徐鶴設計計算要點

1、目錄第一章設計參數的確定2第二章容器的結構設計32.1 換熱器筒體壁厚計算32.2 封頭的選擇32.3 接管、法蘭、墊片和材料的選擇 42.3.1 接管和法蘭 42.3.2 墊片92.3.3 材料的選擇92.4 鞍座選型和結構設計 92.4.1 鞍座選型92.4.2 鞍座的安裝位置 10第三章開孔補強設計123.1 補強與否的判別12第四章強度計算134.1 水壓試驗應力校核134.2 圓筒軸向應力的校核 134.2.1 裝水加壓時的的校核 144.2.1.1 圓筒上軸向彎矩的計算144.2.1.2 圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力144.2.1.3 由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力

2、計算及校核154.2.1.4 圓筒軸向應力校核154.3 切向剪應力的計算及校核 164.3.1 圓筒切向剪應力的計算 164.3.2 筒體的周向應力計算與校核 164.4 鞍座應力計算與校核 17第一章 設計參數的確定主要工幺參數的確定殼層管層介質冷卻水軸封水工作壓力MPa0.70.7工作溫度C501800換熱管長度mm4000筒體直徑mm900第二章容器的結構設計2.1 換熱器筒體壁厚計算確定設計壓力取設計壓力Pc =1.1P =1.1x0.7=077MPa設計溫度取50 0C選材，確定o，仃t , ReL根據工作條件，材料選為 Q345R,WC2 =2mm,假設殼體厚度在616mm范圍內

3、，查表 GB150中表4-1可得仃=170MPa,仃t=170MPa, ReL=345MPa筒體壁厚設計考慮采用雙面對接焊，局部無損探傷，焊接接頭系數取邛=0.85筒體計算厚度則筒體設計厚度按 GB713則筒體名義厚度Mi2-?c0.77 9002 170 0.85-0.77、d =C2 =2.40+2= 4.40mmC1 = 0.3mm=2.40mm、n =、5G=4.40+0.3=4.70mm根據GB151 5.3.2固定管板式圓筒體的最小厚度為6mm,故取筒體壁厚6mm2.2封頭的選擇選用標準橢圓形封頭，其形狀系數k =1,封頭采用鋼板整體沖壓而成，焊接接頭系數取中=1.0 ,故封頭計算

4、壁厚:?cDi0.77 700 q，=1 . 5i9im2后 林-0.5Pc 2M170M1-0.5父0. 7 7取C2 =2mm,則封頭設計厚度 8d = i + C2 =3.59mm同上取C1 = 0.3mm,則封頭名義厚度 6 n = 5 d+C1=3.89mm考慮鋼板常用厚度規(guī)格，取 前=6mm。封頭參數如下公稱直徑 DNmm曲面高度h直邊高度h2容積Vm3質量MKg厚度h mm900225250.111344.062.3 接管、法蘭、墊片和螺栓（柱）2.3.1 接管和法蘭接管規(guī)格如下：法蘭：選擇帶勁平焊鋼制管法蘭按GB20595-2009標準，都是FM （凹面），凹凸面安裝時易于對中

5、,且能有效地防止墊片被擠出壓緊面，使用于PN <6.4MPa的容器法蘭和管法蘭。接管法蘭采用平面密封，如下圖所示:N2 5 OO巖12 58»65gg3 2a 5宮5 WD N4鼻2 藍 g A16 83I 3 g 87I1a8星11o 334243 37ta 692 I |372>>2然2右cn 9338 3款574 53 83 2Zi 4E3 g 5y o2 0 52 5 Q2 N285/ 5gi 古115w不g M*D字解0的Ur3 當2 9522居1 若1 豈H51 M 51Xi88 5萬6 5gft 1??？L-B- 1 中國網位2 22 Z2 2w

6、7;1 8nVB8,4448.2.2-2 Ph1 289CB8884444444M 段M /飛 oM1 6M 1 O1M16IM-M ll 6M 1 zM12M Im 2M1 2T h賽 薛2 A2 4tS3 NZ 2晟Qb1 apoJc福譚浦UK52 2一含 56若 V 57565$54 產5y5to52 p518>掰B 口£笳2 7 62 22亙13519 i5 9a；3 g3 32 6I15B2 g861 g5i6 B111 8K 484當5 24 535若>津 lik效2 g g2.6i 9 5或 B1 4 oI i 8g三CO-Jg5 2453 5UBVi2Wc

