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1、 浙江大學 畢業(yè)設計題目：釜式換熱器的設計 學 院： 系 別： 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學 號： 目 錄 1概述…………………………………………………………………………3 2設計計算……………………………………………………………………5 2.1主要技術參數(shù)的確定……………………………………………………………5 2.2釜式換熱器的結構設計……………………………………………

2、……………5 2.2.1總體結構設計………………………………………………………………5 2.2.2換熱器管程設計……………………………………………………………7 2.2.3 換熱器殼程設計……………………………………………………………8 2.3 元件的強度設計 ………………………………………………………………9 2.3.1 筒體 ………………………………………………………………………9 2.3.2 開孔補強設計計算 ………………………………………………………11 3標準零部件的選用及主要零部件的設計 ………………………………15 3.1 法蘭的選用…………………………………

3、……………………………………15 3.1.1容器法蘭的選用.……………………………………………………………15 3.1.2管法蘭的選取 ………………………………………………………………16 3.2 封頭………………………………………………………………………………17 3.3 管板………………………………………………………………………………18 3.4 堰板………………………………………………………………………………19 4鞍座的設計………………………………………………………………19 4.1 鞍座的選取……………………………………………………………………19 4.2鞍座位

4、置的設置…………………………………………………………………19 4.2.1鞍座位置的相關標準的要求………………………………………………19 4.2.2設備總長的確定……………………………………………………………20 4.2.3 A值的確定…………………………………………………………………20 4.3力的計算…………………………………………………………………………20 4.3.1重量產生的反力……………………………………………………………20 4.3.2地震產生的力………………………………………………………………21 4.3.3風載產生的力………………………………………………………

5、………24 4.3.4熱膨脹產生的力……………………………………………………………26 4.4總合力計算………………………………………………………………………27 4.5應力校核…………………………………………………………………………29 4.5.1軸向應力……………………………………………………………………30 4.5.2切向應力……………………………………………………………………31 4.5.3周向應力……………………………………………………………………31 4.6結論………………………………………………………………………………32 5三維實體造型設計……………………………

6、……………………………………32 5.1 軟件介紹…………………………………………………………………………32 5.2 主要零部件的造型設計…………………………………………………………32 5.2.1 管箱封頭的設計……………………………………………………………32 5.2.2 鞍座的設計…………………………………………………………………34 5.2.3 螺母的設計…………………………………………………………………35 5.3 裝配體的設計……………………………………………………………………35 5.4 工程圖的生成……………………………………………………………………38 設計

7、總結……………………………………………………………………41 注釋…………………………………………………………………………43 參考文獻……………………………………………………………………44 謝辭…………………………………………………………………………45 附件…………………………………………………………………………46 1 概 述 換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設備,是在化工、石油、石油化工、冶金等領域普遍應用的一種工藝設備，在煉油、化工裝置中換熱器占總設備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%～45%。近年來

8、隨著節(jié)能技術的發(fā)展，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經濟效益。目前在換熱設備中，使用量最大的是管殼式換熱器。在近年來國內在節(jié)能、增效等方面改進換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。管殼式換熱器雖然在換熱效率、設備體積和金屬材料的耗量等方面不如其他新型換熱設備，但他又結構堅固、操作彈性大、可靠程度高、適用范圍廣等優(yōu)點，所以在各種工程中得到普遍使用。而本次畢業(yè)設計的題目就是有相變傳熱的釜式換熱器，它也是管殼式換熱器的一種，廣泛應用于石油及化工領域

9、，又稱釜式再沸器。 換熱器作為節(jié)能設備之一，在國名經濟中起到非常重要的作用。換熱器的結構決定了換熱器的性能，一種性能能否發(fā)揮其作用取決用設計著如何選擇合理的結構，任何一個場合都有適應于這個特點的換熱結構。要是傳熱效率提高、能耗下降、就必須了解換熱器的機構特點，在這次設計中結構設計也就作為重點之一。 設計題目在畢業(yè)實習之前就已確定，任務涵蓋了兩部分內容，一是設備設計部分；二是在設備設計的基礎上進行三維實體輔助造型設計。設備設計包括總體結構設計和各個組成的結構設計以及強度設計，主要零部件的設計和選型以及校核。三維實體輔助造型設計是利用軟件SolidWorks來完成的，包括各個零部件的造型設計、

