釜式再沸器设计说明书

浙 江 大 学毕业设计题目：釜式换热器的设计学 院：系 别：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 主要技术参数的确定 52.2 釜式换热器的结构设计 5 5 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 15 15 163.2 封头 173.3 管板 183.4 堰板 194鞍座的设计 194.1 鞍座的选取 194.2 鞍座位置的设置 1919 204.2.3 A值的确定 204.3 力的计算 20 20 21 24 264.4 总合力计算 274.5 应力校核 29 30 31 314.6 结论 325三维实体造型设计325.1 软件介绍 325.2 主要零部件的造型设计 325.2.1 管箱封头的设计 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 43参考文献 4445谢辞附件 461 概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备, 是在化工、石油、石油化工、冶金等领域普遍应用的一种工艺设备，在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显着的经济效益。目前在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。在近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能，在提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显着成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。管壳式换热器虽然在换热效率、设备体积和金属材料的耗量等方面不如其他新型换热设备，但他又结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、适用范围广等优点，所以在各种工程中得到普遍使用。而本次毕业设计的题目就是有相变传热的釜式换热器，它也是管壳式换热器的一种，广泛应用于石油及化工领域，又称釜式再沸器。换热器作为节能设备之一，在国名经济中起到非常重要的作用。换热器的结构决定了换热器的性能，一种性能能否发挥其作用取决用设计着如何选择合理的结构，任何一个场合都有适应于这个特点的换热结构。要是传热效率提高、能耗下降、就必须了解换热器的机构特点，在这次设计中结构设计也就作为重点之一。设计题目在毕业实习之前就已确定，任务涵盖了两部分内容，一是设备设计部分；二是在设备设计的基础上进行三维实体辅助造型设计。设备设计包括总体结构设计和各个组成的结构设计以及强度设计，主要零部件的设计和选型以及校核。三维实体辅助造型设计是利用软件SolidWorks 来完成的，包括各个零部件的造型设计、装配体的设计和工程图的生成。工作任务是比较繁重的，在实习过程中，见到最多的是固定管板式换热器，却未见到釜式设备，对于釜式换热器的局部结构始终无法想象，关于釜式换热器的介绍资料在图书馆的资料库里，找到的不多。在经过多次考虑和导师的探讨，才对它的总体结构确定了下来，然而解决后新的问题又摆在面前，在过去的学习中，并未对SolidWorks 做深入的学习和应用，当要系统的完成一个完全有自己设计的设备建模时遇到了太多的问题，每个功能的应用和实现过程有时需要摸索很多次，而且往往会在建模时会发现设计的合理性出问题，对前面的设计计算进行反复的修改，直到最后完成工程图的生成，才完成了设备的全部设计，可以说，每一步都紧密联系在一起，相互制约着。但同时也让我体会到设计者和制造者之间的矛盾和联系，设计者有时是无法注意到制造问题的，而SolidWorks 可以让设计者先对自己的设计做一个检验。通过本次设计使我对所学的专业知识有了更深刻地认识，并从中学到了很多课本上无法得到的东西，通过自身的努力和学习，通过导师的细心指导，使我不仅在知识水平上和解决实际问题的能力上有了很大的提高，而且深刻体会到要把所学的知识理论变成可实际应用的设备时，所面对的种种难题，认识到提高运用知识，解决实际问题的能力的重要性，由于时间仓促和经验不足，难免存在很多问题，敬请各位老师指导！2 设计计算2.1 主要工艺参数的确定壳程管程介 质水、水蒸气再生气设计压力MPa0.43.2设计温度 210340换热面积m2260接管规格：再生气进口DN300；再生气出口 DN300水 进 口 DN300 ； 水出口 DN300蒸汽出口 DN4002.2 釜式换热器的结构设计选择了比较带蒸发空间的传统的结构形式， 由管箱、 小端壳体， 斜锥壳体， 大端壳体、管板、法兰、换热管等零部件组成。如图2 1 所示图 211) 换热管a) 换热管的形式换热管形式有光管、各种翅片管、螺纹管、异形管等。光管是作为管壳式换热器的传统形式， 当前应用非常普遍， 廉价， 易于制造、 安装、 检修、 清洗方便。随着节约材料，节约能源的强化传热技术研究的发展，光管不断受到冲击，但是依据本设计的技术参数和考虑制造成本，依然选用光管。