废水余热回收装置设计说明书.doc

摘 要在工业生产中，很多方面已经采用了一些新工艺、新技术和新设备，相应地降低了热能的损耗。但是在生产过程中有煤、油天然气等一次能源说转化出来的热能，只有一部风得到了有效地利用，还有相当一部分热能-余热在燃烧或者加了之后没有得到充分利用而浪费掉了。因此，一般来说，根据排放掉的剩余热能的数量便可估计出热能利用率的高低。目前，我国的能源利用率是不高的，平均还不到30%，而在一下较发达的国家里，已达40%以上，甚至有的已经超过了50%。从节能和提高能源利用率的角度来看，合理地回收和利用余热，不仅是十分不要的，而且也是完全有可能的。 中小型企业排放的工业废水中含有大量的能量，白白流失十分可惜。同时，企业生产用水往往有一定的温度要求，需要对自来水进行加热，需要大量能量。此外，员工生活用水也迫切需求热水，热水器加热虽然比价普遍，但是其消耗大量能量也是不言而喻的。因此，很有必要设计一种废水余热回收设备，能够回收企业自家排放的废水中的热量，用于生产和生活。第一章：阐述了论文的研究目的和意义，分别介绍了全焊接板壳式换热器的结构、性能和主要优点，介绍了设计废水余热回收设备需要用到的材料，对该设备具有的性能进行了初步的设想，并给出了设备的主要预期参数。 第二章：基本建立热力计算的基本数学模型，为热交换器的设计计算提供数学基础第三章：阐述废水余热回收设备的总体设计构思第四章：废水余热的具体设计，包括传动方案设计、主换热方案设计、主要联接构件和机械密封设计和箱体设计第五章：设计校核，包括刚度、强度、剪切力、弯矩、扭矩和传热效率计算等。关键词：余热回收 热交换器 圆盘 转动轴ABSTRACTIn industrial production in many areas has been using some new techniques, new technology and new equipment to reduce heat loss.Coal, oil, natural gas and other primary energy conversion from heat, only one wind has been the effective use of a considerable part of the heat - waste heat in the combustion or added without being fully utilized in the production process whilewasted.Therefore, in general, based on the number of emissions out of the remaining heat can estimate the level of utilization of geothermal energy. At present, Chinas energy utilization is not high, the average is less than 30%, and look at the more developed countries, has reached more than 40%, and even some of them have more than 50%.From the point of view of energy conservation and improving energy efficiency, a reasonable recovery and use of waste heat is not only not to, but also entirely possible. Small and medium-sized enterprises discharge industrial wastewater contains large amounts of energy to waste a great pity.At the same time, production and water tend to have certain temperature requirements, the need for heating tap water requires a lot of energy.In addition, staff of domestic