化工原理课程设计换热器教材

1、空气压缩机后冷却器设计 设计说明书目录一、设计任务 1、设计任务1. 空气压缩机后冷却器设计操作参数 ;（1）空气处理量 : 14m3/min ；操作压强： 1.45MPa（绝对压）。 空气进口温度 160，终温： 50（2）冷却剂：常温下的水初温： 25；终温： 30；温升（3）冷却器压降：压降2. 设计项目（ 1）确定设计方案，确定冷却器型式，流体流向和流速选择，冷却器的安装方式等。 （2）工艺设计：冷却器的工艺设计和强度计算，确定冷却剂用量，传热系数，传热面 积，换人管长，管数，管间距，校对压力等。（3）结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的连接， 管板和壳体的

2、连接，折流挡板等。（4）机械设计：确定壳体，管板壁的厚度尺寸，选择冷却器的封头、法兰、接管法兰、 支座等。（5）附属设备选型3. 设计分量（1）设计说明书一份；（2）冷却器装配图；（3）冷却器工艺流程图； （4 冷却器的强度及支座等的估算第 1 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书一、设计任务书二、确定设计方案2.1 选择换热器的类型本设计中空气压缩机的后冷却器选用 带有折流挡板的固定管板式换热器 ，这种换热器适 用于下列情况： 温差不大； 温差较大但是壳程压力较小； 壳程不易结构或能化学清洗。 本次设计条件满足第种情况。 另外， 固定管板式换热器具有单位体积传热面积大， 结构紧

3、 凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造 价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。采用折流挡板， 可使作为冷却剂的水容易形成湍流， 可以提高对流表面传热系数， 提高 传热效率。本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管（20R 钢）。2.2 流动方向及流速的确定本冷却器的管程走压缩后的热空气， 壳程走冷却水。 热空气和冷却水逆向流动换热。 根 据的原则有：（ 1）因为热空气的操作压力达到 1.1Mpa，而冷却水的操作压力取 0.3Mpa ，如果热空气走管 内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；（2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流

4、传热系数较大者宜走管间， 因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近， 可以减少热应力， 防止把管子压弯或把 管子从管板处拉脱。（3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管 间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。查阅化工原理（上） P201表 49 可得到，热空气的流速范围为 530 ms-1；冷 却水的流速范围为 0.2 1.5 m s -1 。本设计中，假设热空气的流速为8 m s-1 ，然后进行计算校核。2.3 安装方式冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。第 2 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书三、设计条件及主要物性参数3.1 设

5、计条件由设计任务书可得设计条件如下表：参数 类型 数体积流量（标准 m3/min ）进口温度（）出口温度（）操作压力 （Mpa）设计压力 （Mpa）空 气（管内）15148421.11.2冷却水（管外）25330.30.4注：要求设计的冷却器在规定压力下操作安全， 必须使设计压力比最大操作压力略大， 本设 计的设计压力比最大操作压力大 0.1MPa。3.2 确定主要物性数据3.2.1 定性温度的确定可取流体进出口温度的平均值。管程气体的定性温度为148 42 T 95 2 壳程水的定性温度为 t 25 33 29 23.2.2 流体有关物性数据根据由上面两个定性温度数据，查阅化工原理（上） P

6、243的附录六：干空气的物理性 质 （ 101.33kPa ） 和 P244 的 附 录 七 ： 水 的 物 理 性 质 。 运 用 内 插 法 （ 公 式 为y yb (ya yb )/(ta tb) tavgtb ）, 可得壳程和管程流体的有关物性数据。空气在 95， 1.2MPa 下的有关物性数据如下：密度 i定压比热容 cpi粘度 i导热系数 i物性(kg/m3)kJ/( kg )(Pa s)(Wm-1 -1)第 3 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书空气11.361.009-52.17 10-50.0317水在 29的物性数据如下：物性密度 o3(kg/m3)定压比热

