蛇管式換熱器畢業(yè)設計(共36頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目 錄摘 要···············································

2、;·····················ABSTRACT···························

3、83;·································1 緒 論1.1本設計的研究背景和意義·············&#

4、183;··································1 1.1.1本設計的研究背景·············

5、;······································1 1.1.2本設計的研究意義·········&#

6、183;·········································11.2換熱器在生產(chǎn)中的作用和地位·····

7、83;······································11.3換熱器的分類··········

8、;················································21.4換熱器的發(fā)展及

9、國內外研究現(xiàn)狀··········································51.5換熱器的發(fā)展動向·····

10、;············································61.6三維造型技術的應用···

11、3;··············································61.7本設計的研究內容及方法·&

12、#183;···············································81.7.1本設計的研究內

13、容··················································

14、;···81.7.2本設計的研究方法············································

15、83;········92 蛇管式換熱器整體結構設計2.1管徑及介質進入蛇管內外的選擇····································&

16、#183;······92.2冷熱流體物性數(shù)據(jù)的確定········································

17、3;········92.3傳熱面積的計算········································

18、;·················92.4蛇管長度及組數(shù)的確定······························

19、83;····················102.5管間距h和內、外圈間距t的確定··························&

20、#183;················112.6筒體直徑及材料、蛇管圈數(shù)及高度的確定·····························&#

21、183;······112.7封頭尺寸及材料的確定·········································

22、;··········122.8吊耳尺寸的確定······································

23、;···················132.9支座尺寸的確定·····························

24、;····························132.10筒體法蘭尺寸的確定···················&#

25、183;································143 換熱器零部件的強度校核3.1筒體壁厚計算及校核·············

26、;········································153.1.1筒體壁厚計算·······

27、3;················································153.1.2 筒體

28、壁厚校核·················································&#

29、183;······153.2 封頭壁厚計算及校核·········································

30、;···········163.2.1封頭壁厚計算····································

31、3;···················163.2.2封頭壁厚校核····························

32、83;···························163.3支座的選擇及校核····················&#

33、183;··································163.3.1支座的選擇·············&#

34、183;············································163.3.2支座的校核···&#

35、183;·················································&#

36、183;····163.4 筒體開孔補強的計算···········································

37、;·········174 蛇管式換熱器三維造型設計4.1換熱器蛇管的建模····································&#

38、183;··················184.2換熱器筒體的建模·····························&

39、#183;·························184.3換熱器封頭的建模······················

40、·································184.4換熱器筒體法蘭的建模··············

41、83;····································194.5換熱器裝配體的生成···········&

42、#183;·········································204.5.1換熱器的裝配模式·····

43、3;··············································204.5.2換熱器筒體、接管、接管法蘭的裝

44、配······································204.5.3筒體、法蘭、支座的裝配·········

45、;·······································214.5.4封頭與法蘭的裝配········&#

46、183;···········································224.5.5蛇管的裝配····&#

47、183;·················································&#

48、183;···224.5.6換熱器的總體裝配圖生成···········································&#

49、183;··235 總 結··············································&

50、#183;·················25謝 辭·······························&#

51、183;···································26參考文獻·············&#

52、183;·················································&#

53、183;27摘 要換熱器是廣泛應用于石油化工、動力、冶金、輕工、制冷等行業(yè)的一種通用設備，因其在化工行業(yè)的重要性，換熱設備的研究受到世界各國政府及研究機構的高度重視。其性能的好壞不但直接影響到各部門生產(chǎn)的順利進行和對產(chǎn)品質量的控制，并且可能造成其自身的高能耗、低效率及可靠性差等諸多問題。本設計完成了蛇管式換熱器的選型、總體結構設計等內容，運用三維繪圖軟件Solidedge對換熱器的各個零部件建立三維參數(shù)化模型，并對換熱器的部分零部件進行了校核。關鍵詞：蛇管式換熱器；結構設計；三維造型；強度校核 Structure Design and Solid Modeling of Coil Heat E

