【正文】 A 型雙頭螺柱，只在兩端車有螺紋 2，中間螺桿部分的直徑等于螺紋外徑。全部焊接都必須依據(jù)可靠的焊接工藝評定，采用確保焊接質(zhì)量的焊接方法和焊接工藝。反之，如果采用的法蘭材料的強(qiáng)度高于 16MnR，或者法蘭的使用溫度低于 200，那么該法蘭的允許最大工作壓力就應(yīng)該高于它的設(shè)計(jì)壓力。 2 壓力容器法蘭的尺寸系列 一．法蘭尺寸系列表中的兩個(gè)基本參數(shù) 法蘭的尺寸是由法蘭的公稱直徑 DN，公稱壓力 PN 確定的。有了這個(gè)短節(jié)，既可以增加整個(gè)法蘭的剛度，又可使容器器壁避免承受附加彎距。 由 GB15098，考慮筒體，封頭，接管，法蘭，緊固件材料，取 ? ?? ? 1t?? ? ， ??t? —— 容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， [δ ]—— 容器 元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力， Pi —— 試驗(yàn)壓力， 液壓試驗(yàn)時(shí)，由 ? ?? ? M P aPPMPPPTtT ????? 和??中取一大值。從宏觀受力分析，縱向的 焊接接頭承受的環(huán)向應(yīng)力要比環(huán)向的焊接接頭承受的頸向應(yīng)力大一倍，所以焊接接頭系數(shù)應(yīng)該是針對承受應(yīng)力大的縱向焊接接頭而 不是環(huán)向焊接接頭。 13 （ 4）計(jì)算壓力 計(jì)算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。據(jù)此，容器的設(shè)計(jì)壓力可取 p=（ ~） pw。通過對污垢形成的機(jī)理、生長速度、影響因素的研究，預(yù)測污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對傳熱效率的提高將帶來重大的突破。物性模擬將代表換熱器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。以板代管制成 的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。 20 世紀(jì) 80 年代以來，換熱器技術(shù)飛速發(fā)展，帶來了能源利用率的提高。 由于板式換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊、空隙小、因而單位體積的傳熱面 積增大 ,其安裝面積約為管殼式的 1/ 2～ 1/ 3 ,可節(jié)省占地面積與施工費(fèi)用 ,每一外殼容積為 1 3m 時(shí) ,其傳熱面積為 80 2m 左右 ,另外 ,板式換熱器容易增減換熱面積 ,對于管殼式換熱器在需要增加液體的處理量時(shí) ,原有熱交換器的傳熱面積幾乎不可能增加 ,但板式換熱器的傳熱面積卻很容易增加 ,從而增加處理能力 ,另外 ,板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中 ,因此 ,散熱損失可忽略不計(jì) ,也不需保溫措施。 三、按結(jié)構(gòu)分類 分為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、 U形管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式 4 換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器。流程優(yōu)化軟件技術(shù)的發(fā)展帶來了換熱器應(yīng)用的增多。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí) 應(yīng)滿足以下基本要求： （ 1） 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； （ 2） 結(jié)構(gòu)安全可靠； （ 3） 便于制造、安裝、操作和維修； （ 4） 經(jīng)濟(jì)上合理。 I 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 題 目： DN1000 二分加熱器機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 蘇輝 學(xué) 號： 0964134133 專 業(yè)：過程裝備與控制工程 班 級：裝備 091 班 指導(dǎo)教師：孟智慧 II 摘要 本文是一篇關(guān)于固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要用于尿液的冷卻。 能源是當(dāng)前人類面臨的重要問題之一 ,能源開發(fā)及轉(zhuǎn)換利用已成為各國的重要課題 ,而換熱器是能源利用過程中必不可少的設(shè)備 ,幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用 ,化工、冶金、動力、交通、航空與航天等部門應(yīng)用尤為廣泛。換熱器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。 四、按折流板分布分類 分為單弓形換熱器、雙弓形換熱器、三弓形換熱器、螺旋弓形換熱器。 板式換熱器在運(yùn)行維護(hù) 方面的特點(diǎn)之一就是裝拆比較方便 ,甚至可以不必完全拆開 ,僅把壓緊螺栓松開就可抽出板片清洗、更換墊圈 ,以至更換板片。