【《换热器的结构设计与强度计算过程案例》2900字】

换热器的结构设计与强度计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u31654换热器的结构设计与强度计算过程案例 157161.1壳体和管箱 2191451.1.1壳体、管箱的材质 281571.1.2壳体厚度计算 224241.1.3管箱厚度计算 244931.2开孔补强计算 4277291.2.1接管和壳体的厚度计算及开孔直径 4322381.2.2壳体、接管实际厚度、外侧有效补强高度h 4129381.2.3补强面积及可以作为补强的面积 4109601.2.4比较面积 5185261.3校核水压 5170261.4换热管的选择和布置 5271001.4.1换热管的排列方式 5184101.4.2布管限定圆 6125721.4.3排管 6113631.4.4换热管束的分程 749011.4.5换热管与管板的连接 775611.5管板设计 7105111.5.1管板与壳体的连接选择 746951.5.2管板的厚度计算 7202591.5.3管板的重量 1267241.6折流板的分类形式及计算 13128041.6.1折流板的型式和尺寸 13179901.6.2折流板排列方式 14251351.6.3折流板布置方法 147321.6.4关于折流板重量 1521201.7拉杆的形式、尺寸和数量、定距管的尺寸 16132101.7.1拉杆形式 16269001.7.2拉杆尺寸和数量 1691541.7.4定距管 1777031.8防冲板 17155951.9法兰和垫片的形式尺寸及选材 18205131.9.1固定端法兰尺寸与垫片 18153211.9.2浮头的法兰与外头盖垫片 19274791.9.3接管法兰形式和尺寸 2073881.10钩圈式浮头 21165091.11管箱接管位置的最小尺寸 22在基本完成了对换热器的热力学计算后,应该开始进行对换热器的整体结构设计和应力强度的计算,主要内容包括换热器壳体、管箱的壳体和密封头设计,管板与换热管,壳体与换热器管板之间的连接和结构,以及其他零部件。1.1壳体和管箱设计温度100℃;设计压力2.5MPa1.1.1壳体、管箱的材质考虑到其成本及生产工艺,壳体、管箱材料选择16MnR。1.1.2壳体厚度计算采用双面焊对接接头，100%无损探伤，据相关行业规定知16MnR钢板其在，壳体计算厚度计算如下： (3-1)设计厚度: (3-2)名义厚度: (3-3)查厚度的最小值为12mm，且也满足,所以结果没问题。1.1.3管箱厚度计算因为前端管箱与后端管箱是不一样的，故二者要分别计算1.1.1.1前端管箱椭圆形管箱应力分布均衡且制造比较简单，适合在前端使用。选用标准的椭圆封头，则： (3-4)设计厚度: (3-5)名义厚度： （3-6）能满足，厚度满足使用条件。查《钢制压力容器用封头》知参数同表1.1：表1.1DN(mm)H(mm)A(㎡)V(m3)质量（㎏）14003752.23460．3977241.5短节为14mm的厚度。1.1.1.2后端管箱后面的计算中知外头盖的直径为1500mm选用封头同前端，， （3-7）设计厚度： （3-8）名义厚度： (3-9)满足且无变化，结果合适。查《钢制压力容器用封头》知主要参数如表1.2：表1.2DN(mm)H(mm)A(㎡)V(m3)质量（㎏）15004002.55680.4860278.1短节的厚度为14mm。1.2开孔补强计算1.2.1接管和壳体的厚度计算及开孔直径已知壳体计算厚度接管计算厚度 (3-10)其中，选用10号钢，查表得 开孔直径为： (3-11)1.2.2壳体、接管实际厚度、外侧有效补强高度h，需要补强的那一部分的厚度 (3-12) (3-13)1.2.3补强面积及可以作为补强的面积补强面积： (3-14)可以作补强的面积： (3-15) (3-16) (3-17) (3-18)1.2.4比较面积，所以壳程接管不需要补强1.3校核水压校核温度以常温为例： （3-19）验证水压实际上是薄膜上压力： （3-20）1.4换热管的选择和布置换热管所采用的产品规格为，材质选择10号钢。1.4.1换热管的排列方式管子排列有三种形式，如图1.1。我选择正三角形排列，更符合我们设计的主题高效二字图1.1换热管的排列方式查换热器设计手册，换热管中心距离，相邻管中心距，相邻管间净空距离应为S-d=6mm1.4.2布管限定圆浮头式换热器的布管限定圆如下： （3-21）查GB151-1999得，，故所以1.4.3排管当进行排管时，管束完全保持对称，各程管数不能相差过大，相对误差要控制在左右，不能超过相对误差计算： （3-22）式中：排管示意图如图1.2：图1.2管子排列示意图排管后发现，管程数目分别为300、300、313、313、300、300，平均管数为304，则： 1.4.4换热管束的分程换热器是6个管程，管箱采用多程隔板。