換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、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) . 247 拉桿與管板、拉桿與折流板的連接結(jié)構(gòu) . 258

2、 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 C潤(rùn)滑油出口溫度：45 C冷卻水流量：40Kg/s冷卻水入口溫度：28C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

3、，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t1oC由題意902潤(rùn)滑油出口溫度t1oC由題意453冷卻水進(jìn)口溫度t2QC由題意284潤(rùn)滑油工作表壓力P1Mpa按資料選取0.65冷卻水工作表壓力P2Mpa由題意0.16潤(rùn)滑油流量M1kg /s由題意167冷卻水流量M2kg /s由題意408油側(cè)允許最大壓降Mpa由題意0.089水側(cè)允許最大壓降Mpa由題意Qt2=+ t22 M2Cp223719冷卻 水定 性溫 度tm2(t2 + t；)/232.520冷卻水的比熱Cp2KJ /

4、(kgUc)查物性表4.17421冷卻水的密度P2kg /m3查物性表100022冷卻水的粘度卩2kg /(mLs)查物性表卩2 = p2 丫27.685X10 423冷卻 水的 導(dǎo)熱 系數(shù)入2W /(mLc)查物性表0.60124冷卻 水的普蘭-德數(shù)Pr2U2Cp2Pr2= k5.345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At max-A tminAt1m,c -At逆流時(shí)In-max25的平均Atl m,cAtmin31.66溫差=(90 - -37)-(45- 28)90- 37ln-45-28II f t2 -t2P=10.145參數(shù)PPt1-t226及R1nRt1 -tlR

5、_15t2 -t2溫差修ur由表2 4型公式計(jì)算270.924正系數(shù)（課本中表 1.1)28有效平AtmC9 At1m,c_ 0.924X 31.6629.25均溫差6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)K。2 f1W/(m2?“C)查參考資料300以 外 徑 為 準(zhǔn)30估算傳熱面積F。2 mF= Q0Ko Atm=1478.6X103=300 X 29.25168.531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）C25X 2.532管程 內(nèi)水 的流 速國(guó)2m/s選用133管程 所需 流通 截面A2 mM240At =

6、-p2321000X10.0434每程管數(shù)n根4At4X 0.04n_ 2 -nd：3.14 X 0.0212735每程管長(zhǎng)lml-F0n n d0取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)-4.254.536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IEmm由課本表2.34439平行 于流 向的 管距Spmmsp = scos3027.740垂直 于流 向的 管距Snmmsp = ssin 3001641拉桿直徑mm由課本表2.6,估計(jì)殼體直徑在400700mm之間Ds= (b- 1)s+ 2b=588.961642作草圖oooooooooooooooooo ooooooooo

7、oooooooooo43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)nt根2X127254一_-臺(tái)拉桿 數(shù)根由課本表2.76一_-臺(tái)傳熱面積2 mntn dl=2540.024.589.7255兩臺(tái) 傳熱 面積11Fo2 m2X89.7255179.451管束 中心 至取 外層 管中 心距 離m由草圖，量得或算出0.28844管束外緣直徑Dim20.288+ 2_0.01250.60145殼體 內(nèi)徑DsmDs = D| + 2b30.746長(zhǎng)徑 比l/Ds6.43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D2化= “c4047管程 接管 直徑D2mm1V1000

8、X1按鋼管標(biāo)準(zhǔn)取值(GB8163-87)C245X648管程 雷諾 數(shù)Re2p22di卩21UIOO0J1O2=7.68510 42602549管程換熱系數(shù)W/(m2?C)入2f 0.8 f 0.4。2 = x0.023Re2 Pr2 di4600.58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 口咼 度hm取 h= 0.25Ds0.17552折流 板的 圓心 角度12053折流 板間 距Inm(0.1 0.2)Ds0.300LOO99宀(IQIQU:QU:Q卜 690Soo999969690 060CXI-QSoooe2 亠( )sooo

9、es 6?L9L8O丑9-9LCXI寸 gCXIoo6?L9L8O曲9LCXI寸 L L-oogoog 寸OLLCMEIf SI6LOLO962缺口 處管 子所 占面積Awt2 mnd2A “ = n（i- F ） wttcn L0.0252,、=8L260 （1- 0.697）0.019363流體 在缺 口處 流通 面積Ab2 mAb - Awg - Awt=0.075- 0.01930.055764流體 在兩 折流 板間 錯(cuò)流 流通 截面 積Ac2 mD|- d0Ac=lsDs- D|+-（s d。）0.067565殼程 流通 截面積As2 mAs= JAbLAc=Jo.O557Lo.O6

10、750.061466殼程接管直徑Dimmn 2按一D；= 0.0284計(jì)算 4按 GB8163-87 取0194x 6參見(jiàn)2書(shū)67錯(cuò)流 區(qū)管 排數(shù)Nc排1068每一 缺口 內(nèi)的 有效 錯(cuò)流 管排 數(shù)Ncw排hNcw = .8Spcc 0.175 =0.80.02775.269旁流 通道 數(shù)NE070旁通 擋板 數(shù)Nss對(duì)選取371錯(cuò)流 面積 中旁 流面 積所 占分 數(shù)Fbp1Fbp= Ds- DL+ 2NElEls/Ac=0.7- 0.601+ 00.3/ 0.06750.4472一塊 折流 板上 管子 和管 孔之 間泄 漏面 積Ab2 m1Atb= nd（dH- d0）2（1+Fc）nt=n

