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1、U形管換熱器設(shè)計(jì)摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是U形管換熱器設(shè)計(jì)，它的實(shí)用意義很大，因?yàn)閁形管換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很多。它屬于管殼式換熱器，它的優(yōu)點(diǎn)不少，其他換熱器不能替代。隨著我國(guó)工業(yè)快速的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，總結(jié)出了很多設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，它涵蓋了與之有關(guān)的所有標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定。所以說(shuō)對(duì)于U形管換熱器的設(shè)計(jì)，并不是那么復(fù)雜，當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和部件選型的時(shí)候可以查相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選定，若標(biāo)準(zhǔn)未能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選定，但要注意進(jìn)行精確的計(jì)算與準(zhǔn)確的試驗(yàn)。有關(guān)的它的強(qiáng)度的計(jì)算，液壓試驗(yàn)也有系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，其試驗(yàn)結(jié)果不能超過(guò)規(guī)定值。有關(guān)它的制造與安裝工藝也比較成熟，這些都有利于它的

2、設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：U-Tube Heat Exchanger Design Author : Wu Lei Tutor : Li Hui AbstractThe topic of this graduation design is u-tube heat exchanger design, its practical significance is very big, because the u-tube exchanger used in industrial production. It belongs to the tube and shell heat exchanger, and its

3、 advantages, cannot replace other heat exchanger. The u-tube heat exchanger structure is relatively not so complicated, design is relatively easy. In addition, with Chinas rapid industrial development, related technologies also have the development by leaps and bounds, summarizes a lot of design exp

4、erience it covers all the relevant standards and regulations. So for the design of u-tube heat exchanger, is not so complicated, when for structural design and selection of parts can be selected to check the relevant national standards, if standard failed to meet the design requirements, can be sele

5、cted according to the specific situation, but must pay attention to the precise calculation and accurate test. About the calculation of its strength, hydraulic test also has a system of standards and regulations and the rest result cannot exceed the specified value. About its manufacturing and insta

6、llation technology is more mature, these are conducive to its design.Key words: U-tube heat exchanger, The structure design, Strength calculation, The hydraulic pressure test 目 錄1 緒論11.1 管殼式換熱器的概述11.2 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的21.3 設(shè)計(jì)要求21.4 設(shè)計(jì)步驟2 1.4.1 準(zhǔn)備階段2 1.4.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32 工藝計(jì)算42.1 傳熱工藝計(jì)算4 2.1.1 換熱器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)4 2.1.2 確定

7、設(shè)計(jì)方案4 2.1.3 確定物性數(shù)據(jù)5 2.1.4 有效平均傳熱溫差5 2.1.5 由換熱面積估算熱流量6 2.1.6 冷卻水用量6 2.1.7 被冷卻熱空氣用量6 2.1.8 結(jié)構(gòu)工藝初設(shè)計(jì)6 2.1.9 傳熱系數(shù)核算7 2.1.10 壓降校核112.2 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14 2.2.1 換熱管的設(shè)計(jì)14 2.2.2 殼體的設(shè)計(jì)15 2.2.3 管箱和封頭15 2.2.4 接管和接管法蘭17 2.2.5 管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19 2.2.6 分程隔板20 2.2.7 布管定圓21 2.2.8 管孔21 2.2.9 換熱管與管板的連接21 2.2.10 設(shè)備法蘭22 2.2.11 拉桿23 2.2.

8、12 折流板23 2.2.13 滑道24 2.2.14 防短路結(jié)構(gòu)24 2.2.15 U形管尾部支撐25 2.2.16 支座263 強(qiáng)度設(shè)計(jì)273.1 筒體壁厚計(jì)算273.2 筒體短節(jié)、封頭厚度計(jì)算273.3 管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的校核293.4 殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核30總結(jié)31致謝32參考文獻(xiàn)331 緒 論1.1 U形管換熱器的概述管殼式換熱器屬于換熱器的一類(lèi)，其能夠?qū)崿F(xiàn)物料的熱交換，它被用于工業(yè)生產(chǎn)中的時(shí)間較久。它之所以被應(yīng)用的較多，是因?yàn)橛凶约旱奶攸c(diǎn)。這些特點(diǎn)包括：能制造此類(lèi)換熱器的材料有很多種它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較堅(jiān)固有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，都有規(guī)定。1.2 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的在進(jìn)入工作之前，我們很是

