釜式再沸器设计说明书书书

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1、...wd 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…………………………………………………………………………3 2设计计算……………………………………………………………………5 2.1主要技术参数确实定……………………………………………………………5 2.2釜式换热器的构造设计…………………………………………………………5 2.2.1总体构造设计………………………………………………………………5 2.2.2换热器管程设计…………………………………………

2、…………………7 2.2.3 换热器壳程设计……………………………………………………………8 2.3 元件的强度设计 ………………………………………………………………9 2.3.1 筒体 ………………………………………………………………………9 2.3.2 开孔补强设计计算 ………………………………………………………11 3标准零部件的选用及主要零部件的设计 ………………………………15 3.1 法兰的选用………………………………………………………………………15 3.1.1容器法兰的选用.……………………………………………………………15 3.1.2管法兰的选取 ……

3、…………………………………………………………16 3.2 封头………………………………………………………………………………17 3.3 管板………………………………………………………………………………18 3.4 堰板………………………………………………………………………………19 4鞍座的设计………………………………………………………………19 4.1 鞍座的选取……………………………………………………………………19 4.2鞍座位置的设置…………………………………………………………………19 4.2.1鞍座位置的相关标准的要求………………………………………………19 4.

4、2.2设备总长确实定……………………………………………………………20 4.2.3 A值确实定…………………………………………………………………20 4.3力的计算…………………………………………………………………………20 4.3.1重量产生的反力……………………………………………………………20 4.3.2地震产生的力………………………………………………………………21 4.3.3风载产生的力………………………………………………………………24 4.3.4热膨胀产生的力……………………………………………………………26 4.4总合力计算……………………………………………………

5、…………………27 4.5应力校核…………………………………………………………………………29 4.5.1轴向应力……………………………………………………………………30 4.5.2切向应力……………………………………………………………………31 4.5.3周向应力……………………………………………………………………31 4.6结论………………………………………………………………………………32 5三维实体造型设计…………………………………………………………………32 5.1 软件介绍…………………………………………………………………………32 5.2 主要零部件的造型设计……

6、……………………………………………………32 5.2.1 管箱封头的设计……………………………………………………………32 5.2.2 鞍座的设计…………………………………………………………………34 5.2.3 螺母的设计…………………………………………………………………35 5.3 装配体的设计……………………………………………………………………35 5.4 工程图的生成……………………………………………………………………38 设计总结……………………………………………………………………41 注释…………………………………………………………………………43 参考文献…………

7、…………………………………………………………44 谢辞…………………………………………………………………………45 附件…………………………………………………………………………46 1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开展，应用领域不断扩大，利用换热器进展高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。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

8、方面改良换热器性能，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著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业本钱降低，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，但他又构造巩固、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。换热器的构造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构造，

9、任何一个场合都有适应于这个特点的换热构造。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，在这次设计中构造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，任务涵盖了两局部内容，一是设备设计局部；二是在设备设计的根底上进展三维实体辅助造型设计。设备设计包括总体构造设计和各个组成的构造设计以及强度设计，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。工作任务是比拟繁重的，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构造始终无法想象，关于釜式换热器

10、的介绍资料在图书馆的资料库里，找到的不多。在经过屡次考虑和导师的探讨，才对它的总体构造确定了下来，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屡次，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展反复的修改，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，每一步都严密联系在一起，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

11、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，由于时间仓促和经历缺乏，难免存在很多问题，敬请各位教师指导！ 2 设计计算 2.1主要工艺参数确实定 壳 程 管 程 介 质 水、水蒸气 再生气

12、 设计压力 0.4 3.2 设计温度℃ 210 340 换热面积 260 接收规格： 再生气进口DN300； 再生气出口 DN300 水 进 口 DN300； 水出口 DN300 蒸汽出口 DN400 2.2釜式换热器的构造设计 2.2.1总体构造设计 选择了比拟带蒸发空间的传统的构造形式，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。

13、如图2—1所示 图2—1 2.2.2换热器管程设计 1) 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开展，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本钱，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，构造紧凑，金属耗量减少，传热系数提高。将同直径换热器的换热管有改为使换热面积可增加40%左右，节约金属20%以上，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

