《化工设备机械基础》复习题

一、填空题

1.         和断面收缩率φ是衡量金属静载荷下塑性变形能力的指标。

2.碳溶解在α-Fe中形成的固溶体称为        ，溶解在γ-Fe中形成的固溶体称为        ；碳不能完全溶解在铁中时，铁和碳形成的化合物Fe3C叫做          。

3.钢材中含有杂质硫时，会造成钢材的        性增加；含有杂质磷会造成钢材的       性增加；钢中溶解的氢原子会引起钢的       、白点等缺陷。

4.容器结构一般由壳体（筒体）、         、 法兰、        、接口管和人孔等组成。

5.用钢板卷制而成的筒体，其公称直径指的是       。

6.壁厚附加量C由钢板负偏差和            组成。

7.弹塑性材料从拉伸到断裂所经历的四个阶段是           、 屈服阶段、强化阶段和缩颈断裂阶段。

8.碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量的碳，其强度显著增加。碳原子在铁中的存在形式有         、化合物和         三种。

9.按冶炼质量（硫、磷含量），碳钢可以分为          、优质碳素钢和高级优质钢。其中，20A属于            。

10.薄壁圆筒受内压时，        应力是      应力的两倍。

11.壁厚附加量C由钢板负偏差和            组成。

12.采用单面焊接的局部检测时，其焊接接头系数为         。

大型塔设备的支座通常选用        。

13.弹塑性材料从拉伸到断裂所经历的四个阶段是弹性变形阶段、 屈服阶段、          和缩颈断裂阶段。

14.碳溶解在α-Fe中形成的固溶体称为         ，溶解在γ-Fe中形成的固溶体称为        。

15.45号钢的平均含碳量为         。

16.0Cr19Ni19钢的平均含铬量为         。

17.容器结构一般由         、封头（端盖）、法兰、         、接口管和人孔等组成。

18.用钢板卷制而成的筒体，其公称直径指的是       。

19.采用单面焊接的局部检测时，其焊接接头系数为       。

20.立式塔设备设计时所需要考虑载荷主要有操作压力载荷、        、风载荷 、地震载荷和偏心载荷。

21.淬火后得到的组织是          ，可以增加零件的硬度、强度和耐磨性。

22.用钢板卷制而成的筒体，其公称直径指的是        。

23.         《压力容器》标准是我国压力容器标准体系中的核心标准。

24.薄壁圆筒受内压时，        应力是        应力的两倍。

25.球形壳体的应力计算公式为：           。故当直径与内压相同时，球壳内的应力是圆筒形壳体         应力的一半。

26.壁厚附加量C由钢板厚度负偏差C1和           组成。

27.采用单面焊接的局部检测时，其焊接接头系数为       。

28.立式塔设备设计时所需要考虑载荷主要有操作压力载荷、         、风载荷 、地震载荷和偏心载荷。

29.碳溶解在α-Fe中形成的固溶体称为       ，溶解在γ-Fe中形成的固溶体称为         ；碳不能完全溶解在铁中时，铁和碳形成的化合物Fe3C叫做渗碳体。

30.铁碳合金中，当含碳量小于2.11%时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，这就是       。当含碳量大于2.11%时，部分碳以石墨形式存在于铁碳合金中，称为        。

