作业-给排水设备工艺(黄廷林 主编) (课后答案)

第一章水工艺设备常用材料

1. 金属材料的基本性能包括哪几个方面的内容？你认为水工艺设备对金属材

料的哪些性能要求更高？怎样才能满足这些要求？答：使用性能：1 化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性。2 物理性能：密度，熔点，热膨胀系数，导热性以及弹性模量等。3 机械性能：弹性，塑性，强度和韧性。工艺性能：可焊性，可锻性，切削加工性，成型工艺性，热处理性能。我觉得水工艺设备对金属材料的强度，刚度和抗腐蚀性的性能要求更高。按照实际的工程需要，通过不同材料间的比较，从中选出较优的材料。

2. 影响钢材性能的因素主要有哪些？答：碳是决定钢材的主要元素，随含碳量增加，钢的强度和硬度将不断提高，而塑性和韧性则会随之下降。硫是一种有害元素，产生“热脆”现象。磷也是一种有害元素，产生“冷脆”现象。锰是一种有益元素，作为脱氧剂和合金元素，减轻硫的有害作用，提高钢的强度和硬度。硅是一种有益元素，作为脱氧剂和合金元素，提高强度，硬度，弹性，降低塑性和韧性。氧，氮：未除尽的氧氮大部分以化合物形式存在，降低强度，冷弯性能和焊接性能。氧增加热脆，氮增加冷脆。钛，钒，铌：钢的强脱氧剂和合金元素，改善韧性，提高强度。

3. 不锈钢有哪些类型？在酸性介质、碱性介质及中性水溶液中是否可以选用同一种不锈钢？简述理由。答：按显微组织为马氏体不锈钢，铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。按化学成分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。不可以，因为不同介质溶液中PH值不同，对不锈钢的化学反应都不一样，所以不能用同一种不锈钢，应该有所针对的选择。

4、高分子材料主要有哪些类型？耐蚀有机高分子有哪些类型？各有什么特点？答：按照化学组分分：碳链有机聚合物、杂链有机聚合物、元素有机聚合物、无机聚合物。常用于水工程及水工艺设备中的高分子材料有：塑料、橡胶、纤维和胶粘剂等。耐蚀有机高分子类型有：热塑性树脂、工程塑料类、热固性树脂等。热塑性树脂中聚乙烯、聚丙烯的应用占主流。工程塑料类虽然有优异的耐腐性能，但因其价格的原因，

在中等的腐蚀环境中首选的仍是价廉易得、加工容易的材料。热固性树脂大多制成复合材料使用。

5.复合材料主要有哪些性能特点？

答：比强度和比刚度高，抗疲劳性能好，减振能力强，高温性能好，断裂安全性高。

第二章、材料设备的腐蚀、防护与保温

1. 什么叫氢蚀？它对钢的性能有什么影响？答：氢蚀是指在高温高压环境下，氢进入金属内与一种组分或元素产生化学反应使金属破坏。氢蚀后使钢材力学性能下降，强度、塑性下降，呈脆断性破坏、氢蚀一旦发生，便无法消除，是不可逆的。

2. 什么叫极化？极化对金属腐蚀有什么影响？随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会受到阻滞而变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。

3. 什么叫阴极去极化？阴极去极化可以通过哪些途径来实现？其中最常见、最重要的阴极去极化反应是什么？消除阴极极化的方法或手段就叫阴极去极化。根据阴极极化产出的原因，可采取两种方法实现去极化：1.提高阴极反应速度，消除活化极化；2.加快反应物或产物向阴极表面和离开阴极表面的迁移速度。7 K. 常见的阴极反应中最典型的是：氢离子和氧分子的阴极还原反应。

4. 什么是金属的全面腐蚀、局部腐蚀？局部腐蚀包括哪些类型？答：全面腐蚀是腐蚀分布在整个金属表面，结果是金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。局部腐蚀是腐蚀集中在金属表面局部区域，而其他大部分表面几乎不腐蚀。分为电偶腐蚀，小孔腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，选择性腐蚀，盈利腐蚀，腐蚀疲劳，磨损疲劳和细菌腐蚀。

