换热器10-SW6-2011强度校核源文件E0106

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西南石油大学boiling团队设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 2.85MPa设计压力 0.15MPa设计温度 -20设计温度 -40壳程圆筒内径Di1200 mm管箱圆筒内径Di1200mm材料名称16MnDR材料名称15MnNiNbDR 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 0.15MPa设计温度 t -40.00 C内径 Di 1200.00mm材料 15MnNiNbDR ( 板材 )试验温度许用应力 s 196.00MPa设计温度许用应力 st 196.00MPa试验温度下屈服点 ss 370.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.46mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.70mm名义厚度 dn = 12.00mm重量 197.27Kg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 = 0.2000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 333.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 12.47 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= = 3.14326MPa设计温度下计算应力 st = = 9.35MPastf 196.00MPa校核条件stf st结论 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 0.15MPa设计温度 t -40.00 C内径 Di 1200.00mm曲面深度 hi 300.00mm材料 16MnDR (板材)设计温度许用应力 st 181.00MPa试验温度许用应力 s 181.00MPa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= 0.2000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 11.26MPa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 = = 0.50mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 12.00mm结论 满足最小厚度要求重量 158.18 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.21351MPa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 0.15MPa设计温度 t -40.00 C内径 Di 1200.00mm材料 16MnDR ( 板材 )试验温度许用应力 s 181.00MPa设计温度许用应力 st 181.00MPa试验温度下屈服点 ss 315.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.50mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.70mm名义厚度 dn = 12.00mm重量 71.73Kg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 = 0.2000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 12.47 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= = 2.90270MPa设计温度下计算应力 st = = 9.35MPastf 181.00MPa校核条件stf st结论 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 0.15MPa设计温度 t -40.00 C内径 Di 1200.00mm曲面深度 hi 300.00mm材料 16MnDR (板材)设计温度许用应力 st 181.00MPa试验温度许用应力 s 181.00MPa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= 0.2000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 11.26MPa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 = = 0.50mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 12.00mm结论 满足最小厚度要求重量 158.18 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.21351MPa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 2.85MPa设计温度 t -20.00 C内径 Di 1200.00mm材料 16MnDR ( 板材 )试验温度许用应力 s 174.00MPa设计温度许用应力 st 174.00MPa试验温度下屈服点 ss 295.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 9.91mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 3610.34Kg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 = 3.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 265.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 103.19 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= = 5.05839MPa设计温度下计算应力 st = = 98.04MPastf 174.00MPa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11.00mm,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, 168.33.5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 pc0.15MPa设计温度-40壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnDR板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t181MPa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 100mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 10mm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 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 0.35mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 181MPa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 0.4974mm接管计算厚度t 0.0669 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 1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 24.104mm接管有效内伸长度 h2 8 mm开孔削弱所需的补强面积A 83mm2壳体多余金属面积 A1 1528 mm2接管多余金属面积 A2 52mm2补强区内的焊缝面积 A3 14 mm2A1+A2+A3= 1594mm2 ，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, 5089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 pc0.15MPa设计温度-40壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型16MnDR板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t181MPa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 100mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 10mm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 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 0.9mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 181MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 495.8mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.4476mm接管计算厚度t 0.2031 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 1开孔补强计算直径 d 495.8mm补强区有效宽度 B 991.6 mm接管有效外伸长度 h1 66.8mm接管有效内伸长度 h2 8 mm开孔削弱所需的补强面积A 222mm2壳体多余金属面积 A1 5083 mm2接管多余金属面积 A2 853mm2补强区内的焊缝面积 A3 46 mm2A1+A2+A3= 5983mm2 ，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, 355.611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 pc2.85MPa设计温度-20壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnDR板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n20mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t174MPa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 100mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 10mm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 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 1.1mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 181MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 339.8mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 9.9087mm接管计算厚度t 2.6473 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 1开孔补强计算直径 d 339.8mm补强区有效宽度 B 679.6 mm接管有效外伸长度 h1 61.138mm接管有效内伸长度 h2 8 mm开孔削弱所需的补强面积A 3367mm2壳体多余金属面积 A1 2647 mm2接管多余金属面积 A2 737mm2补强区内的焊缝面积 A3 91 mm2A1+A2+A3= 3475mm2 ，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, 219.18.5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 pc2.85MPa设计温度-20壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnDR板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n20mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t174MPa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 100mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 10mm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 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 0.85mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 181MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 207.8mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 9.9087mm接管计算厚度t 1.6037 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 1开孔补强计算直径 d 207.8mm补强区有效宽度 B 415.6 mm接管有效外伸长度 h1 42.027mm接管有效内伸长度 h2 8 mm开孔削弱所需的补强面积A 2059mm2壳体多余金属面积 A1 1619 mm2接管多余金属面积 A2 399mm2补强区内的焊缝面积 A3 72 mm2A1+A2+A3= 2089mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2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 ps2.85MPa设计温度 Ts -20平均金属温度 ts0装配温度 to15壳材料名称16MnDR设计温度下许用应力st174Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.023e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 1200mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds20mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse17.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef2.033e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.131e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )6.771e+04mm2管设计压力pt0.15MPa箱设计温度Tt-40圆材料名称15MnNiNbDR筒设计温度下弹性模量 Eh2.05e+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)dh32mm管箱圆筒有效厚度dhe30mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”2.05e+05MPa材料名称S25073换管子平均温度 tt0设计温度下管子材料许用应力 stt296MPa设计温度下管子材料屈服应力sst550MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett2e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et2e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.31e-05mm/mm管管子外径 d25mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n1115换热管中心距 S32mm换一根管子金属横截面积144.5mm2换热管长度 L6000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L15860mm管束模数 Kt = Et na/LDi4583MPa管子回转半径 8.162mm热管子受压失稳当量长度 lcr10mm系数Cr =84.72比值 lcr /i1.225管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 273MPa材料名称09MnNiDR设计温度 tp-20管设计温度下许用应力156MPa设计温度下弹性模量 Ep2.033e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 3mm管板输入厚度dn70mm管板计算厚度 d66.7mm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 = 4.886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胀接许用拉脱应力 q4MPa焊接许用拉脱应力 qMPa管材料名称15MnNiNbDR管箱法兰厚度 60mm法兰外径 1460mm箱基本法兰力矩 7.487e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力 2.018e+06Nmm法兰宽度 130mm法比值0.025比值0.05系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.002748旋转刚度 50.29MPa材料名称09MnNiDR壳壳体法兰厚度70mm法兰外径 1460mm体法兰宽度 130mm比值 0.01475法比值0.05833系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.0009519旋转刚度 21.31MPa法兰外径与内径之比 1.217壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 10.01旋转刚度无量纲参数 0.003652膨胀节总体轴向刚度 0N/mm管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.2656系系数 14.97系数(按查图 29) 3.062换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 2.352数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)2.436系数（带膨胀节时代替Q） 0.005049计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.008249法兰力矩折减系数 0.3069管板边缘力矩变化系数 1.369算法兰力矩变化系数 0.58管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 25.836e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 9.888e+05mm2数管板布管区当量直径 1122mm系数 0.5161系系数 0.2761数系数 4.298计系数(带膨胀节时代替Q) 6.231算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.935管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.3174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)0.0-3.51e-05 当量压力组合 2.852.85MPa 有效压力组合 12.2510.31MPa基本法兰力矩系数 0.0087280.01037 管板边缘力矩系数0.015640.01728管板边缘剪力系数 0.23410.2587管板总弯矩系数 0.67730.7116系数仅用于 时0.16730.1758系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）0.11860.1186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 = 854195.4N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 168100.1 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 5114.9mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 34647.0mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 169560.0NLD= L A+ 0.51 = 6.5mmMD= FD LD = 1102140.0N.mm作FG