31.用钢板卷制而成的筒体，其公称直径指的是      。

32.φ32×2.5钢管的内径为         。

33.受外压的长圆筒侧向失稳时波形数为     ，而短圆筒侧向失稳时波形数为      。

34.裙座由裙座体、        、螺栓座及基础螺栓等结构组成。

35.反应釜中使用的轴封装置主要有          和填料密封两种。

二、不定项选择题

1.设计压力为2.5MPa的容器属于       。

A．低压容器     B. 中压容器     C.高压容器     D. 超高压容器

2.从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种凸形封头中，       的受力情况最好。

A．椭圆形封头    B. 碟形封头   

C. 半球形封头    D. 折边球面封头

3.外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（     ）。

A.两个

B.四个

C.大于两个

D.大于四个

4.引起固定管板式换热器温差应力的主要原因有（      ）

A.结构因素     B.材质因素     C.压力因素     D.温差因素

5.下列属于优质碳素钢的是（       ）

A.Q235  B.Q345  C.20  D.20g  E.60   F. 1Cr13

6.自支撑式塔设备校核时所需要考虑的载荷有（       ）

A.操作压力   B.质量载荷    C.风载荷    

D.地震载荷     E.偏心载荷

7.法兰压紧面的型式主要有（       ）。

A.平面型压紧面    B.凸凹型压紧面    

C.榫槽型压紧面     D.锥形压紧面   

8.立式容器的支座形式主要有（      ）。   

A. 耳式支座          B.鞍式支座        

C. 支承式支座        D. 裙式支座

9.搅拌设备具有单独的传动装置，一般包括（       ）。

A.电动机         B.减速装置          C. 联轴器      D.搅拌轴

10.在管壳式换热器设计中，管子在管板上的排列形式主要有（     ）。

A.正三角形排列     B.旋转正三角形排列     

C.正方形排列       D.旋转正方角形排列 

11.下面哪些支座是立式容器的支座（      ）。

A．鞍座       B. 支承式支座    

C. 耳座        D. 圈座

12.引起固定管板式换热器温差应力的主要原因有（      ）

A.结构因素     B.材质因素     

C.操作压力     D.温差因素

13.介质危害性有多种，其中影响压力容器分类的是：（      ）

A.毒性      B. 腐蚀性    C. 氧化性       D. 易燃性

14.外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（      ）

A.两个    B. 四个    C. 大于两个     D. 大于四个

15.下列关于氢腐蚀与氢脆的说法错误的是：（      ）

A.氢腐蚀指高温高压下氢与钢中的碳化合生成甲烷

B.奥氏体不锈钢可以很好地抵抗氢腐蚀

C.氢脆是指钢吸收氢而导致韧性下降的现象

D.碳素钢在500摄氏度以上的高压环境下才发生氢腐蚀

16.根据结构来分，下面各项中不属于管壳式换热器的（      ）

A.固定管板式换热器   B. 蓄热式换热器

C. 浮头式换热器       D. U形管式换热器

17.在管壳式换热器设计中，管子与管板的连接方式有（      ）。

A.焊接形式         B.胀接形式     

C.胀焊结合形式     D.铆接形式

18.为了有利于安全技术管理和监督检查，根据压力容器压力的高低，介质的危害程度，容积大小以及在生产过程中的作用，我国《压力容器安全技术监察规程》将压力容器分为（      ）。

A.I类容器        B.II类容器        C.III类容器      D.IV类容器

19.石油、化工生产用的法兰标准主要有（     ）。

A.容器法兰标准       B.管子法兰标准    

C.钢制压力容器标准   D.压力容器安全技术监察规程

20.直径为D，过渡圆弧半径为r的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上的第一、第二曲率半径分别是：（      ）

a)A. ρ1=r，ρ2=D/2                    B. ρ1=D/2，ρ2=r

b)C. ρ1=∞，ρ2= D/2                  D. ρ1=∞，ρ2=r

21.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的（   ）。

A．低温强度     B. 低温刚度     C. 低温硬度     D. 低温韧性

22.直径为D，过渡圆弧半径为r的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上的第一、第二曲率半径分别是：（    ）。

A. ρ1=r，ρ2=D/2                    B. ρ1=D/2，ρ2=r

C. ρ1=∞，ρ2= D/2                  D. ρ1=∞，ρ2=r

23.设计卧式储存罐双鞍座支承时，两支座的状态应采用：（    ）。

A.两个都固定

B.两者均可移动

C.一个固定，一个移动

D.以上均可

24.按照其用途不同，压力容器可分类为（    ）。

A.储存容器    B.反应容器   C.换热容器     D.分离容器

25.在管壳式换热器设计中，管子与管板的连接方式有（    ）。

A.焊接形式    B.胀接形式     C.胀焊结合形式     D.铆接形式

26.设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压力外，还应考虑法兰的（      ）

A．公称直径      B. 密封面型式      C. 垫片种类      D. 工作温度

27.钢和铸铁是工程应用最广泛、最重要的金属材料，主要由95％以上的铁和0.05％～4％的碳及1％左右的杂质元素所组成的合金称“铁碳合金”，一般含碳量在（    ）范围称为钢。