14、用于粘性大或污浊的流体，而再生气成分未定，选用㎜×2.5㎜的无缝钢管。 c) 管长 管子过长清洗安装均不方便。一般取6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6。 d) 管材 选用20号钢。 e) 管束确定 估算单根换热管面积A A — 单根换热管的面积㎡ d — 无缝钢管直径㎜ — 无缝钢管壁厚㎜ 所需的换热管数n= F — 要求工艺换热面积㎡，F=260㎡ ㎜×2.5㎜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，防止冷热流体混

15、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16MnR。 b) 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=32㎜。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，不计弓形局部可排管子总数为631根。 c) 管板与壳体和管箱的连接

16、 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构造形式，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2—1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拟重要的构造局部，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，和把管内流体聚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

17、质的流向的作用，由于我采用的釜式换热器的特殊构造形式，我选用封头管箱，并用两程，隔板尺及构造见图3—3。但是由于采用了2程分程，隔板槽两侧管心距至少取44㎜。 图2—3 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、滑板等构造组成。 1〕 壳体构造见设计图纸。 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屡次横向流过管束，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，流体只经过圆缺局部而垂直流过管束，流动中死区较少，所以较为优越，构造也简单。弓形折流

18、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㎜，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6000㎜，去折流板间距为750㎜，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=300㎜。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，那么在折流板顶和底部需设置缺口，其角度为，高度为15～20㎜，共排除换热器内残留也和气体用。折流板的厚度是

19、根据换热器直径和换热管无支撑跨距来实现的，表3—5查得折流板的最小厚度为10㎜。它的名义外径为DN－6=㎜。 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㎜的管束;另一种为拉杆定居管构造形式，用于换热管外径大于或等于18㎜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。 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5000㎜，有两根组成。材料选用。 2.3 元

20、件的强度设计 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，各元件都需要进展强度设计计算，以确保在运行时平安可靠。 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，故正确地进展管板分析计算是比拟复杂的，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，㎜； S — 管心距，㎜

21、； 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。 但根据圆筒的内径标准系列，只能取。 2) 大端壳体直径确实定 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外表高约50㎜，且大端直径和小段直径之比为1.5～2倍，锥形过渡段为。因此去大端直径为2倍于小端直径，即为=2000㎜。那么由此可以得到斜锥的长度为。 3) 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16M

22、nR，壳体的计算厚度 — 计算厚度，㎜； — 计算压力，取设计压力0.4； — 圆筒内径，㎜； — 需用应力，，由于200℃ 时=170，250℃时=156，用试差法计算在210℃是=176.4； — 焊缝系数，=0.85。 ==2.8㎜ 16MnR的负偏差为=0，取腐蚀余量=2㎜，因此钢板的名义厚度可取。但作为大端直径为2000㎜的圆筒的最小厚度为=14㎜，小端直径为1000㎜的圆筒的最小厚度为=10㎜。为制造方便和考虑经济本钱小端和大端直径以及斜锥壳都取=14㎜。 进展水压实验校核：即 0≤0.9 F — 要求工艺换热面积㎡ D — 壳体计算

23、内径，㎜； S — 管心距，㎜； 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 — 计算厚度，㎜； — 计算压力，取设计压力0.4； — 圆筒内径，㎜； — 需用应力，，由 — 有效厚度，㎜； — 屈服应力，=340； =1×9.81×2000=0.01962 ==0.51962 =50.22 0.9=0.9×0.85×340=260.1 < 0.9，由此可知筒体厚度取14㎜完全符合要求。 4) 管箱厚度计算

24、 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 — 计算压力，取设计压力，=3.2 — 需用应力，340时=136.4； — 焊缝系数，=1。 =11.79㎜ 取腐蚀余量为2㎜，16MnR的负偏差为0，因此可取其名义厚度为14㎜。 2.3.2 开孔补强设计计算 开孔补强设计就是适当增加壳体或接收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那么的等面积布强圈，主要用于补强圈构造的布强设计计算。规定不需要另行补强的接收外径要小于或等于89㎜，故5个孔都需补强。 1

25、) 再生气进出口〔DN300〕 a) 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 A — 开孔削弱所需要的补强面积，； — 开孔直径，圆形孔等于接收内径加2倍，厚度附加量，=325+0=325㎜； — 壳体开孔处的计算厚度，㎜； — 接收的有效厚度，=- C =14-2 =12㎜； — 强度削弱系数，，即设计温度下接收材料与壳体材料需用应力之比，当>1.0时，就取=1.0。=136.4，=92，故取=1.0。 A=325×11.79 +2×11.79×12〔1－1〕=3831.75㎜ b) 有效补强范围 i.

