【正文】 （ ）換熱管的外徑越大，管束的臨界橫流速度越高。紊流抖振頻率 。這種振動即為流體彈性激振。由于旋渦的產(chǎn)生和脫落是交替的，因此該推力FL方向也是交替變化的，如圖所示。（如圖d所示）這個雷諾數(shù)區(qū)稱為亞臨界區(qū)。 旋渦的產(chǎn)生與脫離符合一定的規(guī)律，這種規(guī)律與雷諾數(shù)Re有關(guān)。對于管子與管板間采用脹接連接的換熱器，由于管子與管板間的連接是靠脹接產(chǎn)生的殘余壓緊力來保證的，管子振動引起的殘余應(yīng)力松馳現(xiàn)象會使其連接強度和密封性能下降甚至消失；對于管子與管板之間采用焊接連接的換熱器，換熱器的振動作用會在管子與管板的連接焊縫處產(chǎn)生很大的交彎曲應(yīng)力，并在較短時間內(nèi)引起泄漏；對于管子與管板采用脹焊結(jié)合連接的換熱器，管子的振動作用會使脹合效果稍微有點下降，但對管子與管板的焊縫作用較少，故振動對其損害較小。因為這樣的換熱器折流板間距較大、 殼程流速較高，而氣體或蒸氣的阻尼較小。這些激振力可以歸納為兩大類：機械激振力和流體引起的激振力。試確定該筒體的厚度，并進行液壓試驗校核。 (╳)25．內(nèi)壓容器的液壓試驗壓力PT = P [σ]/[σ]t是指試驗壓力的上限。（a）14 mm (b) 13 mm (c) mm (d) 前三項選擇都不對17．外壓容器設(shè)置加強圈的目的是為了 （d） 。時，應(yīng)采用 帶過渡段的折邊 結(jié)構(gòu)。設(shè)計溫度與設(shè)計壓力一起作為設(shè)計載荷條件。3．應(yīng)力評定對殼壁應(yīng)力，管壁應(yīng)力,管子與管板連接處的拉脫力應(yīng)滿足：=≤　　　　　　　　　　　　　　　　 　(533) =≤ (534)當(dāng)0時，還要求||=當(dāng)應(yīng)力評定中有一項或幾項不能滿足要求時，就需要設(shè)置膨脹節(jié)或調(diào)節(jié)有關(guān)尺寸。管板的受力分析將換熱器各部件假想地分解開后，其各部件之間內(nèi)力作用如圖512所示，共存在14個未知內(nèi)力：作用在封頭與法蘭之間的彎矩、徑向剪力，軸向力；作用在管板的圓形布管區(qū)與環(huán)形不布管區(qū)之間即半徑為處的彎矩，徑向力，軸向剪力；作用在環(huán)形的不布管區(qū)與殼體法蘭之間即半徑為處的彎矩，徑向剪力，軸向力；作用在殼體法蘭與殼體之間的彎矩、徑向剪力，軸向力；作用在墊片上的軸向內(nèi)力與作用在螺栓圓上的螺栓力。管程壓力Pt為正，殼程壓力Ps為負時按（1）計算浮頭蓋厚度，取計算壓力值為Pt與Ps之和。三、有一承受內(nèi)壓的圓筒形容器，最高工作壓力。（具體計算不作要求）例題講解[例4]內(nèi)壓容器封頭壁厚的確定試確定內(nèi)壓容器封頭厚度。換熱器的實際應(yīng)用中，封頭承受外壓情況較為少見。4．碟形封頭厚度按式（56）計算： mm (56)式中：──碟形封頭球面內(nèi)半徑，mm； ──碟形封頭過渡區(qū)半徑，mm；M──應(yīng)力增強系數(shù)：M= （3+）。一、強度計算 1．平蓋封頭 當(dāng)平蓋封頭與筒體焊接時，按圓平板承受均布載荷考慮，用系數(shù)K保證周邊支撐對強度的影響，其厚度計算式為：=Dc[例2]內(nèi)壓容器強度校核有一臺擱置的舊換熱器，其材料為Q235B，實測外徑為Do=800mm，最小壁厚為。2．當(dāng)時（1）用與第1條相同的步驟得到系數(shù)B值；但當(dāng)時，應(yīng)按式(519)計算系數(shù)A值： (519)系數(shù)A，取A =。4．壓力試驗前的應(yīng)力校核 （1）液壓試驗時： （2）氣壓試驗時： 符號：——壓力試驗時的應(yīng)力，Mpa ——材料在試驗溫度下的屈服點，MPa五、焊接接頭系數(shù)——指材料在焊接時，焊縫區(qū)的強度由于各種因素的影響而有所降低，為了保證安全，在材料的許用應(yīng)力前乘以一個系數(shù)，這個系數(shù)就稱為焊接接頭系數(shù)。