10、裝配體的設計和工程圖的生成。工作任務是比較繁重的，在實習過程中，見到最多的是固定管板式換熱器，卻未見到釜式設備，對于釜式換熱器的局部結構始終無法想象，關于釜式換熱器的介紹資料在圖書館的資料庫里，找到的不多。在經過多次考慮和導師的探討，才對它的總體結構確定了下來，然而解決后新的問題又擺在面前，在過去的學習中，并未對SolidWorks做深入的學習和應用，當要系統(tǒng)的完成一個完全有自己設計的設備建模時遇到了太多的問題，每個功能的應用和實現(xiàn)過程有時需要摸索很多次，而且往往會在建模時會發(fā)現(xiàn)設計的合理性出問題，對前面的設計計算進行反復的修改，直到最后完成工程圖的生成，才完成了設備的全部設計，可以說，每一步

11、都緊密聯(lián)系在一起，相互制約著。但同時也讓我體會到設計者和制造者之間的矛盾和聯(lián)系，設計者有時是無法注意到制造問題的，而SolidWorks可以讓設計者先對自己的設計做一個檢驗。 通過本次設計使我對所學的專業(yè)知識有了更深刻地認識，并從中學到了很多課本上無法得到的東西，通過自身的努力和學習，通過導師的細心指導，使我不僅在知識水平上和解決實際問題的能力上有了很大的提高，而且深刻體會到要把所學的知識理論變成可實際應用的設備時，所面對的種種難題，認識到提高運用知識，解決實際問題的能力的重要性，由于時間倉促和經驗不足，難免存在很多問題，敬請各位老師指導！

12、 2 設計計算 2.1主要工藝參數(shù)的確定 殼 程 管 程 介 質 水、水蒸氣 再生氣 設計壓力 0.4 3.2 設計溫度℃ 210 340 換熱面積 260 接管規(guī)格： 再生氣進口DN300； 再生氣出口 DN300 水 進 口 DN300；

13、 水出口 DN300 蒸汽出口 DN400 2.2釜式換熱器的結構設計 2.2.1總體結構設計 選擇了比較帶蒸發(fā)空間的傳統(tǒng)的結構形式，由管箱、小端殼體，斜錐殼體，大端殼體、管板、法蘭、換熱管等零部件組成。如圖2—1所示 圖2—1 2.2.2換熱器管程設計 1) 換熱管 a) 換熱管的形式 換熱管形式有光管、各種翅片管、螺紋管、異形管等。光管是作為管殼式換熱器的傳統(tǒng)形式，當前應用非常普遍，廉價，易于制造、安裝、檢修、清洗方便。隨著節(jié)約材料，節(jié)約能源的強化傳熱技

14、術研究的發(fā)展，光管不斷受到沖擊，但是依據(jù)本設計的技術參數(shù)和考慮制造成本，依然選用光管。 b) 管徑 采用標準管徑的換熱管。小管徑可使單位體積的傳熱面積增大，結構緊湊，金屬耗量減少，傳熱系數(shù)提高。將同直徑換熱器的換熱管有改為使換熱面積可增加40%左右，節(jié)約金屬20%以上，但小管徑流體阻力大，不便清洗，易結垢，堵塞。一般大直徑管子用于粘性大或污濁的流體，而再生氣成分未定，選用㎜×2.5㎜的無縫鋼管。 c) 管長 管子過長清洗安裝均不方便。一般取6以下，對于臥式設備，管長與殼徑之比應在6-10范圍內，本設計采用標準管長6。 d) 管材 選用20號鋼。 e) 管束確定 估算單根換熱管面

15、積A A — 單根換熱管的面積㎡ d — 無縫鋼管直徑㎜ — 無縫鋼管壁厚㎜ 所需的換熱管數(shù)n= F — 要求工藝換熱面積㎡，F(xiàn)=260㎡ ㎜×2.5㎜的換熱管的拉桿至少需要6根，故所需換熱管管數(shù)至多608根。 2) 管板 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管、將管程與殼程的流體分開，避免冷熱流體混合，并同時受管程壓力、殼程壓力和溫度的作用。 a) 管板材料 在選擇管板材料時除考慮力學性能外還應考慮管程和殼程流體的腐蝕性，以及管板和換熱管之間的電位差對腐蝕的影響，由于此設計中的再生氣主要成分為二氧化碳，選用一般壓力容器用鋼16MnR。

