【正文】 10 (a) 正方形直列 （ b）正方形錯(cuò)列 (c) 三角形直列 （ d）三角形錯(cuò)列 （ e）同心圓排列 圖 14 換熱管管板上的排列方式 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。管板與管子的連接可脹接或焊接。小直徑的管子可以承受 更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比一般為 4— 25,常用的為 6— 10 選用Φ 25 的無縫鋼管 ，材質(zhì)為 20號(hào)鋼，管長 。? =。 C） 將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知： mm ??? ??? 查 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 表 411 取 ?C mm ； 查 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 表 49 得 ?C mm ++= mm 查表 413圓整后取 ?n? mm 復(fù)驗(yàn) %6 ???n? mm ，最后取 ?C mm 該殼體采用 20鋼 7mm 厚的鋼板制造。 強(qiáng)度校核 設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 MpaDpeeict )( )( ?? ????? ? ?? M p at ][ ????? ﹥ t? 最大允許工作壓力 MpaDP ei etw ][2][ ?? ?????? ???? (27) 故強(qiáng)度足夠。 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表 14 得 法蘭尺寸如下表： 表 41 法蘭尺寸 公稱直徑DN/mm 法蘭尺寸 /mm 螺柱 D 1D 2D 3D 4D ? d 規(guī)格 數(shù)量 900 1060 1015 976 966 963 55 27 M24 28 所以，選用的 法蘭尺寸如下圖： 圖 41 容器法蘭 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 16 5 管板 管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，有在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對(duì)中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時(shí)，其焊接時(shí)較難調(diào)整。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于 20mm。 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 20 7 計(jì)算是否安裝膨脹節(jié) 管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力為： 106661 7 7 8 9 9 3 7 7 8 9 9 3 5 )(????? ?????????tstsst AAAAttEF ?（ N） (71) 壓力作用于殼體上的軸向力： tS sAAQAF ??2 (72) 其中 ])2()[(4 20202 ttsi pdnpndDQ ?? ???? (73) = ])()25497900[(4 222 ????????? ? ? 10 6?? NF 662 ??? ??? 壓力作用于管子上的軸向力為： NAAQAFtSt 663 935 ??? ????? 則 MpaA FF ss 6621 ???????? (74) MpaAFFtt 6631 ??????????? 根據(jù) GB１５１ —— １９９９《管殼式換熱器》 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 21 M p aM p a tts ][ ?????? ???M p aM p a tst ][ ??????? ??? q﹤ ［ｑ］＝ ，條件成立， 故本換熱器不必要設(shè)置膨脹節(jié)。常用的有弓形折流板和圓盤 圓環(huán)形折流板，弓形折流板又分為單弓形 [圖 81（ a） ]、雙弓形 [ 圖 81（ b） ]、三重弓形 [圖 81 （ c ） ] 等幾種形式。的缺口，見圖 82（ b）。 圖 82 單弓形折流板 在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會(huì)有一部分液體停滯起來，形成對(duì)傳熱不利的“死區(qū)”。 從傳熱的觀點(diǎn)考慮，有些換熱器（如冷凝器）不需要設(shè)置折流板。折流板與支承板一般均借助于長拉桿通過焊接或定距管來保持板間的距離，其結(jié)構(gòu)形式可參見圖 83。 允許的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 20%或 50mm，取其中較大值。 折流板外徑與殼體之間的間隙越小， 殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過小，給制造安裝帶來困難，增加設(shè)備成本，故此間隙要 求適宜。 表 81 折流板厚度 / mm 殼體公稱內(nèi)徑 /mm 相鄰兩折流板間距 /mm ≤ 300 300～ 450 450～ 600 600～ 750 ＞ 750 200～ 250 3 5 6 10 10 400～ 700 5 6 10 10 12 700～1000 6 8 10 12 16 ＞ 1000 6 10 12 16 16 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 24 支承板厚度一般不應(yīng)小于表 81(左 )中所列數(shù)據(jù)。 表 82 支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距 經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板 ， h= mm6759004343 ???iD, 折流板間距取 600mm, 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 77得折流板最小厚度為 4 mm,折流板外徑負(fù)偏差 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 79 折流板外徑為 896 mm,材料 Q235A鋼 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 710 拉桿 ? 12，共 10 根，材料 Q235A? F鋼 折流板開孔直徑 ?? 所以，折流板尺寸如下圖： 圖 84 折流板 殼體直徑/mm ＜ 400 400～800 900～1200 管子外徑/mm 19 25 38 57 支承板厚度 /mm 6 8 10 最大間距/mm 1500 1800 2500 3400 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 25 9 開孔補(bǔ)強(qiáng) 確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開孔直徑 由已知條件得殼體計(jì)算厚度 ?? 接管計(jì)算厚度為ctct pDp ?? ??? ][2 0 (91) 其中 mm2580 ?D 選用 20鋼 查附表 9得 Mpat 92][ ?? ???? ??t? 開孔直徑為： mm2 5 212)422 5 8(2d ???????? Cd i (92) 確定殼體和接管實(shí)際厚度，開孔有效補(bǔ)強(qiáng)面積及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 h 已知?dú)んw名義厚度 mm7?n? ，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度為 mm4?nt? 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為 B=2d= mm5042522 ?? (93) 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 ???? ntdh ? (94) 計(jì)算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積 需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： ? ?2mm20214502 ???? ?dA (95) 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： ? ? 21 ))(252504())(( ??????? ?? edBA (96) ? ? 212 0 71)()(2 ???????? rtt fehA ?? (97) 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 26 ? ?23 mm1644221 ?????A ? ? 2321 1 4161 0 7 . 5 9 0 ??????? AAAA e (98) 比較 A與eA ， )2 0 0 8() 1 4( 22 mmAmmA e ??? ，所以殼程接管需要補(bǔ)強(qiáng)，而管程接管的公稱直徑較大，也需要補(bǔ)強(qiáng)。 綜上，得換熱器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 91 換熱器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 27 10 支座 裙座設(shè)計(jì) 采用圓筒形裙式支座，裙座與塔體的連接采用焊接，由于對(duì)接焊縫的焊縫受壓 ，可承受較大的軸向力，故采用對(duì)接形式。并且取裙座的厚度與封頭的厚度相同，即裙座尺寸為 Ф 900 7mm.。 圖 101 裙座殼與殼體的對(duì)接型式。 表 43 混凝土基礎(chǔ)的許用應(yīng)力 Ra 混凝土標(biāo)號(hào) Ra/MPa 混凝土標(biāo)號(hào) Ra/MPa 混凝土標(biāo)號(hào) Ra/MPa 75 100 150 200 250 同樣，根據(jù)工藝要求和前人的經(jīng)驗(yàn)，可確定基礎(chǔ)環(huán)的厚度為 20mm，材料 選用為 Q235A。 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力為 )(,m a x 0000000m i n00 MP aA FgmZ MMA gmZ MMbvbwEbbewb ?????????? ?? ????? 如果 0?b? ，則設(shè)備自身足夠穩(wěn)定，但為了固定塔設(shè)備的位置，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的地腳螺栓。計(jì)算時(shí)可先按 4 的倍數(shù)假設(shè)地腳螺栓的數(shù)量為 n，此時(shí)地腳螺栓的螺紋小徑（ mm） : Cn Adbtbb ?? ][41 ??? 螺紋小徑與公稱直徑見下表