螺旋折流板管束结构设计及板尺寸计算
螺旋风管计算
风机的转速与其特性参数有什么关系？
风机的转速是影响风机性能的一个重要因素。
转速变化，风机的流量、压头、功率都将
发生变化，而相同流量、压头的风机，转速的高低将影响叶轮尺寸的大小，即直径及出口宽度的大小。
风机的转速与主要特性参数之间的关系是：流量与转速成正比；风压与转速的平方成正比；功率与转速的三次方成正比。
上述关系称为风机的比例定律。
连轴器传动时：风机转速=电机转速
三角带传动时：风机转速/电机转速=电机皮带轮节圆直径/电机带轮节圆直径风机功率(W)=风量(L/S)*风压(Kpa)/效率(75%)/力率(75%)
全压=静压+动压。
风机马达功率(W)=风机功率(W)*130%=
风量(L/S)*风压(Kpa)/效率(75%)/力率(75%)*130%。
换热器管板设计
换热器管板设计计算管析是管壳式换热器的主要部件。
管板的设计是否合理对确保换热器的安全运行、节约金属材料，降低制造成本是至关重要的。
在此采用GB151标准中管板计算方法来设计计算管板。
（1）管板采用延长部分兼作法兰的管板形式。
结构如图2.2所示，图2-2 管板结构图结构尺寸数据列表2－6：（2）计算A ——壳程圆筒内直径横截面积，2mm ；222i 0.785800502654.84π==⨯=D A mms δ——壳程圆筒的厚度，mm ；s A ——圆筒壳壁金属横截面积，2mm ；2i () 3.148(8008)20307.3πδδ=+=⨯⨯+=s s s A D mmt δ——换热管壁厚，mm ；a ——单根换热管管壁金属横截面积，2mm ；2o () 3.14 2.5(25 2.5)176.6πδδ=-=⨯⨯-=t t a d mm2220176.638857.5=⨯=na mml A ——管板开孔后的面积，2mm ； 对于固定管板式换热器2223.1425502654.8220394662.644π⨯=-=-⨯=o l d A A n mmd A ——在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，面未能被换热管支承的面积，2mm ；对于三角形排列2'(0.866)1832(600.86632)18598=-=⨯⨯-⨯=d n A n S S S mmt A ——管板布管区的面积，2mm ； 对于多管程，三角形排列的换热管2220.8660.8662203218598213690.5=+=⨯⨯+=t d A nS A mmt D ——管板布管区当量直径，mm ；708.9===t D mmt E ——换热管材料的弹性模量，MPa ；L ——换热管有效长度（两管板内侧间距），mm ；t K ——管束模数，MPa ；对于固定式32061038877.23842.6(300060)708.9⨯⨯===-⨯t t t E na K MPa LDi ——换热管的回转半径，mm ；0.258===i mmcr l ——换热管受压失稳当量长度，mm ； 按GB151图32，确定为320=cr l mm[]σcr ——换热管稳定许用应力，MPa ；r C ——系数127.9r C ππ===因32040127.98==<=cr r l C i 故有/1140[]12451103.362222128σσ⎡⎤⎡⎤=-=⨯⨯-=⎢⎥⎢⎥⨯⎣⎦⎣⎦t cr cr s r l i MPa C λ——系数394662.60.785502654.8λ===l A A Q ——换热管束与圆筒刚度比，当壳体不带波形膨胀节时20638877.21.8920920307.3⨯===⨯t s s E na Q E A β——系数38877.20.098394662.6β===l na A s ∑——系数0.60.60.4(1)0.4(1 1.89) 2.60.785λ∑=++=++=s Q t ∑——系数110.4(1)(0.6)0.4(10.098)(0.6 1.89) 3.60.785βλ∑=+++=⨯+++=t Q t