16、b) 列管形式排布 考慮到管外是水易清洗，采用正六邊形排列。換熱管中心距要保證管子與管板連接時，相鄰兩管間的凈空距離有足夠的強度和寬度，一般不小于1.2倍的換熱管外徑，因此換熱管的中心距選標準S=32㎜。管板上排列管子的根數(shù)六角形14層，實際可排721根，對角線上的管數(shù)N=29，不計弓形部分可排管子總數(shù)為631根。 c) 管板與殼體和管箱的連接 管板與殼體的連接形式分為兩類：一種是可拆式，一種是不可拆式。對于釜式換熱器特殊的結構形式，考慮維修方便，以及再生氣的腐蝕性并不大，氣密性要求不高，管板不做法蘭設計中采用如圖3—1所示的連接形式：

17、 圖2—1加緊式連接 d) 換熱管與管板的連接形式 換熱管與換熱管的連接在管殼式換熱器的設計中是一個比較重要的結構部分，它不僅給加工工作量大，而且必須使每個連接處在設備運行中，保證無泄漏及能承受介質壓力。從制造工況以及經濟等方面考慮，我選用了強度焊。 3） 管箱 管箱的作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到各換熱管內，和把管內流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中，管箱還起到改變介質的流向的作用，由于我采用的釜式換熱器的特殊結構形式，我選用封頭管箱，并用兩程，隔板尺及結構見圖3—3。但是由于采用了2程分程，隔板槽兩

18、側管心距至少取44㎜。 圖2—3 分程隔板 2.2.3 換熱器殼程設計 課程內主要由殼體、折流板、支撐板、拉桿、定距管、滑板等結構組成。 1） 殼體結構見設計圖紙。 2） 折流板 折流板的作用是為了提高殼程流體流速，迫使流體按規(guī)定的路徑多次橫向流過管束，增加湍動程度，以提高管間對流傳熱效率。而對于釜式換熱器，折流板即起著流作用又起支撐作用。由于弓形折流板中，流體只經過圓缺部分而垂直流過管束，流動中死區(qū)較少，所以較為優(yōu)越，結

19、構也簡單。弓形折流板的圓缺率為25%左右。折流板的缺口應盡量靠近管排，此采用上下方向排列，可造成流體劇烈擾動，以增大傳熱系數(shù)。 弓形折流板的間距一般不應小于殼體內徑的20%,且不小50㎜，并相鄰兩塊折流板間距不得大于殼體內徑。由于換熱管總長為6000㎜，去折流板間距為750㎜，可以計算需要7塊折流板。折流板的安裝固定時通過拉桿和定距管來實現(xiàn)的，每一根拉桿的最后一塊折流板是與拉桿焊接的。其缺口的弦高取0.3倍的圓筒內徑，h=300㎜。對于臥式換熱器，為在停車時排進課程內殘留也和在換熱過程中伴隨有氣相的產生，則在折流板頂和底部需設置缺口，其角度為，高度為15～20㎜，共排除換熱器內殘留也和氣體用

20、。折流板的厚度是根據(jù)換熱器直徑和換熱管無支撐跨距來實現(xiàn)的，表3—5查得折流板的最小厚度為10㎜。它的名義外徑為DN－6=㎜。 3） 拉桿 拉桿常用形式有兩種：一種為拉桿和折流板焊接形式，一般用于換熱管外徑小于或等于14㎜的管束;另一種為拉桿定居管結構形式，用于換熱管外徑大于或等于18㎜的管束。拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣，對于大直徑的換熱器，再不管區(qū)內或靠近折流板缺口處應布置適當數(shù)量的拉桿，拉桿直徑選用。 4） 滑板 用來支撐折流板，并在安裝時起到導軌和滑軌的作用，便于安裝和拆卸，并在設備工作時防止由于介質的沖擊引起的震動和浮動，它的長度定為5000㎜，有兩根組成。材料選用。

21、 2.3 元件的強度設計 換熱器是由客體、管箱、封頭、官板、法蘭、換熱管等受力元件組成，各元件都需要進行強度設計計算，以確保在運行時安全可靠。 由于官板受力情況復雜，影響管板強度的因素很多，有管內外壓力，溫度生產的應力，法蘭力矩和換熱管的支撐力等的影響，故正確地進行管板分析計算是比較復雜的，在此由于時間的關系，不予校核設計。 2.3.1 殼體 1) 小端殼體直徑的計算 給予管板相連接的殼體，因此其厚度應根據(jù)殼體內徑應等于或大于管板布管最大圓的直徑，所以從管板直徑的計算可以確定殼體的內徑。 D — 殼體計算內徑，㎜；

