毕业设计（论文）-500kw满液式螺杆水冷冷热水机组设计.doc

本 科 毕 业 设 计 第 54 页 共 54 页1 引言我的毕业设计题目是500kW满液式螺杆水冷冷热水机组的设计，已知条件有制冷量kW，冷水温度127，冷却水温度3237，制冷剂是R22。主要内容是对机组进行热力计算，确定机组冷热负荷，对传热设备进行传热计算、结构设计及校核，以及对压缩机、节流装置等设备的选型。螺杆冷水机组的优点：1）结构简单、零件少、可靠性高。2）没有进排气阀组，压缩效率高。3）机器力矩变化小、振动少，运转平稳。4）相同制冷量情况下，体积小、重量轻。5）能承受一定的液击。6）可实现中间补气的经济循环，进一步提高压缩机效率。5）能量可以无极调节。8）转子喷油后排气温度低，气密性好，单机可在较大压缩比下运行。螺杆冷水机组的缺点：1）转子部件表面呈曲面形状，加工要求高，必须用专用精密机床。2）同一台机组，由于有固定的内容积比（具有可调内容积比的机组除外），适应工况范围不及活塞式那样广。3）需庞大的油分离器来分离喷入机内的油，辅助设备复杂。2 螺杆冷水机组的热力计算2.1 机组设计参数1）制冷量：kW2）冷水温度：1273）冷却水温度：32374）制冷剂：R22取蒸发器蒸发温度：冷凝器冷凝温度：2.2 确定循环过程的状态参数制冷循环压焓图有：2s432pTk Pk0T0 P051h图2.1 压焓图假设过冷度：，过热度：，取压缩机的容积系数: ，指示效率：。则有：， 查R22的热力性质图和表（制冷与低温技术原理附录），得理论循环各特征点的状态参数如下表循环点P/MPat/h/（kJ/kg）v/（m3/kg）00.5845407.1430.041310.58415410.43021.355447.85141.35540244.537表2.1 循环各特征点的状态参数2.3 循环过程热力参数计算2.3.1 单位质量制冷量kJ/kg式中 状态0点的比焓值，kJ/kg；状态5点的比焓值，kJ/kg。2.3.2 单位容积制冷量kJ/m3式中 单位制冷量，kJ/kg； 状态1点的比体积，kJ/kg。2.3.3 理论比功kJ/kg式中 状态2点的比焓值，kJ/kg；状态1点的比焓值，kJ/kg。2.3.4 指示比功kJ/kg式中 压缩机的指示效率。2.3.5 性能系数理论值 指示值 2.3.6 冷凝器入口的制冷剂比焓值kJ/kg2.3.7 冷凝器单位热负荷 kJ/kg式中 状态点2s的比焓值，kJ/kg；状态点4的比焓值，kJ/kg。2.3.8 制冷剂循环的质量流量kg/s式中 制冷量，kW。2.3.9 实际输气量和理论输气量实际输气量 m3/s理论输气量 m3/s=568.8kg/h2.3.10 压缩机消耗的理论功率和指示功率kWkW2.3.11 冷凝器热负荷kW3 螺杆冷水机组结构设计3.1 压缩机选型压缩机有全开启、半封闭、全封闭四种类型，全开启式压缩机传动效率低，容易泄漏，但维修方便；全封闭式压缩机密封性好，但不易维修，一旦压缩机损坏则整机报废，成本比较高，而半封闭式压缩机同时具有上述两种压缩机的有点，因此首选半封闭式压缩机。根据第2章对机组热力计算所确定的压缩机理论输气量568.8m3/h，制冷量500kW，选用北京德兰伟业机电设备有限公司型号为CSH9561-210的机组，其外形尺寸为1832mm700mm829mm。 图3.1 压缩机其技术数据如下表3.1：表3.1 压缩机参数压缩机型号电机排气量/50HZ充油量重量排气管/mm吸气管/mm能量调节%电源种类最大运行电流最大输入功率CSH9561-210(Y)261526131076DN 10025100380Y/3702463.2 螺杆冷水机组传热计算 3.2.1 冷凝器传热计算本次设计冷凝器水侧管程选用二流程，换热管选用WolverineTurboC型纯铜高效冷凝管，产品编号为52405328，其参数为：公称外径Do=19.00mm，公称内径Di=15.54mm，实际内表面积A0=7.833cm2/cm，换热计算中的系数C1=0.068，阻力计算公式中系数C2=1.414，指数n=0.314，管长l=2.5m。