ρ——系数708.90.886800ρ===t t i D D K ——换热管加强系数12128001.318 6.0530＝[[=⨯=Kk ——管板周边不布管区无量纲宽度(1) 6.05(10.886)0.69ρ=-=⨯-=t k Kυ——管板材料泊松比，取0.3υ=μ——管板强度削弱系数，一般可取0.4μ=η——管板刚度削弱系数，一般可取μ值f δ——管板延长部分的法兰（或凸缘）厚度，mm ；f δ'——壳体法兰（或凸缘）厚度，mm ； f δ''——管箱法兰（或凸缘）厚度，mm ；ω'——系数，按//s i f i D D δδ'和查GB151图26，得0.00021ω'=；ω''——系数，按//h i f i D D δδ''和查文献[3] 图4-24得0.00063ω''=； f K ——管板边缘旋转刚度参数，MPa ； 对于固定管板其延长部分兼作法兰f f K K '=f K '——壳程圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，MPa ；3333221[()]12122091070230[()0.0002120910]12800708004.8δω''''==++⨯⨯⨯⨯=⨯⨯+⨯⨯+=f f f f f s i f iE b K K E D b D MPaf K ''——管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，MPa ；3333221[()]12122091070230[()0.0006320910]128007080017.7δω''''''''=++⨯⨯⨯⨯=⨯⨯+⨯⨯+=f f f f h i f iE b K E D b D MPaf K ——旋转风度无量纲参数； 对于固定式管板 33.14 4.89.810441431.2π-⨯===⨯⨯ff tK K K1m ——管板第一弯矩系数，按f K K 和查GB151图27,得10.13=m 2m ——管板第二弯矩系数，按K Q 和查GB151 图28,得2 2.14=mm ——管板总弯矩系数120.130.3 2.140.6110.3υυ++⨯===++m m m1G ——系数因0m >,所以取11e i G G 与中较大值。
换热设备第2讲-管板计算
管壳式换热器简图1-管子；2-封头；3-壳体；4-接管；5-管板；6-折流板管板的设计管板基本情况•••管板基本情况管板基本情况管板强度分析的三种基本假设•••管板结构简化模型1管板结构简化模型2管板结构简化模型3荷、放置在弹性基础上的受管孔均匀削弱的当量圆平板GB151《管壳式换热器》中管板设计的基本考虑••••黄克智院士和管板设计规范黄克智院士和管板设计规范••••黄克智院士和管板设计规范•••黄克智院士和管板设计规范•“全国科学大会奖”••黄克智院士和管板设计规范黄克智院士和管板设计规范••••••管板的设计思路-1• 1 管板的弹性分析变形协调条件管板内力与变形分析管板的设计思路-2• 2 危险工况的确定由于换热器运行时，不能保证管程与壳程压力同时作用，在计算管板应力或厚度时，要考虑以下四种危险工况：a) 只有壳程压力Pt,管程压力Pt=0,不考虑温差b) 只有壳程压力Ps,管程压力Pt=0,考虑温差，正温差比负温差危险，分别为管子与壳体的线膨胀系数分别为管子与壳体的平均壁温为换热器装配时的温度()()00θθαθθα−>−s s t t t αs αt θs θ0θ管板的设计思路-2• 2 危险工况的确定c) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,不考虑温差d) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,考虑温差，负温差比正温差危险，()()00θθαθθα−<−s s t t管板的设计思路-3 3 管板应力的校核径向应力随半径变化曲线管板的设计思路-4 3 管板应力的调整工程中实际做法-1借助压力容器设计软件管板设计的辅助软件管板的计算十分繁杂，尽管GB151提供了便于工程应用的计算式和图表，但手算工作量很大，为此，我国已开发了包括管壳式换热器在内的化工设备强度计算软件，SW6,包括了管板的设计与校核。