22、 S — 管心距，㎜； b — 最外層的六角形對角線上的管數(shù)，b=29； e — 六角形最外層管中心到殼體內壁距離，一般取。 但根據(jù)圓筒的內徑標準系列，只能取。 2) 大端殼體直徑的確定 釜式換熱器是需要在殼體的上部設置適當?shù)恼舭l(fā)空間，同時兼有蒸汽室的作用。頁面的最低位置應比價熱管的最上部表面高約50㎜，且大端直徑和小段直徑之比為1.5～2倍，錐形過渡段為。因此去大端直徑為2倍于小端直徑，即為=2000㎜。則由此可以得到斜錐的長度為。 3) 殼體的壁厚

23、 根據(jù)工藝條件可知，本設計的釜式換熱器屬于中低壓容器，選用壓力容器常用鋼16MnR，殼體的計算厚度 — 計算厚度，㎜； — 計算壓力，取設計壓力0.4； — 圓筒內徑，㎜； — 需用應力，，由于200℃ 時=170，250℃時=156，用試差法計算在210℃是=176.4； — 焊縫系數(shù)，=0.85。 ==2.8㎜ 16MnR的負偏差為=0，取腐蝕余量=2㎜，因此鋼板的名義厚度可取

24、。但作為大端直徑為2000㎜的圓筒的最小厚度為=14㎜，小端直徑為1000㎜的圓筒的最小厚度為=10㎜。為制造方便和考慮經濟成本小端和大端直徑以及斜錐殼都取=14㎜。 進行水壓實驗校核：即 0≤0.9 F — 要求工藝換熱面積㎡ D — 殼體計算內徑，㎜； S — 管心距，㎜； b — 最外層的六角形對角線上的管數(shù)，b=29； e — 六角形最外層管中心到殼體內壁距離，一般取 — 計算厚度，㎜； — 計

25、算壓力，取設計壓力0.4； — 圓筒內徑，㎜； — 需用應力，，由 — 有效厚度，㎜； — 屈服應力，=340； =1×9.81×2000=0.01962 ==0.51962 =50.22 0.9=0.9×0.85×340=260.1 < 0.9，由此可知筒體厚度取14㎜完全符合要求。 4) 管箱厚度計算 由于管箱受到的壓力與殼體受到的壓力不同，但選用了封頭管箱，并且封頭選用了標準橢圓封頭，由此其計算

26、厚度按封頭的計算厚度，即 — 計算壓力，取設計壓力，=3.2 — 需用應力，340時=136.4； — 焊縫系數(shù)，=1。 =11.79㎜ 取腐蝕余量為2㎜，16MnR的負偏差為0，因此可取其名義厚度為14㎜。 2.3.2 開孔補強設計計算 開孔補強設計就是適當增加殼體或接管厚度的方法將應力集中系數(shù)減少到某一允許數(shù)值。采用基于彈性失效設計準則的等面積布強圈，主要用于補強圈結構的布強設計計算。規(guī)定不需要另行補強的

27、接管外徑要小于或等于89㎜，故5個孔都需補強。 1) 再生氣進出口（DN300） a) 開孔所需最小補強面積A 對于受內壓的圓筒，所需的補強面積 A — 開孔削弱所需要的補強面積，； — 開孔直徑，圓形孔等于接管內徑加2倍，厚度附加量，=325+0=325㎜； — 殼體開孔處的計算厚度，㎜； — 接管的有效厚度，=- C =14-2 =12㎜； — 強度削弱系數(shù)，，即設計溫度下接管材料與殼體材料需用應力之比，當>1.0時，就

28、取=1.0。=136.4，=92，故取=1.0。 A=325×11.79 +2×11.79×12（1－1）=3831.75㎜ b) 有效補強范圍 i. 有效寬度B 取二者中最大值B=2d B=d+2 式中 B—補強有效寬度，㎜； —殼體開孔處名義厚度，㎜； —接管名義厚度，㎜； B=2×325=650㎜ B=325+2×14+2×14=381㎜ 故 B=650㎜。 ii. 有效厚度 外側有效高度去式中較小值

29、 接管實際外伸高度=300㎜ 故 =67㎜。 內側有效高度取式中較小值 =接管實際內伸高度=0 故 =0。 iii. 有效補強面積 殼體多余金屬面積 =（650-325）（12-11.79）-0 =68.25 接管多余面積 接管計算厚度 =2×67.45（12-5.38）10+0 =89

