固定管板式换热器设计说明书

固定管板式换热器设计说明书 摘 要 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，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。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。本设计主要针对的是固定管板式换热器，固定管板式换热器属于列管式换热器的一种，是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间的热量传递。 本设计由四部分组成:说明部分;计算部分;绘图部分和翻译部分。说明部分主要介绍了换热器的再化工生产中的地位，换热器的分类，换热器的安装，制造与检验及防护，同时介绍了换热器的结构设计，主要部件结构等。计算部分主要对筒体、封头和法兰进行了详细的计算，并对其进行了水压试验的校核;还对换热管、管板、折流板、鞍座和钩圈进行了相关的设计计算。并参考相关文献，对其进行翻译工作。 关键词:固定管板式换热器;筒体;压力试验;校核 1 Abstract Heat exchanger in chemical manufacturing process is to realize the heat exchange and transmission indispensable equipment. In petroleum, chemical industry, light industry and pharmacy, energy and other industrial production, often need to heat or the temperature of cryogenic fluid flow, the cooling liquid into steam or steam condensation into liquid. This design is aimed primarily at a fixed plate heat exchanger tube, fixed tube plate heat exchanger tube is a heat exchanger is the use of partitions so that high-temperature fluid and low-temperature fluid for convective heat transfer in order to achieve the heat transfer between materials . This design is made up of four parts: part, The computation part, Drawing parts and parts. That part of the heat exchanger are mainly introduced the status, chemical production of heat exchanger, install, test and protection, and also introduced the structure design, heat exchanger main component structure, etc. Calculation of cylinder, the main part of the head and flange detailed calculation, and analyses the hydrostatic test of checking, Heat exchange tube plate, and also, the baffle plate, saddles and hook circle of design calculation. With reference to the relevant literature and translat work. Keywords: fixed tube heat exchanger, Cylinder, Pressure test, check 2 目录 1说明部分 .......................................................... 1 1.1 绪论 ....................................................... 1 1.1.1 换热器的概述 ....................................... 1 1.1.2 换热器的分类 ........................................ 1 1.2 换热设备的应用 ............................................. 4 1.3换热器的安装 ............................................... 5 1.4 换热器的腐蚀 ............................................... 5 1.4.1 换热管腐蚀 .......................................... 6 1.4.2 壳体腐蚀 ............................................ 6 1.4.3 管子与管板、折流板连接处的腐蚀 ...................... 6 1.5 换热器的制造与检验 ......................................... 6 1.5.1 总体制造工艺 ........................................ 6 1.5.2 换热器质量检验 ...................................... 6 1.5.3 管箱、壳体、头盖的制造与检验 ........................ 7 2计算部分 .......................................................... 9 2.1设计计算条件 ............................................... 9 2.1.1 前端管箱筒体计算 .................................... 10 2.1.2前端管箱封头计算 .................................... 11 2.1.3 后端管箱筒体计算 .................................... 12 2.1.4 后端管箱封头计算 .................................... 13 2.1.5 壳程圆筒计算 ........................................ 14 2.1.6管箱法兰计算 ........................................ 15 2.1.7 开孔补强计算 ........................................ 17 2.1.8 管板计算 ............................................ 20 2.1.9接管局部应力计算 .................................... 22 2.2设计计算条件 .............................................. 41 结 论............................................................. 75 参考文献........................................................... 76 3 1说明部分 1.1 绪论 1.1.1 换热器的概述 过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 1.1.2 换热器的分类 换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。 (1) 沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。 (2) 喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。 (3) 夹套式换热器 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁 1 面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 (4) 套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。 (5) 管壳式换热器 管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次 2 只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。因此,当管束和壳体温度差超过50?时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力。 (6) 混合式换热器 混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。 按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型: ? 冷却塔(或称冷水塔) 在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。 ? 混合式冷凝器 这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。 ? 喷射式热交换器 在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。 3 ? 气体洗涤塔(或称洗涤塔) 在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点:所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用。 (7) 蓄热式换热器 蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形带等)。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 1.2 换热设备的应用 在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气(约1500?)的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。 随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因 4 而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。换热器主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工况流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。 1.3换热器的安装 1.3.1 场地和基础 (1)应根据换热器的结构型式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装、维修的需要; (2)活动制作的基础面撒谎能够应预埋滑板。 1.3.2 安装前的准备 (1)可抽管束换热器安装前应抽芯检查、清扫。抽管束时，应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时，应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管; (2)安装前一般应进行压力试验。当图样有要求时，应进行气密性实验。 1.3.3 地脚螺栓和垫铁 (1)活动支座的地脚螺栓应装有两个锁紧的螺母，螺母与底板间应留有1,3?的间隙。 (2)地脚螺栓两侧均应有垫铁。设备找平后，斜垫铁可与设备支座底板焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死; (3)垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。 1.3.4 其他要求 (1)应在不受力的状态下连接管线，避免强力装配; (2)拧紧换热器螺栓时，一般应按GB151-1999图63示的顺序进行，并应涂抹适当的螺纹润滑剂。 1.4 换热器的腐蚀 5 换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。腐蚀原因如下所述。 1.4.1 换热管腐蚀 由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损，易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40,50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。 1.4.2 壳体腐蚀 由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。 1.4.3 管子与管板、折流板连接处的腐蚀 换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在张胀管部 +位出现裂纹，当管子与管板存在间隙十，易产生Cl的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。 1.5 换热器的制造与检验 1.5.1 总体制造工艺 制造工艺:选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形、机械矫形及火焰矫形。 具体过程为:备料——划线——切割——边缘加工(探伤)——成型——组对——焊接——焊接质量检验——组装焊接——压力试验 1.5.2 换热器质量检验 化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中也要随时进行检查，即质量检验。 6 设备制造过程中的检验，包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验，具体内容如下: 1)原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验; ( (2)原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织试验，总称为破坏试验; (3)原材料和焊缝内部缺陷的检验，其检验方法是无损检测，它包括:射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等; (4)设备试压，包括:水压试验、介质试验、气密性试验等。 1.5.3 管箱、壳体、头盖的制造与检验 (1)壳体在下料和辊压过程中必须小心谨慎，因为筒体的椭圆度要求较高，这主要是为了保证壳体与折流板之间有合适的间隙; (2)管箱内的分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝; (3)用板材卷制圆筒时，内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制，其外圆周允许上偏差为10mm，下偏差为零; (4)圆筒同一断面上，最大直径与最小直径之差为e?0.5%DN，且由于DN?1200mm，则其值?5mm; (5)圆筒直线度允许偏差为L/1000(L为圆筒总长)，且由于此时L=6000mm，则其值?4.5mm; (6)壳体内壁凡有碍管束顺利装入或抽出的焊缝均应磨至与母材表面齐平; (7)在壳体上设置接管或其他附件而导致壳体变形较大，影响管束顺利安装时，应采取防止变形措施; (8)由于焊接后残余应力较大，因此管箱和封头法兰等焊接后，须进行消除应力热处理，最后再进行机械加工。 7 8 2计算部分 2.1设计计算条件 固定管板换热器设计计算 计算单位 设 计 计 算 条 件 壳 程 管 程 p0.6 MPa 0.6 MPa pst设计压力 设计压力 ::t80 60 tsCCt设计温度 设计温度 壳程圆筒内径 1000 mm 管箱圆筒内径1000 mm DDii 材料名称 0Cr18Ni9 材料名称 0Cr18Ni9 简 图 计 算 内 容 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 壳程圆筒校核计算 管箱法兰校核计算 开孔补强设计计算 管板校核计算 接管局部应力计算 9 2.1.1 前端管箱筒体计算 前端管箱筒体计算 计算单位 计算条件 筒体简图 计算压力 0.60 MPa Pc 设计温度 t 60.00 : C 内径 D 1000.00 mm i 材料 0Cr18Ni9 ( 板材 ) 试验温度许用应力 ,,, 137.00 MPa 设计温度许用应力 137.00 MPa t 205.00 MPa 试验温度下屈服点 ,s,,, 钢板负偏差 C 0.80 mm 1 腐蚀裕量 C 0.00 mm 2 焊接接头系数 , 0.85 厚度及重量计算 PD计算厚度 mm cit , = = 2.58 2[],,,Pc 有效厚度 , =, - C- C= 11.20 mm en12 名义厚度 , = 12.00 mm n 重量 160.22 Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 [],试验压力值 MPa P= 1.25P = 0.7500 (或由用户输入) T t[], 压力试验允许通过 ,,,, 0.90 , = 184.50 MPa Ts 的应力水平 ,,, T pD.()，,试验压力下 TieMPa ,= = 39.83 T 2.,,e圆筒的应力 校核条件 , ,,, TT, 校核结果 合格 压力及应力计算 t2,,,[]最大允许工作压力 MPa e [P]= = 2.57959 w()D，,ie PD()，,设计温度下计算应力 MPa ciet , = = 27.09 2,e t,,,, 116.45 MPa tt校核条件 ,,,, ?, 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 10 2.1.2前端管箱封头计算 前端管箱封头计算 计算单位 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 0.60 MPa Pc 设计温度 t 60.00 : C 内径 D 1000.00 mm i 曲面高度 h 250.00 mm i 材料 0Cr18Ni9 (板材) 试验温度许用应力 ,,, 137.00 MPa 设计温度许用应力 137.00 MPa t ,,, 钢板负偏差 C 0.80 mm 1 腐蚀裕量 C 0.00 mm 2 冲压减薄量C 1.44 mm 3 焊接接头系数 , 0.85 厚度及重量计算 2，，形状系数 ,,1D= = 1.0000 K i,,，2,,h62,,,,i，， KPD计算厚度 mm cit , = = 2.58 205[].,,,Pc有效厚度 , =, - C- C- C= 9.76 mm en123最小厚度 , = 1.50 mm min 名义厚度 , = 12.00 mm n 结论 满足最小厚度要求 重量 109.12 Kg 压 力 计 算 t最大允许工作压力 MPa 2[],,,e [P]= = 2.59395 KD，w05.,ie 结论 合格 11 2.1.3 后端管箱筒体计算 后端管箱筒体计算 计算单位 计算条件 筒体简图 计算压力 0.60 MPa Pc 设计温度 t 60.00 : C 内径 D 1000.00 mm i 材料 0Cr18Ni9 ( 板材 ) 试验温度许用应力 ,,, 137.00 MPa 设计温度许用应力 137.00 MPa t 205.00 MPa 试验温度下屈服点 ,s,,, 钢板负偏差 C 0.80 mm 1 腐蚀裕量 C 0.00 mm 2 焊接接头系数 , 0.85 厚度及重量计算 PD计算厚度 mm cit , = = 2.58 2[],,,Pc 有效厚度 , =, - C- C= 11.20 mm en12 名义厚度 , = 12.00 mm n 重量 61.39 Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 [],试验压力值 MPa P= 1.25P = 0.7500 (或由用户输入) T t[], 压力试验允许通过 ,,,, 0.90 , = 184.50 MPa Ts 的应力水平 ,,, T pD.