PAGEPAGE2前言 2列管式換熱器機械設計 3一、問題重述 31.1設計題目 31.2已知條件 3二、計算 32.1管子數n 32.2管子的排列方式，管間距的確定 42.3換熱器殼體直徑的確定 42.4換熱器殼體壁厚的計算 42.5換熱器封頭換熱器封頭的選擇 52.6封頭法蘭的選擇 52.7管板尺寸的確定 62.8管子拉脫力計算 82.9折流板設計 102．10拉桿、定距管 112.11波形膨脹節的計算 122.12接管法蘭的選擇 142.13開孔補強 142.14封頭法蘭墊片 152.15底座 15三、課程設計小結 16參考資料 17前言換熱器在工、農業的各個領域應用的十分廣泛，在日常生活中也隨處可見，是不可缺少的工藝設備之一。換熱器的研究備受各種研究機構的關注和重視，其性能的每一點提高都意味巨大的經濟與社會效益。管殼式換熱器雖然在換熱效率、設備體積和金屬材料的消耗方面不如其他新型的換熱設備，但它具有結構堅固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等，所以在各領域中仍得到廣泛的應用。對于學習化工機械的大學生來說，換熱器設計是必須要了解和掌握的知識之一。換熱器設計是一個復雜而艱辛的過程，它不僅僅是確定一個或者多個可行的解決方案，還要求確定最可能的或接近最優的設計方案。管殼式換熱器的結構設計，必須考慮很多的因素，如壓力、溫度、材料、流體性質及檢修清理等，通過各種因素的綜合考慮，來選擇合適的設計方案。本次課程設計通過對固定管板式換熱器的的結構設計以及整體裝配的設計，了解到換熱器大體的設計過程和裝配過程，豐富了我們所學習的知識，學以致用，加強了我們對知識的實際應用能力，并且在設計過程中一些新的知識，開闊了自己是思維，對我們以后的工作具有很大是指導意義。本次課程設計由陳慶和王海波老師指導，特此表示感謝。由于設計者水平有限，不足之處，還望指導。xxx2011年12月26日2.7管板尺寸的確定選用固定式換熱器管板e型，管板與殼程圓筒連為整體，期延長部分兼做法蘭，與管箱用螺柱、墊片連接；管板材料選用16Mn。單管程(延長部分兼作法蘭固定管板換熱器管板，管板周邊布管區較窄(管板周邊布管區無量綱寬度)，假定管板厚度為，管子加強系數為，則（1）式中：——殼程圓筒內徑，；——管板計算厚度，；——管子根數；——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；——管板剛度削弱系數，取=0.4；——管子有效長度，；——管子設計溫度下的彈性模量，；——管板設計溫度下的彈性模量；。（2）式中：——管板布管區當量直徑，；——管板布管區面積，。（3）式中：——管板布管區的當量直徑與殼程圓筒內徑之比。對單管程換熱器，三角形排列時：（4）（5）式中：——管間距，；——管子壁厚，；——管子外徑，。（4）式代入（2）式中得：（6）（60）式代入（3）式化簡得：（7）在實際設計工作中，(8)且知：所以，由(8)得：，即(9)由(9)代入(1)中，經化簡得：（10）由已知條件計算得：設計溫度為400℃時，管子材料為20鋼，彈性模量，管板材料為16Mn，彈性模量所以管板的最小有效厚度為23.587.取管板的有效厚度，并且將管板延長部分作為法蘭和封頭法蘭配合形成榫槽面密封結構，則其他尺寸如下圖所示：2.8管子拉脫力計算管子和管板采用開槽脹接的方式連接，管板厚度大于25時，需要開二個槽。開槽，換熱管外徑為時，查表可知開槽深度K=0.6，管子伸出段長度為4+2，具體結構如下圖所示：拉脫力計算：管子殼體材質20號鋼A3R尺寸管字數：476根；管間距：；管殼壁溫差：；管子與管板連接結構：開槽脹接；脹接長度：。(1)在操作壓力下，脹接周邊所產生的應力式中：(2)在溫差應力作用下，脹接周邊所產生的應力式中：與的作用方向相同，則查表知碳素鋼在開槽脹接時許用拉脫應力由于，拉脫力在許用范圍內。2.9折流板設計折流板為弓形，查表可知折流板的名義外徑：折流板高度范圍內，取。查表知公稱直徑為1100時，折流板的厚度。折流板的間距一般不小于圓筒內徑的五分之一，換熱管外徑為時，鋼管的最大無支撐跨距為2200，在此范圍內取折流板間距，則折流板數量為4個。