54、xchanger ABSTRACTAs a general equipment, the heat exchanger is widely applyed in petrochemical, power, metallurgy, light industry, refrigretion and so on. Because of its importance in the chemical industry, the heat exchanger equipment research is highly valued by the various countries government an

55、d the research institutions. Besides the important effects on the trouble-free operation and product quality control, its performance has been influenced by its energy consume and reliability.Completed the design of the coil heat exchanger selection,the overall structural design, and utilizating thr

56、ee dimensional cartography software Solidedge to established three-dimensional parametric model and part of heat exchanger components to check.Key Words: coil heat exchanger; structural design; solid modeling;strength check專心-專注-專業(yè)1 緒 論1.1 本設計的研究背景和意義1.1.1 本設計的研究背景換熱器是廣泛應用于石油化工、動力、冶金、輕工、制冷等行業(yè)的一種通用設備

57、。隨著全球能源危機、環(huán)境危機、資源危機的加劇，對于高效節(jié)能換熱設備的需求迫在眉睫，因此換熱設備的研究備受世界各國政府及科研機構的高度重視。在我國機械的設計大多數(shù)還局限于傳統(tǒng)的靜態(tài)的、經(jīng)驗的設計方法，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，需要更快、更好的完成產(chǎn)品的設計，而傳統(tǒng)設計已不能適應市場對新型化工設備的需求以及復雜化、高效化的發(fā)展趨勢。蛇管式換熱器是一種簡單的換熱設備，它屬于管殼式換熱器的一種，其傳熱面是由彎曲成平板或圓柱形的蛇形管子來充當。其簡單的結構，緊湊的空間，且能承受一定的高壓，加之制造的方便性，在很多場合應用廣泛。由于蛇管式換熱器本身的結構特點，傳統(tǒng)的設計計算工作量大，效率低下，不能在設計的過程中邊設

58、計邊改進，容易造成產(chǎn)品設計已完成但不符合要求的結果，導致了資源能源的浪費。1.1.2 本設計的研究意義本設計根據(jù)給定參數(shù)的蛇管式換熱器的要求，查閱相關的設計手冊，完成了沉浸式蛇管式換熱器各個零部件的結構尺寸設計，并對殼體、支撐部件進行強度的校核。通過實體造型給出了零部件的三維圖形表示，使結構設計的表達更加直觀，整個過程中可以邊設計邊優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)蛇管式換熱器結構設計效率不高的缺點。綜上所述，能夠簡化制造過程，降低生產(chǎn)成本。1.2 換熱器在生產(chǎn)中的作用和地位換熱器是用于物料之間進行熱量傳遞的過程設備，通過這種設備能達到指定的溫度以達到工藝的要求。在目前大型化及石油化工裝置中，采用各種換熱的組合

59、，就能充分合理的利用各種等級的能量，使產(chǎn)品的單位能耗降低，從而降低產(chǎn)品的成本以獲得好的經(jīng)濟效益。因而，在大型化及石油化工生產(chǎn)過程中，換熱器得到越來越廣泛的使用。在工廠建設投資中，換熱器所占的比例也有明顯的提高，成為最重要的單元設備之一。為了滿足不同工業(yè)對熱源的結構要求，換熱器在發(fā)展過程中出現(xiàn)了多種分支，管殼式換熱器是最常見的一類換熱器，廣泛應用于電廠，化工以及過程工業(yè)領域，盡管其他類型的換熱器使用越來越多，但管殼式換熱器由于適應性廣，還將長期受到人們的歡迎。沉浸式蛇管換熱器是管殼式換熱器的一種，在化工、輕工、醫(yī)藥及其他工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到，此類換熱器結構簡單，造價低，操作管理也方便，且管內能夠承

