1、毕业设计题目：釜式换热器的设计学院：系另U：专业：过程装备与控制工程学号：目 录1概述32设计计算52. 1主要技术参数确实定52. 2釜式换热器的构造设计52.2. 1总体构造设计52.2.2换热器管程设计72. 2.3换热器壳程设计82. 3元件的强度设计92. 3. 1 筒体92.3.2开孔补强设计计算 113标准零部件的选用及主要零部件的设计153.1法兰的选用153.1.1容器法兰的选用.153. 1.2管法兰的选取 163.2封头173.3管板183.4堰板19箱，并且封头选用了标准椭圆封头，由此其计算厚度按封头的计算厚度，即Pc 计算压力，取设计压力，4=3. 2MEb一需用应力

　　2、，340 时b = 136.4ME；8 一焊缝系数，。=1。=11.79 mm3.2x10002x136.4x1-0.5x3.2取腐蚀余量为2 mm, 16MnR的负偏差为0,因此可取其名义厚度为14 mm。2. 3.2开孔补强设计计算风可开孔补强设计就是适当增加壳体或接收厚度的方法将应力集中系数减少到某一 允许数值。采用基于弹性失效设计准那么的等面积布强圈，主要用于补强圈构造的布 强设计计算。规定不需要另行补强的接收外径要小于或等于89 mm,故5个孔都需补 强。1) 再生气进出口 (DN300)a) 开孔所需最小补强面积A对于受内压的圆筒，所需的补强面积A 一开孔削弱所需要的补强

　　7、积A2接收计算厚度2o-7-P0.4x426二=0.69?？2x123x1-0.4=2X75X12-0.69) X0.67+0= 1136. 66 mm2由于a+Aa，故计算至此，已经可以得出蒸汽出口开空不再需要另行补 强。3) 水进出口开孔补强设计(DN300)由前面水蒸汽开孔补强计算的计算得出，由于水进出口的公称直径小于水蒸汽出口的公称直径，由此，也不需要另行补强。3标准零部件的选用及主要零部件的设计帼回3.1法兰的选用法兰标准分为压力容器法兰标准和管法兰标准，其尺寸和密封面的形式确实 定是由法兰的公称直径和公称压力来确定的。3. 1. 1容器法兰的选用由于长颈对焊凸凹密封面法兰，

　　9、，因此其尺寸暂不与 设计，它属于非标准件。3.1.2管法兰的选取管法兰的设计采用1997年由原化学工业部颁发的?钢质管法兰、垫片、紧固件? 标准来选取的。根据压力不同，选用了不同的法兰形式，具体数据见表31。如图3 2和图3-3所示，材料选用20号钢。表31标准形式公称直 径DN钢管外径A法兰外径。法兰厚度C螺孔直径K颈的直边高度HxPN = 4.0MPciHG20595 -97带颈对焊8PN = 0.6MPaHG20593 -97板式平焊HG20593 -97板式平焊图3-2管法兰图3-3管法兰3.2封

　　10、头对于封头在前面计算时我已对此作了较粗略的说明，根据GB/T4737-95在小端和大端都选用了标准椭圆封头。在这里给出具数据，以供下面的设计计算作参考。见表32。材料选用16MnRo表32公称直径直边高度加曲面高度0500容积V/m2壁厚5质量m /kg0. 162141361. 17314511对于浮动端得封头选用了带法兰的球冠封头，这样既可以节约材料，也可以减少 能量的耗损，它的体积小，法兰的厚度又薄，在我翻阅大量的资料当中可以看到，选 用带法兰的球冠封头是比拟成熟的，但计算过程比拟复杂，这里不再阐述，如图3 4所示，材料选用45号钢。图3-4带法兰球冠封头其

　　11、中 On=997 mm, Dh= 950 mm, =910 mm,螺孔直径为26 mm,共用32个归24x150的螺栓来连接。3.3管板管板是管壳式换热器最重要的零部件之一。用来排布换热管、将管程与壳程的流体分开，防止冷热流体混合，并同时受管程压力、壳程压力和温度的作用。管板的设计是否合理对确保换热器的平安运行、节约材料，降低制造本钱是至关重要的。但是由于计算复杂，直接选用了和借鉴了有关资料中给出的标准中给出的尺寸。考虑到制造和维修的方便，对固定端的管板与浮动端的管板分别作了如下的设计尺寸，见35和36_3曰I 口 Bnr-o B100001097定

