【正文】 ? 第 3 章 浮頭式換熱器的強(qiáng)度計算 25 操作情況下法蘭總力矩： r =4274194 mmP D G TW W W W W N? ? ? ? ? 預(yù)緊螺栓時法蘭受力 力臂 力矩 16896366GF W N?? ? ?b1 29 .5 mm2GGL D D? ? ? 7a = 10 mmGGM F L N? ? ? ? ?2c fi 204 6 . 5 8 5 m m8 i fiP t f fifP D R DJ DD? ????? ??? 操作狀態(tài)： 2f 0 f ia tf 0 f ifif5 2 0 m mPM D DJ DDD? ?????????? ???? 預(yù)緊狀態(tài)： 2a f 0 f iaf 0 f ifif6 0 6 7 m mM D DJ DDD? ?????????? ???? 法蘭厚度 操作狀態(tài)： 22fp =L+ =32mmPJL? ? 預(yù)緊狀態(tài)： 2fa= =? 法蘭厚度 f? 取 fp? 與 fa? 之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度 n? 的兩倍。 根據(jù)換熱管外徑 0 19d mm? 查《管殼式熱交換器設(shè)計手冊 GB151》知管板最小厚度 m in 00. 75 0. 75 19 14 .5 2d m m? ? ? ? ?，在這里取 mmn 40?? 。 T=100℃。 根據(jù) 1 9 9 24 7 3 7/ ?TJB 標(biāo)準(zhǔn)，取管箱封頭為 8800?DN ，曲面高度h1=200mm。 管、殼程流體的阻力計算，以及 總傳熱系數(shù) 校核 。 核算壓強(qiáng)降 Spst NNFppp )( 21 ????? 管程 阻力結(jié)構(gòu)校正系數(shù) ?Ft 燕山大學(xué)里仁學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 管程 數(shù) p 4N ? 殼程數(shù) 1?sN 單程至管阻力 22 pdlp iii ???? 有 Re=23881，傳熱管相對粗糙度度為 ，查莫狄圖得 ?i? ， 流速為 。 根據(jù)實際情況， 采用 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，取傳熱管長 l=5500mm，則該換熱器的管程第 2 章 換熱器的工藝計算 5 數(shù)為 ： 4?? lLNp 換熱管總數(shù)： 5604140 ???TN 平均傳熱溫度校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫 度校正系數(shù) 正方形排列不緊湊，但便于機(jī)械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換熱器；采用正方形。 在技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)效益催動下，國外推出了多種新型換熱器，例如，ABB 公司的螺旋 折流板換熱器（ HelixchangerTM）、 HamonLummus 公司 SRCk空冷式冷凝器、 Packinox 換熱器、 NTIW 列管式換熱器、日本的 Hybrid 混合式換熱器等。綜合考慮各方面因素，要制造出低成本，高能效的換熱器，在推動生產(chǎn)發(fā)展因素的同時，也會獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。這種換熱器結(jié)構(gòu)堅固，處理能力大、選材范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，易于制造，生產(chǎn)成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。 本設(shè)計通過對殼體內(nèi)外的研究，對換熱器有了初步的認(rèn)識，并根據(jù)相關(guān)知識，進(jìn)行了一系列設(shè)計計算，并最終完成 柴油冷卻器 總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制設(shè)備總圖及零部件圖。然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算，進(jìn)行四種工況校核，其結(jié)果都滿足要求。它的工藝設(shè)計一般是 指傳熱設(shè)計和壓降（或流動）設(shè)計，傳熱尤為復(fù)雜。這種換熱器結(jié)構(gòu)堅固，處理能力大、選材范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，易于制造，生產(chǎn)成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。使溫度高的熱流體急冷水走管程，可利用換熱管向外散熱 ,減少熱量損失。 管程流體進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)流速為 1m/s ， 則 接 管內(nèi) 徑 為4 v 4 8 2 8 3 5d = = = 0 . 1 7 5 m9 7 5 . 4 5 3 6 0 0 3 . 1 4 1?? ?? ? ? 選用無縫鋼管，尺寸為φ 194 9mm。是否分程。 筒體簡圖如下 ： 圖 32通體簡圖 計算厚度 ? ? ? ?tt 1 . 6 5 8 0 0 5 . 7= 1 1 6 . 6 42 2 5 . 