7、886mun6644440464 4之o3 223 2WZ B2 G2 22 2工同Htc所選參數為DN=20 DN=50DN=80所在行的參數壓力容器法蘭選用甲型平焊法蘭，凹凸密封，如下圖所示圖2凹凸密封面尺寸參數如下：公稱直徑DN+ mm法XL二，1tnmD55以860073069065564564240650780740705695692447008307907557457424680093089085584584254900103099095594594260選擇公稱直徑為 700mm的那一行參數2.3.2墊片根據緊固件HG/T2059220635-2009密封面形式為凸面。墊片的選擇

8、：墊片是螺栓法蘭連接的核心，決定密封性能，選用非石棉纖維橡膠，尺寸見表4。公稱直徑DN墊片內徑D1墊片外徑D2墊片厚度T包邊寬度b2027611.5350611071.5380891421.532.3.3材料的選擇筒體、封頭、鞍座為 Q345R,接管選用10號鋼。2.4鞍座選型和結構設計2.4.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，根據JB/T4712中得墊板材料一般應與容器筒體材料相同，故選用Q345R。估計鞍座負荷：換熱器總質量 m = mi , 2mb m3 m4mi.一一一二22筒體質量：mi = ; - L D 2 n -D3 /_ 22、= 7.85 X103 x x4x(0.912

9、2 -0.92)4=536kgm2單個封頭質量：查表得 m2 = 44.0kgm3 充氣質量：P水 P氣,水壓試驗充滿水，故取 P水。一 二 _2 一V 土筒 2V封=D： L 2V封 43=2.766 m貝u m3 =V D =2.766 103 = 2766kgm4 附件質量：估算管板以及接管法蘭等總和為400kg, m4= 400kg綜上，m =536 44.0 2 2766 400 =3790 kgG =mg = 37142 N則每個鞍座承受約 18.571kN。選才i DN900 , 120度包角重型鞍式支座由此據表JB/T4712.1-2007表6得相應參數公稱直徑DN允許載荷Qk

10、N鞍座 高度h底板腹板筋板90022520011仃2l3b2b3仃38101501010450812010墊板螺栓配置增加100mm高 度增加的質量kg弧長b4仃4e間距12孔長18106026066559060根據 JB/T4712-2005 中規(guī)定：當滿足 AE0.2L 時，最好使 A<0,5Rm ' Rm = Rl'.圓整 L=4000mm由標準型橢圓封頭Di=2= h =2mm2 H -h當 A M0.2L 時，A M0.2x(4000+50) =810 mm,取 A=800mm取因此鞍座離管板距離為A=800mm第三章開孔補強設計3.1補強與否的判別根據GB15

11、0-1998第八章不另行補強的條件如下：1 .設計壓力小于或等于 2.5MPa,（本次設計壓力為 0.77MPa）2 .兩相鄰開孔中心的距離（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍;3 .接管公稱外徑小于或等于89mm ,且最小壁厚符合下表要求4 徑如表4-1接臂公稱 外徑Z5323$4548575S7689最小空厚3,5九D5.06.0注1銅材的標準抗拉強度F限值辦A54OMP.時，接管與無體的連接宜果用全羯援的站構型式.2接管的腐燭常量為1mm.因為所有的開孔接管都滿足上訴要求，因此不需要進行開孔補強第四章強度計算4.1水壓試驗應力校核試驗壓力的確定采用液壓試驗，試驗壓力 Pt1

12、.25口：c一 = 1.25 0.77 = 0.96MpaJ試驗應力校核R(Di +'3e ) 0.96乂(900 +3.7)2、：e2 3.7=117Mpa而 0.9 Rl =0.9 0.85 345 = 263.93MPa0T <0.9(PReL,液壓試驗應力校核合格。4.2圓筒軸向應力的校核筒體所受到的剪力和彎矩如下圖所示*力圖圖5-1 (a)筒體受剪力圖彎矩圖圖5-1 (b)筒體受彎矩圖-D Di 、n 900 6圓筒的平均半徑為 Ra = 一 = ' = 453mm 22224.2.1 裝水加壓時的的校核4.2.1.1 圓筒上軸向彎矩的計算鞍座反力為F = mg

13、 =18.571kN2筒體彎矩計算(壓力試驗工況參數)Mi一2(Rah；)L214A18571M 4000一V2 M (4532 2252)400024M 800/ 4 n1+-一 L4d 42251 +-x4000-3 L3 4000一根據 JB/T 4731-2005 中式 7-2,得FL4= 2.75 106N *mm根據 JB/T 4731-2005 中式 7-3,得:圓筒鞍座平面上的軸向彎矩M2一 A A Ra2-hi2 I I T =-FA1-12A =-18571M 800MJ 1 +小3L (8004532 -22521 -十1_4000 2乂 800 黑 4000-4M 22

