換熱器的強(qiáng)度計(jì)算

1、確定了換熱器的結(jié)構(gòu)及尺寸以后，必須對(duì)換熱器的所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。因?yàn)楣軞な綋Q熱器一般用于壓力介質(zhì)的工況，所以換熱器的殼體大多為壓力容器，必須按照壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，對(duì)于鋼制的換熱器，我國一般按照GB150標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者美國ASME標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于其它一些受壓元件，例如管板、折流板等，可以按照我國的GB151或者美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于其它材料的換熱器，例如鈦材、銅材等應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。下面提供一氮?dú)饫鋮s器的受壓元件強(qiáng)度計(jì)算，以供參考。該換熱器為U形管式換熱器，殼體直徑500mm,管程設(shè)計(jì)壓力3.8MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力0.6MPa。詳細(xì)強(qiáng)度計(jì)算如下：1 .殼程

2、筒體強(qiáng)度計(jì)算2 .前端管箱筒體強(qiáng)度計(jì)算3 .前端管箱封頭強(qiáng)度計(jì)算4 .后端殼程封頭強(qiáng)度計(jì)算5 .管板強(qiáng)度計(jì)算6 .管程設(shè)備法蘭強(qiáng)度計(jì)算7 .接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算氮?dú)饫鋮s器（U形管式換熱器）筒體計(jì)算計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力Pc0.60MPa設(shè)計(jì)溫度t100.00C1_11i內(nèi)徑D500.00mm材料16MnR熱軋）（板材）試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力仃170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力仃t170.00MPaI)i-q-1試驗(yàn)溫度卜屈服點(diǎn)s345.00MPa鋼板負(fù)偏差G0.00mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)40.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度整！=*一=1.04mm后效諄度ee=Gn-C1-C2=7.00m

3、m名義厚度6n=8.00mm重量481.06Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值Pt=1.25P3=0.7500MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平at仃y0.90仃s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力+4)仃t=認(rèn)”=31.95MPa校核條件仃丁仃T校核結(jié)果合欣壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力Pw=赭J=3.99014MPa設(shè)計(jì)溫度卜計(jì)算應(yīng)力片:g+M仃，=帙=21.73MPa仃心1144.50iMPa校核條件IlatJ結(jié)論合格氮?dú)饫鋮s器前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力Pc3.80MPa設(shè)計(jì)溫度t100.00修Cl內(nèi)徑D500.00mmi*|心材料0Cr18Ni9(板

4、材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力仃137.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力。廣137.00MPa試驗(yàn)溫度卜屈服點(diǎn)仃s205.00MPa111i鋼板負(fù)偏差Ci0.80mm腐蝕裕量G0.001mm焊接接頭系數(shù)40.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度=3mi=8.29mm后效諄度ee=6n-Cl-C2=11.20mm名義厚度dn=12.00|mm重量75.76Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pr討=4.7500MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平仃TI仃t0.90仃s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力%+4)cjt=24/=127.53MPa校核條件gTIt校核結(jié)果合后壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允

5、許工作壓力經(jīng)？Pw=*)=5.10266MPa設(shè)計(jì)溫度卜計(jì)算應(yīng)力J=歐=86.72MPa116.45MPa校核條件仃1tL，結(jié)論合格氮?dú)饫鋮s器前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力Pc3.80MPa設(shè)計(jì)溫度t100.00,C內(nèi)徑D500.001mm6+曲曲圖度hi125.00mm一廠Hi材料0Cr18Ni9（板材）fr試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力不仃137.00MPa*p；.設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力仃,137.00MPa鋼板負(fù)偏差Ci0.80mm腐蝕裕量G0.00mm焊接接頭系數(shù)41.00諄度及重量計(jì)算形狀系數(shù)1K=不1=1.0000計(jì)算厚度0=1424=6.98mm后效諄度6e=6n-C1-C2=11.2

