化工设计竞赛E0306换热器机械强度校核书0001.docx

1、化工设计竞赛E0306换热器机械强度校核书0001固定管板换热器设计计算计算单位吉林化工学院TopWay设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.23MPa设计压力 0.25MPa设计温度 85设计温度 140壳程圆筒内径Di219 mm管箱圆筒内径Di300mm材料名称Q345R材料名称Q345R 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算膨胀节校核计算管箱法兰校核计算开孔补强设计计算管板校核计算壳程圆筒计算计算单位吉林化工学院TopWay计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体

2、简图计算压力 Pc 0.23MPa设计温度 t 85.00 C内径 Di 219.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 189.00MPa设计温度许用应力 t 189.00MPa试验温度下屈服点 s 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度 = = 0.16mm有效厚度 e = n - C1- C2= 11.70mm名义厚度 n = 13.00mm重量 148.75Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.2875 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的

3、应力水平 T T 0.90 s = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 T = = 3.33 MPa校核条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 16.29480MPa设计温度下计算应力 t = = 2.27MPa t 160.65MPa校核条件 t t结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格开孔补强计算计算单位吉林化工学院TopWay接 管: N1, 894计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.23MPa设计温度85壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊

4、接接头系数0.85壳体内直径 Di219mm壳体开孔处名义厚度n13mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 300mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.4mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 181MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补

5、 强 计 算非圆形开孔长直径 83.8mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.1569mm接管计算厚度t 0.0515 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.9577开孔补强计算直径 d 83.8mm补强区有效宽度 B 167.6 mm接管有效外伸长度 h1 18.308mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 13mm2壳体多余金属面积 A1 965 mm2接管多余金属面积 A2 89mm2补强区内的焊缝面积 A3 13 mm2A1+A2+A3= 1067mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2

6、结论: 合格开孔补强计算计算单位吉林化工学院TopWay接 管: N2, 302.5计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.23MPa设计温度85壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di219mm壳体开孔处名义厚度n13mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 300mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数

7、 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.25mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 181MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 27.5mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.1569mm接管计算厚度t 0.0159 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.9577开孔补强计算直径 d 27.5mm补强区有效宽度 B 58.5 mm接管有效外伸长度 h1 8.2916mm接管有效内伸长度 h2 0 mm

8、开孔削弱所需的补强面积A 4mm2壳体多余金属面积 A1 357 mm2接管多余金属面积 A2 20mm2补强区内的焊缝面积 A3 8 mm2A1+A2+A3= 384mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位吉林化工学院TopWay接 管: N3, 1024计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.25MPa设计温度140壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di300mm壳体开孔处名义厚度n13mm壳体厚度负偏差 C

9、10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 200mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.4mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 180.2MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 96.8mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.2

10、336mm接管计算厚度t 0.0653 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.9534开孔补强计算直径 d 96.8mm补强区有效宽度 B 193.6 mm接管有效外伸长度 h1 19.677mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 23mm2壳体多余金属面积 A1 1107 mm2接管多余金属面积 A2 95mm2补强区内的焊缝面积 A3 13 mm2A1+A2+A3= 1215mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位吉林化工学院TopWay接 管: N4, 1024计

11、算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.25MPa设计温度140壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di300mm壳体开孔处名义厚度n13mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 200mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线

12、的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.4mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 180.2MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 96.8mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.2336mm接管计算厚度t 0.0653 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.9534开孔补强计算直径 d 96.8mm补强区有效宽度 B 193.6 mm接管有效外伸长度 h1 19.677mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 23mm2壳体多余金属面积 A1 1107 mm2接管

13、多余金属面积 A2 95mm2补强区内的焊缝面积 A3 13 mm2A1+A2+A3= 1215mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格 膨胀节计算和校核计算单位 吉林化工学院TopWay计算条件膨胀节结构示意图设计压力 Pc0.23MPa设计温度 t85 C膨胀节结构与壳体搭接膨胀节管子外直径do25mm膨胀节管子名义厚度 5mm膨胀节管子腐蚀裕量C2 1mm膨胀节短节名义厚度 2 5mm膨胀节短节腐蚀裕量C22 1mm壳体外直径 Do 245mm壳体名义厚度 1 13mm壳体腐蚀裕量 C21 1mm膨胀节开槽间距 L2 10mm壳体端