为了能解将液体残留排除干净也为了能够快速简便的链接管子，选择的管束分成是平行法1.4.5换热管与管板的连接胀接又分强度胀接和贴胀。强度胀接适合用在，振动不强烈，温度变化、腐蚀力不高的场合。用按照GB151-1999规定，强度焊的使在有较大振动或者间隙腐蚀的场合是不适使用的这里，根据压力，温度及运行情况选择强度焊。1.5管板设计换热管排布是需要用到的零件就是管板,我选择16MnR材料做管板。管板的好处可以支撑壳体。1.5.1管板与壳体的连接选择换热器需要直接抽取一根根的换热管来进行清洗或者保养,所以我们对换热器固定端的两根法兰管板安装采取了一种完全可以分拆式的法兰连接安装形式,分别把两个法兰管板夹在管箱的法兰和连接壳体的法兰中间。1.5.2管板的厚度计算 1.5.2.1管板的名义厚度 （3-23） （3-24） （3-25） （3-26） （3-27） （3-28） （3-29） （3-30）查阅有关火力发电厂汽水管道设计工艺及技术要求得 （3-31）管板厚度未知，以50mm求解，求解后，再验算有效长度 （3-32）其中计算如下： （3-33） （3-34）查GB151-1999可知，换热管选材10号钢， （3-35）与不是一起施加压力，；；查《钢制压力容器》,计算厚度 （3-36）名义厚度 以上：求解出名义厚度后，就是上面提到的有效长度的验算 （3-37） （3-38） （3-39）故则 （3-40） （3-41）1.5.2.2换热管的轴向应力轴向应力需要按不同的工况分开计算，具体计算如下： （3-42） （3-43）显然，（2） （3-44） （3-45）（3） （3-46） （3-47）显然， 轴向应力计算符合要求，该材料可以使用1.5.2.3换热管、管板拉脱力计算 （3-48）又上式中： （3-49）得 1.5.3管板的重量固定管板：图1.3 （3-50）活动管板：图1.4 （3-51）1.6折流板的分类形式及计算折流板主要种类有弓型圆形折流板,圆盘-椭圆型球形(又被称叫盘-球型圆圈)折流板及矩形折流板。安装折流板的目的是提高流速，增加传热系数，折流板对壳体的支撑作用。1.6.1折流板的型式和尺寸此时选用双弓型折流板，可以产生较大的扰动，增加传热效率在具体选材工艺方面我选用的是16MnR,弓形缺口的高度应为，相应选高度为350mm，折流板间距为7000，7块折流板，选择其厚度为14mm。名义外直径 1.6.2折流板排列方式排列如图1.5图1.51.6.3折流板布置方法壳体和靠壳体的折流板的间距计算如下 （3-52）其中：求出后，其他折流板等距排列1.6.4关于折流板重量 （3-53） （3-54）1.7拉杆的形式、尺寸和数量、定距管的尺寸1.7.1拉杆形式换热管的规格是，采用拉杆定距管形式。1.7.2拉杆尺寸和数量结构形式如图1.6，规格表1.3图1.6表1.3ddLLb个数121215≥50212L根据现场的使用情况来决定拉杆要布置在管束边缘，折流板支撑点不能少于三个。1.7.4定距管定距管规格同换热管，由实际设备的规格定做长度。1.8防冲板 ，管程的流速<3m/s,所以壳程和管程都不采用防冲板。1.9法兰和垫片的形式尺寸及选材1.9.1固定端法兰尺寸与垫片（1）查压力容器法兰，选择长颈对焊法兰，凹凸密封面，选用材料20MnMo，结构图1.7，规格表1.4图1.7a法兰结构示意图图1.7b法兰结构示意图表1.4DN法兰螺柱厚度最低值DD1D2D3D4Hhaa1Rd型号个数1400159415431488148814759819246231820301333M246014（2）查压力容器法兰，垫片形式为金属包垫片，选材0Cr18Ni9，结构图1.8图1.81.9.2浮头的法兰与外头盖垫片（1）外头盖同壳体，查压力容器法兰，规格表1.5表1.5DN法兰螺柱厚度最低值DD1D2D3D4Hhaa1Rd型号个数15001725164516101590158710220056262324361533M306018（2）选凸密封面，20MnM材料，查得，结构形式图1.9，规格表1.6图1.9表1.6DN法兰螺柱厚度最小值DD1D2D3D4HhaRd型号个数140017251645161015901587110245902322521533M306016（3）经查JB/T4718-92选择金属包垫片作为外头盖的垫片形式，外部直径径D=1589mm，内部直径d=1539mm，用金属包垫片作为浮头垫片的形式，外部直径D=1382mm，内部直径d=1346mm，材料选择0Cr18Ni91.9.3接管法兰形式和尺寸查HG20592～20635－97《钢制管法兰》