60、受高壓。1.3 換熱器的分類換熱器的用途很廣泛，可用于各種不同的換熱過程，作為傳熱設備隨處可見，在工業(yè)中應用非常普遍，而常用的換熱器設備按結構可分為兩大類，板片式換熱器和管殼式換熱器。板片式換熱器由板片和密封墊片組合而成。管殼式換熱器是管子、殼體及管板等組成的設備。1按使用目的不同，換熱器可分為加熱器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。在生產(chǎn)中有時把換熱器作為一個單獨的化工設備，有時則把它作為某一工藝設備中的組成部分。按傳熱原理和實現(xiàn)熱交換的方法，換熱器可分為混合式、間壁式及蓄熱式三類，其中間壁式換熱器應用最普遍。間壁式換熱器在各工業(yè)部門中使用極其廣泛，擔負著各種換熱任務，例如用以加熱、蒸發(fā)、冷凝和廢

61、熱回收等。由于它們的使用條件和要求差別很大，如容量、溫度、壓力和工作介質的性質等，涉及的范圍極廣，因此換熱器的結構型式也多種多樣。間壁式換熱器，從作為換熱面的間壁形式看，主要分為管式和板式兩大類。管殼式、套管式換熱器的換熱面由管子構成，屬于管式換熱器；板翅式、板式換熱器的換熱面由板片構成，屬于板式換熱器。各種間壁式換熱器的特征、工作特性、允許的使用范圍等差別很大，其結構設計、熱計算也各有特點。管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，屬于間壁式換熱器。其主要的結構形式及使用特點如下：（1）浮頭式換熱器圖1.1 浮頭式換熱器示意圖如圖1.1該換熱器是由管箱、殼體、管束、浮頭蓋、外頭蓋等組成。優(yōu)點：1.管束

62、可以抽出來，方便清洗管程、殼程；2.介質間溫差不受限制；3.可在高溫、高壓下工作；4.可用于結垢比較嚴重的場合；5.可用于管程易腐蝕場合。缺點：小浮頭易發(fā)生泄露；金屬材料耗量大；3.結構復雜。（2）U形管換熱器圖1.2 U形管式換熱器示意圖如圖1.2該換熱器由管箱、殼體、管束等零部件組成，只需一塊管板，重量較輕。相同直徑下，換熱面積最大，結構較簡單緊湊，在高溫高壓下金屬耗量最少，目前加氫換熱器基本上全部采用U形管換熱器。優(yōu)點：1.管束可抽出來機械清洗；2.殼體與管壁不受溫差限制；3.可在高溫高壓下工作；4.可用于殼程結垢較嚴重的場合；5.可用于管程易腐蝕的場合。缺點：1.在管子的U形處易沖蝕，

63、應控制管內流速；2.管程不適于結垢較嚴重的場合；3.單管程換熱器不適用；4.不適用于內導流筒，故死區(qū)較大。（3）固定管板式換熱器圖1.3 固定管板式換熱器如圖1.3該換熱器是由管箱、殼體、管板、管子等零件組成。其結構較緊湊，排管較多，在相同直徑時面積較大，制造較簡單。優(yōu)點：1.傳熱面積比浮頭換熱器大；2.旁路泄流較??；3.鍛件使用較少，成本低；4.沒有內漏。缺點：1.殼體和管子壁溫差一般易小于或等于50，大于50時應在殼體上設膨脹節(jié)；2.管板和管子之間易產(chǎn)生溫差應力而損壞；3.殼程無法機械清洗；4.管子腐蝕易造成殼體報廢，殼體壽命決定于管子，故設備壽命較低；5.不適于殼程易結垢的場合。（4）蛇

64、管式換熱器該換熱器屬于管殼式換熱器的一種，其蛇管的形式如圖1.4所示：圖1.4 蛇管結構示意圖此類換熱器按結構形狀可分為沉浸式和噴淋式蛇管換熱器兩類?，F(xiàn)分別介紹如下：沉浸式蛇管換熱器，此形狀的蛇管換熱器是由殼體、i支撐輔助零部件組成，結構如圖1.5所示：圖1.5 沉浸式蛇管換熱器示意圖沉浸式蛇管換熱器，通常用于對管內介質的冷卻，優(yōu)點是結構簡單，造價低，操作方便；且蛇管可以承受高壓。缺點是容器內流體流動速度低，傳熱系數(shù)小，換熱效果差，設備笨重。噴淋式蛇管換熱器，此形狀的蛇管換熱器是由噴淋裝置、換熱管、支架、檐板等部分組成，結構如圖1.6所示：圖1.6 噴淋式蛇管換熱器示意圖噴淋式蛇管換熱器與沉浸

