【正文】 式換熱器中的浮頭式換熱器。 摘要換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器的種類很多，但是根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式上的不同基本可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。同時結合所選定的材料和工作環(huán)境制定相應的焊接工藝。換熱器的應用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。而管式換熱器又可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器。浮頭式換熱器如圖1所示，浮頭式換熱器對固定管板式換熱器的缺陷上做了改進，這類換熱器和管束對熱膨脹是自由的，浮頭端設計成可拆卸式，方便檢修、清洗，但結構較復雜，浮頭端小蓋在操作時無法知道泄漏情況，所以在安裝時要特別注意其密封情況。本次設計的是雜醇油冷卻器，冷卻器操作參數如下：表21 冷卻器操作參數循環(huán)水雜醇油設計壓力Mpa進口溫度℃出口溫度℃流量kg/h出口溫度℃進口溫度℃流量kg/hT1=30T2=40100000T3=40T4=14025000由《化工原理》P285，查得：循環(huán)水的定性溫度：Tmc=1/2(30+40)=35℃給出雜醇油液體的定性溫度：Tmh=1/2(140+40)=90℃在定性溫度下，得到流體物性如下表：表22定性溫度下流體物性參數密度kg/m3比熱容（Kj/kg因為管殼式換熱器結構較簡單，操作可靠，單位體積具有的傳熱面積較傳熱效果較好，同時其制造材料范圍廣泛。但是由于殼程不易檢修與清理，因此殼程流體應是不易結垢的物料。但是其管內清洗比較困難，所以管內流體必須潔凈；且管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差。綜合以上幾種換熱器的優(yōu)缺點以及工藝液體介質的性質因此選用浮頭式換熱器作為雜醇油的冷卻器。計算熱負荷Qh=WhCph(th1th0)=25000(14040)=106KJ/h=Qc=WCCpc(tcitco)=100000(4030)=106KJ/h=因QcQh，所以取Qh為總傳熱量。則流體通過管間最大截面積為：A=hD1dot==流速為：U0=wρA=25000/(3600825)=de=4（t2π4d02）πd0=4（）π=雷諾數：Re=deuoρμ=103=4625普蘭特準數：Pro=CPOμλO=103=殼程中雜醇油被冷卻，=1所以有：α0=（μμw）==587W/(m2℃)(3)總傳熱系數計算和校核 參考[4]《換熱器設計手冊》P105附錄1，知道：管內、外側污垢熱阻分別取為：Rsi=104m2=QK?tm=10335431=該換熱器實際換熱面積：Sp=πd0LNnc=636615=那么換熱器的面積為：φ=S0SPSp==%此裕度在15%25%之間，符合設計要求。?Pc的檢驗1 熱流體側的壁溫tth=TmhK?tm1αi+RSO=903543213419+=℃2 冷流體側的壁溫ttc=TmcK?tm1α0+Rsi=35+354321587+=℃3 金屬壁的溫度由公式：t0tw1α0+Rso=twti1αi+Rsi代入數據得tw=℃第三章 結構設計與強度計算 ①、根據設計任務書要求， ②、設計溫度是換熱器在正常工作情況下，設定的元件金屬溫度，在任何情況下，金屬的表面溫度不得超過材料的允許使用溫度，設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達到的最高溫度，本設計中，介質工作最高溫度為140℃，因此我們取設計溫度為t=150℃。④、壓力容器法蘭和管法蘭的內直徑應考慮腐蝕余量。所以：計算厚度δd=+2=鋼板的名義厚度：鋼板的厚度負偏差C1的選取，查HG205801998，對于GB665496的鋼板，對于所有厚度，其厚度負偏差為0mm，取其名義厚度為12mm，即δn=12mm。所以可以確定殼體厚度為12mm。 考慮到介質腐蝕性相同的原則，且對于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料為16MnR，厚度計算方法同筒體相同，但由于管程流體的最高工作溫度大于殼程流體的溫度140℃，因此設計溫度應為t=150℃，此時16MnR的許用應力值為σt=170MPa，因此在此設計溫度下，管箱短節(jié)的計算厚度為：δ1=8002170=考慮到腐蝕余量和最小厚度要求，取名義厚度為δn1=12mm 材料依然選擇16MnR，選擇標準橢圓形封頭，根據JB/T473795P3，選擇以內徑為基準，類型代號為EHA，型式參數為：Di/2(Hh)=2。由Di/2(Hh)=2及已知條件可算出：h=25mm標記：EHA DN8001216MnR JB/t47462002 根據GB150—1999 中封頭得計算厚度按下式計算δ= =18002170=式中：應力增強系數K=1（采用標準橢圓封頭） 查JB/ T47062002,=（100%無損檢測） 根據GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于16MnR鋼板可取厚度負偏差=0mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于 1 mm取腐蝕裕量=2mm。