毕业设计通用：固定管板式换热器设计任务书

1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011固定管板换热器设计计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.75MPa设计压力 0.36MPa设计温度 175设计温度 160壳程圆筒内径Di400 mm管箱圆筒内径Di400mm材料名称Q245R材料名称S30408 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算管箱法兰校核计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简

2、图计算压力 Pc 0.36MPa设计温度 t 160.00° C内径 Di 400.00mm材料 S30408 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 135.60MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.63mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 11.11Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.4546 (或由用户输

3、入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 23.03 MPa校核条件 sT£ sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.67715MPa设计温度下计算应力 st = = 15.50MPastf 115.26MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度4.50mm,合格前端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.36MPa设计温度 t 16

4、0.00° C内径 Di 400.00mm曲面深度 hi 100.00mm材料 S30408 (板材)设计温度许用应力 st 135.60MPa试验温度许用应力 s 137.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.4546 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 48.76MPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = =

5、1.0000计算厚度 dh = = 0.63mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 2.20mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 3.50mm结论 满足最小厚度要求重量 5.58 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.26438MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.36MPa设计温度 t 160.00° C内径 Di 400.00mm材料 S30408 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力

6、st 135.60MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.63mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 3.70mm名义厚度 dn = 5.00mm重量 9.24Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.4546 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 29.18 MPa校核条件 sT£ sT校核结果

7、合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.11277MPa设计温度下计算应力 st = = 19.64MPastf 115.26MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度4.50mm,合格后端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.36MPa设计温度 t 160.00° C内径 Di 400.00mm曲面深度 hi 100.00mm材料 S30408 (板材)设计温度许用应力 st 135.60MPa试验温度许用应力 s 137.00MPa

8、钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.4546 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 48.76MPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 0.63mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 2.20mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 3.50mm结论 满足最小厚

9、度要求重量 5.58 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.26438MPa结论 合格内压圆筒校核计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.75MPa设计温度 t 175.00° C内径 Di 400.00mm材料 Q245R ( 板材 )试验温度许用应力 s 148.00MPa设计温度许用应力 st 135.50MPa试验温度下屈服点 ss 245.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.31mm有

10、效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 11.11Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.0240 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 220.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 51.87 MPa校核条件 sT£ sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.67518MPa设计温度下计算应力 st = = 32.29MPastf 115.18MPa校核条件stf st结论 合格延长部分兼作法兰固定式管

11、板 设计单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.75MPa设计温度 Ts 175平均金属温度 ts0装配温度 to15壳材料名称Q245R设计温度下许用应力st135.5Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.023e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 400mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds6mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse4.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.845e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.257e+05mm2壳程圆筒金属横截面积

12、 As=pds ( Di+ds )5976mm2管设计压力pt0.36MPa箱设计温度Tt160圆材料名称S30408筒设计温度下弹性模量 Eh1.95e+05MPa管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh6mm管箱圆筒有效厚度dhe4.7mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.934e+05MPa材料名称S30408换管子平均温度 tt0设计温度下管子材料许用应力 stt113.5MPa设计温度下管子材料屈服应力sst150MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.845e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.963e+05MPa平均金属温度下管子材料

13、热膨胀系数at1.628e-05mm/mm管管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n195换热管中心距 S25mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L1500mm管子有效长度(两管板内侧间距) L11464mm管束模数 Kt = Et na/LDi6983MPa管子回转半径 6.052mm热管子受压失稳当量长度 lcr500mm系数Cr =155.8比值 lcr /i82.62管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 55.12MPa材料名称S30408设计温度 tp175管设计温度下许用应力99.5MPa设计温度下弹性模量 Ep1.845e+0

14、5MPa管板腐蚀裕量 C2 0mm管板输入厚度dn18mm管板计算厚度 d17.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管子加强系数 K = 6.6管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q56.75MPa管材料名称Q245R管箱法兰厚度 30mm法兰外径 515mm箱基本法兰力矩 1.975e+06N×mm管程压力操作工况下法兰力 1.922e+06N×mm法兰宽度 57.5mm法比值0.01175比值0.075系数(按dh/Di ,df”/Di

15、 , 查<<GB151-1999>>图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151-1999>>图 26) 0.0007292旋转刚度 25.52MPa材料名称S30408壳壳体法兰厚度18mm法兰外径 515mm体法兰宽度 57.5mm比值 0.01175法比值0.045系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图26 0.0004878旋转刚度 1

16、1.04MPa法兰外径与内径之比 1.288壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB1502011>>表7-9) 7.826旋转刚度无量纲参数 0.001242膨胀节总体轴向刚度 0N/mm管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图 27) 0.2373系系数 29.13系数(按查<<GB15198>>图 29) 4.142换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 3.382数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b)2.476

