浮頭式換熱器設(shè)計畢業(yè)論文

1、浮頭式換熱器設(shè)計畢業(yè)論文題 目 名 稱浮頭式換熱器設(shè)計專 業(yè) 班 級裝備601班目錄中文摘要英文摘要前言11 熱力計算21.1原始數(shù)據(jù)21.2定性溫度和物性參數(shù)計算21.3初選結(jié)構(gòu)31.4管程換熱計算及流量計算31.5殼程換熱計算51.6傳熱系數(shù)61.7管程壓降71.8殼程壓降81.9壓強校核92 結(jié)構(gòu)設(shè)計102.1換熱流程設(shè)計102.2管子和傳熱面積102.3管子排列方式102.4殼體112.5管箱122.6固定管板132.7分程隔板132.8折流板142.9拉桿152.10進(jìn)出口管152.11浮頭箱162.12浮頭162.13補強圈172.14法蘭172.15支座193 強度校核213.1

2、管箱的強度校核及優(yōu)化213.2殼體的強度校核及優(yōu)化224 制造工藝及安裝244.1制造工藝244.2安裝與拆卸255 Solidworks繪出的實體模型27小結(jié)28參考文獻(xiàn)29致謝30-浮頭式換熱器的設(shè)計中文摘要 摘要本次設(shè)計的題目為浮頭式換熱器。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗。在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。本文對浮頭式換熱器進(jìn)行了整體的設(shè)計，按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，采用了2-4型，即

3、殼側(cè)兩程，管側(cè)四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，之后對有些部件有限元軟件ANSYS進(jìn)行了強度校核并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，最后提出一些制造與安裝方面的問題。三維實體以及二維工程圖均用solidworks繪出。關(guān)鍵詞換熱器；浮頭；管殼 Design of floating head heat exchanger英文摘要Abstract：The topic of my study is the design of floating head heat exchanger. The floating head heat exch

4、anger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed， while another can float in the shell， so called floating head. As the tubes can expand without the restriction of the shell， it can avoid thermal stress. Another advantage i

5、s that it can be dismantled and clean easily . It is widely used in chemical industry. In this study an overall design of the floating head heat exchanger is carried out .According to the demand the type 2-4 is chosen to be the basic type， which has two segment in shell and four segment in tubes. Fi

6、rst， heat transfer is calculated to determine the heat exchange surface area and the number of tubes that needed. Then， according to the request and standards， structural of system is well designed. After that， the finite element analysis of the shell is completed employing ANSYS software and optima

7、l design result is given. Finally， some manufacture and installation issues are related. The 3-D and 2-D drawings are done using solidworks.Key words：heat exchanger；floating head；tube and shell -制造工藝及安裝浮頭式換熱器的設(shè)計1 前言前言浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，管殼式換熱器以其對溫度、壓力、介質(zhì)的適應(yīng)性，耐用性及經(jīng)濟(jì)性，在換熱設(shè)備中始終占有約70%的主導(dǎo)地位。因此管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化工

8、作為世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家所重視，也為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的所重視。因此出現(xiàn)了TEMA、API660、JISB8249等一批管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)，ISO目前也正在與API聯(lián)手并會同有關(guān)國家編ISO管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼

9、程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。管殼式換熱器主要有固定管板式，U型管式和浮頭式換熱器。針對固定管板式與U型管式的缺陷，浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于方便拆卸，清洗方便，對于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。其缺點在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動面處在高壓時易泄露，這使其應(yīng)用受到限制，適用壓力為：1.0Mpa6.4Mpa。 按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大溫差校正系數(shù)，采用了2-4型，即殼側(cè)兩程管側(cè)四程。首先，

10、通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等。之后對有些部件用ANSYS進(jìn)行了強度校核并進(jìn)行對其優(yōu)化設(shè)計。由于時間和資料有限，本人的認(rèn)識也不夠全面，在設(shè)計過程中可能還存在許多問題，望老師們給予批評和指正。1 熱力計算1.1原始數(shù)據(jù)水進(jìn)口溫度：=144水出口溫度：=163水工作壓力：P2=2MPa油進(jìn)口溫度：=175油出口溫度：=155油工作壓力：P1=1.6MPa殼體內(nèi)徑：DS=700mm管箱內(nèi)徑：DN=750mm換熱管規(guī)格：19×3 L=

