换热器强度校核E0108

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 0.3MPa设计压力 0.3MPa设计温度 135设计温度 135壳程圆筒内径Di800 mm管箱圆筒内径Di800mm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)校核计算管箱法兰校核计算开孔补强设计计算管板校核计算筒体法兰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 0.30MPa设计温度 t 135.00 C内径 Di 800.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 183.60MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 22.00mm名义厚度 dn = 24.00mm重量 1463.07Kg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 = 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 6.59 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= = 8.35358MPa设计温度下计算应力 st = = 5.60MPastf 156.06MPa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9.00mm,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 0.60MPa设计温度 t 135.00 C内径 Di 800.00mm曲面深度 hi 200.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 183.60MPa试验温度许用应力 s 185.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm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= 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 6.51MPa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 = = 1.54mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 22.00mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 24.00mm结论 满足最小厚度要求重量 160.34 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 8.46688MPa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 0.30MPa设计温度 t 135.00 C内径 Di 800.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 183.60MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 22.00mm名义厚度 dn = 24.00mm重量 1463.07Kg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 = 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 6.59 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= = 8.35358MPa设计温度下计算应力 st = = 5.60MPastf 156.06MPa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9.00mm,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 0.60MPa设计温度 t 135.00 C内径 Di 800.00mm曲面深度 hi 200.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 183.60MPa试验温度许用应力 s 185.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.80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= 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 6.91MPa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 = = 1.64mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 22.00mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 24.00mm结论 满足最小厚度要求重量 160.34 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 7.96883MPa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 0.40MPa设计温度 t 135.00 C内径 Di 800.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 183.60MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.03mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 22.00mm名义厚度 dn = 24.00mm重量 1463.07Kg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 = 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 6.59 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= = 8.35358MPa设计温度下计算应力 st = = 7.47MPastf 156.06MPa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9.00mm,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, 88.910.8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 pc0.4MPa设计温度135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 Di800mm壳体开孔处名义厚度n24mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力tMPa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 0mm接管连接型式 接管实际内伸长度 0mm接管材料 Q345R接管焊接接头系数 1名称及类型 板材接管腐蚀裕量 2mm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 mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 71.3mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr 接管材料强度削弱系数 fr 开孔补强计算直径 d 71.3mm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1 mm接管有效内伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2 mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第6.1.3节的规定,本开孔可不另行补强。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, 88.910.8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 pc0.6MPa设计温度135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 Di800mm壳体开孔处名义厚度n24mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力tMPa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 0mm接管连接型式 接管实际内伸长度 0mm接管材料 Q345R接管焊接接头系数 1名称及类型 板材接管腐蚀裕量 2mm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 mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 71.3mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr 接管材料强度削弱系数 fr 开孔补强计算直径 d 71.3mm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1 mm接管有效内伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2 mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第6.1.3节的规定,本开孔可不另行补强。