名義厚度為標注在圖樣上的厚度。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可以忽略液柱靜壓力。3．滑道滑道的結(jié)構(gòu)有滑板、滾輪、滑條等形式。拉桿公稱直徑不得小于10 mm，數(shù)量不得少于4根。按圖447所示介紹管箱結(jié)構(gòu)，如何拆裝。分為外填料函浮頭式、單填料函滑動管板式和 雙填料函滑動管板式三種。 排除不凝性氣體 不凝性氣體的存在對傳熱效果影響很大，故應(yīng)在上部死角處設(shè)置排氣口以排除不凝性 氣體。因為如果冷凝液膜在換熱管表面積累變厚，將對傳熱效果有較大的影響，為防止此種情況故一般采用臥式結(jié)構(gòu)。（按圖440簡單介紹）第四節(jié) 冷凝器結(jié)構(gòu) 冷凝器是換熱器的一種，但因在傳熱過程中發(fā)生相變，故傳熱效果與結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系，因此單獨介紹一些應(yīng)注意的地方。一般折流板應(yīng)在換熱管的有效長度上等間距布置。最小厚度由筒體公稱直徑和換熱管無支撐跨距按表413選取。（1）弓形：分為單弓和多弓，如圖433所示。強調(diào)管子發(fā)生塑性變形而管板發(fā)生彈性變形，故不能用于高溫，其他方法一帶而過，用制造方法回應(yīng)適用范圍）機械滾脹法優(yōu)點：耐反復(fù)熱循環(huán)、抗熱沖擊及軸向力、更換修補容易、無縫有縫均適用、操作簡單成本低。一般長度限制在6m一下，~4m最為常見。如圖418所示。分程隔板槽的布置管程：分程數(shù)量為偶數(shù)，分程時應(yīng)注意使各管程的換熱管數(shù)大致相等，隔板槽形狀簡單、 密封面長度較短，程數(shù)不宜過多。開孔位置 開孔種類：換熱管孔、拉桿孔、螺栓孔（兼作法蘭）Ⅰ 換熱管孔布置：常見的四種排列方式：三角形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角正方形排列。是在薄管板基礎(chǔ)上研發(fā) 的新型管板。 因此，管板的強度計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計相當(dāng)重要，其準確性與否及是否合理直接 影響整臺換熱器的安全、成本及產(chǎn)品質(zhì)量。三、是非題管程數(shù)是指換熱管的根數(shù)，一般為奇數(shù)。支座的計算。 （講述過程中舉例具體說明）第五節(jié) 管殼式換熱器的設(shè)計內(nèi)容 管殼式換熱器的設(shè)計包括下面五個方面的內(nèi)容，這五方面相互交叉，不斷調(diào)整。（例溫差應(yīng)力的考慮、密封性的考慮等）3．能完成工藝要求——有足夠的傳熱面積、介質(zhì)有良好的有利于傳熱的流動狀態(tài)，經(jīng)濟上較合理。C——對于鋼制換熱管，I級管束時為I，II級管束時為II。）四、管殼式換熱器的型號表示方法管殼式換熱器型號的組成： X——前端管箱形式代號（如表11所示）Y——殼體形式代號（如表11所示）Z——后端結(jié)構(gòu)形式代號（如表11所示）DN——換熱器的公稱直徑（mm），對卷制圓筒為其內(nèi)直徑，對鋼制圓筒為鋼管的外徑，對釜式重沸器，用分數(shù)表示，分子為管箱內(nèi)徑、分母為殼體內(nèi)徑。優(yōu)點：填料函結(jié)構(gòu)較浮頭簡單，檢修清洗方便；無溫差應(yīng)力，（具備浮頭式換熱器的優(yōu)點，消除了固定管板式換熱器的缺點）。結(jié)構(gòu)特點：只有一個管板和一個管箱，殼體與換熱管之間不相連，管束能從殼體中抽出或插入。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在相同管束情況下其殼體內(nèi)徑最小，管程分程較方便。（說明多折流板不表示多殼程，強調(diào)軸向往返次數(shù)）幾點說明：不是所有管殼式換熱器都有后端管箱，如U形管式換熱器則沒有后端 管箱。