26、有效宽度B 取二者中最大值B=2d B=d+2 式中 B—补强有效宽度，㎜； —壳体开孔处名义厚度，㎜； —接收名义厚度，㎜； B=2×325=650㎜ B=325+2×14+2×14=381㎜ 故 B=650㎜。 ii. 有效厚度 外侧有效高度去式中较小值 接收实际外伸高度=300㎜ 故 =67㎜。 内侧有效高度取式中较小值 =接收实际内伸高度=0 故 =0。 iii. 有效补强面积 壳体多余金属面积 =〔650

27、-325〕〔12-11.79〕-0 =68.25 接收多余面积 接收计算厚度 =2×67.45〔12-5.38〕10+0 =893.0 补强区焊缝面积焊脚取6.0㎜ =2××6.0×6.0=36 那么 iv. 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=650㎜。取外径D=550㎜，公称直径DN300，内径d=329的补强圈。 补强圈的厚度 = =283

28、4.5÷〔550-329〕 =12.8㎜ 考虑钢板的厚度麸皮偏差并经圆整，实取补强圈的厚度为14㎜，其质量为16.8㎏。 2) 水蒸气出口〔DN400〕 允许不另补强的最大接收外径为，故本开孔需要另行考虑其补强。 a) 开孔所需的补强面A A= ==0.82 A=402×2.8+2×2.8×12×〔1-0.82〕 =1125.6+22.176 =1147.776 b) 有效的补强范围 有效宽度B取二者较大值 B=2d=2×402=804㎜ B= 外侧有效高度取二者较小值 接收

29、实际外伸高度＝150㎜ 故 =75㎜1。 内侧有效高度=0。 c) 有效补强面积 壳侧多余金属面积 =〔804-402〕〔12-2.8〕-2〔14-2〕〔12-2.8〕〔1-0.67〕 =3625.5 接收多于金属面积 接收计算厚度 = =2×75×〔12-0.69〕×0.67+0 =1136.66 由于 ，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。

30、 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 3.1 法兰的选用 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确实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16。 图3—1 容器法兰 DN =1000㎜,D

31、=1215㎜,=1110㎜, =1097㎜, =100㎜, H =175㎜, h =42㎜, =28㎜, =32㎜, R =15㎜, d =33㎜, 对接筒体的最小厚度=14㎜， 螺栓选用48个30×250，法兰质量为=334.2㎏ 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3—1。如图3—2和图3—3所示，材料选用20号钢。 表3—1

32、 标准 形式 公称直 径 钢管外径 法兰外径 法兰厚度 螺孔直径 颈的直边高度 带颈对焊 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 图3—2管法兰 图3—3 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3—2。材料选用16MnR。 表

33、3—2 公称直径 直边高度 曲面高度 容积/㎡ 壁厚 质量/㎏ 1000 40 250 0.162 14 136 2000 40 500 1.173 14 511 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拟成熟的，但计算过程比拟复杂，这里不再阐述，如图3—4所示，材料选用45号钢。 图3—4 带法兰球冠封头 其中 =997㎜， = 950㎜， =910㎜， 螺孔直径为 26㎜，共用32个的

34、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，防止冷热流体混合，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平安运行、节约材料，降低制造本钱是至关重要的。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3—6。 图3—5 固定管板 图3—6 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㎜，弦高为100

35、0㎜，厚度为10㎜，材料用。 4 鞍座的设计 4.1 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〔1000～2000〕，包角带垫板的鞍式支座。材料选用〔鞍座专用钢材〕，垫板材料与筒体的材料一样。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，假设梁的全长为