筒體有效厚度由JB/ T47062002，附錄B，表B2， ，=12mm，Di=800mm查得封頭質量M=。由JB/T47002000，表2，法蘭選用鍛件16MnII,。由JB/T47002000，表2，選用纏繞墊片，種類為特制石棉填充帶；查JB/T47052000，表1，有0Cr13,代號為5；由JB/T47052000，表4，當DN=800mm，PN=，查得D=865,d=825； 由JB/T47052000，圖1，見下圖：圖23 管箱纏繞墊片查GB1501998，表92，查得：墊片系數m=，比壓力y=69MPa；選管箱墊片與管箱側墊片一致。 A型與B型的兩種螺柱選用原則如下。所以當法蘭與螺柱間在工作狀態(tài)下溫差較大時，應選用B型螺柱。這種連接的結構特點是被連接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結構簡單，裝拆方便，使用時不受被連接件材料的限制，因此應用極廣。 螺栓連接的強度計算，首先是根據連接的類型，連接的裝配情況，載荷狀態(tài)等情況，確定螺栓的受力；然后按相應的強度條件計算螺栓危險截面的直徑或校核其強度。③ 法蘭應力（整體法蘭） a．軸向應力 其中: ——法蘭頸部最小端有效厚度——法蘭頸部最大端有效厚度——法蘭頸部高度，參數——法蘭頸部有效厚度==48mm ； ； 由GB1501998，圖97，得： 由K=，在GB15098查表95，得：表33 U 由GB1501998，圖93，得：整體法蘭系數 則：由GB1501998，圖94，得：整體法蘭系數 則，參數 b．徑向應力 法蘭有效厚度： c．切向應力 ④ 應力校核a． 軸向應力 其中：——設計溫度下圓筒材料許用應力=170Mpa。綜上所述，管箱法蘭設計符合要求。C．螺栓設計載荷 a．預緊狀態(tài)螺栓設計載荷： b．操作狀態(tài)螺栓設計載荷：2．浮頭法蘭的設計計算參看[7]壓力容器法蘭JB/T47002000,表1，選用長頸對焊法蘭，密封面型式為凸面。 設計厚度 名義厚度圓整后可取檢查：時，、無變化且滿足封頭選型時的假設，故取封頭的名義厚度合適。C受外壓時球冠形封頭的計算厚度確定 取A、B中的較大值，即，取名義厚度②受外壓浮頭法蘭厚度計算（GB1511999，） 因部分參數與受內壓的參數相同，這里只就不同參數加以計算說明： A法蘭力矩a預緊狀態(tài)下法蘭力矩 b操作狀態(tài)下的法蘭力矩=B法蘭厚度計算 預緊狀態(tài) 操作狀態(tài) 預緊狀態(tài)下法蘭厚度 操作狀態(tài)下法蘭厚度 法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠形封頭厚度的兩倍，則===90mm（3）浮頭法蘭及球冠形封頭厚度確定綜合上述兩種情況，根據GB1511999規(guī)定：球冠形封頭，浮頭法蘭應分別在管程壓力Pt作用下和殼程壓力Ps作用下進行內壓和外壓的設計計算，取其大者為計算厚度，即球冠形封頭厚度 浮頭法蘭厚度查JB/T47462002附錄1，得DN=800mm,總深度H=104mm，內表面積A=，容積V=，封頭質量M=標記： PSH DN8001016MnR JB/T47462002鉤圈分A、B兩種。根據GB1511999中B型鉤圈的設計計算式，其中為管板厚度。管板是管殼式換熱器的主要部件。對管板的設計，除了滿足強度要求外，同時應考慮其結構設計。查GB1511999, ，表16，允許偏差為；換熱管與管板采用先焊后脹的形式。即圓整為48mm。校核合格不用再計算。開孔以后，出削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連續(xù)性被破壞，會產生很高的局部應力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設計必須充分考慮開孔補強問題。否則需另行補強。根據《壓力容器設計手冊》表1—2—23查的不銹鋼鋼管的標準尺寸為：殼程、管程的標準尺寸：159 。 = 強度削弱系數 接管有效厚度。4. 有效補強面積 筒體的有效厚度 筒體多余金屬面積接管計算厚度接管多余金屬面積A2=2h1δetδtfr+2h2(δetδt)fr（焊腳取10mm） 則有那么開孔后不需另行補強了。查表45得拉桿的結構參數見下表所示。根據GB1511999，隔板厚度=14mm；分層隔板的材料與管箱材料一樣，采用16MnR，槽寬為12mm。4 滑道設計滑道焊雨折流板下部預設的槽內，與管束成為一個整體，在拖拉管束時起導軌作用，以防折流板破壞。折流板圓缺面水平裝配，見下圖。6 防沖板設計（GB1511999，）當管程采用軸向入口或換熱管內平均流速超過3m/s時，要設置防沖板如圖215，以減少流體的不均勻和對換熱管管端的沖蝕。9 鞍式支座的選用 根據JB/T471292選用120176。換熱管發(fā)生震動，首先的條件就是要有激震源，而殼體流體的流動就是誘發(fā)和維持管子震動的激振能源。在做設計之前，我們查找了許多換熱器方面的書，我們很清晰地認識了換熱器的結構、制造、安裝以及清洗等方面的知識，為我們接下來的設計做了很好的鋪墊！ 在整個設計過程中，許多參數是沒有直接給出的，需要我們自己動手去搜集資料，計算公式也要根據已有的經驗進行選擇，因此必須查閱大量的文獻資料與設計手冊，以獲得時所需的設計數據。在此向邢靜宜老師表示深深的感謝和崇