【正文】 介質(zhì)無毒的場合。換熱管在管板內(nèi)的脹接長度 L=38mm。 ???? ???燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 實(shí)取 8mm 曲面高度： （ 448） D— 封頭的平均直徑 封頭箱的也取公稱直徑為 600mm 的 標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管，厚度為 8mm，長度為530mm。39。 ?? ndFL ? ??? lLZ t燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 41 管子排列草圖 由草圖可知 六邊形層數(shù) a=6。2 ???? tt ttP)11(2)11(2ln11ln11222??????????????RRPRRPPRPRR?239。39。熟練掌握各方面的知識。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 （ 3） 其他型式換熱器 這類換熱器是指一些具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，一般是為滿足某些工藝特殊要求而設(shè)計的，如石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器和熱管換熱器等。 ⑷ 中間 載熱體式換熱器 這類換熱器是把兩個間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來的換熱器。若兩種流體不允許混合，則不能采用蓄熱式換熱器。為增加兩流體的接觸面積，以達(dá)到充分換熱，在設(shè)備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結(jié)構(gòu)。特別是 20世紀(jì) 70年代的世界能源危機(jī)，加速了當(dāng)代先進(jìn)換熱技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。 第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點(diǎn) 9 第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點(diǎn) 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展 它是化工 、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。 針對固定管板式與 U 型管式的缺陷，浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。因此出現(xiàn)了 TEMA、 API660、 JISB8249等一批管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)， ISO目前也正在與 API聯(lián)手并會同有關(guān)國家編 ISO管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。 俄 羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管，即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲時產(chǎn)生的機(jī)械接觸來固定筋條。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與 光管混合方式。 螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。 對普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。 因而氣動噴涂法不但可用于成型，還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來對普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固。 通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。 70 年代中期，為了 進(jìn)一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科學(xué)的辦法來增強(qiáng)換熱器內(nèi)的傳熱。 （ 2）國外換熱器發(fā)展前景 在國外二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。要便于制造、安裝和檢修 。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。都是高效換熱元件。 應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。 管外凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 對冷卻表面的特殊處理，主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。 70 年代的世界能源危機(jī)，有力促進(jìn)了換熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。由于介質(zhì)腐蝕性不高，所以選用 20 鋼為換熱管的材料。 本次我的設(shè)計題目是減二中 /原油冷卻器，換熱器形式選用管殼式換熱器中的浮頭式。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 系級教學(xué)單位：熱能與動力工程系 學(xué) 號 080113020214 學(xué)生 姓名 任曉 專 業(yè) 班 級 熱能與動力工程08級 2班 題 目 題目名稱 浮頭式換熱器（Ⅱ型）設(shè)計 題目類型 畢業(yè)設(shè)計 題目性質(zhì) 工程設(shè)計 題目來源 科研實(shí)際 主 要 內(nèi) 容 、收集； ，主要是換熱面的計算。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多，管殼式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。材料選用方面：對于主要承壓元件選用 Q345R 為材料。完善的換熱器在設(shè)計 或選型時應(yīng)滿足以下基本要求： 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； 結(jié)構(gòu)安全可靠； 便于制造、安裝、操作和維修； 經(jīng)濟(jì)上合理。 因此最近十幾年來，強(qiáng)化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率。 采用擴(kuò)展表面 在管外膜狀凝結(jié)中常常采用低肋管，低肋管不但增加換熱面積，而且由于冷凝流體的表面張力，肋片上形成的液膜較薄，因此其凝結(jié)換熱系數(shù)可比光管高 75%~100%。 改變傳熱面形狀 改變傳熱面形狀的方法有多種，其中用于無相變強(qiáng)化傳熱的有橫波紋管、螺旋螺紋管和縮放管，還有螺旋扁管和偏置折邊翅片管。故我們在選擇換熱設(shè)備時一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。結(jié)構(gòu)要合理，工作要安全可靠，即零部件之間因為溫升而產(chǎn)生的熱應(yīng)力不會導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂 。同時，行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。此外，自60 年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破，而且采用新穎的理念，增加強(qiáng)化傳熱。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷（金屬陶瓷混合物），從而得到各種不同性能的表面。所以，氣動噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強(qiáng)度高，有物理接觸和金屬鏈形成。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代（如緊湊型板式換熱器）。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高 40%，而壓力降幾乎相等。第一章 緒論 7 更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會造成機(jī)器和設(shè)備堵塞，隨之提前報損。 