SW6-1998 V2.0 《过程设备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设计软件包》压力容器设计计算软件包•SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称SW6-98。
换热器讲义
11.2.4 折流板和支持板最小厚度：根据换热器直径和换热管无支撑跨距查GB151 表34。
工程设计中应注意如下：（1）表34 值为卧式换热器折流板的最小厚度（2）立式换热器无腐蚀时，可适当减薄（3）需抽管束且重量较重时，应适当加厚（4）有振动时，应适当加厚11.3 支持板（1）当换热器不需要设置折流板，但换热管无支撑跨距大于GB151 表42 规定时，应设置支持板。
（2）浮头换热器浮头端宜设置加厚的圆环形支持板11.4 U 形换热器的尾部支持U 形换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，结构尺寸A+B+C 大于GB151 表42规定时，应在弯管部分加支撑。
11.5 折流杆：用与换热管垂直的四组圆钢所形成的“井”字将换热管固定住。
折流杆换热器使壳程流体沿着管束轴线纵向流动，从而彻底消除流体横向流动而产生的诱发振动。
并且折流杆会使流体不断地产生卡门漩涡以提高传热的效率。
同时由于没有横向流动，故壳程流体压降较底。
折流杆换热器的关键技术在于正确的传热工艺计算及制造组装技术。
折流杆的直径等于换热管的间隙；可视一组折流圈相当于一块折流板（或支板承）11.6 螺旋折流板由数块扇形板排列在有一定升角的螺旋线上，使流体在壳体内形成螺旋流，其特点为：(1)可以使流体达到近似于柱塞流的效果；(2)返混程度很低，几乎没有流动的死区；(3)传热效率提高的同时，又获得了较佳的压降；(4)传热系数与螺旋角关系密切，最佳的螺旋角为25°~40°；(5)为减少无支撑跨长避免振动可用二头或多头螺旋。
11.7 拉杆，定距管：（1）换热管外径≥19mm 时，采用拉杆定距管结构；（2）换热管外径≤14mm 时,采用拉杆与折流板点焊结构；（3）拉杆应尽量均匀布置在管束外边缘。
对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3 个支承点。
（4）拉杆直径和数量根据GB151 表43,表4411.8 防冲与导流（1）管程设置防冲板条件：当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s 时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。
管道架构设计的计算方法
管道架构设计的计算方法概述管道架构设计是指确定管道系统的结构、尺寸和布局，以满足工程要求并确保安全和可靠性。
本文档介绍了管道架构设计的计算方法。
设计步骤管道架构的设计通常包括以下步骤：1. 确定工程要求：仔细分析工程要求，包括输送介质、流量、压力、温度等参数，以确定所需的管道规格和特性。
2. 管道材料选择：考虑输送介质的特性和工程环境，选择适合的管道材料，如钢、铜、塑料等。
3. 管道尺寸计算：根据输送介质的流量、压力损失、摩擦阻力等因素，计算管道的内径和壁厚。
4. 支吊架设计：确定管道的支吊架类型和位置，保证管道的稳定性和安全性。
5. 布局设计：考虑工程空间、管道走向、管段连接等因素，确定管道的布局方案。
计算方法以下是一些常用的管道架构设计计算方法：1. 管道尺寸计算：可以使用Darcy-Weisbach公式或者Hazen-Williams公式计算管道的内径和壁厚。
2. 支吊架设计：可以根据管道的长度、重量和支吊架类型使用经验公式计算所需的支吊架数量和间距。