假设设计冷却水在管内的流速wf=2 m/s，冷却水进口温度tw1=32，出口温度tw2=37。1）冷却水平均温度 查制冷工程热计算图表得水在34.5下的物性：m2 kg/m3W/(mK) J/(kgK) Pas Pas（设壁温为38） 2）冷却水体积流量 （3.1）式中 产热量，=655.061kW。将数据代入式（3.1）得m3/s=113.4m3/h3）水在管内的雷诺数4）管内水侧表面传热系数将数据代入上式得W/(m2K)5）计算R22冷凝侧的表面传热系数 假设单位管长的热流量W/m，根据离心式/螺杆式制冷机组及应用中图5.12得W/(m2K)，每1m长公称外表面积m2/m，以管子公称外径为基础的表面传热系数为：W/(m2K)6）计算管子公称外径为基础的传热系数假设管内水侧的污垢系数 (m2K)/W，则(m2K)/W 所以传热系数 W/(m2K)7）计算冷凝器传热温差 （3.2）将数据代上式（3.2）得8）冷凝器中需用WolverineTurboC的管子数式中 Q0制冷量，Q0=500kW。将数据代入上式得根考虑到水质较差时，实际污垢值可能大于假设值，故增加管字数5%，实际采用170根管，所以n=170根。9）冷凝器换热面积m210）校核管内流速m/s计算结果与假定管内水速接近，不用重新假设。11）校核TurboC 冷凝管的单位管长热流量kW/m计算结果与假设值非常接近，不用重新假设。13）阻力计算摩擦阻力系数冷凝管中单流程阻力为kPa冷却水通过冷凝器时的总阻力 （3.3）式中 Z流程数，Z=2；单流程摩擦阻力水侧阻力，kPa将数据代入式（3.3）得：MPa由于p0.1MPa，在容许范围内，满足设计要求。3.2.2 蒸发器的传热计算本次设计蒸发器水侧管程选用二流程，为了提高了蒸发器的传热系数，蒸发器换热管选用WolverineTurboB型纯铜高效蒸发管，产品编号为555050028，其参数为：公称外径Do=19.00mm，公称内径DI=16.05mm，内表面积为8.016cm2/cm，管内换热计算式中的系数C1=0.051，阻力计算公式中系数C2=0.455，指数n=0.311，管长l=2.5m。假设冷水在管内的流速wf=1.5m/s，冷水进口温度tw1=12，出口温度tw2=7。1）冷却水平均温度查制冷工程热计算图表得，水在9.5下的物性参数：m2/s kg/m3(Wm)/K J/(kgK) PasPas 2）冷水体积流量 （3.4）式中 制冷量，=500kW。将数据代入式（3.4）得m3/K3）水在管内的雷诺数4）管内水侧表面传热系数 =14169.6W/(m2K) 5）R22蒸发侧的表面传热系数假设单位管长的热流量W/m，根据离心式/螺杆式制冷机组及应用中图5.30查得W/( m2K)，每1m长公称外表面积m2/m，以管子公称外径为基础的表面传热系数为W/( m2K)6）计算管子公称外径为基础的传热系数假设管内水侧的污垢系数 (m2K)/W，则(m2K)/W 所以传热系数 W/( m2K)。7）计算蒸发器传热温差8）蒸发器中需用WolverineTurboB管子数 （3.5）式中 Q0制冷量，Q0=500kW。将数据代入式（3.5）得根考虑到当水质较差时，实际污垢值可能大于假设值，故增加管子数5%，实际采用170根管，所以n =170根。9）蒸发器换热面积m210）校核管内流速m/s计算结果与假定管内水速接近，不用重新假设。11）校核TurboC 冷凝管的单位管长热流量kW/m计算结果与假设值非常接近，故符合。12）阻力计算摩擦阻力系数冷凝管中单流程阻力为kPa冷水通过蒸发器时的总阻力式中 Z流程数，Z=2；单流程摩擦阻力水侧阻力，kPa。将数据打入上式得MPa由于p0.1MPa，在容许范围内，满足设计要求。3.3 螺杆冷水机组节流装置的选用螺杆冷水机组中主要采用的节流装置有孔板、线性浮子阀、电子膨胀阀和热力膨胀阀。电子膨胀阀是因制冷机组机电一体化控制的要求而发展起来的。如下图3.2所示，其为电子膨胀阀的结构。它主要是由步进电动机、螺杆、套筒、节流孔等部分组成。