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F50 连续 搅拌 蛇管式 换热器 设计 CAD

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F50连续搅拌蛇管式换热器设计含8张CAD图,F50,连续,搅拌,蛇管式,换热器,设计,CAD

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任务书学院： 专业： 指导教师学生姓名课题名称F50连续搅拌蛇管式换热器设计内容及任务拟设计一连续搅拌蛇管式换热器，用于冷凝。给定设计参数如下：管程介质：甲苯蒸气 壳程介质：水管程设计压力：0.35MPa 壳程设计压力：0.20MPa管程设计温度：130 壳程设计温度：75 电机功率：自定 换热面积：50m2 需完成的主要内容如下：1、绪论2、主体结构设计3、材料选择及零部件结构设计4、强度计算与校核5、加工工艺、装配程序、安全防腐等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时，要求资料详实，数据充分3、进行强度校核时，要求计算准确，分析详细，公式的字母含义应标明4、查阅15篇以上与题目相关的文献，其中近三年的文献不少于5篇，鼓励引用一定的外文文献；按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书；写出不少于400字的中文摘要，关键词的个数一般取5个左右；鼓励翻译一篇本专业外文文献5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合4号图幅以上的图纸用手工绘制，并要求图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定进度安排起止日期工作内容备注2月18日3月1日3月4日3月15日3月18日5月24日5月27日5月31日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料1 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器.北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京：化学工业出版社，20054 钱颂文.换热器设计手册.北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2014教研室意见本课题符合专业人才培养要求，设计任务饱满，同意下达任务书 本课题不符合专业人才培养要求，不同意下达任务书教研室主任（签章）：年 月 日 开题报告题目F50连续搅拌蛇管式换热器设计学生姓名班级学号 专业1 课题任务的学习与理解1.1对设计课题的分析与简述换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器是化工，石油，动力，食品，制药，能源及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器即可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%,有的甚至高达30%，其重要性可想而知。蛇管式换热器是由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆形、螺旋形和长的蛇形管。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。1.2对本次课题设计目的及意义的理解毕业课题设计是对我们大学四年所学知识的最后一次全面检验，是对我们基本知识、基本理论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。其主要目的是：（1）提高我们技术资料的收集、整理、编译和运用能力，加强技术文件的撰写能力，使我们的语言文字在技术文件上的运用、梳理、归纳和总结的到全面的训练。（2）通过综合运用所学理论知识、生产实践和设计实践知识，进行难度较大的塑料模具设计，全面提高我们独立分析问题和解决问题的能力 ，为我们以后的工作打下良好的基础。2 题目研究现状概述20世纪80年代以来，随着市场经济的发展，换热器技术飞速发展降低成本陈伟企业追求的最终目标，因此节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高换热器带来了日益广阔的应用前景。在太阳能、核能、地热、余热回收的利用上，各国政府及民间机构和企业都加大了投入的资金的力度。目前换热器存在共同的缺点是结构不紧凑，单位换热器所提供的传热面积小。近年来，国内在节能增效等方面改进换热器的性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著的成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，提高了效益。