對浮頭式工業(yè)換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析及對強度的具體計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29448對浮頭式工業(yè)換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析及對強度的具體計算過程案例 1320501.1殼體各項參數(shù)的選取確定 1281961.2對管箱墊片的設(shè)計過程 3289111.3對管箱法蘭的選擇過程 471351.4對管板數(shù)值的確定流程 593511.5對兩種接管的選擇設(shè)計 7173641.5.1殼程的管子數(shù)據(jù) 7309941.5.2管程的管子數(shù)據(jù) 789791.6對管箱以及相接構(gòu)件的設(shè)計 7323371.7校核殼程管子的補強 9321371.8校核管程管子的補強 10140741.9確定浮頭各項參數(shù)數(shù)據(jù) 11265031.9.1作用在管程壓力下的取值 12308991.9.2作用在殼程壓力下的取值 12287781.9.3管程作用于浮頭法蘭 1331981.9.4殼程壓力作用下浮頭法蘭的計算 16245151.10選取拉桿及其定距管 2071391.11對接管位置的確定 221021.12排氣管和排液管 2461791.13保溫層 2544261.14支座 26297431.15應(yīng)力計算 27292221.15.1熱交換器所受的應(yīng)力 2739041.15.2溫差應(yīng)力 2846471.15.3拉脫力 29238701.15.4許用拉脫力 291.1殼體各項參數(shù)的選取確定根據(jù)設(shè)計要求我們可以得知在殼體內(nèi)流動的液體是煤油，所以要求材料需要具備以下特點例如強度較高硬度較高，還需要具備一定的耐腐蝕性等等，結(jié)合以上因素綜合考量，我們要選取不銹鋼S31603來充當(dāng)筒體的材料最為適合。在上一部分的選型計算中，我們已經(jīng)闡述了殼體內(nèi)側(cè)直徑的數(shù)值等于700mm。接下來是衡量筒體薄厚的尺寸參數(shù)QUOTE設(shè)計壓力0.125MPa,設(shè)計溫度為Ts=150℃；筒體厚度計算為：δ=P式中：Pc——設(shè)計壓力，MPaDi——殼體厚度，mmδ——計算厚度，mmφ——焊接接頭系數(shù)設(shè)計厚度：δd名義厚度：δn有效厚度：δe根據(jù)以上詳盡的計算過程，我們最終將厚度確定為6mm1.2對管箱墊片的設(shè)計過程墊片：查閱相關(guān)的規(guī)定綜合考慮，我們選取圖示結(jié)構(gòu)來作為本次設(shè)計的墊片。圖3-1非金屬軟墊片1.3對管箱法蘭的選擇過程根據(jù)設(shè)計的各項參數(shù)及實際需求，選用下圖圖示結(jié)構(gòu)來作為本次設(shè)計的法蘭。圖3-2凹凸密封面-法蘭由設(shè)計過程可得，公稱直徑的數(shù)值我們在上述過程中算得為700mm,在所述的這種條件下，我們可以查到如下圖所示的數(shù)據(jù)表：1.4對管板數(shù)值的確定流程圖3-3整體管板首先我們要設(shè)法知道管板的尺寸，根據(jù)我們在上述計算過程中對和殼體、法蘭、螺栓等結(jié)構(gòu)各項尺寸規(guī)格的設(shè)計、選取與確定，再根據(jù)相關(guān)手冊中的明確規(guī)定得到下列表格：到這一步，我們需要選擇一個合適的元器件，在我們知道了上述管子的數(shù)據(jù)之后，這時候我們順理成章地想到了Ⅱ級管束，選取它最為適宜，查閱相關(guān)的資料，再結(jié)合設(shè)計過程和設(shè)計數(shù)據(jù)，我們將直徑選取為標(biāo)準(zhǔn)的25.3mm,相應(yīng)地設(shè)置允許偏差（+0.10，-0.10）。對于換熱的管子和管板之間的的相接方式，在綜合對比之后我們確定為強度焊這一方法，與之相對應(yīng)的焊接的粗糙度Ra我們應(yīng)該保證它是小于等于35μm的。接下來我們要確定一種結(jié)構(gòu)來將管板與法蘭接應(yīng)起來，經(jīng)過全面的比較和分析，采用如下圖所示的連接方法最為適宜。圖3-4管箱-e型1.5對兩種接管的選擇設(shè)計1.5.1殼程的管子數(shù)據(jù)我們可以通過《換熱器設(shè)計手冊》中的規(guī)定來確定殼程的管子向外伸出的高度，也就是說當(dāng)DN的數(shù)值我們?nèi)榈扔?25時，我們應(yīng)該將δ的取值設(shè)置到0和50之間，將l4的具體數(shù)據(jù)確定為最為適宜的200。