b）管径 采用标准管径的换热管。小管径可使单位体积的传热面积增大，结构紧凑, 金属耗量减少，传热系数提高。将同直径换热器的换热管有25改为19使换热面积可增加40%£右，节约金属20%；上，但小管径流体阻力大，不便清洗，易 结垢，堵塞。一般大直径管子用于粘性大或污浊的流体，而再生气成分未定，选 用25 nlm X 2.5加的无缝钢管。c）管长 管子过长清洗安装均不方便。一般取 6m以下，对于卧式设备，管长与壳 径之比应在6-10范围内，本设计采用标准管长 6m od）管材选用20号钢。e）管束确定估算单根换热管面积A 4A 单根换热管的面积褶 d 一无缝钢管直径mmt 一无缝钢管壁厚mm所需的换热管数n=FAF 一要求工艺换热面积nf, F=260 m225 nm X 2.5 mm的换热管的拉杆至少需要 6根，故所需换热管管数至多608根。2）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，避免冷热流体混合，并同时受管程压力、壳程压力和温度的作用。a）管板材料在选择管板材料时除考虑力学性能外还应考虑管程和壳程流体的腐 蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响，由于此设计中的再生气主 要成分为二氧化碳,选用一般压力容器用钢 16MnRb）列管形式排布 考虑到管外是水易清洗，采用正六边形排列。换热管中心距要保 证管子与管板连接时，相邻两管间的净空距离有足够的强度和宽度，一般不小于 1.2倍的换热管外径，因此换热管的中心距选标准S=32mm。管板上排列管子的根 数六角形14层，实际可排721根，对角线上的管数N=29不计弓形部分可排管 子总数为631根。c）管板与壳体和管箱的连接管板与壳体的连接形式分为两类：一种是可拆式，一种是不可拆式。对于釜式换热器特殊的结构形式，考虑维修方便，以及再生气的腐蚀性并不大，气密性要求不高，管板不做法兰设计中采用如图3 1 所示的连接形式：图 21 加紧式连接d) 换热管与管板的连接形式换热管与换热管的连接在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分，它不仅给加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备运行中，保证无泄漏及能承受介质压力。从制造工况以及经济等方面考虑，我选用了强度焊。3) 管箱 管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到各换热管内，和把管内流体汇集在一起送出换热器，在多管程换热器中，管箱还起到改变介质的流向的作用，由于我采用的釜式换热器的特殊结构形式，我选用封头管箱，并用两程，隔板尺及结构见图33。但是由于采用了 2程分程，隔板槽两侧管心距至少取44 mm。图 23 分程隔板2.2.3 换热器壳程设计课程内主要由壳体、折流板、支撑板、拉杆、定距管、滑板等结构组成。1) 壳体结构见设计图纸。2) 折流板 折流板的作用是为了提高壳程流体流速，迫使流体按规定的路径多次横向流过管束，增加湍动程度，以提高管间对流传热效率。而对于釜式换热器，折流板即起着流作用又起支撑作用。由于弓形折流板中，流体只经过圆缺部分而垂直流过管束，流动中死区较少，所以较为优越，结构也简单。弓形折流板的圆缺率为 25% 左右。折流板的缺口应尽量靠近管排，此采用上下方向排列，可造成流体剧烈扰动，以增大传热系数。弓形折流板的间距一般不应小于壳体内径的20%,且不小50 mm,并相邻两块折流板间距不得大于壳体内径。由于换热管总长为6000mm,去折流板间距为750mm, 可以计算需要7 块折流板。 折流板的安装固定时通过拉杆和定距管来实现的， 每一根拉杆的最后一块折流板是与拉杆焊接的。其缺口的弦高取0.3 倍的圆筒内径，h=300mmo对于卧式换热器，为在停车时排进课程内残留也和在换热过程中伴随有 气相的产生，则在折流板顶和底部需设置缺口，其角度为90°,高度为1520nlm,共排除换热器内残留也和气体用。 折流板的厚度是根据换热器直径和换热管无支撑跨距来实现的，由2表35查得折流板的最小厚度为10 mm。它的名义外径为DN 6=99400.8 叽3) 拉杆 拉杆常用形式有两种：一种为拉杆和折流板焊接形式，一般用于换热管外径小于或等于14 mm的管束；另一种为拉杆定居管结构形式，用于换热管外径大于或等于18 mm的管束。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，再不管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，拉杆直径选用16mm 。4) 滑板 用来支撑折流板，并在安装时起到导轨和滑轨的作用，便于安装和拆卸，并在设备工作时防止由于介质的冲击引起的震动和浮动，它的长度定为5000mm,有两根组成。材料选用 Q235 AF 。2.3 元件的强度设计3换热器是由客体、管箱、封头、官板、法兰、换热管等受力元件组成，各元件都需要进行强度设计计算，以确保在运行时安全可靠。