根据国民经济和社会发展，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5%的速度。而石化、钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。据统计，在现代石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的30%-40%，在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占电厂总投资的70%。由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都是十分重要的。如今能源危机，为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效换热设备。这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。大量的强化传热技术应用于工业装置，我国换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。与此同时，近几年，我国在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器方面也获得了重大突破。而且随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷、空分及制药各行业得到了应用于推广，取得了较大的经济效益。最近几十年来蛇管式换热器发展很快，主要表现在：（1）蛇管式换热器的种类越来越多。 （2）蛇管式换热器的技术性能越来越好。（3）蛇管式换热器的应用范围越来越广。3 研究的主要内容（1）主体结构设计（2）材料选择及零部件结构设计（3）强度计算与校核（4）加工工艺、装配程序、安全防腐等（5）绘制装配图及零部件图4 课题的进度安排 第一阶段 2019年2月18日至2019年3月1日，进行毕业设计调研。 第二阶段 2018年3月4日至2018年3月15日，参加毕业实习，为之后的毕业设计做好准备。第三阶段 2018年4月28日至2018年5月3日，查阅文献资料，拟定设计方案，开始课题设计。第四阶段 2018年5月4日至2018年5月15日，完成设计说明书的撰写第五阶段 2018年5月16日至2018年5月22日，依据设计步骤绘制零件图，装配图。第六阶段 2018年5月23日至2018年5月26日，交论文正式稿，做好答辩前准备。第七阶段 2018年5月27日至2018年5月31日，进行毕业设计答辩参考文献1 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器.北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京：化学工业出版社，20054 钱颂文.换热器设计手册.北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2014指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日F50连续搅拌蛇管式换热器设计摘 要换热器是通过各种不同的介质导热而实现散热的一种不怎么消耗能量的机器。它拥有着极其优秀的传热技术，适用于各种现代化工业生产工作。其作用是极其重要和不可代替的。它是现代化工业发展的伟大发明，有着极其重要的价值。在进行这次毕业设计的时候，对换热器提出了一系列的标准设计要求，主要体现在对于换热器主体大小的设计、以及如何选择材料、还有后期对设备的维护等问题。通过借鉴以往的设计资料，查阅很多的在线信息、以及专业讲师的指导，并且调查了工厂的实际需求。本设计的主要内容和目标是设计一种新颖实用的换热器，以满足现代化工业生产的需要。此次设计可谓是一波三折，经过6个月的努力，我在导师的帮助下完成了此次设计的大纲。在这一次设计里面，设计内容如:换热器的尺寸、材料、设计数据等等，均是严格按照我国的设计标准进行。在如此严苛的要求下，我设计了F50型连续搅拌盘管换热器。关键词：蛇管式换热器;结构设计;材料;强度校核ABSTRACTHeat exchanger is a kind of equipment which USES medium and medium for heat exchange in pipeline. It has excellent heat transfer technology and is suitable for all kinds of production work in modern society. It a very important part in the production of the factory. It is a great invention of modern industrial development and has extremely important value.In this graduation design, the heat