各種新型、高效換熱器的相繼開發(fā)與應(yīng)用帶來了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例的增大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 分析設(shè)計(jì)是近代發(fā)展的一門新興學(xué)科，通過分析設(shè)計(jì)可以得到流體的流動分布場，也可以將溫度場模擬出來，這無疑給流路分析發(fā)技術(shù)帶來發(fā)展，同時(shí)也給常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算帶來更精確、更便捷的手段。保證裝置低能耗、長周期的運(yùn)行，超聲波防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。 2. 裝有 爆破片的容器，起設(shè)計(jì)壓力不得低于爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力上限。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小與百分之五設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可不計(jì)液柱靜壓力。但對于半球形封頭與筒體連接的環(huán)向焊 接接頭是一個(gè)例外。為方便壓力表讀數(shù)，取 MPaPT ? 。因此這種法蘭適用于較大直徑和較高壓力的條件下。 （ 1） 法蘭的公稱直徑 容 器法蘭的公稱直徑指的是與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑，由于卷制圓筒及其相配接封頭的公稱直徑均等于其內(nèi)徑，所以容器法蘭的公稱直徑也等于其內(nèi)徑，只有帶襯環(huán)的甲型平焊法蘭例外，這種法蘭的法蘭盤內(nèi)徑比容器殼體外徑還要大 4mm，但是襯環(huán)的內(nèi)徑需與容器的內(nèi)徑相同。法蘭的最大允許工作壓力是高于還是低于其公稱壓 20 力，完全取決于選用的法蘭材料與法蘭的工作溫度。 四 . 法蘭標(biāo)記 表 法蘭標(biāo)準(zhǔn)號 法蘭類型 標(biāo)準(zhǔn)號 甲型平焊法蘭 GB/T47012020 乙型平焊法蘭 GB/T47022020 長頸對焊法蘭 GB/T47032020 密封面形式與代號 密封面形式 代號 平面密封面 RF 凹凸密封面 凹密封面 FM 凸密封面 M 槽密封面 密封面 T 槽密封面 G 法蘭名稱與代號 法蘭類型 名稱及代號 22 一般法蘭 法蘭 襯環(huán)法蘭 法蘭 C 由 JB/T47032020，取法蘭材料為 16MnR 選取長頸對焊法蘭。就普通螺紋來說，螺紋外徑橫截面積與螺紋根部面積之比大約為 ~ 可以看出，采用 A型螺柱，其危險(xiǎn)截面上的附加熱應(yīng)力要比 B 型螺柱上的附加熱應(yīng)力值大。 在法蘭連接中，法蘭和殼體是焊在一起的，在安裝時(shí)，法蘭與螺柱的溫度相同，操作時(shí)法蘭隨殼體溫度有所升高，在通常情況下法蘭的溫升值往往大于螺柱的溫升值，于是法蘭沿其厚度方向的熱變形 將大于螺柱的熱伸長量，由于法蘭盤在沿起厚度方向的剛度遠(yuǎn)大于螺柱，所以在容器操作時(shí)，可以認(rèn)為螺柱（兩個(gè)螺母間）根本限制不了法蘭的厚度，反過來倒是法蘭強(qiáng)迫螺柱在其熱伸長之外，還要產(chǎn)生一定量的彈性變形，于是法蘭的熱變形與螺栓熱變形之差就是螺栓附加的彈性變形。 表 21 公差等級 尺寸分段 ~3 3~6 6~30 30~120 120~400 400~1000 1000~2020 2020~4000 f — m 2 c 2 3 4 v — 1 4 6 8 三 . 焊接 甲，乙型法蘭與筒體或短節(jié)的連接焊縫要飽滿并符合圖樣規(guī)定，長頸法蘭與圓筒的對接焊接接頭應(yīng)為全焊透結(jié)構(gòu)。如果采用的法蘭材料比 16MnR 差，或使用的溫度又比 200 高，那 么該法蘭的允許最大工作壓力就低于它的設(shè)計(jì)壓力。所謂帶襯環(huán)的，就是在每對法蘭中的兩個(gè)壓緊面間都增加一對不銹鋼的焊環(huán)，并在乙型平焊法蘭的短節(jié)內(nèi)表面和長頸法蘭頸的內(nèi)表面加襯一層不銹鋼的襯里，這樣就隔絕了腐蝕性介質(zhì)或不允許污染的介質(zhì)與碳鋼法蘭的接觸。 （ 2）乙型平焊法蘭 乙型平焊法蘭與甲型平焊法蘭相比是除法蘭盤外增加了一個(gè)厚度常常是大于筒體 壁厚的短節(jié)。液體的溫和性比氣體強(qiáng)。 容器殼體與封頭的焊接接頭都是對接接頭對接焊縫，有縱向和環(huán)向的兩種。 4. 對間歇操作的設(shè)備，若容器內(nèi)介質(zhì)的溫度和壓力隨反 應(yīng)和操作程序進(jìn)行周期性變化時(shí)應(yīng)按最苛刻的但卻屬同一時(shí)刻的溫度與壓力作為設(shè)定設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度的依據(jù)。 1. 裝有安全閥的容器，其設(shè)計(jì)壓力不得低于安全發(fā)的開啟壓力，安全發(fā)的開啟壓力是根據(jù)容器最大工作壓力調(diào)定的。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會受到國家的重視和投入。從而使換熱器計(jì)算更精確，材料更節(jié)省。 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)。