板翅式換熱器芯體主要零件的強(qiáng)度計算

史素云

摘要：絕大多數(shù)板翅式換熱器由鋁合金制成，其它類型緊湊式換熱器也不局限只用鋼材制造。從原則上講，由鋁合金制成的受壓構(gòu)件的強(qiáng)度完全可以采用鋼制壓力容器規(guī)范上所規(guī)定的方法來計算或校核。

關(guān)鍵詞：板翅式換熱器；壓力容器；強(qiáng)度計算

中圖分類號：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0071-02

各種在一定溫度、壓力條件下進(jìn)行的緊湊式換熱器，均應(yīng)能滿足一定的強(qiáng)度要求。我國兩個主要的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)“鋼制壓力容器”GB/T150和“鋼制管殼式換熱器”GB/T151都是針對鋼制設(shè)備制訂的。其中許多計算方法與美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范一致或相似。絕大多數(shù)板翅式換熱器由鋁合金制成，其它類型緊湊式換熱器也不局限只用鋼材制造。從原則上講，由鋁合金制成的受壓構(gòu)件的強(qiáng)度完全可以采用鋼制壓力容器規(guī)范上所規(guī)定的方法來計算或校核。

1 理論分析

通常情況下，換熱器的工作壓力并不是很高，一般都在低壓條件下即0.3～0.7MPa下工作，因此，換熱器芯體和封頭的設(shè)計主要是散熱性能和安裝要求的設(shè)計，一般不進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計。但是，如果換熱器工作在高壓或是交變壓力的環(huán)境下，那么，對換熱器芯體和封頭的機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計就不容忽略了，這是因為這兩種部件不僅承受著系統(tǒng)工作所帶來的內(nèi)壓，而且，封頭還會承受與系統(tǒng)安裝時接管所帶來的外部負(fù)荷。對于可逆式的換熱器，其工作時由于流通通道會頻繁的進(jìn)行切換，從而引起了壓力的交變，因此，在設(shè)計換熱器芯體、封頭和其他輔助部件時就必須考慮到疲勞效應(yīng)。因此，根據(jù)“ASME”中的“檢查和檢驗”部分的規(guī)定，如果沒有合適的強(qiáng)度計算的公式時，可以采用以下規(guī)定的任何一種方法進(jìn)行強(qiáng)度的計算。

一是如果在設(shè)計換熱器之前沒有進(jìn)行強(qiáng)度計算，那么，在換熱器樣件生產(chǎn)出來后，應(yīng)對需要進(jìn)行強(qiáng)度驗算的部件內(nèi)部通以5倍于設(shè)計壓力的壓縮空氣進(jìn)行強(qiáng)度的試驗，如果部件沒有產(chǎn)生任何的變形或撕裂等影響產(chǎn)品使用的破壞現(xiàn)象，就證明其強(qiáng)度試驗符合設(shè)計的要求。

二是在設(shè)計換熱器的初級階段就進(jìn)行換熱器的強(qiáng)度計算的時候，如果所選換熱器的材料的最小屈服強(qiáng)度σ0.2和最小抗拉強(qiáng)度σb的比值小于0.626時，那么就按照以下的方法進(jìn)行強(qiáng)度的計算。

設(shè)計壓力：主機(jī)廠規(guī)定的換熱器的正常工作壓力、1.1倍的常用壓力、換熱器的最高工作壓力，取三者之中較大者。

氣密試驗壓力：一般為1.1倍的設(shè)計壓力。

耐壓試驗壓力：對于穩(wěn)定壓力的換熱器，耐壓試驗壓力為1.5倍的設(shè)計壓力，對于可逆式的換熱器，為2倍的設(shè)計壓力。

1.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計壓力及溫度的選定應(yīng)符合國家勞動總局頒布的“壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程”（簡稱監(jiān)規(guī)）及GB/T150的規(guī)定。