exchanger put forward a series of standard design requirements, mainly reflected in the heat exchanger main body size of the design, and how to choose materials, as well as the late maintenance of equipment and other issues. Through referring to the previous design, I consulted a lot of online information, as well as the guidance of professional lecturers, and investigated the actual demand of the factory. The main content and goal of this design is to design a novel and practical heat exchanger to meet the needs of modern industrial production. This design is indeed a twists and turns. After six months of efforts, I completed the outline of this design with the help of my tutor.In this design, the design content such as: heat exchanger size, materials, design data and so on, are in strict accordance with Chinas design standards. Under such strict requirements, I designed the F50 continuous stirring coil heat exchanger. Keywords: serpentine type heat exchanger; Structural design; Materials; Strength check目 录1 前言11.1 设计的目的和意义21.2 设计任务31.3 换热器的发展动向42 蛇管换热器的主体设计42.1 沉浸式蛇管换热器设计工艺参数及要求42.2 介质进入蛇管内、外的选择42.3 介质流速的选择42.4 蛇管管径的选择和材料的选择42.5 蛇管组数和长度的确定52.6 筒体直径及材料的选取62.7 蛇管换热器的管间距、中心直径、圈数的确定62.7.1 蛇管圈中心直径72.7.2 蛇管换热器的管间距72.7.3 每组蛇管的圈数82.7.4 每组蛇管高度93 搅拌器装置的设计93.1 搅拌器的类型93.2 搅拌器的选型93.3 搅拌功率的计算103.4 搅拌轴设计113.4.1 强度及刚度计算113.5 传动装置的选择123.5.1 电动机的选用123.5.2 减速机的选用133.5.3 机座的选择143.5.4 联轴器的选用144 换热器的零部件设计154.1筒体壁厚的设计154.2 封头尺寸及材料的确定164.3 换热器支座的设计164.4 吊耳的设计174.5 简体法兰的设计185 换热器零部件的校核195.1 筒体壁厚校核195.1.1 液压试验应力校核195.1.2 工作条件应力校核195.2 封头壁厚计算、校核及尺寸的确定205.2.1 封头壁厚的计算205.3 封头壁厚的校核206 换热器的防腐216.1 换热器的腐蚀机理216.1.1 化学腐蚀216.1.2 电化学腐蚀和磨损腐蚀216.2 防腐措施226.2.1 正确选用耐蚀材料236.2.2 表面涂覆层保护236.2.3 电化学保护246.2.4 腐蚀介质的处理和控制247 换热器的安装、使用、维修257.1 换热器的安装257.2 换热器的清洗267.2.1 化学清洗法267.2.2 物理清洗法267.2.3 清洗时的注意事项277.3 换热器的维修27参考文献28致谢281 前言1.1设计的目的以及意义在科技迅猛发展的今天，各种产业纷纷涌现而来，再加上经济水平的快速提高，以及国内GDP快速发展，这一具有跨时代的意义的换热器诞生了。现在整个地球上的经济发展极其快，所以它们需要消耗更多的能源。在节约能源的同时促进发展是社我们所需要考虑的主要问题之一。所以，新型的换热器设计方针从一开始的迅速传热，朝着节能、便捷的方向快速发展。设计出一种符合当今社会需求的换热器，会对工业生产作业产生巨大的帮助。打从二十世纪80年代以来，换热器技术发展飞快，在能源利用率方面产生了质的飞跃。各式各样具有超高效率的新的换热器被相继开发与应用，它们的出现为现代化社会带来了不可估量的经济效益，迅猛发展的市场经济，私有化比例的逐步增加，花更少的钱成为大家需要解决的难题也是各个企业的最终目标。所以能源利用率高的新型换热器的研发受到了大家的广泛关注。