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[工學(xué)]固定管板式換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)-說明書-資料下載頁

2025-01-18 14:24本頁面
  

【正文】 t39。13pa39。12=δ=δn=30mmL=2937mmKt=Kt39。=Kt39。13pa39。12=δ= , δn=30mm 換熱管的軸向應(yīng)力在一般情況下,應(yīng)按下列三種工況分別計(jì)算:① 程設(shè)計(jì)壓力ps=,管程設(shè)計(jì)壓力pa=0: pc=pspt1+β=ps= ; (359) σt=1β[pcpsptAtAlGwe] (360) =() =明顯地,σt[σt]cr;② 管程設(shè)計(jì)壓力pt=,殼程設(shè)計(jì)壓力pa=0:pc=pspt1+β=1+=。 (361) δt=1β[pcpsptAtAlGwe] (362) =+ =明顯地,σt[σ]tt=86Mpa;③ 殼程設(shè)計(jì)壓力ps與管程設(shè)計(jì)壓力pt同時(shí)作用: pc=pspt1+β=1+ (363) =; δt=1β[pcpsptAtAlGwe] (364) =() =明顯地,σt[σt]cr。 由以上三種情況可知,換熱管的軸向應(yīng)力符合要求。pc=σt =σt[σt]crpc=δt=σt[σ]tt=86Mpapc=δt =σt[σt]cr. 換熱管與管板連接拉脫力 q=σtaπdl=32= ; (365) 式中,l=l1+l3=+2= (366)其中:l1——換熱管最小伸出長度,查GB1511999可知l1=; l3——最小坡口深度,l3=2mm;許用拉脫力q=[σ]tt=86=43Mpa; (367)明顯地,q[q]。q=l=l1=l3=2mmq=43Mpaq[q] 管板重量計(jì)算管板有固定管板以及活動(dòng)管板,兩者的重量計(jì)算分別如下所示:固定管板重量計(jì)算: Q1=π4404232+454230327850109 = 折流板設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速,增加湍動(dòng)程度,并使管程流體垂直沖刷管束,以改善傳熱,增大殼程流體的傳熱系數(shù),同時(shí)減少結(jié)構(gòu),而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常見的折流板形式為弓形和圓盤—圓環(huán)形兩種,其中弓形折流板有單弓形,雙弓形和三弓形三種,但是工程上使用較多的是單弓形折流板。 折流板的型式和尺寸此時(shí)選用兩端選用環(huán)形折流板,中間選用單弓形折流板,上下方向排列,這樣可造成液體的劇烈擾動(dòng),增大傳熱膜系數(shù)。為方便選材,可選折流板的材料選為16MnR,由前可知,弓形缺口高度為100mm,折流板間距為500mm,數(shù)量為5塊,查GB1511999可知折流板的最小厚度為5mm,故此時(shí)可選其厚度為6mm。=。 折流板排列該臺(tái)換熱器折流板排列示意圖如下所示: 折流板的布置一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管,其余折流板按等距離布置??拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離l應(yīng)按下式計(jì)算:l=L1+B22b4=150+1002304=174mm;(368)其中:L1——?dú)こ探庸芪恢玫淖钚〕叽?,mm; b——管板的名義厚度,mm; B2——為防沖板長度,若無防沖板時(shí),B2應(yīng)為接管的內(nèi)徑,100mm;l=174mmB2=100mm 折流板重量計(jì)算 符號(hào)說明如下:Q——折流板質(zhì)量,kg;Da——折流板外圓直徑,;Af——折流板切去部分的弓形面積,Af=Da2C,; C——系數(shù),由haDa查表求??;ha——折流板切去部分的弓形高度,mm;d1——管孔直徑,mm;d2——拉桿孔直徑,mm;n1——管孔數(shù)量;n2——拉桿孔數(shù)量;δ——折流板厚度,mm。計(jì)算過程如下: haDa==,查得C= ; (369)Af=Da2C== ; (370)Q=[+]δγ (371) =π432248+π41624 67850 =haDa=C=Af=Q= 拉桿與定距管 拉桿的結(jié)構(gòu)形式常用拉桿的形式有三種:1) 拉桿定距管結(jié)構(gòu),適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束, (按 GB1511999表45規(guī)定);2) 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu),適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束,;3) 當(dāng)管板比較薄時(shí),也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。