11、8m1.2定性溫度和物性參數(shù)計算水的定性溫度：（1）水的密度：2=913kg/m3水的比熱：Cp2=4.32kJ/kg水的導(dǎo)熱系數(shù)：k2=0.686W/m 水的粘度：2=168.8×10-6水的柏朗特數(shù)：Pr2=1.08油（柴油）的定性溫度：（2）油的密度：1=715 kg/m3油的比熱：Cp1=2.48 kJ/kg油的導(dǎo)熱系數(shù)：k1=0.133 W/m油的粘度：1=6.4×10-4油的柏朗特數(shù)：（3）1.3初選結(jié)構(gòu)管排列方式 ：分程隔板兩側(cè)正方形，其余三角形管子外徑：d0=0.019m管子內(nèi)徑：di=d0-（2×3/1000）=0.013m（4）管長：L=8m管

12、間距：s=1.5d0=1.5×0.19=0.0285m（5）殼體內(nèi)徑：Ds=0.7m管束中心排管數(shù)：由公式（6）得Nc=22總管子數(shù)：由（7）得Nt=400選型：采用2-4型即雙殼程四管程。1.4管程換熱計算及流量計算試選傳熱系數(shù)：k0=240 W/m2（查表）傳熱面積：由（8）得F0=190.91 m2逆流平均溫差：（9）參數(shù)：（10）（11）溫差校正系數(shù)：按2殼程4管程查表得 有效平均溫差：（12）設(shè)計傳熱量：（13）換熱效率：取=0.98油流量：（14）水流量：（15）管程流通截面（按4管程）：（16）管程流速：（17）管程雷諾數(shù)：（18）管程換熱系數(shù)：（19）1.5殼程換熱計

13、算折流板的設(shè)計：縱向折流板中間分程，橫向安置弓形折流板弓形折流板弓高：（20）折流板間距：（21）殼程流通截面：（22）殼程流速：（23）殼程量流速（24）殼程當(dāng)量直徑：（25）殼程雷諾數(shù)：（26）切去弓形面積所占比例：查圖得（27）殼程傳熱因子：查圖得管外壁溫度：假定后再復(fù)核，設(shè)=160壁溫下的粘度： （28）粘度修正系數(shù)：（29）殼程換熱系數(shù)：（30）1.6傳熱系數(shù)水側(cè)污垢熱阻： m2/W油側(cè)污垢熱阻： m2/W管壁熱阻：r忽略總傳熱熱阻：（31）傳熱系數(shù)：（32）傳熱系數(shù)的比值： （33）合適管外壁熱流密度：=4118W/m2（34）管外壁溫度：=167.2（35）誤差校核：=167.2

14、-160=7.2（36）誤差不太大，不再重算。1.7管程壓降壁溫：=161.3（37）壁溫下水的粘度：管程摩擦系數(shù)：查表得管子沿程壓降：（38）回彎壓降：（39）進(jìn)出口管處質(zhì)量流速：（40）進(jìn)出管口處壓降：（41）管程結(jié)垢校正系數(shù)：根據(jù)r2及193得 管程壓降：（42）1.8殼程壓降當(dāng)量直徑：（43）雷諾數(shù)：（44）殼程摩擦系數(shù)：查表得 管束壓降：（45）管嘴處質(zhì)量流量：（46）進(jìn)出口管壓降：（47）導(dǎo)流板阻力系數(shù)：取 導(dǎo)流板壓降：（48）殼程結(jié)垢修正系數(shù)：查表取 殼程壓降：（49）1.9壓強校核管程工作壓力，查表得殼程工作壓力，查表得壓強校核： 符合要求 符合要求2 結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1換熱流程設(shè)

15、計采用2殼程4管程的2-4型換熱器。由于換熱器尺寸不大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用。管程分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是布管緊密。殼體分程采用縱向隔板。管程的分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要優(yōu)點是布管緊密。 圖1 丁字形隔板2.2管子和傳熱面積換熱管除要求具有足夠的強度外，當(dāng)采用脹管法固定時，還要求管子有良好的塑性，避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。焊接固定時，要求管子可焊性好，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號鋼和20號鋼管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼（189）、鋼、鋁等無縫管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管