6、0mm最小厚度$min=0.75mm名義厚度6n=12.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量32.23Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力Pw=豺=6.06962MPa結(jié)論合格氮?dú)饫鋮s器后端殼程封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力Pc0.60MPa_一一一1_設(shè)計(jì)溫度t100.00pC內(nèi)徑D500.00mmL_曲曲圖度hi125.00mmr1工材料16MnRM軋）（板材）試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力仃170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力仃1t170.00MPa鋼板負(fù)偏差G0.00mm腐蝕裕量G2.00mm焊接接頭系數(shù)41.00諄度及重量計(jì)算形狀系數(shù)6K=2,=1.0000計(jì)算厚度=0.88mm后效諄度ge=dn-C1-

7、C2=6.00mmmm最小厚度5min=0.75名義厚度Bn=8.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量19.61Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力4。，忸Pw=即十見=4.05567MPa結(jié)論合格氮?dú)饫鋮s器管板計(jì)算設(shè)計(jì)條件殼程設(shè)1管程設(shè)二0.60壓力RMPa,3.80壓力RrMPa、100.00冗程設(shè)計(jì)溫度7C100.00管程設(shè)計(jì)溫度彳修C8.00殼程筒體壁厚域mm/12.00管程筒體壁厚現(xiàn)mm殼程筒體腐蝕裕量C1.00mm管程筒體腐蝕裕量C0.00mm_n500.00換熱器公稱直徑/mm換熱管使用場(chǎng)合a場(chǎng)合管板與法二或圓筒連接方式（abcd型）a型換熱管與管板連接方式（脹接或焊接）焊接材料（名稱及類型

8、）0Cr18Ni9卜義厚度羽70.00mm管卜度削弱系數(shù)聲0.40卜度削弱系數(shù)可0.40料泊松比產(chǎn)0.30卜板槽囿枳人210.002mm換熱管與管板脹接長度或焊腳高度i3.50mm卜計(jì)溫JTT管板材料彈性模量工191000.00MPa卜計(jì)溫度卜管板材料許用應(yīng)力匕工137.00MPa卜用拉脫力68.50MPa殼程側(cè)結(jié)構(gòu)槽深h10.00mm板管程側(cè)隔板槽深h24.00mmmm殼程腐蝕裕量小0.00向腐蝕裕量酬0.00mmM料名稱0Cr18Ni9換管子外徑d19.00mm熱，子壁厚U型管便42.00mm管及n138根換熱管中心距S25.00mm卜計(jì)溫度卜換熱管材料許用應(yīng)力，137.00MPa墊片材料

9、軟墊片壓緊面形式1a或1b墊墊片外徑口565.00mm片墊片內(nèi)徑D515.00mma型墊片厚度6gmmmm墊片接觸面寬度c墊片壓緊力作用中心園直徑DG547.11mmLr管板材料彈性模量（c）0.00MPaJ二皿管板材料彈性模量號(hào)（d型）0.00MPa1管箱圓筒材料彈性模量0.00MPa殼程圓筒材料彈性模量0.00MPa管板延長部分形成的凸緣寬度0.00mm（c型）殼體法蘭或凸緣厚度0.00mm管箱法蘭或凸緣厚度0.00mm參數(shù)計(jì)算管板布管區(qū)面積三角形排列正方形排列At-2d5!+一根換熱管管壁mm金屬橫截面積&管板開孔前抗彎剛度管板布管區(qū)當(dāng)s.-金fr11-0.00mm量直徑巴a型其他系數(shù)2