查表知，在間距時，折流板管孔直徑取折流板結構如下圖：2．10拉桿、定距管常用拉桿形式有兩種：（1）拉桿定距管結構，適用于換熱管外徑大于或等于19的管束，；（2）拉桿與折流板點焊結構，適用于換熱管外徑小于或等于14的管束。由于本次設計所用換熱管外徑為32，故采用拉桿定距管結構。換熱管外徑為時，查表得對應的拉桿直徑；圓筒公稱直徑DN為1100，查得拉桿數量為6根，，，，拉桿長度根據結構所需來確定，拉桿結構如下：拉桿定距管結構以及和管板的連接方式如下圖所示:拉桿應盡量均勻布置在管束外緣，在布管區內或靠近折流板缺口處應布置適當數量的拉桿，任何折流板應不少于3個支撐點。合理布置完拉桿后，根據結構得出定距管數量為18根。2.11波形膨脹節的計算根據GB16749-1999標準，選用一個ZDL型（立式）波形膨脹節，材料Q235，其壁厚按下列兩式計算，選用二者中較大值。（1），由表查得（2）取波形膨脹節的厚度與殼體厚度一樣，即為10，按下式進行應力校核：故膨脹節厚度符合要求，查表知膨脹節尺寸如下圖所示：2.12接管法蘭的選擇變換氣進口選的接管，根據法蘭標準JB/T4703-2000，PN=1.6，DN=350的對焊接管法蘭，半水煤氣選的接管，PN=1.6，DN=300的對焊接管法蘭，材料為20鋼。結構尺寸如下圖所示：2.13開孔補強容器開口需要補強，常用的結構是在開口外面焊上一塊與容器器壁材料和厚度都相同，即10的A3R鋼板，查表可知補強結構尺寸，見下圖：2.14封頭法蘭墊片由于封頭法蘭所選的是長頸對焊法蘭，采用榫槽密封面密封，故墊片選用適用于長頸對焊法蘭的纏繞墊片中的基本型墊片，根據JB/T4075-2000標準，其結構尺寸如圖所示：2.15底座本次設計的換熱器圓筒公稱直徑在800～4000范圍內，圓筒長度L與公稱直徑DN之比小于5，容器總高度小于10，故采用結構簡單的支承式支座中的B型支座即可，根據JB/T4712.4-2007支承式支座標準，其結構尺寸具體見裝配圖。三、課程設計小結三周的機械設計使我們認識到了作為一名工程技術人員需具備的素質，扎實的專業知識和較寬的知識面，我們設計者之間團隊的重要性，三周的時間里的能夠讓我們學到很多很多的實際性的知識，怎樣才能在這三周里更好的運用學的知識來完成設計任務呢？這無疑讓我們有時間做一個理性的思考。把所學的知識在這次設計中和自己的想法結合起來并在自己的設計中形象而生動的表現出來，我認為此次課程設計是我們走向工作的前奏也算是對個人的一個實踐性的訓練。課程設計是我們專業課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業工作前一個必不少的過程。”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。通過這次換熱器設計，本人在很方面都有所提高。綜合運用本專業所學課程的理論和生產實際知識，行一次設計工作的實際訓練從而培養和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了課程所學的內容，掌握換熱器設計的方法和步驟，掌握換熱器的基本技能，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規范和標準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。在這次設計過程中，體現出自己單獨設計機械的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發現自己平時學習的不足和薄弱環節，從而加以彌補。在這段時間里我們通過彼此之間的相互合作，交流學習，了解了許多新知識，尤其對化工機械設計有了系統的掌握。但由于時間有限，學習心得不夠深刻，還不能對所學的知識達到熟練的運用，這就需要我們在今后的工作中有待學習和提高。由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。參考資料1.《過程設備設計》主編鄭