16、等。由于水、油腐蝕性不大，故可采用碳鋼，現(xiàn)選擇20號鋼的無縫鋼管。根據(jù)設(shè)計要求采用的無縫鋼管管子總數(shù)為400根。其傳熱面積為：2.3管子排列方式管子在管板上的排列方式，應(yīng)力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要求?；镜呐帕蟹绞接形宸N：等邊三角形。其一邊與流向垂直，是最常用的形式。與正方形排列相比傳熱系數(shù)高，可節(jié)省15%的管板面積。適用于不生污垢或可用化學(xué)清洗污垢以及允許壓降較高的工況；轉(zhuǎn)角三角形。三角形的一邊與流向平行，其特點介于等邊三角行和正方形兩種排列之間，不宜用于臥式冷凝器，因下方管子形成的厚度越來越厚的凝膜會使傳熱削弱；正方形排列最不緊湊，但便于機械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換

17、熱器；同心圓排列。用于小殼徑換熱器時比正三角形排列還緊湊，靠近殼體的地方布管均勻。對于多管程換熱器常采用組合排列法，每程均屬正三角形排列，而各層面間呈正方形排列，以便于安排分程隔板。綜合比較以上幾種布管方式，可采用組合排列形式，中間正方形，其余三角形。布管位置如圖2示。十字形的走廊是為了裝設(shè)分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問題，共有406個管孔，其中6個孔為安裝拉桿用。圖2 管子排列2.4殼體殼體材料除要滿足一定的強度外，由于制造過程中經(jīng)過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的、等，現(xiàn)選用鋼。殼體內(nèi)徑Ds=700mm 殼體壁厚：（50）為殼體工作溫度下的許用

18、應(yīng)力，已知殼程設(shè)計溫度為220，則tw<220。根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)力，表查得=167為焊縫系數(shù)，取=0.85，p1為工作壓力，等于1.6MPac=2mm則實取，之后要用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行強度校核。2.5管箱2.5.1.封頭根據(jù)壓力容器設(shè)計規(guī)范采用材質(zhì)為16MnR的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，在滿足強度要求的情況下，其壁厚可用以下公式計算：（51）已知管程設(shè)計溫度為200，則tw<200。根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)力，表查得=170MPp=1.2p1=1.2×1.6則實取，之后用ANSYS進(jìn)行強度校核。曲面高度：（52）D封頭的平均直徑直邊高度2.5.2.箱殼壁厚：實取，之后要用ANSYS

19、進(jìn)行強度校核。內(nèi)徑：長度：2.6固定管板外徑：板厚：管板上開孔數(shù)與孔間距與管的排列一致。管板材料選用A3鋼。管子與管板的連接必須牢固、不泄漏，不產(chǎn)生大的應(yīng)力變形，最常見的連接方法為脹接，脹接只能用于工作壓力低與4MPa和溫度低于300的場合；對于高溫、高壓、易燃、易爆的運行條件多采用焊接，但采用焊接容易產(chǎn)生熱應(yīng)力且間隙中流體不流動很容易造成間隙腐蝕，采用脹焊并用的方法可以避免。由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子的連接采用脹接。換熱管在管板內(nèi)的脹接長度L=38mm。2.7分程隔板2.7.1管程分程隔板管箱的分程在固定端管箱與浮頭端管箱內(nèi)都要安裝分程隔板，隔板的布置見

20、圖1，由于兩端管箱不是很長，卸下清洗時不用拆下來，因此可以將隔板直接焊接在箱體上。管程隔板要考慮密封問題，它們的密封是通過在固定管板和浮動管板插隔板的槽內(nèi)安放密封填料。為了保證填料能起到密封作用，隔板的長度要按安裝的尺寸進(jìn)行計算。具體尺寸見三維實體圖。2.7.2殼程分程隔板安裝殼體的分程隔板一方面要考慮到密封問題，另一方面要便于拆卸，因此采用圖3所示的裝置來安裝隔板，當(dāng)轉(zhuǎn)動偏心桿手柄，偏心桿的凸輪推動與其相接的端頭包有密封填料的板可使兩端夾緊也可使其松開，便于拆卸。對于浮頭式管束要能夠拆卸必須要隔板可以拆卸。因此，此裝置是必須要用的。圖3 殼體分程隔板2.8折流板采用弓形折流板，材料A3F鋼板