14、部间距 L3 10mm1膨胀节与壳体搭接膨胀节开槽处高度 h 20mm膨胀节的半波数 Nd 2膨胀节材料 Q345R膨胀节材料在设计温度下许用应力 t189MPa膨胀节材料在设计温度下弹性模量 Et345MPa膨胀节所受到的轴向力6789.86N膨胀节设计疲劳次数N0壳体材料Q345R壳体材料在设计温度下许用应力 t 189MPa膨胀节刚度 Kex 1000N/mm膨胀节的轴向位移mm2膨胀节与壳体对接计算结果 壳体有效厚度 10 11.7mm膨胀节短节有效厚度 20 3.7mm膨胀节管子平均直径 dm 20mm膨胀节管子有效厚度 0 3.7mm壳体有效长度 L1 = 58.8937 mm膨胀

15、节管子径向薄膜应力 0.621622 MPa 1 t , 合格壳体、膨胀节短节和膨胀节管子组合截面上的环向薄膜应力：膨胀节与壳体搭接 = 4.22361 MPa膨胀节与壳体对接 = MPa 2 N, 合格结论： 合格换热管内压计算计算单位吉林化工学院TopWay计算条件换热管简图计算压力 Pc 0.25MPa设计温度 t 140.00 C内径 Di 28.00mm材料 12Cr1MoVG ( 管材 )试验温度许用应力 170.00MPa设计温度许用应力 t 145.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度 = = 0.02

16、mm有效厚度 e = n - C1- C2= 2.00mm名义厚度 n = 2.00mm重量 2.96Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 19.33333MPa设计温度下计算应力 t = = 1.88MPa t 145.00MPa校核条件 t t结论 换热管内压计算合格换热管外压计算计算单位吉林化工学院TopWay计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.23MPa设计温度 t 140.00 C内径 Di 28.00mm材料名称 12Cr1MoVG (管材)试验温度许用应力 170.00MPa设计温度许用应力 t 145.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.0

17、0mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度 = 0.27mm有效厚度 e = n - C1- C2= 2.00mm名义厚度 n = 2.00mm外压计算长度 L L= 2000.00mm外径 Do Do= Di+2 n = 32.00mmL/Do 5.00Do/ e 16.00A 值 A= 0.0046915B 值 B= 158.48重量 2.96 kg压力计算许用外压力 P= = 12.38098MPa结论 换热管外压计算合格管箱法兰计算计算单位吉林化工学院TopWay设 计 条 件简 图设计压力 p0.250MPa计算压力 pc0.250MPa设计温度 t140.0 C轴向外载荷

18、F0.0N外力矩 M200.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力 189.0MPa法材料名称16Mn许用 f178.0MPa兰应力 tf169.2MPa材料名称20螺许用 b91.0MPa应力 tb86.0MPa栓公称直径 d B20.0mm螺栓根径 d 117.3mm数量 n24个Di500.0Do640.0垫 结构尺寸Db600.0D外350.0D内330.0012.0 mmLe20.0LA28.0h25.0122.0材料类型软垫片N10.0m3.00y(MPa)30.0压紧面形状1a,1bb5.00DG340.0片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/

19、2b0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 160221.1N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 30712.2 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 1760.7mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 5637.6mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 49067.6NLD= L A+ 0.51 = 39.0mmMD= FD LD = 1913636.0N.mm作FG = Fp = 8007.8NLG= 0.5 (

20、Db - DG ) = 130.0mmMG= FG LG = 1041018.0N.mmMpFT = F-FD = -26378.7NLT=0.5(LA + 1 + LG ) = 90.0mmMT= FT LT = -2374086.2N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 580567.7N.mm预紧 MaW = 336619.8NLG = 130.0mmMa=W LG = 43760580.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Ma ft/ f中大者 Mo = 41597136.0N.mm螺 栓 间 距 校

21、核实际间距 = 78.5mm最小间距 46.0 (查GB150-2011表9-3)mm最大间距 117.1mm 形 状 常 数 确 定77.46h/ho = 0.3 K = Do/DI = 1.280 1.8由K查表9-5得T=1.806Z =4.133Y =8.005U=8.797整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.86670VI=0.308270.01119松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图9-7由 1/ o 得f = 1.64327整体法兰 = 318301.2松式法兰 = 0.00.3=f e+1 =1.50 = /T = 0.831.67 = 1.12剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 0.00MPa操作状态 0.00MPa输入法兰厚度f = 45.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 252.45MPa =253.8 或 =472.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 61.37MPa = 169.2校核合格切向应力 75.24MPa = 169.2校核合格综合应力 = 163.85MPa = 169.2校核合格刚度系数 0.918 校核合格法兰校核结果校核合格