A.0.02%-2.11%         B.＞2%         

C. ＜0.02%       D. ＞5% 

28.为了有利于安全技术管理和监督检查，根据压力容器压力的高低，介质的危害程度，容积大小以及在生产过程中的作用，我国《压力容器安全技术监察规程》将压力容器分为（   ）。

A.I类容器        B.II类容器       

C.III类容器      D.IV类容器

29.为了消除“圆柱状回转区”和“打旋”现象，应在反应釜中装设（    ）。

A. 加强圈       B.导流筒       C.挡板       D.防冲板

30.下面属于管壳式换热器结构的有：（      ）

A.除沫器

B.导流筒

C.管箱

D.降液管

31.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的（     ）。

A．低温强度     B. 低温刚度     C. 低温硬度     D. 低温韧性

32.低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段（     ）。

A.弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段             

B.弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段   

C.弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段      

D.屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段

33.内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（     ）。

A.低压容器

B.中压容器

C.高压容器

D.超高压容器

34.外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（     ）。

A.两个

B.四个

C.大于两个

D.大于四个

35.下列关于氢腐蚀与氢脆的说法错误的是：（     ）。

A.氢腐蚀指高温高压下氢与钢中的碳化合生成甲烷

B.奥氏体不锈钢可以很好地抵抗氢腐蚀

C.氢脆是指钢吸收氢而导致韧性下降的现象

D.碳素钢在500摄氏度以上的高压环境下才发生氢腐蚀

36.根据结构来分，下面各项中不属于管壳式换热器的（     ）。

A.固定管板式换热器

B.蓄热式换热器

C.浮头式换热器

D.U形管式换热器

37.引起固定管板式换热器温差应力的主要原因有（     ）。

A.结构因素     B.材质因素     C.压力因素     D.温差因素

38.介质危害性有多种，其中影响压力容器分类的是：（     ）。

A.毒性  

B.腐蚀性  

C.氧化性    

D.易燃性

39.法兰联接结构主要由（       ）部分组成。

A.一对法兰          B.垫片          C. 螺栓         D. 螺母

40.搅拌设备具有单独的传动装置，一般包括（       ）。

A.电动机         B.减速装置          C. 联轴器      D.搅拌轴

41.设计压力为2.5MPa的容器属于（      ）。

A．低压容器     B. 中压容器     C.高压容器     D. 超高压容器

42.钢材的强度随温度的升高而  ，韧性和塑性随温度的降低而  。（     ）

A．下降，升高    B．下降，下降    

C．升高，下降    D．升高，升高

43.引起固定管板式换热器温差应力的主要原因有（     ）

A.结构因素     B.材质因素     C.压力因素     D.温差因素

44.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的（     ）。

A．低温强度     B. 低温刚度     C. 低温硬度     D. 低温韧性

45.从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种凸形封头中，（      ）的受力情况最好。

A．椭圆形封头    B. 碟形封头    

C. 半球形封头    D. 折边球面封头

46.下列关于氢腐蚀与氢脆的说法错误的是（    ）。

A.氢腐蚀指高温高压下氢与钢中的碳化合生成甲烷

B.奥氏体不锈钢可以很好地抵抗氢腐蚀

C.氢脆是指钢吸收氢而导致韧性下降的现象

D.碳素钢在500摄氏度以上的高压环境下才发生氢腐蚀

47.设计卧式储存罐双鞍座支承时，两支座的状态应采用（     ）。

A.两个都固定

B.两者均可移动

C.一个固定，一个移动

D.以上均可

48.容器封头的结构形式主要有（      ）。

A.椭圆形封头  B.碟形封头  C.半球形封头  

B.D.球冠形封头  E.锥形封头  F.平板形封头

49.在管壳式换热器设计中，管子与管板的连接方式有（       ）。

A.焊接形式    B.胀接形式     C.胀焊结合形式     D.铆接形式

50.为了消除“圆柱状回转区”和“打旋”现象，应在反应釜中装设（      ）。

A. 加强圈       B.补强圈       C.挡板       D.防冲板

三、判断题

1.对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕度的方法，都能有地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。（     ）