21、，由于殼內(nèi)分程，每程均采用半弓形如圖4示，布置方式采用垂直切口流動方向。圖4 折流板按一個殼程計算（計算過程見熱力學(xué)計算）得：拱高：板間距：板數(shù)：板厚：由于考慮到實際安裝時由于第一塊折流板的位置殼體接管位置的影響，在一個殼程內(nèi)折流板的實際個數(shù)應(yīng)為32個，總的折流板數(shù)為64。2.9拉桿材質(zhì)為A3F鋼。直徑12，共6根。拉桿是用來安裝折流板的，由于折流板是半弓形的，在布置拉桿時要考慮到定位的問題。每個折流板最好由三個拉桿來定位。其布置位置見圖紙。2.10進(jìn)出口管2.10.1.管程進(jìn)出管按取 則進(jìn)出口流通截面積為：（52）進(jìn)出口管內(nèi)徑為：（53）取用的熱扎鋼管2.10.2.殼程進(jìn)出口管按取 則進(jìn)出口

22、流通截面積為：（54）進(jìn)出口管內(nèi)徑為：（55）取用的熱扎鋼管2.11浮頭箱外頭蓋內(nèi)直徑：（56）外頭蓋同樣采用材質(zhì)為16MnR的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，=12mm曲面高度：（57）直邊高度2.12浮頭如圖示為浮頭端的裝配圖，包括碟形蓋，鉤圈法蘭和浮動管板，由于浮動管板要與管子脹接后從殼體一端伸到另一端，因此管板的外直徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑，其主要尺寸如下：圖5 浮頭結(jié)構(gòu)浮動管板外直徑：浮動管板厚：浮頭法蘭外徑：（58）浮頭法蘭內(nèi)直徑：mm（59）碟形蓋內(nèi)半徑：（60）厚度：取15mm2.13補強圈在實際設(shè)計和制造中，并不是容器上所有的開孔都需要補強，按規(guī)定，當(dāng)殼體名義厚度大于12mm時，接管Dg>80

23、mm就必須加開孔補強， 當(dāng)殼體名義厚度小于或等于12mm時，接管Dg>50mm就必須加開孔補強，。因此，對于Dg100的管箱接管和Dg150的殼體接管都必須進(jìn)行開孔補強。在補強圈標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了補強圈的尺寸，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸Dg100的接管補強圈外直徑D0=210mm，Dg150的接管補強圈外直徑D0=300mm。補強圈的厚度可通過等面積補強法進(jìn)行計算。這里不作具體計算，設(shè)定補強圈的厚度均為15mm。在后面用ANSYS進(jìn)行強度校核時再對補強圈的厚度進(jìn)行優(yōu)化計算。2.14法蘭2.14.1法蘭密封面的型式壓力容器和管道法蘭聯(lián)接中，常用的密封面型式有以下三種。1.平面型密封面密封表面是一個突出的光滑平面

24、（又稱突平面）。這種密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。但螺栓上緊后，墊圈材料容易往兩側(cè)伸展，不易壓緊，用于所需壓緊力不高且介質(zhì)無毒的場合。2.凹凸型密封面它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側(cè)有擋臺，墊圈不會擠出來。3.榫槽型密封面密封面是由一個榫和一個槽所組成，在墊圈放在槽內(nèi)。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包墊圈，易獲得良好的密封效果。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質(zhì)。密封面的凸面部分容易破壞，運輸與裝拆時都應(yīng)注意。在選取密封面時綜合考慮介質(zhì)因素和裝拆的因素，殼體法蘭均采用凹凸面型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭

25、采用凹凸型密封面。2.14.2殼體法蘭殼體接管采用平頸對焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時，不能只按標(biāo)準(zhǔn)選取。如圖6為殼體與浮頭箱的對接法蘭，DN=800mm的是按標(biāo)準(zhǔn)選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位置來設(shè)計其尺寸的，圖6 凹凸面密封法蘭大致尺寸如下:DN=800mm的法蘭，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，=48mm，1=16倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。DN=700mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm

26、， h=35mm， =46mm，1=16，倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。其它的法蘭裝配尺寸見三維實體圖。2.14.3接管法蘭管箱接管采用平頸對焊法蘭，如圖示：圖6 接管法蘭設(shè)計尺寸按化工機械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，其尺寸大致如下：管箱接管：DN=100 PN=2.5MPa時：N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法蘭厚度C=24mm螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個殼體接管：DN=150 PN=1.6MPa時：N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法蘭厚度C=22m

27、m，螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個另外，對焊時法蘭要在頸部開坡口。2.15支座臥式設(shè)備一般采用兩個鞍座。這是因為基礎(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個支座，將會造成支座反力分布不均勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大，因此采用兩個支座。采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個螺母鎖緊。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。如圖示：圖6 鞍式支座其主要尺寸為：h=200mm；l1=640mm；b1=150mm； =10mm； =8mm；l3=350mm；b3=120mm； =8mm；弧

