【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2 —— 流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降， Pa Fs —— 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，對(duì)液體 = F—— 管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的修正系數(shù)，轉(zhuǎn)置正方形排列， F= f0—— 殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng) e 500 時(shí)， f0 = 5 0 e?0 228 = 0 73 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 Nb —— 折流板數(shù)目 nc —— 因?yàn)榘凑叫闻帕校?nc=15 h—— 折流板間距，取 殼程流體面積 : A0 = h(D ncd0) = 0 3 (0 8 15 0 025) = 0 042m2 殼程流速 : u0 = VsA0= 250003600 825 0 042 = 0 2021m/s 雷諾數(shù) : eo = douoρμ0= 0 022 0 2021 8250 715 10?3 = 4625 eo = 4625＞ 4000,所以為湍流 所以： ? 1 = Ff0nc(Nb +1)ρ u022 = 0 5 0 73 (24 +1) 825 0 202122 = 2267 5 a ? 2 = Nb (3 5 2hD )ρ u022 = 24 (3 5 2 0 240 8 )825 0 202122 = 1159 a ∑? 0 = (2267 5 +1159) 1 15 1 = 3940 5 a 10?????? 所以殼程壓強(qiáng)降滿足設(shè)計(jì)要求。 ?????的檢驗(yàn) 1 熱流體側(cè)的壁溫 tth = T h ?t ( 1αi+ SO) = 90 354 32 ( 13419+ 0 000344) = 82 8℃ 2 冷流體側(cè)的壁溫 ttc = T c ?t ( 1α0+ si) = 35 +354 32 ( 1587+ 0 000172) = 56 2℃ 3 金屬壁的溫度 由公式： t0 tw1α 0 + so= tw ti1α i + si 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 代入數(shù)據(jù)得 tw = 48 9℃ 第 三 章 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)與 強(qiáng)度 計(jì)算 確定筒體材料 ① 、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，設(shè)計(jì)壓力為 ② 、設(shè)計(jì)溫度是換熱器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度，在任何情況下，金屬的表面溫度不得超過(guò)材料的允許使用溫度，設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度，本設(shè)計(jì)中，介質(zhì)工作最高溫度為 140℃ ，因此我們?nèi)≡O(shè)計(jì)溫度為 t=150℃ 。 ③ 、選擇筒體材料 選擇 筒體材料必須考慮 筒體材料的 經(jīng)濟(jì)型，實(shí)用性，以及材料本身的抗腐蝕性和機(jī)械加工性能等 許 多方面因素，在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)壓力為 ，在設(shè)計(jì)方案中已經(jīng)確定筒體材料為 16MnR，采用鋼板卷制而成， 16MnR 鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB6654 在設(shè)計(jì)溫度 t=150℃ 時(shí)，查得 16MnR 的許用應(yīng)力為 δ = 6 16mm ? b = 510M a ? s = 345M a [? ]t1 = 170M a 1636mm ? b = 490M a ? s = 325M a [? ]t1 = 163M a 2660 ? b = 470M a ? s = 305M a [? ]t1 = 157M a 筒體厚度計(jì)算 δ = cDi2[? ]t? c 其中 pc—— 設(shè)計(jì)壓力， MPa 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 Di—— 殼體內(nèi)徑， mm δ —— 計(jì)算厚度， mm ?—— 焊接接頭系數(shù) [? ]t—— 材料在設(shè)計(jì)溫度的許用應(yīng)力， MPa 表 焊接接頭形式 焊接接頭系數(shù) ? 全部無(wú)損檢測(cè) 局部無(wú)損檢測(cè) 雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)與雙面焊的全焊透對(duì)接接頭 ? = 1 ? = 0 85 單面焊對(duì)接（沿焊接接頭根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬墊片） ? = 0 9 ? = 0 8 對(duì)于此浮頭式換熱器，根據(jù)其筒體內(nèi)直徑的范圍，采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接焊縫面焊，局部無(wú)損檢測(cè)，取 ? = 0 85，假設(shè) δ = 6 16mm，即 [? ]t1 = 170M a δ = 1 6 8002 170 0 85 1 6 = 4 45mm 設(shè)計(jì)厚度 δ d的確定，設(shè)計(jì)厚度是計(jì)算厚度與腐蝕余量 C2之和，其中腐蝕余量 C2的選擇根據(jù) GB1511999 的規(guī)定，其中對(duì)于主要元件腐蝕余量有以下幾條原則： ① 、管板、浮頭法蘭、球形封頭和浮頭鉤圈兩面應(yīng)考慮腐蝕余量。 ② 、平蓋、凸形封頭、管箱和圓筒的內(nèi)表面應(yīng)考慮腐蝕余量。 ③ 、管板和平蓋上開(kāi)槽時(shí)，可把高出隔板槽底面的金屬作為腐蝕余量，但當(dāng)腐蝕余量大于槽深時(shí)，還應(yīng)該加上兩者的差值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 ④ 、壓力容器法蘭和管法蘭的內(nèi)直徑應(yīng)考慮腐蝕余量。 ⑤ 、換熱管不考慮腐蝕余量。 ⑥ 、拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件，一般不考慮腐蝕余量。 鋼板的計(jì)算厚度： 根據(jù) HG205801998 的規(guī)定，一般的容器，換熱器等壽命不少于 8年，而其腐蝕速率為 ,本設(shè)計(jì)中 取腐蝕余量 C2 = 2mm。 所以： 計(jì)算厚度 δ d = 4 45 +2 = 6 45mm 鋼板的名義厚度： 鋼板的厚度負(fù)偏差 C1的選取，查 HG205801998，對(duì)于 GB665496 的鋼板，對(duì)于所有厚度，其厚度負(fù)偏差為 0mm，將 向上圓整且滿足于 GB1511999中浮頭式換熱器對(duì)于材料為低碳鋼和低合金鋼的最小厚度不小于 10mm 的規(guī)定， 取其名義厚度為 12mm，即 δ n = 12mm。 鋼板的有效厚度： 鋼板的有效厚度為其名義厚度減去腐蝕余量與鋼板厚度負(fù)偏差。 則： δ e = δ n C1 C2 = 12 0 2 = 10mm 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力： ? t = c（ Di + δ e）2δe 代入數(shù)據(jù)有： ? t = 1 6（ 800 +10）2 10 = 64 8M a ? t 值應(yīng)該小于 [? ]t?即 170 =，該圓筒滿足設(shè)計(jì)要求。 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力 [ w] = 2δ e[? ]t?（ Di +δ e） =2 10 170 0 85800+ 10 = 3 51M a ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 筒體水壓試驗(yàn)壓力 t = 1 25 c [? ][? ]t 式中 [? ][? ]t取各元件許用應(yīng)力比的最小值，通過(guò)比較知，通體的應(yīng)力比最小，所以： t = 1 25 1 6 170170=2MPa 根據(jù) GB1511999 P14中規(guī)定，為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須按下列式子校核試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力 : ? T = pr(Di +δ e)2δe≤ 0 9?? s 代入數(shù)據(jù)得： ? T = 2 (800 +10)20 = 81M a 81 馬趴≤ 345 =,水壓試驗(yàn)合格。 所以可以確定殼體厚度為 12mm。 管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并且綜合考慮適用性與經(jīng)濟(jì)性選用 B型封頭管箱。 管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 管箱圓筒短節(jié)的計(jì)算： 考慮介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對(duì)于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料也為 16MnR，其厚度計(jì)算方法與筒體相同，此時(shí) 16MnR 的 許用應(yīng)力值為[? ]t = 170M a，故在此設(shè)計(jì)溫度下，管箱短節(jié)的計(jì)算厚度為： δ 1 = 1 6 8002 170 0 85 1 6 = 4 45mm 考慮腐蝕余量和最小厚度的要求，取名義厚度為 δ n1 = 12mm。 多程管箱中，流經(jīng)相鄰兩管程間的最小流通面積大于或等于其中一程的管內(nèi)流通面積的 倍，管箱上各相鄰的焊縫間距離必須大于或等于 4s 且大于或等于 50mm。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 管箱圓筒短節(jié)的計(jì)算 考慮到介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對(duì)于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料為 16MnR，厚度計(jì)算方法同筒體相同，但由于管程流體的最高工作溫度大于殼程流體的溫度 140℃，因此設(shè)計(jì)溫度應(yīng)為 t=150℃，此時(shí) 16MnR 的許用應(yīng)力值為 [? ]t = 170M a，因此在此設(shè)計(jì)溫度下，管箱短節(jié)的計(jì)算厚度為： δ 1 = 1 6 8002 170 0 85 1 6 = 4 45mm 考慮到腐蝕余量和最小厚度要求，取名義厚度為 δ n1 = 12mm 管箱封頭的選取 材料依然選擇 16MnR，選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) JB/T473795P3，選擇以內(nèi)徑為基準(zhǔn)，類型代號(hào)為 EHA，型式參數(shù)為： Di/2(Hh)=2。