【導(dǎo)讀】本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)換熱器。首先分析設(shè)計(jì)任務(wù)和條件，初步選擇換。以上完成后是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括管板、殼體、管箱、折流板、封頭、換熱。下一步是進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)各。最后選擇接管法蘭、密封元件和鞍座，完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，固。工程上得到廣泛應(yīng)用。定性溫度的確定......

　　

【正文】 =120mm 換熱管與管板 換熱管 換熱管的規(guī)格為Φ 19179。 2，查文獻(xiàn)可得，其外徑偏差為177。 .，壁厚偏差為 15%10%?? 。考慮 煤油粘度較低， 不易結(jié)垢，則采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。其換熱管的管心距為 25mm，分程板槽兩側(cè)相鄰管中心距 nS 為 38 mm。如圖 44所示。 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 44 換熱管排列 管板 管板是 管殼式換熱器中一個(gè)重要元件，它除了與管子和殼體等的連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要受壓元件。對(duì)管板的設(shè)計(jì)，除滿足強(qiáng)度要求外，同時(shí)應(yīng)合理的考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1. 管板結(jié)構(gòu) 參考文獻(xiàn) ,管板 結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。選擇 固定管板 兼作法蘭的管板，管板與法蘭連接的密封面為凸面。分程隔板拐角處，倒角為 4179。 45176。 圖 45 管板結(jié)構(gòu) 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 2. 管板 最小厚度 管板的 最小厚度除了要滿足強(qiáng)度計(jì)算 要求外 ， 當(dāng)管板和換熱管采用焊接時(shí)， 應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求， 且不小于 12mm。當(dāng)管板和換熱管采用脹接時(shí)，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕度）應(yīng)滿足文獻(xiàn)表 168。 管板應(yīng)滿足較高的強(qiáng)度要求，具體尺寸如圖 46所示。 圖 46 管板尺寸 殼體與管板、管板與換熱管的連接 殼體與管板的連接 考慮到介質(zhì)溫度、壓力及物料性質(zhì)，本設(shè)計(jì)采用管板兼作法蘭的不可拆結(jié)構(gòu)，連接型式如圖 47所 圖 47 管板與筒體的連接 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 換熱管與管板的連接 因?yàn)闅こ探橘|(zhì)是 煤油 ， 換熱管和管板材料都是碳鋼，焊接工藝性好，故 本設(shè)計(jì) 換熱器與管板的連接采用焊接連接 。如圖 48 所示。 45176。42130176。 圖 48 換熱管與管板的連接 其他部件 拉桿與定距管 選擇了 拉桿定距結(jié)構(gòu)，拉桿直徑 d 為 12mm，拉桿螺紋公稱直徑 nd 為 12mm，拉桿數(shù)量為 4根 ，均勻安裝 于管束的外邊緣。其型式如圖 49 所示。 圖 49 拉桿定距結(jié)構(gòu) 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 折流板 為了增加殼程流體的流速，提高殼程的傳熱膜系數(shù)，從而達(dá)到提高總傳熱系數(shù)的目的同時(shí)為緩解換熱管的受力狀況和防止流體流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)，本設(shè)計(jì)設(shè)置 44 塊豎直弓形折流板。折流板的缺口高度為 40mm，厚度為 3mm，折流板管孔直徑為 ? ? ，折流板外直徑為 ? ，靠近管板的折流板 與管板間距 l 為 180mm，折流板間距為 60mm。 膨脹節(jié) 膨脹節(jié)計(jì)算 管子拉脫力計(jì)算 在換熱器中承受流體壓力換熱管殼壁的溫差應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個(gè)力在管 子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個(gè)拉托力，使管子與管板由脫離的傾向。