步进电动机根据控制系统接收的脉冲信号执行动作，通过螺杆带动套筒移动，节流孔为槽型，步进电动机的动作改变开槽的大小，从而达到调节制冷剂流量的目的。电子膨胀阀的优点是控制灵活，可以实现更精确的流量调节，适应工况范围较广。同时电子膨胀阀可以根据制冷剂液位的进行动作，也可以根据制冷剂过热度调节。 图3.2 电子膨胀阀结构图本次设计节流装置采用电子膨胀阀，根据制冷量500kW，选用艾默生（ALCO）艾高电子膨胀阀，如下图3.3所示，型号为EX8-M21，其参数见表3.2。表3.2 电子膨胀阀参数型号流动方式冷量调节能力进口尺寸出口尺寸名义冷量EX8-M21单向10-100%42mmODF42mmODF200SBS图3.3 艾默生（ALCO）艾高电子膨胀阀4 螺杆冷水机组换热器结构设计4.1 螺杆冷水机组换热器结构选取4.1.1 冷凝器结构选取制冷机组中用的冷凝器，以冷却方式不同可分为水冷、空冷和蒸发冷却式三种型式。在螺杆式制冷机组中所使用的水冷式冷凝器，主要是卧式管壳式冷凝器。它是由筒体、管板、冷凝管和两侧端盖组成。制冷剂蒸气由筒体上部进入筒内，并在冷凝管的外表面上的冷凝。冷凝后液体制冷剂从筒体下部流出。冷却水经一侧端盖进入冷凝管内，在另一侧端盖内换向，再度流入冷凝管。该种冷凝器的具有结构紧凑、传热系数高、冷却水消耗少、操作管理方便等优点。因此本次设计冷凝器结构采用水冷式管壳式冷凝器。4.1.2 蒸发器结构选取在螺杆冷水机组中，蒸发器的型式主要是满液式和干式蒸发器两种。满液式蒸发器中，液体制冷剂经过节流装置进入蒸发器，在蒸发器壳体内直接蒸发。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。而干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进入蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变为气体，而被冷却的介质则在传热管外的管程中流动。满液式蒸发器与干式蒸发器相比，满液式如采用与润滑油不能互溶或只能部分溶解的制冷剂，回油比较困难。但满液式蒸发器制冷剂侧阻力小，蒸发管表面传热系数高，制冷剂重液量大，制冷量大等优点。因此本次设计蒸发器选用满液式蒸发器。4.2 螺杆冷水机组换热器筒体结构设计计算筒体的作用是压力容器中提供工艺所需要的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一。圆柱形筒体（圆筒）和球形筒体式是工程中最常用的筒体结构。其中圆筒按其结构可分为单层式和组合式两大类。本次设计换热器筒体采用单层圆筒结构。4.2.1 冷凝器筒体结构设计计算设计参数设计压力 管程 1.0MPa 壳程 1.89MPa设计温度 管程 50 壳程 50壳体材料选用Q235.B，其在50时的许用压力t=113Mpa。1) 筒体厚度计算(1) 计算厚度 (4.1)式中 Di壳体内直径，根据换热管的排列作图确定Di=500mmP壳程设计压力，P=1.89MPa； t壳体材料在设计温度下的许用压力，t=113MPa；焊接接头系数，本设计圆筒焊接采用单面焊对接接头，全部无损检测，=0.9。将数据代入式（4.1）得 mm(2) 设计厚度 （4.2）式中 C2腐蚀余量,，C2=2mm。将数据代入式（4.2）得mm(3) 名义厚度 （4.3）式中 C1钢板厚度负偏差，C1=0.6mm。将数据代入式（4.3）得mm圆整后mm。(4) 有效厚度mm2) 圆筒的最大允许工作压力MPa3) 筒体应力校核设计温度下的圆筒的计算压力MPa由于MPa，满足设计要求。4.2.2 蒸发器筒体结构设计计算设计参数设计压力 管程 1.0MPa 壳程 1.89MPa设计温度 管程 50 壳程 50壳体材料选用Q235.B，其在50时的许用压力MPa。1） 筒体厚度计算(1) 计算厚度 （4.4）式中 Di壳体内直径，根据换热管的排列作图确定Di=500mm； P壳程设计压力，P=1.89MPa；t壳体材料在设计温度下的许用压力，t=113MPa； 焊接接头系数，本设计圆筒焊接采用单面焊对接接头，全部无损检测，因此=0.9。