【正文】 在本設(shè)計(jì)中定居柱按等邊三角形排列四個(gè)定距柱組成的菱形長(zhǎng)對(duì)角線在螺旋板板長(zhǎng)方向見圖71為： 圖7—1 定距柱排列形式圖則系數(shù)： （71）
。在本次設(shè)計(jì)中選擇了板式平焊鋼制法蘭，其板式平焊鋼制法蘭的具體形式見圖[13]66為： 圖66 平焊法蘭其平焊法蘭具體尺寸為：：公稱直徑 ：管子直徑 ：法蘭外徑 K：螺栓孔中心直徑L：螺栓孔直徑 N：螺栓孔數(shù)量 C：法蘭厚度 ：螺紋 PN：公稱壓力D（㎜）（㎜）D（㎜）K（㎜）L（㎜）N（個(gè)）C（㎜）（㎜）PN（MP）20020021017010418110M16[14]根據(jù)螺旋板DN＝1000 ㎜，鞍座按選用，材料選用，選用鞍座,如圖67所示: 所選鞍座參數(shù)如下: 公稱直徑1000 ㎜ 允許載荷562鞍座高度200 ㎜底板： ㎜腹板： ㎜圖 6 圖67 鞍座結(jié)構(gòu)圖筋板：㎜墊板： ㎜螺栓間距： ㎜鞍座質(zhì)量/：70安裝尺寸:取＝[7]可得半圓端板的厚度計(jì)算公式為： （67）式中：h—半圓端板的高度 ㎜根據(jù)本設(shè)計(jì)中 ㎜將已知數(shù)據(jù)代入（67）可得 ㎜將其圓整取半圓端板厚度為15㎜。在接管上配法蘭為管法蘭中的板式平焊鋼制法蘭。綜上所述，將螺旋通道的接管布置為如圖65（b）所示的切向接管。另一種接管布置成切向，如圖b所示。 熱程（混合氣體）通道的接管直徑為選=1204的不銹鋼管，,DN120. 冷程（冷卻水）通道的接管直徑為 選2004的不銹鋼管，,DN200. 接管[13]對(duì)于Ⅰ型螺旋板式換熱器，中心管一般安置成垂直于筒體的橫截面，而螺旋通道的 圖65 接管形式圖接管有兩種布置形式，一種是接管垂直于筒體軸線方向，如圖65(a)所示的垂直接管。其大小的計(jì)算公式為： ， （64） 將已知數(shù)據(jù)代入（6—4）得：㎜㎜ 進(jìn)出口接管直徑d 中心管采用垂直螺旋板式橫斷面的結(jié)構(gòu)，螺旋通道的接管，為了減少加工量，也采用垂直接管。按GB 1501998《鋼制壓力容器》液壓實(shí)驗(yàn)中其實(shí)驗(yàn)壓力＝ ＝=2在此試驗(yàn)壓力下，殼體所產(chǎn)生的應(yīng)力按下式校核已知：，6，C=0, ，故滿足強(qiáng)度要求。由于螺旋板材料為奧氏體不銹鋼，故在進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制水中氯離子含量不超過25，并在試驗(yàn)后立即將水漬清除干凈。進(jìn)行無損100%檢測(cè)時(shí)查得焊縫系數(shù)[11]將上面的已知數(shù)據(jù)代入（61）可得計(jì)算厚度為： ＝ ＝ ㎜在本設(shè)計(jì)中采用的鋼板為不銹鋼，所以腐蝕余量： ㎜查得厚度負(fù)偏差： ㎜厚度附加量：＝0 ㎜所以有效厚度：＝+0+0＝ ㎜按板材的標(biāo)準(zhǔn)厚度選?。喊雸A筒體的厚度為6㎜試驗(yàn)液體一般采用潔凈的水，也可采用不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體。換熱器外殼采用兩個(gè)半圓對(duì)接結(jié)構(gòu)，外殼主要受內(nèi)壓作用，其厚度按承受內(nèi)壓的圓筒計(jì)算。定距柱使用短圓鋼條，其直徑大小視螺旋通道寬度而定。所以目前采用在兩通道內(nèi)安置定距柱的辦法來提高螺旋板的剛度和承壓能力。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)換熱器兩通道的壓力差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，螺旋板可能被壓癟而產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，使設(shè)備不能正常操作。所以在本實(shí)際的螺旋板式換熱器的焊接密封結(jié)構(gòu)中，采用圓鋼條墊進(jìn)通道兩端焊接的結(jié)構(gòu)。第三種結(jié)構(gòu)是將通道一邊的鋼板壓成一斜邊后與另一通道的鋼板焊接。第一種焊接密封結(jié)構(gòu)，是將需要密封的通道用方鋼條墊進(jìn)鋼板電卷制后進(jìn)行焊接。在本設(shè)計(jì)中選擇的是型螺旋板式換熱器，所以其兩端是全封閉的。在本設(shè)計(jì)中選擇焊接密封結(jié)構(gòu)。