在換熱器的強(qiáng)度計算中，設(shè)計需用應(yīng)力為σb/nb或σ0.2/ns，取二者之中的較小者。σb為常溫下的抗拉強(qiáng)度，nb為抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù)，σ0.2為設(shè)計溫度下的屈服強(qiáng)度，ns為屈服強(qiáng)度的安全系數(shù)。當(dāng)設(shè)計溫度低于常溫且在低溫下σb有所提高，應(yīng)取常溫下的σ0.2值。我國監(jiān)規(guī)及GB/T150均規(guī)定了nb不小于3，ns不小于1.6。美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅷ篇第Ⅰ分篇要求nb=4，ns=1.5。德國規(guī)范無nb的要求，但要求ns≥1.5。英國規(guī)范要求nb≥2.35，ns≥1.5。

1.2 翅片強(qiáng)度

在計算翅片強(qiáng)度的時候，我們做以下假設(shè)，即翅片承擔(dān)了隔板法線方向的總壓力，而這些壓力是由于換熱器芯體內(nèi)部流通的介質(zhì)作用于上下兩隔板而產(chǎn)生的垂直與隔板表面的壓力。

（1）翅片強(qiáng)度σ=（PX）/（δφ），式中：σ—翅片的拉伸應(yīng)力；P—設(shè)計壓力，（Pa）；δ—翅片厚度，（mm）；pf—翅片節(jié)距，（mm）；X=pf-δ即翅片間距，（mm）；φ—削弱系數(shù)。

若翅片為鋸齒形翅片或者平直翅片，φ=1，若翅片為多孔翅片，φ=（c-d）/c，其中，c為沿流動方向的孔間距，d為孔徑。當(dāng)已知開孔率R時，

（2）翅片厚度δ=（PX）/（[σb]φ）+C，式中：δ—翅片厚度；[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—附加量，一般取0.05mm。

1.3 隔板強(qiáng)度

（1）隔板強(qiáng)度：兩隔板與其中間的翅片通過高溫釬焊焊接成了一個整體，因此，在計算隔板強(qiáng)度的時候，可以近似的將隔板看成是均勻受壓的連續(xù)梁，而每個翅片則是連續(xù)梁的一個支點(diǎn)。出于保守設(shè)計的考慮，可以將連續(xù)梁進(jìn)一步簡化成一個簡支梁。通過受力分析，則簡支梁的最大彎矩就發(fā)生在簡支梁的中點(diǎn)，其值為（Ppf2）/8，因此最大彎曲應(yīng)力即為σ=（3Ppf2）/（4a2），式中：σ—隔板彎曲應(yīng)力，（Pa）；P—設(shè)計壓力，（Pa）；pf—翅片節(jié)距，（mm）；a—隔板厚度，（mm）。

（2）隔板厚度a，式中[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—腐蝕余量，一般取0.05mm。

1.4 封條的強(qiáng)度

（1）封條的強(qiáng)度：由于封條的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于翅片和隔板的厚度，因此，在換熱器芯體進(jìn)行強(qiáng)度計算的時候，通常是不用計算封條的強(qiáng)度。如果進(jìn)行封條強(qiáng)度的計算，則封條的厚度比封條的寬度大的多的情況下，則可以近似采用下式：σ=（3PH2）/（4WS2）式中：σ—封條彎曲應(yīng)力，（Pa）；P—設(shè)計壓力，（Pa）；H—封條高度，（mm）；WS—封條最小寬度，（mm）。

（2）封條的寬度，式中：[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—腐蝕余量，一般取0.5mm。

2 計算舉例

目前我們行業(yè)在板翅式換熱器上使用的材料都普遍是翅片材料選用0.2mm的鋁箔，隔板選用的時0.8mm的雙金屬板，端蓋選用現(xiàn)有的型材，因此，我們就沒有必要對換熱器的各零部件的材料厚度進(jìn)行設(shè)計計算，而是對它的設(shè)計壓力進(jìn)行校核計算。

2.1 翅片

已知：pf=3mm，δ=0.2mm，σb=110MPa，σ0.2=50MPa，nb=4，ns=1.5，φ=1，則σb/nb=27.5MPa，σ0.2/ns=33.3MPa，所以[σb]=27.5MPa，所以：設(shè)計壓力P=（[σb]δφ）/（pf-δ）=1.96MPa

