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（毕业设计全套）浮头式换热器设计（打包下载）

之后对有些部件用公式进行了强度校核并进行对其优化设计。由于时间和资料有限，本人的认识也不够全面，在设计过程中可能还存在许多问题，望老师们给予批评和指正。热力计算水进口温度水出口温度水工作压力.油进口温度油出口温度油工作压力.壳体内径管箱内径换热管规格∅定性温度和物性参数计算水的定性温度水的密度水的比热.水的导热系数.水的粘度.水的柏朗特数.油柴油的定性温度油的密度油的比热.油的导热系数.油的粘度.油的柏朗特数.初选结构管排列方式正方形管子外径.管子内径.取.管长管间距取.壳体内径.管束中心排管数由公式得.取总管子数由得.取选型采用型即双壳程四管程。.管程换热计算及流量计算试选传热系数查表传热面积由得.逆流平均温差参数温差校正系数按壳程管程查表得有效平均温差设计传热量换热效率取η.油流量水流量管程流通截面按管程管程流速管程雷诺数管程换热系数.壳程换热计算折流板的设计纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板弓形折流板弓高折流板间距壳程流通截面壳程流速壳程量流速壳程当量直径壳程雷诺数切去弓形面积所占比例查图得壳程传热因子查图得管外壁温度假定后再复核，设壁温下的粘度粘度修正系数壳程换热系数.传热系数水侧污垢热阻油侧污垢热阻管壁热阻忽略总传热热阻传热系数传热系数的比值合适管外壁热流密度管外壁温度.误差校核误差不太大，不再重算。.管程压降壁温.壁温下水的粘度管程摩擦系数查表得管子沿程压降回弯压降进出口管处质量流速进出管口处压降管程结垢校正系数根据及得管程压降.壳程压降当量直径雷诺数壳程摩擦系数查表得管束压降管嘴处质量流量进出口管压降导流板阻力系数取导流板压降壳程结垢修正系数查表取壳程压降.压强校核管程工作压力.，查表得壳程工作压力.，查表得压强校核符合要求符合要求结构设计.换热流程设计采用壳程管程的型换热器。由于换热器尺寸不大，可以用台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。管程的分程隔板采用丁字型结构如图所示，其主要优点是布管紧密。图丁字形隔板.管子和传热面积换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，般采用优质碳钢，以保证管子质量，般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用号钢和号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢钢铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管聚四氟乙烯管等。由于水油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择号钢的无缝钢管。根据设计要求采用的无缝钢管管子总数为根。其传热面积为.管子排列方式管子在管板上的排列方式，应力求均布紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种等边三角形。其边与流向垂直，是最常用的形式。与正方形排列相比传热系数高，可节省的管板面积。适用于不生污垢或可用化学清洗污垢以及允许压降较高的工况转角三角形。三角形的边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器同心圆排列。用于小壳径换热器时比正三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。对于多管程换热器常采用组合排列法，每程均属正三角形排列，而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图示。十字形的走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题，共有个管孔，其中个孔为安装拉杆用。图管子排列.壳体壳体材料除要满足定的强度外，由于制造过程中经过卷板冲压和焊接，故要求材料有定的塑性和可焊性，般采用含碳量较低的等，现选用钢。壳体内径壳体壁厚为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为，则。根据碳钢板许用应力，表查得为焊缝系数，取.，为工作压力，等于.则实取，之后要用有限元分析软件进行强度校核。.管箱.封头根据压力容器设计规范采用材质为的标准椭圆封头，在满足强度要求的情况下，其壁厚可用以下公式计算已知管程设计温度为，则。根据碳钢板许用应力，表查得.。就必须加开孔补强，当壳体名义厚度小于或等于时，接管就必须加开孔补强，。因此，对于的管箱接管和的壳体接管都必须进行开孔补强。在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸的接管补强圈外直径，的接管补强圈外直径。补强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。这里不作具体计算，设定补强圈的厚度均为。在后面用公式进行强度校核时再对补强圈的厚度进行优化计算。.法兰法兰密封面的型式压力容器和管道法兰联接中，常用的密封面型式有以下三种。.平面型密封面密封表面是个突出的光滑平面又称突平面。这种密封面结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。.凹凸型密封面它是由个凸面和个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。.榫槽型密封面密封面是由个榫和个槽所组成，在垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式金属包垫圈，易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃易爆有毒介质。密封面的凸面部分容易破坏，运输与装拆时都应注意。在选取密封面时综合考虑介质因素和装拆的因素，壳体法兰均采用凹凸面型密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。