換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

.目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2二 熱力學(xué)計(jì)算21 原始數(shù)據(jù)22 潤(rùn)滑油的物性參數(shù)33 傳熱量34 冷卻水物性參數(shù)45 平均溫差56 估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)57 管程計(jì)算88 殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算99 需用傳熱面積1410 阻力計(jì)算15三 溫差應(yīng)力校核17一 溫差應(yīng)力17二 熱交換器所受應(yīng)力20三 拉脫力21四 細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)231接管232 折流板243 法蘭244 管法蘭245 管箱246 殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)257 拉桿與管板、拉桿與折流板的連接結(jié)構(gòu)258 換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)259 管箱與管板的密封結(jié)構(gòu)2510 支座2511膨脹節(jié)25五 結(jié)束語(yǔ)25六 參考文獻(xiàn)25一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目：管殼式油冷卻器設(shè)計(jì)任務(wù)：潤(rùn)滑油處理量： 16Kg/s 潤(rùn)滑油入口溫度： 90 潤(rùn)滑油出口溫度： 45 冷卻水流量： 40Kg/s 冷卻水入口溫度： 28 冷卻水工作壓力： P = 0.1 Mpa （表壓） 允許最大壓力降： 油側(cè) 0.08 Mpa 水側(cè) 0.06 Mpa設(shè)計(jì)內(nèi)容：熱力計(jì)算，阻力計(jì)算以及應(yīng)力計(jì)算校核。圖紙要求：（1）裝配圖一張； （2）管板零件圖一張二 熱力學(xué)計(jì)算根據(jù)已知條件，選用兩臺(tái)型管殼式熱交換器串聯(lián)工作，并選用11號(hào)潤(rùn)滑油，由于水的結(jié)垢性強(qiáng)，故使其在管程流動(dòng)；而潤(rùn)滑油較潔凈，使其在殼程流動(dòng)，計(jì)算過(guò)程和結(jié)果列于下表中。1 原始數(shù)據(jù)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注1潤(rùn)滑油進(jìn)口溫度由題意902潤(rùn)滑油出口溫度由題意453冷卻水進(jìn)口溫度由題意284潤(rùn)滑油工作表壓力按資料選取0.65冷卻水工作表壓力由題意0.16潤(rùn)滑油流量由題意167冷卻水流量由題意408油側(cè)允許最大壓降由題意0.089水側(cè)允許最大壓降由題意0.062 潤(rùn)滑油的物性參數(shù)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注10潤(rùn)滑油定性溫度67.511潤(rùn)滑油比熱查物性表2.095512潤(rùn)滑油密度查物性表864.513潤(rùn)滑油粘度查物性表14潤(rùn)滑油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表0.138915潤(rùn)滑油普蘭德數(shù)389.43 傳熱量項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注16熱損失系數(shù)取用0.9817傳熱量Qkw1478.64 冷卻水物性參數(shù)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注18冷卻水出口溫度3719冷卻水定性溫度32.520冷卻水的比熱查物性表4.17421冷卻水的密度查物性表100022冷卻水的粘度查物性表23冷卻水的導(dǎo)熱系數(shù)查物性表0.60124冷卻水的普蘭德數(shù)5.345 平均溫差項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注25逆流時(shí)的平均溫差31.6626參數(shù)P及RPR0.145527溫差修正系數(shù)由表型公式計(jì)算(課本中表1.1)0.92428有效平均溫差29.256 估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注29初選傳熱系數(shù)查參考資料300以外徑為準(zhǔn)30估算傳熱面積168.531管子材料選用20#碳鋼無(wú)縫鋼管（查壓力容器材料實(shí)用手冊(cè)化學(xué)工業(yè)出版社）32管程內(nèi)水的流速選用133管程所需流通截面0.0434每程管數(shù)n根12735每程管長(zhǎng)lm取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)4.536管子排列方式選等邊三角形37管間距smm由課本表2.33238分層隔板槽處管間距mm由課本表2.34439平行于流向的管距mm27.740垂直于流向的管距mm1641拉桿直徑mm由課本表2.6，估計(jì)殼體直徑在400700mm之間1642作草圖43作圖結(jié)果所得數(shù)據(jù)六邊形層數(shù)a一臺(tái)管子數(shù)根254一臺(tái)拉桿數(shù)根由課本表2.76一臺(tái)傳熱面積89.7255兩臺(tái)傳熱面積179.451管束中心至最外層管中心距離m由草圖，量得或算出0.28844管束外緣直徑m0.60145殼體內(nèi)徑m0.746長(zhǎng)徑比6.43合理參見(jiàn)2書(shū)7 