換熱管置于由殼體圍成的空間中，兩端與管板相連，管板與殼體及管箱相連，把換熱器分為兩大部分空間，即殼程和管程。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴展表面換熱器等。容器標準化的基本參數(shù)是：公稱壓力PN、公稱直徑DN。如：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐等。三、化工容器的分類容器的分類方法很多，可以按生產(chǎn)過程中的作用原理分，也可以按容器形狀、承壓性質(zhì)、結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計壓力高低及安全監(jiān)察要求分。1．筒體、封頭：就如同房子四周的墻，它是構(gòu)成容器空間的主要部件（屬主要受壓元件）。（說明： 由于工業(yè)生產(chǎn)中約10%~40%的設(shè)備為換熱設(shè)備，而換熱設(shè)備中最為常見、普遍的是管殼式換熱器，故在本課程中我們將以管殼式換熱器為例，學(xué)習(xí)壓力容器的具體設(shè)計方法，包括選擇材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計，受壓元件的強度計算，以及設(shè)計、制造、檢驗中的相關(guān)要求等。 （由于化工容器幾乎都承受壓力載荷，通常直接稱其為壓力容器。4．支座：是用于支承容器的部件。按設(shè)計壓力高低分類：內(nèi)壓容器按其設(shè)計壓力高低，可分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器、超高壓容器容器分類設(shè)計壓力(Mpa)低壓容器中壓容器高壓容器超高壓容器≤P＜ ≤P＜1010≤P＜100P≥100按照在生產(chǎn)過程中的作用原理分類：反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和儲存容器四種（1）反應(yīng)容器：完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。按安全監(jiān)察要求分類：根據(jù)容器承受的壓力、介質(zhì)危害程度、P*V乘積及生產(chǎn)過程中的重要性，可以分為：一、二、三類容器。換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。 （1）前端管箱——是指有管程入口的那一則的管箱。一般為偶數(shù)，主要有12等。固定管板式換熱器組成：管箱、管板、換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管等。優(yōu)點：不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，浮頭可拆分，管束易于抽出或插入，便于檢修和清洗。填料函式換熱器組成：管箱、管板、管束、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管、填料函等。）釜式重沸器 它是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器殼體的變形，主要是將殼程空間加倍增大，結(jié)構(gòu)上留有一定的蒸發(fā)空間。d——換熱管的外直徑（mm）。1．選型時要考慮的因素有：材料、介質(zhì)、壓力、溫度、溫差、壓降、結(jié)垢情況、檢修清理方法等各種因素。高溫高壓時，可選用U形管式換熱器。換熱器封頭的選擇及厚度計算。（ ） (a) 固定管板式換熱器 (b) 填料函式換熱器 (c)U形管式換熱器 (d)浮頭式換熱器有某型號為：的換熱器，其中的1000為（ ） （a）公稱換熱面積 (b)換熱器的公稱長度 (c)換熱器公稱直徑 (d) 管程壓力為1000Kg/m2二、填空題管殼式換熱器的主要元件有： 、 、 、 、 等。