将数据代入式（4.4）得 mm(2) 设计厚度 （4.5）式中 C2腐蚀余量，C2=2mm。将数据代入式（4.5）得mm(3) 名义厚度 （4.6）式中 C1钢板厚度负偏差，C1=0.8mm。将数据代入式（4.6）得mm圆整后n=8mm。(4) 有效厚度mm2) 筒体最大允许工作压力MPa3) 筒体应力校核设计温度下的圆筒的计算压力MPa由于MPa，故满足设计要求。4.3 螺杆冷水机组换热器封头结构设计计算本次换热器封头设计选用标准椭圆形封头，该封头是由半个椭圆和短圆筒组成，应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。4.3.1 冷凝器封头结构设计计算设计参数设计温度 50 设计压力 P=1.89MPa 封头内直径 Di=500mm 焊接接头系数 =0.91） 厚度计算(1) 计算厚度 (4.7)式中 Di壳体内直径，根据换热管的排列作图确定Di=500mm； P壳程设计压力，P=1.89MPa；t壳体材料在设计温度下的许用压力，t=113MPa； 焊接接头系数，本设计圆筒焊接采用单面焊对接接头，全部无损检测，因此=0.9。将数据代入式（4.7）得m(2) 设计厚度 (4.8)式中 C2腐蚀余量，C2=2mm。将数据代入式（4.8）得mm(3) 名义厚度 (4.9)式中 C1钢板厚度负偏差，C1=0.6mm。将数据代入式（4.9）得mm圆整后名义厚度n=8mm。(4) 有效厚度mm2） 封头最大允许工作压力MPa式中 K椭圆形封头形状系数，标准椭圆形封头K=1。3） 封头应力校核MPa由于，满足设计要求。4） 封头接管计算(1) 接管内径 (4.10)式中 冷凝器体积流量，=113.4 m3/h； wf冷却水管内流速，wf=2m/s。将数据代入式（4.10）得mm(2) 接管外径取管子厚度为4.5mm，则外径外151mm，圆整后接管外径Do=159mm。综上计算得接管的规格为：159mm4.5mm。 4.3.2 蒸发器器封头结构设计计算设计参数设计温度 50 设计压力 P=1.89Mpa 封头内直径 Di=500mm 焊接接头系数 =0.91） 厚度计算(1) 计算厚度 （4.11）式中 Di壳体内直径，根据换热管的排列作图确定Di=500mm； P壳程设计压力，P=1.89MPa；t壳体材料在设计温度下的许用压力，t=113MPa； 焊接接头系数，本设计圆筒焊接采用单面焊对接接头，全部无损检测，取=0.9。将数据代入式（4.11）得mm(2) 设计厚度 （4.12）式中 C2腐蚀余量， C2=2mm。将数据代入式（4-12）得 mm(3) 名义厚度 （4.13）式中 C1钢板厚度负偏差，C1=0.8mm。将数据代入式（4.13）得mm圆整后名义厚度n=8mm。(4) 有效厚度mm2） 封头最大允许工作压力MPa式中 K椭圆形封头形状系数，标准椭圆形封头K=1。3） 封头应力校核 MPa由于，满足设计要求。4）封头接管计算(1) 接管内径 (4.14)式中 蒸发器冷水体积流量，=85.9 m3/h； wf冷水管内流速，wf=1.5m/s。将数据代入式（4.14）得mm(2) 接管外径取管子厚度为4.5mm，则外径外152mm，圆整后接管外径Do=159mm。综上计算得接管的规格为：159mm4.5mm。4.4 螺杆冷水机组换热器管板结构设计计算本设计换热器管板选用延伸部分兼作法兰的的固定式管板结构。蒸发器管板与冷凝器管板结构相同，管板材料选用Q235.B，本章主要为蒸发器管板的设计计算。4.4.1 蒸发器管板结构设计参数计算设管板计算厚度=40mm。1) 壳程圆筒内直径横截面积 （4.15） 式中 Di 壳体内直径，Di=500mm。将数据代入式（4.15）得mm22) 管板开孔后的面积 （4.16）式中 d换热管外径，d=19mm。将数据代入式（4.16）得mm23) 圆筒壳壁金属横截面积 （4.17）式中 Di壳体内直径，Di=500mm； s圆筒厚度，s =8mm。