sw62011强度校核源文件换热器e

1、过程强度计算书SW6-20111全 国 化 工设 计 技 术 中 心站固定管板换热器设计计算计算集团航空动力系统研究所设 计 计 算 条 件壳程管程设计ps4.4MPa设计pt0.11MPa设计温度ts191.7C设计温度tt47.3C壳程圆筒内径Di1800mm圆筒内径 Di1800mm材料名称Q345R材料名称Q345R简图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端圆筒校核计算前端封头()校核计算后端圆筒校核计算后端封头()校核计算校核计算管板校核计算过程强度计算书SW6-20112全 国 化 工设 计 技 术 中 心站前端筒体计算计算集团航空动力系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-201

2、1计算条件筒体简图计算Pc0.11MPa设计温度 t47.30° C内径 Di1800.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度应力 s185.00MPa设计温度应力 st185.00MPa试验温度下屈服点 ss325.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 0.63mm有效厚度de =dn - C1- C2= 27.70mm名义厚度dn = 30.00mm重量2013.21Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 0.1375(或由用户输入

3、)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 292.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .( Di + d e ) = 5.342d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 4.76646MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 3.63eMPastf157.25MPa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 13.00mm,合格过程强度计算书SW6-20113全 国 化 工设 计 技 术 中 心站前端封

4、头计算计算集团航空动力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Pc0.11MPa设计温度 t47.30° C内径 Di1800.00mm曲面深度 hi450.00mm材料Q345R(板材)设计温度应力 st189.00MPa试验温度应力 s189.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25Pc s = 0.1375 (或由用户输入)s tMPa试验通过的应力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(K

5、Di + 0.5de ) = 13.652de.fMPa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 éæ D ö2 ù = 1.0000ê2 + ç i ÷ ú6 êç 2h ÷ úëèi ø û计算厚度 KPc Didh = 2s t f -0.5 Pc= 0.62mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名义厚度dnh = 13.00mm结论满足

6、最小厚度要求重量375.77Kg压 力 计 算最大工作2s t fd ePw= KDi +0.5d e = 1.90429MPa结论合格过程强度计算书SW6-20114全 国 化 工设 计 技 术 中 心站后端筒体计算计算集团航空动力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Pc0.11MPa设计温度 t47.30° C内径 Di1800.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度应力 s189.00MPa设计温度应力 st189.00MPa试验温度下屈服点 ss345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.

7、85厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 0.62mm有效厚度de =dn - C1- C2= 10.70mm名义厚度dn = 13.00mm重量853.83Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 0.1375(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .( Di + d e ) = 13.692d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 1.89866

8、MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 9.31eMPastf160.65MPa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 13.00mm,合格过程强度计算书SW6-20115全 国 化 工设 计 技 术 中 心站后端封头计算计算集团航空动力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Pc0.11MPa设计温度 t47.30° C内径 Di1800.00mm曲面深度 hi450.00mm材料Q345R(板材)设计温度应力 st189.00MPa试验温度应力 s189.00MPa钢板负偏差

9、C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25Pc s = 0.1375 (或由用户输入)s tMPa试验通过的应力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDi + 0.5de ) = 13.652de.fMPa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 éæ D ö2 ù = 1.0000ê2 + ç i ÷ ú6 êç 2h 

10、7; úëèi ø û计算厚度 KPc Didh = 2s t f -0.5 Pc= 0.62mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名义厚度dnh = 13.00mm结论满足最小厚度要求重量375.77Kg压 力 计 算最大工作2s t fd ePw= KDi +0.5d e = 1.90429MPa结论合格过程强度计算书SW6-20116全 国 化 工设 计 技 术 中 心站壳程圆筒计算计算集团航空动力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Pc4.4

11、0MPa设计温度 t191.70° C内径 Di1800.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度应力 s185.00MPa设计温度应力 st172.16MPa试验温度下屈服点 ss325.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 27.47mm有效厚度de =dn - C1- C2= 27.70mm名义厚度dn = 30.00mm重量8123.26Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 5.9103(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力

12、水平 sTsT£ 0.90 ss = 292.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .( Di + d e ) = 229.392d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 4.43559MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 145.16eMPastf146.33MPa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 13.00mm,合格过程强度计算书SW6-2011注：7全 国 化 工设 计 技 术 中 心站延长部固定式管板设计集

