E0209换热器SW6设备的强度校核源文件E0209

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 0.16MPa设计压力 0.11MPa设计温度 125设计温度 35壳程圆筒内径Di1500 mm管箱圆筒内径Di250mm材料名称09MnNiDR材料名称09MnNiDR 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 0.11MPa设计温度 t 35.00 C内径 Di 250.00mm材料 09MnNiDR ( 板材 )试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度下屈服点 ss 300.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.08mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 32.06Kg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 = 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 270.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 1.49 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= = 10.96328MPa设计温度下计算应力 st = = 1.64MPastf 163.00MPa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 0.11MPa设计温度 t 35.00 C内径 Di 250.00mm曲面深度 hi 100.00mm材料 09MnNiDR (板材)设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度许用应力 s 163.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00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= 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 270.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 0.88MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.5938计算厚度 dh = = 0.05mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 8.23 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 18.56304MPa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 0.11MPa设计温度 t 35.00 C内径 Di 250.00mm材料 09MnNiDR ( 板材 )试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度下屈服点 ss 300.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.08mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 32.06Kg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 = 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 270.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 1.49 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= = 10.96328MPa设计温度下计算应力 st = = 1.64MPastf 163.00MPa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 0.11MPa设计温度 t 35.00 C内径 Di 250.00mm曲面深度 hi 100.00mm材料 09MnNiDR (板材)设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度许用应力 s 163.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00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= 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 270.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 0.88MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.5938计算厚度 dh = = 0.05mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 8.23 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 18.56304MPa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 0.16MPa设计温度 t 125.00 C内径 Di 1500.00mm材料 09MnNiDR ( 板材 )试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许用应力 st 163.00MPa试验温度下屈服点 ss 300.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.74mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 2048.08Kg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 = 0.1500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 270.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 13.01 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= = 1.87990MPa设计温度下计算应力 st = = 13.87MPastf 163.00MPa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10.00mm,合格腐蚀后带法兰固定式管板计算设计单位 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 ps0.16MPa设计温度 Ts 125平均金属温度 ts80装配温度 t015壳材料名称09MnNiDR设计温度下许用应力st163MPa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.97e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.137e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di1500mm壳 程 圆 筒 名义厚 度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度9mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 1.945e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.767e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )4.267e+04mm2管设计压力pt0.11MPa箱材料名称: 09MnNiDR设计温度Tt35圆设计温度下弹性模量 Eh2e+05MPa筒管箱圆筒名义厚度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh10mm管箱圆筒有效厚度dhe9mm管箱法兰设计温度下弹性模量 2.002e+05MPa材料名称: 20(GB9948)管子平均温度 tt20换设计温度下管子材料许用应力143.5MPa设计温度下管子材料屈服应力215MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.955e+05MPa热平均金属温度下管子材料弹性模量 2.01e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.09e-05mm/mm管子外径 d19mm管管子壁厚dt2.11mm管子根数 n410注：换热管中心距 S20mm一根管子金属横截面积112mm2换热管长度 L5000mm换管子有效长度(两管板内侧间距) L4870mm管子回转半径 6.018Mm管子受压失稳当量长度1500mm热系数Cr =134比值 249.3管子稳定许用压应力 () = 15.53MPa管管子稳定许用压应力 () =MPa材料名称: 09MnNiDR设计温度 125管设计温度下许用应力151.5MPa设计温度下弹性模量1.945e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 2mm管板输入厚度dn65mm管板计算厚度 d55.