14、513M4000=-3.47 106N *mm4.2.1.2圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力根據JB/T 4731-2005中式7-4至式7-7計算最高點處：pcRaM10.77 4532l 一二Ra2、：e = 2 3.72.75 1063.14 4532 3.7=45.983MPa最低點處:PR2c2MiMe0.77 4532.75 1062 3.73.14 4532 3.7= 48.289 Mpa4.2.1.3由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力計算及校核A > Ra2即筒體未被封頭加強，且在鞍座處無加強圈，查表7-1 (JB/T4731-2005 )得，K1 =0.107,

15、K2 =0.192.則軸向應力仃3位于橫截面最高點處PcRaM2一22 e 二 KR、e0.77 4532 3.7-3.47 1063.14 0.107 4532 3.7= 60.738MPa在橫截面最低點處的軸向應力仃4 :PcRa M 222 eKzRae0.77 453-3.47 10622 3.73.14 0.192 4532 3.7=39.556MPa4.2.1.4圓筒軸向應力校核A 0.094A = Ri0.094453= 0.000768e 3.7查詢課本P27圖4-8得：B=115Mpa ,故合格。即 Fac = B =115Mpa 二max，4.3 切向剪應力的計算及校核4.

16、3.1 圓筒切向剪應力的計算由于A a Rm,封頭對筒體無加強作用，由表 5-2查得在包角為120o時，=1.1712k3fRa'ea e其最大切應力位于靠近鞍座邊角處, L-2A、1.171 18571 4000 - 2 800、)一c()()=7.24MPaL .413453 3.74000 4 225 3h=0 t .仃=8 M mP故切應力根核含格8>14.3.2 筒體的周向應力計算與校核因筒體無加強，鞍座墊板寬度b4 = 240mm b2 = b1 1.56 . RaTe =150 1.56 453 3.7 = 213.9Mpa故鞍座墊板起加強作用，則圓筒的有效長度b2

17、 = 240mm當容器焊在支座上時，取k = 0.1,k5 , k6 由 JB/T4731-2005 表 7-3 查得:ks =0.76, k 6 = 0.053在橫截面最低點處kF0.1 0.76 185713.7 240=-1.59MpaL 4000=8.83 >8所以有4534、eb2-3(F185713 0.053 185712、4 3.7 24022 3.7= -113.1Mpa應力校核I =170MPa合格仃6 <1.25 后 1 =212.5MPa4.4 鞍座應力計算與校核腹板水平應力及強度校核：根據 JB/T 4731-2005 中表 77鞍座包角 1 =120 :

18、查 JB/T 4731-2005 中表 7-5 得:K9 = 0.204。貝u Fs =K9F =0.204 18571 =3788.5N墊板起加強作用，則：Fs-'9 一H sb0 br、reHs = min H ,Ra453= min250, 3= 151mm鞍座腹板厚度b0 =8mm鞍座墊板實際寬度b4 = 240mm鞍座墊板有效寬度br = min( b4 b2) = 213.9mmH Sb。 br、re3788.5151 8 213.9 3.7= 1.89MPa2應力校核：仃9 =1.89 c 仃s=98Mpa 合格 3腹板與筋板組合截面應力及強度校核：圓筒中心線至基礎表面距

19、離Hv = Rm h 4 = 453 250 6 = 709mm安裝地點在武漢 地震烈度為6度(0.2g)時水平地震系數q 1=0.07 則軸向力：FEV =1 1mg = 0.07 37142 = 2599.94N筋板面積：A =b2 3 =213.9 10 = 2139mm2腹板面積：A2 =(11 -20), 2 =(810-20) 10 -7900mm2腹板與筋板組合截面積：A = A A2 = 2139 7900 = 10039mm2偏移距離:y二,22,n '3b2-2 I12(n 、3 b2、2 li)222父10父213.9-10父810 : 33 69mm2 2 10

20、 213.9 10 810腹板與筋板組合截面的慣性矩：.1.3一1,3, 八，八 、2，入、2I = n3 b2 /211 。2 n 。3 b2 （b2 / 2 - y） 、2 11 （y，。2 / 2）1212= 21496057.3mm4腹板與筋板組合截面的邊緣至組合行心x - x之間的距離Co = b2 _y =213.9-33.69 = 180.21mm腹板與筋板組合截面的抗彎模量W的計算公式w=±= 296057 =n9283.4mm3C0180.21腹板與筋板組合截面斷面系數:maxb11 -10 =65mm2ZrzIzmax21496057.3 =330708.6 mm65取鞍座底板與基礎間（水泥）靜摩擦系數 f =0.4 , % < f ,故Fev < fmg ,則Ja saF FevHFEV HVAsa2乙Asa L-2A185712599.94 2502599.94 7091003923.31105 10039 父(4000-2800)= -2.91Mpasasa二 1.2! =1.2 1