壳体法兰壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱壳体浮头箱直径都不样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图为壳体与浮头箱的对接法兰，的是按标准选取的，而的法兰是按法兰螺栓孔的位置来设计其尺寸的，图凹凸面密封法兰大致尺寸如下的法兰倒圆角，螺柱孔径，配的双头螺柱。的法兰倒圆角，螺柱孔径，配的双头螺柱。其它的法兰装配尺寸见三维实体图。接管法兰管箱接管采用平颈对焊法兰，如图示图接管法兰设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下管箱接管.时法兰厚度螺栓孔直径，配的螺栓个壳体接管.时，.，法兰厚度，螺栓孔直径，配的螺栓个另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。.支座卧式设备般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不致，如果使用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座。采用双支座时，个鞍座为固定支座，地脚螺栓为圆孔另个鞍座为活动支座，地脚螺栓为长圆孔，配合两个螺母，第个螺母拧紧后，倒退圈，然后再用第二个螺母锁紧。这样，可以使设备在温度变化是自由伸缩。如图示图鞍式支座其主要尺寸为弧长。支座的安放位置也有定的标准，般支座与壳体端面的距离.，为壳体的长度。强度校核.管箱的强度校核及优化在管程设计温度下查得的许用应力。用进行强度分析，首先按初步设计的结构建立模型，由于隔板两边的压强差不大，因此在建模时不作考虑，只对外壳进行分析建模时封头顶端开口是为了划分网格以及计算的方便，不影响最终结果，分析结果如下结果云图分析及优化最大应力为.，大于其许用应力，出现在管箱接管与壳体相接的地方。说明的补强还不够。可加厚补强圈的厚度。将补强圈的厚度增加到最大应力为.，大于许用应力，最大应力仍出现在管箱接管与壳体相接的地方，但最大应力已经不是很大，因此，下次增加加强圈厚度不应太大。将补强圈厚度增加到最大应力为.，另外，筒体与封头相接的地方应力不算太集中，因此符合要求。.壳体的强度校核及优化在壳程设计温度下查得的许用应力。首先简化模型，在壳体内只有接管处会应力集中，接管的位置也会影响壳体的应力分布，而法兰上的应力般不会很大，因此，只用建立接管处的模型，分析结果如下结果云图分析及优化最大应力为.，出现在管箱接管与壳体相接的地方。由于最大应力比许用应力大很多，原因是壳体接管的管径较大，接管处应力比较集中，即使增加加强圈厚度，也很难使最大应力值降到许用应力之下，因此考虑增加壳体的厚度。将壳体厚度加到，加强圈厚度加到。最大应力为.。仍高于叙用应力，还要适当调整壳体壁厚以及加强圈的厚度。将壳体体厚度增加到，加强圈厚度加到。最大应力为.，符合要求。制造工艺及安装.制造工艺封头的成形封头的成形方法主要有冲压成形，旋压成形和爆炸成形，其中后面两种方法适用大型封头的成形，且爆炸成形对操作环境的要求比较高，因此，对于公称直径不是很大的封头通常都采用冲压成形。按照冲压前毛坯是否预先加热又分为冷冲压和热冲压，其选择的主要依据如下.材料的性能。对于常温下塑性较好的材料，可采用冷冲压对于热塑性较好的材料可采用热冲压。.依据毛坯的厚度与毛坯直径之比即相对厚度来选择冷热冲压参见表表冷冲压和热冲压选择依据冲压状态碳素钢低合金钢合金钢不锈钢冷冲压热冲压根据以上依据，本设计中的封头均采用热冲压成形。热冲压过程中，加热温度也应根据不同的材料的性质来选取，查常用封头材料的加热规范表，对于加热温度应，终压温度应。封头的冲压形成通常是在的水压机或油压机上进行。筒节的弯卷成形管箱的筒体壳体的筒体以及浮头箱的筒体都是在卷板机上弯卷而成的。根据板材的材质厚度弯曲半径卷板机的形式和卷板能力，实际生产中筒节的弯卷可分为冷卷和热卷。由于热卷可以防止冷加工硬化的产生提高塑性和韧性，不产生内应力，管箱的筒体壳体的筒体以及浮头箱的筒体均选用热卷成形。热卷成形也要注意控制加热温度和加热速度。常用的卷板机有三辊卷板机四辊卷板机和立式卷板机。这里采用三辊卷板机，与其它类型卷板机相比，其结构简单价格便宜，应用很普遍。选用的卷板机的主要参数见下表表卷板机规格规格最大板厚最大宽度上辊直径下辊直径下辊中心距卷板速度•下辊升降速度•主电动机功率下辊升降机功率.卷板机可卷制的最小筒直径。其它其它零部件的制造和加工均按图纸要求，在此不列举。.安装与拆卸设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下第步焊接部件将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等第二步安放折流板将拉杆的个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔，根拉杆都装好，然后每套入组定距杆再装组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另个螺纹端拧紧固定第三步安装管子将管子沿折流板的孔根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另端装上浮动管板并进行胀接第四步安装壳程隔板先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将头插入固定管板上安装隔板的槽中图安装示意图第五步安装壳体将焊接好的壳体从浮动管板的那端套入，使之前装好的组件如图示完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封第六步安装管箱在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便用双头螺柱连接第七步安装浮头箱将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接第八步安装支座将支座焊接到壳体上。如果要拆下管束进行清洗，将第四五六步反过来操作即可。折流板是不能拆下的。二维模型图二维模型图总结通过两个月的辛苦努力，我的毕业设计终于圆满完成。虽然做的过程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作为大学三年的最后道大作业毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，收获很大。具体表现在以下几个方面