11、 0.025.0.0002（1+ 0.697）_2540.006873折流 板外 緣與 殼體 內(nèi)壁 之間 泄漏 面積Asb2 mDs(Ds- Db)2hAsb= _ _ n- arcsin(1-)sb 2 2=0.7(0.7- 0.6955)22|_0.175n - arcsin(1-07)0.0031574殼程 雷諾 數(shù)R彳 elM 1d0J = -e1卩人25275理想 管束 傳熱 因子jH由課本圖2.280.04876折流 板缺 口校 正因 子jc由課本圖2.291.0677折流 板泄 漏校 正因子jl由 Asb+ 血二 0.1474 及 Ac= 0.32 查課本圖 2.30 Asb +

12、 Atb0.8378旁通 校正 因子jb亠Nss說(shuō)由及Fbp查課本圖2.31c0.9479殼程傳熱因子jojo = js j1 jc jb0.039780殼程質(zhì)量流速Gskg(m2Us)M1Gs = 1As26181殼側(cè)壁面溫度twC假定4382壁面 下煤 油粘 度U w1kg /( ms)查物性表70928X10= 683殼側(cè) 換熱 系數(shù)aiW(m2|_C)廠* - 2/3ix 0.14a = JoGsCp Pr ( U / Uw)=0.0397山6l|_2.103L0.019_0.87362.49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rs,2(m2?:C)W查資料

13、換熱器運(yùn)行導(dǎo)論0.000285潤(rùn)滑 油污 垢熱阻rs,12 rt (m ?WC)W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)K W(m2?咕)1d 1 d： _ 1対燈+知+辭帚a2眉1287.2488傳熱面積F a2 mF - QK : At m175.789傳熱面積之比FlF / F=179.451/175.71.05偏小90檢驗(yàn) 殼側(cè) 壁溫t w1=1kgf/cm (1kgf/cm =98066.5Pa ： 0.1MPa)當(dāng)容積 V _25 升時(shí)，P_v3 2001kgf / cm2：. 2 % 3 2V=DSL = 0.70 0.74 0.5=1.731 m = Pw

14、-0.1156kgf /cm 4 4要求設(shè)計(jì)壓力不小于容器pw的1.051.10倍則 0.1156(1.051.10)= 0.121380.12716 kgf/cm2取 PS = 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：F1 = PPs(Di2- nd2)+ PPtdi2n44=-倉(cāng)臨 105? (0.72 254? 0.0252) P創(chuàng)105 0.022? 25444=1.6398105d。, di-管子內(nèi)外徑，mn -管子根數(shù)楊海濤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Fi ;又由于

15、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1.6398 1.97 105 10110.009 1.97 10110.044 1.76 10管子應(yīng)力那么：結(jié)合溫度應(yīng)力 匚s和匚；，則殼體軸向合成應(yīng)力：p t555-s =二sp-Ss = 33.94 10 -530.8 10 = -496.86 10 Pa （受壓）管子軸向合成應(yīng)力：pt；二=；tp+G= 30.33 10 +108.58 10 = 138.33 10 pa （受拉）三拉脫力般壓力低于4MPa和溫度低于300C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)

16、合作用下，管子中所產(chǎn)生的應(yīng)力為二t，則管子拉脫力q為Pa1.6398 1.76 105 1011fsEsftEt0.009 1.97 10110.044 1.76 1011= 30.33 105 pa4由前面的計(jì)算知G ”：；s，即殼體膨脹量大于管子膨脹量REsfsEsftEt= 33.94 105pa管子合成應(yīng)力，Pa ；a-單根換熱管管壁的橫截面積，m2*查壓力容器手冊(cè)勞動(dòng)人事出版社P357a = (d - St) St= 3.14 (0.025-0.0025) 0.0025 = 0.000177m2St 換熱管壁厚l脹接深度或焊接高度，m*查壓力容器手冊(cè)勞動(dòng)人事岀版社p351I = B-

17、 3= 38- 3 = 35mm= 0.035mB -管板厚度，取 B = 38mm138.33創(chuàng)1050.0001773.14 倉(cāng)創(chuàng)0.025 0.035當(dāng)設(shè)計(jì)壓力q。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58.9? 10 pa三個(gè)條件有一個(gè)不滿足，就應(yīng)設(shè)膨脹節(jié)，即：ds = dSP 保d； dsjdt = dtp 保d；dtq q式中-殼體，管子的軸向總應(yīng)力，Pa ；ds,dt殼體，管子材料的許用應(yīng)力，Pa ；j 焊接

18、系數(shù)；q許用拉脫力，Pa ；*查壓力容積手冊(cè)勞動(dòng)人事出版社，P64及Pio20g 鋼、S=235 MPa/2=117.5 MPa ;20#鋼:S=245 MPa /2=122.5 MPa ；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?。?0.70 （單面焊對(duì)接焊縫，無(wú)墊板）56則 s = 496.86 10 Pa ： 117.5 100.70pat =138.33 105 pa ： 122.5 106 pa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245X 6 殼程接管194X 6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280m