拉脫力是管子平均每平方米脹接周邊所受到的力，單位為 Pa。對(duì)于管子與管板是焊接連接的接頭，實(shí)驗(yàn)表明，接頭的強(qiáng)度高于管子本身金屬的強(qiáng)度，拉脫力不足以引起街頭的破壞。由于管子和管板采用的是焊接連接，因此在這里我們不需要計(jì)算管子拉脫力。 膨脹節(jié)設(shè)置計(jì)算 必須設(shè)置膨脹節(jié)的條件： 對(duì)于固定管板式換熱器，用下式計(jì)算殼體和管子中的應(yīng)力： t3121 A FFA FF tss????? ?? ， 若滿足下述條件之一者，必須設(shè)置膨脹節(jié)： 。管子拉脫力且）；）][)4。0)3。][22][21qqBssttttss???????????? 式中 F1是由殼體和管子之間的溫差所產(chǎn)生的軸向力， N； ssttssttAEAEttttF??????? 11 )()( 001?? F2是由 于殼程和管程壓力作用于殼體上的軸向力， N； 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 ttssss EAEA EAQF ??? ???2 其中 ])2()[(4 222 ttosoi pSdnpndDQ ???? ? F3是由于殼程和管程壓力作用于管子上的軸向力， N； ttsstt EAEA EAQF ??? ???3 At,As分別為管程和殼程的橫截面 積， mm2； ? ?224iot ddnA ??? ? SDAs 中?? 值查表得出的值可根據(jù)， ABSRAem /? 。 st ??, 分別為管子和殼體材料的溫度膨脹系數(shù)， C?1 ； t0安裝時(shí)的溫度； tt,ts分別為操作狀態(tài)下管壁溫度和殼壁溫度， oC； 殼體和管子的材質(zhì)都為碳素鋼，其物性常數(shù)如下： M P aEC 316 10)206~196(, ????? ?? 彈性模數(shù)膨脹系數(shù) ? ? ?2 2 2 2 23 . 1 44 2 1 9 1 5 4 4 8 644t o iA n d d m m?? ? ? ? ? ? ? ?（ ） 22 0 3 6 3 8 4 5sA D S m m??? ? ? ? ?中 001635( ) ( )11) 10 200 10 ( )448 6 384 5448 6 384 5 10 ( )t t s st t s stsststt t t tFE A E AE t tAAAAN????? ? ???????? ? ??? ? ? ?? ? ??? ? ?（ 2 2 22 5 24[ ( ) ( 2 ) ]4[ ( 20 0 42 19 ) 0. 5 42 ( 19 2 2) 0. 5 ]41. 34 6 10 ( )i o s o t tQ D nd p n d S pN??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 4 32 t 1 . 3 4 6 1 0 3 8 4 5 6 . 2 1 2 1 03 8 4 5 4 4 8 0s s Ss s t t SQ A E Q AFNA E A E A A? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ ） 4 3 332 1 . 3 4 6 1 0 6 . 2 1 2 1 0 7 . 2 4 7 1 0tts s t tQ A EF Q F NA E A E??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? （ ） 5312 2 . 4 6 1 0 6 . 2 1 2 1 0 6 2 . 3 63845s sFF M P aA? ? ? ? ? ?? ? ? ? 5313t2 . 4 6 1 0 7 . 2 4 7 1 0 5 6 . 4 54486t FF M P aA? ?? ? ? ?? ? ? 0. 09 4 0. 09 4 0. 00 27 72036meA RS??? 查外壓圓管、管子和球殼厚度計(jì)算圖（屈服點(diǎn)大于 207MPa 的碳素鋼 ） 得： B=140MPa。 [σ] st=113MPa， [σ] tt=112MPa，Φ =。 ? ? ts6 2 .3 6 2 2 1 1 3 0 .8 5 M Pa 1 9 2 .1 M Pas M P a??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? tt5 6 .4 5 2 2 2 4 M P at M P a? ? ? 6 2 .3 6 0ssM P a??? ? ? 且 | | 1 4 0 M P a []qq? 由此可知此換熱器并不必設(shè)置膨脹節(jié)。 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 5 章 強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)條件 換熱器設(shè)計(jì)條件如表 51所示。 