由（57）可得： （59）在一定板厚和定距柱間距條件下，不同的壓力就產(chǎn)生不同的撓度，將壓力作為縱坐標(biāo)，撓度作為橫坐標(biāo)，即可作出（壓力～撓度）曲線圖圖（53）。故：定距柱間距㎜螺旋板的撓度計(jì)算，也是基于平板理論。取許用操作壓力[11] （55） P—最大工作壓力 ，Pa在本設(shè)計(jì)中P= ；代入（55）得＝＝在本次設(shè)計(jì)中螺旋板的材料為： 查得 E＝2 則： 因?yàn)椹L 則： ㎜＝ m所以將其代入（51）可得曲率影響系數(shù)： ＝ ＝1將（53）變形可得： （56）將已知數(shù)據(jù)代入（56）可得： ＝＝55 ㎜由計(jì)算可知：在計(jì)算壓力降的時(shí)候所設(shè)定定距柱間距50㎜小于計(jì)算值。其中有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖中求出：對(duì)于定距柱 c＝對(duì)于定距泡 c＝在本次設(shè)計(jì)中采用的是定距柱所以c＝實(shí)驗(yàn)證明，曲板的承壓能力比同樣規(guī)格的平板承壓能力大，兩者之比值以表示即令： 值隨螺旋板曲率半徑的減小而增大，并與曲率半徑成線性關(guān)系，當(dāng)板的曲率半徑大600mm時(shí)，此值接近于1(見圖52)。但對(duì)這種多支承板的應(yīng)力與位移的計(jì)算過程是很繁雜的，為了導(dǎo)出計(jì)算公式，可以按平板理論公式再根據(jù)螺旋板的特點(diǎn)加以修正后得出的公式來計(jì)算螺旋板的強(qiáng)度與剛度[1]。因此，可以假設(shè)所有遠(yuǎn)離邊界的每一小塊等邊三角形板均有相同的受力狀態(tài)，故只須討論其中的一個(gè)等邊三角形即可。因?yàn)樵趦蓧K螺旋板構(gòu)成的通道內(nèi)，當(dāng)介質(zhì)具有一定壓力時(shí)，對(duì)每一塊螺旋板來說既承受內(nèi)壓又承受外壓的作用，在這種受力狀態(tài)下，其破壞形式有兩種，一種是強(qiáng)度破壞，另一種是螺旋板喪失了穩(wěn)定性使設(shè)備不能進(jìn)行正常的操作。由圖看出，螺旋板成了具有許多支撐點(diǎn)并受均布?jí)毫作用的柱形薄板。所以在選擇計(jì)算螺旋板壓力降的時(shí)候應(yīng)選擇第一種方法。第一種方法是為了簡(jiǎn)化按（）公式乘以一個(gè)系數(shù)。 第一種計(jì)算螺旋板換熱器壓力降的大小。還具有局限性。所以在計(jì)算螺旋板壓力降的時(shí)候一般不采取第二種計(jì)算方法。從圓心到殼體半徑方向上存在著較大的速度梯度，使螺旋板邊界層呈螺旋流動(dòng)，使邊界層減薄及分離。因?yàn)樵诘诙N的計(jì)算方法中它只考慮了流體粘度的影響，在螺旋板換熱器中流體的粘度對(duì)其壓力降的影響不是很大的。s將冷程通道的各個(gè)已知參數(shù)代入（42）可得： ＝ Pa：此方法是基于直管壓力降的計(jì)算公式中以當(dāng)量直徑代替公式中的圓管直徑，再針對(duì)螺旋板換熱器的具體情況確定阻力系數(shù)值，其計(jì)算公式公式[1]為： （43）在此次討論中的范圍，計(jì)算流體阻力系數(shù)的公式可以近似定距柱來定。s已知熱程通道的各參數(shù)為 m，L＝15m, u1＝20 m/s ρ1＝70kg/ m3㎏/，＝1848000μ1＝105 PaC） 熱流體的傳熱系數(shù)：＝ W/（㎡ （42）式中：摩擦系數(shù)近似采用流體流經(jīng)直徑為當(dāng)量直徑的圓管時(shí)的摩擦系數(shù)，其值可由與Re關(guān)系圖[6]查得。 —系數(shù)，與流速、定距柱直徑和間距有關(guān)，其值（） 其中取。流體流動(dòng)的壓力降的計(jì)算，在螺旋板換熱器中，流體流動(dòng)的壓力損失受多方面因素的影響： 因?yàn)槁菪ǖ罏榫匦瓮ǖ酪话銓⑵渥鳛橐酝ǖ喇?dāng)量直徑為直徑的圓管，按（范寧）公式[6]計(jì)算所得的值乘以系數(shù)計(jì)算其壓力降。所以選擇幾種計(jì)算螺旋板壓力降的公式后分別計(jì)算出螺旋板冷、熱通道的壓力降后。圖 31中心隔板與螺旋體連接圖所以 （34）將數(shù)據(jù)代入（3—4）可得： ＝(－＋) ＋（＋＋2） ＝ m所以計(jì)算值與假設(shè)值之間相差為： ＝%所以前面的假設(shè)是可行的。