由于官板受力情况复杂，影响管板强度的因素很多，有管内外压力，温度生产的应力，法兰力矩和换热管的支撑力等的影响，故正确地进行管板分析计算是比较复杂的，在此由于时间的关系，不予校核设计。2.3.1 壳体1) 小端壳体直径的计算给予管板相连接的壳体，因此其厚度应根据壳体内径应等于或大于管板布管最大圆的直径，所以从管板直径的计算可以确定壳体的内径。D壳体计算内径，加叫S管心距，mm；b 最外层的六角形对角线上的管数， b=29；e 六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取e (1 1.5)d0 。但根据圆筒的内径标准系列，只能取Di 1000mm 。2) 大端壳体直径的确定釜式换热器是需要在壳体的上部设置适当的蒸发空间， 同时兼有蒸汽室的作用。页面的最低位置应比价热管的最上部表面高约50 mm,且大端直径和小段直径之比为1.52倍，锥形过渡段为30°。因此去大端直径为2倍于小端直径，即为Dii=2000mmo则由此可以得到斜锥的长度为li ctg30o 1000 1732mm3) 壳体的壁厚根据工艺条件可知， 本设计的釜式换热器属于中低压容器， 选用压力容器常用钢16MnR壳体的计算厚度一计算厚度，加叫Pc 一计算压力，取设计压力0.4 MPa；Di 圆筒内径，mm；一 需用应力， MPa,由于 200c 时t=170MPa , 250c时=156MPa ,用试差法计算在 210c是t =176.4 MPa ;一焊缝系数，=0.850.4 2000n 2 167.4 0.85 0.4=2.8 mm16MnR的负偏差为 Ci=0,取腐蚀余量 C2 =2 mm,因此钢板的名义厚度可取n Ci C25mm。但作为大端直径为2000 nlm的圆筒的最小厚度为n =14mm,小端直径为1000nlm的圆筒的最小厚度为n=10mmo为制造方便和考虑经济成本小端和大端直径以及斜锥壳都取n =14 mm进行水压实验校核：即/TPTD- 0< 0.92 e一要求工艺换热面积ItfD 壳体计算内径，mm;S管心距，mm；b最外层的六角形对角线上的管数，b=29;e六角形最外层管中心到壳体内壁距离，一般取 e (11.5)d0一计算厚度，加叫Pc 一计算压力，取设计压力0.4 MPa；Di 圆筒内径，mm；t需用应力，MPa ,由一有效厚度，加明s 一 屈服应力，s=340MPa；Ph egh=1X9.81 X 2000=0.01962 MPa 'Pt=Pt PH =0.51962 MPa0.519622000 122 12=50.22 MPa0.9 s=0.9 X0.85 X 340=260.1 MPaT< 0.9 s,由此可知筒体厚度取14 nlm完全符合要求4）管箱厚度计算2由于管箱受到的压力与壳体受到的压力不同，但选用了封头管箱, 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 一 计算压力，取设计压力，Pc=3.2 MPat 需用应力，340 时 t =136.4 MPa；焊缝系数，=1=11.79 mm3.2 10002 136.4 1 0.5 3.214 mm0取腐蚀余量为2mm, 16MnR勺负偏差为0,因此可取其名义厚度为2.3.2 开孔补强设计计算56开孔补强设计就是适当增加壳体或接管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则的等面积布强圈，主要用于补强圈结构的布强设计计 算。规定不需要另行补强的接管外径要小于或等于 89 mm,故5个孔都需补强。1） 再生气进出口（ DN300a）开孔所需最小补强面积A对于受内压的圆筒，所需的补强面积一开孔削弱所需要的补强面积，mm2;d 一开孔直径，圆形孔等于接管内径加2倍，厚度附加量,d =325+0=325mm；一壳体开孔处的计算厚度，加叫一 接管的有效厚度，et= - C =14-2 =12 mm；tfr 一强度削弱系数，fr ,即设计温度下接管材料与壳体材料需用应力之比，当fr>1.0时，就取fr=1.0ob =136.4 MPa ,t=92MPa ,故取 fr=1.0oA=325 X 11.79 +2 X11.79 X 12 (1 1) =3831.75 mmb)有效补强范围i. 有效宽度B取二者中最大值 B=2dB=d+2n 2 nt式中 B补强有效宽度，加叫n壳体开孔处名义厚度，加叫nt一接管名义厚度，加叫B=2X 325=650 mmB=325+2X 14+2 X 14=381 mm故B=650mm0ii. 有效厚度外侧有效高度去式中较小值hi接管实际外伸高度=300 mm故h尸67 nm。内侧有效高度h2取式中较小值h2=接管实际内伸图度=0故h2=0oiii. 有效补强面积壳体多余金属面积=(650-325) (12-11.79 ) -0=68.25 mm2接管多余面积A接管计算厚度=2 X 67.45 (12-5.38 ) 10+0=893.0mm2补强区焊缝面积A3焊脚取6.0 mm 12A =2X x 6.0 x 6.0=36 mm 22则从 A1A2 A3 68.25 89.30 36 997.25mmiv. 所需另行补强的面积故需另行补强，采用补强圈补强。