研究的目的和意義 換熱器是國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備 ，隨著現(xiàn)代新工藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重 ，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。因此管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化工作為世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家所重燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 視，也為 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的所重視。管殼式換熱器主要有固定管板式， U型管式和浮頭式換熱器。由于時間和資料有限，本人的認(rèn)識也不夠全面，在設(shè)計過程中可能還存在許多問題，望老師們給予批評和指正。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 能力大的換熱設(shè)備。如冷卻塔、冷卻冷凝器等。由于兩種流體交替第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點(diǎn) 11 與蓄熱體接觸，因此不可避免地會 使兩種流體少量混合。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣。板面式換熱器采用板材制造，在大規(guī)模組織成產(chǎn)時，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。 完成設(shè)計所具備的工作條件及解決辦法 為完成本畢業(yè)設(shè)計，將運(yùn)用在校學(xué)習(xí)的工程制圖，力學(xué)，材料學(xué)，過程裝備設(shè)計及計算機(jī)等相關(guān)知識，結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)習(xí)的換熱器及零部件的 加工制造和裝配知識，以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計知識，通燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 過對各種技術(shù)資料的收集調(diào)研，分析計算，設(shè)計繪圖的實(shí)踐，學(xué)習(xí)掌握由原理方案的設(shè)想，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路及設(shè)計方法。239。39。 2222 0 22 5 mwMAt ?? ?724 2 ??itdAn ?39。139。 ?FF421 1,0011?????????? ???? msmw trkttPapwdlfP wtiii 15041)/(24 ??? ???PaZwP ttr 795224 22 ??? ?PawP tN 22 ??? ?PaPPPP Nrit 3 7 3 8????????? ? mmcpPD N 39。 由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子 的連接采用脹接。這種密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。 根據(jù)前面算出的此次設(shè)計的換熱器殼體、封頭的公稱直徑為 600mm，浮頭箱的公稱直徑為 700mm，管程接管為 80mm，殼程接管為 128mm，為了便于工人們的生產(chǎn)、節(jié)省成本，故在法蘭選擇的方面上也選擇 JB/T47032021標(biāo)準(zhǔn)對焊法蘭，如圖 43~47所示，管口的 具體尺寸如表 41所示。 圖 49 鞍式支座轉(zhuǎn)配尺寸 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 在本換熱器設(shè)計中 mmLB 4112? ， mmLL CC 65539。作為大學(xué)四年的最后一道大作業(yè) —— 畢業(yè)設(shè)計，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。他告訴我們考慮問題要從多方面考慮，每次同他討論一些問題都讓我受益匪淺。但是從間壁傳熱原理上講，控制一臺換熱器傳熱效率的是傳熱能力相對較差一側(cè)的傳熱能力，而這一側(cè)往往是殼程。幾十年來，雖然作了一些改進(jìn)，但基本保持原設(shè)計思想，尤其是殼程介質(zhì)的流動方式幾乎沒有太大的改進(jìn)，仍沿襲傳統(tǒng)的垂直弓形板橫向流，使得換熱器總傳熱系數(shù) K 值一直停滯在較低狀態(tài)。 2. 對同樣結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行實(shí)驗研究，以便與所研究的換熱器進(jìn)行性能比較。管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱主要分為管程強(qiáng)化傳熱和殼程強(qiáng)化傳熱兩個主要方面，而殼程強(qiáng)化傳熱一直是研究的重點(diǎn)。但是折流桿傳熱器不是萬能的，它有著自己的局限性，特別在低 Re 數(shù)、高粘度介質(zhì)中很難形成有效卡門渦街，達(dá)不到高傳熱效率的要求。它既是工藝流程中的重要裝備，同時又是企業(yè)減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本的主要手段。具體如下： (1) 管子的脹接沒有進(jìn)行分析計算； (2)由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側(cè)流的問題，此問題尚未進(jìn)行 分析； (3)通常在進(jìn)液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計。 表 43 換熱器的主要數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 殼徑 ND 600mm 管尺寸 162。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包 墊圈 ， 易獲得良好的密封效果。 圖 42 浮頭結(jié)構(gòu) 浮動管板外直徑： mmD 6000 ? 浮動管板厚： mmb 50? 浮頭法蘭外徑： （ 452） 浮頭法蘭內(nèi)直徑： （ 453） 蝶形蓋內(nèi)半徑： （ 454） 厚度取 15mm 鉤圈的型式查 GB151 可知選為 B型鉤圈，具體尺寸按規(guī)定來取 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。 內(nèi)徑 mmD 6 1 4166 3 039。 折流板間距： （ 417） 取 折流板數(shù)目： （ 418） 折流板上管孔數(shù)： 146 個 折流板上管孔直徑 Hd 由 GB1511999 查得為 通過折流板上管子數(shù)為 136 個 折流板缺口處管子數(shù)為 8 根 ???? id?mwMd 222 ?? ?220 64Re 2222 ?? ?? idw~)1~( ?? DNl s 6 ?????? sb llN燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 折流板直徑由 GB1511999 規(guī)定為： （ 419） 折流板缺口面積： （ 420） 錯流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)： （ 421） 缺口處管 子所占面積： （ 422） 流體在缺口處流通面積： （ 423） 流體在兩折流板間錯流流通截面積： （ 424） 殼程流通截面積： （ 425） 殼程接管直徑： （ 426） ? ? 220 mFndA ctwt ??? ? mAAA wtwgb ???mwMd 111 ?? ?mD b ???22 i n)21(24 mDN hDNA wg ??????? ??? ??2a r c c o s22a r c c o ss i n221? ?????????? ???????? ???????? ???????? ????????? ???LLLc DhDND hDND hDNF ??? ? 200 mdss dDDDNlA LLsc ??????? ????? mAAA cbs ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定 21 取煤油的流速為 1m/s 取標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管為 ?1d 88 mm4? 錯流區(qū)管排數(shù)由草圖可知 10?cN 每一缺口內(nèi)的有效錯流管排數(shù)： （ 427） 旁流通道數(shù) 1?EN 旁路擋板數(shù)選 3對 錯流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)： （ 428） 一塊折流板上管子和管孔間泄露面積： （ 429）