50MW波纹管汽水换热器的设计毕业论文.doc
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1、中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计姓 名: 学 号: 学 院: 中国矿业大学徐海学院 专 业: 热能与动力工程 设计题目: 50MW波纹管汽水换热器的设计 专 题: 指导教师: 职 称: 2015 年 6 月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书专业年级 学号 学生姓名 任务下达日期:2014 年 12 月 20日毕业设计日期: 2015 年 1 月 20 日至 2015 年 6 月 10日毕业设计题目:50MW波纹管汽水换热器的设计毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求:内容:本课题以50MW波纹管壳式汽-水换热器的设计为主要内容。从换 热器的设计选型、热力计算、水力计算以及强度校核方面
2、设计一 台50MW的波纹管壳式汽水换热器。要求:1、在本文设计过程中,搜集、查阅大量的中外文书目、文献等, 并对这些资料进行分析和综合,完成一定量外文翻译; 2、在此基础上,完成对波纹管换热器的设计、计算及校核; 3、绘制所设计的波纹管换热器的结构图及相关的零件图; 4、形成一万字以上的论文。指导教师签字:郑 重 声 明本人所呈交的毕业设计,是在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕
3、业设计的知识产权归属于培养单位。本人签名: 日期: 中国矿业大学徐海学院毕业论文指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 指导教师签字: 年 月 日 中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日 中国矿业大学徐
4、海学院毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会主任签字: 年 月 日学院领导小组综合评定成绩:学院领导小组负责人: 年 月 日摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,以实现不同温度流体间的热能传递,又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可或缺的设备。自70年代爆发了能源危机,对传统换热器设备的强化研究逐渐兴起,换热器作为一种传热设备,被广泛地应用于炼油、化工、轻工、制药及城市的集中供暖等领域,是工业生产中不可缺少的设备。特别是管壳式换热器约占全部换热器的70%左
5、右,它比较容易清洗,易损件易于更换,满足几乎所有的场合,包括特别低和特别高压力、温度、大的温差,蒸发与凝结以及严重污染和具有腐蚀性流体的情况。而近年来出现的波纹管换热器早在20世纪70年代,就有人提出将波纹管作为换热管用于管壳式换热器上,波纹管换热器是在传统管壳式换热器的基础上,采用强化传热原理研制开发的一种高效设备。它不但继承了管壳式换热器的优点,克服了其缺点,还具有体积小、传热系数高、防垢的特点,具有很强的实用性,有更为广泛的应用领域,被广泛应用于汽-水、水-水换热场合。本文以波纹管为元件,对某集中供热工程中使用的波纹管汽-水换热器进行了结构设计、选型,热力计算,流动计算以及强度校核。关键
6、词:换热器; 选型; 热力计算; 校核ABSTRACTIt is part of the heat exchanger heat transfer fluid to cold fluid equipment to achieve different temperature heat transfer fluid between, also known as heat exchangers. Heat exchanger device is to achieve the chemical production process of heat exchange and transfer essen
7、tial. Since the 1970s, the energy crisis broke out, the traditional heat exchanger equipment to strengthen the research gradually on the rise, the heat exchanger as a heat transfer device, is widely used in oil refining, chemical industry, light industry, pharmaceuticals and the citys central heatin