30、3.0 補強區(qū)焊縫面積焊腳取6.0㎜ =2××6.0×6.0=36 則 iv. 所需另行補強的面積 故需另行補強，采用補強圈補強。 c) 補強圈的設計 補強圈外徑D應不大于有效寬度B=650㎜。取外徑D=550㎜，公稱直徑DN300，內徑d=329的補強圈。 補強圈的厚度 = =2834.5÷（550-329） =12.8㎜ 考慮鋼板的厚度麩皮偏差并經圓整，實取補強圈的厚度為14㎜，其質量為16.8㎏。 2) 水

31、蒸氣出口（DN400） 允許不另補強的最大接管外徑為，故本開孔需要另行考慮其補強。 a) 開孔所需的補強面A A= ==0.82 A=402×2.8+2×2.8×12×（1-0.82） =1125.6+22.176 =1147.776 b) 有效的補強范圍 有效寬度B取二者較大值 B=2d=2×402=804㎜ B= 外側有效高度取二者較小值 接管實際外伸高度＝150㎜ 故 =75㎜1。 內側有效高度=0。 c) 有效補強面積 殼側多余金屬面積

32、 =（804-402）（12-2.8）-2（14-2）（12-2.8）（1-0.67） =3625.5 接管多于金屬面積 接管計算厚度 = =2×75×（12-0.69）×0.67+0 =1136.66 由于 ，故計算至此，已經可以得出蒸汽出口開空不再需要另行補強。 3) 水進出口開孔補強設計（DN300）

33、由前面水蒸汽開孔補強計算的計算得出，由于水進出口的公稱直徑小于水蒸汽出口的公稱直徑，由此，也不需要另行補強。 3 標準零部件的選用及主要零部件的設計 3.1 法蘭的選用 法蘭標準分為壓力容器法蘭標準和管法蘭標準，其尺寸和密封面的形式的確定是由法蘭的公稱直徑和公稱壓力來確定的。 3.1.1 容器法蘭的選用 由于長頸對焊凸凹密封面法蘭，安裝時易于對中，還能有效的防治墊片擠出壓緊面，并且利于密封，適用于的壓力容器。小段的管箱與管板及筒體的連接選用如圖3—1所示的法蘭連接。材料選用16。 圖3—1 容器法蘭 DN =1000㎜,

34、D =1215㎜,=1110㎜, =1097㎜, =100㎜, H =175㎜, h =42㎜, =28㎜, =32㎜, R =15㎜, d =33㎜, 對接筒體的最小厚度=14㎜， 螺栓選用48個30×250，法蘭質量為=334.2㎏ 對于浮動端的管板與封頭的連接選用了帶法蘭的球冠型封頭，因此其尺寸暫不與設計，它屬于非標準件。 3.1.2 管法蘭的選取 管法蘭的設計采用1997年由原化學工業(yè)部頒發(fā)的《鋼質管法蘭、墊片、緊固件》標準來選取的。根據(jù)壓力不同，選用了不同的法蘭形式，具體數(shù)據(jù)見表3—1。如圖3—2和圖3—3所示，材料選用20號鋼。

35、 表3—1 標準 形式 公稱直 徑 鋼管外徑 法蘭外徑 法蘭厚度 螺孔直徑 頸的直邊高度 帶頸對焊 300 325 515 28 450 18 板式平焊 300 325 440 24 395 0 板式平焊 400 426 540 28 495 0 圖3—2管法蘭 圖3—3 管法蘭 3.2 封頭 對于封頭在前面計算時我已對此作了較粗略的說明，根據(jù)在小端和大端都選用了標準橢圓封頭。在這里給出具數(shù)據(jù)，以供下面

36、的設計計算作參考。見表3—2。材料選用16MnR。 表3—2 公稱直徑 直邊高度 曲面高度 容積/㎡ 壁厚 質量/㎏ 1000 40 250 0.162 14 136 2000 40 500 1.173 14 511 對于浮動端得封頭選用了帶法蘭的球冠封頭，這樣既可以節(jié)約材料，也可以減少能量的耗損，它的體積小，法蘭的厚度又薄，在我翻閱大量的資料當中可以看到，選用帶法蘭的球冠封頭是比較成熟的，但計算過程比較復雜，這里不再闡述，如圖3—4所示，材料選用45號鋼。