5. 试从腐蚀发生的条件、机理、影响的因素和控制的途径等方面比较小孔腐蚀和缝隙腐蚀的异同。答：点腐蚀和缝隙腐蚀的比较点腐蚀和缝隙腐蚀两者的发展阶段的机理是一致的，但是它们的诱发机理和发生过程则有所不同。前者是由于材料的钝态或保护层的局部破坏所引起,通过形成点蚀源而发展起来的;后者则是因介质的电化学不均匀性所引起，腐蚀一开始就在缝隙条件下受闭塞电池的作用。从电极电位来看，发生和发展缝隙腐蚀的电极电位比点蚀更低。从介质来看，缝隙腐蚀在不含氯离子的溶液中也会发生，而点蚀则多在含有特殊的活性阴离子条件下才会发生。

6. 有哪几种阴极保护形式？各有什么特点？阴极保护时，被保护设备处于什么状态，为什么？答：阴极保护:1)外加电流的阴极保护：将被保护的金属设备与直流电源的负极相接，进行阴极极化。优点是可以调节电流和电压，适用范围广，可用在要求大保护电流的条件下，当使用不溶性阳极时，其装置耐用。缺点是必须经常进行维护，检修，要配备支流电源设备；附近有其他金属设备时可能产生干扰腐蚀，需要经常的操作费用。

2)牺牲阳极的阴极保护：在被保护的金属设备上连接一个电位更负的金属，使被保护金属设备发生阴极极化。优点是不用外加电流，施工简单，管理方便，对附近设备没有干扰，因此，适用于安装电源困难，需要局部保护的场合。缺点是能

产生电位差及输出电流量都是有限的，只适于需要小保护电流的场合。且电流调节困难，阳极消耗大，需定期更换。

阳极保护是将被保护的金属设备进行阳极极化，使其由活化态转入钝化态，从而减轻或防止金属设备腐蚀的方法。原理是若将处于腐蚀区的金属进行阳极极化，使其电位移至钝化去，则得到保护。适用条件：某些活性阴离子含量高的介质中不宜采用阳极保护，存在遮蔽效应，成本高，工艺复杂。

7. 阳极保护适用于什么样的金属－介质体系？答：适用于那些电位正移时，金属设备在所处的介质中有钝化行为的金属-介质体系。

8. 缓蚀剂的类型有哪些？缓蚀剂的工作原理？缓蚀剂按其控制的腐蚀反应分为阳极型、阴极型和混合型三种类型。

1、阳极缓蚀剂经化学吸附过程被吸附在金属表面，本身形成一层膜，或与金属离子反应后形成膜。

2、阴极缓蚀剂使金属形成它本身的金属氧化物保护膜。

3、阴阳缓蚀剂与水中可能变成腐蚀产物的成分发生反应。

9.设备保温的目的是什么？在哪些情况下需要保温？保温材料的基本要求有哪些？

答：目的：减少热损失，节能，降低总费用；满足热水用户的使用要求；满足一定的劳动卫生条件，保障人身安全。1、当管道或设备外表面的温度大于50度时。2、要求介质温度保持稳定的管道和设备。3、防止管道，设备中的介质冻结或结晶时。4、管道，设备内介质温度较高，需经常操作维护而又容易引起烫伤的部位。5、寒冷地区铺设在地沟，吊顶，阁楼层以及室外架空的管道。要求是保温性能好，导热系数小，良好的耐温性，一定的使用温度范围，性能稳定，能长期使用。容重要小，并有一定的孔隙率，抗压强度大于0.3MPa，无毒，无腐蚀作用，可燃物少，吸水率低，易于制造成型，而且价格要便宜。

第三章水工艺设备理论基础

1. 圆柱壳的薄膜应力有哪些特点？如何计算它们的薄膜应力σω和环向

应力σθ？

2. 如何确定圆筒壁的计算厚度δ？

3. 容器的封头分为哪几类？凸型封头：半球形封头，半椭球型封头，带折边球形封头和无折边球形封头。锥形封头：无折边锥形封头和带折边锥形封头。平板型封头。

4. 机械制造中的基本工艺方法有哪些？答：一般是由：原动机、传动装置、执行部件、辅助系统、控制系统组成

5. 金属的压力加工主要包括哪些方式？答：压力加工方式有轧制、拉丝、挤压、自由锻造、模型锻造、薄板冲压等

6.简要说明各种焊接方法的特点和适用条件。1.省材料与工时。与其他链接方式相比，所需配件少，工序短。2能化大为小，拼小为大。3由于接头金属的原子组成了新的结晶，连接质量好。4适用范围：焊接常用于制造金属结构或机器零件。非金属材料如塑料、玻璃、陶瓷等也可以焊接。焊接作为机械加工的一种主要方法在设备制造及工业生产中发挥着无可替代的作用。