()，,试验压力下 TieMPa ,= = 39.83 T 2.,,e圆筒的应力 校核条件 , ,,, TT, 校核结果 合格 压力及应力计算 t2,,,[]最大允许工作压力 MPa e [P]= = 2.57959 w()D，,ie PD()，,设计温度下计算应力 MPa ciet , = = 27.09 2,e t,,,, 116.45 MPa tt校核条件 ,,,, ?, 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 12 2.1.4 后端管箱封头计算 后端管箱封头计算 计算单位 计算条件 椭圆封头简图 P 0.60 MPa 计算压力 c 设计温度 t 60.00 : C 内径 D 1000.00 mm i 曲面高度 250.00 mm hi 材料 0Cr18Ni9 (板材) 试验温度许用应力 ,,, 137.00 MPa 设计温度许用应力 137.00 MPa t,,, 钢板负偏差 C 0.80 mm 1 腐蚀裕量 C 0.00 mm 2 冲压减薄量C 1.44 mm 3 焊接接头系数 0.85 , 厚度及重量计算 2，，形状系数 ,,1D K = = 1.0000 i,,，2,,h62,,,,i，， KPD计算厚度 mm cit , = = 2.58 205[].,,,Pc有效厚度 , =, - C- C- C= 9.76 mm en123最小厚度 , = 1.50 mm min 名义厚度 , = 12.00 mm n 结论 满足最小厚度要求 重量 109.12 Kg 压 力 计 算 t最大允许工作压力 MPa 2[],,,e []= = 2.59395 PKD，w05.,ie 结论 合格 13 2.1.5 壳程圆筒计算 壳程圆筒计算 计算单位 计算条件 筒体简图 计算压力 0.60 MPa Pc 设计温度 t 80.00 : C 内径 D 1000.00 mm i 材料 0Cr18Ni9 ( 板材 ) 试验温度许用应力 ,,, 137.00 MPa 设计温度许用应力 137.00 MPa t 205.00 MPa 试验温度下屈服点 ,s,,, 钢板负偏差 C 0.80 mm 1 腐蚀裕量 C 0.00 mm 2 焊接接头系数 , 0.85 厚度及重量计算 PD计算厚度 mm cit , = = 2.58 2[],,,Pc 有效厚度 , =, - C- C= 11.20 mm en12 名义厚度 , = 12.00 mm n 重量 864.60 Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 [],试验压力值 MPa P= 1.25P = 0.7500 (或由用户输入) T t[], 压力试验允许通过 ,,,, 0.90 , = 184.50 MPa Ts 的应力水平 ,,, T pD.()，,试验压力下 TieMPa ,= = 39.83 T 2.,,e圆筒的应力 校核条件 , ,,, TT, 校核结果 合格 压力及应力计算 t2,,,[]最大允许工作压力 MPa e [P]= = 2.57959 w()D，,ie PD()，,设计温度下计算应力 MPa ciet , = = 27.09 2,e t,,,, 116.45 MPa tt校核条件 ,,,, ?, 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 14 2.1.6管箱法兰计算 管 材料名称 16Mn(锻件) " 56 mm ,f管箱法兰厚度 Df 法兰外径 1160 mm Mm箱 基本法兰力矩 6.004e+07 N,mm Mp 2.623e+07 N,mm 管程压力操作工况下法兰力 b,(D,D)/2 80 mm ffi法兰宽度 ,/D法 0.021 hi比值 ",/D 0.056 fi比值 " 0.00 C系数(按,/D,,”/D, 查<>图25) hi fi 兰 系数(按//,查<>图 26) 0.001991 ,”,D,,”Dhi fi 3"" 37.47 MPa ,,,2Eb21""fff,,K,[，E,]fh,,12D，bDifi,,旋转刚度 材料名称 0Cr18Ni9(锻件) '壳 41 mm ,f壳体法兰厚度 Df 法兰外径 1160 mm b,(D,D)/2体 80 mm ffi法兰宽度 ,/D 0.0112 si比值 ',/D法 0.041 fi比值 ' 0.00 C系数, 按,/D,,”/D, 查<>图25 hi fi '兰 0.0004142 ,系数 按,/D,,”/D, 查<>图26 ,hi fi 3'' 7.962 MPa ,,,2Eb21fff',,K,[，E,']sf,,12D，bDifi,,旋转刚度 KDD, 1.16 fi法兰外径与内径之比 壳体法兰应力系数Y (按 K 查<>表9-5) 13.15 ~K 0.0007873 ,fK,f4Kt旋转刚度无量纲参数 2,Et22()licr 膨胀节总体轴向刚度 0 N/mm 15 ~ 0.1618 mKf1K管板第一弯矩系数(按,查<>图 27) m1系 32.15 ,,~KK系数 f ~ 4.288 KKGft2系数(按查<>图 29) Enat 3.346 Q,EAss换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 EnaEAKL(，)数 tssexQ,exEAKLssex换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 Q 2.494 ex管板第二弯矩系数(按K,Q或查<>图28(a)m2或(b)) m 0.001658 1M,12K(Q，G)Q2ex系数(带膨胀节时代替Q) G计 0.003632 3系数 (按K,Q或Q 查图30) ex ~~ 0.1781 ,,，KKG()ff3法兰力矩折减系数 ~1 2.56 ,M, ",，KKff管板边缘力矩变化系数 ~~ "算 0.5439 ,M,,MKKfff法兰力矩变化系数 2 2管 管板开孔后面积 A = A - 0.25 n,d4.701e+05 mm l2板 管板布管区面积 6.384e+05 mm 2AnSA,，0866.参 td (三角形布管) 2AnSA,，td (正方形布管 ) D,4A/,数 901.6 mm tt管板布管区当量直径 ,,AA/ 0.5986 l系数 ,,naA/系 0.2527 l系数 ,,，，，04061..()/Q,数 4.756 s系数 ,,0.4(1，,)，(0.6，Q)/,计 7.093 Qtex系数(带膨胀节时代替Q) ,,DD/算 0.9016 tti管板布管区当量直径与壳体内径之比 管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-,) 0.6346 t 16 2.1.7 开孔补强计算 (1) 接 管: S1, φ325?10 开孔补强计算 计算单位 接 管: S1, φ325?10 计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔 设 计 条 件 简 图 计算压力 p 0.6 MPa c 设计温度 80 ? 壳体型式 圆形筒体 壳体材料 0Cr18Ni9 名称及类型 板材 壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 D 1000 mm i 壳体开孔处名义厚度δ 12 mm n 壳体厚度负偏差 C 0.8 mm 1 壳体腐蚀裕量 C 0 mm 2t壳体材料许用应力[σ] 137 MPa 接管实际外伸长度 89 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 0Cr18Ni9 接管焊接接头系数 0.85 名称及类型 板材 接管腐蚀裕量 0 mm 补强圈材料名0Cr18Ni9 称 mm 补强圈外径 550 mm 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 补强圈厚度 12 mm 接管厚度负偏差 C 0.8 mm 补强圈厚度负偏差 C 0.8 mm 1t1rtt接管材料许用应力[σ] 137 MPa 补强圈许用应力[σ] 137 MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度δ 2.583 mm 接管计算厚度δ 0.788 mm t补强圈强度削弱系数 f 1 接管材料强度削弱系数 1 rr f r 开孔直径 d 306.6 mm 补强区有效宽度 B 613.2 mm 接管有效外伸长度 h 55.37 mm 接管有效内伸长度 h 0 mm 1222开孔削弱所需的补强面积 壳体多余金属面积 A 2642 mm 791.9 mm1A 22接管多余金属面积 A 931.6 mm 补强区内的焊缝面积 A 64 mm 232 A+A+A=3638 mm，大于A，不需另加补强。 12322补强圈面积 A mm A-(A+A+A) mm 4123 结论: 补强满足要求,不需另加补强。 17 (2) 接 管: S2, φ168?9 开孔补强计算 计算单位 接 管: S2, φ168?9 计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔 设 计 条 件 简 图 计算压力 p 0.6 MPa c 设计温度 80 ? 壳体型式 圆形筒体 壳体材料 0Cr18Ni9 名称及类型 板材 壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 D 1000 mm i 壳体开孔处名义厚度δ 12 mm n 壳体厚度负偏差 C 0.8 mm 1 壳体腐蚀裕量 0 mm C2t壳体材料许用应力[σ] 137 MPa 接管实际外伸长度 114 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 0Cr18Ni9 接管焊接接头系数 1 名称及类型 管材 接管腐蚀裕量 0 mm 补强圈材料名0Cr18Ni9 称 mm 补强圈外径 300 mm 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 补强圈厚度 12 mm 接管厚度负偏差 C 1.125 mm 补强圈厚度负偏差 C 0.8 mm 1t1rtt接管材料许用应力[σ] 137 MPa 补强圈许用应力[σ] 137 MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度δ 2.583 mm 接管计算厚度δ 0.329 mm t补强圈强度削弱系数 f 1 接管材料强度削弱系数 1 rr fr 开孔直径 d 152.2 mm 补强区有效宽度 B 304.5 mm 接管有效外伸长度 h 37.02 mm 接管有效内伸长度 h 0 mm 1222开孔削弱所需的补强面积 壳体多余金属面积 A 1312 mm 393.2 mm1A 22接管多余金属面积 A 558.6 mm 补强区内的焊缝面积 A 64 mm 232 A+A+A=1935 mm，大于A，不需另加补强。 12322补强圈面积 A mm A-(A+A+A) mm 4123 结论: 补强满足要求,不需另加补强。 18 (3)接 管: T1,T2,φ219?9 开孔补强计算 计算单位 接 管 : T1,T2,φ219?9 计 算 方 法 : HG20582-98 等 面 积 补 强 法,单 孔 设 计 条 件 简 图 计算压力 p 0.6 MPa c 设计温度 60 ? 壳体型式 圆形筒体 壳体材料 0Cr18Ni9 名称及类型 板材 壳体开孔处焊缝系数φ 0.85 壳体内直径 D 1000 mm i 壳体开孔处名义厚度δ 12 mm n 壳体厚度负偏差 C 0.8 mm 1 壳体腐蚀裕量 C 0 mm 2t 壳体材料许用应力 [σ] 137 MPa 开孔中心到壳体轴线的距离 160 mm 接管轴线与壳体表面法线的夹角 18.66 度 接管实际外伸长度 103 mm 接管材料名称及类型 0Cr18Ni9,管材 接管实际内伸长度 0 mm 接管焊缝系数 1 接管腐蚀裕量 0 mm 补强圈材料名称 0Cr18Ni9 补强圈外径 400 mm 凸形封头开孔中心至 mm 封头轴线的距离 补强圈厚度 12 mm 接管厚度负偏差 C 补强圈厚度负偏差C 1.125 mm 0.8 mm 11tt接管材料许用应力[σ] 137 MPa 补强圈许用应力[σ] 137 MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度δ 2.583 mm 接管计算厚度δ 0.441 mm t 补强圈强度削弱系数 f 1 接管材料强度削弱系数 f 1 rrr接管有效外伸长度 h 42.77 mm 接管有效内伸长度 h 0 mm 12计 算 截 面 图 示 截 面 与 图 示 成 90 度 的 截 面 应力校正系数 F 0.5 1 开孔直径 (mm) 215.1 203.2 d 补强区有效宽度 (mm) 430.1 406.5 B 2开孔削弱所需的补强面积 A (mm) 277.7 525 2壳体多余金属面积 A (mm) 1811 1489 12接管多余金属面积 A (mm) 635.9 635.9 22补强区内的焊缝面积 A (mm) 64 64 32补强圈面积 A (mm) 1895 2027 42A+A+A+A (mm) 4406 4216 1234 计算截面的校核结果 合格 合格 结 论: 补强满足要求。 19 2.1.8 管板计算 延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 设 计 计 算 条 件 简 图 设计压力 p0.6 MPa s : 设计温度 80 T sC :壳 平均金属温度 t63.86 s C :装配温度 t15 o C 材料名称 0Cr18Ni9 t 程 设计温度下许用应力[,]137 Mpa 平均金属温度下弹性模量 1.928e+05 Mpa E s圆 :平均金属温度下热膨胀系数1.662e-05 Cmm/mm ,s 1000 mm 壳程圆筒内径 D i筒 壳 程 圆 筒 名义厚 度, 12 mm s 壳 程 圆 筒 有效厚 度,11.2 mm se 壳体法兰设计温度下弹性模量 E’ 1.92e+05 MPa f22 壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25,D 7.854e+05 mm i2壳程圆筒金属横截面积 A=,,(D+,) 3.558e+04 mm ss is 设计压力p0.6 MPa t :管 设计温度T60 t C 材料名称 0Cr18Ni9 箱 设计温度下弹性模量 E2.045e+05 MPa h 管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均21 mm 圆 值),h 管箱圆筒有效厚度,21 mm he ”筒 管箱法兰设计温度下弹性模量 E 2.045e+05 MPa t 材料名称 0Cr18Ni9 :换 管子平均温度 t55.02 t C t 设计温度下管子材料许用应力[,]137 MPa tt热 设计温度下管子材料屈服应力, 179.5 MPa st 设计温度下管子材料弹性模量 E1.92e+05 MPa t 管 平均金属温度下管子材料弹性模量 E1.932e+05 MPa t :平均金属温度下管子材料热膨胀系数, 1.657e-05 tCmm/mm 管子外径 d 19 mm 管子壁厚,2 mm t 20 注: 管子根数 n 1112 换热管中心距 S 25 mm 2换 106.8 mmad,,,,,()tt一根管子金属横截面积 换热管长度 L 3000 mm 管子有效长度(两管板内侧间距) L2890 mm 1 管束模数 = / 7942 MPa KEnaLDt t i 22 6.052 mm i,0.25d，(d,2,)t管子回转半径 热 管子受压失稳当量长度l690 mm cr tt 145.3 ,2E/,ts系数C = r 比值 l/i 114 cr 2 MPa E,tl[],cr,cr2C,,r2(li)cri管子稳定许用压应力 () t，，管 54.54 MPa li,lscrcr[]1,,,cr,,C,r22Cr，，i管子稳定许用压应力 () 材料名称 0Cr18Ni9 : 设计温度 t80 p C t管 119.8 MPa ,,,r设计温度下许用应力 设计温度下弹性模量E 1.92e+05 MPa p 管板腐蚀裕量 C 0 mm 2 管板输入厚度,55 mm n 管板计算厚度 , 47 mm 2 隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)A3.656e+04 mm d 板 管板强度削弱系数 , 0.4 管板刚度削弱系数 , 0.4 Di 6.39 2,,K,1318./EnaELtp,管子加强系数 K = 管板和管子连接型式 强度焊加贴 胀 管板和管子胀接(焊接)高度l 3.5 mm 胀接许用拉脱应力 [q] MPa 焊接许用拉脱应力 [q] 68.5 MPa 21 2.1.9接管局部应力计算 22 仅有壳程压力P作用下的危险组合工况 (P = 0) st 不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 0.0 -0.0001491 ,=(t-t)-(t-t) ,,stts00 MPa 0.6 0.6 当量压力组合 PP,cs MPa 2.854 -4.425 有效压力组合 P,,P，,,Easst ~4M m基本法兰力矩系数 M,m30.04475 -0.02886 ,,DP ia 管板边缘力矩系数0.04899 -0.02462 ~~ M,M，(,M)Mm 1~ 管板边缘剪力系数 ,,,M1.575 -0.7915 mm，, 12管板总弯矩系数 1.588 -8.692 m,1，, 0.2983 1.632 m,0系数仅用于 时 GG,3m,K1e1e 系数 G1i0.5351 4.132 当 时,按K和m 查图31(a)实m,0 线 当 时,按K和m 查图31(b) m,0 系数 > 0 ,=, mGmax(,)GGG111ei10.5351 4.132 < 0 , = mGG1i1 ~ 管板径向应力系()1，,G11= ,0.04513 0.02821 r 数 4QG，2带膨胀节Q为 Q ex ~ 管板布管区周3m()1，,'= , r0.06288 -0.02786 4KQG()，2边 处径向应力系 数 ~ 管板布管区周 11，, = ,0.08433 0.006828 pQG2边 4， 处剪切应力系 数 0.00707 -0.006044 壳体法兰力矩系数~~ MMMM,,,(),wsmf1 计算值 许用值 计算值 许用值 tt2MPa 3 1.5 ,,,,,,~D,,,rri管板径向应力 87.25 84.56 ,,,Pr,, ra179.6 359.2 ,,,, tt MPa 1.5 3 ,,,,,,管板布管区周边处径向应力 rr270.31 