7、容 cpokJ/( kg )粘度 o(Pa s)导热系数 o-1 -1(Wm-1 -1)水996.04.175-48.21 10-40.0601注：空气的物性受压力影响较大，而水的物性受压力影响不大。空气密度校正，由化工原 理实验 P31，公式 2-36 得：P 273 -3 i 1.293 1.293 (1.2MPa/101.33kPa) 273/(273+95) 11.36 kg m-3P 273 T四、传热过程工艺计算4.1 估算传热面积4.1.1 热流量空气的质量流量为 m i = 60 V i Ai (0 ,1atm) =60 831.293= 6439.14 kg/h 根据流体力学

8、(上) P177，公式( 4-109 )，热流量为Q i = mi Cpi (T1T2) =6439.14 1.0 09( 148 42) 55=6.887 105 kJ/h = 1.913 105 W4.1.2 平均传热温差根据传热传质过程设备设计 P15，公式 1-11 ，tm= (T1 t2) (T2 t1) = Ai (0 ,1atm)=51.26 lnT1 t2T2 t14.1.3 传热面积 由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。 初步设定设 Ki=200 Wm-2 根据传热传质过程设备设计 P14，公式 1-2 ，则估算的传热面积为QiKi t m191300200 51.

9、2618.664.1.4 冷却水用量根据传热传质过程设备设计 P15，公式 1-85cpo (t2 t1)20620 kg/h6.887 1054.175 (33 25)4.2 主体构件的工艺结构尺寸4.2.1 管径和管内流速选用25 2.5mm的传热管 (碳钢管 ) ；由传热传质过程设备设计 P7表 13得管壳 式换热器中常用的流速范围的数据，可设空气流速ui 8m/s，用 u i计算传热膜系数，然后进行校核。第 4 页 共 24 页18.663.14 0.020 63空气压缩机后冷却器设计 设计说明书传热管数nsVi6439.14/(11.36 3600)( 根)2 63 根2 0.785

10、 0.0202 8 di ui4按单程管计算，所需的传热管长度为4.2.2 管程数和传热管数依化工单元过程及设备课程设计 P62，公式 3-9 可依据传热管内径和流速确定单程LS di ns4.72ml= 3 m ，则该换热器按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 管程数为Np=L / l =4.72/3 2（管程）传热管总根数 N = 63 2= 126 （根）。单根传热管质量 m 钢l d0 785033.14 0.0225 0.0025=4.16kg4.2.3 平均传热温差校正及壳程数 依化工单元过程及设备课程设计 P63，公式 3-13a 和 3-13b ， 平均传热

11、温差校正系数R T1 T2 13.25t2 t1t2 t133 25 0.065T1 t1148 25依传热传质过程设备设计 P16，公式 3-13 ， 温度校正系数为1P2 lnt R2 1 ln1 PRt R 1 ln 2 P(1 RR2 1)2 P(1 RR2 1)13.252 113.25 1lnln 1 0.0651 0.065 13.252 0.065(1 13.25 13.252 1)2 0.065(1 13.25 13.252 1)0.931依传热传质过程设备设计 P16，公式 3-14 ，平均传热温差校正为t m= t tm =51.26 0.931=47.72( )由于平均

12、传热温差校正系数大于 0.8 ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。第 5 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书4.2.4 传热管的排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中， 每程内的正三角形排列， 其优点为管板强度高，流体走短路的机会少， 且管外流体扰动较大，因 而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。查热交换器原理与设计P46，表 2-3 管间距，取管间距： t 32 mm 。由化工原理上册 P278，公式 4-123 ，得横过管束中心线的管数为ne 1.1 n=1.1 126 13 根由化工单元过程及设备课程设计 P6

13、7，公式 3-16 ， 隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22 mm取各程相邻管的管心距为 44mm。4.2.5 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率 =0.7 ，由流体力学与传热 P206，公式 4-115 ，得壳体内径为Di =1.05t n/ =1.05 32 126/ 0.7 =450.8 mm ,查阅化工原理(上) P275，附录二十三：热交换器，取 Di =450mm。4.2.6 折流板25%，则切去的圆缺高度为采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的h=0.25 450=112.5 mm ，故可取 h=110 mm。 取折流板间距 B=0.4D

