【正文】 壽命安全系數(shù)， fn 15。 開孔直徑 d700mm滿 足 GB15098 條的計(jì)算方法適用條件，故采用等面積補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行計(jì)算。 structural optimization 。 故 B=116 有效高度： 外側(cè)： ???? ntdh ? mmh 1501 ? (實(shí)際外伸高度 ) 故 1h =15mm 內(nèi)側(cè)： ???? ntdh ? 2h =30（實(shí)際內(nèi)伸高度） 取其中小者 故 2h =15mm 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 多余金屬面積： 1A 筒體 mme 9?? ? ?? ? ? ?? ?21))(())(58116(12mmfdBA reete??????????????? ????? 接管多余金屬面積： 2A 接管計(jì)算厚度： ? ? mmPdP cts ice ???? ???? ??? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁 共 62 頁 22212)()(152)(2)(2mmfChfhA retrtet??????????????? ??? 接管區(qū)焊縫面積： 3A （焊腳取 ） 23 12 4 4 1 62A m m? ? ? ? ? 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： AmmAAAA e ???????? 3 4 4321 則開孔后不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 eS — 波紋管一層材料的有效厚度， mm。 bE — 室溫下波紋管材料的彈性模量， 192 Mpa ； 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 共 62 頁 bcE — 操作溫度變化范圍內(nèi)波紋管材料下限溫度時(shí)的彈性模量， 189 Mpa ； bHE — 操作溫度變化范圍內(nèi)波紋管材料上限溫度時(shí)的彈性模量， 189 Mpa ； tbE — 設(shè)計(jì)溫度下波紋管材料的彈性模量 ,189 Mpa ； tcE — 設(shè)計(jì)溫度下加強(qiáng)圈材料的彈性模量， 189 Mpa ； tsE — 容器殼體材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量， 189 Mpa ； 1e — 一個(gè)波的軸向位移， 。 3 3 1 . 5 9 0 . 0 5 7 0 . 0 2 61 0 . 3 6rpmK?? ?? ? ? ? ? 1 0 .9 7 0 .4 8 0 .0 0 3 5 0 .4 6 2ws pM M M?? ? ? ? ? ? 管板應(yīng)力： 令 0 . 6 6 7 0 . 1 8 0 . 30 . 4AaP P M P a??? ? ? ? ? ? ?2 4 . 2 4 1 . 5 2 0 5 . 5tiA sDP M P a M p a??? ? ????? ? ? ? ????? 2239。 ??ifD? 查圖 26 有 39。 因此 1 0 . 4 2 1 4 0 0 1 2 . 7 72 [ ] c o s 2 1 3 7 0 . 8 5 0 . 4 2 0 . 9 1 3 5ccc t cPD mmP? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 圓整后取 ? =4mm 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 62 頁 圖 放大口 4 管板 的 設(shè)計(jì) 與計(jì)算 管板的初步設(shè)計(jì) 件 15 材料選用 0Cr18Ni9，根據(jù) GB15199 中，管板與氧化器筒體采用焊接時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且管板最小厚度為 min? =20mm，故初取δ=36mm,將管板設(shè)計(jì)為延長部分兼做法蘭結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì) 要 求 有基本的設(shè)計(jì)繪圖能力以及相應(yīng) 專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)會(huì)查閱相關(guān)的各種 設(shè)計(jì)手冊(cè)， 熟悉 GB1501998《鋼制壓力容器》、 GB1511998《管殼式換熱器》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)定》等現(xiàn)行國家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 本次設(shè)計(jì)氧化器為平板氧化器，有反應(yīng)室和兩個(gè)管殼式換熱器組成。 初步估算 氧化 器的管子數(shù)： 210n = 8 9 4 . 7( 0 . 1 ) 3 . 1 4 0 . 0 2 5 ( 3 0 . 1 )AdL? ??? ? ? ? （ 根 ） 管子按正三角形排列，查《鋼制管殼式換熱器》設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取 n=1045 根 ，中心排管數(shù) 34 根，管間距 t=39mm. ? ? ? ? 220. 1 3. 14 0. 02 5 10 45 3 0. 1 24 5. 3 21 0A dn L m m?? ? ? ? ? ? ? ? ? 殼體內(nèi)徑： Di =a(b1)+2e Di — 殼體內(nèi)徑， mm a — 管心距， mm b — 橫過管束中心線的管數(shù) e— 管束中心線上最外層管子中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取 e=(1～ )d0 b值計(jì)算： 管子按正三角形排列， b= n n — 為換熱器的總管數(shù) b= n = 1045 = 其中 e取 d0 e= 25=30mm Di =39 ()+2 30= 將 Di 進(jìn)行圓整取 Di =1400mm 完全符合設(shè)計(jì)要求。ffKK? 339。f? —— 殼體法蘭應(yīng)力 MPa ； t? —— 管子應(yīng)力 MPa ； c? —— 殼程圓筒軸向應(yīng)力 MPa ； Q—— 拉脫應(yīng)力 MPa ； 殼程：只有殼程設(shè)計(jì)壓力 sP ，而管程設(shè)計(jì)壓力 0tP? aP —— 有效壓力組合， MPa ； ? ?0 .60 .4 1 5 .9 9 5s Q?? ? ? ? ? 0 . 4 2 5 . 9 9 5 2 . 5 2a s s t t tP p p E M P a??? ? ? ? ? ? ? ? mM —— 基本法蘭力矩系數(shù)； 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 62 頁 8334 4 6 . 8 9 1 0 0 . 1 90 . 6 6 7 3 . 1 4 1 4 0 0 2 . 5 2mm iaMM DP?? ??? ? ?? ? ? pM —— 管程壓力操作工況下的法蘭力矩系數(shù)； 7334 4 2 . 