E0401换热器设备E0401

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 1.5MPa设计压力 1.5MPa设计温度 0设计温度 0壳程圆筒内径Di500 mm管箱圆筒内径Di500mm材料名称Q370R材料名称Q370R 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 1.50MPa设计温度 t 0.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q370R ( 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 = = 1.92mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 251.54Kg压力试验时应力校核压力试验类型 气压试验试验压力值pT = 1.10p = 0.1500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.80 ss = 296.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 4.95 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= = 5.94524MPa设计温度下计算应力 st = = 49.45MPastf 196.00MPa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7.00mm,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 1.50MPa设计温度 t 0.00 C内径 Di 500.00mm曲面深度 hi 150.00mm材料 Q370R (板材)设计温度许用应力 st 196.00MPa试验温度许用应力 s 196.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型气压试验试验压力值 pT = 1.10p= 0.1500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.80 ss = 296.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 3.92MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.7963计算厚度 dh = = 1.53mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm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 26.21 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 7.50849MPa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 1.50MPa设计温度 t 0.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q370R ( 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 = = 1.92mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 251.54Kg压力试验时应力校核压力试验类型 气压试验试验压力值pT = 1.10p = 0.1500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.80 ss = 296.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 4.95 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= = 5.94524MPa设计温度下计算应力 st = = 49.45MPastf 196.00MPa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7.00mm,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 1.50MPa设计温度 t 0.00 C内径 Di 500.00mm曲面深度 hi 150.00mm材料 Q370R (板材)设计温度许用应力 st 196.00MPa试验温度许用应力 s 196.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型气压试验试验压力值 pT = 1.10p= 0.1500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.80 ss = 296.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 3.92MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.7963计算厚度 dh = = 1.53mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm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 26.21 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 7.50849MPa结论 合格内压圆筒校核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 1.75MPa设计温度 t 0.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q370R ( 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 = = 2.24mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 251.54Kg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 = 0.2500 (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 = = 8.24 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= = 5.94524MPa设计温度下计算应力 st = = 57.69MPastf 196.00MPa校核条件stf st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: N1, 2008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 pc1.75MPa设计温度0壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q370R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di500mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t196MPa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 50mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 50mm接管材料 20(GB8163)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 1.2mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 152MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 190.4mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.2422mm接管计算厚度t 1.0653 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.7755开孔补强计算直径 d 190.4mm补强区有效宽度 B 380.8 mm接管有效外伸长度 h1 39.028mm接管有效内伸长度 h2 39.028 mm开孔削弱所需的补强面积A 432mm2壳体多余金属面积 A1 1027 mm2接管多余金属面积 A2 396mm2补强区内的焊缝面积 A3 32 mm2A1+A2+A3= 1455mm2 ，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 ps1.5MPa设计温度 Ts 0平均金属温度 ts22.5装配温度 to15壳材料名称Q370R设计温度下许用应力st196Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.009e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.092e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 500mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse7.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef2.023e+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 )1.228e+04mm2管设计压力pt1.5MPa箱设计温度Tt0圆材料名称Q370R筒设计温度下弹性模量 Eh2.023e+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)dh12.5mm管箱圆筒有效厚度dhe10.5mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”2.023e+05MPa材料名称20(GB9948)换管子平均温度 tt50.66设计温度下管子材料许用应力 stt152MPa设计温度下管子材料屈服应力sst245MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett2.023e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.995e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.113e-05mm/mm管管子外径 d25mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n174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 L2000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L11908mm管束模数 Kt = Et na/LDi5258MPa管子回转半径 8.162mm热管子受压失稳当量长度 lcr1400mm系数Cr =127.7比值 lcr /i171.5管子稳定许用压应力 () 33.94MPa管管子稳定许用压应力 () MPa材料名称Q370R设计温度 tp0管设计温度下许用应力193MPa设计温度下弹性模量 Ep2.023e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度dn46mm管板计算厚度 d41.7mm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 = 3.735管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l43mm胀接许用拉脱应力 q4MPa焊接许用拉脱应力 qMPa管材料名称16MnDR管箱法兰厚度 30mm法兰外径 550mm箱基本法兰力矩 7.191e+06Nmm管程压力操作工况下法兰力 6.982e+06Nmm法兰宽度 25mm法比值0.021比值0.06系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.002079旋转刚度 37.83MPa材料名称Q370R壳壳体法兰厚度45.4mm法兰外径 550mm体法兰宽度 25mm比值 0.0154法比值0.0908系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.001512旋转刚度 34.93MPa法兰外径与内径之比 1.1壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 20.32旋转刚度无量纲参数 0.005218膨胀节总体轴向刚度 2000N/mm管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.1935系系数 10.05系数(按查图 29) 2.485换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 2.033数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 1316管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)692.8系数（带膨胀节时代替Q） 1.987e-05计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.01308法兰力矩折减系数 0.2852管板边缘力矩变化系数 0.8275算法兰力矩变化系数 0.764管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 21.109e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.543e+05mm2数管板布管区当量直径 443.2mm系数 0.565系系数 0.2267数系数 3.621计系数(带膨胀节时代替Q) 2331算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8865管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.4239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)0.00.0003148 当量压力组合 1.51.5MPa 有效压力组合 5.43119.66MPa基本法兰力矩系数 0.023870.006593 管板边缘力矩系数0.023890.006609管板边缘剪力系数 0.240.0664管板总弯矩系数 134.243.32系数仅用于 时43.6314.08系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）106.934.37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 = 286490.8N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 398110.6 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 2167.3mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 3607.9mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 294375.0NLD= L A+ 0.51 = 17.5mmMD= FD LD = 5151562.5N.mm作FG = Fp = 84219.3NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 16.9mmMG= FG LG = 1425722.2N.mmMpFT = F-FD = 19314.8NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 21.0mmMT= FT LT = 404922.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 698220