water is also an urgent demand for hot water, water heaters, heating parity generally, but a lot of energy is self-evident.Therefore, it is necessary to design a waste water heat recovery equipment, to recycling companies own the wastewater discharges of heat for the production and life. Chapter 1: In this paper the purpose and significance of the thesis introduces the structure, performance, and the main advantages of all-welded plate and shell heat exchanger with the performance of the design of waste water heat recovery equipment needed materials, the equipmentpreliminary ideas, and gives the expected parameters of the device. Chapter II: Basic to the establishment of a thermodynamic calculation of the basic mathematical model for heat exchanger design provide mathematical foundations Chapter III: This paper describes the overall design concept of the waste heat recovery equipment Chapter IV: The specific design of the waste heat, including transmission design, the main heat exchanger design, the main connection components and the mechanical seal design and cabinet design Chapter V: design verification, including stiffness, strength, shear force, bending moment, torque and heat transfer efficiency calculation.Key words: waste heat recovery heat exchanger disc axis of rotation目录摘要ABSTRACT目录第一章 绪论 1.1研究的目的和意义1.2全焊接板壳式换热器及其优点1.3 相关介绍1.3.1机械密封1.3.2 PVC材料1.3.3玻璃纤维1.4预期性能1.5本文的主要研究内容1.6本章小结第二章 主要部件的基本原理 2.1 废水余热回收设备换热器结构 2.2换热器的数学模型 2.2.1热工计算的基本公式 2.2.1.1传热方程式 2.2.1.2传热面积 2.2.2.3传热系数 2.2.2.4传热温差 2.2.2热工计算的基本方法和基本类型 2.2.2.1对数平均温差法 2.2.2.2效能传热单元数法 2.3本章小结第三章 总体方案设计 3.1热回收3.2换热设备的比较3.2.1板式热交换器3.2.2管式热交换器3.2.3热交换设备选择3.3全焊接板壳式换热器与管壳式换热器性能对比3.3.1传热性能3.3.2压降3.3.3结构 3.4本章小结第四章 废水余热回收设备设计4.1传动方案设计4.2主换热方案设计4.3主要联接构件4.4机械密封机构4.5箱体结构设计第五章 校核计算5.1热交换效率5.2.受力分析5.3螺栓校核5.4转动轴扭矩计算5.5转动轴弯矩计算5.6本章小结第六章 总结和展望6.1全文总结6.2工作展望参考文献附录第一章绪论1.1研究的目的和意义本文中的余热是指受历史、技术、理念等因素的限制，在已投产的工业企业耗能装置中，原始设计中未被合理利用的显热和潜热。