2011级工程实验班-设备设计说明书
δp'''?D?DG?G??EpYt?0.5?σ?bAbLG???0.0435Pc???3??DG????1/3?0.5?189?7513?32.2??? ?835.6??835.6?0.0435?0.715????33200?10?1835.6???? ''''''(4)平盖的计算厚度δp?maxδp,δp,δp?55.54mm1/3?55.54mm
??（5）盖计算厚度 δd?δp?max?C2,开槽深度?＝55.56+4=59.56mm，取δn?60mm。
第3.3节 管板的设计计算
1.设计温度及设计压力
(1).因为不能保证Pt，Ps在任何情况下同时作用，取Pd?max?PMPa t,Ps??0.715(2).按GB150—1999 3.12.1规定，应取不低于元件的金属温度，但在管板计算中无法保证管、壳程介质同时作用，且管板的金属温度很难计算，故一般取较高侧的设计温度为管板设计温度，即t=110℃。 2.管板、换热管
(1).考虑到拆装清、洗方便，管板的类型按GB151—1991 5.7选用a型，即管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。结构如图
图 3.3管板与壳体、管箱的连接方式
管板材料选用S30408锻件，设计温度下许用应力?σ?r?112MPa，设计温度下的弹性
t模量Ep?188?103MPa
（2）换热管材料S30408，设计温度下许用应力?σ?t?112MPa，换热管设计温度下屈
tt服点σs?168MPa，换热管设计温度下弹性模量Et?188?103MPa。换热管规格Φ25
×2，根数n=422，换热管排列方式为正三角形。根据GB151—1999表12，换热管中心距S=32mm，分成隔板两侧相邻管中心距Sn=44mm。采用十字形4管程。
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(3)结构参数及系数的确定 ◆垫片压紧力作用中心圆直径DG
852?810?21mm 2N21?10.5 基本密封宽度 b0??22垫片接触面宽宽度 N?当b0?6.4mm时,b?2.53b0?2.5310.5?8.198
DG?D4?2b?852?2?8.198?835.6mm（D4垫片接触的外径，即管箱法兰的D4） ◆因设置隔板或者拉杆而未能被换热管支撑的面积Ad
''2Ad?n1'S(Sn?0.866S)?n23SSn?0.866n2S?Sn??2222?12?32?(44?0.866?32)?2?6?3?32?44?2?6?0.866?32?44?22941mm
◆管板布管区面子At
At?0.866nS2?Ad?0.866?422?32?22941?397164mm◆管板布管区内开孔后的面积Al
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ππ?397164-422??252?190120mm2 44◆管子金属总面积 Al?At?n?从GB151-1999附录J查得换热管金属横截面积a?144.51mm2
2na?422?144.51?60983mm则
◆布管当量直径Dt
Dt?4At4?397164??711mm π3.14◆管子的有效长度L
设管板名义厚度?n?100mm，由GB151-1999表33，取换热管的伸出长度为1.5mm
L?L0?2?n?2?(管端伸出长度)?6000?2?100?2?1.5?5797mm ◆系数计算
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ρt?Dt711na60983??0.85 β???0.32 DG835.6Al190120Etna188?103?60983◆管束模数 Kt???2782LDt5797?711
◆按GB151-1999 5.7.2.1，管板强度削弱系数??0.4，管板钢板削弱系数??0.4。 ◆管束无量纲 Kt?~~Kt2782??0.037 ηEp0.4?188?103Pd0.715??0.011 t1.5μ?σ?r1.5?0.4?112◆无量纲压力 Pa?按Kt/Pa~1/3~1/2?30.037/0.011?3.18，1/ρt?1/0.85?1.176查GB151-1999图23 ，图
24，得C?0.41，Gwe?6.18 ◆换热管稳定许用应力???cr
2Et2?188?103?π??148.62 ·系数 Cr?πtσs168·管子回转半径i： i?0.25d2?(d?2δt)2?0.25?252?(25?2?2)2?8.16mm ·换热管受压失稳当量长度lcr：查GB151-1999，根据图32对应本设计中