2.假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。（     ）

3.压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。（     ）

4.从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用屈服极限较高的材料。（     ）

5.圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向平行于圆筒的轴线。（     ）

6.当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。（     ）

7.压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来。（     ）

8.塔的最大质量出现在其水压试验时。（     ）

9.法兰联结结构中，垫片是一个不可缺少的元件之一。  （     ）

10.渗碳体与铁素体的混合物叫马氏体。（     ）

11.外压容器采用的加强圈越多，壳壁所需要厚度就越薄，则容器的总重量就越轻。（     ）

12.设计压力为4MPa的容器为高压容器。（     ）

13.容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（     ）

14.一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。（     ）

15.压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。（     ）

16.压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来。（     ）

17.塔的最大质量出现在其水压试验时。（     ）

18.GB150-2011《压力容器》标准中对容器壳体加工成型后（不包括腐蚀裕量）最小厚度按照以下条件确定：对碳素钢和低合金钢制容器最小厚度取≥3mm ，对于高合金钢制容器最小厚度取≥2mm 。（     ）

19.以无缝钢管制成的压力容器其公称直径为钢管的内径。（     ）

20.法兰联结结构中，垫片是一个不可缺少的元件之一。  （     ）

21.薄壁圆筒受内压时，环向应力是轴向应力的两倍。（   ）

22.容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。（   ）

23.从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（   ）

24.决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。（   ）

25.圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向平行于圆筒的轴线。（   ）

26.容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（   ）

27.塔的最大质量出现在其水压试验时。（   ）

28.厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板，其屈服点不同，且厚度为60mm的钢板屈服点大于6mm的钢板。（   ）

29.Q345属于普通碳素钢。（   ）

30.碳钢中磷的存在会导致热脆。（   ）

31.假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。（    ）

32.容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。（    ）

33.从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（    ）

34.容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（    ）

35.压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来。（    ）

36.塔的最大质量出现在其水压试验时。（    ）

37.从管理角度出发，低压容器一定是一类容器。  （    ）

38.厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板，其屈服点不同，且厚度为60mm的钢板屈服点大于6mm的钢板。（    ）

39.Q345属于普通碳素钢。（    ）

40.渗碳体与铁素体的混合物叫马氏体。（    ）

41.对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕度的方法，都能有地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。（     ）

42.假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。（     ）

43.法兰密封中，法兰的刚度比强度更重要。（     ）

44.容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。（     ）

45.从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（    ）

46.决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。（     ）

47.容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（     ）

48.受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。（     ）

49.常压塔最大压应力发生在安装检修时的设备迎风侧。（     ）

50.碳钢中硫的存在会导致冷脆。（     ）

四、简答题

1、低碳钢的拉伸应力-应变示意如图1所示，简要说明各个阶段的名称以及各种极限应力的名称? （本题5分）

图1  拉伸应力-应变曲线图

2、简述“热脆”、“冷脆”、“氢脆”形成的主要原因是什么? （本题5分）

3 、什么是0Cr18Ni9钢的晶间腐蚀？如何防止晶间腐蚀的发生？（本题5分）

4、试解释退火、正火、淬火和回火的含义，并说明其作用。（本题5分）

5、简述内压筒体的计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度之间关系，并标出符号。（本题5分）