余热回收的相关领域十分广泛，涉及石油化工行业、建材工业、冶金工业以及纺织印染行业等等，而且回收得到的能量相对比较可观。其中包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽 废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。本文仅仅考虑废水余热回收装置的设计以及相关的分析。工业废水余热回收的流程框图一般如图1所示，其中的关键部分为换热器。不同场所的废水余热回收系统的不同之处大部分就在于换热器的选择和系统的设计。1.2.全焊接板壳式换热器及其优点1.2.1全焊接板壳式换热器全焊接板壳式换热器集传统管壳式换热器与板式换热器的优点于一身，体积一般远小于管壳式换热器，传热系数大于3 489 kW (m2K) ，比传统管壳式换热器传热系数高24倍，比板式换热器传热系数高12倍。板束操作压力与壳体操作压力相同，操作温度 550，单台面积508 000 m2 ，单板最大尺寸192 m。一种全焊接板壳式换热器结构见图2。由不锈钢波纹板组成的全焊式板束安装在壳体中，独特的外壳结构能使换热器承受较高的压力和温度。板程热流蒸汽从壳体上部接管a流人，从壳体下部封头接管b流出。壳程冷流脱盐水从壳体下部一侧接管C流入，从壳体上部另一侧接管d流出。在板束内，冷、热介质在波纹板两侧呈交错流流出。长期操作后，如有积垢，可对板束进行整体清洗。壳体采用了无泄漏密封结构型式的法兰，设备可拆。全焊接板壳式换热器采用波纹板片作为传热元件，板束板片间采用专用程控自动氩弧焊焊机进行焊接，板束装在压力壳内。波纹板片具有静搅拌作用，能在很低的雷诺数下形成湍流。在气、液两相流工况中，板壳式换热器的静搅拌作用阻止了管壳式换热器中由于介质折流翻转造成的气、液两相分离，且极大降低了结垢，从而使设备的维护和清扫非常方便。1.2.2全焊接板壳式换热器优点全焊接板壳式换热器可实现真正的纯逆流换热，与管壳式换热器相比，其冷端及热端温差小，可以多回收热量，从而节约装置的操作费用。板壳式换热器是目前国际上先进、高效、节能型换热设备之一，特别适合在炼油、化工、化肥、冶金及环保等领域大型化装置中使用，具有以下特点：热效率高。内部圆形传热板片是深波纹、大水道设计，流道面积当量直径较小，因而能得到较高的薄膜传热效率。结构紧凑、体积小、质量轻、占地面积小，可极大节约设备安装空间及安装成本。 安全性能较好。由于无垫片，是非钎焊和全焊接结构，且有独特外壳保护，因此在强大的热冲击力和机械外力作用下不会产生泄漏和爆裂，使用寿命长。 投资及运行成本低。传热板片是金属板材，结构紧凑，用料少，投资成本较低。换热器热效率高，热损耗小，可在小温差条件下操作，运行成本低。 热蒸汽自上而下流动，结构可靠，有利于排泄凝液。无死区，气液分布均匀，无气液分层形成的干板区。 可根据不同的介质选择不同的板片材料，以提高设备腐蚀性能.设备可整体出厂并采用可拆结构，便于维修、更换板束，清洗简易。在板束与壳体之间设有支持板，可承受反压差。 波纹板片由整板模压成型。板片间采用氩弧焊全焊接，密封性能好。 根据需要，全焊接板壳式换热器整体可以设计成立式、卧式、圆壳式和方箱式等，介质流道可以设计成纯逆流、交错流等，可以采用各种人字形、球泡形及LT等板型的板片。1.3相关介绍1.3.1机械密封机械密封是一种旋转机械的油封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄露，如果设备内压力低于大气压，则空气向设备内泄露，因此必须有一个阻止泄露的轴封装置。轴封的种类很多，由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是在这些设备最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封，在国家有关标准中是这样定义的：“由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。” 机械密封具有密封性好、使用寿命长、不需要经常调整、摩擦功率消耗小、轴或轴承不产生磨损、耐振性强等优点，目前工矿业企业中背广泛应用。但是也具有结构复杂，装配精度要求高；更换不方便；排除故障不方便、价格较贵等缺点。机械密封的工作原理简述如下： 图中黄色框部分为旋转组件，其他为静止组件。旋转组件和静止组件之间即为密封面，要求研磨得比较平整。