36、L，那么当外伸端长度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拟复杂，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。否那么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，此外，由于封头的抗弯刚度具有局部加强的作用。假设支座靠近封头，那么可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因

37、此JB4731还规定了当满足A≤0.5〔为圆筒的平均半径，，为圆筒的名义厚度，为了分析方便，设计中用圆筒的内半径代替〕. 4.2.2 设备总长确实定 首先考虑换热管的长为=60000㎜，而大端封头的长度为=540㎜，水出口的直径为325㎜，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=650㎜，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=740㎜，与此取设备总长+△=6000+540+650+740+△=8720. 4.2.3 A值确实定 釜式换热器的手里主要集中在管板与换热管一侧，封头管箱内只有气体，其对壳体的作用力在计算时为方便暂时可以不计，

38、故可以近似认为鞍座是受均布载荷作用的，依据4.2.1的说明，取A=1200㎜。 4.3 力的计算 4.3.1 重量产生的反力 1) 设备本身的质量 =3767.08㎏ 其它附件的质量就取为的5%，即设备的总质量为 =〔1+0.05〕×13767.08㎏ =14455㎏ 2) 物料的质量 由于物料本身占到了设备截面弦高1000 ㎜处，其余空间均被气体充满，故只要估算水的质量就可以了。 =11027㎏ 3) 设备重量

39、 设备操作时总质量 m =14455+11027 =25482㎏ =25482×9.81 =249978.42N 4) 支座的支反力 F= = =124989.21N 4.3.2 地震产生的力 1) 地震引起固定端鞍座横向推力 G — 换热器总质量㎏， — 地震系数，。

40、 =124989.21N 2) 地震引起滑动鞍座横向推力 3) 地震引起固定鞍座反力 H —鞍座地班子换热管中心线的距离，㎜，， — 两鞍座间的距离，。 =36761.5 4) 地震引起滑动鞍座的反力 =36761.5N 5) 地震引起固定鞍座测向推力 — 重量引起固定鞍座反力，N； =62494.6N 6) 地震引起滑动鞍座测向推力 — 重量引起滑动鞍座反力，N

41、； =62494.6N 7) 地震引起固定鞍座处的弯矩 — 重量引起固定鞍座处壳体轴向弯矩，N·㎜ ㎜ = =N·㎜ 8) 地震引起滑动鞍座处的弯矩 — 质量引起滑动鞍座处壳体轴向弯矩，N·㎜， 9) 地震引起两鞍座间的弯矩 — 重量引起在两支座中间最大轴向弯矩，N·㎜ = =N·㎜ 10) 地震引起固定鞍座处测向弯矩

42、 = =N·㎜ 11) 地震引起滑动鞍座处测向弯矩 = =N·㎜ 4.3.3风载产生的力 1) 横向有效风载荷 — 筒体有效宽度，=2028㎜； — 筒体有效高度，=2250㎜； — 当地有效风压，=500。 =2265.75N 2) 侧向有效风载荷 — 设备有效长度，=8500 ㎜ =7481.25N 3) 风

43、载引起固定鞍座出反力 — 固定鞍座处横向风载力，= =559.76N 4) 风载引起滑动鞍座处反力 — 滑动鞍座处横向风载力，= =599.76N 5) 风载引起固定鞍座处侧向推力 6) 风载引起滑动鞍座处侧向推力 B — 滑动d鞍座至有效长度间距 ，近似取B=A 7) 风载引起固定鞍座处侧向弯矩 8) 风载引起的滑动鞍座处侧向弯矩 4.3.4 热膨胀产生的力 1) 热膨胀引起固定鞍座处横向推力 — 根底和活动鞍座底板之间的摩擦系数，对钢取

44、=0.8，对润滑板=0.1。 = 99991N 2) 热膨胀引起活动鞍座处横向推力 =12498.9N 3) 热膨胀引起固定鞍座处弯矩 =99991×1250 = 4) 热膨胀引起活动鞍座处弯矩 =124989.9×1250 = 5) 热膨胀引起两鞍座间弯矩