37、 圖3—4 帶法蘭球冠封頭 其中 =997㎜， = 950㎜， =910㎜， 螺孔直徑為 26㎜，共用32個的螺栓來連接。 3.3 管板 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一。用來排布換熱管、將管程與殼程的流體分開，避免冷熱流體混合，并同時受管程壓力、殼程壓力和溫度的作用。管板的設計是否合理對確保換熱器的安全運行、節(jié)約材料，降低制造成本是至關重要的。但是由于計算復雜，直接選用了和借鑒了有關資料中給出的標準中給出的尺寸。 考慮到制造和維修的方便，對固定端的管板與浮動端的管板分別作

38、了如下的設計尺寸，見3—5和3—6。 圖3—5 固定管板 圖3—6 浮動端管板 3.4 堰板 堰板設置在液體出口前，為保證加熱管完全浸泡在沸騰的水中，因此取其直徑為2000㎜，弦高為1000㎜，厚度為10㎜，材料用。 4 鞍座的設計 4.1 鞍座的選取 鞍式支座分為輕型（代號A）和重型（代號B）兩種，同樣公稱直徑輕型鞍座比重型鞍座承載能力小，自身重量輕，根據(jù)GB/T4712—92,選取了

39、輕型（A型）DN（1000～2000），包角帶墊板的鞍式支座。材料選用（鞍座專用鋼材），墊板材料與筒體的材料相同。對于同一型號的鞍式支座又有固定鞍座（F型）和滑動鞍座（S型）兩種。但一般都是成對選用，即選一個F型和一個S型，以適應溫度變化引起的伸縮，以減少溫差應力。 4.2 鞍座位置的設置 4.2.1 鞍座位置的相關標準的要求 對于雙支座上受均布載荷的簡支梁，若梁的全長為L，則當外伸端長度A=0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和制作截面處的彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強度，考慮到支座處圓筒的截面處除彎矩以外的其他載荷，而且支座截面處應力比較

40、復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現(xiàn)行標準JB《鋼制臥式容器》規(guī)定去A≤0.2L，A值最大不超過0.25L。否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應力過大。其中A為封頭切線至支座中心線之距離，L為封頭切線之距離，此外，由于封頭的抗彎剛度具有局部加強的作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此JB4731還規(guī)定了當滿足A≤0.5（為圓筒的平均半徑，，為圓筒的名義厚度，為了分析方便，設計中用圓筒的內半徑代替）. 4.2.2 設備總長的確定 首先考慮換熱管的長為=60000㎜，而大端封頭的長度為=540㎜，

41、水出口的直徑為325㎜，并考慮到設置堰板的適當距離，取從浮動端管板到封頭的距離=650㎜，管箱封頭的總長考慮到再生器進出口開孔的布強圈的直徑，以及容器法蘭的厚度取=740㎜，與此取設備總長+△=6000+540+650+740+△=8720. 4.2.3 A值的確定 釜式換熱器的手里主要集中在管板與換熱管一側，封頭管箱內只有氣體，其對殼體的作用力在計算時為方便暫時可以不計，故可以近似認為鞍座是受均布載荷作用的，依據(jù)4.2.1的說明，取A=1200㎜。 4.3 力的計算 4.3.1 重量產生的反力 1) 設備本身的質量

42、 =3767.08㎏ 其它附件的質量就取為的5%，即設備的總質量為 =（1+0.05）×13767.08㎏ =14455㎏ 2) 物料的質量 由于物料本身占到了設備截面弦高1000 ㎜處，其余空間均被氣體充滿，故只要估算水的質量就可以了。 =11027㎏ 3) 設備重量 設備操作時總質量 m

43、 =14455+11027 =25482㎏ =25482×9.81 =249978.42N 4) 支座的支反力 F= = =124989.21N 4.3.2 地震產生的力 1) 地震引起固定端鞍座橫向推力

44、 G — 換熱器總質量㎏， — 地震系數(shù)，。 =124989.21N 2) 地震引起滑動鞍座橫向推力 3) 地震引起固定鞍座反力 H —鞍座地班子換熱管中心線的距離，㎜，， — 兩鞍座間的距離，。

45、 =36761.5 4) 地震引起滑動鞍座的反力 =36761.5N 5) 地震引起固定鞍座測向推力 — 重量引起固定鞍座反力，N； =62494.6N 6) 地震引起滑動鞍座測向推力 — 重量引起滑動鞍座反力，N；

46、 =62494.6N 7) 地震引起固定鞍座處的彎矩 — 重量引起固定鞍座處殼體軸向彎矩，N·㎜ ㎜ = =N·㎜ 8) 地震引起滑動鞍座處的彎矩

47、 — 質量引起滑動鞍座處殼體軸向彎矩，N·㎜， 9) 地震引起兩鞍座間的彎矩 — 重量引起在兩支座中間最大軸向彎矩，N·㎜ = =N·㎜ 10) 地震引起固定鞍座處測向彎矩