由于油液的压力，密封面之间有一层很薄的油膜，起到密封的作用。同时还能润滑动静环，减少摩擦。有必要说明的是，虽然油膜存在，但是仍有一定量的泄露。不过不影响设备的运行。1.3.2PVC材料Polyvinylchloride，主要成份为聚氯乙烯， 色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性，韧性，延展性等，故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。PVC其实是一种乙烯基的聚合物质，其材料是一种非结晶性材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。 PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。 另外游戏中术语person vs computer，缩写为PVC，以及PVC人形经常被简称为PVC等1.3.3玻璃纤维原料及其应用玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好(特别是玻璃棉)，抗拉强度高，电绝缘性好（如无碱玻璃纤维）。但性脆，耐磨性较差。玻璃纤维主要用作电绝缘材料，工业过滤材料，防腐、 防潮、 隔热、隔音、减震材料。还可作为增强材料，用来制造增强塑料（见彩图）或增强橡胶、增强石膏和增强水泥等制品。用有机材料被覆玻璃纤维可提高其柔韧性，用以制成包装布、窗纱、贴墙布、覆盖布、防护服和绝电、隔音材料。1.4预期性能本文意在设计一种应用全焊接板壳式换热器进行废水余热回收，研究的废水为废水排放和热水补充都是间歇性的生产设备，如筒子染纱、染缸、高温高压卷染机、高温高压溢流机等。该污水能量回收系统利用污水提升清水的温度，减少蒸汽用量，直接减少蒸汽费支出。热交换后得到的热清水可直接用于生产，缩短工艺升温时间，大大提高生产效率，节约生产成本。另外，能够降低污水温度，有利于污水处理，回收余热。该系统应实现以下功能：1. 满足每小时排污在10吨左右的设备热能回收。2. 要求设计设备有优越的导热性，交换效率不低于30%。3. 每个盘片可单独拆卸以及交换，方便清理以及维护，耐压在3公斤以上。4. 具有较强的抗腐蚀能力，设计必须密封，设备寿命在4年以上。5. 具有自洁能力，大约半年清洗一次即可。6. 出水温度达到45以上。1.5本章总结 第二章热交换器热计算的基广本原理 热质交换设备是建筑环境与设备工程专业中使用较多的设备，例如供热系统中的散热器、各种形式的散热器，空调系统中使用的处理空气的加热器、冷却器、喷水室、干燥除湿设备，以及制冷系统中用的气体燃烧器和液体燃烧器。这些设备均被广泛应用于工程领域，本章将详细介绍目前使用较多的各类热质交换设备的热工计算方法。2.1间壁式热质交换设备的热工计算1.传热方程式 热流体方发出的热量为： 冷流体吸收的热量为： 式中 Q热流体放出的热量（W）; Q 冷流体放出的热量（W）; G1、G2热流体和冷流体的质量流量（kg/s）; c1、c2 热流体和冷流体的比热容（J/(kgK)）; t1、t1 热流体进口温度和出口温度（）； t2、t2冷流体的流体进口温度和出口温度（）；若忽略设备的散热损失，则 式中 换热设备的热效率，取0.960.99。热流体通过壁面向冷流体传递的热量还可以用传热系数、传热面积和传热温度差的乘积来计算，即 式中，传热系数W/(m2K)；传热面积（m2）； 传热温差（）；2.传热面积换热器的换热面积按下式计算 3.传热系数传热系数是换热设备进行热工计算的重要参数。间壁式热质交换设备中两种流体通过管壁进行传热，传热管有光管和肋片管两种。下面只进行后者的介绍。由于传热管壁的相对厚度很小，所以换热器壁面的传递系数可近似用平壁传热系数公式进行计算。在考虑污垢热阻后，光管管壁的传热系数可近似写作 式中 管壁的厚度（m）； 管壁的热导率W/(m.K);管壁上污垢的厚度（m）;管壁上污垢的导热率W/（m.K）; 4.传热温差传热温差是换热设备内两种流体之间的平均温差。可以采用对数平均温差和算术平均温差来表示。对数平均温差的精确度高，通常采用这种方法来计算换了设备内两流体的平均温差。当换热设备内流动方式为顺流或逆流式，对数平均温差的计算公式为 式中 换热设备流体的最大温差（）； 换热设备流体的最小温差（）；由于温差谁换热面变化是指数曲线，顺流时温差变化比较显著，逆流时温差变化比较平缓，在相同的进出口温度下，逆流比顺流平均温差大。