可供我们利用的能源每天在减少，而且地球上的气候也越来越不好、环境保护设计规定不断严格给各种新型换热器带来了非常好的发展前途。所有国家都在努力研究和开发新型节能换热器，我们国家也鼓励有能力的人进行设计。因此，为了响应国家的号召，我们急需设计出一种新型便携式换热器F50连续搅拌蛇管换热器。蛇管式换热器是一种非常容易理解的换热装置。换热简单、一点也不复杂、操作难度低、生产成本低等这些都是它的可取之处。这个东西在很多现代化工产业中都有用到，比如化工、轻工、制药等。它是诸多管式换热器中的一种，其传热面是由弯曲成圆柱形或平板形的蛇形管子（称为蛇管，如图1所示）来充当的。容器的形状是什么样，蛇管的形状就是啥样。钢、铜、其他有色金属、陶瓷、石墨等都可以用来做管的材料。如果需要在温度或者压力特别高的情况下运作，可以把蛇管早早的铸造在器壁里，也可以把它焊在器壁面。这一类的换热器，因为他们的形状不一样，又可以把它们分为沉浸式和喷淋式蛇管换热器。图1 蛇管的形状然而，由于这种固有的换热器工作任务较多，热传导性能差。我们只能通过改善设计来提高它的工作效率，以确保这个产品能够被广泛应用。如果不够严格，也会导致产品的设计很难使用或者根本没法用，同时也会造成材料及劳动力浪费。因此，为了设计一个比较规范的换热器，我们需要通过互联网查询信息，并且在设计前就要做好足够的准备。在这其中有以下几个主要的设计标准:换热器的尺寸以及如何选择材料，这些都需要特别注意。这样在认真且负责的老师的指导下，我们才有可能设计出一个可以被大家认可并使用的换热器。通过在CAD、pre等制图软件上进行大量的换热器结构的模拟设计，可以适当降低浪费材料的隐患。参考他人的制作工艺，从中获得比较成熟的设计方案和理念，做出最优化的模拟设计。并且通过网络查阅介质导热数据以及蛇管应该采用何种材料，重点是要做好防腐工作。1.2设计任务这一次我们用了沉浸式蛇管换热器的方案。如图2所示，是这个换热器的结构图。它是把蛇管直接放进装着需要换热的液体的容器里面。因为我们需要让管内始终有液体的存在，所以液体应从蛇管的下面的入口进去，而从上面的入口流出来；如果蛇管里面的东西是蒸汽，就要防止蒸汽冷凝而堵住管道，所以在使用蒸汽的时候，是上入下出。图2 沉浸式蛇管换热器我们在设计的时候遇到的最令人头疼的难题就是技术太差了。因为设计不够紧凑而导致换热器的制造成本很高，同时介质间的接触面积较小，传热效果比较不理想，特别浪费材料，工作利用率也不怎么高。经过对以上问题的总结，我们需要提升介质的流速并且让换热器的结构变得更加紧凑，与此同时我们还要提高介质的接触面积，从而提高传热效能，完成对换热器的优化。因此我们通过总结之前的设计案例，优化主换热器的尺寸，使管结构变得更加紧凑，同时我们需要缩小换热器的尺寸，改善换热器的运作方式，这就可以保证它不会影响到介质的流量。虽然沉浸式蛇管换热器具有比较明显的缺点，但它自己本身也具有一定的优点。与其它比较大的工业机械相比，其体积较小，这就使得它占地面积小，易于置放。并且它的造价比较低，且易于操作，还可以根据需求调整管道的尺寸。并且这种换热器在其设计完成后，它的日常清洗、维护、布置和维护等等这些工作都比较方便。与此同时它具有灵敏度高、精度高、安全可靠、抗压性好等优点，这些都是其他类型换热器所无法比拟的，这些优点共同决定了它是否能被广泛应用。1.3换热器的发展动向世界能源危机加快了传热相关技术的发展，目的在于增加工业生产的经济效益，与此同时要做到节能降耗。这就需要设计用于不同工业要求的高效换热器，因为伴着能源的枯竭，能够被我们所使用的热源温度也变得越来越低，这就导致了换热所允许的温差也变得越小，这意味着对换热器的性能要求也就更加严格。我国如今的社会发展主要面临三个问题：提升经济水平、降低能源消耗和防止环 境退化。要想做到可持续发展，要想让国民经济稳定增长，改进换热器是需要大家共同努力的。为了实行这个方针，此次沉浸式蛇管换热器的设计，是在经过深入细致考虑的前提下而设计的，即使这整个过程很艰难，但它还是不辱使命地被设计出来。因此这个设计的主旨是：在接触面积不影响介质速度的前提下较为专业设计紧凑的换热器内部结构。其主要的专业性能体现在: 严格按照国家标准对主要结构的零件进行设计。并且要对各种零件校核，一而再再而三的计算，通过这种严格的方式使我们设计的产品能够达到工业生产所需的标准。2 换热器的主体设计2.1本换热器采用沉浸式蛇管换热器的设计方案，以下是其设计工艺参数及要求表1 设计参数和要求项目设计要求1管程介质甲苯蒸气2壳程介质水3管程设计压力0.35MPa4壳程设计压力0.20MPa5管程设计温度1306壳程设计温度757电机功率5.5kW8换热面积50m22.2 介质的选择通过对工作形式的选择和介质传热速率进行比较，以及参考相关数据。管内选择甲苯蒸汽，壳内的话我们选择了水。2.3 介质流速的选择 常用流速范围为24m/s，选取介质流速为。（数据来源换热器）2.4 管内的管径和材料的选择因为内管的制造工艺难度非常高，而且我们此次设计采用的是蛇管式的设计，所以直径选择：，材料为碳钢。