换热器E0102强度校核书

过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011固定管板换热器设计计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.22MPa设计压力 0.33MPa设计温度 310设计温度 420壳程圆筒内径Di500 mm管箱圆筒内径Di500mm材料名称Q345R材料名称Q345R 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算膨胀节校核计算管箱法兰校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.33MPa设计温度 t 420.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 99.40MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.98mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 451.00Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.4125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 18.35 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.23439MPa设计温度下计算应力 st = = 12.48MPastf 84.49MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.33MPa设计温度 t 420.00 C内径 Di 500.00mm曲面深度 hi 125.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 99.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.4125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 18.23MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 0.98mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 6.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 19.61 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.24926MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.33MPa设计温度 t 420.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 99.40MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.98mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 451.00Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.4125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 18.35 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.23439MPa设计温度下计算应力 st = = 12.48MPastf 84.49MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.33MPa设计温度 t 420.00 C内径 Di 500.00mm曲面深度 hi 125.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 99.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.4125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 18.23MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 0.98mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 6.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 19.61 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.24926MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.22MPa设计温度 t 310.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 151.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.43mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 451.00Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.2750 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 12.23 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 3.39430MPa设计温度下计算应力 st = = 8.32MPastf 128.35MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所接管: N1, 2737计算方法: GB150.3-2011分析法设 计 条 件简 图计算压力 pc0.22MPa设计温度310筒体材料名称Q345R筒体材料类型板材筒体内直径 Di500mm筒体开孔处名义厚度n8mm筒体厚度负偏差 C10.3mm筒体腐蚀裕量 C21mm筒体材料许用应力t151MPa接管材料名称16Mn接管材料类型管材接管实际外伸长度450mm接管厚度负偏差 C1t 0.7mm接管腐蚀裕量C2t1mm接管材料许用应力t138MPa开 孔 补 强 计 算筒体中面直径D=Di+e+2Cs 509.30mm接管中面直径d=do-et 267.70mm筒体有效厚度e=n- C1 -C2 6.70mm接管有效厚度et =nt-C1t -C2t 5.30mm筒体计算厚度 =pD 0.37mm接管计算厚度t=pd 0.21mm2t2t筒体厚度校核结论 合格接管厚度校核结论 合格筒体补强最小长度l 63.2mm接管补强最小长度lt 43.7mm开孔率=d/D 0.526接管补强长度校核结论 合格参数et /e 0.791参数 =d/(De)0.5 4.583等效薄膜应力集中系数Km 4.281等效总应力集中系数K 5.159等效薄膜应力S=KmpD 35.79MPa等效总应力S=KpD 43.14MPa2e2e等效薄膜应力许用值 303.60MPa等效总应力许用值 358.80MPa等效薄膜应力校核结论 合格等效总应力校核结论 合格结论: 合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N2, 2455计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.22MPa设计温度310壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di500mm壳体开孔处名义厚度n8mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t151MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 450mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 138MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 238mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.4289mm接管计算厚度t 0.1875 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.9139开孔补强计算直径 d 238mm补强区有效宽度 B 476 mm接管有效外伸长度 h1 34.496mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 102mm2壳体多余金属面积 A1 1489 mm2接管多余金属面积 A2 209mm2补强区内的焊缝面积 A3 10 mm2A1+A2+A3= 1708mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N3, 1145计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.83MPa设计温度420壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di500mm壳体开孔处名义厚度n8mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t99.4MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 450mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 99MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 107mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.468mm接管计算厚度t 0.4378 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.996开孔补强计算直径 d 107mm补强区有效宽度 B 214 mm接管有效外伸长度 h1 23.13mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 264mm2壳体多余金属面积 A1 453 mm2接管多余金属面积 A2 141mm2补强区内的焊缝面积 A3 10 