将数据代入式（4.17）得mm24) 布管范围内，因设置隔板而未能被换热管支承的面积 （4.18）式中 S换热管中心距。S=25mm；沿隔板槽一侧的排管根数，=16.Sn隔板槽两侧相邻管中心距，Sn=38mm。将数据代入式（4.18）得mm25) 管板布管区的当量直径 （4.19）式中 At 管板布管区面积，mm2。mm2mm2将数据代入式（4.19）得mm6) 管束模数 （4.20）式中 Et换热管材料的弹性模量，Et=127000MPa；L 有效换热管长度，L =2500mm；a一根换热管管壁金属的横截面积，mm2。mm2将数据代入式（4.20）得MPa7) 换热管加强系数 （4.21）式中 Di圆筒壳体内直径，Di=500mm；管板刚度削弱系数，=0.4；a一根换热管管壁金属的横截面积，a=81.17mm；管板计算厚度，=40mm；n换热管的根数，n=170 ；Et换热管材料的弹性模量，Et=127000MPa； EP管板材料的弹性模量， EP=214000Mpa。将数据代入式（4.21）得 8） 壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数 （4.22）式中 壳体法兰材料弹性模量，； Es壳程圆筒材料的弹性模量，Es=214000MPa；Df壳体法兰外直径，Df=660mm； Di壳体内直径，Di=500mm；壳体法兰厚度，=40mm；bf壳体法兰的宽度，bf=105mm；系数，查GB.151.1999管壳式换热器中图26得，=0.014。将数据代入式（4.22）得MPa9） 预紧状态下需要的最小螺栓载荷 （4.23）式中 DG垫片压紧力作用中心圆直径，DG=615mm；b垫片有效密封宽度,查GB 150.1998钢制压力容器9.5.1, mm；y垫片压力比， 查GB 150.1998钢制压力容器中表9.2，Mpa；m垫片系数，查GB 150.1998钢制压力容器中表9.2，垫片材料选用石棉橡胶板，厚度为3mm，m=2，y=11MPa，b=11mm。将数据代入式（4.23）中得N10） 操作状态下需要的最小螺栓载荷 （4.24）式中 Pc 计算压力，Pc=2.33Mpa。将数据代入式（4.24）得 11） 基本法兰力矩 （4.25）式中 Am需要的螺栓面积，取Aa和Ap中的大值，mm2；Aa预紧状态下，需要的最小螺栓总截面积，mm2。 （4.26）式中 b常温下螺栓材料的许用应力，螺栓材料选用Q335A b=113Mpa。将数据代入式（4.26）得 Ap操作状态下，需要的螺栓总截面积，mm2。 （4.27）式中 设计温度下法兰材料的许用应力， =113MPa；LG螺栓中心至FG作用位置处的径向距离，查GB 150.1998钢制压力容器中图9.1，LG=41mm；Wp操作状态下需要的最小螺栓载荷，Wp=721743.8N。将数据代入式（4.27）得由于ApAa,所以Am=Ap=6387.1mm2。将上述数据代入式（4.25）得Mm=6387.141113=2.96107Nmm12） 旋转刚度无量纲常数 (4.28)式中 Kt管束模数，Kt=1400.76；圆筒与法兰的旋转刚度参数，Mpa。 (4.29)式中 管箱法兰材料弹性模量，； 管箱法兰厚度，mm管箱圆筒厚度，mmbf壳体法兰的厚度，mm系数，查GB.151.1999管壳式换热器中图26得，将数据代入式（4.29）得MPaKf管板边缘旋转刚度参数，MPa。将上述数据代入式（4.28）得13） 换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时） （4.30）式中 Es壳程圆筒材料的弹性模量，Es=214000MPa；n换热管的根数，n=170；a根换热管管壁金属的横截面积，a=81.17mm2；As圆筒壳壁金属横截面积，mm；Et换热管材料的弹性模量，Et=127000Mpa。