U型管换热器 毕业设计.doc

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1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-98U形管换热器设备计算 计算单位壳程设计压力 2.10 MPa管程设计压力 0.66 MPa壳程设计温度 120.00 管程设计温度 40.00 筒体公称直径1200.00mm筒换热器筒体最小壁厚9.00mm筒体名义厚度16.00mm体校核 合格筒体法兰厚度130.00校核 合格前端管箱筒体名义厚度14.00mm前校核 合格 端前端管箱封头名义厚度14.00mm管校核 合格箱前端管箱法兰厚度84.00mm校核 合格后端后端管箱封头名义厚度18.00mm管箱校核 合格管管板厚度140.00mm板校核 合格U形管式换热器筒体计算结果计算单位沈阳陆正重

2、工集团有限公司计算条件筒体简图计算压力 Pc 2.10MPa设计温度 t 120.00 C内径 Di 1200.00mm材料 S31603 ( 板材 )试验温度许用应力 s 120.00MPa设计温度许用应力 st 118.80MPa试验温度下屈服点 ss 180.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 10.70mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 14.20mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 3118.70Kg压力试验时应力校核压力试验类型 气压试验试验压力值PT = 1.15P =

3、 2.4400 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.80 ss = 144.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 104.32 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= = 2.77872MPa设计温度下计算应力 st = = 89.78MPastf 118.80MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱筒体计算结果计算单位沈阳陆正重工集团有限公司计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 40.00 C内径 Di 1200.00mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 s 116.00MP

4、a设计温度许用应力 st 115.25MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 1.50mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 4.06mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.70mm名义厚度 dn = 14.00mm重量 285.01Kg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 = 0.8250 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 50.26 MPa校核条件 sT sT校核结

5、果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.89182MPa设计温度下计算应力 st = = 34.18MPastf 97.96MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱封头计算结果计算单位 沈阳陆正重工集团有限公司计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 40.00 C内径 Di 1200.00mm曲面高度 hi 300.00mm材料 Q235-B (板材)设计温度许用应力 st 115.25MPa试验温度许用应力 s 116.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 3.18mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算形状系数 K = =

6、1.0000计算厚度 d = = 4.05mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 10.02mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dn = 14.00mm结论 满足最小厚度要求重量 181.08 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.62917MPa结论 合格后端封头计算结果计算单位 沈阳陆正重工集团有限公司计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 2.10MPa设计温度 t 120.00 C内径 Di 1200.00mm曲面高度 hi 300.00mm材料 S31603 (板材)设计温度许用应力 st 118.80MPa试验温度许用应力 s 120.00MPa钢板

7、负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 3.16mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 12.54mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 14.04mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dn = 18.00mm结论 满足最小厚度要求重量 234.67 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.34919MPa结论 合格筒体法兰计算结果计算单位沈阳陆正重工集团有限公司设 计 条 件简 图设计压力 p2.100MPa计算压力 pc2.100MPa设计温度 t120.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.

8、0N.mm壳材料名称S31603体许用应力 118.8MPa法材料名称16Mn许用sf174.0MPa兰应力stf169.6MPa材料名称40MnB螺许用sb212.0MPa应力stb186.6MPa栓公称直径 d B27.0mm螺栓根径 d 123.8mm数量 n48个Di1200.0Do1395.0垫 结构尺寸Db1340.0D外1277.0D内1237.0010.0 mmLe27.5LA50.0h10.0120.0材料类型软垫片N20.0m3.00y(MPa)69.0压紧面形状1a,1bb8.00DG1261.0片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b

9、0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 2186924.8N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 3021988.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 16195.0mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 21268.2mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 2373840.0NLD= L A+ 0.51 = 60.0mmMD= FD LD = 142430400.0N.mm作FG = Fp = 399149.3NL

10、G= 0.5 ( Db - DG ) = 39.5mmMG= FG LG = 15766618.0N.mmMpFT = F-FD = 247469.8NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 54.8mmMT= FT LT = 13549038.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 171746064.0N.mm预紧 MaW = 3971102.2NLG = 39.5mmMa=W LG = 156860720.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 171746064.