45、 =124989.9×1250 = 4.3.5 总合力计算 1) 固定鞍座处最大反力 == = 取其中最大值，即=139742.2N。 2) 滑动鞍座处最大反力 取其中最大值，即=139742.2N。 3) 固定鞍座出有效壳体最大弯矩 取两者中最大值 即。 4) 滑动鞍座处有效壳体最大弯矩 取其中最大值 即= 5) 两鞍座处有效壳体最大弯矩 取其中最大值 即。 4.4 应力校核 4

46、.4.1 轴向应力 1) 两鞍座间轴向应力 最高点 最低点 P — 设计压力，Mpa； — 有效厚度，=12㎜； — 内半径，近似取=1000㎜。 210℃时，，满足要求。 2) 鞍座截面处圆筒的轴向应力 顶部 底部 “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，，那么=0.107，=0.192。 =25.35Mpa =7.99 Mpa 4.4.2 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

47、的切向应力。封头与圆筒的材料一样，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 — 系数，=1.171； — 弧度，； —角度，； =13.64Mpa =0.8×167.4=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 　　　　　　　　　　ｂ—　鞍座宽度，ｂ＝㎜ —周向压缩力系数， 　　　　　　　　　　　＝

48、－ 　　　　即　，因此计算满足要求。 　　　　鞍座截面上鞍座包角处的周向应力 —　周向弯矩系数，＝0.0528 　　　　　　　　　　　＝ 　　　即　　，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CAD软件，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

49、和特征进展动态修改，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展了屡次修改，但可能依然会存在很多缺乏的地方。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，至就局

50、部零部件的设计过程作以说明。其余将在辩论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，在选择所需的绘图工具，并联合添加/删除几何关系选项来绘制草图5—1。然后选择旋转特征，来完成封头绘制。 图5—1 为设计方便，将管箱的建模合并在一起进展，选择绘制草图的基准面绘制直径为1000㎜的圆，选择拉伸，在弹出的对话框中选择。然后。如图5—2所示。在基体上开孔，选择了它的右视基准面，绘制草图，选择。选择方向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拉伸到一面如图5—4。然后建立基准面，绘制草图，用薄壁拉伸，如图5—5

51、，接收的制作完成后，有选用 图5—2 图5—3 图5—4图5—5 有选用了镜像特征，来完成另一接收的造型。 5.2.2 鞍座的设计 其余步骤不再介绍，这里我想提到一点，就是由于SolidWorks提供的颈特征 ，方便的完成了设计。如图5—6所示。 图5—6 5.2.3 螺母的设计 选择“工具〞里的草图绘制实体中的多边形设置边数为6，修改尺寸，完成后，进展拉伸，如图5—7所示。完成后，重新选择绘图基准面，拉伸切除。选择 图5—7 图5—8 边线并单击右键，转换实体应用，应用，弹

52、出对话框 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，将在辩论时予以演示。 5.3 装配体的设计 翻开新建文件，弹出对话框，选择，单击“确定〞。〔 装配过程根本按组对过程进展，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，先对封头管箱的构造进展了装配先组成一个子装配体1，如图5—8。换热管与管板折流板的装配依次顺序是：浮动端管板—拉杆—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

53、 图5—8 距管—换热管—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5—9所示。 图5—9 壳体封头配合装配连接—壳体与容器法兰配合装配连接—壳体与换热管管板的配合装配连接—在调入装配体1进展配合装配，最后的装配结果，如图5—9和5—10。具体步骤不在这里予以表达，将在辩论时予以讲述和说明。但在装配的根底上 图5—10 图5—10 进展了爆炸视图的创立和生成，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5—11 5.4 工程图的生成 由于SolidWorks提供

54、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，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,再选择刨面视图,生成工程装配总图.隐藏视图一,重新生成前视图作为它的右视图.利用 来进展标注和修改,有些线需要隐藏,那么选准之后单击右键,隐藏.局部放大视图是用草图绘制工具来完成。由于实际操作性太强，这里不再介绍，辩论时予以阐述。 设 计 总 结 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