一般，我們換熱器的正常工作壓力都設(shè)計在1.6MPa，而我們設(shè)計的換熱器所能承受的正常工作壓力為1.96MPa，超出我們的設(shè)計壓力，而且還有4倍的安全系數(shù)，因此，我們的換熱器在正常工作下翅片強(qiáng)度是絕對夠用的。

2.2 隔板

已知：pf=3mm，a=0.8mm，[σb]=27.5MPa，所以：P=（4a[[σb]）/（3pf2）=2.6MPa，遠(yuǎn)大于我們設(shè)計正常工作壓力1.6MPa。

2.3 封條

已知：WS=6mm，[σb]=27.5MPa，H=3mm所以：P=（4WS2[σb]）/（3H2）=146MPa，遠(yuǎn)大于我們設(shè)計正常工作壓力1.6MPa。

3 結(jié)語

我們設(shè)計的板翅式換熱器，在進(jìn)行氣密檢驗后（氣密壓力2.0MPa以上），強(qiáng)度上是絕對可以滿足正常的工作要求，因此，如果發(fā)生換熱器損壞現(xiàn)象，就應(yīng)該從工作系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，而不應(yīng)該一味的去增加材料的厚度。

參考文獻(xiàn)

[1] 王松漢.板翅式換熱器[M].化學(xué)工業(yè)出版社，

1984.

[2] 周昆穎.緊湊換熱器[M].中國石化出版社，1998.endprint

摘要：絕大多數(shù)板翅式換熱器由鋁合金制成，其它類型緊湊式換熱器也不局限只用鋼材制造。從原則上講，由鋁合金制成的受壓構(gòu)件的強(qiáng)度完全可以采用鋼制壓力容器規(guī)范上所規(guī)定的方法來計算或校核。

關(guān)鍵詞：板翅式換熱器；壓力容器；強(qiáng)度計算

中圖分類號：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0071-02

各種在一定溫度、壓力條件下進(jìn)行的緊湊式換熱器，均應(yīng)能滿足一定的強(qiáng)度要求。我國兩個主要的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)“鋼制壓力容器”GB/T150和“鋼制管殼式換熱器”GB/T151都是針對鋼制設(shè)備制訂的。其中許多計算方法與美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范一致或相似。絕大多數(shù)板翅式換熱器由鋁合金制成，其它類型緊湊式換熱器也不局限只用鋼材制造。從原則上講，由鋁合金制成的受壓構(gòu)件的強(qiáng)度完全可以采用鋼制壓力容器規(guī)范上所規(guī)定的方法來計算或校核。

1 理論分析

通常情況下，換熱器的工作壓力并不是很高，一般都在低壓條件下即0.3～0.7MPa下工作，因此，換熱器芯體和封頭的設(shè)計主要是散熱性能和安裝要求的設(shè)計，一般不進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計。但是，如果換熱器工作在高壓或是交變壓力的環(huán)境下，那么，對換熱器芯體和封頭的機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計就不容忽略了，這是因為這兩種部件不僅承受著系統(tǒng)工作所帶來的內(nèi)壓，而且，封頭還會承受與系統(tǒng)安裝時接管所帶來的外部負(fù)荷。對于可逆式的換熱器，其工作時由于流通通道會頻繁的進(jìn)行切換，從而引起了壓力的交變，因此，在設(shè)計換熱器芯體、封頭和其他輔助部件時就必須考慮到疲勞效應(yīng)。因此，根據(jù)“ASME”中的“檢查和檢驗”部分的規(guī)定，如果沒有合適的強(qiáng)度計算的公式時，可以采用以下規(guī)定的任何一種方法進(jìn)行強(qiáng)度的計算。

一是如果在設(shè)計換熱器之前沒有進(jìn)行強(qiáng)度計算，那么，在換熱器樣件生產(chǎn)出來后，應(yīng)對需要進(jìn)行強(qiáng)度驗算的部件內(nèi)部通以5倍于設(shè)計壓力的壓縮空氣進(jìn)行強(qiáng)度的試驗，如果部件沒有產(chǎn)生任何的變形或撕裂等影響產(chǎn)品使用的破壞現(xiàn)象，就證明其強(qiáng)度試驗符合設(shè)計的要求。

