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        空氣換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)

        2020-06-19 11:54:00葛昭宏閆紹峰錢永賀王東瑞
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2020年3期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        葛昭宏,閆紹峰,錢永賀,王東瑞

        (遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院,遼寧 錦州121001)

        1 設(shè)計(jì)方案的確定

        1.1 主要技術(shù)參數(shù)

        表1 主要技術(shù)參數(shù)

        1.2 設(shè)計(jì)方案的確定

        浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間,另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng),殼體和管束的熱膨脹是自由的,管束可以抽出,清洗管間和管內(nèi)方便,本次設(shè)計(jì)介質(zhì)是空氣和冷卻水,空氣的進(jìn)出口溫度為100/70℃,冷卻水的進(jìn)出口溫度為25/50℃,空氣的壓力為0.5MPa,冷卻水的壓力為0.2MPa,傳熱面積為70m2根據(jù)工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)、換熱面積以及管程殼程壓降等技術(shù)參數(shù)可知?dú)んw與管束之間溫差較大且殼程介質(zhì)易結(jié)垢,所以本次設(shè)計(jì)選擇浮頭式換熱器為最優(yōu)方案,便能滿足本次的設(shè)計(jì)任務(wù)。

        2 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2.1 流程的選擇

        在列管式換熱器中,哪種流體走管程哪種流體走殼程非常重要,直接關(guān)系到使用是否合理。一般可以從下列幾個(gè)方面考慮:不清潔或易結(jié)垢的流體宜走易清洗的一側(cè),對(duì)于直管管束,宜走管程;對(duì)于U 形管管束,宜走殼程;腐蝕性流體宜走管程;壓力高的流體宜走管程;為增大對(duì)流傳熱系數(shù),需要提高流速的流體宜走管程;兩流體溫差較大時(shí),對(duì)于固定管板式換熱器,宜使對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程,以減小管壁與殼體的溫度,減小熱應(yīng)力。

        根據(jù)壓力高的流體宜走管程這條原則,可選擇空氣走管程,冷卻水走殼程。

        2.2 材料的選擇

        浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是管間和管內(nèi)清洗方便,不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力;但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備笨重,材料消耗量大,且浮頭端小蓋在操作中無法檢查,制造時(shí)對(duì)密封要求較高。適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。根據(jù)此次熱交換器的設(shè)計(jì)和工藝條件,考慮材料的焊接性能,冷熱加工性能及容器結(jié)構(gòu),由于本次殼程設(shè)計(jì)溫度為65℃,管程設(shè)計(jì)溫度為130℃,介質(zhì)為冷卻水和空氣,所以換熱器材料選用Q345R。

        2.3 換熱管規(guī)格和排列方式

        列管式換熱器中所用換熱管的管徑,對(duì)于潔凈的流體可取小些,對(duì)于不太清潔、黏度較大或易結(jié)垢的流體就取大些。正方形排列的好處是管外清洗方便,故運(yùn)用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的情況,其傳熱效果較正三角形排列要差些,但如斜45°錯(cuò)列排列,則傳熱效果可以適當(dāng)提高一些。本設(shè)計(jì)選用的是轉(zhuǎn)角正方形排列方式,便于清洗。

        2.4 折流擋板

        弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時(shí)與橫向流過管束時(shí)的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來確定。如單弓形折流板,缺口弦高宜0.20~0.45 倍的殼體內(nèi)直徑,最常用的是0.25 倍殼體內(nèi)直徑。通常的擋板間距為50mm 的倍數(shù),但不小于100mm。

        本次設(shè)計(jì)選擇弓形折流擋板,間距200mm。

        2.5 法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        對(duì)焊法蘭具有厚度更大的頸,進(jìn)一步增大了法蘭盤的剛度。平焊法蘭和對(duì)焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種,當(dāng)設(shè)備由不銹鋼制作時(shí),采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)可以節(jié)省不銹鋼。根據(jù)以上原則,該設(shè)備選用長徑對(duì)焊法蘭。

        2.6 封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,是壓力容器中最常用的一種封頭。橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球面和一圓柱直邊段組成,它吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)。由于橢圓部分經(jīng)線曲率平滑連續(xù),故封頭中的應(yīng)力分布比較均勻。

        3 強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算

        3.1 筒體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算

        設(shè)計(jì)壓力Pc=2.2MPa

        GB151-2011 中規(guī)定公稱直徑800mm 圓筒壁厚為8mm,故取=8mm。

        3.2 封頭壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算

        為了使筒體與封頭受力均勻,通常將封頭壁取與筒體壁厚相等,即δn=8mm

        4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        圖1 空氣換熱器裝配圖

        5 結(jié) 語

        本設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)完全按照國家目前最新標(biāo)準(zhǔn)GB150-2011《壓力容器》和GB151-2014《熱交換熱器》的規(guī)定,設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)完全模擬錦州某公司的在役設(shè)備,設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際基本一致;圖紙結(jié)構(gòu)合理,表達(dá)清楚。

        本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、緊湊;管子清洗方便,易于更換;主要應(yīng)用于管、殼程溫差較大的場合。

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