晶间腐蚀

“18-8”钢在450℃-850℃短时加热时,晶间处C与Cr发生反应,而晶粒内部的Cr来不及向晶界扩散,使晶界成为“贫Cr区”,其含量低于钝化所需的最低含Cr量（%）,从而在腐蚀介质中,晶界处被腐蚀。这种现象称为“18-8”钢的晶间腐蚀。

6.利用弯曲正应力的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

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。

三、判断正误并说明理由

1．图纸标注的容器壳体厚度指的是名义厚度δn,即可以作为依靠来承受介质压力的厚度。

前半句对,后半句不对。可以作为依靠来承受介质压力的厚度是有效厚度δe。2．对同一公称直径和公称压力的标准法兰,材料不同,法兰的尺寸也不同,但法兰实际承压能力不变。

不对。法兰尺寸相同,而承压能力改变。

3．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。

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。

4．因为封头的尺寸不能太多,压力容器筒体的直径必须按一定的公称直径系列来选取,而不是单纯按化工工艺要求来确定。

对。因为封头是标准零部件,结构尺寸按公称直径系列标准化,容器筒体与之焊接或通过设备法兰与之连接,同一公称直径系列的封头与筒体才能对接。所以压力容器筒体的直径必须按一定的公称直径系列来选取,而不是单纯按化工工艺要求来确定。

