【正文】 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(shè)計溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 130t? ?MPa； 查表 F2, 170℃設(shè)計溫度下屈服應(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 。 191375PfE E E? ? ? MPa； 170℃金屬溫度下彈性模量 39?！?； 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（論文） 32 70℃設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 ? ?70 150? ? MPa； 170℃設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 ? ?170 147? ? MPa； 查表 F5， 70℃金屬溫度下彈性模量 39。39。 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 第 5 章 強(qiáng)度計算 設(shè)計條件 換熱器設(shè)計條件如表 51所示。 [σ] st=113MPa， [σ] tt=112MPa，Φ =。][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（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 /? 。管子拉脫力且）；）][)4。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。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。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。其型式如圖 49 所示。42130176。如圖 48 所示。 管板應(yīng)滿足較高的強(qiáng)度要求，具體尺寸如圖 46所示。 圖 45 管板結(jié)構(gòu) 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 2. 管板 最小厚度 管板的 最小厚度除了要滿足強(qiáng)度計算 要求外 ， 當(dāng)管板和換熱管采用焊接時， 應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的要求， 且不小于 12mm。分程隔板拐角處，倒角為 4179。 1. 管板結(jié)構(gòu) 參考文獻(xiàn) ,管板 結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 44 換熱管排列 管板 管板是 管殼式換熱器中一個重要元件，它除了與管子和殼體等的連接外，還是換熱器中的一個重要受壓元件。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。 .，壁厚偏差為 15%10%?? 。 1. 殼程接管 位置的 最小尺寸 參考文獻(xiàn) [8],公式 ? ?1 42HDL b C? ? ? ? （ 41） ? ?1 42HdL b C? ? ? ? （ 42） 2 2H fDL h C? ? ? （ 43） 2 2H fdL h C? ? ? 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 （ 44） 式中 b— 管板厚度， mm 1L / 2L — 殼程 /管箱接管位置的最小尺寸， mm C— 補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣（無補(bǔ)強(qiáng)圈時為管外壁）至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離， mm HD — 補(bǔ)強(qiáng)圈的外圓直徑， mm Hd — 接管外徑， mm （ 1） 帶補(bǔ)強(qiáng)圈時接管的位置： ? ? ? ?1 544 2 6 4 5 022HDL b C? ? ? ? ? ? ? ?=99mm （ 2） 無補(bǔ)強(qiáng)圈時接管的位置： ? ? ? ?1 384 2 6 4 5 022HdL b C? ? ? ? ? ? ? ?=91mm 綜合考慮尺寸的大小，取 1L =100mm 2. 管箱接管位置的 最小尺寸 （ 1） 帶補(bǔ)強(qiáng)圈時接管的位置： 2 64 2 6 5 022H fDL h C? ? ? ? ? ?=108mm （ 2） 無補(bǔ)強(qiáng)圈時接管的位置： 2 45 2 5 5 022H fdL h C? ? ? ? ? ?= 所以，綜合考慮后 取 2L =120mm 換熱管與管板 換熱管 換熱管的規(guī)格為Φ 19179。 圖 42 焊接結(jié)構(gòu) 接管位置的確定 在換熱器設(shè)計中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，管箱進(jìn)、出口接管盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設(shè)備的重量。177。641177。如圖 42所示。 接管與筒體和管箱殼體的連接 接管與殼體和管箱殼體 及 封頭連接的結(jié)構(gòu)型式采用插入式焊接結(jié)構(gòu)。在殼體的 左端上 部設(shè)有管徑為 38 ? ? 的煤油 出口管，在殼體的 右端底 部設(shè)有管徑為 38 ? ? 的煤油出口管； 在前端管箱頂部設(shè)有 管徑為 45 ? ?的 冷卻水進(jìn)口管， 在前端管箱 底 部設(shè)有 管徑為 45 ? ? 的 冷卻水進(jìn)口管， 在殼體的 右端上 部設(shè)有管徑為 25 ? ? 的排氣管 出口管，在殼體的 左端底 部設(shè)有管徑為 25 ? ? 的排污管出口管；接管位置如上圖 41所示。如圖 41所示。 104 阻力損失 MPa 物性 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù) 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 熱負(fù)荷 kw 傳熱溫 差℃ 傳熱系數(shù) W/m2178?！?