11、0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 87.7mm最小间距 62.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 276.9mm 形 状 常 数 确 定109.54h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.163 2.0由K查表9-5得T=1.854Z =6.691Y =12.961U=14.243整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.90436VI=0.448090.00826松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图9-7由 d1/do 得f = 3.34688整体法兰 = 348194.7松式法兰 = 0.06.3=f e+1

12、=2.07g = y/T = 1.122.43 = 7.43剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 51.30MPa校核合格操作状态 39.04MPa校核合格输入法兰厚度f = 130.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 161.22MPa =254.4 或 =297.0( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 2.77MPa = 169.6校核合格切向应力 91.22MPa = 169.6校核合格综合应力 = 126.22MPa = 169.6校核合格法兰校核结果校核合格前端管箱法兰计算结果计算单位沈阳陆正重工集团有限公司设 计

13、条 件简 图设计压力 p2.100MPa计算压力 pc2.100MPa设计温度 t40.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称Q235-B体许用应力 115.2MPa法材料名称16Mn许用sf178.0MPa兰应力stf178.0MPa材料名称40MnB螺许用sb212.0MPa应力stb206.2MPa栓公称直径 d B27.0mm螺栓根径 d 123.8mm数量 n48个Di1200.0Do1395.0垫 结构尺寸Db1340.0D外1277.0D内1237.0022.0 mmLe27.5LA38.0h48.0132.0材料类型软垫片N20.0m3.00y(MPa)

14、69.0压紧面形状1a,1bb8.00DG1261.0片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 2186924.8N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 3021988.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 14652.1mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 21268.2mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 2373840.0NLD= L

15、 A+ 0.51 = 54.0mmMD= FD LD = 128187360.0N.mm作FG = Fp = 399149.3NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 39.5mmMG= FG LG = 15766618.0N.mmMpFT = F-FD = 247469.8NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 54.8mmMT= FT LT = 13549038.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 157503024.0N.mm预紧 MaW = 3807550.2NLG = 39.5mm

16、Ma=W LG = 150400320.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 157503024.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 87.7mm最小间距 62.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 198.0mm 形 状 常 数 确 定162.48h/ho = 0.3 K = Do/DI = 1.163 1.5由K查表9-5得T=1.854Z =6.691Y =12.961U=14.243整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.88118VI=0.381330.00542松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.

17、00000查图9-7由 d1/do 得f = 1.09485整体法兰 = 2937251.5松式法兰 = 0.00.2=f e+1 =1.46g = y/T = 0.791.61 = 0.99剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 0.00MPa操作状态 0.00MPa输入法兰厚度f = 84.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 142.19MPa =267.0 或 =288.1( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 30.30MPa = 178.0校核合格切向应力 38.37MPa = 178.0校核合格综合应力 = 90.28

18、MPa = 178.0校核合格法兰校核结果校核合格 U型管换热器管板计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司设 计 条 件壳程设计压力 2.10MPa管程设计压力0.66MPa壳程设计温度120.00C管程设计温度40.00C壳程筒体壁厚 16.00mm管程筒体壁厚14.00mm壳程筒体腐蚀裕量 C 1.00mm管程筒体腐蚀裕量 C1.50mm换热器公称直径1200.00mm换热管使用场合一般场合管板与法兰或圆筒连接方式 ( a b c d 型 )a型换热管与管板连接方式 ( 胀接或焊接 )焊接材料(名称及类型)S31603锻件名义厚度140.00mm管强度削弱系数 0.40刚度削弱系数 0.40

19、材料泊松比 0.30隔板槽面积 18000.00mm2换热管与管板胀接长度或焊脚高度 l4.50mm设计温度下管板材料弹性模量187800.00MPa设计温度下管板材料许用应力93.00MPa许用拉脱力 49.50MPa壳程侧结构槽深 h10.00mm板管程侧隔板槽深 h26.00mm壳程腐蚀裕量1.00mm管程腐蚀裕量1.50mm材料名称S31603换管子外径 d25.00mm热管子壁厚 2.50mm管U型管根数 n494根换热管中心距 S32.00mm设计温度下换热管材料许用应力 99.00MPa垫片材料软垫片压紧面形式 1a或1b垫垫片外径 Do1277.00mm片垫片内径 Di1237

20、.00mma型垫片厚度 dgmm垫片接触面宽度 Wmm垫片压紧力作用中心园直径 DG1261.00mm ( c 型 )管板材料弹性模量187800.00 MPa ( d 型 )管板材料弹性模量187800.00MPa( b d 型 ) 管箱圆筒材料弹性模量200000.00MPa ( b c 型 )壳程圆筒材料弹性模量187800.00MPa ( c d 型 )管板延长部分形成的凸缘宽度0.00mm ( c 型 ）壳体法兰或凸缘厚度 0.00mm ( d 型 )管箱法兰或凸缘厚度0.00mm参数计算管板布管区面积三角形排列894142.56mm2 正方形排列一根换热管管壁金属横截面积 = 17