70.06 ' 179.6 359.2 ~2,PD,,ai，，'kk ,,,,,r1,，,()2mr,,,, ,,m2m，，ttMPa 1.5 0.5 ,,,,,, 管板布管区周边剪切应力rr 6.909 -0.8673 ~,59.88 179.6 PDat ,,,pp,,23 tt~D,i74.18 98.3 MPa 3 1.5 '2,,,,,,壳体法兰应力 rr,,YMP,()wsfa'4,f179.6 359.2 tt换热管轴向应力 MPa ,,,,,, 3 tt，，GQ,,1 2 137 411 ,,,PP,,tca,QG，3.829 18.29 ，，2,,,, ,,crcr 54.54 54.54 tt,,A()1，12.72 -1.597 MPa 壳程圆筒轴向应力 ,,,,,,3,,,,PcccaAQG()，2s116.5 349.4 换热管与管板连接拉脱应力 q MPa [q] 3[q]焊接 ,a2.284 68.5 10.91 [q]胀接 t= dl,205.5 仅有管程压力P作用下的危险组合工况 (P = 0) ts 不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 0.0 -0.0001491 , =(t-t)-(t-,,stts0 t) 0 -0.7516 -0.7516 MPa 当量压力组合 P,,P(1，,)ct 有效压力组合 -4.256 -11.53 MPa P,,,P，,,E attt 操作情况下法兰力矩系数-0.01311 -0.004837 ~4Mp M,p3,,DPia~~-0.01311 -0.004837 管板边缘力矩系数 MM,p~-0.4215 -0.1555 管板边缘剪力系数 ,,,M mm，,-1.537 -0.2678 12管板总弯矩系数 m,1，, m,00.2887 0.05028 系数仅用于 时 GGmK,3,1e1e 系数 G1i 0.8804 0.3419 当 时,按K和m 查图31m,0 (a)实线 当 时,按K和m 查31(b) m,0 0.8804 0.3419 系数 m>0, =; max(G,G)GG1e1i11 m<0 ,= GG 11i~管板径向应力系0.01668 0.009454 ()1，,G11= ,r数 4QG，2 带膨胀节Q为 Q ex 24 ~管板布管区周-0.01367 -0.003476 3m()1，,',= r边 24KQG()， 处径向应力系 数 ~11，,管板布管区周0.01895 0.02766 = ,pQG边 24， 处剪切应力系 数 壳体法兰力矩系数 -0.003993 -0.00252 ~~ M,,M,Mwsp1 计算值 许用值 计算值 许用值 tt管板径向应力 48.09 73.87 MPa 3 1.5 ,,,,,,rr2~D,,,179.6 359.2 i ,,,P,,rra,,,, t,mm，12m,管板布管区周边处径向应力 MPa 3 1.5,,,r，1,2'2~57.19 ,40.46 ，，PD,,179.6 359.2 kkai' m1,，(2,),,,,,,,rr,,mm2,,,,，， tt管板布管区周边剪切应力-2.315 -9.157 MPa 0.5 1.5 ,,,,,,rr ~,PDat59.88 179.6 ,,,pp,, tt~D,62.48 106.8 MPa 3 1.5 ,,,,i,,'2rr壳体法兰应力 ,,YMP(),wsfa'4,f179.6 359.2 tt换热管轴向应力 MPa ,,,,,, 3 tt，，GQ,,1 2 137 411 ,,,PP,,tca,QG，9.599 25.78 ，，2,,,,,, crcr 54.54 54.54 tt壳 程圆筒轴向应力 8.983 -3.615 MPa ,,,,,,3,,cc,,A()1， 116.5 349.4 ,,，[PP]ctaA()QG，s2 换热管与管板连接拉脱应力 q [q] 3[q]焊接 MPa ,a5.726 68.5 15.38 [q]胀接 t= dl,205.5 计算结果 55 mm 管板校核通过 管板名义厚度 ,n 25 (1) 柱壳局部应力计算 柱壳局部应力计算 计算单位 附件类型 圆形附件或接管S1 计算依据 WRC107 1979年版 计算数据 简图 设计压力 P 0.60 MPa 设计温度 Temp. 80.00 ? 柱壳内径 Di 1000.00 mm D 柱壳公称厚度 T 12.00 mm A B 柱壳壁厚附加量 C 0.80 mm 柱壳材料 0Cr18Ni9 C 柱壳材料类型 板材 圆形附件或接管外径 D2 325.00 mm 接管伸出长度 H 0.00 mm 补强圈外径 D3 550.00 mm 补强圈厚度 T3 12.00 mm 两坐标系夹角 θ 0.00 度 注: 附件位置 L *(1) 500.00 mm (1) 该项为圆形附件或接管 中心至封头切线或 径向力 Fz 11566.00 N 筒体端部的距离. 水平力V1 11566.00 N (2)下面的局部应力表中的Au,Bu,Cu,Du为柱壳 水平力V2 11566.00 N 与附件连接处A,B,C,D点的外表面应力, Al,Bl, 弯矩M1 10058000.00 N.mm Cl,Dl为内表面应力. Am,Bm,Cm,Dm为平均应 弯矩M2 10058000.00 N.mm 力 (即膜应力). 扭矩Mt 10058000.00 N.mm 应力计算所用公式: Fz引起的薄膜应力: Fz_M=Kn*W*Fz/(Rm*TT) Fz引起的弯曲应力: Fz_B=6*Kb*W*Fz/(TT*TT) Mx引起的薄膜应力: Mx_M=Kn*W*Mx/(Rm*Rm*β*TT) Mx引起的 弯曲应力: Mx_B=6*Kb*W*Mx/(Rm*β*TT*TT) My引起的薄膜应力: My_M=Kn*W*My/(Rm*Rm*β*TT) My引起的弯曲应力: My_B=6*Kb*W*My/(Rm*β*TT*TT) P引起的周向薄膜应力: P_MC=P*R/T1 P引起的 轴向薄膜应力: P_MA=0.5*P*R/T1 Mt引起的剪应力: Mt_S=Mt/(2*π*R0*R0*TT) Vx引起的剪应力: Vx_S=Vx/(π*R0*TT) Vy引起的剪应力: Vy_S=Vy/(π*R0*TT) 2222()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 当量应力取0.5*(Sx+Sy)?和的大值. 其中:Rm=(Di+T)/2，T1=T-C，TT=T-C+T3，R0=D2/2 26 (2) 外载荷 外载荷 (沿X-Y-Z坐标系方向) 径向力Fz(N) 11566.0 轴向力Vx(N) 11566.00 周向力Vy(N) 11566.00 弯矩Mx(N.mm) 10058000.00 弯矩My(N.mm) 10058000.00 扭矩Mt(N.mm) 10058000.00 圆形附件边缘或接管根部壳体应力集中系数和几何系数 薄膜应力集中系数Kn 1.00 弯曲应力集中系数Kb 1.00 壳体几何参数γ=Rm/(T-21.810 连接件几何参数β0.281 C+T3) =0.5*0.875*D2/Rm 圆形附件边缘或接管根部壳体应力(表面应力) 图表号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl 周向应力Sy(MPa): Fz_M 4C,3C 2.966,1.884 2.9 2.9 2.9 2.9 1.9 1.9 1.9 1.9 Fz_B 2C-0.032,0.063 4.1 -4.1 4.1 -4.1 8.2 -8.2 8.2 -8.2 1,1C Mx_M 3A 0.956 0.0 0.0 0.0 0.0 -5.8 -5.8 5.8 5.8 Mx_B 1A 0.074 0.0 0.0 0.0 0.0 -58.5 58.5 58.5 -58.5 My_M 3B 2.190 -13.2 -13.2 13.2 13.2 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 1B-1 0.025 -19.8 19.8 19.8 -19.8 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 周向应力代数和 1.1 32.5 67.1 19.3 -27.1 73.5 101.4 -31.9 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 3C,4C 1.884,2.966 1.9 1.9 1.9 1.9 2.9 2.9 2.9 2.9 Fz_B 1C-0.058,0.034 7.5 -7.5 7.5 -7.5 4.4 -4.4 4.4 -4.4 1,2C Mx_M 4A 1.816 0.0 0.0 0.0 0.0 -10.9 -10.9 10.9 10.9 Mx_B 2A 0.037 0.0 0.0 0.0 0.0 -29.5 29.5 29.5 -29.5 My_M 4B 0.923 -5.6 -5.6 5.6 5.6 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 2B-1 0.043 -33.9 33.9 33.9 -33.9 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 轴向应力代数和 -16.5 36.2 62.4 -20.4 -19.6 30.7 61.4 -6.5 剪应力St(MPa): Mt_S 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 Vy_S 1.0 1.0 -1.0 -1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 -1.0 -1.0 剪应力代数和 3.6 3.6 1.6 1.6 3.6 3.6 1.6 1.6 当量应力 19.1 38.4 67.6 39.9 28.6 73.8 101.5 32.1 27 (3) 圆形附件边缘或接管根部应力 圆形附件边缘或接管根部应力(膜应力) Am Bm Cm Dm 周向应力Sy(MPa): Fz_M 2.9 2.9 1.9 1.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -5.8 5.8 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -13.2 13.2 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC 27.1 27.1 27.1 27.1 周向应力代数和 16.8 43.2 23.2 34.7 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 1.9 1.9 2.9 2.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -10.9 10.9 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -5.6 5.6 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA 13.6 13.6 13.6 13.6 轴向应力代数和 9.8 21.0 5.5 27.4 剪应力St(MPa): Mt_S 2.6 2.6 2.6 2.6 Vy_S 1.0 -1.0 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 1.0 -1.0 剪应力代数和 3.6 1.6 3.6 1.6 当量应力 18.3 43.3 23.9 35.1 应力评定 最大表面应力Smax (MPa) 101.5 最大膜应力Smax(MPa) 43.3 材料许用应力Sa(MPa) 137.0 结论(仅供参考) Smax<=3Sa 且 Sm<=1.5Sa ,合格 28 (4) 强圈边缘应力集中系数和几何系数 补强圈边缘应力集中系数和几何系数 薄膜应力集中系数 Kn 1.00 弯曲应力集中系数 Kb 1.00 壳体几何参数γ=Rm/(T-C) 45.179 连接件几何参数β0.476 =0.5*0.875*D3/Rm 补强圈边缘壳体应力(表面应力) 图表号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl 周向应力Sy(MPa): Fz_M 4C,3C 3.088,1.130 6.3 6.3 6.3 6.3 2.3 2.3 2.3 2.3 Fz_B 2C-1,1C 0.006,0.065 3.2 -3.2 3.2 -3.2 35.8 -35.8 35.8 -35.8 Mx_M 3A 1.013 0.0 0.0 0.0 0.0 -7.5 -7.5 7.5 7.5 Mx_B 1A 0.060 0.0 0.0 0.0 0.0 -120.0 120.0 120.0 -120.0 My_M 3B 1.681 -12.4 -12.4 12.4 12.4 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 1B-1 0.008 -15.6 15.6 15.6 -15.6 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 27.1 周向应力代数和 8.7 33.3 64.6 27.0 -62.3 106.2 192.7 -119.0 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 3C,4C 1.130,3.088 2.3 2.3 2.3 2.3 6.3 6.3 6.3 6.3 Fz_B 1C-1,2C 0.014,0.033 7.8 -7.8 7.8 -7.8 18.5 -18.5 18.5 -18.5 Mx_M 4A 4.267 0.0 0.0 0.0 0.0 -31.5 -31.5 31.5 31.5 Mx_B 2A 0.023 0.0 0.0 0.0 0.0 -46.7 46.7 46.7 -46.7 My_M 4B 1.036 -7.6 -7.6 7.6 7.6 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 2B-1 0.016 -31.5 31.5 31.5 -31.5 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 轴向应力代数和 -15.5 31.9 62.7 -15.7 -39.8 16.6 116.5 -13.8 剪应力St(MPa): Mt_S 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 Vy_S 1.2 1.2 -1.2 -1.2 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2 1.2 -1.2 -1.2 剪应力代数和 3.1 3.1 0.7 0.7 3.1 3.1 0.7 0.7 当量应力 25.0 35.8 64.8 42.8 62.7 106.3 192.7 119.0 29 (5) 补强圈边缘应力(膜应力) 补强圈边缘应力(膜应力) Am Bm Cm Dm 周向应力Sy(MPa): Fz_M 6.3 6.3 2.3 2.3 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -7.5 7.5 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -12.4 12.4 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC 27.1 27.1 27.1 27.1 周向应力代数和 21.0 45.8 21.9 36.9 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 2.3 2.3 6.3 6.3 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -31.5 31.5 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -7.6 7.6 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA 13.6 13.6 13.6 13.6 轴向应力代数和 8.2 23.5 -11.6 51.3 剪应力St(MPa): Mt_S 1.9 1.9 1.9 1.9 Vy_S 1.2 -1.2 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 1.2 -1.2 剪应力代数和 3.1 0.7 3.1 0.7 当量应力 21.7 45.8 34.1 51.4 应力评定 最大表面应力Smax (MPa) 192.7 最大膜应力Smax(MPa) 51.4 材料许用应力Sa(MPa) 137.0 结论(仅供参考) Smax<=3Sa 且 Sm<=1.5Sa ,合格 30 (6) 壳体和接管局部应力 壳体和接管局部应力 计算单位 附件类型 接管S2 计算依据 WRC297 1987年版 设计数据 简图 设计压力P 0.60 MPa 设计温度Temp. 80.00 ? 柱壳内径Di 1000.00 mm 柱壳公称厚度T1 12.00 mm 柱壳壁厚附加量C 0.80 mm D 柱壳材料 0Cr18Ni9 A B 柱壳材料类型 板材 接管材料 0Cr18Ni9 C 接管材料类型 管材 接管外径D2 168.00 mm 接管伸出长度H 0.00 mm 接管厚度T2 9.00 mm 接管厚度附加量C2 0.00 mm *注 接管位置L *(1) 500.00 mm (1)该项为接管中心至封头切线或柱壳端部的距离. 补强圈外径D3 300.00 mm 补强圈厚度T3 12.00 mm (2)下面的局部应力表中的Au,Bu,Cu,Du为柱壳与附 两坐标系夹角θ -0.00 度 件连接处A,B,C,D点的外表面应力;Al,Bl,Cl,Dl 径向力Fz 5783.00 N 为内表面应力;Am,Bm,Cm,Dm为平均应力(即膜 水平力V1 5783.00 N 应力)。 