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 0.99MPa设计压力 0.99MPa设计温度 233设计温度 280壳程圆筒内径Di450 mm管箱圆筒内径Di450mm材料名称S31603材料名称S31603 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 0.99MPa设计温度 t 280.00 C内径 Di 450.00mm材料 S31603 ( 锻材 )试验温度许用应力 s 117.00MPa设计温度许用应力 st 97.00MPa试验温度下屈服点 ss 177.00MPa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 = = 2.72mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.00mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 860.04Kg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 = 5.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 159.30MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 115.23 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= = 4.63002MPa设计温度下计算应力 st = = 17.63MPastf 82.45MPa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5.50mm,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 0.99MPa设计温度 t 280.00 C内径 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 S31603 (锻材)设计温度许用应力 st 97.00MPa试验温度许用应力 s 117.00MPa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= 5.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 159.30MPa试验压力下封头的应力sT = = 113.61MPa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 = = 2.71mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.00mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 15.00mm结论 满足最小厚度要求重量 31.41 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 4.69595MPa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 0.99MPa设计温度 t 280.00 C内径 Di 450.00mm材料 S31603 ( 锻材 )试验温度许用应力 s 117.00MPa设计温度许用应力 st 97.00MPa试验温度下屈服点 ss 177.00MPa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 = = 2.72mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.00mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 860.04Kg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 = 5.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 159.30MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 115.23 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= = 4.63002MPa设计温度下计算应力 st = = 17.63MPastf 82.45MPa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5.50mm,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 0.99MPa设计温度 t 280.00 C内径 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 S31603 (锻材)设计温度许用应力 st 97.00MPa试验温度许用应力 s 117.00MPa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= 5.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 159.30MPa试验压力下封头的应力sT = = 113.61MPa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 = = 2.71mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.00mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 15.00mm结论 满足最小厚度要求重量 31.41 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 4.69595MPa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 0.99MPa设计温度 t 233.00 C内径 Di 450.00mm材料 S31603 ( 锻材 )试验温度许用应力 s 117.00MPa设计温度许用应力 st 102.72MPa试验温度下屈服点 ss 177.00MPa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 = = 2.57mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 567.20Kg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 = 1.2400 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 159.30MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 41.76 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= = 3.05020MPa设计温度下计算应力 st = = 28.34MPastf 87.31MPa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5.50mm,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, 1705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 pc0.99MPa设计温度280壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型S31603锻件壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di450mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t97MPa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 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 S31603接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 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 0.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 82.6MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 165mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.718mm接管计算厚度t 0.9646 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.8515开孔补强计算直径 d 165mm补强区有效宽度 B 330 mm接管有效外伸长度 h1 0mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 450mm2壳体多余金属面积 A1 1689 mm2接管多余金属面积 A2 0mm2补强区内的焊缝面积 A3 19 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: N2, 18010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 pc0.99MPa设计温度280壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型S31603锻件壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di450mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t97MPa椭圆形封头长短轴之比 2凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() -0 接管实际外伸长度 0mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 S31603接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 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 1mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 82.6MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 166mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.4388mm接管计算厚度t 0.9646 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.8515开孔补强计算直径 d 166mm补强区有效宽度 B 332 mm接管有效外伸长度 h1 0mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 410mm2壳体多余金属面积 A1 1731 mm2接管多余金属面积 A2 0mm2补强区内的焊缝面积 A3 38 mm2A1+A2+A3= 1769mm2 ，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, 2705计算方法: HG/T20582-2011压力面积法,单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.99 