顺流时冷流体的出口温度必然低于热流体的出口温度，而逆流不受这个限制。给予以上原因，换热设备一般都采用逆流方式。 对于交叉流、混合流或其他形式的流动方式，在计算对数平均温差时，可以先按纯逆流方式计算温差，然后再乘以温差修正系数。温差修正系数可以从整理好的途中查出，详见相关文献。如果2，按算术平均温差计算，误差不到4%；如果1.7第三章总体方案设计3.1热回收机组经冷凝器放出的热量通常被冷却塔或冷却风机排向周围环境中，对需要用热的场所如宾馆、工厂、医院等是一种巨大的浪费，同时给周围环境也带来一定的废热污染。 热回收技术就是通过一定的方式将冷水机组运行过程中排向外界的大量废热回收再利用，作为用户的最终热源或初级热源8。 基本流程图如1,压缩机排出的高温高压气态制冷剂先进入热回收器，放出热量加热生活用水(或其它气液态物质)，再经过冷凝器和膨胀阀，在蒸发器吸收被冷却介质的热量，成为低温低压的气态制冷剂，返回压缩机。3.2.换热设备的比较换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式26。3.2.1板式热交换器板式热交换器由一组波纹不锈钢金属板组成称为传热板，传热板角上有孔，供传热的两种流体通过。传热板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内，并用夹紧螺栓夹紧。传热板片上装有密封垫片，将流体通道密封，并引导流体交替地流至各自的通道内78。流体的流量、物理性质、压力降和温度差决定了传热板片的数量和尺寸。波纹板不仅提高了湍流程度，且形成许多支撑点，足以承受介质间的压力差。传热板和活动压紧板悬挂在上导杆上并由下导杆定位，而杆端则固定在支撑柱上9。3.2.2管式热交换器管式热交换器也是由不锈钢制成的，属于列管式换热器，即在一根直径较大的粗管里装有若干根小细管，这些细管固定在两端的管板上。该设备大多采用多套管形式，由一根壳管内套多根平行小管而成复合管，再将多段复合管连接起来。每一段称为一程，各程的内管用U 形管相连接，而外管则用支管相连接。制品在内管流动，加热介质在外管逆向流动，通过内管壁进行热交换。每根壳管中的管子数量和直径可以变化，以满足制品性质和对热量的要求3。管组内外管采用独特的浮动头和双密封设计，从而无热膨胀引起的应力和避免污染危险，同时便于打开管道进行检查与维修，更可承受较高的产品压力。3.2.3热交换设备选择上述两种换热器的性能比较见下表1：表1.板式换热器和管式换热器性能比较序号项目板式换热器管式换热器1设备大小体积小体积大2换热效率高低3热回收效率耗热量少，热回收效率高耗热量大，热回收效率低4对物料的要求不能处理带颗粒和纤维的无聊适应能力强5工作时间和清洗次数工作时间短，清洗次数多工作时间长，清洗次数少 比较两者的优缺点，不难看出板式热换器的优势比较明显，但是缺点同样也比较特出。而本文的工业废水主要定位为中小型企业的工业废水，热交换后的清洁热水主要用于工厂的工艺生产和工人的洗澡之用。假如选择板式换热器，物料中的颗粒和纤维可以用过滤器来过滤，主要问题就是工作时间短，设备需要清洗的次数比较多。因此，选用板式热交换器设计需要考虑到结构便于清洗或者有自洁能力10。3.3全焊接板壳式换热器与管壳式换热器性能对比3.3.1传热性能不同传热状态下换热器雷诺数见表111:表1.不同传热状态下换热器雷诺数状态管壳式换热器板壳式换热器湍流和过渡流4000100湍流40006000100300最佳湍流6000300全焊接板壳式换热器传热膜系数与管壳式换热器传热膜系数计算公式不同，污垢热阻仅为管壳式换热器污垢热阻的1415。一般情况下，全焊接板壳式换热器总传热系数是管壳式换热器的23倍。其端部温差小，加权平均温差大约可以降低到管壳式换热器的12，因此可以多回收热量、降低能耗，节能效果好11。3.3.2压降一般情况下，当换热面积相同时，全焊接板壳式换热器流通面积比管壳式换热器流通面积大5倍。气相介质在管壳式换热器壳程快速流动当中，往往经过反复折流，阻力降大。而全焊接板壳式换热器内通常为纯逆流流动，且采用与介质流动方向总体一致的顺人字型板片，因此阻力降仅为管壳式换热器阻力降的1312。全焊接板壳式换热器本身压降降低，可以最大限度地减少系统的动力消耗，从而节约投资1213。3.3.3结构 管壳式换热器紧凑度为78 m2m3。