10、亢0.80按比/和必查圖得:=0.000000按占Ja和%/%查圖得：小0.000000a,c型喂0b,d型43“12Etb.2九”K,=-+A=f12D.+bAD.）11L0.00a型*f=0其他*l*f+*L0.00112凡4約凡bc型0.00-I圖紇旋轉(zhuǎn)剛度無量0.00系數(shù)剛系數(shù)0.2696按*工和V隊(duì)C=0.07134=0.0000管板厚度或管板應(yīng)力計(jì)算a管板計(jì)算厚度號(hào)go32%厚T出取出1、耳大值61.345mm管板名義厚度以兒=5+C,+566.000mm營板中心處住向應(yīng)力涇=04-吟屋；-frVMPa?=0r=Q=1-產(chǎn)嗚）2MPabcd布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力MPa片=0L，吟生暗

11、）=|型K=0g-冊(cè)1MPa邊緣處徑向應(yīng)力己=043廣小一2rMPa產(chǎn)t=0%r=R=；二、-哨MPa管板應(yīng)力校核單位：MPa仃|=0=詞詞:b心工況Cr|r=Rt=I工才1cCTr|r=R=Ui司工d仃r|r=0=IMr型Xlr況仃r|r=Rt=國句:仃r|r=R=I司工換熱管軸向應(yīng)力計(jì)算及校核外:MPa（單位）計(jì)算工況計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果校核只后殼程設(shè)計(jì)壓力近，管程設(shè)計(jì)壓力6=0:|-1.59|：合格只有管程設(shè)計(jì)壓力上，殼程設(shè)計(jì)壓力=0=0：力|6.29|司-（總后）不=_；合格殼程設(shè)計(jì)壓力入，管程設(shè)計(jì)壓力比同時(shí)作用：|4.69|；合格換熱管與管板連接拉脫力校核拉脫力qMPa-rj-忱匐3.2

12、1q校核合格重量64.89Kg氮?dú)饫鋮s器管箱法蘭強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)條件簡圖設(shè)計(jì)壓力p3.800MPa計(jì)算壓力pc3.800MPa設(shè)計(jì)溫度t100.00C軸向外載荷F0.0N外力矩M0.0N.mm冗材料名稱|0Cr18Ni9體汗用應(yīng)力曰LJ137.0MPa法的料名稱|#許用一|sf137.0MPa蘭應(yīng)力stf137.0MPa材料名稱|40Cr螺許用sb:212.0MPastb|189.0MPa栓公稱直徑dB24.0mm螺栓根徑d120.8mm數(shù)量n24個(gè)Di500.0Do660.0墊結(jié)構(gòu)尺寸Db615.0D外565.0D內(nèi)515.00016.0mmLe22.5LA31.5h35.06126.0產(chǎn)料類型

13、軟墊片N25.0m2.00y11.0壓緊面形狀|1a,1bb8.94DG547.1片b06.4mmb=b0b06.4mmDG=D外-2bb06.4mmb=2.53dM螺栓受力計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa=兀bDGy=169119.0N操作狀的最小螺栓載荷WpNWp=Fp+F=1127044.1態(tài)下需要所需螺栓總截面積AmAm=max(Ap,Aa)=5963.2mm2實(shí)際使用螺栓總截面積Ab百mm2Ab=41=8117.5力矩計(jì)算操FD=0.785以pc=745750.0NLD=LA+0.561=44.5mmMD=FDLD=33185876.0N.mm作FG=Fp=233573.5N

14、LG=0.5(Db-DG)=33.9mmMG=FGLG=7928625.5N.mmMpFT=F-FD=147150.2NLT=0.5(LA+d1+LG)=45.7mmMT=FTLT=6728066.0N.mm外壓：Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內(nèi)壓：Mp=MD+MG+MTMp=47842568.0N.mm預(yù)緊MaW=1492550.6NLG=33.9mmMa=WLG=50664460.0N.mm計(jì)算力矩Mo=Mp與刈叵4460.0N.mmijLJ1中大值Mo=5066-螺栓間距校核實(shí)際間距mm=80.5最小間距A=56.0(查GB150-98表9-3)mm最大間距158.4mm

