換熱器設計說明書

.目 錄一 設計任務書2二 熱力學計算21 原始數據22 潤滑油的物性參數33 傳熱量34 冷卻水物性參數45 平均溫差56 估算傳熱面積及傳熱面結構57 管程計算88 殼程結構及殼程計算99 需用傳熱面積1410 阻力計算15三 溫差應力校核17一 溫差應力17二 熱交換器所受應力20三 拉脫力21四 細部結構的設計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構257 拉桿與管板、拉桿與折流板的連接結構258 換熱管與管板的連接結構259 管箱與管板的密封結構2510 支座2511膨脹節(jié)25五 結束語25六 參考文獻25一 設計任務書設計題目：管殼式油冷卻器設計任務：潤滑油處理量： 16Kg/s 潤滑油入口溫度： 90 潤滑油出口溫度： 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 0.08 Mpa 水側 0.06 Mpa設計內容：熱力計算，阻力計算以及應力計算校核。圖紙要求：（1）裝配圖一張； （2）管板零件圖一張二 熱力學計算根據已知條件，選用兩臺型管殼式熱交換器串聯工作，并選用11號潤滑油，由于水的結垢性強，故使其在管程流動；而潤滑油較潔凈，使其在殼程流動，計算過程和結果列于下表中。1 原始數據項目符號單位計算公式或數據來源數值備注1潤滑油進口溫度由題意902潤滑油出口溫度由題意453冷卻水進口溫度由題意284潤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潤滑油流量由題意167冷卻水流量由題意408油側允許最大壓降由題意0.089水側允許最大壓降由題意0.062 潤滑油的物性參數項目符號單位計算公式或數據來源數值備注10潤滑油定性溫度67.511潤滑油比熱查物性表2.095512潤滑油密度查物性表864.513潤滑油粘度查物性表14潤滑油導熱系數查物性表0.138915潤滑油普蘭德數389.43 傳熱量項目符號單位計算公式或數據來源數值備注16熱損失系數取用0.9817傳熱量Qkw1478.64 冷卻水物性參數項目符號單位計算公式或數據來源數值備注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冷卻水的導熱系數查物性表0.60124冷卻水的普蘭德數5.345 平均溫差項目符號單位計算公式或數據來源數值備注25逆流時的平均溫差31.6626參數P及RPR0.145527溫差修正系數由表型公式計算(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構項目符號單位計算公式或數據來源數值備注29初選傳熱系數查參考資料300以外徑為準30估算傳熱面積168.531管子材料選用20#碳鋼無縫鋼管（查壓力容器材料實用手冊化學工業(yè)出版社）32管程內水的流速選用133管程所需流通截面0.0434每程管數n根12735每程管長lm取標準長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，估計殼體直徑在400700mm之間1642作草圖43作圖結果所得數據六邊形層數a一臺管子數根254一臺拉桿數根由課本表2.76一臺傳熱面積89.7255兩臺傳熱面積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殼體內徑m0.746長徑比6.43合理參見2書7 管程計算項目符號單位計算公式或數據來源數值備注47管程接管直徑mm按鋼管標準取值（GB8163-87）48管程雷諾數2602549管程換熱系數4600.58 殼程結構及殼程計算項目符號單位計算公式或數據來源數值備注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折流板數目塊4500/300-11455折流板上管孔數個21556折流板上管孔直徑由GB151-890.025457通過折流板上管子數根215-620958折流板缺口處管數根3159折流板直徑由GB151-89規(guī)定0.695560折流板缺口面積0.07561錯流區(qū)內管數占總管束的百分數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按計算按GB8163-87取參見2書67錯流區(qū)管排數排1068每一缺口內的有效錯流管排數排5.269旁流通道數070旁通擋板數對選取371錯流面積中旁流面積所占分數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壁之間泄漏面積0.0031574殼程雷諾數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殼程質量流速26181殼側壁面溫度假定4382壁面下煤油粘度查物性表83殼側換熱系數362.49 需用傳熱面積項目符號單位計算公式或數據來源數值備注84水垢熱阻查資料換熱器運行導論0.000285潤滑油污垢熱阻查資料換熱器運行導論0.000286管壁熱阻略87傳熱系數287.2488傳熱面積175.789傳熱面積之比1.05偏小90檢驗殼側壁溫與原假定值差0.36度10 