，全焊接板壳式换热器紧凑度为220 m2m3，因此全焊接板壳式换热器结构紧凑，占地小，占地面积仅为管壳式换热器的45 6O12 。立式全焊接板壳式换热器高度仅为管壳式的5O%左右。在装置的扩能改造中，采用全焊接板壳式换热器往往可以利用原有设备的安装基础及框架，从而节约投资。由于传热效率高，在完成相同传热任务条件下，全焊接板壳式换热器所需传热面积远低于管壳式换热器。且其质量不到管壳式换热器质量的121415。全焊接板壳式换热器体积小、质量轻。从而可极大节约设备安装空间及安装成本16。综上所述,本研究中 ,采用全焊接多盘板式热交换器作为热交换设备。由于废水中含有的纤维绒等固体微粒会堵塞换热器，因此需在废水换热前加一级过滤装置，以便设备更好的运行。系统主要由过滤器、管道热水泵、热交换器和清水提升泵组成，污水能量回收系统流程图如下：废水余热回收系统的管路设计如下：废水流向：废水进水口过滤器泵过滤器板式热交换器废水出水口。清水流向：清水进水口板式热交换器清水出水口。该系统工作时首先将各路高温废热水汇聚至缓冲水池，再有提升泵将高温废热水送入自动清洁的圆盘过滤器，过滤去除污水中的棉絮与浆料后，送入热交换器，与同时进入的低温清水进行热能交换。交换后的污水变成低温污水排放。清水经过吸收污水中的能量升温后进入高温清水池，缓存待用。3.4本章小结传动方案设计4.1传动方案设计传动装置位于原动机和工作部件之间，用来传递、转换运动和动力，以及适应工作机的要求。传动方案拟合是否合理对机器的性能、尺寸、重量及成本影响很大。带传动的承载能力小，传动平稳，可以吸收震动，但是传动比不稳定，结构尺寸大，多布置在稳定性要求不高的高速机传动。本系统只要求能连续运转，运作噪声较低，而且设计系统的工作场所为中小型企业，应考虑到成本问题。再综合维护方便等因素，采用带传动是比较合适的。一来结构简单、传动平稳，二来能缓冲吸震，可在比较大的轴间距传递运动和动力。此外，带传动还可以在机器发生故障时起过载保护作用。 减速机由电动机，皮带，减速机皮带轮和减速机轴组成。考虑到部件之间的连接，减速机皮带轮和减速机轴均需键连接。减速机总图如图:其中为减速机皮带轮.为减速机轴.为电机.为V型皮带.均为键.根据 JB/T8680-2008，按工作条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇鼠笼式三相异步电动机。Y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪音低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。本设计换热部件转动速度不高于25r/min，有一定的工作载荷，暂时选用Y90L-4电机，额定功率1.5Kw，满载转速1400r/min。校核将在随后设计进行完毕后进行。查国标得电动机外形尺寸和安装尺寸等，然后选择皮带，设计减速机轴、减速机皮带轮和必要的键。减速机皮带轮设计图如下：参考国标B-1150LI4.2主换热方案设计 转动轴是整个系统热交换的关键部件，由相同的圆盘串接而成。板式换热器传热效率高，结构紧凑，节省材料，圆盘串接能进一步扩大其优点，而且污水流速也可以进一步加快，提高热交换效率。皮带轮带动转动轴转动，清水在圆盘腔体内转动并一级级流向下个圆盘，从而充分接触，与箱体中的污水进行热交换。转动轴三维效果图如下所示：。主换热部件由24个相同的板壳式换热器连接而成，板壳式换热器之间为螺纹连接。圆盘由两个单面圆盘、一块夹板和一个套头组成。综合考虑耐高温性、耐腐蚀性、价格和导热性，圆盘构建均采用304号钢（SUS340L)为原材料。304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。查得304号钢主要物理性能如下：抗拉强度 b (MPa)条件屈服强度 0.2 (MPa)伸长率 5 (%)断面收缩率 (%)硬度5202054050：187HB板壳式换热器是一种介于板式和管壳式换热器之间的中间产品。主要由板束和课题两部分构成。板束相当于管壳式的束管，由若干弦长不等的基本元件组成，板束元件则由两块成型的金属板条成双组队兵缝焊而成，其扁平状板束流道构成了板壳式换热器的板程，相当于管壳式换热器的管程，而每一板束元件则相当于一根管子；在板束两端各元件之间嵌进金属条并与板束焊接成一体形成管板，并维持两端板束的间距，同时依靠板束元件上的凸台来维持板束中间的板间距，板束与壳体之间的流通空间则构成了板壳式换热器的壳程（或管间）。