【《对浮头式工业换热器结构的设计分析及对强度的具体计算过程案例》4700字】

对浮头式工业换热器结构的设计分析及对强度的具体计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u29448对浮头式工业换热器结构的设计分析及对强度的具体计算过程案例 1320501.1壳体各项参数的选取确定 1281961.2对管箱垫片的设计过程 3289111.3对管箱法兰的选择过程 471351.4对管板数值的确定流程 593511.5对两种接管的选择设计 7173641.5.1壳程的管子数据 7309941.5.2管程的管子数据 789791.6对管箱以及相接构件的设计 7323371.7校核壳程管子的补强 9321371.8校核管程管子的补强 10140741.9确定浮头各项参数数据 11265031.9.1作用在管程压力下的取值 12308991.9.2作用在壳程压力下的取值 12287781.9.3管程作用于浮头法兰 1331981.9.4壳程压力作用下浮头法兰的计算 16245151.10选取拉杆及其定距管 2071391.11对接管位置的确定 221021.12排气管和排液管 2461791.13保温层 2544261.14支座 26297431.15应力计算 27292221.15.1热交换器所受的应力 2739041.15.2温差应力 2846471.15.3拉脱力 29238701.15.4许用拉脱力 291.1壳体各项参数的选取确定根据设计要求我们可以得知在壳体内流动的液体是煤油，所以要求材料需要具备以下特点例如强度较高硬度较高，还需要具备一定的耐腐蚀性等等，结合以上因素综合考量，我们要选取不锈钢S31603来充当筒体的材料最为适合。在上一部分的选型计算中，我们已经阐述了壳体内侧直径的数值等于700mm。接下来是衡量筒体薄厚的尺寸参数QUOTE设计压力0.125MPa,设计温度为Ts=150℃；筒体厚度计算为：δ=P式中：Pc——设计压力，MPaDi——壳体厚度，mmδ——计算厚度，mmφ——焊接接头系数设计厚度：δd名义厚度：δn有效厚度：δe根据以上详尽的计算过程，我们最终将厚度确定为6mm1.2对管箱垫片的设计过程垫片：查阅相关的规定综合考虑，我们选取图示结构来作为本次设计的垫片。图3-1非金属软垫片1.3对管箱法兰的选择过程根据设计的各项参数及实际需求，选用下图图示结构来作为本次设计的法兰。图3-2凹凸密封面-法兰由设计过程可得，公称直径的数值我们在上述过程中算得为700mm,在所述的这种条件下，我们可以查到如下图所示的数据表：1.4对管板数值的确定流程图3-3整体管板首先我们要设法知道管板的尺寸，根据我们在上述计算过程中对和壳体、法兰、螺栓等结构各项尺寸规格的设计、选取与确定，再根据相关手册中的明确规定得到下列表格：到这一步，我们需要选择一个合适的元器件，在我们知道了上述管子的数据之后，这时候我们顺理成章地想到了Ⅱ级管束，选取它最为适宜，查阅相关的资料，再结合设计过程和设计数据，我们将直径选取为标准的25.3mm,相应地设置允许偏差（+0.10，-0.10）。对于换热的管子和管板之间的的相接方式，在综合对比之后我们确定为强度焊这一方法，与之相对应的焊接的粗糙度Ra我们应该保证它是小于等于35μm的。接下来我们要确定一种结构来将管板与法兰接应起来，经过全面的比较和分析，采用如下图所示的连接方法最为适宜。图3-4管箱-e型1.5对两种接管的选择设计1.5.1壳程的管子数据我们可以通过《换热器设计手册》中的规定来确定壳程的管子向外伸出的高度，也就是说当DN的数值我们取为等于125时，我们应该将δ的取值设置到0和50之间，将l4的具体数据确定为最为适宜的200。1.5.2管程的管子数据同上，我们通过相关的规定来确定管程的管子向外伸出的高度，也就是说当DN的数值我们取为等于200时，我们应该将δ的取值设置到0和50之间，将l4的具体数据确定为最为适宜的200。1.6对管箱以及相接构件的设计首先我们要选择一种合适的钢作为管箱的材料，我们查阅并研究与管箱及其封头相关的国标中的数据选取规定，最后将其材料定为不锈钢S31603。接下来我们要通过计算来完成管箱的尺寸的设计，根据上文中提到的设计要求温度我们还是定为50℃,对于计算压力Pc这个参数我们将它的取值定为等于0.13MPa，另外几个重要取值焊缝系数选取它的计算数值为1，腐蚀裕度规定它的取值为2，同上负差值规定为选取数值1。计算厚度：δ=P设计厚度：δd名义厚度：δn考虑壳体厚度，圆整后名义厚度为6mm有效厚度：δe接下来是对封头这一结构的选取以及具体尺寸大小的确定，同上文管箱的设计计算过程，我们首先要认真查阅并研究与本次设计情况相关的国标规定，我们择优选取它的材料为不锈钢S31603，对各种形式的特点比较分析综合考量后确定为如下图所示的椭圆形。图3-5椭圆形封头EHA分程隔板选取的各项具体数据经我们查阅总结后确定为如下图所示管箱短节长度为：QUOTE管箱短节长度为：Lg1.7校核壳程管子的补强根据上述的设计过程我们选取了壳程中的接管为139.7×7mm这一规格，经过比较分析最终确定了它的材料为碳钢NO.20,在该种材料相关数据的要求下，我们确定许用应力的数值取到140MPa。