48、 = =N·㎜ 11) 地震引起滑動鞍座處測向彎矩 = =N·㎜ 4.3.3風載產生的力 1) 橫向有效風載荷 — 筒體有效寬度，=2028㎜； — 筒體有效高度，=2250㎜； — 當

49、地有效風壓，=500。 =2265.75N 2) 側向有效風載荷 — 設備有效長度，=8500 ㎜ =7481.25N 3) 風載引起固定鞍座出反力 — 固定鞍座處橫向風載力，=

50、 =559.76N 4) 風載引起滑動鞍座處反力 — 滑動鞍座處橫向風載力，= =599.76N 5) 風載引起固定鞍座處側向推力 6) 風載引起滑動鞍座處側向推力 B — 滑

51、動d鞍座至有效長度間距 ，近似取B=A 7) 風載引起固定鞍座處側向彎矩 8) 風載引起的滑動鞍座處側向彎矩 4.3.4 熱膨脹產生的力 1) 熱膨脹引起固定鞍座處橫向推力

52、 — 基礎和活動鞍座底板之間的摩擦系數(shù)，對鋼取=0.8，對潤滑板=0.1。 = 99991N 2) 熱膨脹引起活動鞍座處橫向推力 =12498.9N 3) 熱膨脹引起固定鞍座處彎矩 =99991×1250

53、 = 4) 熱膨脹引起活動鞍座處彎矩 =124989.9×1250 = 5) 熱膨脹引起兩鞍座間彎矩 =124989.9×1250 = 4.3.5 總合力計算 1) 固定鞍座處最大反力 ==

54、 = 取其中最大值，即=139742.2N。 2) 滑動鞍座處最大反力 取其中最大值，即=139742.2N。 3) 固定鞍座出有效殼體最大彎矩

55、 取兩者中最大值 即。 4) 滑動鞍座處有效殼體最大彎矩 取其中最大值 即= 5) 兩鞍座處有效殼體最大彎矩 取其中最大值 即。 4.4 應力校核 4.4.1 軸向應力 1) 兩鞍座間軸向應力 最高點

56、 最低點 P — 設計壓力，Mpa； — 有效厚度，=12㎜； — 內半徑，近似取=1000㎜。 210℃時，，滿足要求。 2) 鞍座截面處圓筒的軸向應力 頂部 底部

57、 “扁塌”現(xiàn)象引起的抗彎模量減少系數(shù)，而其中為鞍座的有效包角，，則=0.107，=0.192。 =25.35Mpa =7.99 Mpa 4.4.2 切向應力 對于臥式容器來說，切向應力總是在支座的截面處最大，所以只需要討論支座截面處圓筒和封頭上的切向應力。封頭與圓筒的材料相同，其有效厚度往往小于圓筒的有效厚度，故封頭中的切向應力不會超過圓筒，不必要對封頭中的切向應力另行校核。 鞍座處殼體上剪切力

58、 — 系數(shù)，=1.171； — 弧度，； —角度，； =13.64Mpa =0.8×167.4=133.92Mpa. 故切向應力也滿足要求，不需要再加強。 4.4.3 周向應力 在這里周向彎取應力與周向壓縮應力疊加后，一起校核。 鞍座截面處圓筒最低點的周向應力 　　　　　　　　　?。狻“白鶎挾?，

59、ｂ＝㎜ 　　　　　　　　　　—周向壓縮力系數(shù)， 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　?。剑? 　　　　即　，因此計算滿足要求。 　　　　鞍座截面上鞍座包角處的周向應力 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　—　周向彎矩系數(shù)，＝0.0528 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　?。? 　　　即　　，計算滿足要求。 4.5 結論 綜上所述，所選鞍座完全符合承載要求。 5　三維實體造型設計 5.1 軟件介紹 SolidWorks是由美國SolidWorks公司開發(fā)的三維機械CAD軟件，它以其強大的功能，易用性和創(chuàng)新性，極大的提高了

