買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀設(shè)計(jì) 分加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 摘要： 本課題詳細(xì)介紹了換熱器的設(shè)計(jì)與制造過程 ,它以流體的物性參數(shù)和生產(chǎn)量要求為基礎(chǔ) ,利用傳熱過程基本原理、通過計(jì)算確定固定管板式換熱器的基本型式。依據(jù) 制壓力容器和 殼式換熱器等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)換熱器各零部件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括筒體、管箱、封頭、折流板及管板等，管板是連接殼體、管束和管箱，并承受壓力和熱膨脹以及來自此三部件載荷的主要部件。特別的，對(duì)于管板，我們分析了其危險(xiǎn)截面應(yīng)力并加以校核，保證其安全性。在加工制造方面 ，用簡(jiǎn)單的流程圖將各零部件的加工與裝配次序表現(xiàn)得清晰明了，對(duì)管子與管板的連接、管孔的加工提出了更詳細(xì)具體的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 關(guān)鍵詞 :固定管板式換熱器；管板；折流板； 封頭 of Its is on of is in of of of in a of of so to is is to it is in to In of is a of of of to of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 分加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 1 . 2 第一章 引 言 . 5 述 . 5 熱器在工業(yè)中的應(yīng)用 . 5 第二章 換熱器的選型 . 5 型的基 本原則 . 5 熱器類型的選取 . 5 質(zhì)流向的確定 . 5 質(zhì)流程的選擇 . 5 熱管的結(jié)構(gòu)尺寸 . 5 子的排列和管心距的確定 . 5 殼程數(shù)及管子數(shù) . 5 流板排列與間距 . 5 體的計(jì)算 . 6 板的計(jì)算與應(yīng)力校核 . 6 蘭力矩 . 6 熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 . 7 數(shù)和系數(shù)計(jì)算 . 7 第四章 管束的振動(dòng)計(jì)算及防振設(shè)計(jì) . 10 算橫流速度 . 10 算卡曼旋渦頻率 . 10 算紊流 抖振主頻率 . 10 算聲頻 . 10 熱管的固有頻率 . 11 界橫流速度 . 11 論 . 11 第五章 焊接工藝設(shè)計(jì) . 11 要受壓元件的材料選擇及其可焊性評(píng)價(jià)與焊 接材料選擇說明 . 11 料的選擇 . 11 料的可焊性評(píng)價(jià) . 12 接材料的選擇 . 12 第六章 固定管板式換熱器的零件加工 . 12 頭的備料及加工 . 12 體的加工 . 13 板的備料與加工 . 13 裝工藝與要求 . 14 箱的組裝、焊接與加工 . 14 束的組裝 . 14 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 子與管板的連接 . 14 參 考 文 獻(xiàn) . 14 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第一章 引 言 述 熱器在工業(yè)中的應(yīng)用 換熱設(shè)備是 使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備，使化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10% 20%；在煉油廠中，約占總投資的 35% 40%。 目前國內(nèi)使用的換熱器多為列管換熱器和螺旋板換熱器。它的主要特點(diǎn)是管內(nèi)外換熱面積相等。這樣當(dāng)交換系數(shù)相差較大的交換介質(zhì)在管內(nèi)外進(jìn)行熱量交換時(shí)，由于其不平恒性而達(dá)不到理想的交換目的，換熱效率相對(duì)較低。 管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流 板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。 新型換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)及材料研究及過程裝備 術(shù)研究 方向以工程流體力學(xué)、傳熱學(xué)、應(yīng)用力學(xué)為理論基礎(chǔ)，集過程、工藝、結(jié)構(gòu)于一系統(tǒng)之中，進(jìn)行了優(yōu)化與綜合研究，推出了傳統(tǒng)擋板管殼式換熱器的換代產(chǎn)品。首次系統(tǒng)地研究和論述了“縱流殼程換熱器”的流體力學(xué)、傳熱性能及強(qiáng)化機(jī)理，組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度分析，強(qiáng)化換熱管及管束制造，結(jié)構(gòu)性能的模糊優(yōu)化，管束的動(dòng)力和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及仿真模擬技術(shù)。