9、需要將大學(xué)四年所學(xué)到專(zhuān)業(yè)知識(shí)總結(jié)一下，運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中去，為此，畢業(yè)設(shè)計(jì)便成了重中之重。進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，能將所學(xué)的知識(shí)更好的回顧與總結(jié)，得到有效的學(xué)以致用。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠很好的提高我們的各方面素質(zhì)，包括遇到問(wèn)題時(shí)，獨(dú)立分析，獨(dú)立解決。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們會(huì)掌握住一定的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)步驟，能夠?qū)ψ呱瞎ぷ鲘徫粚?shí)現(xiàn)有效的過(guò)渡，當(dāng)然也實(shí)現(xiàn)了作為一位工程技術(shù)人員應(yīng)有的基本技能與修養(yǎng)?？傮w上掌握了U形管換熱器的設(shè)計(jì)，對(duì)以后從事本專(zhuān)業(yè)的工作更加有了信心。做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間，通過(guò)不停的查找文獻(xiàn)，翻閱與之有關(guān)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，讓我意識(shí)到了做設(shè)計(jì)并不是一件容易的事情，它需要全身心的投入，可以說(shuō)是廢寢忘食。雖然有點(diǎn)

10、辛苦，但學(xué)到了很多東西，感覺(jué)很充實(shí)。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于對(duì)U形管換熱器的設(shè)計(jì)不是太了解，走了很多彎路。期間遇到了很多問(wèn)題，而且都需要自己獨(dú)立去分析去解決。有時(shí)遇到一個(gè)問(wèn)題，需要查找很多的相關(guān)資料，然后才能總結(jié)出解決的方法，雖然過(guò)程很艱難，但是它鍛煉了動(dòng)手動(dòng)腦的能力，而不是像以前只停留在紙面上。另外，又養(yǎng)成了遇到實(shí)在想不出的問(wèn)題去和老師、同學(xué)交流的習(xí)慣，這是以前所沒(méi)有的。在交流的過(guò)程中，能很快的找到解決的辦法，同時(shí)又加深了對(duì)一個(gè)問(wèn)題的記憶。1.3 設(shè)計(jì)要求題目?jī)?nèi)容及要求：主要工藝參數(shù)如下：冷卻流體參數(shù) 冷卻介質(zhì)參數(shù)被冷卻流體熱空氣 冷卻介質(zhì)類(lèi)型循環(huán)水進(jìn)氣溫度 150 進(jìn)口溫度 30 出氣溫度

11、40 出口溫度 40 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力 公稱(chēng)換熱面積：90平方米。圖1.1 U形管換熱器1.4 設(shè)計(jì)步驟1.4.1 準(zhǔn)備階段（1）仔細(xì)研究設(shè)計(jì)任務(wù)，分析設(shè)計(jì)題目的原始數(shù)據(jù)和工藝條件，明確設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求； （2）查找有關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)；（3）做好時(shí)間規(guī)劃，做到細(xì)之又細(xì)。1.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接下來(lái)就是內(nèi)、外附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做到實(shí)際計(jì)算結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，不要只按一種結(jié)果。否則會(huì)造成設(shè)計(jì)出來(lái)的東西與標(biāo)準(zhǔn)沖突，使設(shè)計(jì)出來(lái)的東西無(wú)法投入生產(chǎn)。然后用電腦繪制它的裝配圖和零件圖2。2 工藝計(jì)算2.1傳熱工藝計(jì)算2.1.1 換熱器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)冷熱流體的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2.1和2.2。表2.1 被冷卻流體參數(shù)進(jìn)氣溫度

12、150出氣溫度40設(shè)計(jì)溫度200設(shè)計(jì)壓力2.5MPa表2.2 冷卻介質(zhì)參數(shù)降低高溫物質(zhì)的低溫物質(zhì)H20進(jìn)口溫度30出口溫度40設(shè)計(jì)溫度200設(shè)計(jì)壓力1.0MPa2.1.2 確定設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)方案中的使溫度降低的東西是水，時(shí)間久了水會(huì)生出水銹，影響生產(chǎn)，損壞機(jī)器。所以決定水在殼體內(nèi)流動(dòng)換熱，溫度較高的空氣在管子內(nèi)流動(dòng)。這種選擇方法符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和換熱器的自身特點(diǎn)。U形管換熱器的設(shè)計(jì)，并不是那么復(fù)雜，當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和部件選型的時(shí)候可以查相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選定，若標(biāo)準(zhǔn)未能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選定，但要注意進(jìn)行精確的計(jì)算與準(zhǔn)確的試驗(yàn)。有關(guān)的它的強(qiáng)度的計(jì)算，液壓試驗(yàn)也有系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定