水平力V2 5783.00 N 弯矩M2 4274000.00 N.mm 弯矩M1 4274000.00 N.mm 扭矩Mt 4274000.00 N.mm 壳体应力计算公式: 接管应力计算公式: 22Fz引起的薄膜应力 Fz_M=W*Fz/TT Fz引起的环向薄膜应力 Fz_M=W1*Fz/TT 22Fz引起的弯曲应力 Fz_B=6*W*Fz/TT Mx引起的环向薄膜应力 Fz_B=W1*Mx/(TT*D2) 22Mx引起的薄膜应力 Mx_M=W*Mx/(TT*D2) My引起的环向薄膜应力 My_M=W1*My/(TT*D2) 2Fz引起的轴向薄膜应力 Fz_M'=Fz/(,*D2*T2) Mx引起的弯曲应力 Mx_B=6*W*Mx/(TT*D2) 22My引起的薄膜应力 My_M=W*My/(TT*D2) Mx引起的轴向薄膜应力 Mx_M'=4*Mx/(,*tt*D2) 22My引起的弯曲应力 My_B=6*W*My/(TT*D2) My引起的轴向薄膜应力 My_M'=4*My/(,*tt*D2) 22Mt引起的剪应力 Mt_S=2*Mt/(,*D2*TT) Fz引起的轴向弯曲应力 Fz_B=(6*W1-3*W2)Fz/tt 2Vx引起的剪应力 Vx_S=2*Vx/(,*D2*TT) Mx引起的轴向弯曲应力 Mx_B=(6*W1-3W1)*Mx/(tt*D2) 2Vy引起的剪应力 Vy_S=2*Vy/(,*D2*TT) My引起的轴向弯曲应力 My_B=(6*W1-3W1)*My/(tt*D2) P引起的A,B点环向薄膜应力=P*Rm/TT P引起的环向薄膜应力 P_M=P*rm/tt P引起的C,D点环向薄膜应力=0.5*P*Rm/TT P引起的轴向薄膜应力 P_M'=0.5*P*rm/tt P引起的A,B点径向薄膜应力=0.5*P*Rm/TT 式中:rm=(D2+T2)/2,tt=T2-C2 P引起的C,D点径向薄膜应力=P*Rm/TT 式中:Rm=(Di+T1)/2,Dm=Di+T1,TT=T1-C 31 (7) 外载荷 外载荷(接管根部沿X-Y-Z坐标系方向) 径向力Fz(N) 5783.00 轴向力Vx(N) 5783.00 周向力Vy(N) 5783.00 弯矩Mx(N.mm) 4274000.00 弯矩My(N.mm) 4274000.00 扭矩Mt(N.mm) 4274000.00 几何参数 1.096 几何参数T/t=(T1-C+T3)/(T2-C2) 1.933 DmTCT./()13,，几何参数λ=(D2/Dm)* 几何参数d/t=D2/(T2-C2) 14.000 接管根部壳体应力(表面应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): 图号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl Fz_M 18,19 0.152*(2) 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 Fz_B 13,14 0.069*(2) 4.46 -4.46 4.46 -4.46 4.46 -4.46 4.46 -4.46 Mx_M 36,37 0.010*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -0.47 -0.47 0.47 0.47 Mx_B 32,33 0.145*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -41.09 41.09 41.09 -41.09 My_M 54,55 0.184*(2) -8.72 -8.72 8.72 8.72 0.00 0.00 0.00 0.00 My_B 50,51 0.109*(2) -30.98 30.98 30.98 -30.98 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 27.11 27.11 27.11 27.11 13.55 13.55 13.55 13.55 周向应力代数和 -6.50 46.55 72.90 2.01 -21.92 51.35 61.21 -29.89 沿接管径向方向的应力Sy(MPa): Fz_M 8, 9 0.120*(2) 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 Fz_B 3, 4 0.126*(2) 8.10 -8.10 8.10 -8.10 8.10 -8.10 8.10 -8.10 Mx_M 27,28 0.172*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -8.15 -8.15 8.15 8.15 Mx_B 23,24 0.216*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -61.14 61.14 61.14 -61.14 My_M 45,46 0.133*(2) -6.29 -6.29 6.29 6.29 0.00 0.00 0.00 0.00 My_B 41,42 0.164*(2) -46.44 46.44 46.44 -46.44 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 13.55 13.55 13.55 13.55 27.11 27.11 27.11 27.11 径向应力代数和 -29.79 46.89 75.67 -33.40 -32.80 73.29 105.79 -32.70 剪应力St(MPa): Mt_S 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 Vy_S 0.94 0.94 -0.94 -0.94 0.00 0.00 0.00 0.00 Vx_S 0.00 0.00 0.00 0.00 0.94 0.94 -0.94 -0.94 剪应力代数和 5.10 5.10 3.21 3.21 5.10 5.10 3.21 3.21 当量应力强度(MPa):*(1) 30.86 51.82 77.79 36.00 34.81 74.42 106.02 34.80 注: 2222()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. (2)该系数为相应曲线的端点值. 32 (8) 接管根部壳体应力 接管根部壳体应力(膜应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): Am Bm Cm Dm Fz_M 1.64 1.64 1.64 1.64 Fz_B 0.00 0.00 0.00 0.00 Mx_M 0.00 0.00 -0.47 0.47 Mx_B 0.00 0.00 0.00 0.00 My_M -8.72 8.72 0.00 0.00 My_B 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 27.11 27.11 13.55 13.55 周向应力代数和 20.03 37.46 14.72 15.66 沿接管径向方向的应力Sy(MPa): Fz_M 1.29 1.29 1.29 1.29 Fz_B 0.00 0.00 0.00 0.00 Mx_M 0.00 0.00 -8.15 8.15 Mx_B 0.00 0.00 0.00 0.00 My_M -6.29 6.29 0.00 0.00 My_B 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 13.55 13.55 27.11 27.11 径向应力代数和 8.55 21.14 20.24 36.55 剪应力St(MPa): Mt_S 4.16 4.16 4.16 4.16 Vy_S 0.94 -0.94 0.00 0.00 Vx_S 0.00 0.00 0.94 -0.94 剪应力代数和 5.10 3.21 5.10 3.21 当量应力强度21.97 38.07 23.28 37.03 (MPa):*(1) 应力评定 最大表面应力106.02 最大膜应力Sm(MPa) 38.07 Smax(MPa) 壳体许用应力137.00 Sa(MPa) 应力评定(仅供参考) Smax<3*Sa, Sm<1.5*Sa. 合格 注意:WRC297推荐补强圈最小外径= 525.5 mm 注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 33 (9) 接管根部接管应力 接管根部接管应力(表面应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): 图号 系数W1,W2 Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl Fz_M 18,19 0.152*(2) 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 Mx_M 36,37 0.010*(2) 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.5 -0.5 0.5 0.5 My_M 54,55 0.184*(2) -8.7 -8.7 8.7 8.7 0.0 0.0 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 3.9 周向应力代数和 -3.2 -3.2 14.3 14.3 5.1 5.1 6.0 6.0 沿接管轴向方向的应力Sy(MPa): Fz_M' 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 Fz_B 3, 4: 0.126*(2),015.8 -15.8 15.8 -15.8 15.8 -15.8 15.8 -15.8 8, 9 .120*(2) Mx_M' 0.0 0.0 0.0 0.0 -16.1 -16.1 16.1 16.1 Mx_B 23,24:0.216*(2),00.0 0.0 0.0 0.0 -137.1 137.1 137.1 -137.1 27,28 .172*(2) My_M' -16.1 -16.1 16.1 16.1 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 41,42:0.164*(2),0-103.0 103.0 103.0 -103.0 0.0 0.0 0.0 0.0 45,46 .133*(2) P引起的薄膜应力 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 轴向应力代数和 -100.4 74.0 137.8 -99.9 -134.5 108.1 171.9 -134.0 剪应力St(MPa): Mt引起的剪应力 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 Vy引起的剪应力 1.8 1.8 -1.8 -1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx引起的剪应力 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 -1.8 -1.8 剪应力代数和 9.9 9.9 6.2 6.2 9.9 9.9 6.2 6.2 当量应力强度(MPa):*(1) 101.4 79.6 138.1 114.8 141.0 109.0 172.1 140.6 注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 (2)该系数为相应曲线的端点值. 34 (10) 根部接管应力 根部接管应力(膜应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): Fz_M 1.6 1.6 1.6 1.6 Mx_M 0.0 0.0 -0.5 0.5 My_M -8.7 8.7 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 3.9 3.9 3.9 3.9 周向应力代数和 -3.2 14.3 5.1 6.0 沿接管轴向方向的应力Sy(MPa): Fz_M' 0.9 0.9 0.9 0.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M' 0.0 0.0 -16.1 16.1 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M' -16.1 16.1 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 2.0 2.0 2.0 2.0 轴向应力代数和 -13.2 18.9 -13.2 18.9 剪应力St(MPa): Mt引起的剪应力 8.0 8.0 8.0 8.0 Vy引起的剪应力 1.8 -1.8 0.0 0.0 Vx引起的剪应力 0.0 0.0 1.8 -1.8 剪应力代数和 9.9 6.2 9.9 6.2 当量应力强度22.1 23.2 26.9 21.4 (MPa):*(1) 应力评定 最大表面应力172.1 最大膜应力26.9 Smax(MPa) Sm(MPa) 接管许用应力Sa(MPa) 137.0 应力评定(仅供参考) Smax<3*Sa, Sm<1.5*Sa. 合格 注意:按WRC297要求，接管与壳体连接处厚度(12.0mm)段的最小伸出长度?2*(mm)=89.8 DTC222*(), *注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?,大值.. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 35 (11) 壳体和接管局部应力 壳体和接管局部应力 计算单位 附件类型 接管T1,T2 计算依据 WRC297 1987年版 设计数据 简图 设计压力P 0.60 MPa 设计温度Temp. 60.00 ? 柱壳内径Di 1000.00 mm 柱壳公称厚度T1 12.00 mm 柱壳壁厚附加量C 0.00 mm D 柱壳材料 0Cr18Ni9 A B 柱壳材料类型 板材 接管材料 0Cr18Ni9 C 接管材料类型 管材 接管外径D2 219.00 mm 接管伸出长度H 0.00 mm 接管厚度T2 9.00 mm 接管厚度附加量C2 0.00 mm *注 接管位置L *(1) 500.00 mm (1)该项为接管中心至封头切线或柱壳端部的距离. 补强圈外径D3 400.00 mm 补强圈厚度T3 12.00 mm (2)下面的局部应力表中的Au,Bu,Cu,Du为柱壳与附 两坐标系夹角θ -0.00 度 件连接处A,B,C,D点的外表面应力;Al,Bl,Cl,Dl 径向力Fz 7543.00 N 为内表面应力;Am,Bm,Cm,Dm为平均应力(即膜 水平力V1 7543.00 N 应力)。 水平力V2 7543.00 N 弯矩M2 7166000.00 N.mm 弯矩M1 7166000.00 N.mm 扭矩Mt 7166000.00 N.mm 壳体应力计算公式: 接管应力计算公式: 22Fz引起的薄膜应力 Fz_M=W*Fz/TT Fz引起的环向薄膜应力 Fz_M=W1*Fz/TT 22Fz引起的弯曲应力 Fz_B=6*W*Fz/TT Mx引起的环向薄膜应力 Fz_B=W1*Mx/(TT*D2) 22Mx引起的薄膜应力 Mx_M=W*Mx/(TT*D2) My引起的环向薄膜应力 My_M=W1*My/(TT*D2) 2Fz引起的轴向薄膜应力 Fz_M'=Fz/(,*D2*T2) Mx引起的弯曲应力 Mx_B=6*W*Mx/(TT*D2) 22My引起的薄膜应力 My_M=W*My/(TT*D2) Mx引起的轴向薄膜应力 Mx_M'=4*Mx/(,*tt*D2) 22My引起的弯曲应力 My_B=6*W*My/(TT*D2) My引起的轴向薄膜应力 My_M'=4*My/(,*tt*D2) 22Mt引起的剪应力 Mt_S=2*Mt/(,*D2*TT) Fz引起的轴向弯曲应力 Fz_B=(6*W1-3*W2)Fz/tt 2Vx引起的剪应力 Vx_S=2*Vx/(,*D2*TT) Mx引起的轴向弯曲应力 Mx_B=(6*W1-3W1)*Mx/(tt*D2) 2Vy引起的剪应力 Vy_S=2*Vy/(,*D2*TT) My引起的轴向弯曲应力 My_B=(6*W1-3W1)*My/(tt*D2) P引起的A,B点环向薄膜应力=P*Rm/TT P引起的环向薄膜应力 P_M=P*rm/tt P引起的C,D点环向薄膜应力=0.5*P*Rm/TT P引起的轴向薄膜应力 P_M'=0.5*P*rm/tt P引起的A,B点径向薄膜应力=0.5*P*Rm/TT 式中:rm=(D2+T2)/2,tt=T2-C2 P引起的C,D点径向薄膜应力=P*Rm/TT 式中:Rm=(Di+T1)/2,Dm=Di+T1,TT=T1-C 36 (12) 外载荷(接管根部沿X-Y-Z坐标系方向) 外载荷(接管根部沿X-Y-Z坐标系方向) 径向力Fz(N) 7543.00 轴向力Vx(N) 7543.00 周向力Vy(N) 7543.00 弯矩Mx(N.mm) 7166000.00 弯矩My(N.mm) 7166000.00 扭矩Mt(N.mm) 7166000.00 几何参数 1.405 几何参数T/t=(T1-C+T3)/(T2-C2) 2.000 DmTCT./()13,，几何参数λ=(D2/Dm)* 几何参数d/t=D2/(T2-C2) 18.250 接管根部壳体应力(表面应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): 图号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl Fz_M 18,19 0.149*(2) 1.95 1.95 1.95 1.95 1.95 1.95 1.95 1.95 Fz_B 13,14 0.060*(2) 4.71 -4.71 4.71 -4.71 4.71 -4.71 4.71 -4.71 Mx_M 36,37 0.090*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -5.13 -5.13 5.13 5.13 Mx_B 32,33 0.145*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -49.37 49.37 49.37 -49.37 My_M 54,55 0.233*(2) -13.26 -13.26 13.26 13.26 0.00 0.00 0.00 0.00 My_B 50,51 0.102*(2) -34.64 34.64 34.64 -34.64 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 25.30 25.30 25.30 25.30 12.65 12.65 12.65 12.65 周向应力代数和 -15.93 43.92 79.86 1.15 -35.19 54.13 73.82 -34.35 沿接管径向方向的应力Sy(MPa): Fz_M 8, 9 0.091*(2) 1.19 1.19 1.19 1.19 1.19 1.19 1.19 1.19 Fz_B 3, 4 0.105*(2) 8.23 -8.23 8.23 -8.23 8.23 -8.23 8.23 -8.23 Mx_M 27,28 0.151*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -8.56 -8.56 8.56 8.56 Mx_B 23,24 0.207*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -70.47 70.47 70.47 -70.47 My_M 45,46 0.108*(2) -6.14 -6.14 6.14 6.14 0.00 0.00 0.00 0.00 My_B 41,42 0.151*(2) -51.38 51.38 51.38 -51.38 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 12.65 12.65 12.65 12.65 25.30 25.30 25.30 25.30 径向应力代数和 -35.45 50.85 79.58 -39.64 -44.31 80.16 113.75 -43.65 剪应力St(MPa): Mt_S 3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 Vy_S 0.91 0.91 -0.91 -0.91 0.00 0.00 0.00 0.00 Vx_S 0.00 0.00 0.00 0.00 0.91 0.91 -0.91 -0.91 剪应力代数和 4.88 4.88 3.05 3.05 4.88 4.88 3.05 3.05 当量应力强度(MPa):*(1) 36.60 53.37 82.78 41.25 46.43 81.04 113.98 44.56 注: 2222()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. (2)该系数为相应曲线的端点值. 