7?? ? ? ? ????ieePD M P a 名義厚度 n d 1= = m m圓 整 8?? ??c 有效厚度 mmCne ????? ?? ??2 液壓實驗 對于內(nèi)壓容器，耐壓試驗的的目的是：在超設(shè)計壓力下，考核缺陷是壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 ???T? ?s = 試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 第 3 章 浮頭式換熱器的強(qiáng)度計算 13 否會發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 封頭材料的許用應(yīng)力 ? ? MPac 189100 ?? 焊接接頭系數(shù) ?? 取腐蝕裕量 C2=3mm，厚度負(fù)偏差 C1=。 9 4 2 525382529 mmSSSnA nd ?????? C）管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 Dt 換熱管正方形排列的浮頭式換熱器， 管板布管區(qū)的面積為 : 2 2 2td= n = 5 6 0 2 5 9 4 2 5 = 3 5 9 4 2 5 m m? ? ?A S A tt= 4 3 . 1 4 = 4 3 5 9 4 2 5 3 . 1 4 = 6 7 6 . 6 6 m m? ? ?DA tt= D / 67 6. 66 / 87 4. 4 0. 78 9??GPD D）面積 管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積為 ： 22 21t d 19n = 359425 560 = m m44?? ?? ? ?AA 一根換熱管管壁金屬橫截面積從 GB151 附錄 J查得 a= 第 3 章 浮頭式換熱器的強(qiáng)度計算 17 560 根換熱管管壁金屬橫截面積 Na=560 = E）系數(shù) 1na= = 5 9 8 1 3 . 6 2 0 0 6 5 3 . 5 9 = 0 . 2 9 8? ?A 管束模數(shù)為 ttt= naEK LD tE? 設(shè)計溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量； tD? 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑， mm。 熱管與管板連接的拉脫力校核 利用換熱管與管板強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)尺寸 aq= dl??H l換熱管與連接的焊縫尺寸， mm l=+2= ? ? ? ?100q = 0 . 5 = 0 . 5 1 1 2 = 5 6 M P a 9 M P a?? ?? 4 3 . 3 4 6 1 0 6 . 8 1q = = 2 2 . 1 6 M P a3 . 1 4 1 9 3 . 5??? 校核通過 燕山大學(xué)里仁學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 外殼接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 (1)設(shè)計條件 計算壓力： Pc= 計算溫度： 100℃ 接管實際外伸長度： 200mm 接管實際內(nèi)伸長度： 0mm 接管焊接接頭系數(shù)： 接管腐蝕裕量： 2mm 接管厚度負(fù)偏差： 1 0mmC? 接管材料許用應(yīng)力： 189MPa （ 2）開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 ? —— 殼體計算厚度 為 8mm ； t? —— 接管計算厚度 mm ； ? ? ct t cp 1 . 3 2 1 8 6= D = = 0 . 7 9 82 1 8 9 0 . 8 5 1 . 3 22p? ?? ? ??S m m 接管直徑 d=di+2C2=182+2 2=186mm （ 3）削弱金屬面積 A fr=1 ? ? ? ? 2rd 2 1 f = 1 8 6 3 . 5 0 7 2 3 . 5 0 7 1 1 = 6 5 2 m m??? ? ? ? ? ? ?A （ 4） 殼體多余金屬面積 A1 接管計算壁厚 ? ? ? ? ? ? 21 1 8 6 6 3 . 5 0 7 4 6 3 . 6 9 8 m m??? ? ? ? ? ? ? ? ?nA B d C A 外側(cè)有效厚度 mmdh nt 8 6 ???? ? ? ? ? ? 21 6 9 6 3)5 0 (1 8 6)( mmCdBA n ???????? ?? 接管多余的截面積 A2 ? ? ? ? 22 n t r2 h f = 1 8 0 8 2 0 . 7 7 1 = 9 4 1 . 2 2 m m?? ? ? ? ? ? ? ?A C A 21??A A A 故不需補(bǔ)強(qiáng) 管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 第 3 章 浮頭式換熱器的強(qiáng)度計算 21 (1)設(shè)計條件 計算壓力： Pc= 計算溫度： 100℃ 接管實際外伸長度： 200mm 接管實際內(nèi)伸長度： 0mm 接管焊接接頭系數(shù)： 接管腐蝕裕量： 2mm 接管厚度負(fù)偏差： 1 0mmC? 接管材料許用應(yīng)力： 189MPa （ 2）開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 ? —— 殼體計算厚度為 8mm ； ? ? ct t cp 1 . 