c)补强圈的设计补强圈外径D应不大于有效宽度 B=650mmo取外径D=550nim,公称直径DN300 内径d=329的补强圈。补强圈的厚度'=A4一 D d=2834.5+ (550-329)=12.8mm考虑钢板的厚度萩皮偏差并经圆整，实取补强圈的厚度为14 mm,其质量为16.8kg。2) 水蒸气出口( DN400允许不另补强的最大接管外径为89mm,故本开孔需要另行考虑其补强。a)开孔所需的补强面AA=d 2 et 1 fr=0.82r 123fr=150.4A=402X 2.8+2 X 2.8 X 12 X (1-0.82 )=1125.6+22.176 =1147.776 mm2b）有效的补强范围有效宽度B取二者较大值B=2d=2 X402=804 mmB=d 2 n 2 nt 402 2 14 2 14 458mm外侧有效高度hi取二者较小值hi接管实际外伸高度=150 nlm故hi =75 mm 1。6.4MPa h2=0o内侧有效高度PN(804-402) (12-2.8 ) -2 (14-2) (12-2.8 ) (1-0.67 )2 mmC）有效补强面积Ae 壳侧多余金属面积A=3625.5接管多于金属面积APdi2 t P接管计算厚度0.4 4260.69mm=2=1136.66由于A A2 A2 123 1 0.42 mmX75X ( 12-0.69 ) X 0.67+0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7893.1 法兰的选用10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的确定 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，安装时易于对中，还能有效的防治垫片挤出压紧面， 并且利于密封，适用于PN 6.4MPa的压力容器。小段的管箱与管板及筒体的连接选用 如图3-1所示的法兰连接。材料选用16MnR。图3-1容器法兰DN =1000mm,D =1215 mm, Q235 AF D2=1110mm, D3=1097mm,=100 mm, H =175 mm, h =42 mm,尸28 nm,2 =32 mm, R =15 mm, d =33 mm, 对接筒体的最小厚度 0=14mm,螺栓选用48个M 30X 250,法兰质量为m =334.2 kg对于浮动端的管板与封头的连接选用了带法兰的球冠型封头，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33所示，材料选用20号钢。表3-1标准形式公称直径DN钢管外径Ai法兰外径D法兰厚度C螺孔直径K颈的直边高度Hi带颈对焊3003255152845018板式平焊300325440243950板式平焊400426540284950图32管法兰图33管法兰3.2 封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16MnR表32公称直径直边高度h。曲间图度hi容积V / m2壁厚质量m/ kg1000402500.162141362000405001.17314511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 兰的球冠封头是比较成熟的，但计算过程比较复杂，这里不再阐述，如图3-4所示，材料选用45号钢。图34带法兰球冠封头其中 Df =997mm,Db = 950 mm,Df =910mm,0i螺孔直径为26 mm,共用32个M 24 150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，避免冷热流体混合，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安全运行、节约材料，降低制造成本是至关重要的。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3 5和36。WOO图35固定01097管板图36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10mm,材料用Q235 Ao4鞍座的设计724.1 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/T4712-92,选取了轻型（A型）DN（10002000）, 120O包角带垫板的鞍式支座。材料选用 Q235 A F （鞍座专用钢材），垫板材料与筒体的 材料相同。对于同一型号的鞍式支座又有固定鞍座（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，若梁的全长为L,则当外伸端长度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较复杂，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 A<0.2L, A 值最大不超过0.25L。