13、，其試驗(yàn)結(jié)果不能超過(guò)規(guī)定值。有關(guān)它的制造與安裝工藝也比較成熟，這些都有利于它的設(shè)計(jì)。2.1.3 確定物性數(shù)據(jù) 0.5(40+30) 35 它在此溫度下的物理特性：密度 993.95 kg/m3定壓比熱容 4.187103 J/（kgK）導(dǎo)熱系數(shù) 0.626 W/(mK) 粘度 0.72710-3 NS/m2普特朗數(shù) 4.96 0.5(40+30)95它在此溫度下的物理特性：密度 1.047 kg/m3定壓比熱容 1.022103 J/（kgK）導(dǎo)熱系數(shù) 0.03169 W/(mK) 粘度 2.1710-5 NS/m2普特朗數(shù) 0.689 2.1.4 有效平均傳熱溫差 先按逆流計(jì)算，得2.1.5

14、 由換熱面積估算熱流量本設(shè)計(jì)要求換熱面積為90m2，根據(jù)所查閱的傳熱系數(shù)，估計(jì)K值為414 W/K，由傳熱速率方程 (2.1)可得熱流量 W2.1.6 冷卻水用量 (Kg/h)2.1.7 被冷卻熱空氣用量 (Kg/h)2.1.8 結(jié)構(gòu)工藝初設(shè)計(jì)（1）換熱管 ，速度 。（2） 因?yàn)楣艹虜?shù) ，所以因?yàn)?所以，故總根數(shù)n=204。兩個(gè)管子中心之間的距離,按照標(biāo)準(zhǔn)定兩個(gè)程的挨著的管子的中心之間的距離定44mm3。（3）殼體內(nèi)徑中心排管數(shù)NC =1.1=15.71，取16。故， ，選（4）折流版采用單弓形折流板，其圓缺高度取為h=0.2600=120mm。兩塊折流板200mm 塊選用塊板子。2.1.9

15、傳熱系數(shù)核算（1）Q (2.2) ， ， m/s 和： W故， K454 W/( m2K)Ap (另：故假設(shè)成立。)（2）壁溫核算 由本來(lái)定好的數(shù)據(jù)可以得到管程熱空氣 由 (2.3) 計(jì)算傳熱管平均壁溫 94.6 定殼體壁溫為T(mén)=95 t=95-94.6=0.4 本計(jì)算得數(shù)值相對(duì)來(lái)說(shuō)很小，所以不用安裝其他的物體來(lái)彌補(bǔ)此差值。（3）換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力： (2.4) ， (2.5)根據(jù)雷諾數(shù)24740，粗糙度，根據(jù)可得，流速u(mài)=10.55m/s,取為。 因 ，故，PaPaPa殼程阻力： (2.6) ， (2.7) F=0.5 Pa B=0.2m， D=0.6m Pa總阻力 Pa此數(shù)值也是符合的

16、。2.1.10 壓降校核中間的管子排列的流體流動(dòng)的流動(dòng)Smin 中間的管子排列的流體流動(dòng)的速度wmax所以 傳熱因子 Ffh=1缺少的圓的換熱S和全部的S它們的比值值查表得 缺的圓的那部分流體流動(dòng)經(jīng)過(guò)的截面的面積因?yàn)?所以 圓缺流動(dòng)修正系數(shù) 面積比旁通修正系數(shù)h=0.985流通收縮次數(shù)修正系數(shù)X=1 SB=0.00815 m2漏掉的介質(zhì)流動(dòng)的總的流動(dòng)經(jīng)過(guò)的面積面積比 (1)管程壓降的計(jì)算：計(jì)算管子壁表面的溫度=41.2=3.91104 沿程阻力Pi=29875.3 N/m2回彎阻力Pr=8125 N/m2進(jìn)出口管質(zhì)量流速=3000 kg/m2s進(jìn)出口管壓降管程結(jié)垢修正系數(shù)管程總壓降允許壓降為1