3 2 1 7 6= D = = 0 . 7 7 12 1 8 9 0 . 8 5 1 . 3 22p? ?? ? ??S m m 接管直徑 d=di+2C2=176+2 2=180mm （ 3）削弱 金屬面積 A fr=1 ? ? 2rd 2 1 f = 1 8 0 3 . 5 0 7 = 6 1 3 . 2 6 m m??? ? ? ?A （ 4） 殼體多余金屬面積 A1 接管計算壁厚 ? ? ? ? ? ? 21 1 8 6 6 0 . 7 7 1 9 4 1 . 2 2 m m??? ? ? ? ? ? ? ? ?nA B d C A 故不需補(bǔ)強(qiáng) 機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計 浮頭法蘭和鉤圈的外直 f0 = 80 =800 80 =880 m m??NDD 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑按 151GB 中 結(jié)構(gòu)尺寸選取， mmbbDD nNft 960)155(21000)(2 1 ??????? 按照螺柱直徑及經(jīng)驗估算，本設(shè)計取螺柱中心圓直徑 1030mm。鞍式支座在換熱器上的布置，因 3000mmL? ，取 ( ~ )BLL? 。其作用是使不同的受壓元件組合在一起，同時保證連接部 位不產(chǎn)生泄露。如圖所示： 燕山大學(xué)里仁學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 43拉桿定距管結(jié)構(gòu)簡圖 拉桿的直徑和數(shù)量 拉桿的直徑和數(shù)量可以按 GB151《管殼式熱交換器設(shè)計手冊》 表 43 和表 44 選用 因為換熱管的外徑為 d=19mm 由表得拉桿直徑選擇為 nd =12mm 進(jìn)一步選擇拉桿的數(shù)目 8 Lb=60mm La=15mm d=12mm 在保證大于或者等于所給定的拉桿中截面積的前提下，拉桿的直徑和數(shù)量可以變動，但其直徑不得小于 10mm，數(shù)量不得小于 4 根。在全國制造過程中接受安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)（或其授權(quán)的檢驗機(jī)構(gòu)）的全面監(jiān)督。 基礎(chǔ)驗收完后，需在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，以使兩者很好得接觸。 并了解了一些管殼式換熱器的檢驗，安裝和維修知識。 深深地知道做設(shè)計的不易，不僅要了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)，還要了解各個部件的特殊設(shè)計，材料的選擇。再次真心的感謝。由于經(jīng)驗以及所學(xué)知識的有限，對一些知識和問題理解不夠深刻，設(shè)計中有很多不足之處，這需要我更努力學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗，不斷提高自己的能力。 經(jīng)過計算和校核，選取此型號的固定管板式列管換熱器滿足工藝要求和強(qiáng)度要求，所以此換熱器合格。 結(jié)論 31 結(jié)論 這次畢業(yè)設(shè)計首先根據(jù)所給的任務(wù)書查閱相關(guān)書籍 、 了解換熱器的背景和現(xiàn)階段的主要成果。 制造完成后，制造單位必須向業(yè)主 提供完整的制造出廠資料，資料應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并附有安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的監(jiān)督檢驗報告。 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。 殼體法蘭 我國壓力容器行業(yè)，壓力容器法蘭分類主要按結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行劃分。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。 (3)外壓計算 Pt=0MPa， Ps=。 n?? 管板的名義厚度， mm； 2l? 換熱管與管板脹接長度或焊腳高度， mm。 管板的設(shè)計計 算 設(shè)計壓力及設(shè)計溫度的選取 A）設(shè)計壓力 Pd Pd =max（ Pt、 Ps） = 燕山大學(xué)里仁學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 B）設(shè)計溫度 取較高側(cè)的設(shè)計溫度。 管箱封頭的設(shè)計 根據(jù)工藝條件的要求、和制作的難易程度和材料的消耗情況采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭最合理。殼體的公稱直徑，接管的計算及確定。 C 2w wb 0 . 0 0 2= = = 0 . 0 0 0 4 m /50? ??R C W 總傳熱系數(shù) 管壁熱阻可忽略時，總傳熱系數(shù) 0K 為 20 0 000 0m d111 3 9 0 /d?? ???? ? ? ? ? ? ? ?????Wi i i iddK R R R W m C ,5 傳熱面積裕度 傳熱面積 21n m 1931000= = = 1 4 9 . 5 9 mt 3 9 0 3 3 . 1??QA K 實際傳熱面積 20