否则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 为封头切线至支座中心线之距离，L为封头切线之距离，止匕外，由于封头的抗弯刚度具有 局部加强的作用。若支座靠近封头，则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A0 0.5 % （ %为圆筒的平均半径，Rm R , n为圆筒的名义厚度，为了分析方便，设计中用圆筒的内半径R代替Rm）.4.2.2 设备总长的确定首先考虑换热管的长为L1=60000nim,而大端封头的长度为L2=540mm,水出口的直径为325mm,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L3 =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，以及容器法兰的厚度取L4 =740mm,与此取设备总长L L1 L2L3 L4 + =6000+540+650+740隹=8720.4.2.3 A值的确定4.3 力的计算4.3.1 重量产生的反力1)设备本身的质量mi511 136 2101212121097225614 22632470444595 6650 1.39 6 614 334.2 2857+3141.01+3956.75+5120.76+768.4=3767.08 kg其它附件的质量就取为m1的5%即设备的总质量为=(1+0.05) X 13767.08 kg=14455kg2）物料的质量 m2由于物料本身占到了设备截面弦高1000频处，其余空间均被气体充满，故只要 估算水的质量就可以了。=11027kg3）设备重量G设备操作时总质量m=14455+11027=25482kg=25482X 9.81=249978.42N4）支座的支反力F=1G21 =-249978.422=124989.21N4.3.2地震产生的力1）地震引起固定端鞍座横向推力FF2G一换热器总质量kg,Cs地震系数，Cs 0.5。=124989.21N2）地震引起滑动鞍座横向推力Fs21250mm,3）地震引起固定鞍座反力F：H一鞍座地班子换热管中心线的距离，加% HL一 两鞍座间的距离，L 4250。=36761.5N4）地震引起滑动鞍座的反力FS5=36761.5N5）地震引起固定鞍座测向推力FFSFf 一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Fs1Fs一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 MSM f 一重量引起固定鞍座处壳体轴向弯矩，N mm2000 14221007 mm3.15 107 N mm1.575 107N - mm8) 地震引起滑动鞍座处的弯矩M sSMFMs质量引起滑动鞍座处壳体轴向弯矩，Nmm, Ms9) 地震引起两鞍座间的弯矩M 1SMi 重量引起在两支座中间最大轴向弯矩，Nmm=4.6 107N mm=2.3 107 NI - mm10) 地震引起固定鞍座处测向弯矩M Fs1=62494.6 1250=8.04 107NI - mm11) 地震引起滑动鞍座处测向弯矩Mss1=62494.6 1250=8.04 107N mm1) 横向有效风载荷FLWWC 筒体有效宽度，WC =2028 mm；HC一 筒体有效高度，HC =2250 mm；q 当地有效风压，q=500N /mm2 。=2265.75N2) 侧向有效风载荷FHWLC一 设备有效长度，LC =8500 mm=7481.25N3) 风载引起固定鞍座出反力FFWFFW2 固定鞍座处横向风载力，FFW2= FLW=559.76NFS2 滑动鞍座处横向风载力，FSW2= FLW=599.76N 5)风载引起固定鞍座处侧向推力FFW16) 风载引起滑动鞍座处侧向推力FSW1B 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M FW18) 风载引起的滑动鞍座处侧向弯矩M SW14.3.4 热膨胀产生的力1) 热膨胀引起固定鞍座处横向推力FFH2 基础和活动鞍座底板之间的摩擦系数，对钢取=0.8 ，对润滑板 =0.1 。= 99991N2) 热膨胀引起活动鞍座处横向推力FSH2S2 =12498.9N3) 热膨胀引起固定鞍座处弯矩M FH=99991X1250=12.5107N mm4) 热膨胀引起活动鞍座处弯矩M SH=124989.9X 1250=1.6 107 N mm5) 热膨胀引起两鞍座间弯矩M 1H=124989.9X 1250=1.6 107N mm4.3.5 总合力计算1) 固定鞍座处最大反力FFC22 12=124989.213740.625=125045.21N=124989.212 62494.62,2 139742.2N取其中最大值，即FfC=139742.2N02）滑动鞍座处最大反力FsC取其中最大值，即F；=139742.2N。3）固定鞍座出有效壳体最大弯矩 M C取两者中最大值 即MC 3.5 107N mm。4）滑动鞍座处有效壳体最大弯矩M C取其中最大值 即M 5c =3.5 107N mm5）两鞍座处有效壳体最大弯矩M C取其中最大值 即M； 5.14 107N mm。