将数据代入（4.30）得14） 法兰力矩折减系数 （4.31）式中 旋转刚度无量纲常数，；G3系数，查GB.151.1999管壳式换热器中图30，查得G3=0.047,将数据代入式（4.31）得15） 法兰力矩变化系数 （4.32）式中 壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数，MPa；圆筒与法兰的旋转刚度参数，Mpa；管板边缘力矩变化系数； （4.33）式中 法兰力矩折减系数，=0.95将数据代入式（4.33）棏将上述数据代入式（4.32）棏16） 膨胀变形差 （4.34）式中 换热管材料线膨胀系数，/；壳程圆筒材料线膨胀系数，/；to制造环境温度，；ts沿长度平均的壳程圆筒金属温度，；tt沿长度平均的换热管金属温度，。将数据代入式（4-34）得 17） 有效压力组合 （4.35）式中 Ps壳程设计压力，Ps=1.89MPa；Pt管程设计压力，Pt =1.0MPa；系数，；膨胀变形差，=6.5410-5s系数。 (4.36)式中 Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64；系数。将数据代入式（4.36）得t系数； (4.37)将数据代入式（4.37）得将上述数据代入式（4.35）得 18） 管板边缘力矩系数 (4.38)式中 管板边缘力矩变化系数，；基本法兰力矩系数。 (4.39)式中 Mm基本法兰力矩，Nmm； 系数，=0.75；Di圆筒壳体内径，mm；Pa有效压力组合，Pa=1.92MPa。将数据代入式（4.39）得M1系数； （4.40）式中 Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64；m1管板第一弯矩系数，从GB.151.1999管壳式换热器中图27，查得m1=0.57；K换热管加强系数，K=2.73；G2系数，从GB.151.1999管壳式换热器中图29，查得G2=1.3。将数据代入式（4.40）得将上述数据代入式（4.38）得19） 当量压力组合 （4.41） 式中 Ps壳程设计压力，Ps=1.89MPa；Pt管程设计压力，Pt=1.0MPa；系数； （4.42）式中 n换热管的根数，n=170；a一根换热管管壁金属的横截面积，mm2；A1管板开孔后的面积，mm2。将数据代入式（4.42）得将上述数据代入式（4.41）得 MPa20） 管程压力操作工况下的法兰力矩 （4.43）式中 LA螺栓中心至法兰焊缝与法兰背面交点的距离，mm；LD螺栓中心至FD作用位置处的径向距离，mm；LG螺栓中心至FG作用位置处的径向距离，mm；LT螺栓中心至FT作用位置处的径向距离，mm；FD作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力，N； NF流体压力引起的总轴向力，N； NFT流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力，N；NFP操作状态下，需要的最小垫片压紧力，N；N FG窄面法兰垫片压紧力，FG=FP=160590.3N。将上述数据代入式（4.43）得 Nmm21） 管程压力操作工况下的法兰力矩系数 （4.44） 式中 Mp管程压力操作工况下的法兰力矩，Mp=1.83107 Nmm；系数，=0.75； Di壳体内直径，mm；Pa有效压力组合，Pa=1.92MPa。将数据代入式（4.44）得22） 管板边缘剪切系数 （4.45）式中 系数，=1.92；管板边缘力矩系数，=0.26。将数据代入式（4.45）得23） 管板总弯矩系数 （4.46）式中 m1管板第一弯矩系数，从GB.151.1999管壳式换热器中图27，查得m1=0.57；m2管板第二弯矩系数，从GB.151.1999管壳式换热器中图28，查得m2=2.26；管板边缘剪切系数，=0.49。将数据代入式（4.46）得24） 管板布管区周边处的径向应力 （4.47）式中 Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64；G2系数，G2=1.3； G1e系数； （4.48）式中 管板强度削弱系数，一般取=0.4； m管板总弯矩系数，m=0.85；K换热管加强系数，K=2.73。