17、00Kpa75842.3 pa100000 pa所以管程的放置是符合要求的(2)殼程壓降的計(jì)算 0=0.26旁流修正系數(shù)p=0.915 PB=1518 N/m2 系數(shù)=0.71（L/c）0.4=0.2246漏掉的介質(zhì)流動(dòng)的校核計(jì)算得數(shù)值=1-=0.4折流板缺的圓的那部分的流體質(zhì)量流動(dòng)速度平均質(zhì)量流速=69.564 kg/m2sPm=7956.56 N/m2殼側(cè)壓降因?yàn)闅?cè)允許壓降為30 KPa25420.78 Pa30000 Pa所以殼側(cè)的設(shè)置也是符合要求的。2.2換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 換熱管的設(shè)計(jì)換熱管尺寸：換熱管管徑選擇的樣式有很多種，可以采用標(biāo)準(zhǔn)也可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定直徑和長(zhǎng)度。

18、此次設(shè)計(jì)選用25的不銹鋼管，光管型。這樣的管子有很多好處，有利于生產(chǎn)，符合生產(chǎn)要求，能夠獲得較高的生產(chǎn)效率。由相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算選取長(zhǎng)度為12m的管子，然后彎制成U形管，材料選用不銹鋼材料。換熱管束排列形式：采用常用的正三角形。表2.3 常用的換熱管中心距 換熱管外徑1012141619202225303235384550換熱管中心距13-1416192225262832384044485764分程隔板槽兩側(cè)相鄰管子中心距28303235384042445052566068762.2.2 殼體的設(shè)計(jì)（1）圓筒公稱(chēng)直徑 由計(jì)算可以得到，圓筒的內(nèi)公稱(chēng)直徑選定,它的材料選擇用低合金鋼Q345R,筒體用鋼板

19、卷成，然后再進(jìn)行焊接，做到符合標(biāo)準(zhǔn)和要求。（2）壁厚的確定 表2.4可供選擇的筒體的min /mm 公稱(chēng)直徑400DN700700DN10001000DN1500浮頭式、U形管式81012固定管板式6810由表可得，2.2.3 管箱和封頭1）管箱換熱器要實(shí)現(xiàn)的功能決定了管箱的結(jié)構(gòu)，下圖為管箱的兩種類(lèi)型。 圖2.2 管箱結(jié)構(gòu)（a）這個(gè)種類(lèi)的管箱的特點(diǎn)是在管箱上裝箱蓋，當(dāng)需要檢查和清洗管子的時(shí)候，把箱蓋拆卸掉就行，但是這樣做需要消耗掉的材料也是比較多的。（b）這個(gè)種類(lèi)的管箱裝潔凈的流體比較好，當(dāng)需要檢查和清洗管子的時(shí)候，需要把與它連著的的管道拆卸掉，這樣做會(huì)變得很是不方便。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，此次設(shè)計(jì)

20、所選管箱結(jié)構(gòu)是（a）。確定管箱長(zhǎng)度需要考慮的問(wèn)題：流體流動(dòng)經(jīng)過(guò)的截面積相互挨著的焊縫之間的距離離管箱里面內(nèi)件的 4。2）封頭管箱封頭常采用橢圓形，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求及所計(jì)算的數(shù)據(jù)，選用橢圓形封頭應(yīng)符合選用橢圓形封頭的條件（）。封頭所選尺寸為 表2.5 封頭尺寸 /mm600150252.2.4 接管和接管法蘭1) 接管接管不要露出殼體的里面的表面，而且還要在這個(gè)地方磨平，進(jìn)而當(dāng)拆卸和裝管子的時(shí)候就會(huì)變得很是方便；它的材料選為20鋼。（1）接管直徑的確定當(dāng)在選擇管子大小的時(shí)候，按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取，并且也要根據(jù)管子內(nèi)的物質(zhì)的流動(dòng)速度和它自身的溫度，還要考慮它能使多少物體換熱，以及這樣所產(chǎn)生的換熱效率，還