2.5 蛇管组数和长度的确定体积流量 (1)数据来源（管壳式换热器公式8-1） 蛇管的长度 (2) 数据来源（换热器设计手册公式8-1）表2 蛇管组数和长度的确定步骤1蛇管内径，mm2体积流量，mm3介质流速，4蛇管内径的计算公式5体积的流量6蛇管的长度的计算公式7换热面积，8d0蛇管外径9设计的换热面积F50m210选用的蛇管管径25x2.5mm11蛇管外径27.5mm12带入公式(2)计算蛇管长度得L579m由于蛇管太长(579m)，本产品中使用甲苯蒸汽变得非常不容易，甚至可能瞬间凝结，这将会使换热器的工作非常困难。因此我们设计了两条蛇管，并将它们设计成四组螺旋圆柱蛇管组，以避免这种不好的情况发生。这样的话每一组蛇管的长度取L*=L4145m2.6 筒体直径及材料的选取经过上面的计算，气缸筒体选择由标准系列尺寸为1800mm的碳钢板制成。之所以这样做，是为了降低换热器本身管内的压力，以保证不会出现里面温度太低，这样甲苯蒸汽就会凝结。因为筒体选择太小而造成Q235-A碳素钢（价格低廉）的浪费（数据来源 化工设备设计基础表16-3，）2.7 蛇管换热器的管间距、中心直径、圈数的确定2.7.1 蛇管圈中心直径外圈中心圆直径可由公式： Dn=Di-200400mm (3) 式中 容器内径，。将Di=1800mm代入上式，蛇管中心圆直径不能小于8 ，可取 Dn=1400mm。内圈中心圆直径，t为蛇管内圈与外圈之间的距离，通常取t=23d0，此处取t=2d0=227.5=55mm，代入数据可得Dn*=Dn-2t=1345mm。2.7.2 蛇管换热器的管间距蛇管间距取1.52d0: h=d0=55mm (4)每圈蛇管长度： 外圈： l=D2+h2=4400 (5)内圈： l=D*2+h2=4225mm (6)2.7.3 每组蛇管的圈数 蛇管的圈数n的计算公式为： (7)将数据代入可得外圈蛇管的圈数n=L*l=1454.4=33， (8)内圈蛇管的圈数 n*=L*l*=1454.25=34, (9)由于内圈和外圈圈数相差不大，取内外圈都为33圈。2.7.4 每组蛇管高度蛇管高度的计算公式为： (10)（数据来源管壳式换热器第330页公式7-6）代入数据得内外圈蛇管的高度H=1760mm。3 搅拌器装置的设计3.1搅拌器的种类搅拌器是一种常用且非常实用的热交换器搅拌介质的工件，本身具有极其重要的价值。虽然它们有很多种类，用处却大同小异，但不同的工作范围以及其使用方式还有工作状态通常是不一样的。在选择搅拌器的时候，需要考虑价钱、功能和效果，因此这一次我们选择不同于其他类型的搅拌器。3.2 搅拌器设计选择的类型如上所述，我们将之前的换热器设计和许多文献分别进行了比较，并对当今化工生产作业所需要的换热器类型进行了比较。我们可以选择这种比较有用的混合器。一般来说，它体积比较小，并不需要太多的电力来驱动。此次设计中我们采用的是涡轮式叶轮搅拌器,主要是因为能源消耗较低的混合器的直径很小, 影响传热效率的主要因素是叶轮叶片的直径大小,通过了解有关数据,我们得知它的大小在一定的时间内会消耗大量的电力, 这就是为什么我们会考虑很多设计是一个重要的原因。涡轮式叶轮的直径的选择：涡轮式叶轮的直径与圆筒直径之比，故选取涡轮搅拌器的叶轮直径为d=800mm，材料为碳素钢。3.3 搅拌功率的计算要想保证搅拌器的正常运行，我们需要对其功率进行了粗略的猜测和计算。下面是有关功率的粗略计算表3 影响搅拌装置的搅拌功率主要因素影响方式具体影响因素搅拌介质的物性介质的密度大小、液相介质粘稠度、固体颗粒和气体介质通气率等。搅拌器的运行参数和结构搅拌器的转速大小、桨叶的数量、桨叶的倾角大小、桨叶直径和宽度、搅拌器的类型等。搅拌槽的结构参数有无挡板以及导流筒、导流筒直径大小、搅拌槽内径和高度等都能影响搅拌功率。其他重力加速度（g）等综合因素的影响，可用下列的公式来进行表示。 (11) 表4 公式中各种参数的含义1B桨叶的宽度，m2d搅拌器的直径，m3D搅拌容器内直径，m4Fr弗劳德数,5h液面高度,m6系数7n转速，s-18Np功率准数9搅拌功率，W10指数11雷诺数，12密度，kg/m313粘度，Pas雷诺数就是流体惯性力和粘滞力的比值，通过试验，可以证明，当雷诺数Re300时，弗劳德数对换热器的其实并没什么影响，基本可以不算在内。因为在Re中包含了搅拌器的转速、桨叶的直径大小以及流体的密度和黏度。在实验中我们要对没有用的进行设定，最后利用试验得出功率准数和雷诺数的函数关系。雷诺数Re的计算公式为： (12)表5桨叶公称尺寸的功率计算表桨叶公称尺寸（）转速（n）水的粘度（）水的密度（）0.9m1.58r/s0.000747pas994.0Kg/m3雷诺数计算公式雷诺数（）1702973功率准数（）4.2搅拌功率计算公式搅拌功率5.15（kw）修正系数1.05功率5.41（kw）3.4 搅拌轴设计3.4.1 强度及刚度计算（1）轴的强度计算搅拌器的搅拌轴是一个重要组成部分,它是用来传输扭矩和弯矩,比较的两个运动是必不可少的部件。在只考虑扭矩情况下，弯矩的影响就可以忽略不计。计算变得更简单，忽略弯矩不视为误差，但通过计算安全系数可以减小误差。只传递扭矩的圆截面轴，其强度根据公式（数据来源化工设备机械基础公式11-1）计算。 (13)表6界面上的最大剪应力周所传递的扭句抗钮截面系数降低之后的扭转需用剪应力扭转试验所得的强度极限或者屈服极限除以安全系数决定了搅拌轴扭转时材料的许用剪应力。