14、i ，则 B=0.4 450=180 mm。 取板间距 H 150mm，则：折流板数N = 传热管长NB=折流板间距1=3000 1=19 块150折流板圆缺面水平装配。4.3 换热器主要传热参数核算4.3.1 热量核算P164，公式 4-60 、4-61 ，(1) 壳程对流传热系数 对于圆缺形折流板，可采用克恩公式。由流体力学与传热 得其中：ho =0.36o Re0.55de1/3Pr (0.14第 6 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书 当水做冷却剂时，粘度校正为 （o ）0.14 =1.05 w 当量直径，管子为正三角形排列时，依化工单元过程及设备课程设计P72，公式3

15、-22 得de 4( 23t2 4do2) do2 20.03220.025 2 )40.0202 mP164，公式 4-62 ，得0.025 21) 0.0148 m 20.0323.14 0.025 壳程流通截面积，由流体力学与传热So = BD（1 do ）=0.15 0.45 t 壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为uo VoSo= 20620/(3600 996.0) 0.389 m/s0.0148Reoouode o996.0 0.389 0.0202 9532.730.000821 普朗特准数（ P26，公式 1-43 ）Prcpo o4175 0.0008210.0601因此，壳程

16、水的传热膜系数 ho 为ho = 0.36 0.601 9532.730.55 57.031/3 1.050.14 0.0202=6408.1 W/(m 2 )(2) 管程对流传热系数由流体力学与传热 P158，公式 4-52a 、4-52b ，得hi = 0.023Re0.8 0.3i0.8 Pr 0.3idi其中：Si =di2 管程流通截面积3.14 0.022 126=0.0198 m42 管程空气的流速及其雷诺数分别为第 7 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书ui Vi = 6439.14/(3600 11.36) 7.95 m/sSi0.0198Reiuidi11.

17、36 7.95 0.022.17 10 54 8.32369 104 普兰特准数cpi iPr i1009 2.17 10 50.0317因此，管程空气的传热膜系数 hi 为0.8 0.3 0.0317 2 hi=0.023 83236.9 0.8 0.691 0.3=281.74 W/(m 2)0.02(3) 基于管内表面积的总传热系数 Ki 查阅化工原理(上) P365，附录 22，得 冷却水侧的热阻 Rso 0.000172m2 W-1 热空气侧的热阻 Rsi 0.000344m2 W-1 -1 -1 钢的导热系数 45Wm 因此，依化工单元过程及设备课程设计P71，公式 3-211Ki

18、hi1 0.0025 0.02 0.02 0.000344 281.74 45 0.0225 6408.1 0.0250.02 0.000172 0.025bdi dmRsododi hodo解得： Ki 237.80 W/ (m 2) 此计算值与前面的初设值 Ki=200 W/ (m 2 )的关系：KiKi237.80=1.189200满足换热器设计所要求的 Ki /K i=1.151.25 的范围，初选的换热器合适。(4) 传热面积2 15.69 m依化工单元过程及设备课程设计P75，公式 3-35 ： Qi KiSitm得：SiQi/( Ki tm) 191300/ (237.80 51

19、.26 )该换热器的实际传热面积 SpSp= diln =3.14 0.023126=23.74 m依化工单元过程及设备课程设计 P76，公式 3-36第 8 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书该换热器的面积裕度为Sp SiSi100%= 23.74 15.69 100% =22.74%15.69传热面积裕度超出要求的 15% 20%的范围，故需减少管数，取管数n=100,则实际传热面积2Sp= diln =3.14 0.02310018.84m面积裕度为Sp SiSi18.84 15.6915.69100% =17.84%处于要求的 15% 20%的范围内，该换热器符合实际生