28、長830mm；b4=200mm； =6mm；e=36mm；l2=460mm。支座的安放位置也有一定的標(biāo)準(zhǔn)，一般支座與殼體端面的距離A<0.2L，L為殼體的長度。3 強度校核3.1管箱的強度校核及優(yōu)化在管程設(shè)計溫度t=200下查得16MnR的許用應(yīng)力t=170MPa。用ANSYS進(jìn)行強度分析，首先按初步設(shè)計的結(jié)構(gòu)建立模型，由于隔板兩邊的壓強差不大，因此在建模時不作考慮，只對外殼進(jìn)行分析（建模時封頭頂端開口是為了劃分網(wǎng)格以及計算的方便，不影響最終結(jié)果），分析結(jié)果如下：結(jié)果云圖分析及優(yōu)化1MNMXXYZ .07797519.63139.18558.73878.29197.845117.3981

29、36.951156.505176.058NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.351495SMN =.077975SMX =176.058最大應(yīng)力為176.058MPa，大于其許用應(yīng)力，出現(xiàn)在管箱接管與殼體相接的地方。說明=15mm的補強還不夠?？杉雍裱a強圈的厚度。1MNMXXYZ .06274519.00637.94956.89275.83594.778113.721132.664151.607170.55NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.351466SMN =.06274

30、5SMX =170.55將補強圈的厚度增加到20mm最大應(yīng)力為170.55MPa，大于許用應(yīng)力，最大應(yīng)力仍出現(xiàn)在管箱接管與殼體相接的地方，但最大應(yīng)力已經(jīng)不是很大，因此，下一次增加加強圈厚度不應(yīng)太大。1MNMXXYZ .0636618.72337.38156.0474.69993.358112.017130.676149.335167.993NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.35145SMN =.06366SMX =167.993將補強圈厚度增加到22mm最大應(yīng)力為167.993MPa，另外，筒體與封頭相接的地方應(yīng)力不算太集中，因此符

31、合要求。 3.2殼體的強度校核及優(yōu)化在殼程設(shè)計溫度t=220下查得16MnR的許用應(yīng)力t=167MPa。首先簡化模型，在殼體內(nèi)只有接管處會應(yīng)力集中，接管的位置也會影響殼體的應(yīng)力分布，而法蘭上的應(yīng)力一般不會很大，因此，只用建立接管處的模型，分析結(jié)果如下：結(jié)果云圖分析及優(yōu)化1MNMXXYZ .54998523.93847.32670.71594.103117.491140.879164.267187.655211.044NODAL SOLUTIONSUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =2.298SMN =.549985SMX =211.044最大應(yīng)力為211.044MPa，出現(xiàn)在管

32、箱接管與殼體相接的地方。由于最大應(yīng)力比許用應(yīng)力大很多，原因是殼體接管的管徑較大，接管處應(yīng)力比較集中，即使增加加強圈厚度，也很難使最大應(yīng)力值降到許用應(yīng)力之下，因此考慮增加殼體的厚度。1MNMXXYZ .90888120.57540.24159.90879.57499.24118.906138.572158.239177.905NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =25.311SMN =.908881SMX =177.905將殼體厚度加到12mm，加強圈厚度加到20mm。最大應(yīng)力為177.905MPa。仍高于敘用應(yīng)力，還要適當(dāng)調(diào)整殼體壁厚以及

33、加強圈的厚度。1MNMXXYZ 1.85220.02538.19856.37174.54492.717110.89129.062147.235165.408NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =9.77SMN =1.852SMX =165.408將殼體體厚度增加到13mm，加強圈厚度加到25mm。最大應(yīng)力為165.408MPa，符合要求。4 制造工藝及安裝4.1制造工藝4.1.1封頭的成形封頭的成形方法主要有沖壓成形，旋壓成形和爆炸成形，其中后面兩種方法適用大型封頭的成形，且爆炸成形對操作環(huán)境的要求比較高，因此，對于公稱直徑不是很大的封頭