37 (13) 接管根部壳体应力(膜应力) 接管根部壳体应力(膜应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): Am Bm Cm Dm Fz_M 1.95 1.95 1.95 1.95 Fz_B 0.00 0.00 0.00 0.00 Mx_M 0.00 0.00 -5.13 5.13 Mx_B 0.00 0.00 0.00 0.00 My_M -13.26 13.26 0.00 0.00 My_B 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 25.30 25.30 12.65 12.65 周向应力代数和 13.99 40.51 9.47 19.73 沿接管径向方向的应力Sy(MPa): Fz_M 1.19 1.19 1.19 1.19 Fz_B 0.00 0.00 0.00 0.00 Mx_M 0.00 0.00 -8.56 8.56 Mx_B 0.00 0.00 0.00 0.00 My_M -6.14 6.14 0.00 0.00 My_B 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 12.65 12.65 25.30 25.30 径向应力代数和 7.70 19.97 17.92 35.05 剪应力St(MPa): Mt_S 3.96 3.96 3.96 3.96 Vy_S 0.91 -0.91 0.00 0.00 Vx_S 0.00 0.00 0.91 -0.91 剪应力代数和 4.88 3.05 4.88 3.05 当量应力强度16.65 40.95 20.15 35.63 (MPa):*(1) 应力评定 最大表面应力113.98 最大膜应力Sm(MPa) 40.95 Smax(MPa) 壳体许用应力137.00 Sa(MPa) 应力评定(仅供参考) Smax<3*Sa, Sm<1.5*Sa. 合格 注意:WRC297推荐补强圈最小外径= 582.7 mm 注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 38 (14) 接管根部接管应力(表面应力) 接管根部接管应力(表面应力) 研接管周向方向的应力Sx(MPa): 图号 系数W1,W2 Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl Fz_M 18,19 0.149*(2) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 Mx_M 36,37 0.090*(2) 0.0 0.0 0.0 0.0 -5.1 -5.1 5.1 5.1 My_M 54,55 0.233*(2) -13.3 -13.3 13.3 13.3 0.0 0.0 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 周向应力代数和 -6.1 -6.1 20.4 20.4 2.0 2.0 12.3 12.3 沿接管轴向方向的应力Sy(MPa): Fz_M' 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 Fz_B 3, 4: 0.105*(2),018.7 -18.7 18.7 -18.7 18.7 -18.7 18.7 -18.7 8, 9 .091*(2) Mx_M' 0.0 0.0 0.0 0.0 -15.9 -15.9 15.9 15.9 Mx_B 23,24:0.207*(2),00.0 0.0 0.0 0.0 -179.1 179.1 179.1 -179.1 27,28 .151*(2) My_M' -15.9 -15.9 15.9 15.9 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 41,42:0.151*(2),0-131.9 131.9 131.9 -131.9 0.0 0.0 0.0 0.0 45,46 .108*(2) P引起的薄膜应力 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 轴向应力代数和 -125.5 100.8 170.0 -131.2 -172.8 148.1 217.2 -178.5 剪应力St(MPa): Mt引起的剪应力 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 Vy引起的剪应力 1.8 1.8 -1.8 -1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx引起的剪应力 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 -1.8 -1.8 剪应力代数和 9.8 9.8 6.1 6.1 9.8 9.8 6.1 6.1 当量应力强度(MPa):*(1) 126.3 108.7 170.2 152.1 175.8 148.7 217.3 191.1 注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 (2)该系数为相应曲线的端点值. 39 (15) 根部接管应力(膜应力) 根部接管应力(膜应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): Fz_M 2.0 2.0 2.0 2.0 Mx_M 0.0 0.0 -5.1 5.1 My_M -13.3 13.3 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 5.2 5.2 5.2 5.2 周向应力代数和 -6.1 20.4 2.0 12.3 沿接管轴向方向的应力Sy(MPa): Fz_M' 0.9 0.9 0.9 0.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M' 0.0 0.0 -15.9 15.9 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M' -15.9 15.9 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 2.6 2.6 2.6 2.6 轴向应力代数和 -12.4 19.4 -12.4 19.4 剪应力St(MPa): Mt引起的剪应力 7.9 7.9 7.9 7.9 Vy引起的剪应力 1.8 -1.8 0.0 0.0 Vx引起的剪应力 0.0 0.0 1.8 -1.8 剪应力代数和 9.8 6.1 9.8 6.1 当量应力强度20.5 26.0 24.2 22.9 (MPa):*(1) 应力评定 最大表面应力217.3 最大膜应力26.0 Smax(MPa) Sm(MPa) 接管许用应力Sa(MPa) 137.0 应力评定(仅供参考) Smax<3*Sa, Sm<1.5*Sa. 合格 注意:按WRC297要求，接管与壳体连接处厚度(12.0mm)段的最小伸出长度?2*(mm)=102.5 DTC222*(), *注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?,大值.. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 40 2.2设计计算条件 固定管板换热器设计计算 计算单位 设 计 计 算 条 件 壳 程 管 程 p-0.1 MPa 0.6 MPa pst设计压力 设计压力 ::t80 60 tsCCt设计温度 设计温度 壳程圆筒内径 1000 mm 管箱圆筒内径1000 mm DDii 材料名称 0Cr18Ni9 材料名称 0Cr18Ni9 简 图 计 算 内 容 开孔补强设计计算 壳程圆筒校核计算 管板校核计算 接管局部应力计算 41 2.2.1开孔补强计算 (1)接 管: S1, φ325?10 开孔补强计算 计算单位 接 管: S1, φ325?10 计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔 设 计 条 件 简 图 计算压力 p 0.1外压 MPa c 设计温度 80 ? 壳体型式 圆形筒体 壳体材料 0Cr18Ni9 名称及类型 板材 壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 D 1000 mm i 壳体开孔处名义厚度δ 12 mm n 壳体厚度负偏差 C 0.8 mm 1 壳体腐蚀裕量 C 0 mm 2t壳体材料许用应力[σ] 137 MPa 接管实际外伸长度 89 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 0Cr18Ni9 接管焊接接头系数 0.85 名称及类型 板材 接管腐蚀裕量 0 mm 补强圈材料名0Cr18Ni9 称 mm 补强圈外径 550 mm 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 补强圈厚度 12 mm 接管厚度负偏差 C 0.8 mm 补强圈厚度负偏差 C 0.8 mm 1t1rtt接管材料许用应力[σ] 137 MPa 补强圈许用应力[σ] 137 MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度δ 5.23 mm 接管计算厚度δ 0.595 mm t补强圈强度削弱系数 f 1 接管材料强度削弱系数 1 rr f r 开孔直径 d 306.6 mm 补强区有效宽度 B 613.2 mm 接管有效外伸长度 h 55.37 mm 接管有效内伸长度 h 0 mm 1222开孔削弱所需的补强面积 壳体多余金属面积 A 1830 mm 801.8 mm1A 22接管多余金属面积 A 952.9 mm 补强区内的焊缝面积 A 64 mm 232 A+A+A=2847 mm，大于A，不需另加补强。 12322补强圈面积 A mm A-(A+A+A) mm 4123 结论: 补强满足要求,不需另加补强。 42 (2)接 管: S2, φ168?9 开孔补强计算 计算单位 接 管: S2, φ168?9 计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔 设 计 条 件 简 图 计算压力 p 0.1外压 MPa c 设计温度 80 ? 壳体型式 圆形筒体 壳体材料 0Cr18Ni9 名称及类型 板材 壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 D 1000 mm i 壳体开孔处名义厚度δ 12 mm n 壳体厚度负偏差 C 0.8 mm 1 壳体腐蚀裕量 0 mm C2t壳体材料许用应力[σ] 137 MPa 接管实际外伸长度 114 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 0Cr18Ni9 接管焊接接头系数 1 名称及类型 管材 接管腐蚀裕量 0 mm 补强圈材料名0Cr18Ni9 称 mm 补强圈外径 300 mm 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 补强圈厚度 12 mm 接管厚度负偏差 C 1.125 mm 补强圈厚度负偏差 C 0.8 mm 1t1rtt接管材料许用应力[σ] 137 MPa 补强圈许用应力[σ] 137 MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度δ 5.23 mm 接管计算厚度δ 0.439 mm t补强圈强度削弱系数 f 1 接管材料强度削弱系数 1 rr fr 开孔直径 d 152.2 mm 补强区有效宽度 B 304.5 mm 接管有效外伸长度 h 37.02 mm 接管有效内伸长度 h 0 mm 1222开孔削弱所需的补强面积 壳体多余金属面积 A 908.9 mm 398.1 mm1A 22接管多余金属面积 A 550.6 mm 补强区内的焊缝面积 A 64 mm 232 A+A+A=1523 mm，大于A，不需另加补强。 12322补强圈面积 A mm A-(A+A+A) mm 4123 结论: 补强满足要求,不需另加补强。 43 2.2.2壳程圆筒计算 壳程圆筒计算 计算单位 计算条件 圆筒简图 计算压力 -0.10 MPa Pc 设计温度 t 80.00 : C 内径 D 1000.00 mm i 材料名称 0Cr18Ni9 (板材) 试验温度许用应力 ,,, 137.00 MPa t设计温度许用应力 ,,, 137.00 MPa 试验温度下屈服点 , 205.00 MPa s 钢板负偏差 C 0.80 mm 1 腐蚀裕量 C 0.00 mm 2 焊接接头系数 , 0.85 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 试验压力值 P= 1.25P = 0.7500 MPa T c 压力试验允许通过的应力,,, 0.90 , = 184.50 MPa ,Ts,,, t pD.()，,Tie试验压力下圆筒的应力 MPa ,= = 39.83 T 2,,.e 校核条件 , ,,, TT, 校核结果 合格 厚度及重量计算 计算厚度 , = 5.23 mm 有效厚度 , =, - C- C= 11.20 mm en12名义厚度 , = 12.00 mm n 外压计算长度 L L= 3100.00 mm 筒体外径 D D= D+2, = 1024.00 mm ooin L/D 3.03 o D/, 91.43 oe A 值 A= 0.0004704 B 值 B= 57.83 重量 864.60 kg 压力计算 B许用外压力 MPa [P]= = 0.63255 D/,oe 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 44 2.2.3管板校核计算 延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 设 计 计 算 条 件 简 图 设计压力 -0.1 MPa ps : 设计温度 T 80 s C : 平均金属温度 t63.86 s C : 装配温度 15 to C 壳 材料名称 0Cr18Ni9 t 设计温度下许用应力[,]137 Mpa 程 平均金属温度下弹性模量 1.928e+0Mpa E 5 s : 平均金属温度下热膨胀系数1.662e-mm/mm C 05 ,s 圆 1000 mm 壳程圆筒内径 D i 壳 程 圆 筒 名义厚 度, 12 mm s 壳 程 圆 筒 有效厚 度,11.2 mm se 筒 壳体法兰设计温度下弹性模量 E’ 1.92e+05 MPa f22 壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25,D 7.854e+05 mm i2 壳程圆筒金属横截面积 A=,,(D+,) 3.558e+04 mm isss 管 设计压力p0.6 MPa t :箱 设计温度T60 t C圆 材料名称 0Cr18Ni9 筒 设计温度下弹性模量 E1.93e+05 MPa h 管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平21 mm 均值),h 管箱圆筒有效厚度,21 mm he ” 管箱法兰设计温度下弹性模量 E 1.93e+05 MPa t 材料名称 0Cr18Ni9 :换 管子平均温度 t55.02 t Ct 设计温度下管子材料许用应力[,]137 MPa t t 设计温度下管子材料屈服应力, 179.5 MPa st 热 设计温度下管子材料弹性模量 E1.92e+05 MPa t 平均金属温度下管子材料弹性模量 E1.932e+05 MPa t : 平均金属温度下管子材料热膨胀系数, 1.657e-05 tmm/mm C管 管子外径 d 19 mm 管子壁厚,2 mm t 45 注: 管子根数 n 1112 换热管中心距 S 25 mm 2换 106.8 mm一根管子金属横截面积 ad,,,,,()tt 换热管长度 L 3000 mm 管子有效长度(两管板内侧间距) L2890 mm 1 管束模数 K= Ena/LD 7942 MPa t t i 22 6.052 mm 管子回转半径 i,0.25d，(d,2,)t 热 管子受压失稳当量长度l690 mm cr tt 145.3 系数C = r,2E/,ts 比值 l/i 114 cr 2E, MPa ltcr管子稳定许用压应力 () [],,C,,cr2r2(li)icr tl管 54.54 MPa ，，licr,scr管子稳定许用压应力 () C,[]1,,,rcr,,i22Cr，， 材料名称 0Cr18Ni9 : 设计温度 t80 p C t管 119.8 MPa ,,,设计温度下许用应力 r 设计温度下弹性模量E 1.92e+05 MPa p 管板腐蚀裕量 C 0 mm 2 管板输入厚度,55 mm n 管板计算厚度 , 47 mm 2 隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)A3.656e+04 mm d 板 管板强度削弱系数 , 0.4 管板刚度削弱系数 , 0.4 Di2 6.45 管子加强系数 K = ,,K,1318./EnaELtp, 管板和管子连接型式 强度焊加贴 胀 管板和管子胀接(焊接)高度l 3.5 mm 胀接许用拉脱应力 [q] MPa 焊接许用拉脱应力 [q] 68.5 MPa 46 管 材料名称 0Cr18Ni9(锻件) " 56 mm 管箱法兰厚度 ,f 1160 mm 法兰外径 Df 箱 6.004e+07 N,mm 基本法兰力矩 Mm 2.623e+07 N,mm 管程压力操作工况下法兰力 Mp 80 mm 法兰宽度 b,(D,D)/2ffi 法 0.021 比值 ,/Dhi " 0.056 比值 ,/Dfi" 0.00 系数(按,/D,,”/D, 查<>图25) Cii h f 兰 系数,”(按,/D,,”/D,查<>图 26) 0.001991 hi fi 3"" 35.37 MPa ,,,2Eb21""fff旋转刚度 ,,K,[，E],fh,,12D，bDifi,, 材料名称 0Cr18Ni9(锻件) '壳 41 mm ,壳体法兰厚度 f 1160 mm 法兰外径 Df 体 80 mm 法兰宽度 b,(D,D)/2ffi 0.0112 比值 ,/Dsi '法 0.041 比值 ,/Dfi ' 0.00 系数, 按,/D,,”/D, 查<>图25 Chi fi '兰 0.0004142 ,系数 按,/D,,”/D, 查<>图26 hi fi , 3'' 7.962 MPa ,,,2Eb21fff',,旋转刚度 K,[，E,']sf,,12D，bDifi,, 1.16 法兰外径与内径之比 KDD,fi 壳体法兰应力系数Y (按 K 查<>表9-5) 13.15 ~K, 0.0007873 f旋转刚度无量纲参数 K,f4Kt 2,Et 0 N/mm 膨胀节总体轴向刚度 22()licr 47 ~ 0.1653 管板第一弯矩系数(按,查<>图 27) KmKf1 m系 32.55 1系数 ,,~KKf~ 4.314 系数(按查<>图 29) KKGft2 Enat 3.346 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q,EAss EnaEAKL(，)tssex数 换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 Q,exEAKLssex 2.484 管板第二弯矩系数(按或查<>图28(a)K,QQex 或(b)) m2 m 0.001672 1系数(带膨胀节时代替Q) QM,ex12K(Q，G)2计 0.003538 系数 (按K,Q或Q 查图30) Gex3~~ 0.182 法兰力矩折减系数 ,,，KKG()ff3 ~1 2.456 管板边缘力矩变化系数 ,M, ",，KKff~~ "算 0.553 法兰力矩变化系数 ,M,,MKKfff 2 2管 管板开孔后面积 A = A - 0.25 n,d4.701e+05 mm l2板 管板布管区面积 6.384e+05 mm 2参 (三角形布管) AnSA,，0866.td 2 (正方形布管 ) AnSA,，td 数 901.6 mm 管板布管区当量直径 D,4A/,tt 0.5986 系数 ,,AA/l 系 0.2527 系数 ,,naA/l 数 4.756 系数 ,,，，，04061..