表 51 設(shè)計(jì)條件 管程 殼程 壓力 MPa 溫度 ℃ 金屬溫度 ℃ 操作 設(shè)計(jì) 操作 進(jìn) /出 25℃ /32℃ 140℃ /35℃ 設(shè)計(jì) 進(jìn) /出 10℃ /70℃ 10℃ /170℃ 殼程圓筒 ts 140℃ 換 熱 管 tt 40℃ 介質(zhì) 水 煤油 腐蝕裕量℃ mm 2 2 程數(shù) 2 1 焊接接頭系數(shù) 結(jié)構(gòu)尺寸 換熱器公稱直徑 DN200，即 207iD? mm； 換熱管為正三角形排列 ,管心距 t=25mm； 換熱管排列根數(shù) 44n? ； 換熱管規(guī)格 19 2? ? ， 3000l? mm； 換熱管與管板的連接形式： 焊接連接 ； 管板分程隔板槽深 4mm； 殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)開槽深度 3mm； 管箱法蘭采用 HG/T 205922021 法蘭 PL200(B)16RF Q345R 法蘭外直徑 335fD ? mm； 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 法蘭螺柱孔中心圓直徑 295bD? mm； 法蘭密封面尺寸 4 262D? mm； 法蘭頸部大端厚度 2 21?? mm； 法蘭頸部小端厚度 1 18?? mm； 管箱法蘭厚度 39。39。 30f? ? mm； 柱數(shù)量 12bn? ； 柱規(guī)格 M20 ，查 JB47072021，得 ?? ，則螺柱有效承載面積 135bA? mm2； 墊片采用 JB/T47182021 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的石棉橡膠板； 墊片尺寸 262/ 220??， ?? mm； 墊片接觸寬度 262 220 212N ???mm； 基本密封寬度，查文獻(xiàn) [1]表 91得： 0 21 ? ? ?mm （ 51） 查表 92，墊片系數(shù) ? ，比壓力 11y MPa? ； 材料選擇及許用應(yīng)力的計(jì)算 查文獻(xiàn)： 圓筒、管箱封頭 選擇材料 Q345R， 查表 41， 70℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?70 170c? ?MPa； 170℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 170c? ?MPa； 查表 F5， 140℃金屬溫度下彈性模量 140 190600sE ? MPa； 查表 F6 140℃金屬溫度平均線性膨脹系數(shù) 10s? ???mm/mm178。℃； 管板 材 選擇 料 Q345R 鍛件 查表 45，常溫下許用應(yīng)力 ? ? 150? ? MPa； 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 70℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?70 150? ? MPa； 170℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 147? ? MPa； 查表 F5， 70℃金屬溫度下彈性模量 39。39。 191375PfE E E? ? ? MPa； 170℃金屬溫度下彈性模量 39。 189000pfEE?? MPa； 螺柱材料： 40MnB 查表 47，常溫下許用應(yīng)力 ? ? 196b? ?MPa； 70℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?70 b? ?MPa； 170℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 171b? ?MPa； 接管材料： 10 號(hào)鋼 查表 43，常溫下許用應(yīng)力 ? ? 112b? ?MPa； 70℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?70 112b? ?MPa； 170℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 108b? ?MPa 墊片材料：石棉橡膠板 。 表 92， 墊片系數(shù) ? ；比壓力 11y? MPa； 換熱管 ，法蘭材料選用 20號(hào)鋼 ； 查表 43， 170℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 130t? ?MPa； 查表 F2, 170℃設(shè)計(jì)溫度下屈服應(yīng)力 ? ?170 210s? ?MPa； 查表 F5， 170℃金屬溫度下彈性模量 170 189000tE ? MPa； 40℃金屬溫度下彈性模量 40 191750tE ? MPa； 查表 F6， 40℃金屬溫度平均線性膨脹系數(shù) 611 .048