65、式蛇管換熱器相比，除了具有結構簡單、造價低、能承受高壓等優(yōu)點外，還具有易于檢查、清洗和維修的優(yōu)點。缺點是占地面積大，操作時設備周圍衛(wèi)生差。1.4 換熱器的發(fā)展及國內外研究現(xiàn)狀20世紀80年代以來，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，換熱器技術飛速發(fā)展，降低成本成為企業(yè)追求的最終目標，因此節(jié)能設備的研究與開發(fā)備受矚目。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護要求的提高給空冷式換熱器及高溫、高壓換熱器帶來了日益廣闊的應用前景。在太陽能、核能、地熱、余熱回收的利用上，各國政府及民間機構和企業(yè)都加大了投入的資金的力度。目前換熱器存在共同的缺點是結構不緊湊，單位換熱器的容積所提供的傳熱面積小，傳熱系數(shù)不大，金屬

66、消耗量大。文獻7介紹了各國為提高管殼式換熱器性能所進行的研究主要是強化傳熱，提高對苛刻的工藝條件和各類腐蝕介質適應性材料的開發(fā)以及大型化發(fā)展所作的結構改進。圍繞這三個方面分別介紹了：管殼式換熱器在強化傳熱方面所采用的改變傳熱元件本身的表面形狀和表面處理的方法或者用內插物增加流體本身的擾流來強化傳熱的方法；緊湊式換熱器向大型化發(fā)展趨勢，即擴大傳熱面積，增大單位體積內的傳熱面積；防腐蝕換熱器的開發(fā)動向等。在各種換熱器節(jié)能技術中，強化傳熱技術是應用較廣泛的一種。所謂換熱器傳熱強化是指通過對影響傳熱的各種因素的分析與計算，采取某些技術措施以提高換熱設備的傳熱量或者在滿足原有傳熱量條件下，使它的體積縮小

67、。強化傳熱主要有兩種途徑：提高傳熱系數(shù)、增大傳熱而積。當前，對換熱器強化傳熱技術的研究主要基于這兩點展開。文獻8著重介紹了從殼程方面提高換熱器傳熱系數(shù)的結構研究及發(fā)展，具體有板式支承結構、桿式支承結構、空心環(huán)支承結構、管式自支承結構。文獻9從換熱器的管程和殼程兩方面介紹了管殼式換熱器強化傳熱技術的傳熱機理及其應用范圍，進一步分析了各種強化傳熱技術的優(yōu)缺點，提出了部分改進措施和思路。管殼式換熱器管程的強化傳熱技術，主要通過改變傳熱面的形貌或管內插入物來增加流體湍流度、擴展傳熱面積，從而實現(xiàn)強化傳熱，達到節(jié)能目的。具體有帶內凸肋結構管，此種換熱管具有雙面強化傳熱的作用，適用于對流、沸騰和冷凝等工況

68、。同流速下，橫紋管與單頭螺旋紋管比較，流體阻力稍大，但傳熱性能好，應用場合二者相同；內翅片管，此種換熱管的加工以焊接為主，翅片的加工、焊接對于換熱有很大的影響。內翅片管改變了管內部流場及溫度場的分布情況，提高了換熱壁面附近的溫度梯度，強化了傳熱。但因為翅片的存在，換熱管的清洗工作比較困難。此外還有管內插入物形式的換熱管，螺旋扁管。雖然管殼式換熱器在結構緊湊性、傳熱強度和單位金屬消耗方面無法與板式或板翅式換熱器相比，但由于管殼式換熱器制造容易，生產(chǎn)成本低，選材范圍廣，清洗方便，適應性強，處理量大，工作可靠，且能適應高溫高壓，因而在化工、石油、能源等行業(yè)的應用中仍處于主導地位。1.5 換熱器的發(fā)展

