螺旋折流板管束结构设计及板尺寸计算

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。

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。

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。

折流板阻力计算
折流板阻力计算是流体力学中的一个重要环节，它涉及到流体在通过折流板时受到的阻碍作用。

阻力的大小不仅与折流板的形状、尺寸有关，还与流体的性质、流速等因素密切相关。

在计算折流板阻力时，首先需要了解流体的基本性质，如密度、粘度等。

这些性质会影响流体在折流板处的流动状态，进而影响到阻力的大小。

其次，需要确定折流板的形状和尺寸，包括板的厚度、宽度、长度以及折流的角度等。

这些因素会直接决定流体与折流板之间的相互作用。

在实际计算中，可以采用经验公式或数值模拟方法来确定折流板的阻力。

经验公式通常基于大量的实验数据得出，具有一定的通用性和实用性。

但由于流体流动的复杂性，经验公式可能无法完全准确地描述所有情况下的阻力。

因此，在某些需要更高精度的情况下，可以采用数值模拟方法，如计算流体动力学（CFD）来模拟流体在折流板处的流动，从而得到更准确的阻力值。

总的来说，折流板阻力计算是一个涉及多个因素的复杂问题。

在实际应用中，需要根据具体的情况选择合适的计算方法和参数，以获得准确的阻力值。

此外，随着科学技术的不断进步，新的计算方法和工具不断涌现，为折流板阻力计算提供了更多的选择和可能性。

基于HTRI的螺旋折流板换热器设计王密;周予东;潘晓栋;范飞;牛晓娟【摘要】利用HTRI软件对螺旋折流板换热器进行设计,考察了螺旋角β、搭接量e和壳体长径比L/D对搭接型螺旋折流板换热器壳程压降△p、总传热系数U和单位压降下的总传热系数Up的影响.结果表明:△p随着β的增大逐渐降低,随着e和L/D的增大逐渐上升;U随着L/D的增大逐渐上升,随着β的增大整体呈下降趋势,但在β为35°附近出现了一定程度的反弹,而e对U几乎没有影响,β在35～45°范围内时,螺旋折流板换热器的Up最高.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2016(043)005【总页数】6页(P610-615)【关键词】螺旋折流板换热器;螺旋角;搭接量;长径比;传热性能【作者】王密;周予东;潘晓栋;范飞;牛晓娟【作者单位】兰州兰石能源装备工程研究院有限公司;青岛兰石重型机械设备有限公司;青岛兰石重型机械设备有限公司;兰州兰石能源装备工程研究院有限公司;青岛兰石重型机械设备有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ053.2管壳式换热器占据了约40%的市场份额，被广泛应用于石油炼化、化工生产、发电工程及余热回收等行业[1，2]。

因传热装置的操作过程中需要耗费大量电力，故新型高效换热器的研发对节能环保至关重要。

换热器传热效率的升高或压差的降低，都能有效减少单元操作中泵的功耗。

螺旋折流板换热器是一种新型高效的管壳式换热器。

螺旋折流板换热器壳程流体更接近柱塞流，可以有效消除弓形折流板后面的卡门涡，防止流体诱导振动，避免了弓形折流板的返混现象，可提高有效传热温差，减少流动死区和污垢沉积，且螺旋通道内柱状流的速度梯度影响了边界层的形成，使传热系数提高[3，4]。

科学家们提出了多种螺旋折流板结构，并开展了一系列实验研究和数值模拟[5～8]。

其中，以适用于正方形和辐射状排列布管的四分扇形螺旋折流板换热器最为常见，且已实现工业化[9，10]。

螺旋叶片介绍及螺旋角计算方法一、螺旋叶片的基本概念螺旋叶片是一种常用于输送物料或气体的装置，通常由几个叶片、轴和外壳组成。

其中叶片是螺旋叶片的核心部分，直接关系到螺旋叶片的输送效果和使用寿命。

因此，正确计算螺旋叶片尺寸是非常重要的。

螺旋叶片的尺寸包括叶片直径、螺旋角和螺距等参数。

其中，叶片直径是指叶片直线测量的长度，螺旋角是叶片与垂直方向的夹角，螺距是相邻两个叶片之间环绕轴线的距离。

二、如何计算螺旋叶片的尺寸1.计算叶片直径叶片直径是螺旋叶片尺寸的基础参数，计算公式如下：叶片直径=[(Q/πv)*K]^0.5其中，Q是螺旋叶片的设计流量，v是螺旋叶片输送的气体或物料速度，K是相关系数，一般取值在0.8到1.0之间。

2.计算螺旋角螺旋角是衡量螺旋叶片效果的重要参数，计算公式如下：tanβ=[(π*Dt)/p]*[1/2(1+m^2)]^0.5其中，Dt是螺旋叶片的直径，p是螺距，m是修正系数，一般取值在0.93到1.0之间。

3.计算螺距螺距是指相邻两个叶片之间环绕轴线的距离，其计算公式如下：p=π*Dtanβ其中，D是叶片直径，β是螺旋角。

三、实际案例假设螺旋叶片的设计流量为1000m³/h，输送工质的速度为1.5m/s，取修正系数m为0.95，则1.计算叶片直径叶片直径=[(1000/π*1.5)*0.95]^0.5=1.04m2.计算螺旋角tanβ=[(π*1.04)/0.3]*[1/2(1+0.95^2)]^0.5=31.94°3.计算螺距p=π*1.04*tan31.94°=1.07m因此，该螺旋叶片的尺寸为直径1.04m、螺旋角31.94°、螺距1.07m。

四、总结螺旋叶片的尺寸计算是螺旋叶片设计中非常重要的环节，直接关系到螺旋叶片的输送效果和使用寿命。

本文介绍了螺旋叶片的基本概念、尺寸计算方法及案例分析，希望对需要设计或生产螺旋叶片的工程师和技术人员有所帮助。