4.4 应力校核4.4.1 轴向应力1）两鞍座间轴向应力最局点PR2 emCRTe最低点PR2 eM；R2 e一设计压力，Mpqe一有效厚度，e=12mm；Ri 内半径，近似取R =1000mm0210c 时,167.4MPa ,满足要求。2）鞍座截面处圆筒的轴向应力顶部PR M32 e Ki IR2 e底部PR2K2 R2 e“扁塌”现象引起的抗弯模量减少系数，而其中为鞍座的有效包角，1 360 580,则 Ki=0.107, K2 =0.192 012=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。封头与圆筒的材料相同，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1 k旦Ri ek2 一系数，k2 -=1.171 ；sin cos一弧度,;180 2 20一角度， 180 -；t=13.64Mpa0.80.8 t=0.8 义 167.4=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，一起校核。鞍座截面处圆筒最低点的周向应力5b一 鞍座宽度，b= 220 mmK5一周向压缩力系数，K5 0.76=22.64MPa即 5 t,因此计算满足要求。鞍座截面上鞍座包角处的周向应力K6一 周向弯矩系数，K6 =0.0528=99.97MPa即 3 1.25 t，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公司开发的三维机械CA取件，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 征进行动态修改，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 于在装配过程中进行了多次修改，但可能依然会存在很多不足的地方。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，至就部分零部 件的设计过程作以说明。其余将在答辩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,9.,金吕_中,），z* 选择所需的绘图工具，并联合添加/删除几何关系选项上生来绘制草图51。然后选I 择旋转特征I ,来完成封头绘制。图51为设计方便，将管箱的建模合并在一起进行，选择绘制草图的基准面绘制直径为1000加的圆，选择毕拉伸，在弹出的对话框中选择然后O选择方如图52所示。在基体上开孔，选择了它的右视基准面，绘制草图，选择向1和方向2,并选择完全贯穿。设置分程隔板时，选择了拉伸后在对话框里又选择了方向2拉伸到一面建立基准面绘制草图，用薄壁拉伸，如图55,接管的制作完成后，有选用图53图52图55有选用了镜像特征5.2.2 鞍座的设计：|：船四,来完成另一接管的造型。其余步骤不再介绍，这里我想提到一点，就是由于 施，方便的完成了设计。如图56所示。SolidWorks提供的颈特征5.2.3 螺母的设计图56选择“工具”里的草图绘制实体中的多边形设置边数为6,0修改尺寸，完成后,进行拉伸，如图5-7所示。完成后，重新选择绘图基准面,拉伸切除。选择定义方式)； E .1 I.K Jia Hi( . Jill IB I *B a HlI和螺距图58边线并单击右键，转换实体应用，应用,弹出对话框35.00mm确定。在编辑草图，用旋转切除特征来完成修改螺母其余零部件的设计过程不再作介绍，将在答辩时予以演示。3,50mmv,反W底 拗雒度: 180 .OOdsq5.3 装配体的设计啕打开新建文件，弹出对话框，选择 骚配悻，单击“确定”。（装配过程基本按组对 过程进行，依次选择零部件的）。提示插入零部件，按照换热器设备的组对过程来装配， 当弹出选择零部件对话框时，从“浏览”中选择每一步所需要的零部件依次来装配，先 对封头管箱的结构进行了装配先组成一个子装配体1,如图58。换热管与管板折流板装配依次顺序是：浮动端管板一拉杆一定距管一折流板一定距管一折流板一一定距管 一折流板一定距管一折流板一定距管一折流板一定距管一折流板一定图58距管一换热管一固定端管板，这里给出换热管与折流板和管板的装配的结果，如图59 所示。体体封头配合装配连接一壳体与容器法兰配合装配连接一壳体与换热管管板的配合装配连接一在调入装配体1进行配合装配，最后的装配结果，如图 5-9和510。具体 步骤不在这里予以叙述，将在答辩时予以讲述和说明。但在装配的基础上图 510图 510进行了爆炸视图的创建和生成，在“插入”中单击生成爆炸视图，弹出对话框，设置动画准备起始时间和动画时间，并设置帧的数目为8个，“完成”！如图5-11所示。图 5115.4 工程图的生成由于SolidWorks提供的生成的工程图功能，不如 AutoCAD的功能，很多地方需要修改，而且有时无法修改，例如用实体镜像特征做成的零部件，在打刨面线时镜像得来的 实体无法与所在实体区分。保存完装配实体以后选择I印，弹出对话框，按提示根据需要完成工程图的生成。