3. 布局设计：可以使用CAD软件进行管道布局的自动绘制，或者根据工程要求和标准规范进行手动设计。
注意事项在进行管道架构设计时，需要注意以下几点：1. 遵守相关的标准规范：根据国家或行业的标准规范，确保设计符合安全和可靠性要求。
2. 考虑施工因素：在设计过程中要考虑施工的可行性和便利性，以确保设计方案的实施顺利进行。
3. 定期检查和维护：管道架构设计完成后，需要进行定期的检查和维护工作，确保其正常运行和使用寿命。
结论管道架构设计的计算方法是确定管道系统结构、尺寸和布局的关键步骤。
通过合理的计算和设计，可以满足工程要求，并确保管道系统的安全和可靠性。
螺旋输送机设计与计算
螺旋输送机设计与计算螺旋输送机作为一种常见的输送设备，其设计和计算对于实现高效、可靠的输送有着重要的意义。
本文将从螺旋输送机的类型、设计原理、计算方法和应用领域等多个方面进行讨论和分析，以期为相关工程技术人员提供有用的参考。
一、概述螺旋输送机，顾名思义，是利用螺旋体结构对物料进行输送的一种装置。
其结构包括螺旋轴、螺旋叶片、进料口、出料口、传动装置等几个部件，主要应用于水泥、化肥、冶金、化工等行业中的输送工作。
根据其结构形式的不同，螺旋输送机主要分为轴旋式、槽旋式和管旋式等多种类型，因此其设计和计算也各不相同。
二、设计原理螺旋输送机的输送原理是通过螺旋轴上的螺旋叶片，将物料由进料口推送至出料口，形成一条连续的输送带。
螺旋叶片的类型和参数对输送效果和能耗有着重要的影响，因此其设计应遵循一定的原则。
首先，螺旋叶片的截面形状应尽可能接近圆形，因为这样可以使物料在输送过程中受到的挤压力和旋转摩擦力减少，提高输送效果。
其次，螺旋叶片的转动速度、线速度和传动功率等参数需要结合实际需求进行设计，避免系统过载或运行不稳定。
最后，螺旋叶片的丝距、螺距、直径和公称长度等指标应根据物料的性质、粒径、湿度和密度等特征进行调整，以确保输送质量和生产效率。
三、计算方法螺旋输送机的计算方法主要包括螺旋叶片参数的计算和传动功率的计算两个方面。
1.螺旋叶片参数计算螺旋叶片的参数计算是螺旋输送机设计中的关键步骤，主要包括丝距、螺距、直径和公称长度等几个指标的确定。
(1) 丝距的计算丝距是指螺旋叶片齿线上相邻两个叶片之间的距离，其计算公式为：s=πd/n其中，s表示丝距，d表示螺旋叶片直径，n表示叶片数目。
(2) 螺距的计算螺距是指螺旋叶片齿线上相邻两个叶片之间的转角，其计算公式为：p=sinα（π/180）其中，p表示螺距，α表示螺旋叶片的导线角度。
(3) 直径的计算螺旋叶片的直径是指叶片的最大直径，其计算公式为：d=2.5p(n+1)(4) 公称长度的计算公称长度是指螺旋叶片的长度，一般为螺旋直径的1.5-2倍之间。
螺旋钢管壁厚计算公式
螺旋钢管壁厚计算公式
螺旋钢管的壁厚计算公式涉及到管子的直径、材料的强度、管子所承受的压力等因素。
一般来说，螺旋钢管的壁厚计算公式可以根据材料力学性质和管道工程设计规范来确定。
在一般情况下，可以使用以下的公式来计算螺旋钢管的壁厚：
壁厚 = (P D) / (2 S (1 0.6 D / (2 R)))。
其中，P代表管道内压力，D代表管子的外径，S代表材料的抗拉强度，R代表管子的曲率半径。
这个公式是根据薄壁压力容器的理论推导而来，适用于一般的工程设计。
在实际应用中，还需要考虑到安全系数、材料的疲劳强度、温度和腐蚀等因素，因此在设计螺旋钢管壁厚时，需要综合考虑多种因素，最终确定合适的壁厚。
此外，不同国家和地区的标准和规范可能会有所不同，因此在实际工程中，需要根据当地的相关标准和规范来确定螺旋钢管的壁厚计算公式。
在进行具体工程设计时，建议咨询专业工程师或根据当地的相关规范进行准确计算。
滑动螺旋的设计计算
滑动螺旋的设计计算滑动螺旋的主要失效形式通常是磨损，设计计算中通常根据耐磨性条件确定螺旋的主要尺寸，然后根据需要校核其它条件。
以下分析各项计算方法。
1．耐磨性计算滑动螺旋的磨损与螺纹面上的压强p ，滑动速度v ，表面粗糙度以及润滑条件有关，其中最主要的影响因素是表面压强。
