【導(dǎo)讀】本文是一篇關(guān)于固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要用于尿液的冷卻。的厚度，并對筒體和管箱的接管進行了選型與開孔補強校核。在整個設(shè)計過程中，還包括一些其。他零部件的設(shè)計和選型，也對整體制造和安裝進行了分析。最后得到一套完整的固定管。板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，包括CAD圖紙。

　　

【正文】 際生產(chǎn)中使用的法蘭都是 16MnR 制造的，操作溫度也都是 200，那么在法蘭尺寸表中按某一公稱壓力查得的法蘭，它的允許最大工作壓力將等于該法蘭的設(shè)計壓力。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)計壓力。反之，如果采用的法蘭材料的強度高于 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)計壓力。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。 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〉〉。 鋼板不得用作毒性為高度或極度危害介質(zhì)的 壓力容器法蘭； 50mm的 20R,16MnR 鋼板應(yīng)在正火狀態(tài)下使用；對厚板應(yīng)做超聲波或射線檢查，不允許有任何分層現(xiàn)象存在。 ，但要進行消除應(yīng)力熱處理。 （ 2）使用鍛件鍛造時 ,鍛件的化學(xué)成分要符合壓力容器設(shè)計手冊表 132 的規(guī)定 ,力學(xué)性能要符合壓力容器設(shè)計手冊 133 的要求。鍛件級別按 2 級驗收。 （ 3）軋制法蘭應(yīng)用不多，需要時可查詢?nèi)萜鞣ㄌm標(biāo)準(zhǔn) JB47002020 附錄 A。 （ 4）法蘭襯環(huán)材料由設(shè)計者決定。襯環(huán)材料應(yīng)用括號標(biāo)準(zhǔn)在法蘭材料后或圖樣明細表備注欄中，例如： 16Mn(環(huán) 0Cr18Ni9)。 （ 5）乙型法蘭的短節(jié)材料應(yīng)與法蘭材料相同，如不相同，其強度級別不得低于法蘭材料，且要求它與法蘭材料之間有良好的焊接性，并在圖紙明細欄中注明，短節(jié)長度允許增加。 二 .機械加工 （ 1） 凹凸密封面凹面和凸面的外徑，槽密封面的槽面外徑公差按 GB/T1801 的規(guī)定?？诪?H12，軸為 h12。 （ 2）螺柱通孔中心直徑和相鄰兩螺柱通孔弦長的允差為 ,任意兩螺柱通孔弦長的允差應(yīng)符合表 的規(guī)定。 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。 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)。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。 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。 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???? ? ? MP aDD MP abb 11401181 ???? ① 法蘭力矩。 a． 預(yù)緊狀態(tài)下的 法蘭力矩： ? ?N m mLAALFMGbbmGGa 1 0 6 91 1 4 01182 0 6 0 2 7 1 62 ??????????? a． 預(yù)緊狀態(tài)下的 法蘭力矩： p D D T T G GM F L F L F L? ? ?， 式中： 23 ? ?? ?mmDNDL bA3823221 0 0 01 1 4 022???????? ? （ 39。1232mm???? ） 3254DALL ???? ? ?? ? ?? ?mmDDLG21 21?????? ? ?? ?mmLLL GAT 1???????? ? 而 DF 作 用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力： NPDF ciD6223 6 0 0 07 8 7 8 ?????? ? ? NAAFbBmG ???? ? TF 流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭截面上的流體壓力引起的軸向力之差， NFPDFFFDGDT5622 0 6 ??????????? 故： Nm mM P 8656 ?? ????????? ② 法蘭設(shè)計力矩 24 76?????? GGa LFM N mmM P ?? ? ?? ?N m mMMMMpftfapo,m a x?????????????? ③ 法蘭應(yīng)力（整體法蘭） a．軸向應(yīng)力 021H ifMD? ??? 0120mm???? 形狀參數(shù)： 001000 20ihDmm????? 