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad5000mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l50mm管板和管子焊接(胀接)许用拉脱应力 q4MPa管材料名称: Q345R法兰厚度 105mm箱法兰外径320mm法基本法兰力矩 2.231e+06Nmm兰管程压力操作工况下法兰力 1.634e+05Nmm法兰宽度 -590mm管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.335e+07Nmm管箱圆筒常数0.015651/mm材料名称: 09MnNiDR法兰厚度 49.7mm法兰外径与内径之比 0.2133壳体法兰应力系数Y (按K查表7-9)-1.082壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)1.315e+07Nmm壳程圆筒常数0.015651/mm螺栓材料名称40MnVB螺栓材料弹性模量 Eb1.98e+05MPa螺栓长度lb159.7mm螺栓总横截面积Ab3674mm2螺栓中心至FD作用位置的径向距离SD17.5mm螺栓中心至FG作用位置的径向距离SG16.93mm螺栓中心至FT作用位置的径向距离ST20.96mm垫片材料名称非金属软垫垫片材料回弹模量 EG1.82e+04MPa垫片厚度G3mm垫片有效受压面积AG5793mm2膨胀节总体轴向刚度 2000N/mm计算系数换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 1.098换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 948.4管板开孔后面积 A1 = A - 0.25 npd 25.275e+04mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 1.69e+05mm2管板布管区当量直径 463.9mm管板开孔抗弯刚度 (管板材料波桑比=0.3)3.078e+09Nmm管子加强系数 , K =2.694管束弹性基础系数22.42N/mm3系数 0.3121系数 0.8702系数 -2.871e+04系数 3041换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵MhHhMsHsMRH4.757e-06-0.00015460000-0.00015460.0096680000004.569e-06-0.00016252.907e-07-000-0.00016250.0096887.223e-065.983e-05002.907e-077.223e-06-4.661e-08000-05.983e-050-6.66e-060000-1.831e-0700000.0001269-0.00010270-2.994e-08-1.572e-06-2.907e-07-7.223e-062.907e-07-0换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项rtMtrtVtMfpsps +热 ptpt +热00-2.994e-08000000-1.572e-06000.029540.0295400-2.907e-07000000.0001269-7.223e-060.043850.04385-0.0005006-0.0005006-1.831e-07-0.00010272.907e-070.002470.00247-0.001698-0.00169800-02.872e-052.872e-05007.524e-070.00010860-0.002411-0.0024110.0016570.0016570.00010861.240-65.2-66.86-3.798-5.464003.757e-06-0-0-0.0005466-0.0005466换热器各部件边沿内力psps +热ptpt +热pt+ pspt+ ps +热Mh161.2Hh5.326Ms-3523Hs-64.64MR1.735e+04H-585rtMt1.119e+04rtVt-55.19Mf-1881预紧法兰力矩+热+热+热1916预紧工况换热器各部件边沿内力热+热+热46.151.049-414.6-8.0263945-72.11924.50.24661916预紧和操作工况换热器各部件边沿总内力热+热+热207.36.375-3937-72.662.13e+04-657.11.211e+04-54.9434.68换热器各部件最大应力(MPa)热+热+热管板径向应力许用值224.6227.2454.5227.2454.5227.2454.5管板剪切应力许用值7.97475.75227.275.75227.275.75227.2壳体法兰应力许用值-37.17227.2454.5227.2454.5227.2454.5中部换热管应力许用值压许用值-15.36143.5143.5143.5143.5143.5143.515.5315.5315.5315.5315.5315.53周边换热管应力许用值压许用值28.97143.5430.5143.5430.5143.5430.515.5315.5315.5315.5315.5315.53换热管拉脱应力许用值0.5762444444壳体轴向应力许用值0.3631163489163489163489壳体端部总应力许用值292227.2454.5227.2454.5227.2454.5管箱轴向应力许用值4.583163489163489163489管箱端部总应力许用值9.294244.5489244.5489244.5489结论管板名义厚度65mm管板应力满足要求管板与换热管形式: 胀接，开槽管板与换热管连接拉脱应力满足要求焊或胀接高度l=50mm换热管中部换热管应力满足要求周边换热管应力满足要求壳程圆筒壳程圆筒轴向应力满足要求壳程圆筒端部壳程圆筒端部应力不满足要求改变管板与壳程圆筒连接结构,要求壳程圆筒端部(法兰颈部大端)厚度=11.2mm,加厚段长度2mm.管箱圆筒管箱圆筒轴向应力满足要求管箱圆筒端部管箱圆筒端部应力满足要求壳体法兰壳程法兰应力满足要求管板径向弯曲应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热0.01122.77.334122.914.66123.621.98124.729.31126.236.63128.243.95130.551.28133.358.6136.465.92139.873.25143.680.57147.687.9151.895.22156.3102.5160.9109.9165.6117.2170.3124.5175.1131.8179.7139.2184.2142.1186145.1187.7148189.3151191153.9192.5156.9194159.9195.4162.8196.8165.8198168.7199.2171.7200.3174.6201.3177.6202.1管板径向弯曲应力(MPa)分布表续半径(mm)热+热+热180.5202.9183.5203.5186.5204189.4204.4192.4204.6195.3204.6198.3204.5201.2204.3204.2203.8207.2203.2210.1202.4213.1201.3216200.1219198.6221.9196.9226.9193.5231.9189.3231.975.73361.565.349154.89620.546.9175041.19管板径向膜应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热231.9-20231.9-7.999361.5-10.47491-11.26620.5-11.61换热管束轴向应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热0.01-15.367.334-15.3214.66-15.2221.98-15.0429.31-14.7936.63-14.4743.95-14.0851.28-13.6158.6-13.0665.92-12.4373.25-11.7380.57-10.9387.9-10.0595.22-9.083102.5-8.02109.9-6.862117.2-5.604124.5-4.244131.8-2.779139.2-1.206142.1-0.5396145.10.14511480.84841511.57153.92.311156.93.071159.93.85162.84.648165.85.466168.76.303171.77.16174.68.037177.68.934换热管束轴向应力(MPa)分布表续半径(mm)热+热+热180.59.85183.510.79186.511.74189.412.72192.413.72195.314.73198.315.77201.216.83204.217.91207.219210.120.12213.121.2621622.4221923.59221.924.79226.926.85231.928.97换热管内压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件换热管简图计算压力 