()/Q,s 计 ,,0.4(1，,)，(0.6，Q)/,7.093 系数(带膨胀节时代替Q) Qtex 算 0.9016 管板布管区当量直径与壳体内径之比 ,,DD/tti 管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-,) 0.6347 t 48 仅有壳程压力P作用下的危险组合工况 (P = 0) st 不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 0.0 -0.0001491 = ()() , ,t-t-,t-tttosso -0.1 -0.1 MPa 当量压力组合 P,Pcs -0.4756 -7.754 MPa 有效压力组合 P,,P，,,Easst~4Mm-0.2685 -0.01647 基本法兰力矩系数 M,m3,,DPia~~~-0.2644 -0.01236 管板边缘力矩系数 M,M，(,M)Mm1~-8.605 -0.4023 管板边缘剪力系数 ,,,M mm，,122.789 -1.395 管板总弯矩系数 m,1，, 0.5188 0.2596 m,0系数仅用于 时 GmK,3,G1e1e 1.051 0.8113 系数,当m<0 时,按 K 和 m 查图G1i 31(b) 当m>0时,按 K 和 m 查图31(a)实线 1.051 0.8113 系数G > 0 , =, mmax(,)GG1G11ei1 < 0 , = mGG11i~管板径向应力系-0.2607 0.01583 ()1，,G11= ,r数 4QG，2带膨胀节,Q为Qex ~管板布管区周边 -0.3219 -0.01266 3m()1，,',= r处径向应力系数 4KQG()，2~管板布管区周边 -0.2482 0.01951 11，, = ,pQG24，处剪切应力系数 -0.04979 -0.003922 ~~壳体法兰力矩系数 M,,M,(,M)Mwsmf1 计算值 许用值 计算值 许用值 tt2~84 83.13 MPa = 3 = D1.5 ,,,,,,,,,irr管板径向应力 ,,,P,,rra,,,,179.6 359.2 tt管板布管区周边处径向应力 MPa = 3 = 1.5 ,,,,,,rr2'2~,PD,,69.78 69.81 ，，aikk179.6 359.2 ' ,,,,,r1,，,()2mr,,,,,,m2m，，tt管板布管区周边剪切应力3.389 -4.342 MPa = 1.5 = 0.5 ,,,,,,rr~,PDat59.88 179.6 ,,,pp,, tt~D,i'2壳体法兰应力 87.06 111.8 MPa 1.5= 3 = ,,,,,, rr,,YMP,()wsfa'4,f179.6 359.2 49 tt换热管轴向应力 MPa ,,,,,,= = 3 tt，，GQ,,17.74 22.28 2 137 411 ,,,PP,,tca,QG，，，2,,,,= = ,,crcr 54.54 54.54 tt,,A()1，6.239 -7.994 MPa 壳程圆筒轴向应力 = = ,,,,,,3,,cc,,PcaAQG()，2s116.5 349.4 ,aMPa 4.617 [q]= 13.29 3[q]焊接 t换热管与管板连接拉脱应力 q = 68.5 [q]胀接 dl, 205.5 仅有管程压力P作用下的危险组合工况 (P = 0) ts 不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 0.0 -0.0001491 , =(t-t)-(t-t) ,,stts00 -0.7516 -0.7516 MPa 当量压力组合 P,,P(1，,)ct -4.256 -11.53 MPa 有效压力组合 P,,,P，,,Eattt 操作情况下法兰力矩系数-0.01311 -0.004837 ~4Mp M,p3,,DPia ~~-0.01311 -0.004837 管板边缘力矩系数 M,Mp ~-0.4267 -0.1574 管板边缘剪力系数 ,,,M mm，,-1.56 -0.2679 12管板总弯矩系数 m,1，, 0.2902 0.04984 系数仅用于 >0时Gm,01e GmK,3, 1e 系数,当m<0时,按 K 和 m 查图G1i 0.8804 0.3388 31(b) 当m>0 时,按 K 和 m 查图31(a)实线 0.8804 0.3388 系数 m > 0,=, max(,)GGGG11ei11 m< 0 , = GG1i1~()，,G11管板径向应力系0.01647 0.009316 1= ,r4QG，数 2 带膨胀节Q为Q ex ~管板布管区周边 -0.01358 -0.003427 3m()1，,',= r处径向应力系数 24KQG()，~11，,管板布管区周边 0.01871 0.0275 = ,pQG24，处剪切应力系数 ~~-0.004058 -0.002553 壳体法兰力矩系数 M,,M,Mwsp1 50 计算值 许用值 计算值 许用值 tt管板径向应力 47.49 72.79 MPa 3 1.5 ,,,,,,rr2~D,,,179.6 359.2 i ,,,P,,rra,,,, tt管板布管区周边处径向应力 MPa 3 1.5 ,,,,,,rr22'~，，56.35 40.04 ,PDkk,,179.6 359.2 ai' ,,,1,，,()2m,,r,,r,,,,m2m，，tt管板布管区周边剪切应力 MPa 1.5 0.5 ,,,,,,rr ~,PD-9.105 -2.286 at59.88 179.6 ,,,pp,, tt~D,63.5 108.2 MPa 3 i1.5 '2,,,,,,壳体法兰应力 rr,,YMP(),wsfa'4,f179.6 359.2 tt换热管轴向应力 MPa ,,,,,, 3 tt，，GQ,,19.652 25.88 2 137 411 ,,,PP,,tca,QG，，，2,,,, ,,crcr 54.54 54.54 tt壳程圆筒轴 向 应 力 MPa ,,,,,,3,,cc,,A()1， 9.036 -3.519 ,,，[PP]116.5 349.4 ctaA()QG，2s 换热管与管板连接拉脱应力 q 5.757 [q] 15.44 3[q]焊接 MPa ,68.5 [q]胀接 at= 205.5 dl, 当P和P异号时，考虑壳程和管程压力同时作用下的危险组合工况 PPstst 不计温差应力 计温差应力 换热管与壳体热膨胀变形差 0.0 -0.0001491 , =(t-t)-(t-t) ,,stts00 当量压力组合 -0.8516 -0.8516 MPa PPP,,，()1,cst 有效压力组合-4.732 -12.01 MPa PPPeE,,，,,,,assttt~4Mm-0.01179 -0.004646 基本法兰力矩系数 M,m3,,DPia 操作情况下法兰力矩系数 -0.007684 -0.0005378 ~4Mp M,p3,,DPia~-0.01179 -0.004646 管板边缘力矩系数= M~~~Max[] MMMM，,(),mp1~-0.3838 -0.1512 管板边缘剪力系数 ,,,M ,，mm-1.279 -0.2477 12管板总弯矩系数 ,m1，, 51 0.2379 0.04608 m,0系数仅用于时 GGmK,3,1e1e 0.7624 0.3303 系数,当m<0时,按 K 和 m 查图G1i 31(b) 当m>0时,按 K 和 m 查图31(a)实线 0.7624 0.3303 系数G > 0, =max(G,G), m11e 1IG1 < 0, = mGG1i1~()，,G11管板径向应力系0.01533 0.00915 1= ,r数 4QG，2 带膨胀节Q为Q ex~管板布管区周边 -0.01196 -0.003192 3m()1，,',= r处径向应力系数 4KQG()，2 ~管板布管区周边 0.02011 0.0277 11，, = ,pQG处剪切应力系数 24， 壳体法兰力矩系数 -0.003071 -0.00177 ~~~ MMaxMMMMM,,,[()],,,wsp11,mf 计算值 许用值 计算值 许用值 tt2~D,49.15 74.45 MPa 3 1.5 ,,,,,,,,irr管板径向应力 ,,,P,,rra,,,,179.6 359.2 tt管板布管区周边处径向应力 41.1 57.41 MPa 3 1.5,,,,,,rr22'~，，kk,PD179.6 359.2 ,,ai' 1,，,()2m,,,,,r,,r,,,,m2m，， tt管板布管区周边剪切应力 -2.732 -9.55 MPa 1.5 0.5 ,,,,,,rr~,PDat59.88 179.6 ,,,pp,, tt~,Di'253.42 78.16 MPa 1.5 3 ,,,,,,壳体法兰应力 rr,,YMP,()wsfa'4,f179.6 359.2 tt换热管轴向应力 10.32 26.54 MPa ,,,,,, 3 tt ，，GQ,,12 137 411 ,,,PP,,tca,QG，，，2,,,,, , crcr 54.54 54.54 tt,,A()1， -4.339 MPa 8.215 ,,,,,,3,,壳程圆筒轴向应力 cc,,PcaAQG()，2s116.5 349.4 ,6.154 [q] 15.83 3[q]焊接 MPa at换热管与管板连接拉脱应力 q = 68.5 [q]胀接 dl, 205.5 计算结果 55 mm 管板校核通过 管板名义厚度 ,n 52 柱壳局部应力计算 计算单位 附件类型 圆形附件或接管S1 计算依据 WRC107 1979年版 计算数据 简图 设计压力 P -0.10 MPa 设计温度 Temp. 80.00 ? 柱壳内径 Di 1000.00 mm D 柱壳公称厚度 T 12.00 mm A B 柱壳壁厚附加量 C 0.80 mm 柱壳材料 0Cr18Ni9 C 柱壳材料类型 板材 圆形附件或接管外径 325.00 mm D2 接管伸出长度 H 0.00 mm 补强圈外径 D3 550.00 mm 补强圈厚度 T3 12.00 mm 两坐标系夹角 θ 0.00 度 注: 附件位置 L *(1) 500.00 mm (1) 该项为圆形附件或接管 中心至封头 切线或 径向力 Fz 11566.00 N 筒体端部的距离. 水平力V1 11566.00 N (2)下面的局部应力表中的Au,Bu,Cu,Du为 柱壳 水平力V2 11566.00 N 与附件连接处A,B,C,D点的外表面应力, Al,Bl, 弯矩M1 10058000.00 N.mm Cl,Dl为内表面应力. Am,Bm,Cm,Dm为平 均应 弯矩M2 10058000.00 N.mm 力 (即膜应力). 扭矩Mt 10058000.00 N.mm 应力计算所用公式: Fz引起的薄膜应力: Fz_M=Kn*W*Fz/(Rm*TT) Fz引起的弯曲应力: Fz_B=6*Kb*W*Fz/(TT*TT) Mx引起的薄膜应力: Mx_M=Kn*W*Mx/(Rm*Rm*β*TT) Mx引起的 弯曲应力: Mx_B=6*Kb*W*Mx/(Rm*β*TT*TT) My引起的薄膜应力: My_M=Kn*W*My/(Rm*Rm*β*TT) My引起的弯曲应力: My_B=6*Kb*W*My/(Rm*β*TT*TT) P引起的周向薄膜应力: P_MC=P*R/T1 P引起的 轴向薄膜应力: P_MA=0.5*P*R/T1 Mt引起的剪应力: Mt_S=Mt/(2*π*R0*R0*TT) Vx引起的剪应力: Vx_S=Vx/(π*R0*TT) Vy引起的剪应力: Vy_S=Vy/(π*R0*TT) 2222()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 当量应力取0.5*(Sx+Sy)?和的大值. 其中:Rm=(Di+T)/2，T1=T-C，TT=T-C+T3，R0=D2/2 53 2.2.4 按管局部应 外载荷 (沿X-Y-Z坐标系方向) 径向力Fz(N) 11566.0 轴向力Vx(N) 11566.00 周向力Vy(N) 11566.00 弯矩10058000.00 弯矩My(N.mm) 10058000.00 扭矩Mt(N.mm) 10058000.00 Mx(N.mm) 圆形附件边缘或接管根部壳体应力集中系数和几何系数 薄膜应力集中系数Kn 1.00 弯曲应力集中系数Kb 1.00 壳体几何参数γ=Rm/(T-21.810 连接件几何参数β0.281 C+T3) =0.5*0.875*D2/Rm 圆形附件边缘或接管根部壳体应力(表面应力) 图表号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl 周向应力Sy(MPa): Fz_M 4C,3C 2.966,1.884 2.9 2.9 2.9 2.9 1.9 1.9 1.9 1.9 Fz_B 2C-0.032,0.063 4.1 -4.1 4.1 -4.1 8.2 -8.2 8.2 -8.2 1,1C Mx_M 3A 0.956 0.0 0.0 0.0 0.0 -5.8 -5.8 5.8 5.8 Mx_B 1A 0.074 0.0 0.0 0.0 0.0 -58.5 58.5 58.5 -58.5 My_M 3B 2.190 -13.2 -13.2 13.2 13.2 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 1B-1 0.025 -19.8 19.8 19.8 -19.8 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 周向应力代数和 -30.5 0.9 35.5 -12.3 -58.8 41.9 69.8 -63.6 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 3C,4C 1.884,2.966 1.9 1.9 1.9 1.9 2.9 2.9 2.9 2.9 Fz_B 1C-0.058,0.034 7.5 -7.5 7.5 -7.5 4.4 -4.4 4.4 -4.4 1,2C Mx_M 4A 1.816 0.0 0.0 0.0 0.0 -10.9 -10.9 10.9 10.9 Mx_B 2A 0.037 0.0 0.0 0.0 0.0 -29.5 29.5 29.5 -29.5 My_M 4B 0.923 -5.6 -5.6 5.6 5.6 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 2B-1 0.043 -33.9 33.9 33.9 -33.9 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 轴向应力代数和 -32.4 20.4 46.6 -36.2 -35.4 14.8 45.6 -22.3 剪应力St(MPa): Mt_S 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 Vy_S 1.0 1.0 -1.0 -1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 -1.0 -1.0 剪应力代数和 3.6 3.6 1.6 1.6 3.6 3.6 1.6 1.6 当量应力 35.1 21.1 46.8 36.4 59.3 42.4 69.9 63.6 54 圆形附件边缘或接管根部应力(膜应力) Am Bm Cm Dm 周向应力Sy(MPa): Fz_M 2.9 2.9 1.9 1.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -5.8 5.8 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -13.2 13.2 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 周向应力代数和 -14.8 11.6 -8.4 3.1 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 1.9 1.9 2.9 2.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -10.9 10.9 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -5.6 5.6 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 轴向应力代数和 -6.0 5.2 -10.3 11.6 剪应力St(MPa): Mt_S 2.6 2.6 2.6 2.6 Vy_S 1.0 -1.0 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 1.0 -1.0 剪应力代数和 3.6 1.6 3.6 1.6 当量应力 16.1 12.0 13.1 11.9 应力评定 最大表面应力Smax (MPa) 69.9 最大膜应力Smax(MPa) 16.1 材料许用应力Sa(MPa) 137.0 结论(仅供参考) Smax<=3Sa 且 Sm<=1.5Sa ,合格 55 补强圈边缘应力集中系数和几何系数 薄膜应力集中系数 Kn 1.00 弯曲应力集中系数 Kb 1.00 壳体几何参数γ=Rm/(T-45.179 连接件几何参数β0.476 C) =0.5*0.875*D3/Rm 补强圈边缘壳体应力(表面应力) 图表号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl 周向应力Sy(MPa): Fz4C,3C 3.088,1.130 6.3 6.3 6.3 6.3 2.3 2.3 2.3 2.3 _M Fz2C-1,1C 0.006,0.065 3.2 -3.2 3.2 -3.2 35.8 -35.8 35.8 -35.8 _B Mx3A 1.013 0.0 0.0 0.0 0.0 -7.5 -7.5 7.5 7.5 _M Mx1A 0.060 0.0 0.0 0.0 0.0 -120.0 120.0 120.0 -120.0 _B My3B 1.681 -12.4 -12.4 12.4 12.4 0.0 0.0 0.0 0.0 _M My1B-1 0.008 -15.6 15.6 15.6 -15.6 0.0 0.0 0.0 0.0 _B P_MC -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 周向应力代数和 -22.9 1.7 33.0 -4.6 -93.9 74.6 161.1 -150.6 轴向应力Sx(MPa): Fz3C,4C 1.130,3.088 2.3 2.3 2.3 2.3 6.3 6.3 6.3 6.3 _M Fz1C-1,2C 0.014,0.033 7.8 -7.8 7.8 -7.8 18.5 -18.5 18.5 -18.5 _B Mx4A 4.267 0.0 0.0 0.0 0.0 -31.5 -31.5 31.5 31.5 _M Mx2A 0.023 0.0 0.0 0.0 0.0 -46.7 46.7 46.7 -46.7 _B My4B 1.036 -7.6 -7.6 7.6 7.6 0.0 0.0 0.0 0.0 _M My2B-1 0.016 -31.5 31.5 31.5 -31.5 0.0 0.0 0.0 0.0 _B P_MA -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 轴向应力代数和 -31.3 16.1 46.9 -31.5 -55.7 0.8 100.6 -29.6 剪应力St(MPa): Mt_S 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 Vy_S 1.2 1.2 -1.2 -1.2 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2 1.2 -1.2 -1.2 剪应力代数和 3.1 3.1 0.7 0.7 3.1 3.1 0.7 0.7 56 当量应力 32.3 16.7 46.9 31.6 94.2 74.7 161.1 150.6 补强圈边缘应力(膜应力) Am Bm Cm Dm 周向应力Sy(MPa): Fz_M 6.3 6.3 2.3 2.3 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -7.5 7.5 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -12.4 12.4 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MC -4.5 -4.5 -4.5 -4.5 周向应力代数和 -10.6 14.2 -9.7 5.3 轴向应力Sx(MPa): Fz_M 2.3 2.3 6.3 6.3 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M 0.0 0.0 -31.5 31.5 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M -7.6 7.6 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P_MA -2.3 -2.3 -2.3 -2.3 轴向应力代数和 -7.6 7.7 -27.4 35.5 剪应力St(MPa): Mt_S 1.9 1.9 1.9 1.9 Vy_S 1.2 -1.2 0.0 0.0 Vx_S 0.0 0.0 1.2 -1.2 剪应力代数和 3.1 0.7 3.1 0.7 当量应力 12.5 14.3 28.0 35.5 应力评定 最大表面应力Smax (MPa) 161.1 最大膜应力Smax(MPa) 35.5 材料许用应力Sa(MPa) 137.0 结论(仅供参考) Smax<=3Sa 且 Sm<=1.5Sa ,合格 57 壳体和接管局部应力 计算单位 附件类型 接管S2 计算依据 WRC297 1987年版 设计数据 简图 设计压力P -0.10 MPa 设计温度Temp. 