m 將已知數(shù)據(jù)代入（227）可得 ＝＝15m第三章 幾何設(shè)計(jì)由前面的設(shè)計(jì)可知螺旋中心直徑 ㎜，板厚 ㎜，螺旋板的有效換熱長(zhǎng)度＝，螺旋通道寬度b1＝10㎜, b2＝㎜?！妫?對(duì)數(shù)平均溫差由于本設(shè)計(jì)中的流體的流動(dòng)方向采用的是全逆流操作?！妫┪酃笩嶙柽x r1＝r2＝㎡℃/w； —為伴材熱阻，㎡用串聯(lián)熱阻的概念計(jì)算總傳熱系數(shù)K值。在螺旋板換熱器中它對(duì)換熱面積的大小起著很大的作用，在設(shè)計(jì)中可以從三種途徑得到總傳熱系數(shù)?！妫? 總傳熱系數(shù)K[6]總傳熱系數(shù)K是評(píng)價(jià)換熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，也是換熱器的傳熱計(jì)算所需的基本數(shù)據(jù)?！妫?對(duì)被加熱介質(zhì)（冷程通道） 因?yàn)閷?duì)被加熱介質(zhì)m＝ 已知 ＝ W/（ms設(shè)中心管直徑： d＝300 ㎜螺旋體外徑： D0＝1000㎜將數(shù)據(jù)代入（215）可得平均直徑： Dm＝ ＝650㎜（熱程通道） 因?yàn)閷?duì)冷卻介質(zhì)m＝ 已知 ＝ W/（m℃） —流體的定壓比熱容，J/（㎏由前面計(jì)算出來所得的雷諾數(shù)Re可以看出Re1和Re2均大于6000。目前來說，很難準(zhǔn)確的定出一個(gè)達(dá)到湍流時(shí)的雷諾準(zhǔn)數(shù)，近年來，我國(guó)一些研究單位用DIHnB09ltor公式計(jì)算湍流狀態(tài)下的傳熱系數(shù)，臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)按Re＝6000，其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相近似，因此，推薦湍流狀態(tài)下的臨界雷諾數(shù)按Re＝6000計(jì)算[1]。在圓形截面的直管中，當(dāng)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re≥10000時(shí)，流體為湍流狀態(tài)，這個(gè)數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。由于流體在換熱器中是對(duì)流傳熱，而對(duì)流傳熱的關(guān)鍵是通道中流體的流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)流體的擾動(dòng)越激烈時(shí)，傳熱就越好?！妫├涑掏ǖ赖睦字Z數(shù)Re2由（211）得： Re2＝（de2 u2ρ2）/μ2 （213）將已知數(shù)據(jù)代入（213）可得： Re2＝（2）/103 ＝145527冷流體的普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr2由（212）得： Pr2＝（Cp2μ2）/ （214） 將已知數(shù)據(jù)代入（213）可得： Pr2＝（4174103）/ ＝因?yàn)闃?gòu)成傳熱面的螺旋形通道，考慮到螺旋板式換熱器的強(qiáng)度和剛度，并使其傳熱效果較好，通常在螺旋板上安裝了一定數(shù)目的定距接。V2 （29）式中: ρ2—冷流體的密度 ,㎏/m3 V2—冷流體的體積流量 ,m3/s將已知數(shù)據(jù)帶入公式（29） 得 V2 ＝ m3/s 設(shè)水的流速為： u2＝2 m/s通道的截面積F2為： F2＝V2/u2＝＝ ㎡通道寬度 b2＝F2/H＝＝所以冷程通道的當(dāng)量直徑等于 de2＝（2H b2）/（H+ b2） （210）將已知數(shù)據(jù)代入公式（210）得 de2＝（2）/（+ ） ＝[6]混合氣體（熱程）通道雷諾數(shù) Re＝（de1 u1ρ1）/μ1 （211）將已知數(shù)據(jù)代入公式（211）得 Re1＝（2070）/105 ＝1848000混合氣體的普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr1＝（CP1μ1）/ （212）將已知數(shù)據(jù)代入公式（212）得 Pr1＝（3297105 ）/ ＝式中 ：de—通道的當(dāng)量直徑， m μ—流體的粘度，Pa℃）