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1、U形管换热器E-2103的机械设计摘 要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺的要求。换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，已经得到越来越广泛的应用。本设计为U形管换热器的机械设计，在设计过程中，严格按照GB150-1998钢制压力容器和GB151-1999管壳式换热器及换热器设计手册等标准进行设计和计算。综合考虑各种因素，结构设计合理、经济，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；换热器的材料、主要结构尺寸选择恰当，满足强度、刚度、稳定性及水压试验等校核要求。根据设计压力确定的壁厚，使换热器有
2、足够的腐蚀裕度，从而使设计结果达到最优化组合。同时设计中阐述了换热设备的分类、用途、发展趋势以及对各部分结构的制造工艺过程等。在本次设计过程中已完成了设计说明书、一张总装配图和三张零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。关键词：换热器，U形管，结构设计，校核U-tube heat exchanger mechanical design of E-2103AbstractHeat exchanger is the equipment that transfers a part of heat from the hot fluid to the cold. It is the kind of
3、equipment that can make materials achieve the specified temperature to meet the technological requirements. Heat exchange is the universal equipment for the chemical, petroleum, power, food and other industrial sectors, which occupies an important position. And it has been applied more and more.The
4、main content of the design is the U-shaped tube exchanger. In the design process, the designer depends on strict accordance with GB150-1998, GB151-1999, Mechanical Design Handbook for design and calculation .Various factors taken into account, the structural design is reasonable and economic, while
5、it satisfies the requirements of the manufacture, maintenance, assembling, transportation and so on. The heat exchanger materials and the size of main structures have been chosen properly to meet the strength, stiffness, stability, hydrostatic testing and other verification requirements.According to
6、 the design pressure of the wall thickness, there is enough sufficient corrosion allowance so that the design results achieve optimum combination. Also, the contents have expressed the classification, use, development trends and a part of the structure of the manufacturing process for the heat excha
7、nger. In this design process, the designer has completed the design specifications, a general assembly and three spare parts drawings, and completed a foreign language translation.Keywords: Heat exchanger, U-shaped tube, structural design, verification.31 前 言51.1 换热设备的概述及分类51.2 换热设备的应用51.3 U形管换热器的特点
8、51.4 换热器的设计要求61.5 换热器的常见问题及处理61.6 换热器的相关技术发展方向62 材料选择和结构设计72.1 压力容器材料的选择72.1.1 压力容器用钢的基本要求72.1.2 压力容器钢材的选择92.2 管程结构112.2.1换热管112.2.2 管板122.2.3 管箱142.2.4 管束分程142.2.5 换热管与管板的连接152.3 壳程结构172.3.1壳体172.3.2 折流板172.3.3 折流杆192.3.4 防短路结构192.3.5 壳程分程202.4 封头设计202.5 密封装置设计212.6 开孔和开孔补强设计222.6.1补强结构222.6.2开口补强设
9、计准则232.6.3 允许不另行补强的最大开孔直径243 设计计算及强度校核253.1 筒体的计算及强度校核253.1.1 筒体（前、后端封头）材料的选择253.1.2 计算条件253.1.3 厚度的计算253.1.4 液压试验时的应力校核263.1.5 压力及应力计算、校核263.2 前端管箱筒体的计算及校核273.2.1 计算条件273.2.2 厚度的计算273.2.3 液压试验时的应力校核283.2.4 压力及应力计算、校核283.3 前端管箱封头计算及校核293.3.1 计算条件293.3.2 厚度的计算293.3.3 压力计算及校核303.4 后端封头的计算及校核303.4.1 计算
10、条件303.4.2 厚度的计算313.4.3 压力计算及校核323.5 管箱垫片、螺栓、法兰的计算323.5.1 计算条件323.5.2 垫片的选择及计算323.5.3 螺栓材料的选择、计算333.5.4 法兰的计算及强度校核353.6 开孔补强393.6.1 计算条件393.6.2 开孔补强的计算393.7 管箱423.8 换热管423.9 管板433.10 换热管与管板的连接453.11 折流板463.12 拉杆、定距管463.13 防短路结构463.14 选取支座46结 论47参考文献48谢 辞4941 前 言 3 设计计算及强度校核3.1 筒体的计算及强度校核3.1.1 筒体（前、后端
11、封头）材料的选择具有良好的耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性能好，无热处理硬化现象，无磁性，使用范围在，并且根据设计温度、设计压力、操作介质及容器使用条件，总和经济性，筒体、后端封头选材为。Q235-B使用范围为容器设计压力，钢板使用温度为，用于壳体时，钢板厚度不大于20mm，不得用于毒性强度为高度或极度危害介质的压力容器，根据设计温度、设计压力、操作介质及容器使用条件，总和经济性，前端筒体、封头选材为Q235-B。3.1.2 计算条件 材料为由GB1501998表4-1中查得，经过内插法计算可得，由GB1501998表F1中查得， 3.1.3 厚度的计算计算厚度: （3
12、-1）设计厚度： （3-2）名义厚度： （3-3）有效厚度： （3-4）3.1.4 液压试验时的应力校核试验压力值： （3-5）试验压力下的圆筒应力： （3-6）压力试验允许通过的应力水平： （3-7）由于 满足校核条件。3.1.5 压力及应力计算、校核最大工作压力： （3-8） 设计温度下的计算应力： （3-9） 所以满足校核条件。3.2 前端管箱筒体的计算及校核3.2.1 计算条件 材料Q235-B（板材）由GB1501998表4-1中查得，经过内插法计算可得，由GB1501998表F1中查得， 3.2.2 厚度的计算计算厚度:设计厚度：名义厚度：有效厚度：3.2.3 液压试验时的应力校核试验压力值：试验压力下的圆筒应力：压力试验允许通过的应力水平：由于 满足校核条件。3.2.4 压力及应力计算、校核最大工作压力：设计温度下的计算应力： 所以满足校核条件。3.3 前端管箱封头计算及校核3.3.1 计算条件 材料Q235-B（板材）由GB1501998表4-1中查得，经过内插法计算可得， 3.3.2 厚度的计算形状系数： （3-10）K=1，所以选用标准椭圆封头。计算厚度：