21、要考慮符合所設(shè)計(jì)的換熱器的類(lèi)型和它自身能夠承受多大壓力，這些都要納入考慮范圍，而且要全面綜合比對(duì)。 管箱接管 , ,故, 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選用殼程接管，故 同理可得，殼程外伸出的管子的直徑選是125毫米,厚度是，符合要求。(2)接管伸出長(zhǎng)度的決定在計(jì)算外接的管子長(zhǎng)度的時(shí)候，法蘭的形式首先要確定好。此外還有焊接的條件，螺栓的拆卸和裝等。 mm式中 ：接管的伸出長(zhǎng)度，mm；：接管的法蘭厚度，mm； ：接管法蘭的螺母厚度，mm； ：保溫層厚度，mm。 根據(jù)公式估算，得到的結(jié)果，需要圓整。 ,故選擇管程接管為；殼程接管為。外伸出的管子和殼體要連接在一塊，所以采用哪種方法成了很重要的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)按照標(biāo)準(zhǔn)選

22、用的結(jié)構(gòu)為插入式焊接結(jié)構(gòu)5。2）接管法蘭 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)的接管法蘭選用板式平焊法蘭。接管法蘭的選擇：（1）管箱接管法蘭 ：突面（） 法蘭材料：20號(hào)鋼 表2.6 接管法蘭尺寸 /mmDN(mm)DI連接尺寸DKLn(個(gè))ThbfdibB100108220190228M16221106表2.7 墊片尺寸 /mm公稱(chēng)尺DN墊片Di墊片D2墊片T包邊b1001151621.53緊固件選擇： 表2.8 緊固件尺寸 /mm公稱(chēng)尺寸DN(mm)螺紋數(shù)量n(個(gè))螺柱L2R（mm）100M16895螺母為I型六角螺母：M近似=51.55mm(2)殼程接管法蘭密封面形式：突面（） 法蘭材料：20號(hào)鋼 表2.9

23、 接管法蘭尺寸 /mmDN(mm)DI連接尺寸DKLn(個(gè))ThbfdibB125133250210188M16221356表2.10 墊片尺寸 /mm公稱(chēng)尺DN墊片內(nèi)徑Di墊片外徑D2墊片厚度T包邊寬度1251411681.53緊固件選擇： 表2.11 緊固件尺寸 /mm公稱(chēng)尺寸DN(mm)螺紋數(shù)量n(個(gè))螺柱L2R（mm）125M1681103) 接管的位置（1）管箱接管 帶補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)，其計(jì)算公式為，mm,取200mm （2）殼程接管無(wú)需補(bǔ)強(qiáng)，故計(jì)算公式為，mm，因與殼體連接的有一法蘭，又有帶肩螺柱，故取230mm。2.2.5 管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）管板 本設(shè)計(jì)管板采用整體管板，具體設(shè)計(jì)如下

24、：（2）最大布管圓：588mm （3）管孔數(shù)：208。（4）管板與換熱器的連接：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（5）管板的連接形式：把管板放在兩個(gè)法蘭的中間，用螺栓連接，這樣有很多的好處，也可以避免其他方式所帶來(lái)的弊端，可以拆卸。然后可以在殼程清洗的時(shí)候變得很是方便6。（6）管板的尺寸選擇具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.14。 表2.12 管板尺寸表 /mm Ps(MPa)Pt(MPa)DNDD1D2D3D4D5d2螺柱bfb規(guī)格數(shù)量1.02.560076071567660066360027M242442562) 分程隔板曹（2）對(duì)于分程隔板槽的寬度，；。 2.2.6 分程隔板作用：增加程數(shù)然后便可是換熱系數(shù)增大，利于換熱，

25、而且使流動(dòng)的速度變大，進(jìn)而使換熱效率大大增強(qiáng)，生產(chǎn)效率大大符合生產(chǎn)要求利于換熱，而且使流動(dòng)的速度變大，進(jìn)而使換熱效率大大增強(qiáng)，生產(chǎn)效率大大符合生產(chǎn)要求。厚度選擇標(biāo)準(zhǔn)： 表2.13 分程隔板最小厚度 /mm公稱(chēng)直徑DN分程隔板最小厚度高合金鋼600866001200108120020001410所以本設(shè)計(jì)按照標(biāo)準(zhǔn)采用10mm，與筒體厚度一致。材料為低合金鋼Q345R。與筒體的材料一樣。2.2.7 布管定圓布管定圓可按表2.16確定。表2.14 布管定圓換熱器型式固定管板式、U型管式浮頭式布管定圓直徑布管圓直徑： mm2.2.8 管孔標(biāo)準(zhǔn)： 表2.15 管板管孔直徑及允許偏差 /mm換熱管外徑14