1.5.2管程的管子數(shù)據(jù)同上，我們通過相關(guān)的規(guī)定來確定管程的管子向外伸出的高度，也就是說當(dāng)DN的數(shù)值我們?nèi)榈扔?00時，我們應(yīng)該將δ的取值設(shè)置到0和50之間，將l4的具體數(shù)據(jù)確定為最為適宜的200。1.6對管箱以及相接構(gòu)件的設(shè)計首先我們要選擇一種合適的鋼作為管箱的材料，我們查閱并研究與管箱及其封頭相關(guān)的國標(biāo)中的數(shù)據(jù)選取規(guī)定，最后將其材料定為不銹鋼S31603。接下來我們要通過計算來完成管箱的尺寸的設(shè)計，根據(jù)上文中提到的設(shè)計要求溫度我們還是定為50℃,對于計算壓力Pc這個參數(shù)我們將它的取值定為等于0.13MPa，另外幾個重要取值焊縫系數(shù)選取它的計算數(shù)值為1，腐蝕裕度規(guī)定它的取值為2，同上負(fù)差值規(guī)定為選取數(shù)值1。計算厚度：δ=P設(shè)計厚度：δd名義厚度：δn考慮殼體厚度，圓整后名義厚度為6mm有效厚度：δe接下來是對封頭這一結(jié)構(gòu)的選取以及具體尺寸大小的確定，同上文管箱的設(shè)計計算過程，我們首先要認(rèn)真查閱并研究與本次設(shè)計情況相關(guān)的國標(biāo)規(guī)定，我們擇優(yōu)選取它的材料為不銹鋼S31603，對各種形式的特點比較分析綜合考量后確定為如下圖所示的橢圓形。圖3-5橢圓形封頭EHA分程隔板選取的各項具體數(shù)據(jù)經(jīng)我們查閱總結(jié)后確定為如下圖所示管箱短節(jié)長度為：QUOTE管箱短節(jié)長度為：Lg1.7校核殼程管子的補強根據(jù)上述的設(shè)計過程我們選取了殼程中的接管為139.7×7mm這一規(guī)格，經(jīng)過比較分析最終確定了它的材料為碳鋼NO.20,在該種材料相關(guān)數(shù)據(jù)的要求下，我們確定許用應(yīng)力的數(shù)值取到140MPa。

QUOTE取C2=2,C=1。取C1接管計算壁厚：δt接管有效壁厚：δet開孔直徑：d=D+接管有效補強高度：B=2d=2×接管外側(cè)有效補強高度：h1=d需要補強面積：A=dδ=141.7×強度削弱系數(shù)：f接下來計算能夠作為補充加強的面積為：A1A2A=A1.8校核管程管子的補強C1接管計算壁厚：δt接管有效壁厚：δet開孔直徑：d=D+接管有效補強高度：B=2d=2×接管外側(cè)有效補強高度：h1=d需要補強面積：A=d×經(jīng)過查閱將強度的削弱系數(shù)這一參數(shù)的數(shù)值確定為0.778可以作為補強的面積：A1A2A=A1.9確定浮頭各項參數(shù)數(shù)據(jù)將本次設(shè)計的實際要求計算過程與國標(biāo)數(shù)據(jù)相結(jié)合，我們綜合考慮選取了它的形式為鉤圈式，它的端蓋的外形我們最終確定為球冠，擇優(yōu)選擇了以上兩種形式后我們來確定與之相關(guān)數(shù)據(jù)，，一些具體的數(shù)值展示在下列表格中。浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑：浮頭法蘭和鉤圈的外直徑：外頭蓋內(nèi)直徑：浮動管板外直徑：1.9.1作用在管程壓力下的取值封頭的計算厚度：設(shè)計厚度：名義厚度：，圓整為有效厚度：1.9.2作用在殼程壓力下的取值封頭計算厚度：設(shè)計厚度：名義厚度：，

實取名義厚度圓整為有效厚度：系數(shù)的計算，經(jīng)過相關(guān)查閱后我們確定參數(shù)B的取值是等于137的。所以說也是相近的，根據(jù)上述兩個小節(jié)的設(shè)計數(shù)據(jù)，作用于殼程P和管程P時我們應(yīng)該將兩種情況作比較選取較大的厚度數(shù)值最為安全適宜。綜上所述我們確定名義厚度的最終取值是12，同理有效的厚度是。設(shè)計溫度下封頭的最大需用工作壓力：1.9.3管程作用于浮頭法蘭操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力：流體壓力引起的總軸向力：預(yù)緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷：根據(jù)規(guī)定和設(shè)計的具體實際情況，我們確定螺栓選取35CrMoA這一材料最為適宜，在上述條件都確定后，我們可以確定以下的數(shù)據(jù)取值為，；，螺栓的個數(shù)應(yīng)該取為36。