a?414mm,b?655mm,c?456mm,d?320mm,e?346mm
?ab??414655?则lcr?max?,,c,d,e??max?,,456,320,346??463mm
2?22??2?根据GB151-1999，5.7.4.2规定 当lcr/i?463/8.16?56.74＜Cr?153.91时，
?σ?crtσs?2?lcr/i?168?56.74?1???1????2?153.91??68.52MPa 2C2??r??（4）管板计算厚度?及名义厚度?n
◆管板的计算厚度δ：δ?CDtPa?0.41?711?0.011?30.57mm
◆管板的最小厚度δmin：由GB151-1999，5.6.1要求，换热管外径d0?25时，
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δmin?0.75do?18.75mm
管程侧结构槽深h2?4mm，腐蚀余量Ct?0；壳侧结构槽深h1?0，腐蚀余量Cs?0
δn??max(δmin,δ)?max(CCt,h2)????30.57?4???36mm s,h1)?max(原设?n?100mm，计算值为δn?36mm，应重复假设?n计算 假设δn?36mm，L?6000?2?36?2?1.5?5925mm
Etna188?103?60983Kt???2722LDt5925?711 Kt?~1/3~Kt2722??0.0363ηEp0.4?188?10
~1/2Kt/pa?30.036/0.011?3.15
1/ρt?1/0.85?1.176查GB151-1999图23 ，图
24得C?0.41,Gwe?6.18
~δ?CDtPa?0.41?711?0.011?30.57mm δn?30.57?4???36mm，接近假设值，故合适。 （5）换热管的轴向应力校核
根据GB151-1999，5.7.2.2，按以下的三种工况分别校核 ①．只有管程设计压力PMPa，壳程设计压力Ps?0 t?0.715Pd?Pt?0.715MPa，Pc?Ps?PMPa t(1?β)?0?0.715?(1?0.32)??0.945Pa?~Pd0.715??0.011 t1.5μ?σ?r1.5?0.4?112~1/2由Kt/Pa~1/3?30.036/0.011?3.15，1/ρt?1/0.85?1.176查GB151-1999图24，得
Gwe?6.18。
σt??At1?P?(P?P)Gstwe??cβ?Al? 1397164??t????0.945?(0?0.715)?6.18??25.89MPa＜?σ?t?112MPa，校核通过。0.32?190120?24
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②．只有壳程设计压力Ps?0.11MPa，管程设计压力Pt?0
Pd?Ps?0.11MPa，Pc?Ps?P?0?(1?0.32)?0.11MPa t(1?β)?0.11Pa?~Pd0.11??1.64?10?3 t1.5μ?σ?r1.5?0.4?112~1/2由Kt/Pa
σt?~1/3?30.036/1.64?10?3?8.15,1/ρt?1.176查GB151-1999图24，得Gwe?19.624。?At1?P?(P?P)Gstwe??cβ?Al? 1397164?????0.11?(0.11?0)?19.62???13.75MPa0.32?190120? 当σt＜0时，σt?13.75MPa＜?σ?cr?68.52MPa,校核通过。③．管程设计压力PMPa，壳程设计压力Ps?0.11MPa，同时作用 t?0.715Pd?Ps?PMPa t?0.605Pc?Ps?P?0.715?(1?0.32)??0.845MPa t(1?β)?0.11Pa?~Pd0.605?3 ??9.00?10t1.5μ?σ?r1.5?0.4?112~1/2由Kt/Paσt?~1/3?30.036/9.00?10?3?3.48,1/ρt?0.176查GB151-1999图24，得Gwe?7.12?At1?P?(P?P)Gstwe??cβ?Al?1397164??????0.845?(0.11?0.715)?7.12? 0.32?190120??25.48MPa＜?σ?t?112,校核通过。t④换热管与管板的拉脱力校核
本设计采用换热管与管板强度焊接连接，换热管焊缝尺寸取l?3.5mm由GB151-1999，5.7.5，知，许用拉脱力?q??0.5?σ?t?0.5?112?56MPa
t?t取三种工况绝对值的最大值，故σt?25.89MPa。
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