四、选择填空

1．平面一般力系简化结果可能是（）。

①合力不为零, 合力偶矩为零。②合力为零, 合力偶矩不为零。

③合力为零, 合力偶矩也为零。④合力不为零, 合力偶矩也不为零。

2．通过金属材料简单拉伸试验可得到材料的机械性能指标有（）。

①E ②Ψ③δ④σs ⑤σb ⑥Ak

3．可用于制造压力容器的下列钢号的板材有（）。

①0Cr18Ni9Ti ②20R ③ Q235-B ④45 ⑤16MnR

4．承受气体内压的标准椭圆形封头的最大应力发生在（）。

①顶点②赤道③中部④不确定

6．压力容器的设计温度是指（）。

①介质温度②环境温度③壁温

7．提高外压容器的抗失稳能力的途径有（）。

①选用高强度的钢材②增加容器的相对壁厚

③配制加强圈

8．管法兰的公称直径指的是（）。

①管子的内径②管子的外径③管子的中径④管子的公称直径9．容器在正常操作情况下的最大工作压力是指（）。

①容器顶部可能出现的最高工作压力

②容器底部的压力加上液柱静压

③容器底部可能出现的最大工作压力

10．为卧式容器配制鞍式支座时,若封头切线与鞍座中心线的距离为A,封头切线

之间的距离为L,容器的外径为D0,那么A应满足的条件为（）。

①A≤②A≤③A ≤④A≤

一、填空题

1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。

2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。

3、受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）的整数。

4、现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN（150）mm和DN（250）mm两种。

5、防腐（发生什么腐蚀有何措施）P37~44

6、薄膜理论：P69

7、自支撑式塔设备设计时，除了考虑操作压力以外，还必须考虑（自重载荷）、（风载荷）、（地震载荷）、（偏心载荷）等载荷。

8、椭圆形封头（标准椭圆形封头怎样定义）K=1。P100-101

16Mn R 16: %含碳量，Mn:合金元素 R：容器钢

Q235-A·F F：沸腾钢 Q:钢材屈服点Q235-A A:甲类钢

20g g:锅炉钢

二、判断题

1、材料的屈强比（σS/σb）越高，越有利于充分发挥材料的潜力，因此，应极

力追求高的屈强比。（×）

2、弹性模数E和泊桑比μ是材料的重要力学性能，一般钢材的E和μ都不随

温度的变化而变化，所以都可以取为定值。（×）

3、蠕变强度是表示材料在高温条件下抵抗发生缓慢塑性变形的能力；持久强度

表示材料在在高温抵抗断裂的能力；冲击韧性则表示材料在外加载荷突然袭击时及时和迅速塑性变形的能力。（×）

4、在承受内压的圆形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）

5、薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R1＝R2，则该点的两向应

力σθ=σm。（√）

6、依据弹性失效理论，容器上一处的最大应力达到材料设计温度下的屈服点σt S

时，即宣告该容器已经“失效”。（√）

7、安全系数是一个不断发生变化的数据，按照科学技术发展的总趋努，安全系

数将逐渐变小。（√）

8、假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何

大的外压下也不会发生弹性失稳。（×）

9、法兰密封中，法兰的刚度比强度更重要。（√）

10、无缝钢管做筒体时，公称直径是指它们的外径。（√）

11、材料的屈强比（σS/σb）越高，越有利于充分发挥材料的潜力，因此，应极

力追求高的屈强比。（×）

12、弹性模数E和泊桑比μ是材料的重要力学性能，一般钢材的E和μ都不随

温度的变化而变化，所以都可以取为定值。（×）

13、蠕变强度是表示材料在高温条件下抵抗发生缓慢塑性变形的能力；持久强度

表示材料在在高温抵抗断裂的能力；冲击韧性则表示材料在外加载荷突然袭击时及时和迅速塑性变形的能力。（×）

14、因为内压薄壁容器的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则

壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（×）

15、因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以在任何情况下，都必须首

先考虑采用半球形封头。（×）

16、依据弹性失效理论，容器上一处的最大应力达到材料设计温度下的屈服点

σt

时，即宣告该容器已经“失效”。（√）

S

17、安全系数是一个不断发生变化的数据，按照科学技术发展的总趋努，安全系

数将逐渐变小。（√）

18、假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何

大的外压下也不会发生弹性失稳。（）

19、法兰密封中，法兰的刚度比强度更重要。（√）

20、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的内径。（√）

21．图纸标注的容器壳体厚度指的是名义厚度δn,即可以作为依靠来承受介质压力的厚度。

前半句对,后半句不对。可以作为依靠来承受介质压力的厚度是有效厚度δe。22．对同一公称直径和公称压力的标准法兰,材料不同,法兰的尺寸也不同,但法兰实际承压能力不变。

不对。法兰尺寸相同,而承压能力改变。

23．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。

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。

24．因为封头的尺寸不能太多,压力容器筒体的直径必须按一定的公称直径系列

来选取,而不是单纯按化工工艺要求来确定。

对。因为封头是标准零部件,结构尺寸按公称直径系列标准化,容器筒体与之焊接或通过设备法兰与之连接,同一公称直径系列的封头与筒体才能对接。所以压力容器筒体的直径必须按一定的公称直径系列来选取,而不是单纯按化工工艺要求来确定。

四、简答题

1、管子和管板连接方式有哪些有何优缺点P199

2、生产中采取什么措施进行温度补偿P214

3、化工过程开发有哪些方法

A 、相似放大法

B 、逐级经验放大法

C 、数学模拟放大法

D 、部分解析法

2、下列钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义（8分）

代表 普通碳素钢（钢种），其中Q 为 屈服强度的头一个拼音字母，215为屈服强度值，B 表示质量等级，F 表示沸腾钢。

20A 代表高级优质碳素钢，20为含碳量%。

15MnVDR 代表普通低合金钢，含碳量%左右，含Mn 小于%，含V 小于%，D 表示低温用钢，R 代表容器用钢

H80 代表 黄铜（钢种），H 为黄铜牌号，80 表示平均含铜80%，含锌20%。

5、下列容器属一、二、三类容器的哪一类（4分）

（1）

直径为2000mm ，设计压力为1MPa 的圆筒形容器 （2）

设计压力为的搪玻璃压力容器 （3）

设计压力为的管壳式余热锅炉 （4） p 为3MPa 的氰化氢容器

（1）为一类容器；（2）为三类容器；（3）为二类容器；（4）为三类容器。

1、一个低合金钢内压反应塔，筒体内径mm D i 1000=，标准椭圆形封头，工作

压力MPa 0.2（装有安全阀），工作温度C 0270，塔体采用单面手工电弧焊，100%无损探伤，内部介质有轻微腐蚀性。设计塔体壁厚，并校核水压试验强度。（[]MPa t 144=σ，[]MPa 170=σ，MPa s 345=σ，()s e

e i T T D p ?σδδσ9.02≤+=）（10分） 表 钢板负偏差C l （mm ）

解：根据题意，mm C 12=，9.0=?，MPa p 1.2205.1=?=

[]mm C p pD t i

d 17.90.105

.129.01442100005.1222=+?-????=+-=?σδ 再加上钢板负偏差mm C 8.01=，然后圆整，取mm n 10=δ厚。

水压试验校核：

()()MPa D p e e i T T 5.1902

.822.8100014417005.1225.12=?+????=+=δδσ MPa s 5.2793459.09.09.0=??=?σ，

s T ?σσ9.0<，

所以水压试验时强度足够。

2、DN2000的低碳钢外压圆筒，筒体长4500mm ，壁厚10mm ，两侧封头凸面高度

600mm ，介质无腐蚀。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。（8分）。 （3

02.2???? ??=D E p e cr δ，()05.2059.2D L D E p e cr δ=，MPa E 5102?=） 解：mm C 8.01=，mm C 12=，mm L 490026003

14500=??+= mm D D L e cr 370942.82020202017.117.100=?=?=δ cr L L <，为短圆筒，发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数2>n 。 ()

MPa D L D E p e cr 224.02020490020202.810259.259.25

.2505.20=??? ????? ?????==δ []MPa m

p p cr 075.0==

3、如图所示，两端固定的变截面直杆在连接处受到70kN 的力，已知：215cm A =，2

24cm A =，

2

1/200m GN E =，22/250m GN E =，求出两端约束反力的大小并画出轴力图。（9分）

解： ()

4

93

149312

222111

110410250105.07010510200102.00

--?????--?????==+=?P P A E L P A E L P L

所以 kN P 501=，kN P 202=，方向都是向左。