從理論上為新型“縱流殼程換熱器”技術(shù)的發(fā)展與工程應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 第二章 換熱器的選型 型 的基本原則 熱器類型的選取 因?yàn)楣軞な綋Q熱器單位體積具有的傳熱面積較大以及傳熱效果較好 ,特別是固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、緊奏、能承受較高的壓力 ,造價(jià)低 ,管程清洗方便 ,管子損壞時(shí)易于堵管或 更換 質(zhì)流向的確定 若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加熱流體的消耗量降低。可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。 設(shè)計(jì)參數(shù)中已給定換熱面積 ,因此介質(zhì)流向確定為逆流 . 質(zhì)流程的選擇 根據(jù)固定板式換熱器流體流徑的選擇原則 ,尿液應(yīng)走管程 ,水蒸汽走殼程 . 熱管的結(jié)構(gòu)尺寸 易結(jié)構(gòu)的液體宜采用較大的管徑 ,而設(shè)計(jì)參數(shù)中的尿液易結(jié)垢 ,并且有氣 所以選用 25格的管子 ,所 以管子的長度取 子的排列和管心距的確定 管子按等邊三角形排列 ,管板的強(qiáng)度高 ,流體走短路的機(jī)會(huì)少 ,且管外流動(dòng)擾動(dòng)較大 ,因而對(duì)流傳熱系數(shù)較大 ,相同的殼程內(nèi)可以排列更多的管子 心距 t=(.5)d。所以 t=32 管殼程數(shù)及管子數(shù) 所需管子的數(shù)量 N=A/L d。 =230/50 管板利用率 =2) 2)50 板利用率在 管數(shù)適合 0 鋼。 取管程數(shù)為 2,則每程的管子數(shù)為 325 因?yàn)闇囟炔钚Ｕ禂?shù) t 程數(shù)取為 1。 流板排列與間距 單殼程的換熱器僅需設(shè)置橫向折流板 ,橫向折流板同時(shí)兼有支撐傳熱管 ,防止產(chǎn)生振動(dòng)的作用 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,性能優(yōu)良 弓形流板的排列采用水平裝配 ,這樣可造成流體的強(qiáng)烈擾動(dòng) ,傳熱效果好。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 取弓形流板切去圓缺的高度為殼體內(nèi)徑的 20即弓形折留板的高度為 8000即折流板間距 為 300 第三章 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 體的計(jì)算 計(jì)算厚度 S=2 1000/(2 170 設(shè)計(jì)厚度 +名義厚度 d+整 =12(有效厚度 水壓實(shí)驗(yàn)壓力 / t=1=p) 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力 t= 2 )( e=0( = t =170 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力 )(2 = 0 =壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核 T=i+2000+9)/2 p) s=325 1=P) 板 的計(jì)算與 應(yīng)力校核 管板是管殼式換熱器的主要部件。管板的設(shè)計(jì)是否合理對(duì)確保換熱器的安全運(yùn)行、節(jié)約金屬材料、降低制造成本是至關(guān)重要的。此次設(shè)計(jì)的固定管板式換熱器的管板是依據(jù) 表 1 固定管板式換熱器管板尺寸 D 螺柱 數(shù)量 1195 1140 1098 1000 1085 1000 52 30 6 假定管板的有效厚度為 57 管板的腐蝕欲量 程分程隔板槽深 4程結(jié)構(gòu)槽深 4管板的公 稱厚度 7+2+4=63管板的公稱厚度和管板的設(shè)計(jì)溫度確定管板的許用應(yīng)力 板的設(shè)計(jì)溫度 00管板采用 16件 35 法蘭力矩 （ a）墊片 查墊片標(biāo)準(zhǔn) 4704 2000,石棉橡膠板墊片 墊片外徑 1087 墊片內(nèi)徑 1037片系數(shù) m= 墊片比壓力 y=20片基本密封寬度 ( (10874= 墊片有效密封寬度 b= 片壓緊力 作用中心圓直徑 2b=1087069b)螺栓載荷 螺栓材料選用 40據(jù) 1998表 4栓材料在常溫下的許用應(yīng)力 b=212栓材料 200的許用應(yīng)力 65緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 W=1069 20=600170N 操作狀態(tài)下需要的最 小螺栓載荷 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 W=10692 1069 617774N (c)螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)下所需螺栓面積 Aa=600170/212=2831 p/ 617774/165=15865 需螺栓面積 最大值 5865 27螺栓強(qiáng)度計(jì)算直徑 d=際螺栓面積 36=19251d)螺栓設(shè)計(jì)載荷 