80.00 ? 柱壳内径Di 1000.00 mm 柱壳公称厚度T1 12.00 mm 柱壳壁厚附加量C 0.80 mm D 柱壳材料 0Cr18Ni9 A B 柱壳材料类型 板材 接管材料 0Cr18Ni9 C 接管材料类型 管材 接管外径D2 168.00 mm 接管伸出长度H 0.00 mm 接管厚度T2 9.00 mm 接管厚度附加量C2 0.00 mm *注 接管位置L *(1) 500.00 mm (1)该项为接管中心至封头切线或柱壳端部 的距离. 补强圈外径D3 300.00 mm (2)下面的局部应力表中的Au,Bu,Cu,Du为补强圈厚度T3 12.00 mm 柱壳与附件连接处A,B,C,D点的外表面应两坐标系夹角θ -0.00 度 力;Al,Bl,Cl,Dl为内表面应力;径向力Fz 5783.00 N Am,Bm,Cm,Dm为平均应力(即膜应力)。 水平力V1 5783.00 N 水平力V2 5783.00 N 弯矩M2 4274000.00 N.mm 弯矩M1 4274000.00 N.mm 扭矩Mt 4274000.00 N.mm 壳体应力计算公式: 接管应力计算公式: 22Fz引起的薄膜应力 Fz_M=W*Fz/TT Fz引起的环向薄膜应力 Fz_M=W1*Fz/TT 2Mx引起的环向薄膜应力Fz引起的弯曲应力 Fz_B=6*W*Fz/TT 22 Fz_B=W1*Mx/(TT*D2) Mx引起的薄膜应力 Mx_M=W*Mx/(TT*D2) 2My引起的环向薄膜应力Mx引起的弯曲应力 Mx_B=6*W*Mx/(TT*D2) 22 My_M=W1*My/(TT*D2) My引起的薄膜应力 My_M=W*My/(TT*D2) 2Fz引起的轴向薄膜应Fz_M'=Fz/(,*D2*T2) My引起的弯曲应力 My_B=6*W*My/(TT*D2) 2Mx引起的轴向薄膜应力Mt引起的剪应力 Mt_S=2*Mt/(,*D2*TT) 2Mx_M'=4*Mx/(,*tt*D2) Vx引起的剪应力Vx_S=2*Vx/(,*D2*TT) My引起的轴向薄膜应力Vy引起的剪应力 Vy_S=2*Vy/(,*D2*TT) 2My_M'=4*My/(,*tt*D2) P引起的A,B点环向薄膜应力=P*Rm/TT Fz引起的轴向弯曲应力Fz_B=(6*W1-P引起的C,D点环向薄膜应力=0.5*P*Rm/TT 23*W2)Fz/tt P引起的A,B点径向薄膜应力=0.5*P*Rm/TT Mx引起的轴向弯曲应力 Mx_B=(6*W1-P引起的C,D点径向薄膜应力=P*Rm/TT 2式中:Rm=(Di+T1)/2,Dm=Di+T1,TT=T1-C 3W1)*Mx/(tt*D2) My引起的轴向弯曲应力My_B=(6*W1- 23W1)*My/(tt*D2) P引起的环向薄膜应力 P_M=P*rm/tt P引起的轴向薄膜应力P_M'=0.5*P*rm/tt 式中:rm=(D2+T2)/2,tt=T2-C2 58 外载荷(接管根部沿X-Y-Z坐标系方向) 径向力Fz(N) 5783.00 轴向力Vx(N) 5783.00 周向力Vy(N) 5783.00 弯矩Mx(N.mm) 4274000.00 弯矩My(N.mm) 4274000.00 扭矩Mt(N.mm) 4274000.00 几何参数 几何参数λ1.096 几何参数T/t=(T1-C+T3)/(T2-1.933 C2) DmTCT./()13,，=(D2/Dm)* 几何参数d/t=D2/(T2-C2) 14.000 接管根部壳体应力(表面应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): 图号 系数W Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl Fz_M 18,19 0.152*(2) 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 1.64 Fz_B 13,14 0.069*(2) 4.46 -4.46 4.46 -4.46 4.46 -4.46 4.46 -4.46 Mx_M 36,37 0.010*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -0.47 -0.47 0.47 0.47 Mx_B 32,33 0.145*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -41.09 41.09 41.09 -41.09 My_M 54,55 0.184*(2) -8.72 -8.72 8.72 8.72 0.00 0.00 0.00 0.00 My_B 50,51 0.109*(2) -30.98 30.98 -30.98 0.00 0.00 0.00 0.00 30.98 P引起的薄膜应力 -4.52 -4.52 -4.52 -4.52 -2.26 -2.26 -2.26 -2.26 周向应力代数和 -14.93 41.28 -29.61 -37.73 35.54 45.40 -45.70 38.12 沿接管径向方向的应力Sy(MPa): Fz_M 8, 9 0.120*(2) 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 1.29 Fz_B 3, 4 0.126*(2) 8.10 -8.10 8.10 -8.10 8.10 -8.10 8.10 -8.10 Mx_M 27,28 0.172*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -8.15 -8.15 8.15 8.15 Mx_B 23,24 0.216*(2) 0.00 0.00 0.00 0.00 -61.14 61.14 61.14 -61.14 My_M 45,46 0.133*(2) -6.29 -6.29 6.29 6.29 0.00 0.00 0.00 0.00 My_B 41,42 0.164*(2) -46.44 46.44 -46.44 0.00 0.00 0.00 0.00 46.44 P引起的薄膜应力 -2.26 -2.26 -2.26 -2.26 -4.52 -4.52 -4.52 -4.52 径向应力代数和 -31.07 59.86 -49.22 -64.42 41.66 74.17 -64.32 45.60 剪应力St(MPa): Mt_S 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 4.16 Vy_S 0.94 0.94 -0.94 -0.94 0.00 0.00 0.00 0.00 Vx_S 0.00 0.00 0.00 0.00 0.94 0.94 -0.94 -0.94 剪应力代数和 5.10 5.10 3.21 3.21 5.10 5.10 3.21 3.21 当量应力强度(MPa):*(1) 48.19 32.55 60.40 49.73 65.36 44.55 74.52 64.86 注: 2222()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. (2)该系数为相应曲线的端点值. 59 接管根部壳体应力(膜应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): Am Bm Cm Dm Fz_M 1.64 1.64 1.64 1.64 Fz_B 0.00 0.00 0.00 0.00 Mx_M 0.00 0.00 -0.47 0.47 Mx_B 0.00 0.00 0.00 0.00 My_M -8.72 8.72 0.00 0.00 My_B 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 -4.52 -4.52 -2.26 -2.26 周向应力代数和 -11.60 5.83 -1.10 -0.15 沿接管径向方向的应力Sy(MPa): Fz_M 1.29 1.29 1.29 1.29 Fz_B 0.00 0.00 0.00 0.00 Mx_M 0.00 0.00 -8.15 8.15 Mx_B 0.00 0.00 0.00 0.00 My_M -6.29 6.29 0.00 0.00 My_B 0.00 0.00 0.00 0.00 P引起的薄膜应力 -2.26 -2.26 -4.52 -4.52 径向应力代数和 -7.26 5.32 -11.38 4.92 剪应力St(MPa): Mt_S 4.16 4.16 4.16 4.16 Vy_S 0.94 -0.94 0.00 0.00 Vx_S 0.00 0.00 0.94 -0.94 剪应力代数和 5.10 3.21 5.10 3.21 当量应力强度14.97 8.80 14.48 8.18 (MPa):*(1) 应力评定 最大表面应力74.52 最大膜应力Sm(MPa) 14.97 Smax(MPa) 壳体许用应力137.00 Sa(MPa) 应力评定(仅供参考) Smax<3*Sa, Sm<1.5*Sa. 合格 注意:WRC297推荐补强圈最小外径= 525.5 mm 注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 60 接管根部接管应力(表面应力) 研接管周向方向的应力Sx(MPa): 图号 系数W1,W2 Au Al Bu Bl Cu Cl Du Dl Fz_M 18,19 0.152*(2) 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 Mx_M 36,37 0.010*(2) 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.5 -0.5 0.5 0.5 My_M 54,55 0.184*(2) -8.7 -8.7 8.7 8.7 0.0 0.0 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 周向应力代数和 -7.7 -7.7 9.7 9.7 0.5 0.5 1.5 1.5 沿接管轴向方向的应力Sy(MPa): Fz_M' 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 Fz_B 3, 4: 0.126*(2),015.8 -15.8 15.8 -15.8 15.8 -15.8 15.8 -15.8 8, 9 .120*(2) Mx_M' 0.0 0.0 0.0 0.0 -16.1 -16.1 16.1 16.1 Mx_B 23,24:0.216*(2),00.0 0.0 0.0 0.0 -137.1 137.1 137.1 -137.1 27,28 .172*(2) My_M' -16.1 -16.1 16.1 16.1 0.0 0.0 0.0 0.0 My_B 41,42:0.164*(2),0-103.0 103.0 103.0 -103.0 0.0 0.0 0.0 0.0 45,46 .133*(2) P引起的薄膜应力 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 轴向应力代数和 -102.7 71.7 135.5 -102.2 -136.8 105.8 169.6 -136.3 剪应力St(MPa): Mt引起的剪应力 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 Vy引起的剪应力 1.8 1.8 -1.8 -1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 Vx引起的剪应力 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 -1.8 -1.8 剪应力代数和 9.9 9.9 6.2 6.2 9.9 9.9 6.2 6.2 当量应力强度(MPa):*(1) 103.7 81.8 135.8 112.6 138.7 107.1 169.9 138.3 注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?与的大值. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 (2)该系数为相应曲线的端点值. 61 根部接管应力(膜应力) 沿接管周向方向的应力Sx(MPa): Fz_M 1.6 1.6 1.6 1.6 Mx_M 0.0 0.0 -0.5 0.5 My_M -8.7 8.7 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 周向应力代数和 -7.7 9.7 0.5 1.5 沿接管轴向方向的应力Sy(MPa): Fz_M' 0.9 0.9 0.9 0.9 Fz_B 0.0 0.0 0.0 0.0 Mx_M' 0.0 0.0 -16.1 16.1 Mx_B 0.0 0.0 0.0 0.0 My_M' -16.1 16.1 0.0 0.0 My_B 0.0 0.0 0.0 0.0 P引起的薄膜应力 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 轴向应力代数和 -15.5 16.7 -15.5 16.7 剪应力St(MPa): Mt引起的剪应力 8.0 8.0 8.0 8.0 Vy引起的剪应力 1.8 -1.8 0.0 0.0 Vx引起的剪应力 0.0 0.0 1.8 -1.8 剪应力代数和 9.9 6.2 9.9 6.2 当量应力强度22.2 20.3 25.4 19.6 (MPa):*(1) 应力评定 最大表面应力169.9 最大膜应力25.4 Smax(MPa) Sm(MPa) 接管许用应力Sa(MPa) 137.0 应力评定(仅供参考) Smax<3*Sa, Sm<1.5*Sa. 合格 注意:按WRC297要求，接管与壳体连接处厚度(12.0mm)段的最小伸出长度?2*(mm)=89.8 DTC222*(), *注: 2222(1)当量应力取0.5*(Sx+Sy)?,大值.. ()*SxSySt,，4()*SxSySt,，4 62 卧式容器(双鞍座) 计算单位 计 算 条 件 简 图 计算压力 p 0.6 MPa C 设计温度 t 80 ? 圆筒材料 0Cr18Ni9 鞍座材料 Q235-B 圆筒材料常温许用应力 [,] 137 MPa t 圆筒材料设计温度下许用应力[,]137 MPa 圆筒材料常温屈服点 , 205 MPa 鞍座材料许用应力 [] 147 MPa ,sa 3,O 1000 kg/m 工作时物料密度3 kg/m,1000 T 液压试验介质密度 mm 1000 圆筒内直径D i ,mm n12 圆筒名义厚度 C 圆筒厚度附加量 0.8 mm ,0.85 圆筒焊接接头系数 mm ,12 hn 封头名义厚度 封头厚度附加量 C 0.8 mm h L 两封头切线间距离 2937 mm mm ,8 rn 鞍座垫板名义厚度 mm ,8 re 鞍座垫板有效厚度 鞍座轴向宽度 b 170 mm 鞍座包角 θ 120 ? 