mm2A1+A2+A3= 604mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N4, 1085计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.83MPa设计温度420壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di500mm壳体开孔处名义厚度n8mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t99.4MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 450mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 99MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 101mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.468mm接管计算厚度t 0.4125 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.996开孔补强计算直径 d 101mm补强区有效宽度 B 202 mm接管有效外伸长度 h1 22.472mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 249mm2壳体多余金属面积 A1 427 mm2接管多余金属面积 A2 138mm2补强区内的焊缝面积 A3 10 mm2A1+A2+A3= 576mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格 膨胀节计算和校核计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件膨胀节结构示意图设计压力 Pc0.22MPa设计温度 t310 C膨胀节结构与壳体搭接膨胀节管子外直径do25mm膨胀节管子名义厚度d 5mm膨胀节管子腐蚀裕量C2 1mm膨胀节短节名义厚度d2 5mm膨胀节短节腐蚀裕量C22 1mm壳体外直径 Do 516mm壳体名义厚度 d1 8mm壳体腐蚀裕量 C21 1mm膨胀节开槽间距 L2 10mm壳体端部间距 L3 10mm1膨胀节与壳体搭接膨胀节开槽处高度 h 20mm膨胀节的半波数 Nd 2膨胀节材料 Q345R膨胀节材料在设计温度下许用应力 st189MPa膨胀节材料在设计温度下弹性模量 Et345MPa膨胀节所受到的轴向力6789.86N膨胀节设计疲劳次数N0壳体材料Q345R壳体材料在设计温度下许用应力 st 151MPa膨胀节刚度 Kex 1000N/mm膨胀节的轴向位移mm2膨胀节与壳体对接计算结果 壳体有效厚度 d10 6.7mm膨胀节短节有效厚度d20 3.7mm膨胀节管子平均直径 dm 20mm膨胀节管子有效厚度d0 3.7mm壳体有效长度 L1 = 64.6778 mm膨胀节管子径向薄膜应力 0.594595 MPas1 st , 合格壳体、膨胀节短节和膨胀节管子组合截面上的环向薄膜应力：膨胀节与壳体搭接 = 8.63411 MPa膨胀节与壳体对接 = MPas2 N, 合格结论： 合格延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.22MPa设计温度 Ts 310平均金属温度 ts250装配温度 to15壳材料名称Q345R设计温度下许用应力st151Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.88e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.256e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 500mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds8mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse6.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.854e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.963e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )1.067e+04mm2管设计压力pt0.33MPa箱设计温度Tt420圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量 Eh1.66e+05MPa管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh17mm管箱圆筒有效厚度dhe16mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.66e+05MPa材料名称12Cr1MoVG换管子平均温度 tt350设计温度下管子材料许用应力 stt103.4MPa设计温度下管子材料屈服应力sst154.2MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.77e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.83e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.324e-05mm/mm管管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n222换热管中心距 S25mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L4500mm管子有效长度(两管板内侧间距) L14400mm管束模数 Kt = Et na/LDi1972MPa管子回转半径 6.052mm热管子受压失稳当量长度 lcr300mm系数Cr =150.5比值 lcr /i49.57管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 64.4MPa材料名称15CrMoR设计温度 tp420管设计温度下许用应力122.8MPa设计温度下弹性模量 Ep1.77e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度dn50mm管板计算厚度 d44.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管子加强系数 K = 2.869管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q51.7MPa管材料名称16Mn管箱法兰厚度 45mm法兰外径 640mm箱基本法兰力矩 2.083e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力 7.663e+05Nmm法兰宽度 70mm法比值0.032比值0.09系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.006829旋转刚度 114.3MPa材料名称15CrMoR壳壳体法兰厚度50mm法兰外径 640mm体法兰宽度 70mm比值 0.0134法比值0.1系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.001263旋转刚度 50.15MPa法兰外径与内径之比 1.28壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 8.005旋转刚度无量纲参数 0.01997膨胀节总体轴向刚度 1000N/mm管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.2583系系数 4.534系数(按查图 29) 1.763换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 2.164数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 988.4管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)725.8系数（带膨胀节时代替Q） 4.572e-05计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.02786法兰力矩折减系数 0.4175管板边缘力矩变化系数 1.168算法兰力矩变化系数 0.5124管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 21.334e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.202e+05mm2数管板布管区当量直径 391.1mm系数 0.6794系系数 0.1777数系数 3.194计系数(带膨胀节时代替Q) 1456算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.7823管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.6246仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (Pt = 0)不计温差应力计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001484 当量压力组合 0.220.22MPa 有效压力组合 0.702748.97MPa基本法兰力矩系数 0.44430.006377 管板边缘力矩系数0.44440.00643管板边缘剪力系数 2.0150.02916管板总弯矩系数 485.120.81系数仅用于 时204.18.754系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）483.220.4系数 0 ,=, 0, =; 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 160221.1N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 40539.1 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 1760.7mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 5637.6mm2力 矩 计 算操FD = 0.