MPa设计温度280 壳体型式圆 筒壳体材料名称及类型S31603锻件壳体内直径 Di450 mm壳体开孔处名义厚度n 15 mm壳体厚度负偏差 C0 mm壳体腐蚀裕量 C2 mm壳体材料许用应力s 97 MPa接管实际外伸长度0 mm接管实际内伸长度0 mm接管腐蚀裕量2 mm接管连接型式 插入式接管补强圈材料名称接管材料名称及类型S31603管材补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C0.5 mm补强圈厚度负偏差C mm接管材料许用应力b82.6 MPa补强圈许用应力p MPa开 孔 补 强 计 算开孔内直径 di265mm壳体补强的有效宽度 b77.582 mm接管有效外伸长度 h10mm接管有效内伸长度 h20 mm有效范围内的压力面积 Aps+Apb mm2壳体有效金属面积 Afs 38mm2接管有效金属面积 Afb 9mm2焊缝金属面积Afw 0mm2补强圈有效金属面积 Afp mm2|pc |(Aps+ Apb) 49320N(Afs+ Afw) (s-0.5|pc |) + Afp (p-0.5|pc |) + Afb (b-0.5|pc |) 101316N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, 8010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 pc0.99MPa设计温度280壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型S31603锻件壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di450mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力tMPa椭圆形封头长短轴之比 2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 S31603接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 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 66mm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 66mm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Ps0.99MPa设计温度 t233平均金属温度 178.9装配温度 15材料名称S31603设计温度下许用应力102.7MPa平均金属温度下弹性模量1.843e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.717e-05mm/mm壳程圆筒内径 450mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 10mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 8mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.59e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 1.151e+04mm2管箱圆筒设计压力0.99MPa设计温度 280材料名称S31603设计温度下弹性模量1.95e+05MPa管箱圆筒名义厚度15mm管箱圆筒有效厚度13mm换热管材料名称S31603管子平均温度 t249.5设计温度下管子材料许用应力 82.6MPa设计温度下管子材料屈服应力 107.4MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.772e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 1.79e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.742e-05mm/mm管子外径 d19mm管子壁厚2mm管子根数 n222换热管中心 S25mm一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L1 5000mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L 4900mm换热管管束模数 =1925MPa管子回转半径 6.052mm管子受压失稳当量长度 100mm系数 Cr =180.5比值 16.52管子稳定许用压应力 () = MPa管子稳定许用压应力 () =51.24MPa管板材料名称S31603设计温度 280设计温度下许用应力 71.6MPa设计温度下弹性模量 1.772e+05MPa管板腐蚀裕量 4mm管板输入厚度 50mm管板计算厚度 46mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2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 =2.578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q41.3MPa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S31603壳体法兰厚度50mm管板延长部分凸缘外直径 Df 0mm管板延长部分凸缘宽度 -225mm比值 0.01778比值 0.1111系数(按ds /Di ,df”/Di ) 查图25)0.01076系数 (查图26)w0.002466旋转刚度 -292MPa系数计算旋转刚度( c型结构 0) -292MPa旋转刚度无量纲参数 -0.1191膨胀节总体轴向刚度 0.01N/mm管板第一弯矩系数m1,(按K,查图27) 0.862系数 -2.821系数(按查图29) 0.8723换热管束与不带膨胀节壳体刚度之 2.002换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 8.664e+07管板第二弯矩系数m2,按K,Q(或Qex)查图28(a)或(b)7.631e+07管板参数管板开孔后面积A- 0.25 n9.61e+04mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 1.202e+05mm2管板布管区当量直径 391.1mm系数计算系数 0.6042系数 0.2468系数 3.381系数 (带膨胀节时代替Q) 1.434e+08管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8692管板周边不布管区无量纲宽度 k=K 0.3372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) 0.00.00127当量压力组合 0.990.99MPa有效压力组合 3.34759.47MPa边界效应压力组合 0.010650.01065MPa边界效应压力组合系数 0.0052670.0002964 管板边缘力矩系数 0.0052670.0002964管板边缘剪力系数 -0.01486-0.0008362管板总弯矩系数 -1.151e+06-6.386e+04系数仅用于 时 5.384e+052.987e+04系数 当时,按 K 和 m 查图31(a)实线 当时,按 K 和 m 查图31(b)1.346e+067.468e+04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 = 715574.1N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 268799.8 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 4284.9mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 13403.3mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 194287.5NLD= L A+ 0.51 = 0.0mmMD= FD LD = 0.0N.mm作FG = Fp = 93319.3NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 12.5mmMG= FG LG = 1166490.8N.mmMpFT = F-FD = -18943.0NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 12.5mmMT= FT LT = -236787.9N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 929702.9N.mm预紧 MaW = 1476964.2NLG = 12.5mmMa=W LG = 18462052.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 11298144.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 78.5mm最小间距 80.0 (查GB150-2011表9-3)mm最大间距 103.3mm 形 状 常 数 确 定70.71h/ho = 0.7 K = Do/DI = 1.200 2.5由K查表9-5得T=1.839Z =5.545Y =10.750U=11.813整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.00000VI=0.000000.01657松式法兰查图9-5和图9-6FL=1.17188VL=0.311550.00000查图9-7由 d1/do 得f = 1.11959整体法兰 = 268106.4松式法兰 = 0.00.1=f e+1 =1.46g = y/T = 0.801.62 = 0.88剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 72.33MPa校核合格操作状态 13.16MPa校核合格输入法兰厚度f = 28.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 46.11MPa =107.4 或 =242.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 53.18MPa = 71.6校核合格切向应力 15.14MPa = 71.6校核合格综合应力 = 49.65MPa = 71.6校核合格刚度系数 0.000 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 p0.990MPa计算压力 pc0.990MPa设计温度 t233.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称S31603体许用应力 102.7MPa法材料名称S31603许用sf117.0MPa兰应力stf76.0MPa材料名称S31603螺许用sb228.0MPa应力stb194.0MPa栓公称直径 d B33.0mm螺栓根径 d 129.2mm数量 n16个Di500.0Do600.0垫 结构尺寸Db500.0D外440.0D内400.0010.0 mmLe50.0LA-25.0h50.0125.0材料类型软垫片N20.0m2.75y(MPa)25.5压紧面形状1a,1bb8.00DG475.0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 = 304441.5N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 240440.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 133