需要的螺栓總截面積：實際使用的螺栓總截面積：封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角：螺栓設(shè)計載荷：作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：QUOTE螺栓中心至FD作用位置處徑向距離：螺栓中心至F法蘭墊片壓力：QUOTE螺栓中心至FG作用位置處徑向距離：螺栓中心至F螺栓中心至F作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力：F總力矩：法蘭預(yù)緊力矩：，F(xiàn)G=W.法蘭的設(shè)計力矩：法蘭厚度：操作狀態(tài)下預(yù)緊狀態(tài)下操作狀態(tài)下法蘭厚度：預(yù)緊狀態(tài)下法蘭厚度：因此法蘭厚度：1.9.4殼程壓力作用下浮頭法蘭的計算所需最小墊片壓緊力流體壓力引起的總軸向力預(yù)緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷：螺栓材料這個數(shù)據(jù)的獲取需要我們通過上網(wǎng)去圖書館的查找，找到相干的工藝標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)必須要規(guī)范可行，在此情況下，我們才可以放心使用表中的數(shù)據(jù)，例如，，，，螺栓的個數(shù)取為24個。需要的螺栓總截面積：實際使用的螺栓總截面積：

封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角：螺栓設(shè)計載荷：作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：螺栓中心至F法蘭墊片壓力：螺栓中心至F螺栓中心至F作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力：F力矩矢量和法蘭預(yù)緊力矩：，其中FG=W法蘭的設(shè)計力矩法蘭厚度：操作狀態(tài)下預(yù)緊狀態(tài)下操作狀態(tài)下法蘭厚度：預(yù)緊狀態(tài)下法蘭厚度：因此法蘭厚度：1.10選取拉桿及其定距管當(dāng)10≤d＜14時，拉桿直徑為10；當(dāng)14≤d＜25時，拉桿直徑為12；當(dāng)25≤d＜57時，拉桿直徑為16；根據(jù)以上設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)我們可以得知換熱管的直徑是選擇了等于25mm的,根據(jù)取值范圍顯然選取直徑為16mm，數(shù)量確定為6根.此結(jié)構(gòu)一般會只有兩種不同的選擇，其兩者有著一定的利害關(guān)系，在此，經(jīng)過一定的優(yōu)劣對比，用螺紋連接：圖3-6拉桿定距管結(jié)構(gòu)經(jīng)過對比分析選擇采用Q235RA作為它的材料顯然最為適宜，數(shù)量我們確定為6根，具體的規(guī)格展示在下圖中。圖3-7拉桿的連接尺寸尋找材料數(shù)據(jù)的時候，我們千萬要小心謹(jǐn)慎，通過我們的學(xué)習(xí)和積累，以及同學(xué)老師的交流學(xué)習(xí)，材料采用QUOTEQ235RAQ235RA是最為適宜的，定距管的直徑尺寸應(yīng)該做到與換熱的管子一致Φ25mm，它的長度確定為410mm，個數(shù)選擇12;在兩個折流板之間的長度確定為300mm,個數(shù)為102個。1.11對接管位置的確定殼程接管位置的最小尺寸L1式中C——C≥4S(S為殼體厚度)，且≥30；圖3-8殼程接管位置管程接管位置的最小尺寸L2式中C——C≥4S(S為殼體厚度)，且≥30；管程的接管陳設(shè)方式如下圖所示圖3-9管程接管位置1.12排氣管和排液管在此我們會采用的方法有較多的選擇，為了更好的完成我們的任務(wù)的目標(biāo)要求，我們在交流學(xué)之后，用下圖的結(jié)構(gòu)，分別在殼體、管箱殼體的上部和底部。選用φ40×4.15，材料20號鋼無縫鋼管，外伸高度h=150mm。圖3-10排氣管法蘭1.13保溫層此裝備的選擇，是我們設(shè)計過程中的重要一環(huán)，一個合適的材料對我們的設(shè)計至關(guān)重要，我們在經(jīng)過悉心的學(xué)習(xí)了解搭配到了選用脲甲醛泡沫塑料，如下：DoLnδ=式中：

δ——保溫層厚度；A2fλ——保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，（kcal/㎡·h·℃）；t——年運行時間，h；T——設(shè)備和管