二是在設(shè)計換熱器的初級階段就進(jìn)行換熱器的強(qiáng)度計算的時候，如果所選換熱器的材料的最小屈服強(qiáng)度σ0.2和最小抗拉強(qiáng)度σb的比值小于0.626時，那么就按照以下的方法進(jìn)行強(qiáng)度的計算。

設(shè)計壓力：主機(jī)廠規(guī)定的換熱器的正常工作壓力、1.1倍的常用壓力、換熱器的最高工作壓力，取三者之中較大者。

氣密試驗壓力：一般為1.1倍的設(shè)計壓力。

耐壓試驗壓力：對于穩(wěn)定壓力的換熱器，耐壓試驗壓力為1.5倍的設(shè)計壓力，對于可逆式的換熱器，為2倍的設(shè)計壓力。

1.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計壓力及溫度的選定應(yīng)符合國家勞動總局頒布的“壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程”（簡稱監(jiān)規(guī)）及GB/T150的規(guī)定。

在換熱器的強(qiáng)度計算中，設(shè)計需用應(yīng)力為σb/nb或σ0.2/ns，取二者之中的較小者。σb為常溫下的抗拉強(qiáng)度，nb為抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù)，σ0.2為設(shè)計溫度下的屈服強(qiáng)度，ns為屈服強(qiáng)度的安全系數(shù)。當(dāng)設(shè)計溫度低于常溫且在低溫下σb有所提高，應(yīng)取常溫下的σ0.2值。我國監(jiān)規(guī)及GB/T150均規(guī)定了nb不小于3，ns不小于1.6。美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅷ篇第Ⅰ分篇要求nb=4，ns=1.5。德國規(guī)范無nb的要求，但要求ns≥1.5。英國規(guī)范要求nb≥2.35，ns≥1.5。

1.2 翅片強(qiáng)度

在計算翅片強(qiáng)度的時候，我們做以下假設(shè)，即翅片承擔(dān)了隔板法線方向的總壓力，而這些壓力是由于換熱器芯體內(nèi)部流通的介質(zhì)作用于上下兩隔板而產(chǎn)生的垂直與隔板表面的壓力。

（1）翅片強(qiáng)度σ=（PX）/（δφ），式中：σ—翅片的拉伸應(yīng)力；P—設(shè)計壓力，（Pa）；δ—翅片厚度，（mm）；pf—翅片節(jié)距，（mm）；X=pf-δ即翅片間距，（mm）；φ—削弱系數(shù)。

若翅片為鋸齒形翅片或者平直翅片，φ=1，若翅片為多孔翅片，φ=（c-d）/c，其中，c為沿流動方向的孔間距，d為孔徑。當(dāng)已知開孔率R時，

（2）翅片厚度δ=（PX）/（[σb]φ）+C，式中：δ—翅片厚度；[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—附加量，一般取0.05mm。

1.3 隔板強(qiáng)度

（1）隔板強(qiáng)度：兩隔板與其中間的翅片通過高溫釬焊焊接成了一個整體，因此，在計算隔板強(qiáng)度的時候，可以近似的將隔板看成是均勻受壓的連續(xù)梁，而每個翅片則是連續(xù)梁的一個支點(diǎn)。出于保守設(shè)計的考慮，可以將連續(xù)梁進(jìn)一步簡化成一個簡支梁。通過受力分析，則簡支梁的最大彎矩就發(fā)生在簡支梁的中點(diǎn)，其值為（Ppf2）/8，因此最大彎曲應(yīng)力即為σ=（3Ppf2）/（4a2），式中：σ—隔板彎曲應(yīng)力，（Pa）；P—設(shè)計壓力，（Pa）；pf—翅片節(jié)距，（mm）；a—隔板厚度，（mm）。

（2）隔板厚度a，式中[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—腐蝕余量，一般取0.05mm。