由于此時(shí)換熱管的外徑為32mm,因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 拉桿的直徑、數(shù)量及布置其具體尺寸如下所示:表32 拉桿的參數(shù)拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dn LaLbb拉桿的數(shù)量161620≥6024其中拉桿的長度L按需要確定。拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對于大直徑的換熱器,在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿,任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。對于本臺(tái)換熱器拉桿的布置可參照零件圖。 定距管定距管的規(guī)格同換熱管,其長度同實(shí)際需要確定。本臺(tái)換熱器定距管的布置可以參照部件圖。固定管板式換熱器換熱過程中,管束與管科之間有一定的溫差,而管板、管束與殼體之間是剛性地連在一起的,當(dāng)溫差達(dá)到某一溫度時(shí),由于過大的溫差應(yīng)力往往會(huì)引起殼體的破壞或造成管束彎曲,故溫差應(yīng)力很大時(shí),可以選用浮頭、U形及填料函式換熱器。但上述換熱器的造價(jià)較高,若管間不需清洗時(shí),亦可采用固定管板式換熱器,但需要設(shè)置溫差補(bǔ)償裝置,如膨脹節(jié)。由于本設(shè)計(jì)的溫差較小,綜合考慮經(jīng)濟(jì)及效益因素采用膨脹節(jié)。膨脹節(jié)是安裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構(gòu)件,由于它的軸向撓度大,不大的軸向力就能產(chǎn)生較大的變形。依靠這種易變形的撓性構(gòu)件,對管束與殼體之間的變形差進(jìn)行補(bǔ)償,以此來減少因溫差而引起的管束與殼體之間的溫差應(yīng)力,同時(shí)也有利于管束與管板連接出不被拉脫。膨脹節(jié)還可應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、機(jī)械和管道上,作為補(bǔ)償位移和吸收振動(dòng)的構(gòu)件。膨脹節(jié)主要分為彎管式膨脹節(jié)、波紋管膨脹節(jié)和套管伸縮節(jié)3種結(jié)構(gòu)形式。1)彎管式膨脹節(jié)將管子彎成U形或其他形體(圖1[彎管式膨脹節(jié)]),并利用形體的彈性變形能力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N膨脹節(jié)。它的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度好、壽命長、可在現(xiàn)場制作,缺點(diǎn)是占用空間大、消耗鋼材多和摩擦阻力大這種膨脹節(jié)廣泛用于各種蒸汽管道和長管道上。2) 波紋管膨脹節(jié)用金屬波紋管制成的一種膨脹節(jié)。它能沿軸線方向伸縮,也允許少量彎曲。圖2[波紋管膨脹節(jié)]為常見的軸向式波紋管膨脹節(jié),用在管道上進(jìn)行軸向長度補(bǔ)償。為了防止超過允許的補(bǔ)償量,在波紋管兩端設(shè)置有保護(hù)拉桿或保護(hù)環(huán),在與它聯(lián)接的兩端管道上設(shè)置導(dǎo)向支架。另外還有轉(zhuǎn)角式和橫向式膨脹節(jié),可用來補(bǔ)償管道的轉(zhuǎn)角變形和橫向變形。這類膨脹節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省空間,節(jié)約材料,便于標(biāo)準(zhǔn)化和批量生產(chǎn),缺點(diǎn)是壽命較短。波紋管膨脹節(jié)一般用于溫度和壓力不很高、長度較短的管道上。隨著波紋管生產(chǎn)技術(shù)水平的提高,這類膨脹節(jié)的應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大。3)套管伸縮節(jié)由能夠作軸向相對運(yùn)動(dòng)的內(nèi)外套管組成(圖3[套管伸縮節(jié)])。內(nèi)外套管之間采用填料函密封。使用時(shí)保持兩端管子在一條軸線上移動(dòng)。在伸縮節(jié)的兩端裝設(shè)導(dǎo)向支架。它的優(yōu)點(diǎn)是對流體的流動(dòng)摩擦阻力小,結(jié)構(gòu)緊湊;缺點(diǎn)是密封性較差,對固定支架推力較大。套管伸縮節(jié)主要用于水管道和低壓蒸汽管道。在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最多的是波形膨脹節(jié)。