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, 88.910.8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 pc0.6MPa设计温度135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 Di800mm壳体开孔处名义厚度n24mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力tMPa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 0mm接管连接型式 接管实际内伸长度 0mm接管材料 Q345R接管焊接接头系数 1名称及类型 板材接管腐蚀裕量 2mm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 mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 71.3mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr 接管材料强度削弱系数 fr 开孔补强计算直径 d 71.3mm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1 mm接管有效内伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2 mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第6.1.3节的规定,本开孔可不另行补强。不带法兰固定式管板计算(c) 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 图壳程圆筒设计压力Ps0.3MPa设计温度 t135平均金属温度 70.74装配温度 15材料名称Q345R设计温度下许用应力183.6MPa平均金属温度下弹性模量1.985e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.129e-05mm/mm壳程圆筒内径 800mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 24mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 22mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di25.027e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 5.681e+04mm2管箱圆筒设计压力0.3MPa设计温度 135材料名称Q345R设计温度下弹性模量1.949e+05MPa管箱圆筒名义厚度24mm管箱圆筒有效厚度22mm换热管材料名称16Mn管子平均温度 t37设计温度下管子材料许用应力 180.3MPa设计温度下管子材料屈服应力 276MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.949e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 2.002e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.103e-05mm/mm管子外径 d19mm管子壁厚2mm管子根数 n834换热管中心 S25mm一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L1 3000mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L 2904mm换热管管束模数 =7675MPa管子回转半径 6.052mm管子受压失稳当量长度 600mm系数 Cr =118.1比值 99.14管子稳定许用压应力 () = MPa管子稳定许用压应力 () =80.06MPa管板材料名称Q345R设计温度 135设计温度下许用应力 175.4MPa设计温度下弹性模量 1.949e+05MPa管板腐蚀裕量 4mm管板输入厚度 48mm管板计算厚度 42.52mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad2.5mm2管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.4管子加强系数 , K =5.809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q90.15MPa管箱法兰材料名称 管箱法兰厚度 mm比值 比值 系数 (查图25) 系数 (查图26) 旋转刚度 MPa注：壳体法兰材料名称Q345R壳体法兰厚度48mm管板延长部分凸缘外直径 Df 0mm管板延长部分凸缘宽度 -400mm比值 0.0275比值 0.06系数(按ds /Di ,df”/Di ) 查图25)0.01664系数 (查图26)w0.003756旋转刚度 5.985MPa系数计算旋转刚度( c型结构 0) 5.985MPa旋转刚度无量纲参数 0.0006125膨胀节总体轴向刚度 145N/mm管板第一弯矩系数m1,(按K,查图27) 0.1025系数 29.02系数(按查图29) 4.066换热管束与不带膨胀节壳体刚度之 1.581换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 4.234e+04管板第二弯矩系数m2,按K,Q(或Qex)查图28(a)或(b)1.435e+04管板参数管板开孔后面积A- 0.25 n2.662e+05mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 4.514e+05mm2管板布管区当量直径 758.1mm系数计算系数 0.5296系数 0.3347系数 3.325系数 (带膨胀节时代替Q) 7.996e+04管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9477管板周边不布管区无量纲宽度 k=K 0.304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) 0.0-0.0003867当量压力组合 0.30.3MPa有效压力组合 0.9974-24.91MPa边界效应压力组合 0.0049930.004993MPa边界效应压力组合系数 0.009453-0.0003786 管板边缘力矩系数 0.009453-0.0003786管板边缘剪力系数 0.2744-0.01099管板总弯矩系数 3089-159.3系数仅用于 时 643.233.17系数 当时,按 K 和 m 查图31(a)实线 当时,按 K 和 m 查图31(b)159882.98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 = 17907.1N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 1508.0 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 153.1mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 9395.9mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 200960.0NLD= L A+ 0.51 = 15.0mmMD= FD LD = 3014400.0N.mm作FG = Fp = 1224.6NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 430.0mmMG= FG LG = 526578.0N.mmMpFT = F-FD = -200677.4NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 237.5mmMT= FT LT = -47660884.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 44119904.0N.mm预紧 MaW = 558616.3NLG = 430.0mmMa=W LG = 240205008.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 232773248.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 69.9mm最小间距 46.0 (查GB150-2011表9-3)mm最大间距 131.2mm 形 状 常 数 确 定200.00h/ho = 0.2 K = Do/DI = 1.163 1.2由K查表9-5得T=1.854Z =6.691Y =12.961U=14.243整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.90365VI=0.491570.00452松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图9-7由 d1/do 得f = 1.05832整体法兰 = 14486971.0松式法兰 = 0.00.0=f e+1 =1.26g = y/T = 0.681.34 = 0.69剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 41.94MPa校核合格操作状态 0.11MPa校核合格输入法兰厚度f = 57.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 116.48MPa =263.1 或 =459.0( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 174.07MPa = 175.4校核合格切向应力 -4.08MPa = 175.4校核合格综合应力 = 145.28MPa = 175.4校核合格刚度系数 0.295 校核合格法兰校核结果校核合格筒体法兰计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 条 件简 图设计压力 p0.400MPa计算压力 pc0.400MPa设计温度 t135.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力 183.6MPa法材料名称Q345R许用sf181.0MPa兰应力stf175.4MPa材料名称20螺许用sb91.0MPa应力stb78.9MPa栓公称直径 d B20.0mm螺栓根径 d 117.3mm数量 n40个Di800.0Do930.0垫 结构尺寸Db890.0D外40.0D内20.0040.0 mmLe20.0LA-5.0h30.0150.0材料类型软垫片N10.0m2.75y(MPa)25.5压紧面形状1a,1bb5.00DG30.0片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 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 = 12016.6N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 1319.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 132.1mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 9395.9mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 200960.0NLD= L A+ 0.51 = 20.0m