摘 要
换热器是进行热交换操作的常用的工艺设备，它被广泛应用于各个换热的工业部门。特别是在石油和化学工业生产中占有很大的作用，换热器常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
随着信息时代及全球经济一体化进程的到来，虚拟制造先进的制造模式和技术正在成为制造工程界研究和应用的重点领域，本文就针对虚拟制造技术的一个重要环节———虚拟装配技术进行了研究。 本文的主要研究内容：
此次设计主要利用Solidworks软件对换热器进行实体建模。 （1）对BIU1200甲烷换热器的国内外发展现状进行了概述； （2）对BIU1200甲烷换热器的研究意义及内容做了简单介绍； （3）对BIU1200甲烷换热器的进行结构设计与强度计算。
（4）本次设计的重点，BIU1200甲烷换热器3D零件库的建立及虚拟装配。 通过这次BIU1200甲烷换热器实体的建模使我进一步了解了换热器的结构组成，在装配的过程中，更加直观抽象的掌握了换热器各元件之间的装配关系以及相互之间的联系。
运用Solidworks将二维图形生成实体，通过零件之间的关系组装成装配体，然后利用Solidworks工程图的功能，将装配后的实体图转化成二维平面图。保存为.dxf格式，在AutoCAD里编辑成图。
关键词：换热器；结构设计；实体建模；虚拟装配
I
Abstract
The heat exchanger is the general process equipment for exchanging heat, and is used in many kinds of the industrial department. Especially, in petroleum and chemical industry production, we usually need The heat exchanger to heat the hypothermia fluid or cool the hypothermia fluid, and carburet the fluid to fume or condense the fume to fluid.
With the coming of Information Times and economy intergrative,advanced pattern of manufacture and technology for Virtual Assembly is becoming important area in manufacture engineering.
This design uses software of Solidworks to build model for boiler （1）Summarize of domestic and overseas developing situation for BIU1200 marsh gas
heat exchanger;
（2）Simply introduce research significant and content for BIU1200 marsh gas heat
exchanger;
（3）Simply do structural design and strength calculation for BIU1200 marsh gas heat
exchanger;
（4）The main point of this design, 3D Design and Virtual Assembly for BIU1200 marsh gas heat exchanger;
Through this substantive process make me know more about structure component of boiler ,in the process of assembly，I learn relationship and connection between every component of boiler more intuitional and abstract.
Use Solidworks change two-dimension to substantive, assemble component, then , make use of function about schedule drawing in Solidworks change substantive to two-dimension and save to .dxf pattern,and edit in AutoCAD.
Key Words: the heat exchanger; structural design; solid model building; virtual assembly
II
目 录
摘 要 .................................................................. I Abstract ................................................................. II 第1章 引 言 ............................................................. 1
1.1换热器国内外发展现状及发展趋势 .................................... 1 1.2 BIU1200甲烷换热器的三维设计及虚拟装配研究主要研究内容 ............ 3 1.3 BIU1200甲烷换热器的三维设计及虚拟装配研究意义 .................... 4 第2章 BIU1200甲烷换热器总体设计 ......................................... 5
2.1 计算介质定性温度及确定其物性数据 .................................. 5 2.2平均有效温差计算 .................................................. 6
2.2.1 平均有效温差 ................................................ 6 2.2.2 按流程分配形式修正平均有效温差 .............................. 6 2.3 热量衡算 .......................................................... 7 2.4 物料衡算 .......................................................... 7 2.5 传热计算 .......................................................... 8
2.5.1 初选总传热系数，估算换热面积 ................................ 8 2.5.2 确定换热管的规格和排布形式 .................................. 8 2.5.3 估算换热管根数 .............................................. 8 2.5.4 按介质的特性决定流体走向及管程数 ............................ 9 2.5.5 换热器排管并确定参数 ........................................ 9 2.5.6 计算换热器管程流速、管内传热系数 ........................... 10 2.5.7 计算壳程流速、管外传热系数 ................................. 12 2.5.8 计算总传热膜系数 ........................................... 15 2.5.9 壁温计算 ................................................... 15 2.5.10 校核实际粘度比 ............................................ 16 2.5.11 校核传热面积 .............................................. 16 2.6 压力降计算 ....................................................... 17
2.6.1 管程压力降 ................................................. 17 2.6.2 壳程压力降 ................................................. 18
第3章 BIU1200甲烷换热器的强度计算 ..................................... 24
3.1 换热器强度计算条件的确定 ......................................... 24
3.1.1 设计压力的确定 ............................................. 24 3.1.2 换热器的计算压力 ........................................... 24
III
3.1.3 设计温度的确定 ............................................. 24 3.1.4 主体材料的选择 ............................................. 24 3.2 容器筒体的强度计算 ............................................... 24
3.2.1 筒体计算参数及材料力学性能 ................................. 24 3.2.2 筒体的焊接接头系数 ......................................... 25 3.2.3 容器筒体的厚度计算 ......................................... 25 3.2.4 压力试验时应力校核 ......................................... 26 3.2.5 压力及应力计算 ............................................. 27 3.3 换热器封头强度计算 ............................................... 28
3.3.1 管箱封头计算参数及材料力学性能 ............................. 28 3.3.2 壳体封头计算参数及材料力学性能 ............................. 30 3.4 容器开孔补强计算 ................................................. 32
3.4.1 接管计算参数及材料力学性能 ................................. 32 3.4.2 容器开孔数据 ............................................... 32 3.4.3 管箱接管口的补强计算 ....................................... 33 3.4.4 筒体接管口的补强计算 ....................................... 37 3.5 容器法兰计算 ..................................................... 39
3.5.1 管箱法兰的计算参数 ......................................... 39 3.5.2 管箱法兰垫片设计 ........................................... 39 3.5.3 管箱法兰螺栓设计 ........................................... 41 3.5.4 管箱法兰设计 ............................................... 43 3.6 BIU1200甲烷换热器管板强度计算 ................................... 47
3.6.1 设计参数的选择 ............................................. 47 3.6.2 管板与换热管的结构尺寸 ..................................... 48 3.6.3 材料及设计数据 ............................................. 49 3.6.4 管板名义厚度 ............................................... 51 3.6.5 换热管轴向应力 ............................................. 51 3.6.6 换热管与管板连接拉脱力 ..................................... 52 3.7 BIU1200甲烷换热器支座选择 ....................................... 53 第4章 3D零件库建立及虚拟装配研究 ....................................... 54
4.1 软件介绍 ......................................................... 54 4.2 零件库的建立 ..................................................... 56
4.2.1 零件的生成 ................................................. 56
IV
4.2.2 生成零件 ................................................... 56 4.3 虚拟装配 ......................................................... 58
4.3.1 装配体文件的建立 ........................................... 58 4.3.2 插入零件 ................................................... 58 4.3.4 本章小结 ................................................... 62
参考文献 ................................................................. 64 致 谢 ................................................................... 65
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