17、系数（带膨胀节时代替Q） 0.002404计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.003369法兰力矩折减系数 0.2693管板边缘力矩变化系数 1.425算法兰力矩变化系数 0.6163管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 27.038e+04mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.055e+05mm2数管板布管区当量直径 366.6mm系数 0.56系系数 0.296数系数 5.095计系数(带膨胀节时代替Q) 7.629算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9165管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.5513仅有壳程压力P

18、s作用下的危险组合工况 (Pt = 0)不计温差应力计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.0-8.28e-05 当量压力组合 0.750.75MPa 有效压力组合 3.821-0.9901MPa基本法兰力矩系数 0.01836-0.07088 管板边缘力矩系数0.02179-0.06745管板边缘剪力系数 0.6347-1.965管板总弯矩系数 1.1074.797系数仅用于 时0.20240.8774系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）0.3371.947系数 > 0 ,=, < 0 , =0.3371.947

19、管板径向应力系数带膨胀节Q为Q= 0.0183-0.06242管板布管区周边处径向应力系数 =0.02749-0.07033管板布管区周边处剪切应力系数 =0.05431-0.03206壳体法兰力矩系数0.003464-0.02057计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 50.021.5 149.244.193 298.5 MPa管板布管区周边处径向应力40.861.5 149.238.733 298.5 MPa管板布管区周边剪切应力6.0180.5 49.750.92041.5 149.2MPa壳体法兰应力 22.51.5 149.234.623 298.5 MPa换热管轴向应力 -0.8

20、896113.555.127.333 340.555.12MPa壳程圆筒轴向应力 9.777115.21.495345.5MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =0.5306q56.754.3723q焊接 q胀接170.2MPa仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况 (Ps = 0)不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.0-8.28e-05 当量压力组合 -0.4665-0.4665MPa 有效压力组合 -2.747-7.558MPa操作情况下法兰力矩系数-0.02486-0.009034管板边缘力矩系数 -0.02486-0.009034管板边缘剪力

21、系数 -0.7241-0.2631管板总弯矩系数 -5.639-0.5623系数仅用于 时1.0310.1028系数 当 时,按K和m 查图31（a）实线当 时,按K和m 查31（b)2.6270.4546系数 >0, =; <0 ,=2.6270.4546管板径向应力系数带膨胀节Q为Q =0.024090.01113管板布管区周边处径向应力系数=-0.02364-0.006295管板布管区周边处剪切应力系数 = 0.0091670.02448壳体法兰力矩系数 -0.009099-0.004837计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 47.31.5 149.260.153 298

22、.5 MPa管板布管区周边处径向应力 42.141.5149.249.23298.5 MPa管板布管区周边剪切应力-0.73010.5 49.75-5.3661.5 149.2MPa壳体法兰应力42.481.5 149.262.143 298.5 MPa换热管轴向应力 6.553113.555.1215.53 340.555.12MPa壳 程圆筒轴向应力 6.384115.2-1.147345.5MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =3.909q56.759.2463q焊接q胀接170.2MPa计算结果管板名义厚度18mm管板校核通过换热管内压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条

23、件换热管简图计算压力 Pc 0.36MPa设计温度 t 175.00° C内径 Di 15.00mm材料 S30408 ( 管材 )试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 113.50MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.02mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度 dn = 2.00mm重量 1.26Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 26.70588MPa设计温度下计算应力 st = = 1.53MPastf 113.50MP

24、a校核条件stf st结论 换热管内压计算合格换热管外压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.75MPa设计温度 t 175.00° C内径 Di 15.00mm材料名称 S30408 (管材)试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 113.50MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = 0.24mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度 dn = 2.00mm外压计算长度 L L= 1500.00mm外径 Do

25、 Do= Di+2dn = 19.00mmL/Do 78.95Do/de 9.50A 值 A= 0.0138925B 值 B= 105.98重量 1.26 kg压力计算许用外压力 P= 18.47647MPa结论 换热管外压计算合格管箱法兰计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 条 件简 图设计压力 p0.360MPa计算压力 pc0.360MPa设计温度 t160.0° C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称S30408许用137.0MPa体应力 135.6MPa法材料名称Q245R许用148.0MPa兰应力131.2MPa材料名称35螺许用117.0MPa应力96.6MPa栓公称直径 dB16.0mm螺栓根径 d d13.8mm数量 n20个Di412.0Do515.0垫 结构尺寸Db480.0D外439.0 mmD内403.0l15.0图(a)结构DG取法兰与翻边接触面中心处,与垫片 位置无关图(b)结构b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 > 6.4mm DG= D外 - 2bb06.4mm b= b0DG423.8片b0 > 6.4mm b=2.53 b7.59压紧面形状1a,1b