21、6.71mm2 管板开孔前抗弯刚度 b c d 型0.00Nmm管板布管区当量直径1066.98mm 半径 Ra 型630.50mm 其他系数 0.85系数 按和 查图得 : = 0.000000系数 按和 查图得 : = 0.000000壳程圆筒与法兰或凸缘的旋转刚度参数 a d 型= 0MPab c型0.00管箱圆筒与法兰或凸缘的旋转刚度参数 a ,c 型= 0MPab ,d 型0.00管板边缘旋转刚参数 a 型= 0MPa其他0.00旋转刚度无量刚系数 0.00 系数 0.2775按和 ,查图分别得: 0.0549 0.0000管板厚度或管板应力计算a管板计算厚度 取、大值129.408

22、mm型管板名义厚度 137.000mm结 论 合格管板中心处径向应力 = 0MPa = 0MPabcd布管区周边处径向应力 = 0MPa型 = 0MPa边缘处径向应力 = 0MPa = 0MPa 管板应力校核 单位：MPa |sr|r=0 = b 工况|sr|r=Rt = c|sr|r=R = d |sr|r=0 = 型 工况|sr|r=Rt = |sr|r=R = 换热管轴向应力计算及校核 : MPa (单位)计算工况计算公式计算结果校核只有壳程设计压力,管程设计压力=0 :|-5.83| 合格只有管程设计压力,壳程设计压力=0 : =|1.17| 合格壳程设计压力,管程设计压力同时作用:|

23、-4.66| 合格 换热管与管板连接拉脱力校核 拉脱力 q2.92 q MPa 校核 合格 重量 709.94 Kg 注：带号的材料数据是设计者给定的。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接 管 : N12AB3,3779计 算 方 法 : HG20582-98 等 面 积 补 强 法,单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.66MPa设计温度40壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q235-B板材壳体开孔处焊缝系数 0.85壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n 14mm壳体厚度负偏差 C0.8mm壳体腐蚀裕量 C1.5mm壳体材料许用应力 t 115.2MPa 开孔中心

24、到壳体轴线的距离250mm接管轴线与壳体表面法线的夹角24.62度接管实际外伸长度150mm接管材料名称及类型20(GB8163),管材接管实际内伸长度0mm接管焊缝系数1接管腐蚀裕量1.5mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1.125mm补强圈厚度负偏差Cmm接管材料许用应力t150.8MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 4.056 mm接管计算厚度t0.788 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr 1接管有效外伸长度 h157.26 mm接管有效内伸长度 h20 mm计 算 截

25、 面图 示 截 面与 图 示 成 90 度 的 截 面应力校正系数 F0.51开孔直径 d(mm)405.9364.2补强区有效宽度 B(mm)811.7728.5开孔削弱所需的补强面积 A (mm2)699.61256壳体多余金属面积 A1 (mm2)33372367接管多余金属面积 A2 (mm2)639.8639.8补强区内的焊缝面积 A3 (mm2)6464补强圈面积 A4 (mm2)00A1+A2+A3+A4 (mm2)40413070计算截面的校核结果合格合格结 论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接 管: N45AB6, 37725计 算 方 法 :

26、GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.1MPa设计温度120壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型S31603板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C10.8mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t118.8MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料S31603接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量1.5mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 3.125mm补强圈厚度负偏差 C1r m

27、m接管材料许用应力t99MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.7mm接管计算厚度t3.505 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.833开孔直径 d336.2mm补强区有效宽度 B672.5 mm接管有效外伸长度 h191.69mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 3671mm2壳体多余金属面积 A11153 mm2接管多余金属面积 A22578mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=3795 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要

28、求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接 管: N7AB, 385计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.1MPa设计温度120壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型S31603板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力tMPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料S31603接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量1mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强

29、圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr接管材料强度削弱系数 fr开孔直径 dmm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1mm接管有效内伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。开孔

30、补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接 管: N8AB, 325计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.1MPa设计温度120壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型S31603板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力tMPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料S31603接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量1mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度m

31、m接管厚度负偏差 C1t mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr接管材料强度削弱系数 fr开孔直径 dmm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1mm接管有效内伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接 管: N9AB, 575计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.1MPa设计温度120壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型S31603板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力tMPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料S31603接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量1mm补强圈材料名称