选择前视图，生成视图1,再选择 题昌净口小刨面视图,生成工程装配总图.隐藏视图-，重新生成前视图作为它的右视图.利用I。眇挈A用分7r 后单击右键，隐藏.局部放大视图是用草图绘制工具M蓟圆我3 智国胆H 来进行标注和修改，有些线需要隐藏，则选准之°、口®3今益不）i Z * 且生二叁 列芈来完成.由于实际操 作性太强，这里不再介绍，答辩时予以阐述。两个多月紧张的设计工作，对于我的设计课题来说时间是仓促的，但是在这短暂的 设计时间里，我的收获却是丰厚的，从最初的几个工艺参数开始，到最后相当于实体制 造的设计建模过程每一个结构和数据的选取以及计算都反复斟酌查阅资料，比较仔细斟 酌，才开始了零部件的建模设计，工作是艰辛的，对软件的不熟悉，每一项功能的实现 都花费了大量的时间来摸索，然而在实体装配图设计时又遇到了新的问题，很多零部件 的设计虽然计算正确，但装配时却遇到了问题，很容易发现设计的不合理性，又重新从 头开始修改校正。这让我深刻的体会到把所学到的理论知识变为一个实体，摆在眼前， 并非易事，一个问题考虑不周到，就可能给后面的制造、检验、运输、维修带来很多麻 烦，而这对初来乍到的设计人员来说要克服这种问题是困难的，在光有理论是远远不够 的，让我深刻体会到了老师们常说的那句“理论与实际是有差距的”。设备设计包括总体结构设计和各个组成的结构设计以及强度设计，主要零部件的设 计和选型以及校核。三维实体辅助造型设计是利用软件 SolidWorks来完成的，包括各个 零部件的造型设计、装配体的设计和工程图的生成。工作任务是比较繁重的，在实习过 程中，见到最多的是固定管板式换热器，却未见到釜式设备，对于釜式换热器的局部结 构始终无法想，关于釜式换热器的介绍资料在图书馆的资料库里，找到的不多。在经过 多次考虑和导师的探讨，才对它的总体结构确定了下来，然而解决后新的问题又摆在面 前，在过去的学习中，并未对 SolidWorks做深入的学习和应用，当要系统的完成一个完 全有自己设计的设备建模时遇到了太多的问题，每个功能的应用和实现过程有时需要摸索很多次，而且往往会在建模时会发现设计的合理性出问题，对前面的设计计算进行反复的修改，直到最后完成工程图的生成，才作中确定设备的全部设计，可以说，每一步都紧密联系在一起，相互制约着。但同时也让我体会到设计者和制造者之间的矛盾和联系，设计者有时是无法注意到制造问题的，而 SolidWorks 可以让设计者先对自己的设计做一个检验。当然问题来了总要解决，总要克服，每一个问题的解决，都增长了我的成就感，直到最后完成设备的实体造型，就像是自己在创造一样，让我对自己的专业更充满了信心。也使我解决实际问题的能力更增加了一步，培养了我不断探索、自己分析、解决问题的能力。通过本次设计使我对所学的专业知识有了更深刻地认识， ， 并从中学到了很多课本上无法得到的东西，通过自身的努力和学习，通过导师的细心指导，使我不仅在知识水平上和解决实际问题的能力上有了很大的提高，而且深刻体会到要把所学的知识理论变成可实际应用的设备时，所面对的种种难题，认识到提高运用知识，解决实际问题的能力的重要性。设计是符合相关标准和规范的规定，涉及计算结果满足设计任务的要求。注释A 单根换热管的面积nfd 一无缝钢管直径mmt 一无缝钢管壁厚mmF 一要求工艺换热面积itfD 壳体计算内径，加mS 管心距，mmb 最外层的六角形对角线上的管数e 六角形最外层管中心到壳体内壁距离，mm一计算厚度，加mPc 计算压力，MPaDi 一圆筒内径，mmt 需用应力，MPa一有效厚度，mms 屈服应力，MPad 一开孔直径，mmfr 强度削弱系数et 一接管的有效厚度，加mB补强有效宽度，加n壳体开孔处名义厚度，加nt一接管名义厚度，加G 一换热器总质量，kgFF 重量引起固定鞍座反力， NWC 筒体有效宽度，WC =2028 mm参考文献【 1】顾芳珍陈国桓编 . 化工设备设计基础. 天津 : 天津大学出版社,1994【2】秦叔经 叶文邦等编.化工设备设计全书换热器.北京：化学工业出版社，2003【 3】郑津洋 董其伍 桑芝富编 . 过程设备设计. 北京 : 化学工业出版社,2001【 4】靳明聪程尚模 赵永湘编着. 换热器 . 重庆 : 重庆大学出版社 ,1989【 5】周志安 尹华杰 魏新利编 . 化工设备设计基础. 北京 : 化学工业出版社,1996【6】钱颂文 吴家声主编 . 化工设备及设计. 北京 : 华中理工大学出版社,1988【7】华南工学院化工原理教研组编. 化工过程及设备设计. 华南工学院出版社,1986【 8】董大勒 袁凤隐编 . 压力容器与化工设备设计实用手册（上册） . 北京 : 化学工业出版社 ,2000【 9】贺匡国主编. 化工容器及设备简明设计手册 . 北京 : 化学工业出版社,2002【 10】曲文海主编. 压力容器与化工设备实用手册（下册）北京 : 化学工业出版社,2000【 11】东方人华主编 . SolidWorks2003 基础与应用教程. 北京 : 清华大学出版社,2003【 12】 江洪魏峥 顾寄南等编着. SolidWorks2004 基础教程 . 北京： 机械工业出版社， 2004【 13】张威编着. SolidWorks2001 实用教程 . 北京 : 化学工业出版社,2003【 14】姚慧珠郑海泉合编 . 