69、動向換熱器肋片換熱的研究應該注重基礎性的理論研究創(chuàng)新，尋求建立能支撐肋片設計選型的系統(tǒng)化的理論，同時要結合實驗研究，尋求實際應用中最節(jié)能的肋片參數(shù)值。 換熱器制造商和設計人員對于換熱器肋片外型、布置仍然沒有可靠的理論依據(jù)，傳統(tǒng)的肋片布置方式在換熱效率上不如換熱管表面設置的針狀或圓臺狀肋，而對于針狀肋片在換熱管表面的最佳換熱的散布規(guī)律仍然還不明晰，理論研究非常薄弱；對替代傳統(tǒng)的平板和環(huán)狀肋片的高效換熱肋片研究甚少。 新型換熱管的形狀研究過少，目前的研究僅局限于傳統(tǒng)的圓形或矩形換熱管上，對更高效的換熱管型的探索研究比較缺乏。 對換熱管排數(shù)和排列方式對換熱器整體換熱性能的影響研究的理論體系還沒形成，

70、目前對于此方面的研究多以實驗研究為主，然后從實驗中提取經(jīng)驗公式，關于管排數(shù)的純理論的換熱理論還沒有得到建立。作為衡量換熱器性能時的換熱效率，已不能作為換熱器設計選型的標準，換熱效率高并不意味著制造成本的節(jié)省以及換熱效果最佳化；傳熱因子和摩擦因子是比較合適的衡量換熱器整體性能的指標，但是需要綜合考慮兩種因素后建立換熱器最優(yōu)化換熱的統(tǒng)一理論，單一的考慮換熱因子或者摩擦因子的大小對于衡量換熱器換熱性能沒有任何意義。21.6 三維造型技術的應用近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，為計算機輔助設計展開了極為廣闊的空間。基于微機平臺的三維CAD軟件不斷被推出，在微型計算機上已經(jīng)完全實現(xiàn)了復雜的三維設計功能，

71、Solid Edge即是該類軟件的優(yōu)秀代表11。由于軟件兼容了許多 Windows的卓越性能，使其界面簡潔美觀，易于操作，已成為最具應用價值的CAD系統(tǒng)。12文獻11介紹了三維實體設計是參數(shù)化設計的基礎，可以為設計人員提供生動直觀的視覺感受，對三維實體造型的步驟和基本方法作了介紹，以造型結果作為素材完成了不同類型的裝配設計。利用Solid Edge強大的造型、裝配功能來建立工業(yè)產(chǎn)品模型是非常方便、快捷的，所制作的模型幾乎可以達到隨心所欲的程度。最終構造出的三維實體能夠充分表達出設計者的設計意圖，各種裝配體可以真實反映零件 之間的裝配關系，使產(chǎn)品在制造之前即可觀察到結構的全貌，并可得到有關重量、

72、質心、轉動慣量等物性參數(shù)。文獻13對比分析了三維實體造型的各種描述方法，并結合其在CADCAECAM等方面的應用。對各種方法進行了比較，論述了各種不同的方法在具體應用環(huán)境中的利弊。文獻14介紹了使用Solidedge軟件進行閥門三維實體造形、變量表在參數(shù)化設計中的應用、二維工程圖的實現(xiàn)以及網(wǎng)絡分布的方法。其中三維實體造形講述了零件實體造型的方法首先要確定合理的建模順序，再次通過拉伸、旋轉、除料、掃掠和放樣等特征命令進行實體造形，最后為了制造工藝還需要添加倒角、圓角等特征。文獻15介紹了在Pro/E環(huán)境下，以減速器齒輪的設計為例，講述了參數(shù)化建模的特點、步驟，建模過程中應用了陣列、復制等特征命令