查阅相关资料和实验数据可知，在静载荷作用下，钢材的扭转许用剪应力，约为拉伸许用应力的0.50.6倍，具体倍数按照严格的标准和规定来选取。搅拌轴不但会受到扭转作用，而且会受到弯曲作用，由于不是静载荷，所以许用应力值通常选较低值，如Q235-A钢取=120200。表7 轴径的计算过程参数及计算公式数值搅拌轴的搅拌功率（kw）5.41（kw）搅拌轴的转速（r/min）1.58r/s轴所传递的扭矩计算公式TQ=97400Nn轴的许用剪应力WP=d316参数及计算公式数值抗扭截面系数计算公式Re=d2n降低之后的扭转需用剪应力31MPa搅拌轴的直径计算公式d39740016Nkn搅拌轴的材料搅拌轴的直径(mm)d81mm关于搅拌轴的直径，为了便于设计和加工，我们可以将其四舍五入到标准值，并检查与搅拌轴有关的标准表。取整搅拌轴直径为0.085.3.5 传动装置的选择由于本次设计规格需求，我们在设计中使用的传动是电动机和传动装置带动转动。它是需要安装在换热器内部顶部的一件工件，而且由于该设计是蛇形管，所以只根据垂直安装在换热器顶部。如下图所示，该装置的电动机位于其头部，用于为下面的机器提供不可或缺的动力。向下依次是减速机(联轴器连接到搅拌轴上，提供用于旋转搅拌轴的运动)。底部是一个框架，是为了维护整个设备的平衡，也便于检查，是可以一次取下，底部是保证整个设备底座的平衡。图3 搅拌器的传动装置3.5.1 电动机的选用每台机器都具有它最核心的部件，电机几乎是整个换热器中最重要的部件，因为整个换热器的备用能量都是由它来提供的，下面是几种工业中常见的电机种类：表8 换热器及反应常用电动机名称型号结构特征异步电动机Y用铸铁做成整个机壳，小机座上有可以散热的东西。隔爆型异步电动机YB钢板做成的外壳、铸铝做成的转子，小机座上有可以散热东西，整个电动机是可以防止爆炸的化工防腐用异步电动机Y-F结构和上面Y型的一样，整个机器是密封的及有不错的防爆措施摆线针轮减速异步电动机YXJ由封闭式异步电动机与摆线针轮减速器直联异步电动机的同步转速一般按电动机的级数有、等几种。综合考虑搅拌速度和相关数据，我们选了Y2006作为搅拌器的电动机。3.5.2 减速机的选用每台机器都有一个电机，因此每个电机也会有一个减速机，减速机与电机是相互匹配的，它们共同为换热器的开启和关闭提供动力。部分电机和减速机结构极其简单，拆卸安装比较方便，有很大的使用广度。在工作环境非常糟糕的地方，即使在非常极端的工作环境中，它仍然拥有优秀的传热性能。与此同时，其中一些是非常简单的制作，价格也十分良心。同时，它们具有不错的工作效率和优秀的性能，对保护每个人的安全具有一定的作用。正是因为这些不同点，它们能够应付很多工作场景。表9 几种常用的立式减速器的基本特征特性参数减速器类型摆线针轮行星减速器齿轮减速器V形皮带减速器圆柱蜗杆减速器传动比i输出轴转速（r/m）输入功率KW传动效率传动原理利用少齿差内啮合行星传动两级同中心距并流式斜齿轮传动单级V形皮带传动圆弧齿圆柱蜗杆传动主要特点它的使用范围很大，结构是独一无二的稳定，在一定的程度上是能够代替普通圆柱齿轮减速机、涡轮蜗杆减速机，里面的结构相当的紧凑，方便拆卸，使用寿命很长，额定的输出扭矩可以很大，因此承载能力强。它的优点是当同时传动某些东西的时候，它传动的范围很大，相对而言传动的体积小而且速度很快，不怎么花钱，当需要拆开维修的时候很方便，允许正反转，不能承受多余的轴向载荷。它的结构其结构比前面的两个还要简单，但过载时容易产生打滑的情况，它内部的皮带是可以保护机器传动的，安全性能比较好，但是并不能保持精确的传动比。这个东西的结构很简单，非常的紧凑，所以他的体积很小，重量非常轻，凹凸面圆弧齿廓啮合度较高，磨损不大，发热不高，效率高，承载能力非常优秀。在回顾了上述减速机的优点后，经过反复的考虑，我们选择了摆线针轮行星减速机，这是我们能考虑到的最适合我们设计的减速机，故选取的减速机的型号为传动比。3.5.3 机座的选择减速机和电动机的设计有很严苛的要求我们选择机座,这不但是由于它们本身具有较大的重量,还有工作和功率传动比之间的关系,因此我们选择了这种机座,以下是一些参数选择的机座。机座的尺寸要求不是简简单单就能够选择的，它是必须要查询我国相关的标准规定之后才能确定的，根据搅拌轴的转速。在经过大量的查阅资料以及深思熟虑后，采用可以承受轴向力、公称直径为的单支点机座，其材料为碳钢。3.5.4 联轴器的选用表10 几种联轴器的性能和优缺点类型小类型性能和优缺点固定式联轴器凸缘联轴器它的结构很简单，是可一承受很多扭矩的一类东西，它的生产成本很低，很便宜，加工起来非常容易。不过它要求很高的安装技巧和技术，传递载荷时不能对振动进行缓和和吸收。凸缘轴通常用来连接刚度大、，传动平缓的轴，公称扭矩范围国家有规定的标准系列。夹壳联轴器它安装和拆卸起来非常方便，不能用做有冲击力的重物运作。他的原理是通过轴与夹壳间的摩擦力来传递重物的。可移式联轴器弹性块式联轴器这种联轴器结构非常的简单，结构非常的紧凑，制作的时候非常的简单，生产的成本很低，很便宜，拥有非常好的减小冲击力的能力。常常用于两个相连东西之间的连接。