7. 什么是导热系数？它受哪些因素的影响？温度梯度为1度/w时，单位时间通过单位面积的热量；受物体本身的种类，结构成分和密度的影响，还受温度，湿度，压力的影响。

8.影响对流换热的因素有哪些？答：1，流体流压力的原因。2，流体流动的状态。3，流体物理性质。4，流体的相变。5换热表面的状态。

9.什么是凝结换热？答：介质在饱和温度下由气态转变为液态过程称为凝结。当蒸汽与低于饱和温度的固体壁面接触时，就会放出汽化热而凝结下来，称为凝结换热。

10. 什么是辐射换热？两个温度不同且互不接触的物体之间通过电磁波进行的换热过程。辐射换热是各种工业炉、锅炉等高温热力设备中重要的换热方式。

第5章给水排水工程设备焊接基础知识

1.压容器法兰及其密封面和密封垫片分别有那些形式？如何正确选用压力容器法兰及其密封面和密封垫片？答：法兰形式：（1）甲型平焊法：适用于公称直径较小、公称压力也较小的压力容器。（2）乙型平焊法兰：适用于公称直径较大而公称压力也较大的压力容器。（3）长颈对焊法兰：适用范围是最大的，可用于中、高压压力容器。法兰密封面的形式：（1）平面型密封面：使用于内压较低且介质无毒的容器。（2）凹凸型密封面：一般用于高压场合。（3）榫槽型密封面：使用于有毒或易燃、易爆介质的容器。法兰式密封垫片：（1）非金属软垫片：可用于三种类型的法兰上，但不适用于榫槽型的密封面。（2）缠绕式垫片：只能用于乙型和长颈法兰。（3）金属包垫片：只能使用于乙型和长颈对焊法兰

2.管法兰及其密封面和密封垫片各有哪些形式？答：管法兰：板式平焊法兰、带颈对焊法兰、带颈平焊法兰、承插式法兰、平焊环松套板式法兰、翻边松套板式法兰。管法兰的密封垫片：石棉橡胶板垫片、柔性石墨复合垫片、聚四氟乙烯包覆垫片、金属缠绕垫片、金属齿形组合垫片、金属环垫。

3.卧式容器和立式容器的支座分别有哪些形式？答：卧式：鞍座、圈座、支撑式支座。立式：腿式、支撑式、耳式、裙式支座。

4安全阀的作用是什么？各类安全阀分别有哪些特点？

答：作用：当容器超压时能自动泄放压力，保证压力容器的安全运行。

特点：（1）重锤杠杆式安全阀的特点：结构简单；可通过移动重锤在杠杆上的位置和改变重锤的重量来调整和校正安全阀的开启压力；而且所施加的荷载不会因阀瓣的升高而增大；性能不大受高温的影响。但是重锤杠杆式安全阀的尺寸大，易受振动而发生介质泄漏。（2）弹簧式安全阀：结构紧凑、灵敏度较高，安装方位不受限制，对振动不敏感。（3）全启式安全阀：开始式阀瓣，开启高度较大，细瓣与密封面之间形成的通道面积较大。（4）微启式安全阀：阀瓣开启的高度较小，制造、检修和调节比较方便。（5）全闭式安全阀：排出的气体全部排入排气管。（6）半封闭式安全阀：排出的气体大部分通过排气管排放，小部分从阀道与阀杆的间隙中漏出。（6）敞开式安全阀：排出的气体全部通过弹簧从阀顶端泄出，利于弹簧降温。