四、問答題：固定管板式換熱器，浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器等。（均簡要講解）薄管板 由于機械應(yīng)力與溫差應(yīng)力相互矛盾，因此希望在滿足強度條件下管板越薄越好（溫差應(yīng)力?。?。（即便管子與殼程連接處泄漏，殼程介質(zhì)不會污染管程介質(zhì)）雙管板保持合適間距的原因：雙管板孔錯位及雙管板溫差均會在管束上引起彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，通過設(shè)置一定的間距，可使彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力限定在許可范圍之內(nèi)。（按圖410介紹式444的意義，強調(diào)換熱管外表面在Di范圍內(nèi)）Ⅱ 拉桿孔的布置：拉桿孔位置根據(jù)拉桿位置確定，一般應(yīng)均勻布置于管束的外邊緣。3．兼作法蘭：筒體與管板的端面（凹槽或凸臺）進行焊接。 換熱管層數(shù)過多會影響直管段的長度。1．脹接ⅰ 適用范圍（各國要求不同，我國以GB151為準）GB1511999中規(guī)定強度脹接的應(yīng)用范圍為：設(shè)計壓力小于等于4MPa；設(shè)計溫度小于等于300℃；操作中無劇烈振動，無過大溫度變化及明顯的應(yīng)力腐蝕。（我國標準推薦427）簡單介紹其他焊接方法3．脹焊并用ⅰ 適用范圍密封性要求高的場合；承受振動或疲勞載荷的場合；有間隙腐蝕的場合；采用復(fù)合管板的場合ⅱ 連接方法強度脹+密封焊；貼脹+強度焊；對密封要求較高時可用強度脹+貼脹+密封焊；強度焊+強度脹+貼脹ⅲ 連接次序一般先焊后脹（說明原因，先脹后焊將影響焊接質(zhì)量。（3）螺旋形：用于殼程流體含有固體顆粒的場合，如圖437所示。間隙小則裝配困難，間隙大又影響傳熱，折流板自身強度降低，但加工方便，穿管方便。三、折流桿一種新型結(jié)構(gòu)，尚在研發(fā)中。冷凝介質(zhì)粘度大或流量小 此時讓冷凝介質(zhì)走殼程可提高滯動程度，增大雷諾數(shù)以提高傳熱系數(shù)。 冷凝蒸汽走管程 為使冷凝液膜能快速流走而不堆積需采用立式結(jié)構(gòu)。1．固定端管箱主要用于固定管板式換熱器及U形管式換熱器。（僅管板滑動）（3）雙填料函滑動管板式：如圖446所示。（1）拉桿形式：螺紋連接：拉桿與管板采用螺紋連接，折流板靠定距管固定間距，適用于外經(jīng)大于等于19 mm的管束。以焊在筒體較為常見，簡介其常見形狀。設(shè)計壓力Pd——指設(shè)定的容器頂部的最高壓力。（標志在設(shè)備銘牌上的設(shè)計溫度應(yīng)是殼體設(shè)計溫度）三、厚度（單位為mm）1．計算厚度——按公式計算得到的厚度。耐壓試驗試驗壓力1．液壓試驗：2．氣壓試驗： 注意：以公式計算的試驗壓力是指試驗壓力的下限值（最低值）。在僅考慮介質(zhì)壓力情況下對圓筒的應(yīng)力，其結(jié)論簡化為：環(huán)向應(yīng)力：軸向應(yīng)力： 從上面的計算公式可以看出：內(nèi)壓圓筒殼體的應(yīng)力只與幾何尺寸有關(guān)，而與所用材料無關(guān)。試選擇換熱器殼程材料并確定其壁厚。問其厚度為時是否滿足要求？【解】（1）確定參數(shù)：（2）在圖54上查得A=；（3）在圖57的下方找到系數(shù)A=（此點落在材料溫度線的右方），將此點垂直上移，與250℃的材料溫度線交于一點，再將此點水平右移，在圖的右方得到B=；（4）按式（517）計算許用外壓力[P] （5）比較p與[P]，顯然而且比較接近，故取時合格。當(dāng)墊片系數(shù)m≤3時，求得的值可減少20%。 mm （58）式中：Q──應(yīng)力增強系數(shù)，按圖52選取。二、密封性能校核對于用螺栓連接的平蓋封頭和平蓋法蘭，在實際計算中更重要的是校核平蓋和法蘭連接的密封性能，確定螺栓預(yù)緊力，確保其嚴密不漏。工作溫度為10℃。一、無折邊球面封頭的設(shè)計計算1．管程壓力Pt及殼程壓