阻力計算項目符號單位計算公式或數據來源數值備注91管內摩擦因子查課本圖2.350.007392管側壁溫假定4393壁溫下水的粘度查物性表94沿程阻力12758兩臺95回彎阻力8000兩臺96進出口連接管阻力75097兩臺管程總阻力21508沒有超過規(guī)定98理想管束磨擦系數查課本圖2.360.6599理想管束錯流段阻力973100理想管束缺口處阻力201.27101旁路校正系數查課本圖2.380.76102折流板泄漏校正系數查課本圖2.370.55103折流板間距不等的校正系數間距相等，不需校正1104殼程總阻力9085.1105兩臺的殼程總阻力18170.2沒有超過規(guī)定三 溫差應力校核在計算固定管板式熱交換器的溫差應力時，通常假定：(1) 管子與管板都沒有發(fā)生撓曲變形，因而每根管子所受應力相同；(2) 以管壁的平均溫度和殼壁的平均溫度作為每個壁面的計算溫度；一 溫差應力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 *查壓力容器材料實用手冊化學工業(yè)出版社3殼體選用20g鋼彈性模量線脹系數*查壓力容器材料實用手冊化學工業(yè)出版社4管子自由伸長量12.12（43-20）4.51254.42m殼體自由伸長量=12.84(67.5-20)4.5=2744.55m式中 L -管子和殼體的長度，m; -安裝時的溫度 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立自由伸長，而只能共同伸長，因而當時，管子所受到壓縮，被壓縮之長為（）。而殼體受到拉伸，被拉伸之長為（）。應用胡克定律，可分別求出管子所受的壓縮力和殼體所受的拉伸力，顯然，這兩個力應相等，即 m ; = m;將以上兩式合并，整理得：“”代表管子受拉。殼體受壓。7 管壁所受拉應力大小為： 殼壁所受壓應力大小為： 8 則溫差產生的軸向應力為：（壓應力），(拉應力)二 熱交換器所受應力1設殼側壓力為：管側壓力由已知條件為：0.1mpa=*注:殼側壓力的取用:參見壓力容器的安全與強度計算天津科學技術出版社 楊海濤著P121.規(guī)定最高壓力=1 (1=98066.5Pa0.1MPa)當容積V25升時，V=0.700.740.5=1.731要求設計壓力不小于容器的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的管板上，故其值為： 1.6398，-管子內外徑，mn-管子根數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力等于；又由于殼體與管子的應力分配與彈性模量成正比，故殼體應力 管子應力4 由前面的計算知，即殼體膨脹量大于管子膨脹量那么：結合溫度應力和，則殼體軸向合成應力：-33.94-530.8-496.86（受壓）管子軸向合成應力：+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密性，同時也易于更換損壞的管子。在壓力與溫差的聯合作用下，管子中所產生的應力為，則管子拉脫力q為管子合成應力，；單根換熱管管壁的橫截面積，*查壓力容器手冊勞動人事出版社 換熱管壁厚脹接深度或焊接高度，m*查壓力容器手冊勞動人事出版社 B管板厚度，取B38mm當設計壓力0.6時，管板孔內徑可不開槽。若計算出的拉力超出允許范圍，則需采用相應措施以減少拉脫力，如加裝膨脹節(jié)。*查壓力容器手冊勞動人士出版社當采用脹接法時，管端不卷邊，管板孔不開槽脹接，取許用拉脫力q0.2。則由計算知q=8.9q。說明從拉脫力這方面而言應加裝膨脹節(jié)。四，熱補償措施。本設計中采用膨脹節(jié)來進行熱補償。膨脹節(jié)的作用主要是補償軸間位移，他的特點是受軸向力厚容易變形，從而降低殼體和管子的溫差應力，對于一臺受內壓力的熱交換器，如果下列三個條件有一個不滿足，就應設膨脹節(jié)，即：式中殼體，管子的軸向總應力，；殼體，管子材料的許用應力，；焊接系數；q許用拉脫力，；*查壓力容積手冊勞動人事出版社，20g鋼=235/2=117.5;20#鋼=245/2=122.5;焊縫系數的選取*查壓力容積手冊勞動人事出版社，P12取0.70（單面焊對接焊縫，無墊板）則 綜上：本設計中需加膨脹節(jié)。四 細部結構的設計1 接管管程接管 殼程接管根據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，內徑695.5mm，折流板角度120度折流板的厚度4mm，折流板數量14個折流板的布置（無防沖板時）3 法蘭采用B-700-16 GB9115.17-88型法蘭4 管法蘭根據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 管箱內徑700mm，長度4500mm6 殼體與管板的連接結構采用焊接7 拉桿與管板、拉桿與折流板的連接結構采用拉桿定距管結構8換熱管與管板的連接結構采用脹接9 管箱與管板的密封結構采用焊接10支座據JB1167-81取用A型帶加強墊板鞍式