13、团航空动力系统研究所设 计 计 算 条 件简图壳程圆筒设计ps4.4MPa设计温度Ts191.7C平均金属温度 ts101.9C装配温度to15C材料名称Q345R设计温度下应力st172.2Mpa平均金属温度下弹性模量 Es1.969e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.154e-05mm/mm C壳程圆筒内径 Di1800mm壳程圆筒名义厚度 ds30mm壳程圆筒有效厚度 dse27.7mm壳体设计温度下弹性模量 Ef1.915e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di22.545e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )1.591e+0

14、5mm2管箱圆筒设计pt0.11MPa设计温度 Tt47.3C材料名称Q345R设计温度下弹性模量 Eh2.01e+05MPa圆筒名义厚度(为取颈部大小端平均值)dh30mm圆筒有效厚度dhe27.7mm”设计温度下弹性模量 Et1.996e+05MPa换热管材料名称20(GB9948)管子平均温度 tt31.5C设计温度下管子材料应力 stt132.5MPa设计温度下管子材料屈服应力sst198.3MPat设计温度下管子材料弹性模量 Et1.915e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et2.004e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.099e-05mm/mm C管子

15、外径 d19mm管子壁厚dt2mm过程强度计算书SW6-20118全 国 化 工设 计 技 术 中 心站换热管管子根数 n4247换热管中心距 S25mm一根管子金属横截面积a = pdt (d - dt )106.8mm2换热管长度 L6000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L15840mm管束模数 Kt = Et na/LDi8649MPa管子回转半径 i = 0.25 d 2 + (d - 2d ) 2t6.052mm管子受压失稳当量长度 lcr1200mm系数 Cr =p 2Et / s tts138.1比值 lcr /i198.3lp 2 E管子压应力 ( Cr <= cr

16、 )s =t icr2(li)2cr24.04MPa管子压应力( C > lcr )s t éli ùris cr = s ê1 - crú2 ë2Cr ûMPa管板材料名称Q345R设计温度 tp191.7C设计温度下应力s tr152.8MPa设计温度下弹性模量 Ep1.915e+05MPa管板腐蚀裕量 C24mm管板输入厚度dn80mm管板计算厚度 d72.7mm隔板槽面积 (拉杆和假管区面积)Ad6000mm2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 2 = 1.318 Di E na / E

17、 LdhK =dtp7.387管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度 l3mm胀接拉脱应力 qMPa焊接拉脱应力 q66.25MPa过程强度计算书SW6-20119全 国 化 工设 计 技 术 中 心站管箱法兰材料名称Q345R厚度 d "f56mm外径 Df1930mm基本矩 M m2.9e+07N×mm管程操作工况下Mp9.773e+06N×mm宽度 bf = (Df - Di ) / 265mm比值dh / Di0.01539比值d " / Dfi0.03111系数C" (按dh/D ,d”f /D , 查<<GB1

18、51-1999>>图 25)ii0.00系数w”(按dh/Di ,d”f /Di ,查<<GB151-1999>>图 26)0.000732312E "b æ 2d " ö3旋转刚度 K " =f f ç f ÷ + E w " f12 Di + bf ç Di ÷hèø12.55MPa壳体法兰材料名称Q345R壳体厚度d ' f74mm外径 Df1930mm宽度 bf = (Df - Di ) / 265mm比值 ds / Di0

19、.01539比值d ' / Dfi0.04111系数C ' , 按dh/D ,d”f /D , 查<<GB151-1999>>图 25ii0.00系数v '按d /D ,d”/D , 查<<GB151-1999>>图 26,h ifi0.00083753旋转刚度1 2E ' b æ 2d ' öK ' =f f çf ÷ + E w ' f12 Di + bf ç Di ÷sèø14.36MPa外径与内径之比 K

20、 = Df Di1.072壳体应力系数 Y (按 K 查<<GB1502011>>表 7-9)27.67旋转刚度无量纲参数 p K fK f = 4 Kt0.001304膨胀节总体轴向刚度 p 2 E t 2(l i) 2 c1000N/mm过程强度计算书SW6-201110全 国 化 工设 计 技 术 中 心站系数计算管板第一弯矩系数(按 K , Kf 查<<GB151-1999>>图 27) m10.301系数 y = m1 K K f31.46系数(按 Kt Kf 查<<GB15198>>图 29) G24.365换

21、热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q = Et naEs As2.903换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 Q= Et na(Es As + K ex L)exEs As K ex L1.557e+04管板第二弯矩系数(按 K,Q 或Qex 查<<GB151-1999>>图 28(a)或(b) m24146系数（带膨胀节时Q 代替 Q） M =m1ex12K (Q + G )21.317e-06系数 (按 K,Q 或 Qex30) G30.001733矩折减系数 x = K f (K f + G3 )0.4294管板边缘力矩变化系数 D 1M = x + KK "f