将数据代入式（4.48）得G1i系数，从GB.151.1999管壳式换热器中图31，查的G1i=0.4；G1系数，当m0时，取G1e与G1i两者中的较大值，G1=0.4。将上述数据代入式（4.47）得25） 管板布管区周边处径向应力系数 （4.49）式中 m管板总弯矩系数，m=0.85；管板边缘剪切系数，=0.49；K换热管加强系数，K=2.73；Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64； G2系数，G2=1.3。将数据代入式（4.49）得26） 管板周边不布管区无量纲宽度 （4.50）式中 K换热管加强系数，K=2.73；布管区当量直径Dt与圆筒内直径Di之比，。将数据代入式（4.50）得27） 管板布管区周边剪切应力系数 （4.51）式中 管板边缘剪切系数，=0.49；Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64；G2系数，G2=1.3。将数据代入式（4.51）得28） 壳体法兰力矩系数 （4.52）式中 法兰力矩折减系数，=0.95；基本法兰力矩系数，=0.05；法兰力矩变化系数，=0.16；M1系数，M1=0.054。将数据代入式（4.52）得4.4.2 蒸发器管板应力校核本节计算为管板在各种危险组合条件下的应力校核。1） 只有壳程设计压力Ps,管程设计压力Pt=0，不计入膨胀变形差时的应力校核管板边缘力矩系数 (1) 换热管轴向应力校核 （4.53）式中 Pa有效压力组合，Pa=1.92MPa；系数，=0.75；管板强度削弱系数，=0.4； Di圆筒壳体内直径，mm；管板计算厚度，mm；管板布管区周边处的径向应力，=0.076。将数据代入式（4.53）得Mpa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，1.5=1.5113=150MPa。由于1.5,故满足设计要求。(2) 管板布管区周边处的径向应力校核 （4.54）式中 管板布管区周边处径向应力系数，=0.18；k管板周边不布管区无量纲宽度，；将数据代入式（4.54）得Mpa有在设计温度时，管板材料的许用压力，1.5=1.5113=150MPa。由于1.5，故满足设计要求。(3) 管板布管区周边剪切应力校核 （4.55）式中 系数，=0.75；Pa有效压力组合，Pa=1.92MPa； 管板强度削弱系数，；Dt管板布管区的当量直径，mm； 管板计算厚度，mm；管板布管区周边剪切应力系数，=0.19。将数据代入式（4.55）得Mpa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，0.5=0.5113=56.5MPa。由于0.5，故满足设计要求。(4) 壳体法兰应力校核 （4.56）式中 Y系数，查GB150.1998钢制压力容器第九章得Y=2.4；壳体法兰厚度，mm；系数，=0.75； 壳体法兰力矩系数，=0.039。将数据代入式（4.56）得MPa有 壳体法兰许用应力，1.5=1.5113=150 MPa。由于1.5，故满足设计要求。(5) 管子应力校核 （4.57）式中 Pc计算压力，Pc=1.89MPa；Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64；G2系数，G2=1.3；Pa有效压力组合， Pa=1.92MPa；系数， =0.093；管板边缘剪切系数，=0.49。将数据代入式（4.57）得Mpa有 在设计温度时，换热管材料的许用应力，1.0=41.2 MPa。由于1.0，故满足设计要求。(6) 壳程圆筒轴向应力校核 (4.58)式中 A壳程圆筒内直径横截面积，mm2；As圆筒壳壁金属横截面积，mm2；系数，=0.75；Q换热管束与圆筒刚度比（壳体不带波形膨胀节时），Q=0.64； G2系数，G2=1.3； Pa有效压力组合，Pa=1.92MPa。 