8、g and other fields, it is indispensable in industrial production equipment. In particular, shell and tube heat exchanger accounts for about 70% of all heat exchanger, it is relatively easy to clean, easy to replace wearing parts, meet almost all occasions, including the particularly low and extremel
9、y high pressure, temperature, large temperature difference, evaporation and condensation, and severe pollution and have the case of corrosive fluids. And in recent years the corrugated tube heat exchanger as early as the 1970s, it has been proposed to bellow as the heat transfer tubes for shell and
10、tube heat exchanger, corrugated tube heat exchanger in the traditional shell and tube on the basis of heat, we used to strengthen the principle of a highly efficient heat transfer equipment developed. It not only inherited the shell and tube heat exchanger advantages and overcome its shortcomings, b
11、ut also has a small, heat transfer coefficient, scaling features, very practical, with a wider range of applications, it is widely applied to steam - water, water - water heat exchanger applications. In this paper, corrugated tube element of a corrugated pipe steam for use in district heating projec
12、t - water heat exchanger made structure design, selection, thermodynamic calculation, mobile computing and strength check.Keyword: Heat Exchanger; Selection; Thermodynamic; calculation Checking目 录1绪论11.1前言11.1.1波纹管换热器的起源11.1.2波纹管换热器的现状21.1.3波纹管换热器的应用前景21.2波纹管换热器的特点31.2.1波纹管换热器的结构特点31.2.2波纹管换热器的传热特点4
13、1.3波纹管换热器的适用范围81.4波纹管的成型及结构81.4.1波纹管成型机制的研究81.4.2波纹换热管的波形确定81.4.3波纹换热管的结构及连接形式91.5 波纹换热管的材料选用及设计研究进展91.5.1波纹管材料的选用91.5.2设计研究进展102设计任务及设计方案112.1设计参数与任务112.2设计方案与操作条件112.2.1选择设备的形式112.2.2空间内流经的流体的要求132.2.3选择流体流动方向133热力计算143.1热量的分配计算143.2计算平均温差164换热面积的计算与管程结构的设计184.1换热面的估算194.1.1换热面积的初步估算194.1.2设计单波距波纹
14、管的结构以及传热面积的计算194.2管程布管方式的选取234.3设计管箱的接管264.3.1设计接管尺寸264.3.2选取合适的管箱接管位置274.4设计壳体285设计壳程的主要结构295.1设计折流板295.1.1折流板的型式设计295.1.2壳程内流动空间的布置315.2壳程进出口接管的设计325.2.1计算接管尺寸325.2.2接管最小位置的选取335.3管板设计345.3.1管板结构的选型345.3.2管板最小厚度的确定355.3.3管箱与管板的密封结构365.3.4管板尺寸的选取375.4管板分别与管子、壳体的连接385.4.1管板与壳体的连接385.4.2管板与管子的连接396换热
15、系数的计算以及换热能力的校核416.1管程对流换热系数的计算416.2管间换热系数的计算426.3总传热系数的计算:436.4换热能力的校核446.4.1实际换热能力的校核446.4.2壁温的校核447流动阻力的计算448强度校核478.1强度校核的标准478.2波纹换热管强度校核的参数498.2.1 设计的参数498.2.2材料的性能参数508.2.3计算的参数518.3校核四种危险组合压力下的工况608.3.1计算的工况一608.3.2计算的工况二638.3.3计算的工况三668.3.4计算的工况四709设计的其他零件749.1管箱封头设计749.2拉杆及定距管的设计759.2.1拉杆的结