26、161925管孔直徑14.2516.2519.2525.25允許偏差+0.1502.2.9 換熱管與管板的連接換熱管的左面的一頭是跟管板連接著的，它是通過(guò)在管板上打孔，然后把管在通過(guò)管孔，打的孔要大于管子的直徑，有一定的公差要求，必須嚴(yán)格按照。管子在穿過(guò)管孔的時(shí)候，要露出管板，這個(gè)露出長(zhǎng)度可按標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定選擇多長(zhǎng)，不宜過(guò)長(zhǎng)，也不宜過(guò)短，因?yàn)樗冻龅牟糠种苯釉诠芟淅?，如果露出的管子過(guò)長(zhǎng)的話(huà)，會(huì)影響管箱里的流體流入和流出，而且會(huì)影響換熱器的工作效率，會(huì)造成一些本來(lái)可以避免的損失。原則上不論采用哪種形式都必須保證連接的地方介質(zhì)不會(huì)發(fā)生泄漏，必須要有很大的氣體密封性，否則的話(huà)會(huì)造成氣體泄漏，影響生產(chǎn)更有

27、甚者會(huì)造成爆炸。另外，也要保證它能承受的壓力，這些壓力來(lái)自換熱器中的物質(zhì)，還有工作過(guò)程中其他因素產(chǎn)生的壓力 8。本設(shè)計(jì)采用通常所選用的方法，采用的形式。這種形式好處很多，很利于換熱器的工作。脹接的結(jié)構(gòu)尺寸如下表: 表2.16 脹接尺寸 /mm換熱管外徑d1416253038伸出長(zhǎng)度3+24+2槽深K不開(kāi)槽0.50.6脹接結(jié)構(gòu)用于25mm的結(jié)構(gòu)如圖：圖2.3 脹接結(jié)構(gòu)2.2.10 容器法蘭由DN=600mm，設(shè)計(jì)溫度200，設(shè)計(jì)壓力2.5Mpa。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合本次設(shè)計(jì)可選擇的結(jié)構(gòu)，連接面形式為凹面（FM）。本設(shè)計(jì)的法蘭選用兩個(gè)，而且這兩個(gè)相同。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的換熱器需要經(jīng)常拆卸，所以必須設(shè)計(jì)出能夠方

28、便拆卸的結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)設(shè)備法蘭分別在管板的左側(cè)和右側(cè)，與殼體焊接在一塊。焊接的時(shí)候需要注意各方面的要求和標(biāo)準(zhǔn)，如果跟實(shí)際情況不符的話(huà)，要綜合考慮，看是否有必要做出改變。 表2.17 容器法蘭尺寸 /mmDD1D2D3D4Htaa1d螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量7607156766666215020016211827M2424法蘭和管板之間需要有墊片，若沒(méi)有的話(huà)，會(huì)造成二者連接有空隙，造成介質(zhì)泄漏，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生生產(chǎn)事故，所以必須有墊片。而且，在墊片選擇的時(shí)候要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，不能私自選擇墊片。 2.2.11 拉桿拉桿定距管的結(jié)構(gòu)如圖：圖2.4 拉桿定距管結(jié)構(gòu)查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以選擇拉桿的直徑為；當(dāng)筒體的公稱(chēng)直徑是的

29、時(shí)候，把拉桿的數(shù)量定為4根，有關(guān)拉桿得到放置，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要把它放在2.2.12 折流板 本折流板有好幾種形式，而且各式各樣，因此它的功能也不盡相同。所以在選擇的時(shí)候，要根據(jù)自己設(shè)計(jì)的換熱器所要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)選擇折流板的形式。本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，采用，根 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)其厚把它的厚度選定為。折流板和支撐板管孔：采用級(jí)管束，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下表： 表2.18 級(jí)管束標(biāo)準(zhǔn) /mm換熱管外徑d0或無(wú)支撐跨距l(xiāng)d032或l900折流板管孔直徑d0+0.7管孔直徑允許偏差+0.300 折流板的布置：有關(guān)它的放法，也有好幾種，也要根據(jù)具體要求來(lái)選擇，它的放法必須統(tǒng)一，不能隨意放置，否則會(huì)對(duì)換熱器的工作產(chǎn)生一些影響。對(duì)于

