特种设备制造

2020-03-25  来自: 济南腾达换热设备有限公司 浏览次数:53

特种设备

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管壳式换热器是工业装置中大量使用的设备,根据温度、压力、介质等使用条件的不同可以选择不同的结构形式,如固定管板式换热器(或称固定式换热器)、浮头式换热器、填函式换热器、U形管式换热器等等。

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管板是管壳式换热器的主要零件之一。管板的合理设计,对于正确选择和节省材料、减少加工制造工艺的困难、降低成本、确保使用都具有重要意义。因此,必须对管板强度进行正确分析,以合理确定管板厚度。

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GB 151《热交换器》为管壳式换热器的设计制造、检验与验收规定了一整套必须遵循的技术要求。作为一个整体,规定了该标准适用的换热器参数。标准中给出的管板计算方法(见第7章) ,可以适用于PN≤35MPa 的压力、直径参数的管壳式换热器。


GB 151 给出了U形管换热器、浮头式换热器以及固定管板式换热器的常用结构形式的管板设计计算方法。不同结构形式的换热器管板,由于载荷情况、支承条件、边界约束条件的不同,其强度计算方法也各不相同。


U形管换热器仅有一块管板,标准中给出了六种不同形式的连接结构,其计算模型是把管板作为承受均布载荷且受管孔均匀削弱的普通圆平板,计算方法中考虑了管板周边不布管区对管板应力的影响。

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对于浮头式换热器和填函式换热器,其固定端的一块管板大多是以螺栓、垫片夹持在壳程法兰和管箱法兰之间。其计算模型是把管板的布管区视为弹性基础上、受管孔均匀削弱的圆平板,管板外周不布管部分视为环板,整个管板周边为简支,承受均布载荷。对于其他连接形式的管板按JB 4732 标准进行设计。

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在固定管板换热器中两块管板与壳程圆筒固定地连接在一起,这种固定管板的周边可以延伸作为法兰,形成"延长部分兼作法兰的管板",也可以直接与壳程和管箱圆筒连在一起,形成"不带法兰的管板"。根据壳程圆筒和管束热膨胀差的条件要求,固定管板换热器可能要设置膨胀节。

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就固定式换热器而言,不管是什么样的具体结构,换热器的几乎所有结构元件的尺寸和材料性能都直接或间接地影响着管板的强度。因为管板的强度分析和计算过程非常复杂,迄今为止,大多数规范的管板厚度计算公式都是对实际管板作了不同程度的简化和假设,把管板看作是承受均布载荷,放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。以清华大学黄克明教授为首的管板规范编制小组提出的我国标准方法,即GB 151 方法在以上简化基础上还定量地考虑了以下几个因素对管板应力的影响:

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①管板周边不布管区(环板)的存在对管板应力的影响;

②壳程圆筒(和法兰)、管箱圆筒(和法兰)、螺栓、垫片系统对管板边缘转角的约束作用;

③当管板的延长部分兼作法兰时,法兰力矩的作用对管板应力的影响;

④当计算管板的弹性应力时,区别压力载荷和法兰力矩引起的一次弯曲应力以及管、壳程间热膨胀差引起的二次应力,并以不同的许用值加以限定。

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