16、构与尺寸的设计759.2.2定距管尺寸的选取77 9.3防冲板的设计779.4分程隔板的设计789.5排液和排液口的设计799.6支座的设计8010设计的评价8110.1设计的流程8210.2设计的评价8310.2.1设计的意义8310.2.2设计过程的评述和说明84参考文献85翻译部分87 英文原文88 中文译文105致谢120中国矿业大学徐海学院2015届本科生毕业设计1绪论1.1前言1.1.1波纹管换热器的起源管壳式换热器是目前应用最广的换热设备。由于它结构坚固,维修方便, 不易堵、漏,密封周长短,材料的选择范围较广,因此它的适用范围大,尤其是在高温、高压领域,是其它换热器无法替代的。与
17、其它品种换热器比较,管壳式换热器的最大缺点是传热效率低。例如,对于水一水换热,传统的管壳式换热器K 值范围一般为11502230W/ m2 ,板式换热器K值为15004700W/ m2 ,螺旋板式为20003000W/ m2。自70年代能源危机爆发以来,对传统换热器设备强化研究逐渐兴起,并主要集中在两大方向上;一是开发新的换热器品种,如板式、螺旋板式、振动盘管式、板翅式等等,这些换热器设计思想都是尽可能地提高换热效率;二是对传统的管壳式换热器采取强化措施。具体说来,就是用各种异型管取代原来的光管。现在较常用的有螺旋横纹( 螺纹管)、横槽纹管、缩放管、内翅管及管内插入强化物质等。以上各种异型管其
18、换热效率较光管一般提高40% 80% ,而且已在不同场合得到应用。其中应用最广泛的螺纹管已有相应的国家标准。早在70 年代,曾有人提出用波纹管作为换热管用在管式换热器上并出现在教科书上。按流体力学观点分析:在波峰处流体速度降低、静压增加、在波谷处流体速度增加、静压减少, 这样流体的流动是在反复改变轴向压力梯度下进行,产生的剧烈漩涡冲刷了流体的边界层,使边界层减薄。由于波纹管可做成相对流线型,流体阻力不会有太大的增加。因此, 用波管作换热管从理论上讲应优于其它异型管。数十年来,先后开发了各种仪表弹性元件、电沉积波纹管、波纹膨胀节、滚压成形波纹管等产品。同时,也包括这些波纹管制造技术和工艺装备。1
19、990 年,波纹管式换热器问世了。沈阳仪器仪表与沈阳远达管道技术研究所合作试制了三台新型换热器,一台安装在沈阳热力公司所属浑河供热所第一小区供热站,另两台安装在和平房屋开发公司所属和平大街锅炉房试运行。1990年12月15日到1990年12月31日期间,由沈阳市技术监督局所属沈阳市能源标准计量所对该产品进行现场测试,结果表明,其应用效果完全达到了设计要求。于1991年3月16 日通过了由原机电部三装司组织的专家鉴定。1.1.2波纹管换热器的现状波纹管式换热器在研制、开发阶段主要针对水一水换热。水一水换热器设计、生产、质量已基本稳定。近年来,板式换热器发展速度很快,技术上也得到不断更新, 主要在
20、板型、密封胶带、安装形式等方面作了重大改进。因此,只要温度、压力不是很高( 低于200 、1.6MPa),用板式换热器工程造价低,运行成本低(由于它是全逆流的),换热能力不仅传统管壳式换热器无法与之相比, 波纹管式换热器也相形见拙。然而板式换热器还存在维修工作量大、易堵、易漏等缺点,因此,用于水一水热交换时板式换热器还可与波纹管换热器争一席之地,但用于汽一水其它介质热交换, 波纹管换热器则显示出强大的生命力。 1990 年,作为试验产品做了四台,水一水换热占100%;1991 1994 年,产量、产值逐年递增。但水一水换热器比重越来越小。1991年占60%,1992 年占30%,1993、19
21、94 年均占20%左右。根据市场需要,已开发出新品种用于不同行业中:煤气站汽化( 汽一油换热) 、电厂首站( 汽一水换热)、油田输油管道加热( 汽一油换热) 、贮藏设备制冷( 液一液换热) 、宾馆、居民楼供生活热水( 汽一水加热) 、海水热交换( 汽一海水换热及海水一水换热)等。1.1.3波纹管换热器的应用前景目前,市场上流行的换热器有管壳式(含固定管板式、浮头式、U 型管式各种强化型列管换热器)、板式、振动盘管式、板翅式、螺旋板式等等。从历史上看,管壳式换热器一直占有主导地位。板式换热器刚问世时, 由于其传热效率高、造价低曾风行一时, 但不久人们发现,由于板式换热器结构所限,不可能应用在高温
22、、高压条件下。即使在低温、低压时, 许多工厂也不愿采用。原因很简单,板式换热器大修周期短,工作量大,易泄漏。如因一台换热器维修导致全线停产是得不偿失的。同样, 螺旋板式、振动盘管式、板翅式换热器也存在各种类似的问题。因此,人们只好将注意力转移到管式换热器强化传热研究上来。据有关资料报导, 到80 年代末期,日本、欧、美等发达国家,强化型管壳式换热器已占25% 以上,而在我国各种各样的异型管强化换热器均处在研究、试制阶段,市场占有率3% 都不到。迄今为止,波纹管式换热器优于其它各类强化型换热器,在管壳类产品中,传热效率是最高的,因此可以说该产品应用前景是十分广阔的。为扩大该产品应用领域,在市场上
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