5爆破片分哪几类？常用的爆破片有哪些

四类拉伸型压缩型剪切型和拉伸建剪力型

常用 D正拱谱拉伸型正拱开缝型翻拱型剪切型弯曲性

6水工艺常用的调料有哪几类

滤料离子交换剂吸附剂蜂窝斜管填料降气塔反应塔调料软填剂

7水工艺设备中常用水装置有哪些形式

（1）喷洒型（2）溢流型（3）冲击型（4）上想留填料客器份人布水装置

第6章给水排水工程设备地上管线设计基础

1搅拌设备的功能是什么？在水处理工艺中搅拌器主要作用是什么？简述其工作原理？

功能：搅拌设备的功能有混合、搅动、悬浮和分散四种。

作用：在水处理工艺中，搅拌设备主要用于药剂的溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。

工作原理：通过搅拌在溶液中产生循环和剧烈的涡流，达到药剂与水快速充分混合的目的。

2常用机械搅拌器有几种形式？他们之间的区别是什么？

常用的机械搅拌器有：桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器。

它们之间的区别在于用途不同：

桨式搅拌器的转速低，主要用于药剂溶解和混合；

推进式搅拌器能使液体做循环流动，以循环为主，循环速率高，剪切作用小，上下翻腾效果好，适于药剂溶解与悬浮操作；

涡轮式搅拌器分为开启式和圆盘式，桨叶有平直叶、弯叶和折叶。涡轮式搅拌器比桨叶式搅拌器的桨叶数量多，桨的转速高，可使液体均匀地由垂直方向的运动改变成水平方向的运动，自涡轮流出的高速液流沿切线方向散开，从而在整个液体内得到剧烈搅动。这种搅拌器广泛用于快速溶解和进行乳化操作。

第7章塔设备、换热设备及传动设计概述

3曝气设备的功能是什么？在水处理工艺中曝气器的主要作用。

功能是采取一定得技术措施，通过曝气装置将空气仲的氧气转移到曝气池的液体中，以供给好氧生物新陈代新所需要的氧量，同事对池内水体进行充分均匀地混合，打到神武出黎的目的。主要作用有连个一是充氧二是搅拌混合

第8章换热设备

1. 试述新型卧式容积式换热器与新型立式容积式换热器相对传统容积式换热器的改进之处和它们的特点。答：容积式换热器是带有贮热容积的间壁式换热设备，具有加热冷水和贮备热水两种功能，又叫贮存式换热器，有卧式和立式两种形式。主要由壳体（罐体）和换热管组成。容积式换热设备有传统的容积式换热器、新型卧式容积式换热器、新型立式容积式换热器、浮动盘管容积式换热器等。传统的容积式换热器分卧式和立式两种形式。其优点是：1）兼具换热、贮热功能；2）被加热水通过罐体阻力损失很小；3）对热媒要求不严；4）结构简单，管理方便，可承受水压，噪声低。缺点是：1）传热效果差、一级换热难以满足使用要求；2）容积利用率低；3）体积大，一次投资高；4）水质易受污；5）不节能。新型卧式容积式换热器针对传统卧式容积式换热器而言：（1）提高了传热系数；（2）提高了容积利用率；（3）面积小；（4）节能；（5）换热系统简化。新型立式容积式换热器针对传统立式容积式换热器而言：（1）传热系数K值提高；（2）提高了容积利用率；（3）节能效果明显；（4）阻力增大；（5）系统简化，方便维修使用。浮动盘管容积式换热器分卧式和立式两种形式。与U形管换热器相比，其优点是：（1）提高了传热系数K值；（2）提高了容积利用率；（3）自动除垢，减小了检修工作量。其主要缺点是热媒短路。另外，盘管卧置用于汽—水换热时，会造成汽水撞击和噪声。每次汽水撞击都可能使管束与分水立管、集水立管连接处脱焊，损坏管束。浮动盘管容积式换热器内部盘管的形式有立式螺旋形和水平螺旋形两种

2. 试述容积式换热设备的特点。

答：半容积式换热器主要由贮热水罐、内藏式快速换热器和内循环水泵三个部分组成。半容积式换热器的特点是：（1）容积利用率高；（2）传热系数K值高；（3）被加热水阻力损失小；（4）换热器体积小；（5）构造简单；（6）节能；（7）减少设备数量；（8）罐型小，重量轻，便于安装、维修。

3. 常用的快速式换热设备有哪些？各自的特点是什么？答：快速式换热器有壳程式、板式、螺旋板式等几种，建筑给排水工程中使用较多的是壳程式。壳程式换热器结构较简单、操作可靠、可用各种结构材料（主要是金属材料）制造、能在高温高压下使用，是目前应用最广的类型。

板式换热器具有传热系数高、结构紧凑、密封可靠、金属消耗量低、组装使用灵活（传热面积可以灵活变更）、拆装清洗方便等特点。螺旋板换热器的优

点是结构紧凑、占地面积小，流动阻力较小，造价低，缺点是清洗检修困难，承压能力低。

第9章分离设备

1.气浮分离设备有哪几种？它们的共同点是什么？答：按产生气泡的方式不同，气浮分离设备可分为微孔布气气浮设备、压力溶气气浮设备和电解气浮设备等多种类型，其中压力溶气气浮设备应用最广泛。它们的共同点是工作原理基本相同，即通过向水中加入压缩空气或抽真空等方法，在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面，从而实现固液分离。