22、f0.6353矩变化系数 D = D KK "M fMff0.7272管板参数管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd21.341e+06mm2管板布管区面积(三角形布管)A = 0.866nS 2 + Atd(正方形布管 )A = nS 2 + Atd2.305e+06mm2管板布管区当量直径 Dt = 4At / p1713mm系数计算系数 l = Al / A0.5268系数 b = na / Al0.3384系数 ås = 0.4 + 0.6 ´ (1 + Q) / l4.846系数(带膨胀节时Qex 代替 Q) åt = 0.4(1

23、+ b ) + (0.6 + Q)/ l2.956e+04管板布管区当量直径与壳体内径之比 rt = Dt / Di0.9517管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt)0.3569过程强度计算书SW6-201111全 国 化 工设 计 技 术 中 心站仅有壳程Ps 作用下的组合工况 (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g = at (t t -t 0 )- as (t s -t 0 )0.0-0.0008218当量组合 Pc = Ps4.44.4MPa有效组合 Pa = ås Ps + bgEt21.32-34.42MPa基本矩系数4 Mm M

24、 m = lpD3 Pi a0.0005637-0.0003492管板边缘力矩系数M = M m + (D M )M10.0005645-0.0003484管板边缘剪力系数 n = y M0.01776-0.01096管板总弯矩系数 m = m1 + m2n1 + n72.65-45.64系数G1e 仅用于 m > 0时G1e = 3m m K11.887.464系数G1i当 m > 0时,按K 和 m31(a)实线当 m < 0时,按K 和 m31（b）29.1518.7系数G1m > 0 , G1 = max(G1e ,G1i ) ,m < 0 , G = G

25、11i29.1518.7管板径向应力系数带膨胀节Q 为 Q exs r = 1 (1 + n )G1 4 Q + G20.00047610.0002968管板布管区周边处径向应力系数s ' = 3 m(1 + n )r4 K(Q + G2 )0.0004852-0.0002962管板布管区周边处剪切应力系数t p = 1 1 + n 4 Q + G21.634e-051.587e-05壳体矩系数 M ws = x Mm - (DM f ) M10.0002411-0.0001509计算值值计算值值l æ D ö 2管板径向应力 s = s r Pç i &

26、#247;ra m è d ø8.1961.5 s tr229.28.2483 s t r458.5MPa管板布管区周边处径向应力P l ' æ D ö 2 ékk 2ùs ' = a s r ç i ÷ ê1 -+( 2 - m)úrmè d ø ëm 2mû7.7891.5 s tr229.27.7553 s t r458.5MPa管板布管区周边剪切应力t = Pa l Dt pm t p d0.010810.5 s tr76.41-0

27、.016961.5 s tr229.2MPa过程强度计算书SW6-201112全 国 化 工设 计 技 术 中 心站壳体应力 s ' = p Y P l( Di )2f4M ws ad 'f34.821.5 s tr229.235.183 s t r458.5MPa换热管轴向应力s = 1 é P - G2 - Qn P ùtb ê cQ + Ga úë2û14.1s tt132.5s cr24.0414.153 s t t397.5s cr24.04MPa壳程圆筒轴向应力 s = Al(1 + n ) PcA (Q

28、+ G ) a s20.01174f s tc146.3-0.018423f s tc439MPa换热管与管板连接拉脱应力 q = s t adlp8.413q 66.258.4383q焊接q胀接198.7MPa仅有管程Pt 作用下的组合工况 (Ps = 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g = at (t t -t 0 )- as (t s -t 0 )0.0-0.0008218当量组合Pc = -Pt (1+ b )-0.1472-0.1472MPa有效组合 Pa = - åt Pt + bgEt-3252-3307MPa操作情况下矩系数 4 M pM p =

29、 p l D 3 Pi a-1.246e-06-1.225e-06管板边缘力矩系数M = M p-1.246e-06-1.225e-06管板边缘剪力系数 n = y M-3.919e-05-3.853e-05管板总弯矩系数 m = m1 + m2n1 + n0.13860.1413系数G1e 仅用于 m > 0时G1e = 3mm K0.022660.02311系数G1i当 m > 0时,按K 和 m31（a）实线当 m < 0时,按K 和 m 查 31（b)0.16160.1609系数G1m >0, G1 = max (G1e ,G1i ) ;m <0 , G1