一般由于矩形结构笨重而且壳体承压能力差，故圆盘形壳体用的比较多。本设计的主要换热部件，就是圆盘式的板壳换热器改变而得的。圆盘由两个单面圆盘、一块夹板和一个套头组成。单面圆盘结构图如下所示。圆盘上均布小孔，焊接成型后转动轴外的废热水从小孔流过，与圆盘管壁进行热交换，然后热量进一步传递到圆盘里的清水中。弯曲处与中间的甲板形成圆盘腔体，清水在腔体内被加热。 夹板结构图如下，夹板处于两个单面圆盘之间，焊接使两个单面圆盘和一个夹板连接成单独的圆盘，即为本设计的换热部件的热交换单元。圆盘是关键换热设备中间轴的核心部件，对热交换、乃至整个系统的性能起到决定性作用。 圆盘内部的清水流向以及圆盘外的污水流向见下图。热废水从图示方向依次穿过圆盘，清水逶迤流过圆盘腔体。弯曲的腔体结构设计除了作为热交换的主要场所之外，由于其结构还能增大有效热交换面积，延长清水在圆盘里流动的时间，从而提高设备的换热效率。 圆盘中间为一套头结构，由于中间受夹板阻隔，清水无法流过，只能迂回流向两侧在回流，从套头左侧流出。由于套头把半圆盘、夹板整合成热交换基本单元，为重要的连接结构，设计比较复杂。螺纹为粗牙普通螺纹，内外螺纹标注分别为M65x3-H8和M65x3-K7。套头结构图如下所示：由于圆盘结构的重要性，确保其焊接严密且有一定的耐压是十分必要的，下面简述一下圆盘的装配步骤，基本装配示意图如下。先从外螺纹一侧装载第一个半圆盘，然后装载夹板并使其位于套头对称中心，最后装载第二个半圆盘。调整位置至合适，在进行密封和焊接，要求焊接后圆盘腔体密封且且有一定耐压。焊接成型后，假设清水从右侧进入套头，下一步会从套头右侧槽流向夹板和右侧半圆盘形成的腔体，回流到左侧腔体后从左侧槽流到套头左侧，进入下一个圆盘，进行了依次热交换。下图为圆盘腔体内清水流向图：热水在单个圆盘里流动一圈就与盘外的废热水进行热交换一次，然后流向下一个圆盘。依次流过24个圆盘以后，清水能达到一定的温度，满足车间生产用水和工人生活用水的要求，能节约水源，节约能源。24个圆盘依次螺纹连接后所得转动轴效果图如下。 下面讨论转动轴和箱体连接的相关机构设计。4.3主要联接构件转动轴轴上零件分析 转动轴总成图如下图所示，转动轴左侧通过螺栓连接皮带轮转动轴，为转动轴提供转动动力。转动轴两侧均有一机械密封机构，确保箱体腔体内部在一定条件下不泄露。 下图为转动轴左侧连接放大图 其中1为圆盘；2为181060的平键，连接皮带轮和皮带轮转动轴；3为皮带轮；4为皮带罩； 12为法兰A；13为转轴头A。下图为转动轴右侧中间的转动轴总成通过螺栓连接和皮带轮转动轴以及清水流出轴连接，皮带轮转动轴和皮带轮由平键进行连接，实现了从电机到皮带轮转动轴，最后到转动轴的动力传递。考虑到转动轴为螺纹连接，除了竖直方向上会有跳动之外，水平方向也会有跳动，本文采用机械密封机构进行密封。机构的具体介绍将在下面进行。连接放大图。其中5为M820-N的螺栓；6为轴承盖；7为轴承；8为轴承座，9为机械密封机构（下详）；10、11均为螺栓；14为转轴头B；15为法兰B；16、17均为密封O型圈。4.4机械密封机构其中1为螺栓，连接轴承盖2和轴承座4。3为轴承，内圈和轴一起转动，外圈和轴承座4固定，能承受一定的轴向与径向载荷。5为机械油封，6为连接轴承座4和箱体的螺栓。另外，途中还有弹簧没有画出，可以对轴向跳动进行一定的补偿。参考前文关于机械密封机构的解析，上图5中左侧为静环，右侧为动环。4.5箱体结构设计 箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。因此箱体具体结构、具体尺寸放到最后考虑。箱体设计主要考虑支承与密封，主要部件为挡板，隔热板，压板和支撑架等。 具体设计时应考虑的因素有：1.箱体的材料和结构（1）箱体材料箱体结构复杂，考虑焊接成型，且焊接箱体一般比铸造箱体轻，对加工设备的要求也比较低，但是对工人的加工技术有一定的要求。本设备中主要换热钢板均采用304钢板，防腐蚀材料选用PVC板，隔热材料选用玻璃纤维。2.箱体结构箱体总成效果图图中：1为U型箱体底板，构建了废水余热回收设备的基本内腔。2、3均为压板，作用为连接与压板接触的相关板块。4、6、22为PVC板，安放在U型板内侧，保护外围板材。5为螺栓，把 PVC板固定在U型箱体底板侧面9、15、16等为隔热保温材料，减少热量的损失。7为扣筐，安放在色设备侧面，共有12块，用于箱体装配时补偿长度和高度