【導讀】本次畢業(yè)設計的任務是設計一個換熱器。首先分析設計任務和條件，初步選擇換。以上完成后是結(jié)構(gòu)設計,包括管板、殼體、管箱、折流板、封頭、換熱。管、法蘭、接管等的設計，并確定連接方式和密封形式。下一步是進行強度計算，對各。在實際應用中，固。工程上得到廣泛應用。

　　

【正文】 5176。 圖 45 管板結(jié)構(gòu) 25 2. 管板 最小厚度 管板的 最小厚度除了要滿足強度計算 要求外， 當管板和換熱管采用焊接時， 應滿足結(jié)構(gòu)設計和制造的要求 ， 且不小于 12mm。當管板和換熱管采用脹接時，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕度）應滿足文獻表 168。 管板應滿足較高的強度要求，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)，本設計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 26 換熱管與管板的連接 因為殼程介質(zhì)是 煤油 ， 換熱管和管板材料都是碳鋼，焊接工藝性好，故 本設計 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) 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)，從而達到提高總傳熱系數(shù)的目的同時為緩解換熱管的受力狀況和防止流體流動誘發(fā)振動，本設計設置 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)計算 管子拉脫力計算 在換熱器中承受流體壓力換熱管殼壁的溫差應力的聯(lián)合作用，這兩個力在管 子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個拉托力，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。對于管子與管板是焊接連接的接頭，實驗表明，接頭的強度高于管子本身金屬的強度，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算管子拉脫力。 膨脹節(jié)設置計算 必須設置膨脹節(jié)的條件： 對于固定管板式 換熱器，用下式計算殼體和管子中的應力： t3121 A FFA FF tss????? ?? ， 若滿足下述條件之一者，必須設置膨脹節(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； 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??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 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、管子和球殼厚度計算圖（屈服點 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置膨脹節(jié)。 30 第 5 章 強度計算 設計條件 換熱器設計條件如表 51所示。 表 51 設計條件 管程 殼程 壓力 MPa 溫度 ℃ 金屬溫度 ℃ 操作 設計 操作 進 /出 25℃ /32℃ 140℃ /35℃ 設計 進 /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； 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 標準規(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 [1]表 91得： 0 21 ? ? ?mm （ 51） 查表 92，墊片系數(shù) ? ，比壓力 11y MPa? ； 材料選擇及許用應力的計算 查文獻： 圓筒、管箱封頭 選擇材料 Q345R， 查表 41， 70℃設計溫度下許用應力 ? ?70 170c? ?MPa； 170℃設計溫度下許用應力 ? ?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，常溫下許用應力 ? ? 150? ? MPa； 32 70℃設計溫度下許用應力 ? ?70 150? ? MPa； 170℃設計溫度下許用應力 ? ?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，常溫下許用應力 ? ? 196b? ?MPa； 70℃設計溫度下許用應力 ? ?70 b? ?MPa； 170℃設計溫度下許用應力 ? ?170 171b? ?MPa； 接管材料： 10 號鋼 查表 43，常溫下許用應力 ? ? 112b? ?MPa； 70℃設計溫度下許用應力 ? ?70 112b? ?MPa； 170℃設計溫度下許用應力 ? ?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號鋼 ； 查表 43， 170℃設計溫度下許用應力 ? ?170 130t? ?MPa； 查表 F2, 170℃設計溫度下屈服應力 ? ?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 10t? ???mm/mm178?！?； 33 管箱 設計 由公式計算 圓筒 部分 計算厚度： ? ?2 cit cpD p? ??? ? （ 52） 式中 ? — 計算厚度， mm cp — 計算壓力， mm iD — 筒體內(nèi)徑， mm ??t? — 設計溫度下圓筒材料的許用應力， Mpa ? — 焊接接頭系數(shù) ? ? 0 . 5 2 0 7 0 . 5 22 1 7 0 0 . 8 5 0 . 52 cit cpD p? ?? ?? ? ?? ? ??mm 設計厚度： 2 2 C??? ? ? ? ?mm 參考文獻 ，查得鋼板負偏差 1 ? mm。 名義厚度： 1 2 .5 2 0 .2 5 3nd C??? ? ? ? ? ? ? ? ?mm 根據(jù)文獻中表 8 查得公稱直徑為 200mm 的固定管板