預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 W= b（ （ 15865+19251） /2=3722296N 操作狀態(tài)下螺栓的設(shè)計(jì)載荷 W=617774N (e)法蘭力矩 管程壓力操作工況下法蘭力矩 D G =10002 554300N t=(10692 21893N 1069 97083N =()/2=(11402=54t= 2-( 4=1140/2-(1000+1069)/4=G=( 2=(11402=p=1554300 54+221893 97083 0618350 基本法蘭力矩 b=15865 212=119399990 殼體法蘭應(yīng)力系數(shù) Y=按 K=1195/1000=圖 9 熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 換熱管回轉(zhuǎn)半徑 i= 22 )2(41 =熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 00 熱管材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn) 2.065熱管材料在換熱管平均金屬溫度下的彈性模量 86000數(shù) 1651860002 =149 i=300/0 熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 )2 /1(2 Cr iL = )1492 801(2165 = 參數(shù)和系數(shù)計(jì)算 殼體圓筒內(nèi)徑面積 A =4 10002 =785000殼體圓筒金屬橫截面積 s( s)=12 (1000+12)=38132 換熱管金屬橫截面積 na=t(t)=650 (114806 換熱管有效長度 L=450057=4386束模數(shù) 10004386 114806186000L t n 板材料在管板設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量 196000管板強(qiáng)度削弱系數(shù) =文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 熱管加強(qiáng)系數(shù) K= t n =隔板槽一側(cè)的排管根數(shù) ,n =27 隔板槽 兩側(cè)相鄰管中心距 ,4管區(qū)內(nèi)未被換熱管支撐的面積 ,對(duì)于三角形排列 n S(27 32 (32)=15115 管板步管區(qū)面積 650 322 +15115=591524 管板步管區(qū)當(dāng)量直徑 8 6 1 5 2 444 At 數(shù) t= i=868/1000=板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k=K(1(蘭外徑 195蘭寬度 2=(11952=箱法蘭厚度 f =68 法蘭頸部大端厚度 1 =32蘭頸部小端厚度 2 =20 管箱圓筒厚度 h=12箱法蘭材料在管程設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量 96000h/ f / =箱旋轉(zhuǎn)剛度 = 000 682(21 =殼體法蘭厚度 f =634體厚度 s=12體材料在平均金屬溫度下的彈性模量 91685 s/2/1000= f /4/1000= =體旋轉(zhuǎn)剛度 000 542(21 =轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) 48 684 板開孔后面積 4=785000252 /4=466093 =466093/785000=E1 89600 114806/191685 38132= = 1=114806/466093=S = =t = Q = K= 查 圖 92=文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 = =1=)2(2 1 m=)= K=Q=查 = )3/( =1= 5 2 a）第一種計(jì)算工況（殼程壓力作用下無溫差的工況） 記入熱膨脹差。 = =量組合壓力 + )=效壓力組合 本法蘭力矩系數(shù) M m= 1 93 9 9 9 9044 33 板邊緣力矩 系數(shù) M =M m+ 1)( 板邊緣剪切系數(shù) = M =板總彎矩系數(shù) 1 21 1e= m1=1e,當(dāng) m 0時(shí)，按 K和 1=板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù) 板徑向應(yīng)力系數(shù) 12 1)1(41 r 板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù) 1 (43 體法蘭力矩系數(shù) ( 板徑向應(yīng)力 )( 2=)631000(2=板材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 =135 r 135= 合格 管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力 )(2(21 2 2 = )631 0 0 0() 4 4 4 2 = 合格 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力 p= ( ) )63868( p 135= 合格 殼體法蘭應(yīng)力 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 )(4 2=)541000( 2 =f 135= 合格 殼體圓筒軸向應(yīng)力 1( = c 170= 合格 換熱管軸向應(yīng)力 t= ) 7 5 )22(1 = t 101=101 合格 換熱管與管板連接拉脫力 q= M P q 101= 合格 結(jié)論 :第一種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格。 