73、，使復雜零件的建模簡單化。三維產(chǎn)品設計技術的發(fā)展，推動了機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計的進步。特別是基于三維設計技術的虛擬樣機和仿真技術的發(fā)展，為機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計的自動化提供了一種理想的技術支撐平臺。1.7 本設計的研究內容及方法1.7.1 本設計的研究內容蛇管式換熱器：3000kg/h的油從145冷卻至40；壓力為：0.3MPa；冷卻介質采用循環(huán)水；循環(huán)冷卻水的壓力為：0.4 MPa；循環(huán)水入口溫度25；出口溫度：40。（1）確定換熱器的主要結構如筒體、換熱管、封頭、支座、吊耳等的基本尺寸。（2）確定各零部件之間的連接形式及固定方式，包括筒體與法蘭的連接，蛇管的固定，以及支座與筒體的連接。（3）對重要零部

74、件進行校核，其中包括封頭、筒體、開口補強、支座等。1.7.2 本設計的研究方法本設計采用Solidedge進行三維造型，可以更直觀、更完整、更準確地表達出設計信息。它具有基于特征、參數(shù)化、實體造型等特點。整個設計基于裝配關系進行，裝配的基礎要素是相關的零件，零件是由若干參數(shù)化的可以基于裝配關系的特征堆砌而成。特征是一些與機械設計的表達意圖相關的簡單幾何形體。這些幾何形體的基礎是參數(shù)化的，可以基于裝配關系的二維或者三維草圖。2 蛇管式換熱器整體結構設計2.1管徑及介質進入蛇管內外的選擇考慮污垢清洗因素及換熱效果，故使油走管內，循環(huán)冷卻水走管外。換熱管選用標準規(guī)格碳鋼管。2.2冷熱流體物性數(shù)據(jù)的確

75、定定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值。油的定性溫度為： 水的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別查取油和水的有關物性數(shù)據(jù)。油在92.5下的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度 /m3定壓比熱容 /（·）導熱系數(shù) （m·）運動粘度 循環(huán)冷卻水在32.5 下的物性數(shù)據(jù)如下：密度 /m3定壓比熱容 /（·）導熱系數(shù) /（m·）運動粘度 2.3傳熱面積的計算（1）熱負荷計算考慮換熱余量1.1及換熱器效率0.9，計算得到實際傳熱量（2）平均傳熱溫度（3）總傳熱系數(shù)K管內流通面積管內流速雷諾數(shù)管內傳熱系數(shù) W/（m2·）管外傳熱系數(shù)=580.5W/（m2·）管外

76、和管內污垢熱阻分別是Ri=0.（m2·）/W，Ro=0.（m2·）/W=216.45 W/（m2·）（4）傳熱面積2.4蛇管長度及組數(shù)的確定 （1）蛇管總長度（2）組數(shù) 考慮到蛇管長度較長，將蛇管做成兩組螺旋圓柱蛇管組。每組長度2.5管間距h和內、外圈間距t的確定若有數(shù)組同心圓柱形蛇管沉浸于容器中時，蛇管內圈與外圈間距t一般取23do，此處取3do即75mm；同組中蛇管間距h一般取1.52do，此處取2do即50mm，如圖2.1。圖2.1 管間距示意圖2.6筒體直徑及材料、蛇管圈數(shù)及高度的確定（1）筒體直徑及材料筒體直徑選擇標準系列尺寸DN=900型，Q235A是

77、屈服點為235MPa的低合金結構鋼板，它具有良好的綜合力學性能和制造工藝性能。由于本換熱器的設計溫度和設計壓力均較低,故選用Q235A鋼板作為筒體的材料。（2）蛇管外圈中心圓直徑 Do=DN-(200400)，此處取Dn=700mm。 蛇管內圈中心圓直徑Di=Do-2t=700-2×75=550mm（3）每圈蛇管長度（以斜面長度表示）外圈內圈（4）每組蛇管圈數(shù) 由于內外圈數(shù)相差較大，此處取內外圈均為74圈。（5）每組蛇管高度H=(n-1)h=(74-1)×0.05=3.7m圖2.2筒體結構示意圖2.7封頭尺寸及材料的確定封頭有多種，可以是普通的標準鑄件，也可以是裝配件，選擇