由于本設(shè)計(jì)需要補(bǔ)償量較大,故采用波形膨脹節(jié)。 防沖板 由于殼程流體的ρv2==()2230kg( 查GB1511999)管程換熱管流體的流速,因此在本臺(tái)換熱器的殼程與管程都不需要設(shè)置防沖板。根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為脲甲醛泡沫塑料,其物性參數(shù)如下:表33 保溫層物性參數(shù)密度(kg/m3)導(dǎo)熱(kcal/mh℃)吸水率抗壓強(qiáng)度(kg/m3)適用溫度(℃)13~20~12%~190~+500 換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭,另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算,在此不作討論。固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片 (1) 查JB47002000壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭,凹凸密封面,材料為鍛件20MnMoⅡ,其具體尺寸如下:(單位為mm)表34 DN400長頸對焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規(guī)格數(shù)量40054050046545545234955171412221223M20206(2)此時(shí)查JB47002000壓力容器法蘭,根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片,材料為0Cr18Ni9,其尺寸為: 表35 管箱墊片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)墊片厚度反包厚度L40045440434(3) 接管法蘭型式與尺寸根據(jù)接管的公稱直徑,公稱壓力可查HG20592~20635-97鋼制管法蘭、墊片、緊固件,選擇帶頸對焊鋼制管法蘭,選用凹凸密封面,其具體尺寸如下表所示: 表36 DN100接管法蘭尺寸 (單位為㎜)公稱通徑DN鋼管外徑Al連接直徑 法蘭厚度法蘭頸 坡口寬度法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓空數(shù)量n螺紋ThNABAB100108220180188M16221561106 分程隔板及支座由于是多管程換熱器,故此處需要用到分程隔板。查GB1511999可知:分程隔板槽槽深,槽寬為12mm,且分程隔板的最小厚度為8mm 選擇鞍座應(yīng)首先計(jì)算支座反力,再根據(jù)支反力選擇合適的鞍座。 支反力計(jì)算如下: 管板的質(zhì)量:m1=+=73kg ; (372) 圓筒的質(zhì)量: m2=π4[Di+2δn2Di2]L39。γ (373) =π4 [44+1224002]1067850 = ;式中:L39?!侵笓Q熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長度,包括了殼體的有效長度與前后端管箱的短節(jié)部分; γ——是指材料的密度,由于殼體與管箱的材料均選用16MnR,故γ=7850kgm3。封頭的質(zhì)量:m3=+=; (374)保溫層的質(zhì)量:m4=π4400+12+1002400+12210620 = (375)附件(如接管、法蘭、浮頭蓋等)質(zhì)量取為全部質(zhì)量的20%: m5=20%m1+m2+m3+m4 =73+++ = (376)圓筒的體積:V1=π4Di2L39。=π440023400109 =; (377)封頭的體積:V2=2=; (378)故總體積為:V=V1+V2=+=; (379)由于泥漿的密度比水的密度大,故鞍座應(yīng)在水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用當(dāng)量質(zhì)量,此時(shí)所受支反力較大,即如下:水壓試驗(yàn)時(shí)充液重量: m6=ρiV=1570=; (380)水壓試驗(yàn)時(shí)總質(zhì)量: m=m1+m2+m3+m4+m5+m6 =73+++++ =; (381)水壓試驗(yàn)時(shí)單位長度載荷: q=mgL39。+43hi=+12543=; (382)水壓試驗(yàn)時(shí)支座反力:F=12mg=12=;m1=73kg m2=m3=m4=m5 =V1=V2=V= m=q=F= 鞍座的型號(hào)及尺寸根據(jù)支反力查JB/T471292選擇鞍座的型號(hào)為:DN600、120176。包角重型帶墊板鞍式支座。 表37 鞍座尺寸公稱直徑DN允許載荷Q(KN)底板腹板筋板墊板
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