但是 ,熱管式換熱器的首要問題 ,是作為傳熱元件的熱管內(nèi)的工質(zhì)對于所使用的工作環(huán)境是有一定臨界熱輸送量 和工作溫度的極限的 ,如果超越這一極限溫度繼續(xù)工作 ,則蒸發(fā)段就會“燒干”而停止工作。 板式換熱器 由于板式換熱器的傳熱面上可以壓出凹凸形排液槽 ,在較低的雷諾數(shù)條件下既可出現(xiàn)紊流狀態(tài) ,故換熱系數(shù)較高 ,一般可達(dá) 3 000～ 5 000Kcal/ 2m . h. ℃ ,與同樣流速下的管殼式換熱器相比 ,此值約為管殼式換熱器的傳熱系數(shù)的 3～ 5 倍 ,雖然 ,這時(shí)板式換熱器的阻力會大一些 ,如在同樣耗功的條件下相比 ,則板式換熱器的放熱系數(shù)比管殼式的高一倍左右。 一般分為冷凝器和重沸器。 近年來國內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進(jìn)換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。對固定管板式換熱器進(jìn)行了深入的研究，首先，在換熱器總體結(jié)構(gòu)方面，對其筒體、封頭進(jìn)行了厚度計(jì)算和強(qiáng)度校核，得到了在工稱直徑 DN1000，特定的公稱壓力下合理的筒體和封頭的厚度，并對筒 體和管箱的接管進(jìn)行了選型與開孔補(bǔ)強(qiáng)校核。近幾年由于新技術(shù)發(fā)展和新能源開發(fā)利用 ,各種類型的換熱器越來越受到工業(yè)界的重視 ,而換熱器又是節(jié)能措施中較為關(guān)鍵的設(shè)備 ,因此 ,無論是從工業(yè)的發(fā)展 ,還是從能源的有效利用 ,換 熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都具有非常重要的意義。 換熱器作為 傳熱設(shè)備隨處可見，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是耗能用量十分大的領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類開發(fā)越來越多。 五、按板狀分類 分為螺旋板換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器、板式蒸發(fā)器、板式冷凝器、印刷電路板換熱器、穿孔換熱器。這對于換熱介質(zhì)容易產(chǎn)生沉積的物料就顯得尤為重要。因而節(jié)能設(shè)備的研究與開發(fā)備受矚目。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。在超常規(guī)強(qiáng)度 計(jì)算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計(jì)算結(jié)果能方便、快界、準(zhǔn)確地得到，使換熱器更加安全可靠。 腐蝕技術(shù)的研究將會有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學(xué)防腐技術(shù)將成為主導(dǎo)。根據(jù)所選用爆破片形式的不同，可?。?~） pw 為設(shè)計(jì)壓力。 在實(shí)際工作中要區(qū)分好設(shè)計(jì)壓力與計(jì)算壓力，并考慮到下述幾點(diǎn)。 14 容器的焊接接頭系數(shù)的大小取決于接頭的結(jié)構(gòu)和對全部焊接接頭處的金屬進(jìn)行無損探傷的比例。 檢驗(yàn)液壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力 T? ， ? ?? ?? ?? ?? ?M P aCCDPnniTT3142)314(1 0 0 2?????????????? 由 GB15098 查得 ,所用 Q235B 板材在常溫時(shí) MPas 235?? 。乙型法蘭平焊法蘭所覆蓋的公稱 直徑與公稱壓力的范圍正好與甲型平焊法蘭相銜接。 （ 2） 法蘭的公稱壓力 法蘭的公稱壓力指的是在規(guī)定的設(shè)計(jì)條件下，在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)所采用 設(shè)計(jì)壓力。 4 法蘭的技術(shù)要求與標(biāo)記 一 . 材料 （ 1）使用板材制造法蘭時(shí)應(yīng)符合以下條件： GB3274《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》及GB6654〈〈壓力容器用鋼板〉〉。 由 NP =， mmDN 1000? ，可選取的法蘭標(biāo)準(zhǔn)如表 ： 表 法蘭標(biāo)準(zhǔn)表 DN D 1D 2D 3D 4D ? 1000 1195 1140 1098 1088 1085 68 H h a d R 1? 2? 155 42 21 30 15 20 32 法蘭設(shè)計(jì)的應(yīng)力校核 法蘭的材料選擇由 JB4726 知，選鍛件 20 0MnM ，其中， [ ] 177[ ] 177ftfMPaMPa???? ? ? M P aDD M P abb 11 4 01181 ???? ① 法蘭力矩。所以當(dāng)法蘭與螺柱間在工作狀態(tài)下溫 差較大時(shí)，應(yīng)選用 B 型螺柱。 A 型與 B 型的兩種螺柱選用原則如下。 表 公稱直徑 〈 600 600~1200 〉 1200 允差 （ 3） 上述規(guī)定外的加工面未注公差尺寸的公差可按表 選用。如果實(shí)際生產(chǎn)中使用的法蘭都是 16MnR 制造的，操作溫度也都是 2