34、通常都采用沖壓成形。按照沖壓前毛坯是否預(yù)先加熱又分為冷沖壓和熱沖壓，其選擇的主要依據(jù)如下：.材料的性能。對于常溫下塑性較好的材料，可采用冷沖壓；對于熱塑性較好的材料可采用熱沖壓。.依據(jù)毛坯的厚度與毛坯直徑D0之比即相對厚度/D0來選擇冷、熱沖壓（參見表1）表1 冷沖壓和熱沖壓選擇依據(jù)沖壓狀態(tài)碳素鋼、低合金鋼合金鋼、不銹鋼冷沖壓/D0×1000.5/D0×1000.7熱沖壓/D0×1000.5/D0×1000.7根據(jù)以上依據(jù)，本設(shè)計中的封頭均采用熱沖壓成形。熱沖壓過程中，加熱溫度也應(yīng)根據(jù)不同的材料的性質(zhì)來選取，查常用封頭材料的加熱規(guī)范表，對于16MnR加熱

35、溫度應(yīng)1050，終壓溫度應(yīng)850。封頭的沖壓形成通常是在508000t的水壓機或油壓機上進(jìn)行。4.1.2筒節(jié)的彎卷成形管箱的筒體、殼體的筒體以及浮頭箱的筒體都是在卷板機上彎卷而成的。根據(jù)板材的材質(zhì)、厚度、彎曲半徑、卷板機的形式和卷板能力，實際生產(chǎn)中筒節(jié)的彎卷可分為冷卷和熱卷。由于熱卷可以防止冷加工硬化的產(chǎn)生、提高塑性和韌性，不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，管箱的筒體、殼體的筒體以及浮頭箱的筒體均選用熱卷成形。熱卷成形也要注意控制加熱溫度和加熱速度。常用的卷板機有三輥卷板機、四輥卷板機和立式卷板機。這里采用三輥卷板機，與其它類型卷板機相比，其結(jié)構(gòu)簡單價格便宜，應(yīng)用很普遍。選用的卷板機的主要參數(shù)見下表：表2 卷板機

36、規(guī)格規(guī)格最大板厚×最大寬度/mm上輥直徑/mm下輥直徑/mm下輥中心距/mm卷板速度/ms-1下輥升降速度/ms-1主電動機功率/kW下輥升降機功率/kW40×40005505306103.351008040×2卷板機可卷制的最小筒直徑Dmin=650mm。4.1.3其它其它零部件的制造和加工均按圖紙要求，在此不一一列舉。4.2安裝與拆卸設(shè)計中要考慮到安裝問題，各零部件的結(jié)構(gòu)不能影響整個裝配體的安裝，對于浮頭式換熱器，設(shè)計的初衷是可以拆下管束進(jìn)行清洗。因此也要考慮到拆卸的問題，其安裝步驟可概述如下：第一步：焊接部件 將所有的焊接部件進(jìn)行焊接，包括管箱，殼體，浮頭箱

37、，碟形蓋，支座等；第二步：安放折流板 將拉桿的一個螺紋端擰入固定管板的螺紋孔，6根拉桿都裝好，然后每套入一組定距桿再裝一組折流板，依次把折流板裝在拉桿上，直到最后兩塊折流板裝上后用螺母套在拉桿的另一個螺紋端擰緊固定；第三步：安裝管子將管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上進(jìn)行脹接。另一端裝上浮動管板并進(jìn)行脹接；第四步：安裝殼程隔板 先將殼程隔板兩側(cè)的偏心桿機構(gòu)裝好，將殼程隔板從管束側(cè)面裝入并將一頭插入固定管板上安裝隔板的槽中；圖7 安裝示意圖第五步：安裝殼體 將焊接好的殼體從浮動管板的那一端套入，使之前裝好的組件（如圖7示）完全裝入殼體內(nèi)，在殼程隔板的伸出端扭動偏心桿的搖柄使隔板兩側(cè)的密封填料擠緊，從而達(dá)到殼程的分程密封；第六步：安裝管箱 在固定管板端接已焊接好的管箱，將管箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接。在浮頭端裝上鉤圈法蘭和碟形蓋，（鉤圈法蘭由兩個半圓形構(gòu)成，使其安裝方便）用雙頭螺柱連接；第七步：安裝浮頭箱 將浮頭箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接；第八步：安裝支座 將支座焊接到殼體上。如果要拆下管束進(jìn)行清洗，將第四、五、六步反過來操作即可。折流板是不能拆下的。5 Solidworks繪出的實體模型參考文獻(xiàn)總結(jié)通過六個月的辛苦努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于圓滿完成。雖然做的過程很辛苦，但是看