55、计时间里，我的收获却是丰厚的，从最初的几个工艺参数开场，到最后相当于实体制造的设计建模过程每一个构造和数据的选取以及计算都反复斟酌查阅资料，比拟仔细斟酌，才开场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，又重新从头开场修改校正。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制这种问题是困难的，在光有理论是远

56、远不够的，让我深刻体会到了教师们常说的那句“理论与实际是有差距的〞。 设备设计包括总体构造设计和各个组成的构造设计以及强度设计，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。工作任务是比拟繁重的，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构造始终无法想，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。在经过屡次考虑和导师的探讨，才对它的总体构造确定了下来，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，

57、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屡次，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展反复的修改，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，每一步都严密联系在一起，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，总要克制，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

58、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标准的规定，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㎡ d — 无缝钢管直径㎜ — 无缝钢管壁厚㎜ F — 要求工艺换热面积㎡ D — 壳体计算内径，㎜ S

59、— 管心距，㎜ b — 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，㎜ — 计算厚度，㎜ — 计算压力， — 圆筒内径，㎜ — 需用应力， — 有效厚度，㎜ — 屈服应力， — 开孔直径，㎜ — 强度削弱系数 — 接收的有效厚度，㎜ B—补强有效宽度，㎜ —壳体开孔处名义厚度，㎜ —接收名义厚度，㎜ G — 换热器总质量，㎏ — 重量引起固定鞍座反力，N — 筒体有效宽度，=2028㎜ 参 考 文 献 【1】顾芳珍 陈国桓编. 化工设备设计根底.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

60、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 赵永湘编著. 换热器.重庆:重庆大学出版社,1989 【5】周志安 尹华杰 魏新利编. 化工设备设计根底. 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

61、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根底与应用教程.北京:清华大学出版社,2003 【12】江洪 魏峥 顾寄南等编著. SolidWorks2004根底教程.北京：机械工业出版社，2004 【13】张威编著. 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

62、 谢 辞 经过两个多月的忙碌，本次设计已经即将完毕，作为一名本科生的毕业设计，由于经历的匮乏，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教师的悉心指导和丁教师的指点，贺教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，得到了教师们悉心的教诲，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根底。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教师和同学们表示深深地感谢，感谢大家在学习、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

63、 英 文 翻 译 碳和铬钼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铬-1/2钼钢、〔P-4〕1-1/4铬-1/2钼钢和〔P-5A〕2-1/4铬-1钼钢的气体保护电弧焊和气体钨电弧焊的制造要求。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 焊接规程明的说P号 焊接工艺 P号与P好的连接 焊接根的配置 页码 5-5-

64、2-CI 5-5-2-OR 5-5-2-B 气体无电弧焊 5A与5A，4，3，1 自耗嵌块 开焊根 加垫板 17 19 21 4-4-2-CI 4-4-2-OR 4-4-2-B 气体无电弧焊 4与4，3，1 自耗嵌块 开焊根 加垫板 23 25 27 1-1-2-CI 1-1-2-OR 1-1-2-B 气体无电弧焊 1与1 自耗嵌块 开焊根 加垫板 29 31 33 5-5-1-B 气体保护电弧焊 5A与5A，4，3，1 加垫板 35 4-4-1-B 气体保护电弧焊

65、4与4，3，1 加垫板 37 1-1-1-B 气体保护电弧焊 1与1 加垫板 39 表Ⅲ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展了详述。本表可以与表Ⅲ一起使用。 处于涡轮机和发电机及其相关设备不在ASMEB—PV标准的各个章节或ASMEB31.1说涉及的范围内，因此ASME建造标准的要求对本标准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标准的编制意图，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&PV 标准、ASMEB31.1 或国家检验委员会标准ASME 的制造局部的有关要求

66、采用的，应全面执行ASME 标准的规那么。对于各种分标准应用，通过采用FAR或MDR系统，工程部门可以放弃焊接规程说明的各种规那么， 如果可行，应按ASME 第Ⅸ章的有关规那么进展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标准所特别设计的压力容器或管道时，应以上述标准的规那么为准，并要求提供现场/工厂制造的特殊说明。 注：对于电机部件，如果要求焊接后进展热处理，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那么。 注：对于较小直径〔