鞍座底板中心至封头切线距离 A 568.5 mm mm h250 i 封头曲面高度 试验压力 p 0.75 MPa T 鞍座高度 H 200 mm 2A 10400 mmsa腹板与筋板组合截面积 3Z 190091 mmr 腹板与筋板组合截面断面系数 地震烈度 7(0.1g) 圆筒平均半径 R 506 mm a ,o0.9 物料充装系数 一个鞍座上地脚螺栓个数 2 地脚螺栓公称直径 20 mm 地脚螺栓根径 17.294 mm 鞍座轴线两侧的螺栓间距 600 mm 地脚螺栓材料 16Mn 63 支 座 反 力 计 算 ，，m,,D，,L,,, 圆筒质量(两切kg 1incns 879.6 线间) 封头质量(曲面kg m,2104.578 部分) kg m, 附件质量 32000 3 封头容积(曲面 mmV,h1.309e+08 部分) 3 容器容积(两切V = 2.56851e+09 mm 线间) m,V,,,kg 4oo工作时, 2311.66 容器内充液质量 'mV,,4T压力试验时, = 2568.51 kg m, 耐热层质量 5258.605 m,m，2，m，m，m，m,12345工作时, 5659.02 总质量 kg ,m,m，2，m，m，m，m,12345压力试验时, 5915.88 mg,mgq,,,q,,4单位长度载荷 4N/mm Lh，Lh，ii33 16.978817.7494 11,,,Fmg,,,F,mg,22 27763.229023.3支座反力 N FFF,max,,,,,，，29023.3 筒 体 弯 矩 计 算 工作时 ，，222,,,，，FL1，2R,h/L4AaiM,,,,14h4Li,,1，,,3L，，= 圆筒中间处截 3.34547e+06N?mm 压力试验 面上的弯矩 ，，222,,,,12，，/4FL，R,hLAaiM,,,,T14h4Li,,1，,3L，，= 3.49731e+06 操作工况: 22，，AR,hai1,，,,L2AL,M,,FA1,,,,24hi,,1，,,3L，， -3.53095e+06支座处横 N?mm 压力试验工况: 截面弯矩 22，，AR,hai1,，,,2LAL,,1M,,FA,,,,T24hi,,1，,,3L，， -3.69121e+06 64 系 数 计 算 K=0.106611 K=0.192348 K=1.17069 123= =0.760258 =0.0528518 KKK456’K= K= K= 678K=0.203522 C= C= 945筒 体 轴 向 应 力 计 算 pRMCa1,,，,222,,R,eae 13.9251MPa pRMCa2,,,,322,K,R,e1ae 17.2299操作状态 pRMCa1,,,,122,,R,aee -0.371542MPa pRMCa2 ,,，,422,K,R,e2ae -2.03871轴向 M1T应力,,,,T12,R,ae -0.388209计算 MPa M2T,,,4T2K,R,2ae -2.13124水压试验状态 pRMTa1T,,，,2T22,,R,aee 17.3304MPa pRMTTa2,,,,T322,K,R,e1ae 20.7852 0.094,应力e,,A R校核 a 0.0021056 根据圆筒材料查GB150图6-3,6-10 MPa 许用压缩应力 B = 97.5979 tt，，,,,,,,min,,B,ac 97.5979MPa ,,,,min(0.9R,B),aceL 97.5979 t,,,,,，,23 < 137 合格 t,,,,,,ac41||,|| < 97.5979 合格 MPa ,,,,,,acT1T4||,|| < 97.5979 合格 T2 ,T3 < 0.9s = 184.5 合格,,, RL,,筒体KFLA,2m3A,A,,,,,,,,24时(R,Lh，4/3MPa 和封aei,, 3.29991时,不适用) 头的 KFR3m切应,,,A,R,2时 ae圆筒中: 力 MPa KF4,,,hR,ahe封头中: 65 KPcDi应力校核 ,,,h2,he椭圆形封头, MPRch,,,h封头 MPa 2,he碟形封头, PDci,,,h4,he半球形封头, t 圆筒 [] = 0.8 [ ] = 109.6,,MPa t封头 ,,,,,,,,,,125. h 圆筒, , < [ , ] = 109.6 MPa 合格 封头, , < [ ,] = MPa h h 鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力 mm b,b，1.56R,,圆筒的有效宽度 2an291.56 kKF无垫MPa 5在横截面最,,,,无5,b板或低点处 e2-0.675712 加垫板L/R?8时, MPa m强不起F3KF6圈,,,,,26加强4b2,,在鞍座 ee2 圆作用L/R<8时, MPa m边角处 筒 KFRF时 126a,,,,,62,bL,4 e2e-27.5032 ,W,b，1.56R,an,,，12鞍座垫板宽度 ; 鞍座垫板包角 kKF5横截面最低,,,,5，，,,，bere点处的周向MPa 2 应力 无 L/R?8时, m F3KFMPa 6,,,,,622垫板加 4，b2，鞍座边角处 ，，，，,,,,ereere2 起加 的周向应力 L/R<8时, m强作强 F12KFRmMPa 6,,,,,622用时 4，bL，，，，，,,,,ereere2 圈 L/R?8时, m' 3MPa KFF6,,鞍座垫板边 ,,,,62筒 4,2,be2e 缘处圆筒中 L/R<8时, m的周向应力 '体 MPa KFR12F6m,,,,,,62,b4L,e2e t |,| < [, ]= 137 合格 5t 应力校核 |,| < 1.25[, ]= 171.25 合格 MPa 6 t |,’| 1.25[, ]= 171.25 6 66 加强圈材料, e = mm = mm d 加强圈数量, n = 个 加强圈参数 2组合总截面积, A= mm 有0 4加组合截面总惯性矩, I= mm 0 t强MPa ,,,,R设计温度下许用应力 圈 在鞍座边角处圆筒的周向应力: 圆CKFReKF478MPa m,,,,筒 7IA00 加强圈位于 在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 鞍座平面上 向 应 力 : MPa CKRdFKF57m8,,,,8IA00 横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 无垫板时，( 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ) kKF5,,,,5,be2 MPa 采用垫板时，(垫板起加强作用) kKF5,,,,5，，,,，bere2 加强圈靠近鞍座 在横截上靠近水平中心线的周向应力: CKFReKFMPa 47m8,,,,7IA00 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内有缘 加MPa 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 : 强CKRdFKF578m,,,,8圈IA00 圆 无垫板或垫板不起 加强 作用 F3KF筒 6MPa ,,,,,264b2,,ee2L/R?8时, m加 无垫板或垫板不起 加强 作用 强F12KFRm6MPa ,,,,,26圈鞍座边角处4bL,,ee2L/R<8时, m靠点处的周向 采用垫板时，(垫板起加强作用) 近应力 F3KF6MPa ,,,,,622鞍4，b2，，，，，,,,,ereere2L/R?8时, m座 采用垫板时，(垫板起加强作用) F12KFRm6MPa ,,,,,2624，bL，，，，，,,,,ereere2L/R<8时, m 67 t |,| < [,]= 合格 5t |,| < 1.25[,]= 合格 6 应力校核 MPa t |,| < 1.25[,]= 7 t |,| < 1.25[,]= 8 R 鞍 座 应 力 计 算 F,KF,水平分力 N S95906.87 1,,H,minR,H,,,sa计算高度 mm 3 ,,168.667 鞍座腹板厚度 mm b,o8 鞍座垫板实际宽度 mm b,4270 鞍座垫板有效宽度 mm bbb,,min,，，r42270 腹板水无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 平应力 FS,,,9Hb0 S4.37762腹板水平应力 MPa 垫板起加强作用, FS,,,9Hbb，,0 Srre2 应力判断 MPa , < [, ]= 98 合格 9 sa3 腹板与由地震水平分力引起的支座强度计算 H,筋板组 mm v圆筒中心至基础表面距离 712 合截面F,,mg,轴向力 Ev1N 4442.11应力 FHFHFVEvEv,,,,,,saMPa F,Ff，，22AZAL,AEvsarsa, -5.30777 F,FfHFHF，，sVEvEv,,,,,,saMPa F,Ff，，2AZAL,AEvsarsa, |,| < 1.2[,]= 176.4 合格 sabt ,00M地脚螺拉应力 Ev,,,btMPa nlAbt1栓应力 11.2766 , < 1.2[,] = 204 MPa 合格 btbt F剪应力 Ev,,,btMPa n'Abt 4.75138 , < 0.8[,] = 136 MPa 合格 btbt F,Ff,温差引fN 11609.3 起的应FFfH,,t,,,,,MPa sa力 AZsar -14.3537t|,| < [,] = 147 合格 sasa 注:带#的材料数据是设计者给定的 68 卧式容器(双鞍座) 计算单位 计 算 条 件 简 图 计算压力 -0.1 MPa pC 设计温度 t 80 ? 圆筒材料 0Cr18Ni9 鞍座材料 Q235-B 圆筒材料常温许用应力 [,] 137 MPa t 圆筒材料设计温度下许用应力[,]137 MPa 圆筒材料常温屈服点 , 205 MPa 鞍座材料许用应力 [,] 147 MPa sa3 ,O 1000 kg/m 工作时物料密度3 kg/m,1000 T 液压试验介质密度 mm 1000 圆筒内直径D i ,mm n12 圆筒名义厚度 C 圆筒厚度附加量 0.8 mm ,0.85 圆筒焊接接头系数 mm ,12 hn 封头名义厚度 封头厚度附加量 C 0.8 mm h L 两封头切线间距离 2937 mm mm ,8 rn 鞍座垫板名义厚度 mm ,8 re 鞍座垫板有效厚度 鞍座轴向宽度 b 170 mm 鞍座包角 θ 120 ? 鞍座底板中心至封头切线距离 A 568.5 mm mm h250 i 封头曲面高度 试验压力 p 0.125 MPa T 鞍座高度 200 mm H 2A 10400 mmsa腹板与筋板组合截面积 3Z 190091 mmr 腹板与筋板组合截面断面系数 地震烈度 7(0.1g) 圆筒平均半径 R 506 mm a ,o0.9 物料充装系数 一个鞍座上地脚螺栓个数 2 地脚螺栓公称直径 20 mm 地脚螺栓根径 17.294 mm 鞍座轴线两侧的螺栓间距 600 mm 地脚螺栓材料 16Mn 69 支 座 反 力 计 算 ，，m,,D，,L,,, 圆筒质量(两切kg 1incns 879.6 线间) 封头质量(曲面kg m,2104.578 部分) kg m, 附件质量 32000 3 封头容积(曲面 mmV,h1.309e+08 部分) 3 容器容积(两切V = 2.56851e+09 mm 线间) m,V,,,kg 4oo工作时, 2311.66 容器内充液质量 'mV,,4T压力试验时, = 2568.51 kg m, 耐热层质量 5258.605 m,m，2，m，m，m，m,12345工作时, 5659.02 总质量 kg ,m,m，2，m，m，m，m,12345压力试验时, 5915.88 mg,mgq,,,q,,4单位长度载荷 N/mm 4Lh，Lh，ii33 16.978817.7494 11,,,Fmg,,,F,mg,22 27763.229023.3支座反力 N FFF,max,,,,,，，29023.3 筒 体 弯 矩 计 算 工作时 ，，222,,,，，FL1，2R,h/L4AaiM,,,,14h4Li,,1，,,3L，，= 圆筒中间处截 3.34547e+06N?mm 压力试验 面上的弯矩 ，，222,,,,，，12/4FL，R,hLAaiM,,,,T14h4Li,,1，,3L，，= 3.49731e+06 操作工况: 22，，AR,hai1,，,,L2AL,M,,FA1,,,,24hi,,1，,,3L，， -3.53095e+06支座处横 N?mm 压力试验工况: 截面弯矩 22，，AR,hai1,，,,2LAL,,1M,,FA,,,,T24hi,,1，,,3L，， -3.69121e+06 70 系 数 计 算 K=0.106611 K=0.192348 K=1.17069 123K= K=0.760258 K=0.0528518 456’K= K= K= 678K=0.203522 C= C= 945筒 体 轴 向 应 力 计 算 pRMCa1,,，,222,,R,eae -1.88739MPa pRMCa2,,,,322,K,R,e1ae 3.67638操作状态 pRMCa1,,,,122,,R,aee -2.63047MPa pRMCa2 ,,，,422,K,R,e2ae -4.29764轴向 M1T应力,,,,T12,R,ae -0.388209计算 MPa M2T,,,4T2K,R,2ae -2.13124水压试验状态 pRMTa1T,,，,2T22,,R,aee 3.21207MPa pRMTTa2,,,,T322,K,R,e1ae 6.6669 0.094,应力e,,A R校核 a 0.0021056 根据圆筒材料查GB150图6-3,6-10 MPa 许用压缩应力 B = 97.5979 tt，，,,,,,,min,,B,ac 97.5979MPa ,,,,min(0.9R,B),aceL 97.5979 t,,,,,，,23 < 137 合格 t,,,,,,ac41||,|| < 97.5979 合格 MPa ,,,,,,acT1T4||,|| < 97.5979 合格 T2 ,T3 < 0.9s = 184.5 合格,,, RL,,筒体KFLAm,23A,A,,,,,,,,24时(R,Lh，4/3MPa 和封aei,, 3.29991时,不适用) 头的 KFR3m切应,,,A,R,2时 ae圆筒中: 力 MPa KF4,,,hR,ahe封头中: 71 KPcDi应力校核 ,,,h2,he椭圆形封头, MPRch,,,h封头 MPa 2,he碟形封头, PDci,,,h4,he半球形封头, t 圆筒 [,] = 0.8 [, ] = 109.6MPa t封头 ,,,,,,,,,,125. h 圆筒, < [ ] = 109.6 MPa 合格 , , 封头, < [ ] = MPa , ,h h 鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力 mm b,b，1.56R,,圆筒的有效宽度 2an291.56 kKF无垫MPa 5在横截面最,,,,无5,b板或低点处 e2-0.675712 加垫板L/R?8时, MPa m强不起F3KF6圈,,,,,26加强4b2,,在鞍座 ee2 圆作用L/R<8时, MPa m边角处 筒 KFRF时 126a,,,,,62,bL,4 e2 e-27.5032 ,W,b，1.56R,an,,，12鞍座垫板宽度 ; 鞍座垫板包角 kKF横截面最低5,,,,5，，,,，bere点处的周向MPa 2 应力 无 L/R?8时, m F3KFMPa 6,,,,,6垫板22加 鞍座边角处 4，b2，，，，，,,,,ereere2 起加 的周向应力 L/R<8时, m强作强 F12KFRmMPa 6,,,,,622用时 4，bL，，，，，,,,,ereere2 圈 L/R?8时, m' 3MPa KFF6,,,,,,鞍座垫板边 62筒 4,2,be2e 缘处圆筒中 L/R<8时, m的周向应力 '体 MPa KFR12F6m,,,,,,62,b4L,e2e t |,| < [, ]= 137 合格 5t 应力校核 |,| < 1.25[, ]= 171.25 合格 MPa 6 t |,’| 1.25[, ]= 171.25 6 72 加强圈材料, e = mm d = mm 加强圈数量, n = 个 加强圈参数 2组合总截面积, A= mm 有0 4加组合截面总惯性矩,= mm I0 t强MPa ,,,,R设计温度下许用应力 圈 在鞍座边角处圆筒的周向应力: 圆CKFReKF478MPa m,,,,筒 7IA00 加强圈位于 在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 鞍座平面上 向 应 力 : MPa CKRdFKF57m8,,,,8IA00 横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 无垫板时，( 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ) kKF5,,,,5,be2 MPa 采用垫板时，(垫板起加强作用) kKF5,,,,5，，,,，bere2 加强圈靠近鞍座 在横截上靠近水平中心线的周向应力: CKFReKFMPa 47m8,,,,7IA00 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内有缘 加MPa 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 : 强CKRdFKF578m,,,,8圈IA00 圆 无垫板或垫板不起 加强 作用 F3KF筒 6MPa ,,,,,264b2,,ee2L/R?8时, m加 无垫板或垫板不起 加强 作用 强F12KFRm6MPa ,,,,,26圈鞍座边角处4bL,,ee2L/R<8时, m靠点处的周向 采用垫板时，(垫板起加强作用) 近应力 F3KF6MPa ,,,,,622鞍4，b2，，，，，,,,,ereere2L/R?8时, m座 采用垫板时，(垫板起加强作用) F12KFRm6MPa ,,,,,2624，bL，，，，，,,,,ereere2L/R<8时, m 73 t |,| < [,]= 合格 5t |,| < 1.25[,]= 合格 6 应力校核 MPa t || < 1.25[]= ,,7 t || < 1.25[]= ,,8 R 鞍 座 应 力 计 算 F,KF,水平分力 N S95906.87 1,,H,minR,H,,,sa计算高度 mm 3 ,,168.667 鞍座腹板厚度 mm b,o8 鞍座垫板实际宽度 mm b,4270 鞍座垫板有效宽度 mm bbb,,min,，，r42270 腹板水无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 平应力 FS,,,9Hb0 S4.37762腹板水平应力 MPa 垫板起加强作用, FS,,,9Hbb，,0 Srre2 应力判断 MPa , < [, ]= 98 合格 9 sa3 腹板与由地震水平分力引起的支座强度计算 H,筋板组 mm v圆筒中心至基础表面距离 712 合截面F,,mg,轴向力 Ev1N 4442.11应力 FHFHFVEvEv,,,,,,saMPa F,Ff，，22AZAL,AEvsarsa, -5.30777 F,FfHFHF，，sVEvEv,,,,,,saMPa F,Ff，，2AZAL,AEvsarsa, |,| < 1.2[,]= 176.4 合格 sabt ,00M地脚螺拉应力 Ev,,,btMPa nlAbt1栓应力 11.2766 , < 1.2[,] = 204 MPa 合格 btbt F剪应力 Ev,,,btMPa n'Abt 4.75138 , < 0.8[,] = 136 MPa 合格 btbt F,Ff,温差引fN 11609.3 起的应FFfH,,t,,,,,MPa sa力 AZsar -14.3537t|| < [] = 147 合格 ,,sasa 74 结 论 毕业设计使我很好地掌握了对化工设备相关的设计、计算及其校核。尤其是对换热器的相关设计;使我熟练地运用回转薄壳理论来分析压力容器的应力。并且通过运用强度焊加贴账的方法很好地解决了换热器固定管板处的泄露问

题

快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题

，从而提高了换热器的使用寿命。，无论是在实际应用中，还是在研究理论方面，我都尽量使我的分析和设计符合科学性、实际操作性的原则。但由于个人水平限制原因，我对这个课题的研究还是不够深入，设计还存在一些缺陷和不妥之处，恳请各位老师给我提出宝贵的意见。我将在以后的研究设计和工作中进一步的完善和深化。在此尤为感谢我的指导老师杨雪峰杨老师和孙铁孙老师。 75 参考文献 王悉澜，换热器设计[M]，上海:上海科学技术出版社，1988年 M]，北京:化学工业出版社，2000年 蒋大勤、袁凤隐等，压力容器与化工设备实用手册[ 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计[M]，北京:化学工业出版社，2005年 潘继红、田茂成，管壳式换热器的分析与计算[M]，北京:科学出版社，1996年 丁伯民、黄正林，化工机械检修技术问答[M]，北京:化学工业出版社，2000年 朱有庭、曲文海、于浦义，化工容器设计手册[M]，北京:化学工业出版社，2005年 崔继哲、陈留栓，化工容器[M]，北京:化学工业出版社，2003年 王志文、蔡仁良，化工容器设计[M]，北京:化学工业出版社，2005年 化工部设备设计中心站，材料与零部件[M]，上海:上海科技出版社，1981年 Sandstro?m R, Langenberg P, Sieurin H. New brittle fracture model for the European pressure vessel standard. Int J Pres Ves Pip 2004;81: 837–45 76