/W 179。 材質(zhì) 碳鋼 主要計算結(jié)果 管程 殼程 流速 m/s 傳熱膜系數(shù) W/m2178。 材質(zhì) 碳鋼 熱流體進(jìn)出口接管 mm φ 38179?！?) 普蘭特數(shù) 形式 固定管板式 臺數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 mm 207 殼程數(shù) 1 管徑 mm φ 19179。 103 179。℃ ) 黏度 Pa178。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸表 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸表如表 所示。 2. 管程流體阻力 因?yàn)?1sN? ， 2PN? ， ? ， Re 23926? ，傳熱管的相對粗糙度 ? ?? ，查莫狄圖得：摩擦因子 4 /i w m C? ? ??，流速 ? m/s， ?? kg/m3。 由于浮頭式、 U 型管式某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 及填料函式換 熱器造價較高，且操作壓力較小，所以初步選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器比較合適 。 K) 殼體 壁溫可近似取為殼體流體的平均溫度，即 ： T=℃。所以 ： 8 7 .5 3 0 .65 9 2 5 5 6 51 1 1 15 9 2 5 5 6 5mmchchTtt ????? ?????=℃ 式中： 32 25 ? ? ? ? ?℃ ? ?1 1 4 0 3 5 8 7 .52mT ? ? ?℃ 5925ci???? W/(m2178。 壁溫核算 因 為 管 壁 很 薄 ， 且 管 壁 熱 阻 很 小 ， 所 以 管 壁 溫 度 可 以 按 公 式1111m c m hchchchT R t RtRR????? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? （ 313） 計算； 取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為 25℃，出口溫度為 32℃計算傳熱管壁溫。 K)； 所以 111O O OO W iO m i i iK d d dR R Rd d d??? ? ? ? ? ? 4 .411 19 19 1 19 7 10 04 4 10565 17 15 592 5 15?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? =410 W/(m2178。℃ /W； iR — 管程污垢熱阻， m2178。 K)； OR — 殼程污垢熱阻， m2178。 K)/ W 4. 總傳熱系數(shù) K 總傳熱系數(shù) K 為： 111O O OO W iO m i i iK d d dR R Rd d d??? ? ? ? ? ? （ 312） 式中 K— 總傳熱系數(shù)， W/(m2178。 K) 則管壁熱阻 WR ： W WbR ?? （ 311） 式中 b— 換熱管壁厚， m； 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 W? — 管壁導(dǎo)熱系數(shù)， m178。 K)/ W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為： . 10iR ??(m2178。 ℃ ) 2. 殼程流體傳熱膜系數(shù) 可用克恩法進(jìn)行計算， 300 . 3 6 R e P ro eWd? ?? ???? ? ? ???? 當(dāng)量直徑，按三角形排列時公式如下： 22003424etdd d?????????? （ 310） 式中 t— 管間距， m； d0— 換熱管外徑， m； 有上式， 當(dāng)量直徑 ed 如下 ： 2 2 2 200334 4 0. 02 5 0. 01 92 4 2 4 tddmd????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? 殼程流通截面積為： 某某 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 00 0 . 0 1 91 0 . 0 6 0 . 2 0 7 1 0 . 0 2 5dS B D t?? ??? ? ? ? ? ????? ???? = 2m 殼程流體流速 ou = 00VS ，即 00160036003600 mu S ?? ???=雷諾數(shù) 00 48 2 5 0 . 1 8 7 0 . 0 2Re 7 . 1 5 1 0eud? ? ????? ?=4315 普蘭特數(shù) 342 .2 2 1 0 7 .1 5 1 0Pr 1 1 .3 3 80 .1 4pc ?? ?? ? ?? ? ? 粘度校正 1W?????????，則： 用克恩法計算，則殼程流體傳熱膜系數(shù) o? 為： 13 00 . 3 6 R e P ro eWd? ?? ????? ???? 30 .1 40 .3 6 4 3 1 5 1 1 .3 3 8 10 .0 2? ? ? ? ? =565W/(m2178。 s，滿足條件，定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值；特征尺寸取換熱管的內(nèi)徑 di。 圖３ 4 波形膨脹節(jié) 換熱器核算 傳熱能力核算 1. 管 程 傳熱膜系數(shù) 參考文獻(xiàn) ,用克恩法進(jìn)行計算，選擇公式： 0 .8 n0 .0 2 3 R e P rii id?? ?? （ 39） n=(當(dāng)流體被加熱時 ) n=(當(dāng)流體被冷卻時 ) 所以取 n= 正確。在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)用最多也最普遍的是波形膨脹節(jié)。但上述換熱器的造價較高，若管間不需要清洗時，也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)。 固定管板式換熱器換熱過程中，管束和殼體有一定得溫差存在，而管板、管束與殼體之間是剛性地連接在一起的，當(dāng)溫差大于 50℃ 時，由于過大的溫差應(yīng)力往往會引起殼體的破壞或造成管束彎曲。 本換熱器設(shè)計中，管程進(jìn)口流速為 , 殼程 2 2 28