30、考慮它怎么放，是水平還是垂直，是平行的一排還是錯(cuò)開(kāi)來(lái)放，這些都要認(rèn)真細(xì)致的考慮。根據(jù)水在換熱器的流動(dòng)形式，和流動(dòng)的場(chǎng)所，進(jìn)而選擇折流板的布置方式，布置方式有很多種，本設(shè)計(jì)采用兩塊板之間距離為。，又考慮到殼體法蘭，所以，把靠近管板的那一塊放在離板毫米處，這樣放符合標(biāo)準(zhǔn)。 2.2.13 滑道 此次設(shè)計(jì)的滑道的結(jié)構(gòu)選用，因?yàn)榛迥軌虺惺艿膹?qiáng)度適和此次設(shè)計(jì)的要求?；澜嵌热鐖D圖2.5 滑道2.2.14 防短路結(jié)構(gòu)由于U形管換熱器的排列的管子中間那一部分會(huì)產(chǎn)生一定的空間，這樣的空間有一定的壞處，因?yàn)橛兴拇嬖?，?dāng)換熱器里的水流動(dòng)的時(shí)候，沒(méi)有往右邊流動(dòng)就直接流了下來(lái)，使水與空氣的換熱產(chǎn)生了短路，這樣就會(huì)產(chǎn)

31、生一定的不良影響，比如，它能使得傳熱系數(shù)變小，影響換熱，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)造成損失，所以需要采取能夠防止此現(xiàn)象發(fā)生的措施。比如有效的方法就是設(shè)置擋管。此擋管為兩端堵死的管子它放在中間，不與管板連著11。結(jié)構(gòu)如下圖：圖2.6 擋管結(jié)構(gòu)2.2.15 U形管尾部支撐。 圖2.8 U型管尾部支撐 表2.19換熱管最大無(wú)支撐長(zhǎng)度 /mm換熱管外徑d141925最大無(wú)支撐跨距110015001900 表2.20彎曲半徑Rmin /mm換熱管外徑10121416192022252024303240404550本設(shè)計(jì)的2.2.16 支座本設(shè)計(jì)的殼程接管高度超出200mm，故鞍座高度定是440 ，其他規(guī)格尺寸參照相應(yīng)標(biāo)

32、準(zhǔn)進(jìn)行確定，如下表表2.21 鞍座尺寸 /mm底板螺栓配置l1b1間距L2螺孔d螺紋孔長(zhǎng)l58015043020M1625材料選用Q235A。 圖2.7 鞍式支座布置本設(shè)計(jì)選用。3 強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.1筒體壁厚計(jì)算工藝設(shè)計(jì)溫度為200, ，采用Q345R鋼板卷制。200時(shí)其許用應(yīng)力=183Mpa，屈服應(yīng)力，取焊縫系數(shù)=1，腐蝕裕度2mm，筒體公稱(chēng)直徑600mm。則：計(jì)算厚度 板負(fù)偏差；腐蝕余量： 設(shè)計(jì)厚度 由GB151-1999查表可知： 名義厚度： 有效厚度：水壓試驗(yàn)壓力：所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核53.1Mpa0.9=0.92351=211.5MPa水壓試驗(yàn)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。氣密性實(shí)驗(yàn)應(yīng)力3

33、.2筒體短節(jié)、封頭厚度計(jì)算 （1）筒體短節(jié) 工藝設(shè)計(jì)T=200, =2.5Mpa材料為Q345R， 200時(shí)=183Mpa，屈服應(yīng)力，取焊縫系數(shù)=1，筒體公稱(chēng)直徑。則計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)厚度由GB151-1999查表可知：名義厚度：有效厚度：水壓試驗(yàn)壓力：壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核 131.771Mpa0.9=0.92351=211.5MPa，壓力試驗(yàn)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。（2）內(nèi)壓封頭封頭選用橢圓形封頭，設(shè)計(jì)溫度為200, 選Q345R鋼板壓制，材料200時(shí)許用應(yīng)力=183Mpa，屈服應(yīng)力，取焊縫系數(shù)=1，公稱(chēng)直徑600mm。封頭計(jì)算厚度：=封頭設(shè)計(jì)厚度： 由GB151-1999查表可： 有效厚度： 知：封頭名義厚