管程計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注47管程接管直徑mm按鋼管標(biāo)準(zhǔn)取值（GB8163-87）48管程雷諾數(shù)2602549管程換熱系數(shù)4600.58 殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注50折流板形式選定弓形51折流板缺口高度取0.17552折流板的圓心角度12053折流板間距0.354折流板數(shù)目塊4500/300-11455折流板上管孔數(shù)個(gè)21556折流板上管孔直徑由GB151-890.025457通過(guò)折流板上管子數(shù)根215-620958折流板缺口處管數(shù)根3159折流板直徑由GB151-89規(guī)定0.695560折流板缺口面積0.07561錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管束的百分?jǐn)?shù)0.69762缺口處管子所占面積0.019363流體在缺口處流通面積0.055764流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積0.067565殼程流通截面積0.061466殼程接管直徑mm按計(jì)算按GB8163-87取參見(jiàn)2書(shū)67錯(cuò)流區(qū)管排數(shù)排1068每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)排5.269旁流通道數(shù)070旁通擋板數(shù)對(duì)選取371錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)0.4472一塊折流板上管子和管孔之間泄漏面積0.006873折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄漏面積0.0031574殼程雷諾數(shù)25275理想管束傳熱因子由課本圖2.280.04876折流板缺口校正因子由課本圖2.291.0677折流板泄漏校正因子由及查課本圖2.300.8378旁通校正因子由及查課本圖2.310.9479殼程傳熱因子0.039780殼程質(zhì)量流速26181殼側(cè)壁面溫度假定4382壁面下煤油粘度查物性表83殼側(cè)換熱系數(shù)362.49 需用傳熱面積項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注84水垢熱阻查資料換熱器運(yùn)行導(dǎo)論0.000285潤(rùn)滑油污垢熱阻查資料換熱器運(yùn)行導(dǎo)論0.000286管壁熱阻略87傳熱系數(shù)287.2488傳熱面積175.789傳熱面積之比1.05偏小90檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫與原假定值差0.36度10 阻力計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注91管內(nèi)摩擦因子查課本圖2.350.007392管側(cè)壁溫假定4393壁溫下水的粘度查物性表94沿程阻力12758兩臺(tái)95回彎阻力8000兩臺(tái)96進(jìn)出口連接管阻力75097兩臺(tái)管程總阻力21508沒(méi)有超過(guò)規(guī)定98理想管束磨擦系數(shù)查課本圖2.360.6599理想管束錯(cuò)流段阻力973100理想管束缺口處阻力201.27101旁路校正系數(shù)查課本圖2.380.76102折流板泄漏校正系數(shù)查課本圖2.370.55103折流板間距不等的校正系數(shù)間距相等，不需校正1104殼程總阻力9085.1105兩臺(tái)的殼程總阻力18170.2沒(méi)有超過(guò)規(guī)定三 溫差應(yīng)力校核在計(jì)算固定管板式熱交換器的溫差應(yīng)力時(shí)，通常假定：(1) 管子與管板都沒(méi)有發(fā)生撓曲變形，因而每根管子所受應(yīng)力相同；(2) 以管壁的平均溫度和殼壁的平均溫度作為每個(gè)壁面的計(jì)算溫度；一 溫差應(yīng)力1殼體壁溫度取油的平均溫度 管子壁溫和的平均值：2管子選用碳素鋼彈性模量線脹系數(shù) *查壓力容器材料實(shí)用手冊(cè)化學(xué)工業(yè)出版社3殼體選用20g鋼彈性模量線脹系數(shù)*查壓力容器材料實(shí)用手冊(cè)化學(xué)工業(yè)出版社4管子自由伸長(zhǎng)量12.12（43-20）4.51254.42m殼體自由伸長(zhǎng)量=12.84(67.5-20)4.5=2744.55m式中 L -管子和殼體的長(zhǎng)度，m; -安裝時(shí)的溫度 取5 殼體壁厚取為8mm管子為規(guī)格，故管壁厚為2.5mm則所有管子的斷面積為：0.044殼體斷面積為：=0.0096 設(shè)為管子所受的壓縮力與殼體所受的拉伸力，N.