20、产要求。4.3.2 壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻很小， 故管壁温度可按化工单元过程及设备课程设计P77，公式 3-42 计算。该换热器用自来水作为冷却水，设定冷却水进口温度为25，出口温度为33来计算传热管壁温。 由于传热管内侧污垢热阻较大， 会使传热管壁温升高， 降低了壳体 和传热管壁温之差。 但在操作早期， 污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。 计算 中，应按最不利的操作条件考虑。因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是按式3-42 有Tm /hc tm /hhtww1/hc 1/hh式中，液体的平均温度 t m和气体的平均温度 Tm分别按化工单元过程及设备课程设计 P77，

21、公式 3-44 、 3-45 计算t m=0.4 33+0.6 25=28.2 Tm=0.5 ( 148+42)=952hc = h o = 6408.10 W/ (m 2 )2h h = h i = 281.74W/ (m 2) 传热管平均壁温95 / 6408.10 28.2/ 281.74tw=31.0 w 1/ 6408.10 1/ 281.74 壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即 T=28.2 壳体壁温和传热管壁温之差为t= 31.0 28.2 =2.8 该温差不大，故不需要设温度补偿装置。4.3.3 换热器内流体的流动阻力 ( 压降 )(1) 管程流动阻力 依化工单元过程及

22、设备课程设计 P78，公式 3-47 3-49 可得5管内流体： Re=83236.9 10 5由柏拉休斯公式：i=0.310.6254 = 0.31640.25 0.0186Re0.2583236.90.25第 9 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书直管部分的压降：22l ui2 7.952p1= ii i = 0.0186 12.51 = 735.32 Pai di 2 i 0.02 2热空气在冷却器内流动时，出现两次突然扩大与两次突然缩小，所以 0.5+1+0.5+1 3弯管回路中的压降：2 ui p2i2i =3 7.952211.36 1076.97 Pa总压降： p

23、i( p1+ p2)Ft Ns Np( 735.32+1076.97 ) 1.512 5436.87Pa 9800 Pa (符合设计要求)其中， F t为结垢校正系数，取 1.5 ；Ns 为串联壳程数，取 1； Np为管程数，取 2。(2) 壳程阻力：由传热力学与传热 P209，公式 4-121 、4-122 ，得：ou流体横过管束的压降：其中：F=0.5-0.228f o=5.0 ( 9532.73 ) -0.228 =0.619 nc=10NB=12p1=Ff onc(NB+1)2 ouo=0.389 m/s 2 p1=0.5 0.619 10(12+1) (996.0 0.389 2)/

24、2 3032.02 Pap2NB(3.5 2B )Douo2 0.15 212( 3.5 ) (996.0 0.389 2)/2 3164.36Pa0.45总压降：p o( p1 p2) Fs Ns( 3032.02 3164.36 ) 1.15 1 6671.03Pa 9810 Pa (符合设计要求)其中， Fs 为壳程压强降的校正系数，对于液体取1.15 ；Ns 为串联的壳程数，取 1。第 10 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书五、主要构件的设计计算及选型5.1、设计任务壳体5.1.1 壳体直径根据前面的工艺计算，本次设计采用的换热器壳体内径Di450 mm。查阅结构与零

25、部件（上） P123，表 1-1-86 的无缝钢管制作筒体时容器的公称直径， 本次采用公称直径为 DN 450mm 8mm的壳体，则 Do 466mm， Di 450 mm。5.1.2 壳体壁厚 查阅化工设备机械基础 P126，表 9-3 ，采用 Q235-A.F 钢板（GB3274） ，其中钢密度 37850kg m3由 Po0.3 MPa， D i 500mm，再查阅化工设备机械基础 P124，表 9-6, 对壳体与管板采用单面焊，当全部无损探伤时，焊接接头系数 0.9 。查阅化工设备机械基础 P124，表 9-4 碳素钢、普通低合金钢板许用应力，得： t =113MPa ， s235MP