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。如圖 23所示： 圖 31 由 JB/ T4746— 2021《鋼制壓力容器用封頭》得： DN=800，總深度 H=225mm,內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 內(nèi)表面積 A= 2m ， 容積 V= 3m 。 由 Di/2(Hh)=2 及已知條件可算出： h=25mm 標(biāo)記： EHA DN800 1216MnR JB/t47462021 標(biāo)準(zhǔn)封頭壁厚計(jì)算 根據(jù) GB150— 1999 49P 中封頭得計(jì)算厚度按下式計(jì)算 δ = CDI2[? ]t? 0 5 C = 1 1 6 8002 170 1 0 0 5 1 6 = 3 8mm 式中：應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù) K=1（采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭） 查 JB/ T47062021,? =（ 100%無(wú)損檢測(cè)） 根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對(duì)于 16MnR 鋼板可取厚度負(fù)偏差 1C =0mm；在無(wú)特殊腐蝕情況下，對(duì)于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量 2C 不小于 1 mm 取腐蝕裕量 2C =2mm。 厚度附加量 C= 1C + 2C =0+2=2mm。 設(shè)計(jì)厚度 2 2 C mm? ? ? ? ? ? ? 名義厚度圓整后可取 n? =12mm。 檢查： n? =12mm 時(shí)， [? ]t 1C 無(wú)變化且滿足封頭選型時(shí)的假設(shè)，因此取封頭名義厚度 n? =12mm 滿足設(shè)計(jì)要求。 筒體有效厚 12( ) 12 ( 0 2) 10en C C m m? ? ? ? ? ? ? ? ?度 由 JB/ T47062021，附錄 B，表 B2， 38P ， n? =12mm， Di=800mm 查得封頭質(zhì)量 M=。 最大允許壓力： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 [ w] = 2δ e[? ]t?( Dt +0 5δ e) = ??? ??? = 4 2M a 厚度校核： 管箱應(yīng)力校核 取試驗(yàn)溫度為 150℃，管箱材料為 16MnR，鋼板標(biāo)準(zhǔn) GB6654，使用狀態(tài)：熱軋正火，查得 [? ]=170Mpa。 根據(jù) GB151199914P 規(guī)定：水壓試驗(yàn)壓力按下式計(jì)算 t = 1 25 [? ][? ]t = 1 25 1 6 170170 = 2M a 壓力試驗(yàn)時(shí)橢圓封頭的應(yīng)力為 ? T = T[Di +0 5δ e]2δe= 2 (800 + 0 5 10)2 10 = 81M a 而 Pa? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ??? ??? ??；相比較 T? s? ?? 因此滿足水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。 法蘭的選擇 由 HG20583— 1998《鋼制壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》表，通常采用長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭和平焊法蘭，我們選用長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭（整體式），采用凹凸面連接， FM形式，其結(jié)構(gòu)圖如下： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 圖 32 管箱法蘭結(jié)構(gòu) 由 DN=800mm， PN=,可查得如下參數(shù)： 表 32 法蘭數(shù)據(jù)（單位： mm） D 1D 2D 3D 4D ? H 960 915 876 866 863 48 115 h a 1a 1? 2? R d 35 21 18 16 26 12 27 對(duì)應(yīng)的螺柱規(guī)格 M24，數(shù)量 24，對(duì)接筒體最小厚度 0? =10mm。 由 JB/T47002021，表 2， 56P ，法蘭選用鍛件 16MnII,質(zhì)量為 。 標(biāo)記：法蘭 — FM 600— — 110 JB/T47032021 墊片的選用 壓力容器法蘭用密封墊片有 3種 . 非金屬軟墊片指的是耐油石棉橡膠板 (GB/T5391995 使用溫度 200)和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 石棉橡膠板 (GB/T39851995,使用溫度 350),它們?cè)?3 種類型的法蘭上均可應(yīng)用 .但是如果是槽型密封面