固定管板式换热器轴向应力计算与膨胀节设置问题【精品毕业设计（论文）】.docVIP

固定管板式换热器轴向应力计算与膨胀节设置问题 ??????????????????????固定管板式换热器轴向应力计算与膨胀节设置问题?????????????????????????? (1·沈阳市特种设备检测研究院,辽宁沈阳110031;?2·沈阳化工学院,辽宁沈阳110142)????摘要：对固定管板换热器轴向应力计算方法和膨胀节设置问题进行了探讨,通过实例计算对比分析,?提出采用简单的轴向应力计算方法及设置膨胀节判据的观点,供同行讨论和设计参考。????关键词：固定管板,换热器,轴向应力,膨胀节????中图分类号：TK172　文献标识码：B　????1　概述????在固定管板管壳式换热器设计计算中,一般首先要判断是否需要设置膨胀节。关于固定管板换热器的轴向应力分析和膨胀节设置问题,早有很多研究,已有几种相应的分析计算方法和膨胀节设置判据。国家标准GB?151-1999《管壳式换热器》[1]规?定,根据设计压力、设计温度、壳程圆筒和换热管的金属温度等条件来计算管板应力、管子轴向应力、壳程圆筒轴向应力、拉脱应力等,各项都满足要求则不需设置膨胀节,否则需考虑膨胀节设置问题。现在设计者一般都是根据计算软件(如SW6)计算结果提示,来判定是否设置膨胀节。????我们归纳了大量的计算结果表明,按GB151计?算需要设置膨胀节的情况,有90%都是由于管子轴?向应力不满足,且是管子压应力不满足要求(即σ?[σ]cr)。另外,按GB151计算,当只有壳程压力?作用时,多数情况管子产生的轴向应力为压应力;而?当只有管程压力作用时,多数情况管子产生的轴向?应力为拉应力,这与实际情况是不太相符的。分析?GB151的计算方法,得到的管子轴向应力是管束最?外层且靠近管板处管子的局部应力值,用此值的大?小来决定是否设置膨胀节,显然是不符合实际情况的。按此计算方法判断,可能造成不需要设置膨胀?节的设置了,而需要设置的反而没有设置的结果。????文献[2]也指出:“实践证明,按照GB?151-?1999《管壳式换热器》计算换热管轴向应力,结果不?够准确”。为改善该部分设计方法,文献[2]研究了?管壳式换热器换热管轴向应力计算的原理,提出了改进的算法,根据管子轴向应力沿径向分布情况,用式(1)求取换热管的最大、最小两个轴向应力值。????σt=[Pc-(1+υ)PtGw/(Q+G2)]?/β(1)????式中Gw有2个值,按文献[2]曲线图查取。?(本文符号除说明者外,其它同GB151-1999)。固定管板换热器设置膨胀节,主要是降低管子与壳体间的轴向温差应力,而这种温差应力具有总体性。本文整理了较为简单的膨胀节设置判断方法,并通过实例,用几种计算方法计算结果比较,提出温差应力计算及设置膨胀节判据的一种观点,供同行讨论?和设计参考。????2　轴向应力分析与膨胀节设置判断????根据文献[3,?4,?5]中关于温差应力分析方法,?本文归纳提出如下的轴向应力分析与膨胀节设置的?简单判断方法。????(1)温差引起的轴向力为????Ft=γnaEtAsEs/[(naEt+AsEs)]?(2)????由Ft引起壳壁中温差应力为:σst=Ft/As(3)????由Ft引起管壁中温差应力为:σtt=-Ft/na(4)????(2)介质压力引起的轴向力????壳程介质压力作用在管板上的轴向力(向上作?用):????P1=Ps(A-At)?(5)????管程介质压力作用在管板上的轴向力(向下作?用):????P2=Pt[(A-At)+na]?(6)????作用在管板上的合力(假定向上作用)????P=P1-P2(7)????此力又作用于管壁和壳体壁中,即P由管壁和?壳壁共同承担,各自分担的力随刚度的大小而定。????则作用在壳壁上的轴向力为?????F1=PAsEs/(naEt+AsEs)?(8)????则壳壁中的轴向应力为?????σsP=F1/As(9)????作用在管壁上的轴向力为????F2=PnaEt/(naEt+AsEs)?(10)????则管壁中的轴向应力为?????σtP=-F2/na(11)????(3)温差与介质压力同时作用的组合应力????σs=σst+σsp=(Ft+F1)?/As(12)????σt=σtt+σtp=(F2-Ft)?/na(13)????对应于GB151管板计算的4种工况管子和壳?体轴向应力为:????工况(1):σs1=F1/As　σt1=F2/na(14)????工况(2):σs2=(Ft+F1)?/As?σt2=(F2-Ft)?/na(15)????其中P=P1????工况(3):σs3=F1/As　σt3=F2/na(16)????