QUOTE取C2=2,C=1。取C1接管计算壁厚：δt接管有效壁厚：δet开孔直径：d=D+接管有效补强高度：B=2d=2×接管外侧有效补强高度：h1=d需要补强面积：A=dδ=141.7×强度削弱系数：f接下来计算能够作为补充加强的面积为：A1A2A=A1.8校核管程管子的补强C1接管计算壁厚：δt接管有效壁厚：δet开孔直径：d=D+接管有效补强高度：B=2d=2×接管外侧有效补强高度：h1=d需要补强面积：A=d×经过查阅将强度的削弱系数这一参数的数值确定为0.778可以作为补强的面积：A1A2A=A1.9确定浮头各项参数数据将本次设计的实际要求计算过程与国标数据相结合，我们综合考虑选取了它的形式为钩圈式，它的端盖的外形我们最终确定为球冠，择优选择了以上两种形式后我们来确定与之相关数据，，一些具体的数值展示在下列表格中。浮头法兰和钩圈的内直径：浮头法兰和钩圈的外直径：外头盖内直径：浮动管板外直径：1.9.1作用在管程压力下的取值封头的计算厚度：设计厚度：名义厚度：，圆整为有效厚度：1.9.2作用在壳程压力下的取值封头计算厚度：设计厚度：名义厚度：，

实取名义厚度圆整为有效厚度：系数的计算，经过相关查阅后我们确定参数B的取值是等于137的。所以说也是相近的，根据上述两个小节的设计数据，作用于壳程P和管程P时我们应该将两种情况作比较选取较大的厚度数值最为安全适宜。综上所述我们确定名义厚度的最终取值是12，同理有效的厚度是。设计温度下封头的最大需用工作压力：1.9.3管程作用于浮头法兰操作状态下所需最小垫片压紧力：流体压力引起的总轴向力：预紧状态下所需的最小螺栓载荷：根据规定和设计的具体实际情况，我们确定螺栓选取35CrMoA这一材料最为适宜，在上述条件都确定后，我们可以确定以下的数据取值为，；，螺栓的个数应该取为36。需要的螺栓总截面积：实际使用的螺栓总截面积：封头边缘处球壳面切线与法兰环的夹角：螺栓设计载荷：作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力：QUOTE螺栓中心至FD作用位置处径向距离：螺栓中心至F法兰垫片压力：QUOTE螺栓中心至FG作用位置处径向距离：螺栓中心至F螺栓中心至F作用在法兰环侧封头压力载荷引起的径向分力：F总力矩：法兰预紧力矩：，FG=W.法兰的设计力矩：法兰厚度：操作状态下预紧状态下操作状态下法兰厚度：预紧状态下法兰厚度：因此法兰厚度：1.9.4壳程压力作用下浮头法兰的计算所需最小垫片压紧力流体压力引起的总轴向力预紧状态下所需的最小螺栓载荷：螺栓材料这个数据的获取需要我们通过上网去图书馆的查找，找到相干的工艺标准，此标准必须要规范可行，在此情况下，我们才可以放心使用表中的数据，例如，，，，螺栓的个数取为24个。需要的螺栓总截面积：实际使用的螺栓总截面积：

封头边缘处球壳面切线与法兰环的夹角：螺栓设计载荷：作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力：螺栓中心至F法兰垫片压力：螺栓中心至F螺栓中心至F作用在法兰环侧封头压力载荷引起的径向分力：F力矩矢量和法兰预紧力矩：，其中FG=W法兰的设计力矩法兰厚度：操作状态下预紧状态下操作状态下法兰厚度：预紧状态下法兰厚度：因此法兰厚度：1.10选取拉杆及其定距管当10≤d＜14时，拉杆直径为10；当14≤d＜25时，拉杆直径为12；当25≤d＜57时，拉杆直径为16；根据以上设计过程中的数据我们可以得知换热管的直径是选择了等于25mm的,根据取值范围显然选取直径为16mm，数量确定为6根.此结构一般会只有两种不同的选择，其两者有着一定的利害关系，在此，经过一定的优劣对比，用螺纹连接：图3-6拉杆定距管结构经过对比分析选择采用Q235RA作为它的材料显然最为适宜，数量我们确定为6根，具体的规格展示在下图中。图3-7拉杆的连接尺寸寻找材料数据的时候，我们千万要小心谨慎，通过我们的学习和积累，以及同学老师的交流学习，材料采用QUOTEQ235RAQ235RA是最为适宜的，定距管的直径尺寸应该做到与换热的管子一致Φ25mm，它的长度确定为410mm，个数选择12;在两个折流板之间的长度确定为300mm,个数为102个。1.11对接管位置的确定壳程接管位置的最小尺寸L1式中C——C≥4S(S为壳体厚度)，且≥30；图3-8壳程接管位置管程接管位置的最小尺寸L2式中C——C≥4S(S为壳体厚度)，且≥30；管程的接管陈设方式如下图所示图3-9管程接管位置1.12排气管和排液管在此我们会采用的方法有较多的选择，为了更好的完成我们的任务的目标要求，我们在交流学之后，用下图的结构，分别在壳体、管箱壳体的上部和底部。选用φ40×4.15，材料20号钢无缝钢管，外伸高度h=150mm。图3-10排气管法兰1.13保温层此装备的选择，是我们设计过程中的重要一环，一个合适的材料对我们的设计至关重要，我们在经过悉心的学习了解搭配到了选用脲甲醛泡沫塑料，如下：DoLnδ=式中：

δ——保温层厚度；A2fλ——保温材料的导热系数，（kcal/㎡·h·℃）；t——年运行时间，h；T——设备和管