弹性套柱销联轴器这样一种联轴器是由非金属有很好好的弹性的材料生产出来的，将其置于两半联轴器凸缘孔中，用这种联轴器联接两半联轴器。它的结构比较简单，而且具有制造简单，安装简单等优点。通过查询对比和了解之后，我们可以发现这些机器设备在运作时具有很大的优势。我们可以清楚地看到,凸缘联轴器是一种价格低廉,并且在很多地方是有实用价值,因为它工作的时候有很大的力量去移动物体,这是经过查阅大量资料以及经过数据对比之后的选择,它非常正确。通过以上的专业分析，我们选择了这类装置。4 换热器的零部件设计4.1筒体壁厚的设计筒体壁厚的计算公式为： (14) 表11 壁厚设计过程参数计算1参数含义2筒体计算壁厚，3计算压力，4筒体直径5焊缝系数6试验温度下的许用应力，7150下的许用应力113MPa8设计压力0.30MPa9筒体直径1000mm10考虑因素：换热器是冷热交替的产品，受到的压缩应力很大焊缝系数=1.011代如公式得c=1.33mm计算结果为c=1.33mm。国家标准GB151圆筒规定的最小厚度取名义厚度n=10mm，钢板负偏差厚度C1=0.6mm，腐蚀余量取C2=3.4mm，因此筒体有效厚度为e=n-C1-C2=10-0.6-3.4=6.0mm。4.2 封头尺寸及材料的确定联系上文提到的换热器的设计主旨，我们需要一款安装方便，清洗容易的封头。在查阅相关资料后，我们选择了如图4所示的封头（椭圆形）。同时考虑到节约材料的问题，所以我们取钢材（Q235A）用来制作这种封头，公称直径为，以确定材料能够尽可能地被利用而不被浪费。 图4 封头4.3支座的设计支座相当于一台设备的地基，也是除了电机之外极其重要的一个部件。因此在设计该沉浸式蛇管换热器时我们需要考虑哪种支座是最佳选择，最后我们选择了悬挂式支座。很多小型立式化工设备都用到了这种支座。在这种情况下选了A型悬挂式支座。（数据来源查化工设备设计基础338页表16-15）我们可以清楚的了解到并查到：表12 支座的结构尺寸大小尺寸大小H160mmb100mmS6mma80mmc125mmf30mmS18mmd25mm直径20详细的支座结构已绘制成图。4.4吊耳的确定考虑到此次设计换热器为立式结构，质量大的因素，因此选用板式吊耳，结构如图5图5 吊耳4.5筒体法兰的设计根据设计需求，本换热器用甲型平焊法兰进行连接，材料为Q235A锻件。甲型平焊法兰公称压力（数据来源查化工设备机械基础第329页表16-12）结构尺寸大小如下表13 法兰的结构尺寸大小结构尺寸大小D1030mmD1990mmD2955mmD3945mmD4942mmd44mmb23mm螺栓20（数据来源化工设备机械基础第330页表16-13）5 换热器零部件的校核5.1 筒体壁厚校核5.1.1 液压试验应力校核筒体试验压力计算值的计算公式为： (15) 表14 液压试验应力校核1材料在合适试验温度下的许用应力1252代入公式（7）3筒体试验压力计算值4常用屈服极限=235MPa56带入公式（9）计算液压试验下圆筒应力7计算值8计算得知所以筒体的校核结果合格液压试验允许通过的压力的计算公式为： (16) 液压试验下圆筒应力的计算公式为: (17) 5.1.2 工作条件应力校核设计温度下的计算应力的计算公式维： (18) 将数据代入得。允许通过的最大应力所以0.15%，故计算的壁厚符合要求。（2）封头应力校核封头允许的最大应力的计算公式维： (20) K是椭圆形封头形状系数，选取标准椭圆形的封头，其长短轴之比值为2，所以K=1，将有关数据代入公式（12）得所以,故校核结果合格。5.2.3 封头尺寸的确定上面已经选定封头的公称直径为1800,（数据来源化工设备设计基础第105页）表16 封头尺寸封头尺寸数值（）曲面高度（）250直边高度（）40厚度（）106换热器的防腐以及保护换热器的腐蚀是工业生产中绕不开的问题。一般来说，这种腐蚀表现为氧化腐蚀或溶解腐蚀，因为机器表面的金属与空气中的氧气发生反应，或者溶液中的阴离子通过管道使金属减少。在当今社会，防止机械腐蚀是一项重大而艰巨的任务，它的形成使工业损失变得更加严重，更重要的是，它对环境和人体造成了严重的危害。由于不同地区的经济条件不同，人们对机器的防腐要求并不严格，这在一定程度上使环境恶化。所以在这个毕业设计阶段，防止机器的腐蚀是一个我们需要重点关注的问题。6.1 换热器的腐蚀机理6.1.1 化学腐蚀机械表面的金属与空气中的氧或溶液中的阴离子发生化学反应而发生化学腐蚀。但是在这个过程中，金属与金属的反应以及电子的运动所产生的电能并不是以导电的形式存在的。化学腐蚀发生在不同类型的化学反应中，导致形成以下两种不同类型的化学产品:第一种：腐蚀的材料是固态。由于该产品结构比较紧凑，因此会在在金属表面形成一层致密的化学物质，对金属起到保护作用。该膜称叫钝化膜，是一种钝化反应。第二种：腐蚀形成的材料呈现不稳定的形态。本产品结构疏散，在金属表面会容易掉落，会被一系列金属设备腐蚀。这种腐蚀会严重减少该机器的使用时长，因为腐蚀会导致设备老化，使得设备工作效率低下。6.1.2 电化学腐蚀以及磨损腐蚀电化学腐蚀具在生活中很常见。主要原因是金属与电解质溶液共同产生氧化还原反应，将金属置换成溶液，从而对金属产生腐蚀。