Pc 0.11MPa设计温度 t 125.00 C内径 Di 14.78mm材料 20(GB9948) ( 管材 )试验温度许用应力 s 152.00MPa设计温度许用应力 st 143.50MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.01mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.11mm名义厚度 dn = 2.11mm重量 4.39Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 35.85376MPa设计温度下计算应力 st = = 0.44MPastf 143.50MPa校核条件stf st结论 换热管内压计算合格换热管外压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.16MPa设计温度 t 125.00 C内径 Di 14.78mm材料名称 20(GB9948) (管材)试验温度许用应力 s 152.00MPa设计温度许用应力 st 143.50MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = 0.13mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.11mm名义厚度 dn = 2.11mm外压计算长度 L L= 5000.00mm外径 Do Do= Di+2dn = 19.00mmL/Do 3.75Do/de 9.00A 值 A= 0.0155673B 值 B= 161.20重量 4.39 kg压力计算许用外压力 P= = 30.20326MPa结论 换热管外压计算合格腐蚀前带法兰固定式管板计算设计单位 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 ps0.16MPa设计温度 Ts 125平均金属温度 ts80装配温度 t015壳材料名称09MnNiDR设计温度下许用应力st163MPa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.97e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.137e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di1500mm壳 程 圆 筒 名义厚 度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度10mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 1.945e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.767e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )4.744e+04mm2管设计压力pt0.11MPa箱材料名称: 09MnNiDR设计温度Tt35圆设计温度下弹性模量 Eh2e+05MPa筒管箱圆筒名义厚度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh10mm管箱圆筒有效厚度dhe10mm管箱法兰设计温度下弹性模量 2.002e+05MPa材料名称: 20(GB9948)管子平均温度 tt20换设计温度下管子材料许用应力143.5MPa设计温度下管子材料屈服应力215MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.955e+05MPa热平均金属温度下管子材料弹性模量 2.01e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.09e-05mm/mm管子外径 d19mm管管子壁厚dt2.11mm管子根数 n410注：换热管中心距 S20mm一根管子金属横截面积112mm2换热管长度 L5000mm换管子有效长度(两管板内侧间距) L4870mm管子回转半径 6.018Mm管子受压失稳当量长度1500mm热系数Cr =134比值 249.3管子稳定许用压应力 () = 15.53MPa管管子稳定许用压应力 () =MPa材料名称: 09MnNiDR设计温度 125管设计温度下许用应力151.5MPa设计温度下弹性模量1.945e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 0mm管板输入厚度dn65mm管板计算厚度 d55.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad5000mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l50mm管板和管子焊接(胀接)许用拉脱应力 q4MPa管材料名称: Q345R法兰厚度 105mm箱法兰外径320mm法基本法兰力矩 2.231e+06Nmm兰管程压力操作工况下法兰力 1.634e+05Nmm法兰宽度 -590mm管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.832e+07Nmm管箱圆筒常数0.014841/mm材料名称: 09MnNiDR法兰厚度 49.7mm法兰外径与内径之比 0.2133壳体法兰应力系数Y (按K查表7-9)-1.082壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)1.804e+07Nmm壳程圆筒常数0.014841/mm螺栓材料名称40MnVB螺栓材料弹性模量 Eb1.98e+05MPa螺栓长度lb157.7mm螺栓总横截面积Ab3674mm2螺栓中心至FD作用位置的径向距离SD17.5mm螺栓中心至FG作用位置的径向距离SG16.93mm螺栓中心至FT作用位置的径向距离ST20.96mm垫片材料名称非金属软垫垫片材料回弹模量 EG1.82e+04MPa垫片厚度G3mm垫片有效受压面积AG5793mm2膨胀节总体轴向刚度 2000N/mm计算系数换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 0.9873换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 948.3管板开孔后面积 A1 = A - 0.25 npd 25.275e+04mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 1.69e+05mm2管板布管区当量直径 463.9mm管板开孔抗弯刚度 (管板材料波桑比=0.3)3.078e+09Nmm管子加强系数 , K =2.694管束弹性基础系数22.42N/mm3系数 0.3121系数 0.8702系数 -2.871e+04系数 3041换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵MhHhMsHsMRH3.649e-06-0.00012550000-0.00012550.0082390000003.444e-06-0.0001332.907e-07-000-0.0001330.0082377.223e-065.983e-05002.907e-077.223e-06-4.661e-08000-05.983e-050-6.66e-060000-1.831e-0700000.0001142-0.00010270-2.994e-08-1.572e-06-2.907e-07-7.223e-062.907e-07-0换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项rtMtrtVtMfpsps +热 ptpt +热00-2.994e-08000000-1.572e-06000.026610.0266100-2.907e-07000000.0001142-7.223e-060.039460.03946-0.0004506-0.0004506-1.831e-07-0.00010272.907e-070.002470.00247-0.001698-0.00169800-02.872e-052.872e-05007.524e-070.00010860-0.002411-0.0024110.0016570.0016570.00010861.240-65.19-66.86-3.797-5.463003.712e-06-0-0-0.0005405-0.0005405换热器各部件边沿内力psps +热ptpt +热pt+ pspt+ ps +热Mh178Hh5.601Ms-4213Hs-72.47MR1.497e+04H-655.4rtMt1.063e+04rtVt-55.34Mf-1785预紧法兰力矩+热+热+热1820预紧工况换热器各部件边沿内力热+热+热56.441.207-464.2-8.4023474-75.48814.10.21721820预紧和操作工况换热器各部件边沿总内力热+热+热234.46.807-4677-80.881.844e+04-730.91.144