管板边缘剪切系数，=0.49。将数据代入式（4.58）得Mpa有 壳程圆筒的背配环向焊缝系数，=1；在设计温度时，壳程圆筒材料的许用压力，=113MPa。由于，故满足设计要求。(7) 换热管与管板连接的拉脱力校核 （4.59）式中 换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力），=9.83MPa； a一根换热管管壁金属的横截面积，mm2；l换热管与管板胀接长度，根据GB151规定，胀接长度取=mm。将数据代入式（4.59）得MPa有 q 许用拉脱力，q=0.5=0.541.2=20.6MPa。由于q0.5q，故满足设计要求。2） 只有壳程设计压力Ps，管程设计压力Pt=0，计算膨胀变形差时的应力校核管板边缘力矩系数壳体法兰力矩系数 (1) 换热管轴向应力校核MPa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，3=3113=339MPa。由于3，故满足设计要求。(2) 管板布管区周边处的径向应力校核 （4.60）将数据代入式（4.60）得MPa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，3=3113=339MPa。由于3，故满足设计要求。(3) 管板布管区周边剪切应力校核有 在设计温度时，管板材料的许用压力，1.5=1.5113=169.5MPa。由于1.5，故满足设计要求。(4) 壳体法兰应力校核MPa有 壳体法兰许用应力，3=3113=339MPa。由于3，故满足设计要求。(5) 管子应力校核MPa有 在设计温度时，换热管材料的许用应力，3.0=341.3 =133.6MPa。由于3，故满足设计要求。(6) 壳程圆筒轴向应力校核MPa有 壳程圆筒的背配环向焊缝系数，=1；在设计温度时，壳程圆筒材料的许用压力，3=339MPa。由于3，故满足设计要求。(7) 换热管与管板连接的拉脱力校核有 q 许用拉脱力，q=0.5=0.541.2=20.6MPa。由于qq，故满足设计要求。3） 只有管程设计压力Pt，壳程设计压力Ps=0，不计膨胀变形差时的应力校核管板边缘力矩系数 壳体法兰力矩系数 (1) 换热管轴向应力校核MPa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，1.5=1.5113=169.5MPa。由于1.5，故满足设计要求。(2) 管板布管区周边处的径向应力校核 （4.61）将数据代入式（4.61）得MPa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，1.5=1.5113=169.5MPa。由于1.5，故满足设计要求。(3) 管板布管区周边剪切应力校核MPa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，0.5=0.5113=56.5MPa。由于0.5，故满足设计要求。(4) 壳体法兰应力校核MPa有 壳体法兰许用应力，1.5=1.5113=150 Mpa。由于1.5,故满足设计要求。(5) 管子应力校核MPa有 在设计温度时，换热管材料的许用应力，= 41.2 MPa。由于1.0，故满足设计要求。(6) 壳程圆筒轴向应力校核MPa有 在设计温度时，壳程圆筒材料的许用压力，=113MPa。由于，故满足设计要求。(7) 换热管与管板连接的拉脱力校核MPa有 q 许用拉脱力，q=0.5=0.541.2=20.6MPa。由于qq，故满足设计要求。4） 只有管程设计压力Pt，壳程设计压力Ps=0，不计膨胀变形差时的应力校核管板边缘力矩系数 壳体法兰力矩系数 (1) 换热管轴向应力校核MPa有 在设计温度时，管板材料的许用压力，3=3113=339MPa。由于3，故满足设计要求。(2) 管板布管区周边处的径向应力校核 （4-62）将数据代入式（4-6