8 0 1 0 0 . 0 0 80 . 6 6 7 3 . 1 4 1 4 0 0 2 . 5 2ppiaMM DP?? ??? ? ?? ? ? 殼程壓力作用工況下的管板邊緣力矩系數(shù)： 1( ) 0 .1 9 0 .2 6 0 .0 0 3 5 0 .1 9 1mM M M M? ? ? ? ? ? ? ? —— 管板邊緣剪切系數(shù)； ??? ? ? ? m —— 管板總彎矩系數(shù)； 12 0 . 6 7 0 . 4 4 2 . 4 2 1 . 21 1 0 . 4 4mmm ??? ??? ? ??? 有 1 3 3 mG K? ??? ? ? 由圖 31（ a）實(shí)線 因?yàn)?m1,K 則有 1 223 2 . 1 3 1 . 2 2 . 1 0 . 3 6 71 0 . 3 6 1 0 . 3 6i mG KK ?? ? ? ? ? 故 1 1 1m a x( , ) G G?? 根據(jù) GB1511999 固定管板式換熱器管板，其延長部分兼做法蘭的應(yīng)力計(jì)算公式及管板計(jì)算表 30，有 21 1 1 1 0 . 4 4 0 . 0 44 4 5 . 2 2 4 . 0p QG ?? ??? ? ? ? 1 0 .3 6 7 0 .0 4 0 .0 1 5pG???? ? ? ? ? 39。0 1566mD D h m m? ? ? 0D — 波紋管直邊段平均直徑， mm。— 連接膨脹節(jié)的容器圓筒長 度， 199mm。 圖 系數(shù) Cp 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 共 62 頁 圖 系數(shù) Cf 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 共 62 頁 圖 系數(shù) Cd 內(nèi)襯套 內(nèi) 襯套的有效厚度按下表選取 表 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁 共 62 頁 由于內(nèi)襯套長度 mmmmL 4 5 02 8 01 ?? ，且介質(zhì)流速 v 30m/s，所以取內(nèi)襯套有效厚度 e? =, 從而名義厚度 mmCen ????? ?? 8 開孔補(bǔ)強(qiáng) 在圓筒體中心 80%的內(nèi)直徑范圍內(nèi)開孔時(shí)，當(dāng)滿足下列條件，無需補(bǔ)強(qiáng) ①設(shè)計(jì)壓力小于等于 ； ②兩相鄰開孔中心間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍； ③接管公稱外徑小于等于 89mm； ④ 管最小厚度滿足要求（查過程 設(shè)備設(shè)計(jì)表 414）。 2. The Chemistry and Materials Department ,Hengyang Normal University , Hengyang 421001 ,China) Abstract:Presents the theoretical investigation of fluid distributor in the region of inlet/ outlet of shellside of shellandtube heat exchanger with longitudinal flow in this paper . It is advanced the structural optimal mathematical model among the various structural parameters of shellside of heat exchanger. The model provides reference and direction not only for experimental and numerical investigation of this problem, but also for the other process with fluid distribution. Key words: shellandtube heat exchanger。 公稱直徑為 350 的接管材料： 0Cr19Ni9Ti 許用應(yīng)力： ? ? 137t Mpa? ? 413 7 ???rf ， 故取 rf =1 接管有效厚度： 接管選用φ 377 6mm mmCntet 5??? ?? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 42 頁 共 62 頁 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： A= 29..)1(2 mmfd ret ????? ??? 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍： B=2d=756 40022 ???? ntndB ?? 取其中大者 其中 n? 為殼體開孔處名義厚度， nt? 為接管名義厚度。 mmSDDSmbp ??????????? 亦可采用成形減薄后的實(shí)測(cè)值， sS — 容器圓筒名義厚度， 8mm。 nK — 膨脹節(jié)總體軸向彈性剛度， 43686N/mm。0 .5 0 .5 1 3 7 6 8 .5tq M P a?? ? ? ? ][ qMP ald aq t ???? ??? ?? 當(dāng)量 mmlcr 1050? 管子的回轉(zhuǎn)半徑 ： 22( 2 ) / 48i d o d o S tmm? ? ?? 系數(shù) 42 2 2 . 0 6 1 03 . 1 4 5 4 . 4 5137tr tsEC ? ? ??? ? ? ? 1050 1 3 1 .2 58cr rl Ci ? ? ? 故管子的許用應(yīng)力： ? ? 2 4229 . 8 7 2 . 0 6 1 0 5 . 92 ( / ) 2 ( 1 0 4 5 8 )tcr cr E M p ali?? ??? ? ??? 由以上的計(jì)算可知該氧化器需要設(shè)置膨脹節(jié)。39。 圖 上管板圖（件 42） 管板的計(jì)算 ： 相關(guān)數(shù)據(jù) 計(jì)算 0Cr18Ni9 鋼材在 150℃溫度下彈性模量 51. 95 10pE M pa?? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 62 頁 許用應(yīng)力 [ ] 137ts Mpa? ? 屈服點(diǎn) 205ts Mpa? ? 10sE M pa?? 線性膨脹系數(shù) 617 .0 10 /taC?? ? ? 61 7 .0 1 0 /sta a C?? ? ? ? 管子許用應(yīng)力 [ ] 137ts Mpa? ? 42. 06 10tE M pa?? 由前面已經(jīng)確定了殼程圓筒，管箱圓筒，管箱法蘭，換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板布管方式。 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 62 頁 1 總體 方案 設(shè)計(jì) 已知裝配參數(shù)： 殼程 管程 工作壓力 (MPa)： 操作溫度 (℃ )： 140 650 物料名稱： 水 汽 甲醛混合氣 腐蝕余量 (mm) 1 0 換熱面積 (m2) 210 圓筒內(nèi)徑 Di =1400mm 帽體內(nèi)徑 =16