26、a0.3 0.45PDto i 0.66 (mm)2 tPo 2 113 0.9 0.3查阅化工设备机械基础 P127，表 9-10 钢板厚度负偏差，取 C1 0.8mm， C 21mm。 圆整后： n=0.66+0.8+1 8（mm）5.1.3 水压校核由过程设备设计 P193，公式（ 4-88 ），（4-89 ），得：第 11 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书pT Di ( n C)2( n C)1.25 0.4 0.45 (0.008 0.001 0.0008)2 (0.008 0.001 0.0008)18.15 MPa而 0.9 s=0.9 0.9235=190.3

27、5 MPa因为 T 0.9 s，所以水压试验时强度足够。5.1.4 壳体质量壳体长度 =2.914m22质量=7850 2.914 3.14 （ 0.466 20.450 2）/4 =263.17kg注：个别数据来源于后续步骤。详见附图。5.2 管板5.2.1 管板参数根据壳体内径尺寸，查阅换热器设计手册P161，表 1-6-9 管板尺寸表，由于没有适合本次设计的标准管板，根据非标准设计得管板相关参数。具体参数列于下表：管板参数 （管板按非标准设计）参数名称参数值管板直径 Da/mm450管板外径 D/mm565管板厚度 ba/mm38螺栓孔直径 d2/mm18螺栓规格M1680螺栓数量 n2

28、/ 个12螺栓孔高度 bf/mm28管板螺栓孔间距 D1/mm 管板法兰直径 Df /mm530管板法兰直径 Df /mm管板螺栓内侧边间距 D4/mm565487管孔直径 d1/mm19管孔数 / 个100换热管外伸长度 /mm5管板体积 /m30.00591管板质量 /kg46.39注：管板体积 VD f2 d22n2 bf 0.006D42 0.004 D a2 d12ban143.14 2 2 2 2 2=0.56520.018212 0.028 0.006 0.487 20.004 0.4520.01920.038 1003=0.00591 m3第 12 页 共 24 页空气压缩机后

29、冷却器设计 设计说明书单块管板质量： m=0.00591 7850 46.39kg5.2.2 管板与壳体的连接管板兼作法兰，固定板与壳体采用不可拆焊接式，管板与封头采用法兰连接。5.2.3 管子在管板上的固定方式采用焊接法在管板上固定管子。根据换热器设计手册P172，表 1-6-20 ，管子伸出长度约为 5mm。5.3 拉杆本换热器壳体内径为 450mm，查阅化工单元过程及设备课程设计P135，表 4-7 和表 4-8 得：拉杆螺纹公称直径： d n =16mm拉杆长： L1=2.930mL2=2.780m前螺纹长 La=20mm后螺纹长 Lb=60mm拉杆数： 4 根 拉杆位置如左图的圆圈位

30、置所示。2拉杆质量： m=7850(22.930+22.780)3.140.016 2/4=18.02 kg 拉杆外套有定距管，规格与换热管一样，长度：L1=2.77 m ， L2=2.67m。粗略计算定距管质量m =7850( 2 2.77+2 2.67 ) 3.14 (0.025 2 0.02 2)/4=15.09 kg5.4 分程隔板查阅化工单元过程及设备课程设计P127，表 4-1 ，因本此设计换热器的公称直径Di =450mm600， 对于碳钢，得隔板厚度为： b 10mm 。分程隔板长 L=260+25+112+5+32 10=424mm，其中 10mm为管箱嵌入法兰深度， 5mm

31、为隔 板嵌入管板深度。分程隔板质量以长方体板粗略估计： m=0.4500.4240.010 7850=14.84kg5.5 折流板5.5.1 折流板选型本次设计的冷却器采用弓形折流板。如右图所示。前面第四章第四节已算出：折流板数 N B=19 块第 13 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书圆缺高度h 110 mm板间距 B 150mm查阅换热器设计手册 P182，表 1-6-26 和表 1-6-33 ，得：折流板直径折流板厚度D a （450 3.5 0.5）mm=446mmC 5 mm。折流板的管孔，按 GB151规定 I 级换热器，管孔直径 =19+0.4=19.4mm 查