由于管子與殼體不能獨(dú)立自由伸長(zhǎng)，而只能共同伸長(zhǎng)，因而當(dāng)時(shí)，管子所受到壓縮，被壓縮之長(zhǎng)為（）。而殼體受到拉伸，被拉伸之長(zhǎng)為（）。應(yīng)用胡克定律，可分別求出管子所受的壓縮力和殼體所受的拉伸力，顯然，這兩個(gè)力應(yīng)相等，即 m ; = m;將以上兩式合并，整理得：“”代表管子受拉。殼體受壓。7 管壁所受拉應(yīng)力大小為： 殼壁所受壓應(yīng)力大小為： 8 則溫差產(chǎn)生的軸向應(yīng)力為：（壓應(yīng)力），(拉應(yīng)力)二 熱交換器所受應(yīng)力1設(shè)殼側(cè)壓力為：管側(cè)壓力由已知條件為：0.1mpa=*注:殼側(cè)壓力的取用:參見(jiàn)壓力容器的安全與強(qiáng)度計(jì)算天津科學(xué)技術(shù)出版社 楊海濤著P121.規(guī)定最高壓力=1 (1=98066.5Pa0.1MPa)當(dāng)容積V25升時(shí)，V=0.700.740.5=1.731要求設(shè)計(jì)壓力不小于容器的1.051.10倍則0.1156（1.051.10）0.121380.12716取0.6MPa2 由于殼程流體壓力作用于管板的凈表面上，管程壓力作用于兩端封頭和包括管截面在內(nèi)的管板上，故其值為： 1.6398，-管子內(nèi)外徑，mn-管子根數(shù)3 該軸向力由殼體和管子共同承受，因而殼體所受之力與管束所受之力的合應(yīng)力等于；又由于殼體與管子的應(yīng)力分配與彈性模量成正比，故殼體應(yīng)力 管子應(yīng)力4 由前面的計(jì)算知，即殼體膨脹量大于管子膨脹量那么：結(jié)合溫度應(yīng)力和，則殼體軸向合成應(yīng)力：-33.94-530.8-496.86（受壓）管子軸向合成應(yīng)力：+30.33+108.58138.33（受拉）三 拉脫力一般壓力低于4和溫度低于300的條件下，管子在管板上的固定可采用脹管法。脹管法通常能保證連接的嚴(yán)密性，同時(shí)也易于更換損壞的管子。在壓力與溫差的聯(lián)合作用下，管子中所產(chǎn)生的應(yīng)力為，則管子拉脫力q為管子合成應(yīng)力，；單根換熱管管壁的橫截面積，*查壓力容器手冊(cè)勞動(dòng)人事出版社 換熱管壁厚脹接深度或焊接高度，m*查壓力容器手冊(cè)勞動(dòng)人事出版社 B管板厚度，取B38mm當(dāng)設(shè)計(jì)壓力0.6時(shí)，管板孔內(nèi)徑可不開(kāi)槽。若計(jì)算出的拉力超出允許范圍，則需采用相應(yīng)措施以減少拉脫力，如加裝膨脹節(jié)。*查壓力容器手冊(cè)勞動(dòng)人士出版社當(dāng)采用脹接法時(shí)，管端不卷邊，管板孔不開(kāi)槽脹接，取許用拉脫力q0.2。則由計(jì)算知q=8.9q。說(shuō)明從拉脫力這方面而言應(yīng)加裝膨脹節(jié)。四，熱補(bǔ)償措施。本設(shè)計(jì)中采用膨脹節(jié)來(lái)進(jìn)行熱補(bǔ)償。膨脹節(jié)的作用主要是補(bǔ)償軸間位移，他的特點(diǎn)是受軸向力厚容易變形，從而降低殼體和管子的溫差應(yīng)力，對(duì)于一臺(tái)受內(nèi)壓力的熱交換器，如果下列三個(gè)條件有一個(gè)不滿足，就應(yīng)設(shè)膨脹節(jié)，即：式中殼體，管子的軸向總應(yīng)力，；殼體，管子材料的許用應(yīng)力，；焊接系數(shù)；q許用拉脫力，；*查壓力容積手冊(cè)勞動(dòng)人事出版社，20g鋼=235/2=117.5;20#鋼=245/2=122.5;焊縫系數(shù)的選取*查壓力容積手冊(cè)勞動(dòng)人事出版社，P12取0.70（單面焊對(duì)接焊縫，無(wú)墊板）則 綜上：本設(shè)計(jì)中需加膨脹節(jié)。四 細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1 接管管程接管 殼程接管根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器的規(guī)定，接管高度均為200mm；管程接管位置L1 取200mm； 管箱接管位置L2 取280mm2 折流板采用弓形折流板，間距30mm，內(nèi)徑695.5mm，折流板角度120度折流板的厚度4mm，折流板數(shù)量14個(gè)折流板的布置（無(wú)防沖板時(shí)）3 法蘭采用B-700-16 GB9115.17-88型法蘭4 管法蘭根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器的規(guī)定，采用與B-700-16 GB9115.17-88型法蘭配套的A-700-16 GB9115.17-88型管法蘭，厚度38mm5 管箱內(nèi)徑700mm，長(zhǎng)度4500mm6 殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)采用焊接7 拉桿與管板、拉桿與折流板的連接結(jié)構(gòu)采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)8換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)采用脹接9 管箱與管板的密封結(jié)構(gòu)采用焊接10支座據(jù)JB1167-81取用A型帶加強(qiáng)墊板鞍式