1.4 封條的強(qiáng)度

（1）封條的強(qiáng)度：由于封條的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于翅片和隔板的厚度，因此，在換熱器芯體進(jìn)行強(qiáng)度計算的時候，通常是不用計算封條的強(qiáng)度。如果進(jìn)行封條強(qiáng)度的計算，則封條的厚度比封條的寬度大的多的情況下，則可以近似采用下式：σ=（3PH2）/（4WS2）式中：σ—封條彎曲應(yīng)力，（Pa）；P—設(shè)計壓力，（Pa）；H—封條高度，（mm）；WS—封條最小寬度，（mm）。

（2）封條的寬度，式中：[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—腐蝕余量，一般取0.5mm。

2 計算舉例

目前我們行業(yè)在板翅式換熱器上使用的材料都普遍是翅片材料選用0.2mm的鋁箔，隔板選用的時0.8mm的雙金屬板，端蓋選用現(xiàn)有的型材，因此，我們就沒有必要對換熱器的各零部件的材料厚度進(jìn)行設(shè)計計算，而是對它的設(shè)計壓力進(jìn)行校核計算。

2.1 翅片

已知：pf=3mm，δ=0.2mm，σb=110MPa，σ0.2=50MPa，nb=4，ns=1.5，φ=1，則σb/nb=27.5MPa，σ0.2/ns=33.3MPa，所以[σb]=27.5MPa，所以：設(shè)計壓力P=（[σb]δφ）/（pf-δ）=1.96MPa

一般，我們換熱器的正常工作壓力都設(shè)計在1.6MPa，而我們設(shè)計的換熱器所能承受的正常工作壓力為1.96MPa，超出我們的設(shè)計壓力，而且還有4倍的安全系數(shù)，因此，我們的換熱器在正常工作下翅片強(qiáng)度是絕對夠用的。

2.2 隔板

已知：pf=3mm，a=0.8mm，[σb]=27.5MPa，所以：P=（4a[[σb]）/（3pf2）=2.6MPa，遠(yuǎn)大于我們設(shè)計正常工作壓力1.6MPa。

2.3 封條

已知：WS=6mm，[σb]=27.5MPa，H=3mm所以：P=（4WS2[σb]）/（3H2）=146MPa，遠(yuǎn)大于我們設(shè)計正常工作壓力1.6MPa。

3 結(jié)語

我們設(shè)計的板翅式換熱器，在進(jìn)行氣密檢驗后（氣密壓力2.0MPa以上），強(qiáng)度上是絕對可以滿足正常的工作要求，因此，如果發(fā)生換熱器損壞現(xiàn)象，就應(yīng)該從工作系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，而不應(yīng)該一味的去增加材料的厚度。

參考文獻(xiàn)

[1] 王松漢.板翅式換熱器[M].化學(xué)工業(yè)出版社，

1984.

[2] 周昆穎.緊湊換熱器[M].中國石化出版社，1998.endprint

摘要：絕大多數(shù)板翅式換熱器由鋁合金制成，其它類型緊湊式換熱器也不局限只用鋼材制造。從原則上講，由鋁合金制成的受壓構(gòu)件的強(qiáng)度完全可以采用鋼制壓力容器規(guī)范上所規(guī)定的方法來計算或校核。

關(guān)鍵詞：板翅式換熱器；壓力容器；強(qiáng)度計算

中圖分類號：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0071-02

各種在一定溫度、壓力條件下進(jìn)行的緊湊式換熱器，均應(yīng)能滿足一定的強(qiáng)度要求。我國兩個主要的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)“鋼制壓力容器”GB/T150和“鋼制管殼式換熱器”GB/T151都是針對鋼制設(shè)備制訂的。其中許多計算方法與美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范一致或相似。絕大多數(shù)板翅式換熱器由鋁合金制成，其它類型緊湊式換熱器也不局限只用鋼材制造。從原則上講，由鋁合金制成的受壓構(gòu)件的強(qiáng)度完全可以采用鋼制壓力容器規(guī)范上所規(guī)定的方法來計算或校核。