78、封頭時有兩點主要考慮因素：（1）是否容易接近傳熱管以便于清洗和更換；（2）管道安裝是否方便。本設計封i橢圓封頭，材料與筒體相同均為Q235A，內徑DN=900，結構如圖2.3。圖2.3 封頭示意圖2.8吊耳尺寸的確定由于本設備屬于立式換熱器且質量較重，故選擇板式吊耳，結構尺寸如圖2.4：圖2.4 吊耳結構示意圖2.9支座尺寸的確定根據(jù)筒體公稱直徑DN及估計的總質量Q初選標準支座，考慮此換熱器屬于立式換熱器且高度較高，綜合各方面選擇耳式支座，結構尺寸如圖2.5。圖2.5 支座結構示意圖2.10筒體法蘭尺寸的確定法蘭須選用鍛造鋼，Q235A的強度、韌性、耐腐蝕性等綜合力學性能好，所以設備法蘭選用Q

79、235A鍛件，結構尺寸如圖2.6。凸面凹面圖2.6 法蘭結構示意圖3 換熱器零部件的強度校核3.1筒體壁厚計算及校核3.1.1筒體壁厚計算材料選用Q235A，在150 0C以下的許用應力由表可以查出，t=113MPa，常用屈服極限s=235Mpa。取計算壓力等于筒內最高工作壓力，即pc=0.4MPa。筒體內徑取Di=900mm，焊縫系數(shù)=0.85。筒體計算厚度：鋼板厚度負偏差C1=0.6mm，腐蝕裕量C2=2mm。鋼板厚度附加量C=C1+C2=2.6mm。根據(jù)鋼板規(guī)格及GB151規(guī)定的壓力容器最小厚度取筒體名義厚度=10mm。所以筒體有效厚度=-C=10-2.6=7.4mm。3.1.2 筒體壁

80、厚校核(1) 液壓試驗應力校核筒體試驗壓力計算值：表示筒體材料在試驗溫度下的許用應力，查表得125Mpa。液壓試驗允許通過的應力：液壓試驗下圓筒應力：因為，所以校核結果合格。(2) 工作條件應力校核設計溫度下計算應力：允許通過的最大應力因為，所以校核結果合格。綜上所述筒體名義厚度n符合要求。3.2 封頭壁厚計算及校核3.2.1封頭壁厚計算材料選用Q235A，在150 0C以下的許用應力由表可以查出，t=113MPa，常用屈服極限s=235Mpa。取計算壓力等于筒內最高工作壓力，即pc=0.4MPa。封頭選擇橢圓封頭內徑取與筒體相同Di=900mm，焊縫系數(shù)=0.85。橢圓封頭計算厚度：鋼板厚度

81、負偏差C1=0.6mm，腐蝕裕量C2=2mm。鋼板厚度附加量C=C1+C2=2.6mm?？紤]制造加工方便，取橢圓封頭壁厚與筒體等厚，即10mm。3.2.2封頭壁厚校核(1) 橢圓封頭壁厚計算條件驗算封頭有效厚度。，因為 ，故計算壁厚合適。(2)封頭應力校核封頭允許的最大應力：其中K是橢圓形封頭形狀系數(shù)，查表K=1。封頭工作應力：因為，所以封頭厚度合適。綜上所述，橢圓封頭壁厚合適。3.3支座的選擇及校核3.3.1支座的選擇根據(jù)鋼制壓力容器的相關標準，選擇短臂、帶墊板的耳式支座，支座本體允許承受的載荷Q=20KN，支座處筒體允許承受的彎矩ML=5.75KN.m。3.3.2支座的校核實際承受載荷計算