32、换热器设计手册 P184 公式计算：2 2 2圆缺部分面积： Af =0.20738 Da2 =0.20738 0.446 20.0413 m2折流板体积 VDa2 Afd12n1d22n2C4 a f 4 1 1 4 2 23.14 2 3.14 2 3.14 2= 3.4140.44620.0413 3.4140.02542100 3.4140.01624 0.0053=0.000316 m3折流板质量： m=19 0.000316 7850=47.13 kg5.6 封头及管箱5.6.1 封头查阅材料与零部件 P332，表 2-1-9 ，本换热器采用椭圆型封头 （JB1154 73）两个，

33、 材料采用高合金钢，公称直径 Dg 450mm（以外径为公称直径） ，曲面高度 h1112mm，直边 高度 h2 25mm，厚度 8mm,重量 =16.6kg 。一个焊接于管箱，一个焊接于法兰。5.6.2 管箱管箱长 L=260mm，管箱外径 =450mm（按非标准设计） ，壁厚 =8mm 管箱质量： m=3.140.450 0.260 0.008 7850=23.07 kg 。5.6.3 封头法兰及管箱法兰 查阅材料与零部件（上） P386，表 2-2-22 ，采用凹法兰，在公称压力 1.0 1.6MPa 范围内，选取的法兰参数为 D=565mm，公称直径 =450mm，孔间距 D1=510

34、mm， D2=482mm。孔直 径 25mm，厚度 b=32mm ，法兰重量 =17.80kg 。所用螺栓规格 M22 90mm，螺栓数目： 12。一个法兰焊接在管箱，再与前管板连接；另一个法兰焊接在封头，与后管板连接。第 14 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书六、附属件的计算及选型6.1 接管及其法兰根据流体力学与传热 P207，接管直径公式， 同时也考虑到接管内的流体流速为相应 管、壳程流速的 1.2 1.4 倍。壳程流体进出口接管：取接管内水的流速为u i= 0.51m/s ，则接管内径为D14Vi = 4 20620(/ 3600 996.0)=0.12 m1 ui

35、3.14 0.51取标准管径为 125 mm查表材料与零部件(上) P655 表 2-8-1 ，取管的外径 133mm，管厚 4mm，伸出 高度 150mm。接管质量 =3.14 0.129 0.004 0.15 7850=1.91kg进水口采用凸法兰，出水口采用凹法兰，查阅材料与零部件P380，表 2-2-19 ，取法兰直径 235 mm，厚度 b=10mm，螺栓孔间距 D1 200mm， D2=178mm，孔直径 18mm。法兰 重量：凹法兰 1.54kg ，凸法兰 =2.42kg ，螺栓规格： M16，螺栓数量为 4。由于i ui 2=996.0 0.51 2=259.062200 kg

36、/(m s2) ，故不需防冲板。管程流体进出口接管：取接管内空气的流速为u o= 10 m/s ，则接管内径为=0.142 m4Vo 4 6439.14/(3600 11.36)uo = 3.14 10取标准管径为 150 mm查表材料与零部件 P132无缝钢管( YB231-70)，取管的外径 159mm，管厚 4.5mm ，第 15 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书查阅材料与零部件（上 P655 表 2-8-1 ，伸出高度 150mm。接管质量 =3.14 0.1545 0.0045 0.15 7850=2.57kg 进气口采用凹法兰，出气口采用凸法兰。查阅材料与零件P3

37、80，表 2-2-19 ，法兰的直径 260mm，厚度 b=12mm，螺栓孔间距 D1 225mm，D2=202mm，孔直径 18mm。法兰重量：凹法兰 2.18kg ，凸法兰 =2.75kg ，螺栓规格： M16，数量为 8。6.2 排气、排液管查表材料与零部件 P123 无缝钢管（ YB231-70），取排气液管：外径 45mm，管厚 3.5mm，伸出高度 80mm。质量=78503.14 0.045 0.0035 0.08=0.29kg 。查阅材料与零部件 P384，表 2-2-23 ，配套法兰： 选用凸法兰， dH=45mm，厚度 b=20mm， D=145mm， D1=110mm，