經(jīng)計(jì)算其余三種工況也滿足要求。 第四章 管束的振動(dòng)計(jì)算及防振設(shè)計(jì) 假設(shè)水蒸氣流量為 30000 , 密度為 1 =153m ,尿液的密度為 2 1020 3/算橫流速度 計(jì)算各排換熱管之間的總間隙量 1b ,其中第六排換熱管的總間隙量1010b= 210b+28 B=2 7 7=270 ,出口處的橫流速度 1V = 11m 00 3 0 00 0 折流板間的橫流速度 2V 10 0 3 00 0 0 算卡曼旋渦頻率 節(jié)徑比 列角為 30 進(jìn) ,出口處的卡門旋渦頻率為 : 折流板間的門旋渦頻率為 : 算紊流抖振主頻率 T=S=l=S =進(jìn) ,出口處的紊流抖振主頻率為 (211 = =(222 =算聲頻 水蒸氣的定壓比熱與定容比熱的比值 取水蒸氣的壓縮系數(shù) Z=1 聲速為 s /買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 聲波為 c 17 612 35 212 熱管的固有頻率 換熱管剛性較差的部位在折流板的缺口處 ,故 : 跨 數(shù) n 7 折流板缺口區(qū)跨距 00 管板與相鄰折流板間的距離 931 932 換熱管材料的彈性模量 E=186000 換熱管空管質(zhì)量 管內(nèi)流體質(zhì)量 查得附加慣性系數(shù) 外流體虛擬質(zhì)量 0 0 7 12 單位管長質(zhì)量 ot 因 2 1K , 7n ,查圖得 換熱管一階固有頻率 2025( 444 4411 界橫 流速度 排列角為 30 ,節(jié)徑比為 查表得 設(shè)換熱管的對(duì)數(shù)衰減率 ,則 221 os (oc 11 論 (1) 由于 6/ cv cv 6/ ct ct 不會(huì)發(fā)生振動(dòng)。 (2) 由于 V V 1 (3) 6/1 ff v 2 / 11/ 12 / 在殼程流體進(jìn)出口處及折流板缺口區(qū)管束不會(huì)發(fā)生振動(dòng)。 第 五 章 焊接工藝設(shè)計(jì) 要受壓元件的材料選擇及其可焊性評(píng)價(jià)與焊接材料選擇說明 料的選擇 (1)筒體材料的選擇 根據(jù)殼程設(shè)計(jì)壓力和操作溫度 ,選擇筒體的材料為 1616一種低碳低合金鋼，合金元素含量少（總量不超過 3），具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的 碳素鋼。采用 16僅可以減小容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材，而且能解決換熱器在制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、安裝中因厚度太大所帶來的各種困難。 (2)管板材料的選擇 管板材料選擇 16件， 16低合金結(jié)構(gòu)鋼 ,它具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及可切削性均好，和 鋼相比，成分上僅多了一點(diǎn)錳，除具有同樣好的塑性和焊接性外，而屈服強(qiáng)度卻提高 50%左右，耐大氣腐蝕約提高 20低溫沖擊韌性也比買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 優(yōu)越，但其缺口敏感性較碳鋼大，在有缺口存在時(shí)，疲勞強(qiáng)度比 低，且易產(chǎn)生裂紋，故在加工時(shí)應(yīng)引起注意。這種鋼一般在熱軋或正火狀態(tài)下使用，正火后可改善鋼材的塑性、低溫沖擊韌性或冷壓成型等加工性能。 (3)管箱、補(bǔ)強(qiáng)圈材料的選擇 為了材料準(zhǔn)備和焊接的方便，管箱、補(bǔ)強(qiáng)圈材料材料也選用 16 (4)法蘭材料的選擇 法蘭的材料也選用 16件。 料的可焊性評(píng)價(jià) 金屬材料的可焊性是一項(xiàng)極其重要的工藝性能，可以按不同標(biāo)準(zhǔn)或不同角度來衡量其可焊性。通常把金屬材料在焊接時(shí)形成裂紋的傾向及焊接接頭區(qū)脆化的傾向作為評(píng)價(jià)金屬材料可焊性的主要指標(biāo)。 下面用 碳當(dāng)量 評(píng)定可焊性 。 ，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性好。一般不會(huì)產(chǎn)生裂縫。 間，鋼材塑性下降，強(qiáng)度增加，淬硬傾向明顯，可焊性較差。工 件應(yīng)采取焊前預(yù)熱，焊后緩冷等工藝防止裂縫。 鋼材塑性較低，強(qiáng)度較高，淬硬傾向很強(qiáng)，可焊性不好。工件焊前經(jīng)預(yù)熱 到較高溫度，焊接時(shí)采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后還應(yīng)進(jìn)行熱處理，確保焊接接頭質(zhì)量。 （ 1） 16件 r i u 5 =C 的值和 以 16件的可焊性比較優(yōu)良。 （ 2） 16 )( 以 1