82、：其中k是不均勻系數(shù)安裝4個支座取0.83；n是支座數(shù)；h是水平力作用點到底板的高度，考慮換熱器重心位置及耳座安裝位置h取1m；D是支座安裝周向尺寸，帶入數(shù)據(jù)；P是水平力，取與的最大值，其計算如下：風載荷，f1風壓高度變化系數(shù)，取0.846；q0基本風壓值，取550N/m2；D0圓筒外徑即920mm；H0換熱器總高度取4.6m。代入數(shù)據(jù)得Pw=1870.7N地震載荷，地震系數(shù)取0.23；換熱器工作時總質量即4261.3kg。代入數(shù)據(jù)得Pc=4802.5N。將以上數(shù)據(jù)帶入Q得17.2KN。支座處筒體計算彎矩：綜上所述，Q<Q，ML<ML，故所選耳式支座合格。3.4 筒體開孔補強的計算

83、接管材料與筒體相同均為Q235A，計算壓力Pc=0.4Mpa，設計溫度下t=113Mpa。筒體計算壁厚：開孔直徑：需要的補強面積A：，其中強度削弱系數(shù)取1，故A=326.4mm2。殼體多余金屬截面積：，B=2d，代入數(shù)據(jù)得A1=1305.6mm2。接管多余金屬截面積：，接管計算壁厚：將所得數(shù)據(jù)代入A2得687.0mm2。焊縫金屬截面積A3=0.5×10×10×2=100mm2?？勺鳛檠a強的截面積Ae=A1+A2+A3=2092.6mm2。因為Ae>A，故開孔不需另加補強。4 蛇管式換熱器三維造型設計4.1換熱器蛇管的建模蛇管是本換熱器重要的換熱元件，由兩圈螺

84、旋的管子組成，外圈中心圓直徑700mm，內圈中心圓直徑550mm，內外圈間隔75mm，旋轉一圈升高50mm。螺旋蛇管類似于彈簧，所以首先在草圖環(huán)境建立旋轉軸及蛇管截面圓，蛇管截面直徑25mm。退出草圖環(huán)境，應用旋轉拉伸命令，從草圖選擇25mm圓，確定拉伸參數(shù)：螺距50mm，圈數(shù)74，確定后點擊預覽命令，建立內圈蛇管。同樣方法建立外圈蛇管，如圖4.1蛇管模型。圖4.1 蛇管模型4.2換熱器筒體的建模本換熱器筒體內徑900mm，壁厚10mm，距離筒體底部與上部230mm處分別開有218mm的圓口，兩圓口對稱分布在直徑方向。首先在草圖環(huán)境建立同心圓，直徑分別是900mm和920mm。退出草圖環(huán)境，應

85、用垂直拉伸命令，選擇兩個同心圓，拉伸距離3911mm。選擇與筒體平行的平面建立圓口草圖，退出草圖環(huán)境，應用除料命令建立接管口，筒體模型如圖4.2。4.3換熱器封頭的建模本換熱器由兩個封頭組成，均采用橢圓封頭，結構尺寸相同，內徑900mm，壁厚10mm，加工采用沖壓方法加工。建模時采用旋轉拉伸命令，建立草圖時要注意線段的連接關系，否則拉伸時會報錯，模型如圖4.3。圖4.2 筒體模型圖4.3 橢圓封頭模型4.4換熱器筒體法蘭的建模換熱器法蘭選用凹凸面密封法蘭，公稱直徑900mm，用32個M20雙頭螺柱緊固密封。法蘭的作用主要是連接封頭和筒體，其材料為Q235A鍛件，封頭法蘭和筒體法蘭上的螺栓孔的裝配方式應一致。由于法蘭是圓周對稱結構，所以只畫出其剖面二維草圖，再用旋轉拉伸出命令即可建模。其上的螺栓連接孔可以只畫出一個，然后用陣列命令陣列出即可。模型如圖4.4。圖4.4 筒體法蘭模型4.5換熱器裝配體的生成4.5.1換熱器的裝配模式零部件裝配的過程，就是確定裝配體中各組成零部件如何連接的過程。