化工机械制造. 北京 : 化学工业出版社 ,2004【15】张承翼 李春英主编.化工工程制图机械制图.北京：化学工业出版社，1994谢辞经过两个多月的忙碌，本次设计已经即将结束，作为一名本科生的毕业设计，由于 经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的指导和同学的帮助与支持 圆满完成此次设计是难以想象的。在这里我首先要感谢贺老师的悉心指导和丁老师的指点，贺老师严谨认真负责的态 度和作风给了我深刻的影响。在大学四年的生活中，得到了老师们悉心的教导，学到了 丰富的知识和做人的道理，为我坐向社会迎接挑战打下了坚实的基础。感谢同学们的热 心帮助和真诚相待。最后，我要再次向给与我帮助的所有老师和同学们表示深深地感谢，感谢大家在学 生、生活中对我的帮助，谢谢大家！附件釜式换热器装配图一张 A1 光盘一张英文翻译碳和铭铝钢的现场焊接和检查工艺标准编写本标准的目的在于满足“西门子西屋工程”部门对、（P-3）碳-1/2铭-1/2铝钢、 （P-4） 1-1/4铭-1/2铝钢和（P-5A） 2-1/4铭-1铝钢的气体保护电弧焊和气体鸨电弧焊 的制造要求。虽然标准主要为了现场焊接和检验编写的，但“西门子西屋”的制造厂也 可以采用本标准。与所有总体和补充焊接说明（例如（SWPC现场焊接文件和（SWPC工 厂制造文件）相比，本文件优先采用。表I接先1程明的说P号焊接工艺P号与P好的连投焊接根的配置马5-5-2-CI5A与 5A, 4, 3,自耗嵌块175-5-2-OR气体无电弧焊1开焊根195-5-2-B加垫板214-4-2-CI4-4-2-OR4-4-2-B气体无电弧焊4与4,3, 1自耗嵌块开焊根加垫板2325271-1-2-CI自耗嵌块291-1-2-OR气体无电弧焊1与1开焊根311-1-2-B加垫板335-5-1-B气体保护电弧焊5A 与 5A, 4,3, 1加垫板354-4-1-B气体保护电弧焊4与4,3, 1加垫板371-1-1-B气体保护电弧焊1与1加垫板39表田就是所采用的焊料、合格的厚度范围、支持性规程鉴定记录等进行了详述。本 表可以与表m一起使用。处于涡轮机和发电机及其相关设备不在 ASMEBPV规范的各个章节或 ASMEB31.脱 涉及的范围内，因此ASMEt造规范的要求对本规范所述的焊接操作没有特殊制约作用。 如果可行，在工程设计和制造过程中可以实现这些规范的编制意图，但是，设计和制造 的最终验收由“西门子西屋工程”部门确定。如果本工艺规程是按ASME B&PVg范、ASMEB31.1或国家检验委员会规范ASME的 制造部分的有关要求采用的，应全面执行ASMEB范的规则。对于各种分规范应用，通过 采用FAR MD朦统，工程部门可以放弃焊接规程说明的各种规则，如果可行，应按ASME第DC章的有关规则进行工艺规程和操作资格鉴定，因次他们可被视为工业鉴定标准。当本标准用于焊接上述规范所特别设计的压力容器或管道时，应以上述规范的规则 为准，并要求提供现场/工厂制造的特殊说明。注：对于电机部件，如果要求焊接后进行热处理，应在详图上标出。当本标准用于涡轮机部件时，应执行焊接规程说明的焊后热处理规则。注：对于较小直径（NP-4）的P-4和P-5类管道焊接，到第21次修订本为止，以 前所有修订版本都未放弃焊后热处理，虽然 ASME B&P皿范的第I m Vffl章和B31.1允 许这样做。正如7.1节-变量所述，第22至27次修订版本允许在某些管道焊接中放弃焊 后热处理，注：本次修订版本取消了对直径限制（最大管尺寸为NPS4）,以便放弃对P-4和P-5A类管道的焊后热处理， 对此在 ASMEB31.1 中有专门规定并且满足 B31.1 的所有其他注解要求。发电机制造注： 以下内容（ 1 至 6 项） 仅适用于发电机的制造。它不是用于蒸汽轮机或燃气轮机的制造。（对于在BOMP或在图纸上列出PS600990或PS 82121QA的发电机图纸，分包商应执行PS82148GH它是为分包商的制造活动而专门编写的。）处于蒸汽机、燃气轮机和发电机装配生产线线的图纸实务之间存在一定的差别，因此必须对专门用于发电机制造的某些属于和实务加以解释：1 .如果要求焊接后进行热处理（PWHT或消除应力处理，以获得良好的尺寸稳定性，则应在图纸上注明。 （蒸汽轮机和燃气轮机通常把焊接后热处理作为焊接标准的一部分加以规定。 ）2 .发电机工程”部门采用以下与标准（ASWA2.4焊接符号相关的特殊符号：焊缝的表面加工除了清洗之外，要用适当的焊缝形状和加工符号标出焊缝表面加工。以下加工便面符号标注了加工方法，但没有标注表面光洁度：C- 气刨G- 打磨M- 机加工R- 轧制H- 锤锻光洁度的标注方法，建公司标注15.38- 表面组织。焊缝的密闭虽然以下内容未得到ANSI或AWS标准承认，但在西门子威斯西豪斯发电机图纸上可以采用他们对所需的焊缝密闭进行标注。所需密闭的缩写符号放在箭头的尾部。AT- 气密GT- 气密OT- 油密VT- 真空密闭WT- 水密如果在图纸上标注了焊缝的密闭符号，可以通过WRIT系统与“发电机材料”部门的联系，以便采取放弃试验的适当做法，或就如何进行实验取得有关信息。3 . 在发电机建造中，对于某些焊缝，关注的主要气密，因此要求对