耐磨性计算主要限制作用在螺纹工作表面上的压强p ，使其小于材料的许用压强[p ]。
由于螺母材料较软，磨损发生在螺母上，耐磨性计算以螺母为分析对象。
如下图所示，假设作用在螺杆上的轴向载荷为F ，螺纹承压面积为A （承压表面在垂至于螺纹轴线的平面上的投影面积），螺纹工作表面的耐磨性条件为)1(][2p hHd FP A F p ≤==π式中：P ——螺距，mm ； d 2——螺纹中径，mm ； h ——牙型高度，mm ； H ——螺母高度，mm ；[p ]——许用压强，MPa ；根据下表选取。
式（1）是校核公式，为了导出设计公式，设 H =φd 2，（φ值可根据螺母形式选用，整体式螺母，磨损后无法补偿，为使螺母受力均匀取φ=1.2~2.5，剖分式螺母，兼作支承的螺母取φ=2.5~3.5；对传动精度要求高，载荷大，要求工作寿命长的螺母可取φ=4。
）代入式（1），整理后得到设计公式)2(][2p h FPd φπ≥注：φ值小时[p ]取大值，φ值大时[p ]取小值。
对矩形螺纹和梯形螺纹，h =0.5P][8.02p F d φ≥对30º锯齿形螺纹，h =0.75P][65.02p Fd φ≥根据以上公式计算d 2后，应根据国家标准选择满足条件的螺纹公称直径d 和螺距P 。
1． 螺杆强度计算螺旋传动工作中，螺杆受轴向载荷作用产生拉（压）应力，受螺纹力矩作用产生切应力，根据第四强度理论，强度条件为)3(][2.034231221vv d T d F σπσ≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=式中：T ——螺杆所受转矩；)tan(22v d FT ρψ+=ρv ——当量摩擦角，ρv =arctan μv ，μv 为当量摩擦因数，2cosαμμ=v ；α——牙型角；d 1——螺杆螺纹小径；[σ] v ——许用当量应力，参见下表。
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螺旋折流板管束结构设计及板尺寸计算
国德文
摘要：本文介绍了螺旋折流板的几何形状及螺旋折流板换热器管束的结构型式，并据此说明了螺旋折流板换热器管束的设计方法。
通过图示证明螺旋折流板的曲线边是一条椭圆曲线，给出螺旋折流板几何尺寸的计算方法。
关键词：螺旋折流板；管束；结构设计；计算
Structure design for tube Bundle of spiral baffle and the calculation of the baffle imension
Guo De-wen
Abstract: In this article，geometric form of spiral baffle，structure patterns for tube Bundle of spiral baffle tubular heat exchanger and its design method are introduced. It were shown that the curve rim of the spiral baffle formed a ellipse curve and the methods of calculation are given that geometry dimensions of spiral baffle.
Key words: spiral baffle；tube bundle；stucture design ；calculation
进入本世纪以来，国内采用一种新型高效螺旋折流板换热器的企业逐渐增多。
我厂设计室也经常采用螺旋折流板来设计管壳式换热器。
本文对螺旋折流板管束的结构设计进行了探讨。
1螺旋折流板的几何形状
螺旋折流板换热器的折流板为准扇形（如图一）。
与壳体横截面有一定的安装倾角α，其在壳体横截面上的投影刚好为四分之一圆面。
图一螺旋折流板三视图
根据折流板间距所需要的若干个螺旋折流板与管束轴线以某一角度呈连续螺旋状排列，这种排列须保证介质自壳程进口向出口呈螺旋状推进，避免了采用弓形折流板时，介质以“Z”字形流动剧烈折返带来的严重压降。