34、度水壓試驗(yàn)壓力：壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核131.771Mpa0.9=0.92351=211.5MPa，壓力試驗(yàn)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3.3管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 ，溫度為200時(shí)，=，。接管計(jì)算壁厚： 接管的有效壁厚有效厚度： 開(kāi)孔直徑d=+2=104mm接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度需要補(bǔ)強(qiáng)面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為 所以需要另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)。查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑定為200mm，厚度為8mm,材料為Q345R。3.4殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核接管尺寸為1255，材料選用20號(hào)鋼鋼管，溫度為200時(shí)，=131Mpa，。接管計(jì)算壁厚：接管的有效壁厚有效厚度：開(kāi)孔直徑d=+2接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度接管外側(cè)

35、有效補(bǔ)強(qiáng)高度接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度需要補(bǔ)強(qiáng)面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為 ，故不需要另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)?？?結(jié)經(jīng)過(guò)近幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)課有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，讓我更系統(tǒng)的總結(jié)了所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，總體上掌握了U形管換熱器的設(shè)計(jì)，對(duì)以后從事本專(zhuān)業(yè)的工作更加有了信心。做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間，通過(guò)不停的查找文獻(xiàn)，翻閱與之有關(guān)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，讓我意識(shí)到了做設(shè)計(jì)并不是一件容易的事情，它需要全身心的投入，可以說(shuō)是廢寢忘食。雖然有點(diǎn)辛苦，但學(xué)到了很多東西，感覺(jué)很充實(shí)。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于對(duì)U形管換熱器的設(shè)計(jì)不是太了解，走了很多彎路。期間遇到了很多問(wèn)題，而且都需要自己獨(dú)立去分析去解決。有時(shí)遇到一個(gè)問(wèn)題，需要查找很多的相關(guān)資

36、料，然后才能總結(jié)出解決的方法，雖然過(guò)程很艱難，但是它鍛煉了動(dòng)手動(dòng)腦的能力，而不是像以前只停留在紙面上。另外，又養(yǎng)成了遇到實(shí)在想不出的問(wèn)題去和老師、同學(xué)交流的習(xí)慣，這是以前所沒(méi)有的。在交流的過(guò)程中，能很快的找到解決的辦法，同時(shí)又加深了對(duì)一個(gè)問(wèn)題的記憶。不過(guò)，從這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)能力還不是很強(qiáng)，對(duì)有些知識(shí)的理解不是很徹底，掌握的不是很牢固。所以，在今后工作中需要更努力的去學(xué)習(xí)。 致 謝能夠順利完成這次設(shè)計(jì)，離不開(kāi)李慧老師的辛勤指導(dǎo)。從課題選擇、方案確定到具體設(shè)計(jì)，無(wú)不凝聚著老師的心血和辛勤汗水，當(dāng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中詢(xún)問(wèn)問(wèn)題能夠耐心的講解，這對(duì)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成起到了很大的作用。 同時(shí)，我

37、要向各科老師們表達(dá)我的謝意，你們四年來(lái)向我們傳授各方面的知識(shí)，我們從中學(xué)到了很多。你們言傳身教，對(duì)我們的學(xué)習(xí)和生活盡到了應(yīng)盡的責(zé)任，在你們的教導(dǎo)下，我們的思想漸漸變得成熟，這對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和生活都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 最后，我還要向畢業(yè)設(shè)計(jì)中給與我?guī)椭耐瑢W(xué)們表示感謝。謝謝！參考文獻(xiàn)1 鄭津洋，董其伍，桑芝富.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.2 張琳.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的改革J.江蘇：化工高等教育出版社，2002.3 錢(qián)頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 聶清德.化工設(shè)備設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.5 黃振仁，魏新利.過(guò)程裝備成套技術(shù)設(shè)

38、計(jì)指南M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.6 JB/T470047072000，壓力容器法蘭S.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.7 湯善甫，朱思明.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M.上海：華東理工大學(xué)出版社，2004.8 Chaudhuri P,Diwekar U.An Automated Approach for the Optimal Design of Heat ExchangersM. U.K.:Royal Society of Chemistry,2002.9 HG 2059220635-97，鋼制管法蘭、墊片、緊固件M.北京：人民出版社, 2009.10 王志文，蔡仁良編.化工容器設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.11 GB1511999，管殼式換熱器S.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.12 Aralikrishna K Shenoy, U-Tube Heat Exchanger Design Targets for Minimum Area and CostM. U.S.A:John wiley ,2000.