15、形狀常數(shù)確定h/ho=0.4K=Do/DI=1.320,業(yè)而89.44h.6由K查表9-5得T=1.789Z=3.694Y=7.145U=7.851整體法蘭查圖9-3和圖9-4FI=0.85944VI=0.31415”班0.00961松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.00000電為隔0.00000查圖9-7=1.0657841=現(xiàn)學(xué)整體勺法蘭=4=學(xué)松式匕法蘭=星40.2由瓦隔得572246.80.0巾=6fe+1=1.44g=y/T=0.814.I3-=4口+F=dLC3t1.59/1十療0.98剪應(yīng)力校核計(jì)算值許用值結(jié)論預(yù)緊狀態(tài)k=”嗎MPa0.00操作狀態(tài)%丐aj

16、MPa0.00況|o.al輸入法蘭厚度6f=46.0mm時(shí)，法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì)算值許用值結(jié)論軸向應(yīng)力MPa校核合格料158.57慳河=205.5或2司司1=342.5（按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式法蘭，取工又可；）徑向應(yīng)力T良777.96MPa忖;=137.0校核合格切向應(yīng)力MFb54.14MPa口；=137.0校核合格綜合應(yīng)力加婚出-以45（沖+響=118.27MPa眄;=137.0校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格氮?dú)饫鋮s器開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管：a,（|）219X16計(jì)算方法：GB150-1998等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè)計(jì)條件簡圖計(jì)算壓力PcI3.8MPa設(shè)計(jì)溫度1100C91殼體型式圓形筒體|殼體材料名

17、稱及類型0Cr18Ni9板材A、1卜型用14殼體開孔處焊接接頭系數(shù)4().854.JiS殼體內(nèi)直徑D500mmYc=1Ji峻%1殼體開孔處名義厚度6n12imm殼體厚度負(fù)偏差C10.8Imm殼體腐蝕裕量C20Imm殼體材料許用應(yīng)力（7t1371MPa接管實(shí)際外伸長度100mm接管實(shí)際內(nèi)伸長度0mm接管材料0Cr18Ni9接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量01mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差Gt2mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差Grmm接管材料許用應(yīng)力t137MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力MPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度68.293mm接管計(jì)算厚度6t2.63mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)

18、frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr1開孔直徑d191mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B382mm接管有效外伸長度h155.28mm接管有效內(nèi)伸長度h20mm開孑L削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A21584mm殼體多余金屬面積A555.22mm接管多余金屬面積A1257mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A642mmAi+A+A=1876mn2,大于A,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積AI2mmA(A+A+A)2mm結(jié)論：補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。氮?dú)饫鋮s器開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管：b,小108x6計(jì)算方法：GB150-1998等面積補(bǔ)強(qiáng)法,單孑L設(shè)計(jì)條件計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)溫度0.6100MPa殼體型式圓形筒體殼體材料16MnRM軋)名稱及類型板材殼體

19、開孔處焊接接頭系數(shù)小0.85殼體內(nèi)直徑D殼體開孔處名義厚度6n殼體厚度負(fù)偏差Ci殼體腐蝕裕量C2殼體材料許用應(yīng)力500801170mmmmmmmmMPa接管實(shí)際外伸長度接管實(shí)際內(nèi)伸長度100mm接管焊接接頭系數(shù)接管腐蝕裕量補(bǔ)強(qiáng)圈外徑補(bǔ)強(qiáng)圈厚度接管厚度負(fù)偏差Ctmmmmmmmm接管材料0.75mmAiA;20(GB8163)名稱及類型補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差GmmMPa殼體計(jì)算厚度61.04mm接管計(jì)算厚度6t0.222mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.765開孔直徑d101.5mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B203mm接管有效外伸長度24.68mm接管后效內(nèi)彳時(shí)長度h20mm開孑L削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A107.22mm殼體多余金屬面積Ai595.82mm接管多余金屬面積A114.32mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A362mmA+A2+A=746.1mm2,大于A,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積AmmA-(A