　　12、管板图3-6浮动端管板3. 4堰板堰板设置在液体出口前，为保证加热管完全浸泡在沸腾的水中，因此取其直径 为2000 mm,弦高为1000 mm,厚度为10 mm,材料用Q235_A 04鞍座的设计小4. 1鞍座的选取鞍式支座分为轻型代号A）和重型代号B）两种，同样公称直径轻型鞍座比 重型鞍座承载能力小，自身重量轻，根据GB/T471292,选取了轻型A型）DN 1000 2000）, 120包角带垫板的鞍式支座。材料选用035-A.F鞍座专用钢材），垫板材 料与筒体的材料一样。对于同一型号的鞍式支座乂有固定鞍座F型）和滑动鞍座（S 型）两种。但一般都是成对选用，即选一个F型和一个S

　　13、型，以适应温度变化引起的 伸缩，以减少温差应力。4.2鞍座位置的设置4. 2.1鞍座位置的相关标准的要求对于双支座上受均布载荷的简支梁，假设梁的全长为L,那么当外伸端长度 A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和制作截面处的弯矩和支座截面处的 弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座处圆筒的截面处除弯 矩以外的其他载荷，而且支座截面处应力比拟复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于 跨中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB?钢制卧式 容器?规定去AW0.2L, A值最大不超过0.25L。否那么由于容器外伸端的作用将使支 座截面处的应力过大。其中A

　　14、为封头切线至支座中心线之距离，L为封头切线之距离, 此外，由于封头的抗弯刚度具有局部加强的作用。假设支座靠近封头，那么可充分利 用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此JB4731还规定了当满足AW0.5& （%，圆筒的平均半径，Ri+驾,为圆筒的名义厚度，为了分析方便，设计 中用圆筒的内半径此.代替R,”）.4. 2.2设备总长确实定首先考虑换热管的长为L, =60000 mm,而大端封头的长度为上=540 mm,水出口的 直径为325 mm,并考虑到设置堰板的适当距离，取从浮动端管板到封头的距离L. =650 mm，管箱封头的总长考虑到再生器进出口开孔的布强圈的直径，

　　17、地震产生的力1）地震引起固定端鞍座横向推力G 换热器总质量kg,Cs地震系数，C$=0.5o=124989.21N2）地震引起滑动鞍座横向推力碍3）地震引起固定鞍座反力FH 鞍座地班子换热管中心线的距离，mm, H = 1250mm,L两鞍座间的距离，乙= 4250。=36761. 5/V4）地震引起滑动鞍座的反力Fs=36761. 5N5）地震引起固定鞍座测向推力弓=Fh 重量引起固定鞍座反力，N；=62494. 6N6）地震引起滑动鞍座测向推力代Fs重量引起滑动鞍座反力，N；=62494. 6N7）地震引起固定鞍座处的弯矩重量引起固定鞍座处壳体轴向弯矩，N-rnm + =2000+14 =

　　20、325. 2.2鞍座的设计345. 2.3螺母的设计355. 3装配体的设计355.4工程图的生成38设计总结41注释43Lc设备有效长度，=8500 mm二7481. 25N3）风载引起固定鞍座出反力RvFg一固定鞍座处横向风载力，F*：=559. 76N4）风载引起滑动鞍座处反力理一滑动鞍座处横向风载力，理二玲二599. 76N5）风载引起固定鞍座处侧向推力6）风载引起滑动鞍座处侧向推力F*B 一滑动d鞍座至有效长度间距，近似取B=A7）风载引起固定鞍座处侧向弯矩8）风裁引起的滑动鞍座处侧向弯矩4. 3.4热膨胀产生的力1）热膨胀引起固定鞍座处横向推力一根底和活动鞍座底板之间的