管壳式换热器采用螺旋折流板是基于这样一种思想：通过改变壳程侧折流板的布置，使壳程侧流体呈连续螺旋流动，因此，理想的折流板布置应该为连续的螺旋曲面。
但是，螺旋曲面加工困难，而且换热管与折流板的配合很难实现。
考虑到加工上的方便，我们采用一系列的准扇形平面板（称之为螺旋折流板）替代曲面相间连接，在壳程侧形成近似的螺旋面，使换热器的壳程侧流体产生连续的螺旋状流动（如图二）。
图二壳体内螺旋折流板排列示意图
2螺旋折流板间距
螺旋折流板布置应使壳程内介质的螺
旋状流场稳定，这就要求螺旋折流板之间有一致的间隔（称为折流板间距F），相同的安装角α，一般还应要求：螺旋折流板应布置在上方进出口轴线的下方或下方进出口轴线的上方（如图三）。
图三进出口处螺旋折流板排列图
从图中可以看出，在一个螺旋节距H （波长）长度上四象限轴向等距依次安装4个螺旋折流板，环绕壳程轴线位置的一根与换热管规格相同的中心管，用定距管定位，形成螺旋状。
壳程进出口间距为H的整数倍加二分之一H，折流板间距F等于四分之一节距H。
3拉杆及定距管
拉杆直径和数量应按GB/T 151-2014《热交换器》的有关规定，但为保证螺旋折流板的稳定，每块螺旋折流板上最少应布置3根拉杆，螺旋折流板的中心安装部位须加工与中心管相配的圆弧缺口（如图四）。
图四螺旋折流板拉杆孔位置示意图
根据安装位置的不同，定距管的结构一般分两种（如图五），图中α为螺旋折流板的安装角α。
图五定距管结构示意图
4壳程进口处的防冲结构
在壳程进口处，为保证介质流束均匀，螺旋折流板换热器管束一般采用防冲杆结构，防冲杆直径为φ16的钢棒，分两层布置（如图六）。
图六防冲杆排列示意图
防冲杆的上表面到壳体内壁的距离应大于四分之一接管外径，其排列后的防冲面应为接管外径加50毫米的方形。
5螺旋折流板的尺寸计算公式
螺旋折流板的形状类似扇形，由一个等腰三角形和一个椭圆曲线边的弓形组成，其安装后在壳体横截面上的投影为由一个等腰三角形和一个弓形组成扇形（如图七），即1/4圆面。
图七螺旋折流板在壳体横截面上的投影示意图当螺旋折流板安装倾角为α时，其椭圆曲线边为一个椭圆的一部分，该椭圆由以与壳体横截面夹角为α的平面切割圆柱体而
得到（如图八）。
图八 螺旋折流板在壳体内安装方位示意图
螺旋折流板尺寸可由该椭圆所确定的
椭圆方程求得（如图九）。
图九 螺旋折流板在椭圆上位置坐标示意图
从图中可以看出螺旋折流板尺寸参数A 、R 与其投影图上对应尺寸参数相等；其中弦高A 按下式计算：
A=Rcos45° (1)
椭圆长轴2P 按下式计算：
2P=2R/cos α
即 P=R/cos α (2)
椭圆方程为： 12
2
22
=+R
Y P Z (3)
式中P 为椭圆长半轴长度（mm ）；R 为
圆柱体半径（mm ）,即椭圆短半轴长度；α为螺旋折流板安装倾角（°）。
螺旋折流板椭圆曲线边上任意点（Z1，Y1）的数值可按公式(2)计算得出。
当Y1=A 时，可以得出此时的Z1值：
则螺旋折流板的弦长C 为：
螺旋折流板的边长S 为：
螺旋折流板的扇形角β为：
β=2arcsin （C/2S ） (7)
6 结束语
与弓形换热器管束相比，螺旋折流板换热器管束在设计时需采用新结构，以发挥其降低介质流动阻力、增加传热效率和减震等优点，更好地满足生产要求。
本计算公式可供螺旋折流板换热器设计时使用。
参考文献：
[1] 潘镇，陈保东，商丽艳，螺旋折流板换热器的研究与进展[J]. 节能技术，2006，24(1)：81-85.
[2] GB/T151-2014《热交换器》[S].2015.03.中国标准出版社出版
[3] 李久生，刘莉，螺旋折流板的结构特点及板片尺寸计算，
[J] . 石油化工设备，2006，35(5)：40-41.
)
4)........()(/1(1222mm R A P Z -=)5)......()(/1(212222mm R A P Z C -==)
6)........(()2/(22mm C A S +=。