042hh ?? 法蘭內(nèi)外徑比值 K： 011951000iDKD??? 103220?? ?? 由 GB15098 圖 93 得， 1 ? 由 GB15098 圖 94 得， 25 1 ? ? 由 GB15098 圖 97 得， ? 由 K=，在 GB15098 查表 95，得： T Z Y U 101( )Fehmm ???? 168 062 1 216fe????? ? ?? 68f mm???? 4 134 68 0. 00 62 13f e????? ? ? ?? 21 0 01261 4 .4 5 1 4 1 .4 2 2 00 .3 82 .1 5 1 0dhmm? ???? ? ??? 313668 10fd?????? 26 r T???? 311 ffeTd? ? ??????????? 綜上所得： ? ?02182 10 0 32 100 0193 .8 HitffMDM Pa???????????? 滿足要求。 b．徑向應(yīng)力 02RfiMD?? ??? 法蘭有效厚度： 68f mm???? ， 024( 1)3 fRfieMD?????? 824( 6 8 0 .0 0 6 2 1 )3 1 .6 6 1 00 .9 2 0 6 8 1 0 0 06 0 .9 [ ] 1 7 7RtfM P a M P a??? ? ?? ? ???? ? ? 滿足要求。 c．切向應(yīng)力 0282 10 68 1000TRfiMY ZDM Pa???????? ? ??? 27 ??tf? 滿足要求。 ? ?0 .5 ( ) 0 .5 (1 9 3 .8 4 9 .4 9 7 )1 2 1 .6 5[ ] 1 7 7HTtftfM P aM P a????? ? ? ???? ? ?0. 5 ( ) 0. 5 (19 3. 8 60 .9 )12 7. 35[ ] 17 7HRtftfM P aM P a????? ? ? ???? 綜上所述，法蘭校核滿足要求。 墊片 由 JB/T47042020，從經(jīng)濟角度考慮，墊片按 GB/T5391995 選取耐石棉橡膠板。非金屬軟墊片指的是耐油石棉橡膠板 (GB/T5391995 使用溫度 200)和石棉橡膠板(GB/T39851995,使用溫度 350),它們在 3 種類型的法蘭上均可應(yīng)用 .但是如果是槽型密封面 ,由于這種墊片擠在槽中 ,更換困難 ,不宜使用 .應(yīng)該指出 ,密封墊片的材質(zhì)與尺寸是確定 螺柱和法蘭尺寸的計算基礎(chǔ) ,所以在按法蘭標(biāo)準(zhǔn)選用法蘭時 ,還應(yīng)按相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)確定相應(yīng)的墊片尺寸 . NP = 時，其標(biāo)準(zhǔn)尺寸為： D=1087mm， d=1037mm。 其墊片接觸寬度為： mmdDN 252 ??? 由 GB15098 取 m=， y=11MPa。 等頭雙頭螺栓 這種連接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場合，例如被連接件之一太厚不宜制 成 28 通孔，材料又比較軟（例如用鋁鎂合金制造的殼體），且需要經(jīng)常拆裝時，往往采用雙頭螺柱連接。顯然，拆卸這種連接時，不用拆下螺柱。 壓力容器法蘭用的雙頭螺柱有 A 型和 B 型兩種， A 型螺柱無螺紋部分的直徑等于螺紋外徑， B 型螺柱無螺紋部分直徑等于根徑，且中間無螺紋部分與螺紋段之間要有過渡圓弧。 A 型與 B 型的兩種螺柱選用原則如下。 在法蘭連接中，法蘭和殼體是焊在一起的，在安裝時，法蘭與螺柱的溫度相同，操作時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大于螺柱，所以在容器操作時，可以認為螺柱（兩個螺母間）根本限制不了法蘭的厚度，反過來倒是法蘭強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。 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。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。所以當(dāng)法蘭與螺柱間在工作狀態(tài)下溫 差較大時，應(yīng)選用 B 型螺柱。 由于法蘭標(biāo)準(zhǔn)是在綜合考慮法蘭，墊片，緊固螺柱的結(jié)構(gòu)，材料所給條件的基礎(chǔ)上，經(jīng)過設(shè)計，計算編制的，因此螺柱材料不宜隨意確定，必須顧及法蘭，墊片，螺柱材料的匹配。在 JB/T47002020〈〈壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件〉〉中規(guī)定了法蘭，墊片，螺柱材料匹配表及其三個附表。 由 JB/T47072020 取螺栓材料為 35CrMoA，螺母材料為 30CrMoA。且由JB/T47032020 取螺栓規(guī)格 27M ，伸出長度為 3mm，數(shù)量 為 36，其具體尺寸按零件圖中規(guī)定。 29 接管 接管的選擇 取接管材料為