根据金属的化合价，也就是金属的活性，金属和金属溶液之间经常会发生置换反应，对钢铁造成损伤，导致腐蚀。比较活跃的金属会代替金属中那些不活跃的金属。由于本设计中的金属就是相对来说不怎么活跃的金属(铁 Fe )，这种腐蚀是不可避免的，因此需要大力保护金属设备。磨损腐蚀是一种物理腐蚀，也可引起化学腐蚀，金属摩擦热引起金属原料的消耗，或由于表面的钝化膜磨损脱落，使与空气介质的反应称为磨损腐蚀。它通常表现为轻度的磨损，特殊情况下会特别严重，甚至给人体或工厂带来严重的危害。换热器管内不同介质间的相对运动越快，材料的磨损和腐蚀就会越严重。如果管道中有状态不一样的介质，不管它是是固体还是液体，或者介质处于相同的状态，比如特别小的小颗粒，这个时候，材料磨损就会越来越厉害。在本设计中，换热管中会出现很多问题，由于换热管中介质类型不同，介质之间的接触部位不光滑，造成磨损和腐蚀，需要配合一定程度的润滑辅助设备工作。6.2 防腐措施6.2.1 正确选用耐腐材料上述各种腐蚀其实并不可怕，重要的是发现问题。防腐蚀的第一步是如何选择性能良好耐腐蚀材料。一般来说，在本设计中我们需要注意的腐蚀是化学腐蚀和磨损腐蚀(化学腐蚀包括电化学腐蚀)。这样我们就可以确定正确的选择。我们在选材时需要用到的材料有:铸铁、不锈钢、碳钢、镁及其合金、铝及其合金等，在不同的条件下具有耐腐蚀的特性。所以我们将采用铸铁、不锈钢、45钢、碳钢等进行设计。6.2.2 表面覆盖式保护表面覆盖是保护有以下两种：根据覆盖层的物质种类不同，分为金属类和非金属类两种（1）钝化金属保护膜覆盖层使用一些室温下不易发生化学腐蚀的金属或合金表面的一层金属，我们称之为保护膜“钝化膜”。要想拥有这个膜，可以用电镀保护、渗镀保护等方法。（2）非金属覆盖层在非金属中，有一种具有良好隔热性能的化合物，它使空气中的介质绝缘，并且不与设备表面的金属发生反应。我们经常使用这种材料来覆盖金属表面，使其与空气中的介质隔离，从而达到防腐效果。6.2.3 电化学保护跟上面说的差不多，这里可以用电极保护表面金属。电极之间存在一种正负关系，我们经常使用阴极保护和阳极保护阴极保护：关于保护和钝化膜,是使用电极方法,金属阳离子的溶液,得到电离子的方法在金属表面形成稳定的保护膜层,金属氧化物复合保护膜,因为它的结构紧凑,所以隔离金属和空气的影响,这样才能到达金属保护设备的作用。阳极保护：原理是根据正负电极的电势,与低电位金属或金属合金用作正极或阳极,在保护设备与金属形成电路,以便保护负极的金属,即阴极,可以获得电子达到保护的效果。6.2.4 环境保护法以及设备储存方法由于设备工作时，一些部件不可避免的会产生腐蚀，所以我们可以通过环境因素来保护设备。第一种：将设备置于干燥环境中，避免受潮，保护设备表面。众所周知，一块铁在干燥环境中的氧化速率与在潮湿环境中的氧化速率是完全不同的。铁这种东西在干燥的时候可以用的更久。第二种：大可以用到金属防腐剂，如食品防腐剂，这样就能少金属与空气之间的接触，这样的保护作用非常好。然而，防腐剂有利于金属腐蚀，不利于环境保护。为了保证社会和谐，保证设备的使用寿命，我们需要使用一定量的防腐剂。根据防腐剂的不同组成，可分为有机防腐剂和无机防腐剂。有机防腐剂包括有机胶体、氨基酸、酮类和醛类。无机防腐剂有过氧化氢、磷酸盐、亚硫酸钠等等。7 关于换热器的清洗，维护，和操作方法7.1 换热器的操作方法在使用前对换热器的安装，有以下几点需要注意第一点要保证换热器安装后的位置是固定的，避免换热器等部件产生过大的变形第二点安装换热器的基础台将热交换器置于砖制的鞍状基础平台上，以保证换热器工作时可以自由移动，不影响换热器的正常运行将换热器置于混凝土基础平台上。换热器必须要放稳，这样就可以保证它的日常工作是没有问题的。为了避免换热器正常工作时出现不必要的故障和事故，我们需要对安装换热器的平台进行质量检查:第一点是平台的尺寸，不管选择哪一种形式的平台，它的尺寸一定要符合本次设计的设计标准第二点是平台的位置和形状，上面所述的两种平台的水平位置和形状尺寸一定不能影响换热器的正常工作第三点，换热器与平台连接部位的螺栓和支架一定要符合设计标准，尺寸和设计强度是否达标，螺纹的方向是否一致。当以上标准达到设计标准时，我们需要在平台上方放置一个平整的垫铁。当两者接触平稳时，再将换热器放置再垫铁上方，并调整换热器的水平和垂直位置，避免换热器连接管受力。7.2换热器内部和外部的清理为了保证换热器的传热的灵敏度,便于检测是否符合标准,我们需要清洁管道内生成的沉淀和污垢,防止这些沉淀的污垢对换热器的管道造成二次腐蚀,以避免对环境有害物质的生成和确保热交换器可用于很长一段时间。我们通常会用到各种各样的洗法：物理清洗法：它是利用人力对设备进行清洗，利用特定的清洗工具对换热器内部(管内)、外换热器注入介质的部位进行清洗。常用喷式清洗，利用水压对沉淀物进行冲刷；使用喷射砾石(容易回收的沙砾)冲洗；还有刷式清洗，使用砂布、刻刀、刮刀、钻头对大的泥沙污垢进行擦洗；最后，还有一种连续清洗的方法，使用人工或机器使用海绵或橡胶球来清洗细小的沉淀物。物理清洗按清洗方法进行，实用于大中型可视泥沙污物，物理清洗这种污物具有方便、快捷的优点。化学清洗法：它是利用溶液，对可溶性物质沉淀物和污垢，进行溶解，或利用化学反应达到清洗的目的。该方法