1 理論分析

通常情況下，換熱器的工作壓力并不是很高，一般都在低壓條件下即0.3～0.7MPa下工作，因此，換熱器芯體和封頭的設(shè)計主要是散熱性能和安裝要求的設(shè)計，一般不進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計。但是，如果換熱器工作在高壓或是交變壓力的環(huán)境下，那么，對換熱器芯體和封頭的機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計就不容忽略了，這是因為這兩種部件不僅承受著系統(tǒng)工作所帶來的內(nèi)壓，而且，封頭還會承受與系統(tǒng)安裝時接管所帶來的外部負(fù)荷。對于可逆式的換熱器，其工作時由于流通通道會頻繁的進(jìn)行切換，從而引起了壓力的交變，因此，在設(shè)計換熱器芯體、封頭和其他輔助部件時就必須考慮到疲勞效應(yīng)。因此，根據(jù)“ASME”中的“檢查和檢驗”部分的規(guī)定，如果沒有合適的強(qiáng)度計算的公式時，可以采用以下規(guī)定的任何一種方法進(jìn)行強(qiáng)度的計算。

一是如果在設(shè)計換熱器之前沒有進(jìn)行強(qiáng)度計算，那么，在換熱器樣件生產(chǎn)出來后，應(yīng)對需要進(jìn)行強(qiáng)度驗算的部件內(nèi)部通以5倍于設(shè)計壓力的壓縮空氣進(jìn)行強(qiáng)度的試驗，如果部件沒有產(chǎn)生任何的變形或撕裂等影響產(chǎn)品使用的破壞現(xiàn)象，就證明其強(qiáng)度試驗符合設(shè)計的要求。

二是在設(shè)計換熱器的初級階段就進(jìn)行換熱器的強(qiáng)度計算的時候，如果所選換熱器的材料的最小屈服強(qiáng)度σ0.2和最小抗拉強(qiáng)度σb的比值小于0.626時，那么就按照以下的方法進(jìn)行強(qiáng)度的計算。

設(shè)計壓力：主機(jī)廠規(guī)定的換熱器的正常工作壓力、1.1倍的常用壓力、換熱器的最高工作壓力，取三者之中較大者。

氣密試驗壓力：一般為1.1倍的設(shè)計壓力。

耐壓試驗壓力：對于穩(wěn)定壓力的換熱器，耐壓試驗壓力為1.5倍的設(shè)計壓力，對于可逆式的換熱器，為2倍的設(shè)計壓力。

1.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計壓力及溫度的選定應(yīng)符合國家勞動總局頒布的“壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程”（簡稱監(jiān)規(guī)）及GB/T150的規(guī)定。

在換熱器的強(qiáng)度計算中，設(shè)計需用應(yīng)力為σb/nb或σ0.2/ns，取二者之中的較小者。σb為常溫下的抗拉強(qiáng)度，nb為抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù)，σ0.2為設(shè)計溫度下的屈服強(qiáng)度，ns為屈服強(qiáng)度的安全系數(shù)。當(dāng)設(shè)計溫度低于常溫且在低溫下σb有所提高，應(yīng)取常溫下的σ0.2值。我國監(jiān)規(guī)及GB/T150均規(guī)定了nb不小于3，ns不小于1.6。美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅷ篇第Ⅰ分篇要求nb=4，ns=1.5。德國規(guī)范無nb的要求，但要求ns≥1.5。英國規(guī)范要求nb≥2.35，ns≥1.5。

1.2 翅片強(qiáng)度

在計算翅片強(qiáng)度的時候，我們做以下假設(shè)，即翅片承擔(dān)了隔板法線方向的總壓力，而這些壓力是由于換熱器芯體內(nèi)部流通的介質(zhì)作用于上下兩隔板而產(chǎn)生的垂直與隔板表面的壓力。

（1）翅片強(qiáng)度σ=（PX）/（δφ），式中：σ—翅片的拉伸應(yīng)力；P—設(shè)計壓力，（Pa）；δ—翅片厚度，（mm）；pf—翅片節(jié)距，（mm）；X=pf-δ即翅片間距，（mm）；φ—削弱系數(shù)。

若翅片為鋸齒形翅片或者平直翅片，φ=1，若翅片為多孔翅片，φ=（c-d）/c，其中，c為沿流動方向的孔間距，d為孔徑。當(dāng)已知開孔率R時，

（2）翅片厚度δ=（PX）/（[σb]φ）+C，式中：δ—翅片厚度；[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—附加量，一般取0.05mm。