60、機械工程師的設計效率。他提供的強大的基于特征的實體建模功能，用戶可以通過拉伸特征、旋轉特征、薄壁特征、抽殼、陣列、鏡像以及打孔等操作實現(xiàn)產品的設計，方便地添加和更改特征，以及將特征重新排序，對草圖和特征進行動態(tài)修改，還提供了動畫設計功能，以及爆炸試圖設計的功能。而且在生成三維實體零件后可以構建三維裝配體，同時還可以生成工程圖。在設計中，更讓我體會到它優(yōu)秀的一點是，可以檢查和檢驗設計的合理性。因此我的設計選用了SolidWorks來完成三維實體造型，但由于時間倉促，和對軟件應用不熟練，雖然反復對前面的設計數(shù)據(jù)由于在裝配過程中進行了多次修改，但可能依然會存在很多不足的地方。當然，軟件本身也從在局限

61、性，生成工程圖時，會有很多不盡人意的地方，但他提供的方便以及功能是我們機械設計人員求之不得的。 5.2 主要零部件的造型設計 由于三維設計過程中用到的命令大多大同小異，將不予以一一介紹，至就部分零部件的設計過程作以說明。其余將在答辯時用多媒體予以演示。 5.2.1 管箱封頭的設計 選擇繪制草圖的基準面，單擊，在選擇所需的繪圖工具，并聯(lián)合添加/刪除幾何關系選項來繪制草圖5—1。然后選擇旋轉特征，來完成封頭繪制。 圖5—1 為設計方便，將管箱的建模合并在一起進行，選擇繪制草圖的基準面繪制直徑為1000㎜的圓，選擇拉

62、伸，在彈出的對話框中選擇。然后。如圖5—2所示。在基體上開孔，選擇了它的右視基準面，繪制草圖，選擇。選擇方向1和方向2，并選擇完全貫穿。設置分程隔板時，選擇了拉伸后在對話框里又選擇了方向2拉伸到一面如圖5—4。然后 建立基準面，繪制草圖，用薄壁拉伸，如圖5—5，接管的制作完成后，有選用 圖5—2 圖5—3 圖5—4 圖5—5 有選用了鏡

63、像特征，來完成另一接管的造型。 5.2.2 鞍座的設計 其余步驟不再介紹，這里我想提到一點，就是由于SolidWorks提供的頸特征 ，方便的完成了設計。如圖5—6所示。 圖5—6 5.2.3 螺母的設計 選擇“工具”里的草圖繪制實體中的多邊形設置邊數(shù)為6，修改尺寸，完成后，進行拉伸，如圖5—7所示。完成后，重新選擇繪圖基準面，拉伸切除。選擇 圖5—7 圖5—8 邊線并單擊右鍵，轉換實體應用，應

64、用，彈出對話框 確定。在編輯草圖，用旋轉切除特征來完成修改螺母。 其余零部件的設計過程不再作介紹，將在答辯時予以演示。 5.3 裝配體的設計 打開新建文件，彈出對話框，選擇，單擊“確定”。（ 裝配過程基本按組對過程進行，依次選擇零部件的）。提示插入零部件，按照換熱器設備的組對過程來裝配，當彈出選擇零部件對話框時，從“瀏覽”中選擇每一步所需要的零部件依次來裝配，先對封頭管箱的結構進行了裝配先組成一個子裝配體1，如圖5—8。換熱管與管板折流板的裝配依次順序是：浮動端管板—拉桿—定距管—折流板—定距管—折流板——定距管—折流板—定距管—折流板—定距管—折流板—定距管—折流板—定

65、 圖5—8 距管—換熱管—固定端管板， 這里給出換熱管與折流板和管板的裝配的結果，如圖5—9所示。

66、 圖5—9 殼體封頭配合裝配連接—殼體與容器法蘭配合裝配連接—殼體與換熱管管板的配合裝配連接—在調入裝配體1進行配合裝配，最后的裝配結果，如圖5—9和5—10。具體步驟不在這里予以敘述，將在答辯時予以講述和說明。但在裝配的基礎上 圖5—10 圖5—10 進行了爆炸視圖的創(chuàng)建和生成，在“插入”中單擊生成爆炸視圖，彈出對話框，設置 動畫準備起始時間和動畫時間，并設置幀的數(shù)目為8個，“完成”！如圖5—11所示。 圖5—11 5.4 工程圖的生成 由于SolidWorks提供的生成的工程圖功能，不如AutoCAD的功能，很多地方需要修改，而且有時無法修改，例如用實體鏡像特征做成的零部件，在打刨面線時鏡像得來的實體無法與所在實體區(qū)分。 保存完裝配實體以后選擇，彈出對話框，按提示根據(jù)需要完成工程圖的生成。選擇前視圖,生成視圖1,