　　23、塌现象引起的抗弯模量减少系数，而其中为鞍座的有效包角, = x（36O + 50）= 8O,那么 =0. 107,灼=0. 192。=25. 35Mpa=7. 99 Mpa4.4.2切向应力对于卧式容器来说，切向应力总是在支座的截面处最大，所以只需要讨论支座截 面处圆筒和封头上的切向应力。封头与圆筒的材料一样，其有效厚度往往小于圆筒的 有效厚度，故封头中的切向应力不会超过圆筒，不必要对封头中的切向应力另行校核。鞍座处壳体上剪切力弓=箜R0灯一系数，七=1. 171；一Q + sinacoscrrra 弧度，a =兀 0角度， = 180-；=13. 64Mpa0.8o-f0

　　24、.8o-f=0. 8X167. 4=133. 92Mpa.故切向应力也满足要求，不需要再加强。4.4.3周向应力在这里周向弯取应力与周向压缩应力叠加后，起校核。鞍座截面处圆筒最低点的周向应力b鞍座宽度，b = 220 mm匕一周向压缩力系数，K5 =0.76= -22.64MPa即 底用，因此计算满足要求。鞍座截面上鞍座包角处的周向应力气Kb周向弯矩系数，匕=0.0528=99.97MPa艮%1.25珂，计算满足要求。4. 5结论综上所述，所选鞍座完全符合承载要求。5三维实体造型设计5. 1软件介绍SolidWorks是由美国SolidWorks公司开发的三维机

　　25、械CAD软件，它以其强大的 功能，易用性和创新性，极大的提高了机械工程师的设计效率。他提供的强大的基于 特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸特征、旋转特征、薄壁特征、抽壳、阵列、 镜像以及打孔等操作实现产品的设计，方便地添加和更改特征，以及将特征重新排序, 对草图和特征进展动态修改，还提供了动画设计功能，以及爆炸试图设计的功能。而 且在生成三维实体零件后可以构建三维装配体，同时还可以生成工程图。在设计中， 更让我体会到它优秀的一点是，可以检查和检验设计的合理性。因此我的设计选用了 SolidWorks来完成三维实体造型，但由于时间仓促，和对软件应用不熟练，虽然反 复对前面的设计数据由于在装配过

　　26、程中进展了屡次修改，但可能依然会存在很多缺乏的地方。当然，软件本身也从在局限性，生成工程图时，会有很多不尽人意的地方， 但他提供的方便以及功能是我们机械设计人员求之不得的。5.2主要零部件的造型设计由于三维设计过程中用到的命令大多大同小异，将不予以一一介绍，至就局部零 部件的设计过程作以说明。其余将在辩论时用多媒体予以演示。5. 2.1管箱封头的设计选择绘制草图的基准面，单击*, 在卜兰选择所需的绘图工具,并联合添加/删除 儿何关系选项上堡来绘制草图51。然后选择旋转特征氽，来完成封头绘制。图5-1为设计方便，将管箱的建模合并在一起进展，选择绘制草图的基准面绘制直径为莓壁暨

　　27、琪T)1000 mm的圆，选择 咛拉伸，在弹出的对话框中选择。然后.妇图52网小.住基体I:邛孔，也3：的视炬伯当点Ek，选杼喧.选择方向1和方向2,并选择完全贯穿。设置分程隔板时，选择了拉伸后在对线成形到一面 v乂选择了方向2拉伸到一面回 1 ，如图54o然后建立基准面QA崇瑚,绘制草图，用薄壁拉伸，如图5-5,接收的制作完成后，有选用图52图5-3有选用了镜像特征5. 2.2鞍座的设计丝C凶,来完成另一接收的造型。其余步骤不再介绍，这里我想提到一点，就是由于SolidWorks提供的颈特征方便的完成了设计。如图56所示。图5

　　28、65. 2.3螺母的设计选择“工具里的草图绘制实体中的多边形设置边数为6,修改尺寸，完成后，进展拉伸，如图57所示。完成后，重新选择绘图基准面，拉伸切除。选择定义方式姒.高度和螺距参数（B高庠（H）;35.00mm螺距3.50mmJ反向俄起始角度（：180.00deg顺时针（0逆时针（业）图57图58边线并单击右键，转换实体应用，应用6,弹出对话框 确定。在编辑草。