38、D2 =88mm，质量 m 2.34kg 。6.3 支座设计6.3.1 支座的设计选型查材料与零部件（上） P627-628 ，表 2-7-1 鞍式支座尺寸，当公称直径 450mm 时， b1=160mm , L=420mm , B=120mm ， b=90mm， m=200mm，质量 =13.6kg ， A0.2 3=0.6m，支座间距 300025 2600=1790mm。6.3.2 支座承载能力校核1）换热器的质量统计于下表：1壳体( YB231-70 )263.17263.172管板246.3992.783壳程接管21.913.824壳程接管法兰2凹 3.08/ 凸 4.847.925

39、管程接管22.575.146管程接管法兰2凹 4.36/ 凸 5.59.867排气液管20.290.588排气液管法兰22.344.689隔板114.8414.8410封头216.6033.211封头法兰117.8017.8012传热管1004.1641613拉杆2/29.24 / 8.7818.0214定距管L 127.6815.09L227.4115折流板192.4847.1316管箱123.0723.0717管箱法兰117.8017.80第 16 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书18支座213.627.2换热器总重量 /kg1018.1( 2)传热管和拉杆所占的体积粗略

40、为： 23V2 3.14 ( 0.025/2 ) 2 2.914 104=0.149m3壳体体积为：23V1 3.14 ( 0.450/2 ) 2 2.914 0.463m3忽略隔板体积，水充满整个换热器时的总重为：M总= 1018.1+ (0.463-0.149 ) 996.0 1330.84kg 。小于该鞍式支座的最大载荷 14 吨。(3)壳体刚度校核已知公式：qx x AqLQ(x) qx A x L A 和 q 2 和 M (x) qL qx L A x Lq2x2(x A)2x2 qL x qAL (A x L A)2 2 2qL (L A x L)q x2 Lqx22换热器的受力可

41、简化为如图：弯矩图为：ALAqL2 LqA82qA22L=1.790m， M 总 =1018.1kg ，g=9.81N/kg 。 M 总校正为 1020kg。取 A=0.34L=0.34 1.790 0.6086(m) ，此时qL2 LqAM max=0.025 M总gL=0.025 10209.81 1.790=705.94Nmmax 8 2 总抗弯截面模量：4 4 4 4WZ= (Do4 Di4)= (0.4664 0.4504) =0.0013 m3Z 32Do 32 0.466maxmaxWz=705.94/0.0013=0.543MPa t=133MPa第 17 页 共 24 页空气

42、压缩机后冷却器设计 设计说明书故此壳体适用。七、设计计算结果汇总表换热器的工艺计算及结构设计的主要结果和主要尺寸汇总于下表：质量流量 /(kg/h)6439.1420620进 / 出口温度 / 25/33148/42操作压力 /MPa1.10.3物 性 参 数定性温度 / 95293密度 /(kg/m 3)11.36996.0定压比热熔 /kJ/(kg K)1.0094.175粘度 /(Pa s)-52.17 10-5-48.21 10-4热导率 /W/(m K)0.03170.601普朗特准数0.69157.03工 艺 主要 计 算结 果流速 /(m/s)7.950.3892污垢热阻 /m 2K/ W0.0003440.000172阻力(压降) /MPa5436.876671.03对流传热系数2 /W/(m 2 K)281.746408.1总传热系数2 /W/(m 2 K)237.80平均传热温差 / 51.26热流量 /kW191.3传热面积裕度 /%17.84设 备 结程数21推荐使用材料碳钢碳钢换热器型式固定管板式台数1壳体内径 /mm450传热面积 /m215.69管 径 /mm252.5折流板型式上下第 18 页 共 24 页空气压缩机后冷却器设计 设计说明书构 设 计管数/ 根100折流板数 / 个19管 长 /mm3000折流板间距 /mm150管子排列