6、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？（5分）          

7、画出低碳钢和铸铁的拉伸和压缩应力—应变示意图，简要说明两种材料的的性能差别。（5分） 

8、简述外压容器强度设计过程。（本小题5分）

9、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？（5分）          

10、画出低碳钢和铸铁的拉伸和压缩应力—应变示意图，简要说明两种材料的的性能差别。（5分） 

11、目前我国纳入安全技术监察范围的固定式压力容器必须同时具备的条件主要有哪些？（本小题5分）

12、简述无力矩理论的内容及其表达方程式？（本小题5分）

13、容器进行压力试验的目的是什么？压力试验的主要形式及其顺序是怎样的？ 

14、容器封头（端盖）的结构形式主要有哪些？其中受力最好的封头是那个？制造加工最方便的封头是那个？

15、简述板式塔的主要构件有哪些？各构件的主要作用是什么？

五、计算题

1、某化工厂反应釜。内径Di=1600mm，设计压力P=1.7MPa，材料用0Cr18Ni9Ti，工作温度120℃,.许用应力为，容器的焊缝系数取，壁厚附加量为C1=0.3mm。试设计釜体壁厚。

2、已知：某化工厂需要设计一台反应容器，其内直径为1200mm，工作温度为80-120℃，工作压力为2.0MPa，材料选用20R，120℃时许用应力[σ]=133Mpa，室温时许用应力[σ]=133Mpa，[σ]s=245MPa，其中C1=0.5mm,C2=1.0mm，采用单面对接焊接，100%无损探伤，容器的凸形封头上装有安全阀。

试求：设计该反应容器的厚度，并通过水压试验来校核其强度？ 

3、卧式储罐内径φ=1600mm，壁厚20mm，封头高度H=450mm；支座位置如图所示，L=8000mm，a=1000mm。内储液体，包括储罐自重在内，可以简化为单位长度上的均布载荷q=28N/mm。求罐体上的最大弯矩和最大应力。圆筒的抗弯截面模量为

4、一个低合金钢内压反应塔，筒体内径，标准椭圆形封头，工作压力（装有安全阀），工作温度，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。（，，，）

                 表    钢板负偏差Cl （mm）  

6、某分馏塔，内径Di=800mm，名义壁厚=8mm，塔高H=10m。设计压力P=0.9MPa，设计温度为200℃，材质为16MnR，塔体=170MPa，=345MPa，焊缝系数=0.85，壁厚附加量C=2.0mm，，=1.0。           

① 校核此塔在此设计压力下的强度。

② 校核此塔水压试验时的强度。 

7、图示三角形支架ABC，A、B、C三处为铰链链接。在两杆的连接处B悬挂有重物G=30kN。杆AB和BC材料相同，许用应力[σ]=120MPa。AB、BC两杆直径d分别为25mm、30 mm。试校核此支架是否安全。 (AB和BC两杆的重量不计) 

8、如图所示的简易起重机横梁AB的A端以铰链固定，B端有拉杆BC，起重量W=10KN。AB梁重P=4KN。BC杆自重忽略不计，试求载荷W位于图示位置时BC杆的拉力和铰链A的约束反力。

9、一根钢杆，其弹性模量E=2.1×105MPa，弹性极限σp=210MPa；在轴向拉力P作用下，纵向线应变ε=0.001，求此时杆横截面上的正应力。如果加大拉力P，使杆件的纵向线应变增加到ε=0.01，此时的杆横截面上正应力能否由胡克定律确定？为什么？

10、某固定管板式列管换热器的壳体与管子采用同一材料，热膨胀系数α=11.5×10-1℃，E=2.1×105MPa，管壁平均温度100℃，壳体平均温度40℃，壳体内径800mm，壁厚6mm，管子362根，采用φ32×2.5换热管，求温差应力。

已知温差应力计算公式为：

11、某釜式反应器的搅拌轴由功率N=6kW的电动机带动，轴的转速n=40r/min，由φ×10的无缝钢管制成，剪切弹性模量G=8.0×104 MPa，材料的许用剪应力[τ]=50MPa，许用扭转角。试求：1）校核电动机输出额定功率时轴的强度；2)校核该搅拌轴的刚度。

已知：