1.3 隔板強(qiáng)度

（1）隔板強(qiáng)度：兩隔板與其中間的翅片通過高溫釬焊焊接成了一個整體，因此，在計算隔板強(qiáng)度的時候，可以近似的將隔板看成是均勻受壓的連續(xù)梁，而每個翅片則是連續(xù)梁的一個支點(diǎn)。出于保守設(shè)計的考慮，可以將連續(xù)梁進(jìn)一步簡化成一個簡支梁。通過受力分析，則簡支梁的最大彎矩就發(fā)生在簡支梁的中點(diǎn)，其值為（Ppf2）/8，因此最大彎曲應(yīng)力即為σ=（3Ppf2）/（4a2），式中：σ—隔板彎曲應(yīng)力，（Pa）；P—設(shè)計壓力，（Pa）；pf—翅片節(jié)距，（mm）；a—隔板厚度，（mm）。

（2）隔板厚度a，式中[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—腐蝕余量，一般取0.05mm。

1.4 封條的強(qiáng)度

（1）封條的強(qiáng)度：由于封條的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于翅片和隔板的厚度，因此，在換熱器芯體進(jìn)行強(qiáng)度計算的時候，通常是不用計算封條的強(qiáng)度。如果進(jìn)行封條強(qiáng)度的計算，則封條的厚度比封條的寬度大的多的情況下，則可以近似采用下式：σ=（3PH2）/（4WS2）式中：σ—封條彎曲應(yīng)力，（Pa）；P—設(shè)計壓力，（Pa）；H—封條高度，（mm）；WS—封條最小寬度，（mm）。

（2）封條的寬度，式中：[σb]-材料的許用應(yīng)力，（Pa）；C—腐蝕余量，一般取0.5mm。

2 計算舉例

目前我們行業(yè)在板翅式換熱器上使用的材料都普遍是翅片材料選用0.2mm的鋁箔，隔板選用的時0.8mm的雙金屬板，端蓋選用現(xiàn)有的型材，因此，我們就沒有必要對換熱器的各零部件的材料厚度進(jìn)行設(shè)計計算，而是對它的設(shè)計壓力進(jìn)行校核計算。

2.1 翅片

已知：pf=3mm，δ=0.2mm，σb=110MPa，σ0.2=50MPa，nb=4，ns=1.5，φ=1，則σb/nb=27.5MPa，σ0.2/ns=33.3MPa，所以[σb]=27.5MPa，所以：設(shè)計壓力P=（[σb]δφ）/（pf-δ）=1.96MPa

一般，我們換熱器的正常工作壓力都設(shè)計在1.6MPa，而我們設(shè)計的換熱器所能承受的正常工作壓力為1.96MPa，超出我們的設(shè)計壓力，而且還有4倍的安全系數(shù)，因此，我們的換熱器在正常工作下翅片強(qiáng)度是絕對夠用的。

2.2 隔板

已知：pf=3mm，a=0.8mm，[σb]=27.5MPa，所以：P=（4a[[σb]）/（3pf2）=2.6MPa，遠(yuǎn)大于我們設(shè)計正常工作壓力1.6MPa。

2.3 封條

已知：WS=6mm，[σb]=27.5MPa，H=3mm所以：P=（4WS2[σb]）/（3H2）=146MPa，遠(yuǎn)大于我們設(shè)計正常工作壓力1.6MPa。

3 結(jié)語

我們設(shè)計的板翅式換熱器，在進(jìn)行氣密檢驗后（氣密壓力2.0MPa以上），強(qiáng)度上是絕對可以滿足正常的工作要求，因此，如果發(fā)生換熱器損壞現(xiàn)象，就應(yīng)該從工作系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，而不應(yīng)該一味的去增加材料的厚度。

參考文獻(xiàn)

[1] 王松漢.板翅式換熱器[M].化學(xué)工業(yè)出版社，

1984.

[2] 周昆穎.緊湊換熱器[M].中國石化出版社，1998.endprint