2. 离子交换膜与反渗透膜的区别是什么？它们各自的渗透机理是什么？答：区别：离子交换膜是由聚电解质制成的，聚电解质是一种功能高分子材料，最常用的是离子交换树脂，它不溶于水，但能吸收水分而溶胀，并发生电离。离子交换膜用于渗析装置，是带电荷的膜，根据所带电荷可分为阴膜、阳膜和复合膜（或镶嵌膜）三类。反渗透膜是一种多孔性膜，具有良好的化学性质。反渗透膜为一种半透膜，只能通过溶液中某种组分，不具有离子交换性质，属中性膜。渗透机理：离子交换膜的渗透机理是离子交换膜对离子透过的选择性，即不同电荷的离子在膜内的迁移速度有很大的差别。反渗透膜的透过机理是选择性吸附与毛细管流，即界面现象和压力下流体通过毛细管的综合结果。反渗透膜是一种多孔性膜，具有良好的化学性质，当溶液与这种膜接触时，由于界面现象和吸附作用，对水优先吸附或对溶质优先排斥，在膜面上形成一纯水层，被优先吸附在界面上的水以水流的形式通过膜的毛细管被连续排出。

3. 膜组件有哪几类？膜按照分离精度大体分为：微滤、超滤、纳滤、反渗透。

4. 常用的膜分离设备有哪些？它们是如何工作的？从净化水质原理方面简单

概括膜分离设备所说的膜与微生物膜有什么区别？

答：膜分离设备有渗析设备、电渗析设备、反渗透设备、纳滤设备、超滤设备和微滤设备.电渗析设备是利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择性，在直流电场的作用下，使溶液中的阴、阳离子在隔室内发生离子迁移，分别通过阴、阳离子交换膜从而达到除盐或浓缩的目的。反渗透设备是利用反渗透原理进行工作的。超滤、微滤和纳滤设备也是依靠膜和压力来进行分离的，但是利用膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在介质压力作用下，小

于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔径的大分子溶质则被截留。分离特性：反渗透＞纳滤＞超滤＞微滤＞过滤。

第10章污泥处置设备

1．污泥在脱水之前为什么还需要进行浓缩？答：因污泥含水率非常高，所以污泥体积很大，输送、处理和处置都不方便。污泥通过浓缩设备的浓缩后，可将污泥颗粒间的空隙水分离出来，减小污泥的体积，为后续处理和处置带来方便，如减少消化池的容积、减少消化所需耗热量、减少脱水机台数，降低脱水所需絮凝剂的投加量，节省运行成本。

2．带式压滤机是如何工作的？有何特点？影响带式压滤机脱水效果的因素是什么？答：带式压滤机的工作原理是把压力施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水。带式压滤机的特点是：操作简便，可维持稳定的运转；结构紧凑、简单，低带运转，易保养；处理能力高、耗电少，允许负荷有较大范围的变化；无噪声和振动，易于实现密闭操作。影响带式压滤机脱水效果的因素脱水效果主要有滤带的速度和张力

第11章计量与投药设备

1. 简要说明转子流量计、电磁流量计、质量流量计的工作原理，以及它们在水工艺与水工程中主要适用于哪些流体的计量，适用条件有何差别。答：电磁流量计：原理：电磁感应。特点：无阻流元件，阻力损失极微，流场影响小，精确度高，直管段要求低，腐蚀性液体和含有固体颗粒的液体都可以测量。适用于导电性流体的流量测量。

质量流量计：原理：柯里奥斯力。特点：可直接测量质量流量，与被测介质的密度、压力、温度、黏度、电导率、流速和流动状态无关。被测介质中均匀分布的气体、固体小颗粒、同样对测量的精度五明显影响。根据质量流量，可以计算并显示被测介质的总质量、部分质量、总体积、部分体积。并可独立地测量和显示被测介质的温度和密度。

2. 药剂投加主要有哪几种形式？它们各自的适用条件是什么？答：投加设备是将处理药剂加到需处理水中的设备，有干投和温投两种，湿式投加设备有计量加药泵和水射器，典型干式投加设备有投矾机。水射器常用于向压力管内投加药液。因水射器满足不了所需的抽提输液量的要求，有效动压水头和射流的排出压

力常受到限制。干式投矾机用于投加松散的易溶解的颗粒状固体药剂。干式投矾机的安装高度较复杂，不能用于易潮解结块药剂的投加