30、 = G1i0.15820.1573管板径向应力系数带膨胀节Q 为 Q ex1 (1 + n )Gs r =1 4 Q + G22.54e-062.524e-06过程强度计算书SW6-201113全 国 化 工设 计 技 术 中 心站管板布管区周边处径向应力系数s ' = 3 m(1 + n )r4 K(Q + G2 )9.092e-079.272e-07管板布管区周边处剪切应力系数t = 1 1 + n p 4 Q + G21.605e-051.605e-05壳体矩系数M ws = x M p - M1-1.852e-06-1.843e-06计算值值计算值值管板径向应力l æ

31、; D ö 2s = s r P m çè di ÷øra6.6671.5 s tr229.26.7393 s t r458.5MPa管板布管区周边处径向应力P l ' æ D ö 2 é k k 2ùs ' = a s r ç i ÷ ê1- +( 2 - m)úrmè d ø êë m 2múû2.3611.5m m1 + m2n1+ n229.22.3573 s tr458.5MPa管

32、板布管区周边剪切应力t = Pa l Dt pm t p d-1.620.5 s tr76.41-1.6471.5 s tr229.2MPa壳体应力s ' = p Y P l( Di ) 2f4M ws ad 'f40.791.5 s tr229.241.283 s t r458.5MPa换热管轴向应力1 éG2 - Qnùst = b ë Pc - Q + GPaêú2û2.634s tt132.5s cr24.042.683 s t t397.5s cr24.04MPa壳程圆筒轴向应力 s = A P + l(1

33、+ n ) P cAt(Q + G ) a s20.0004624f s tc146.3-0.02973f s tc439MPa换热管与管板连接拉脱应力 q = s t adlp1.571q 66.251.5993q焊接q胀接198.7MPa计算结果管板名义厚度dn80mm管板校核通过过程强度计算书SW6-201114全 国 化 工设 计 技 术 中 心站换热管内压计算计算集团航空动力系统研究所计算条件换热管简图计算Pc0.11MPa设计温度 t191.70° C内径 Di15.00mm材料20(GB9948)( 管材 )试验温度应力 s152.00MPa设计温度应力 st132.4

34、9MPa mm钢板负偏差 C10.00腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 0.01mm有效厚度de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度dn = 2.00mm重量5.03Kg及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 31.17506MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 0.47eMPastf132.49MPa校核条件stf st结论换热管内压计算合格过程强度计算书SW6-201115全 国 化 工设 计 技 术 中 心站换热管外压计算计

35、算集团航空动力系统研究所计算条件换热管简图计算Pc-4.40MPa设计温度 t191.70° C内径 Di15.00mm材料名称20(GB9948)(管材)试验温度应力 s152.00MPa设计温度应力 st132.49MPa钢板负偏差 C10.00mm腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度d = 0.70mm有效厚度de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度dn = 2.00mm外压计算长度 LL= 6000.00mm外径 DoDo= Di+2dn = 19.00mmL/Do3.85Do/de9.50A 值A= 0.0138925B 值

36、B= 154.35重量5.03kg计算结论P= B = 26.90917Do /d eMPa换热管外压计算合格过程强度计算书SW6-201116全 国 化 工设 计 技 术 中 心站计算计算集团航空动力系统研究所设 计 条 件简图设计p0.110MPa计算pc0.110MPa设计温度 t47.3° C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳体材料名称Q345R应力 stn185.0MPa法兰材料名称Q345R应力sf181.0MPastf181.0MPa螺栓材料名称40Cr应力sb212.0MPastb204.2MPa公称直径 d B20.0mm螺栓根径 d 117.3mm数

37、量 n52个垫片结构mmDi1800.0Do1930.0Db1890.0D 外1820.0D 内1800.0016.0Le20.0LA19.0h10.0126.0材料类型软垫片N10.0m2.75y(MPa)25.5压紧面形状1a,1bb5.00DG1810.0b06.4mmb= b0b0 > 6.4mmb=2.53 b0b06.4mmDG= ( D 外+D 内 )/2b0 > 6.4mmDG= 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 = 725000.4N操作状态下需要的最小螺栓载荷 WpWp = Fp + F = 300235.5N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 3419.8mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = n p d 2 = 12214.74 1mm2力 矩 计 算操作MpFD = 0.785 D2 pci= 279774.0NLD= L A+ 0.51= 32.0mmMD= FD LD= 8952768.0N.mmFG =