亲，请参考下列符号说明
Ａｔ———管板布管区未开孔前面积,ｍｍ2对于单管程换热器:三角形排列:
Ａｔ=(3/2)ｎｐ2+πＲ正方形排列Ａｔ=ｎｐ2+πＲ2ｉ
Ａｌ———管板布管区壳程压力作用面积,ｍｍ2
Ａｔ=Ａｔ-ｎπｄ2/4
Ｃ1～Ｃ4、Ｃｖ、Ｃｏ———系数
Ｄｓｉ———中心管壳体抗弯刚度,Ｎ·ｍｍ
Ｄｓｉ=ＥｉＳ3ｉ12(1-ｖ2ｉ)
Ｋｅｉ(ｘ)、Ｋｅｒ(ｘ)———以ｘ为自变量的凯尔文函数
ｋｓｉ———中心管常数,
ｋｓｉ=43(1-ｖ2ｉ)/ＲｉＳｉＭｉ———中心管与管板布管区连接处的边缘弯矩,Ｎ·ｍｍ/ｍｍ
Ｒｉ、Ｒｔ———管板开孔区内、外半径,ｍｍ
Ｓ、Ｓｉ、Ｓｔ———壳体壁厚、中心管壁厚、换热管壁厚,ｍｍ
Ｓｍ(ｉ)———中心管材料在设计温度下的许用应力强度,ＭＰａ
ｔ———管板厚度,ｍｍ
ｕ′———与法兰连接处周边环板的径向位移,ｍｍ
ｕ″———管板开孔区外缘的径向位移,ｍｍ
ｕｆ′、ｕｆ″———壳体法兰、封头法兰截面形心处径向位移,ｍｍ
ｕｈ、ｕｓ———封头与法兰、壳体与法兰连接处径向位移,ｍｍ
ｕｉ———与中心管连接处管板开孔区径向位移,ｍｍ
ｕｓｉ———与管板开孔区连接处内接管径向位移,ｍｍ
Ｖｉ———管板布管区与中心管连接处边缘剪力,Ｎ/ｍｍ
ｗ———管板弯曲挠度,其值为换热管伸长量(换热管的热膨胀伸长量与换热管横截面在压力作用下由于波松效应所引起的轴向
位移未计入),ｍｍ
ｗＲ———周边环板外缘处轴向位移,ｍｍ
ｗｓ———壳体与膨胀节的轴向伸长,ｍｍ
ｗｉ、ｗｔ———管板开孔区内、外边缘处的弯曲挠度,ｍｍ
ｗｓｉ———中心管轴向伸长(内接管的热膨胀伸长量未计入),ｍｍ
αｉ———中心管材料的线膨胀系数,(℃)-1θｔ、
θｉ、θ0———换热管壁温、中心管壁温、换热器装配温度,℃
υｉ———中心管材料波松系数
υ′———管板开孔后受拉(压)时的等效波松系数
ρｉ———系数
ρｉ=Ｒｉ/Ｒ[σ]ｔｉ———中心管材料在设计温度下的许用应力按ＧＢ150选取,ＭＰａ
φｆ′、φｆ″———壳体法兰、封头法兰偏转角,ｒａｄ
φｈ、φｓ、φｓｉ———封头端部、壳体端部、中心管端部偏转角,ｒａｄ
φｉ、φｔ、φＲ———管板开孔区内、外侧、周边环板外侧偏转角,ｒａｄ其余符号说明见文献[12]附录Ｉ2
1 引言
管板作为管壳式换热器的关键部件之一,其合理设计对于安全生产、节省材料、减少加工制造困难,具有重要意义。由工况的多样性带来管壳式换热器结构的复杂化,例如换热器中央出现一个连接两块管板,尺寸远大于其余换热管的中心管。现有的各国规范都未给出这种特殊结构的换热器管板的设计方法,在前人关于管板设计理论研究基础上,本文对此类中心开孔的管板建立合理的力学模型,进行强度分析。
2 力学模型与分析方法
固定式换热器管板的应力分析早期由Ｇａｒｄ ｎｅｒ[1、2]、Ｍｉｌｌｅｒ[3]、Ｇａｌｌｅｔｌｙ[4]等人研究过,并成为现行各国国家标准的基础。在我国,早在20世纪70年代黄克智、薛明德等[5]就对管壳式换热器管板设计方法进行了大量研究,建立了一套合理的力学模型与计算方法[5～7],并被我国压力容器设计规范[8～12]所采用。该方法的理论依据为:把换热器作为由带管束的管板(简化为弹性基础上的当量圆板)、壳体(圆柱壳)、管箱(圆柱壳或椭球壳)、法兰(圆环)、螺栓、垫片(受拉压的一维弹性元件)等元件构成的弹性体系进行力学分析,考虑各元件对管板的实际作用及各种实际工况下的载荷。本文仍以我国的管板分析设计理论为基础,即遵循原有的基本假设,但在原有力学模型中加入了中心管,并将原有模型中不带中心孔的弹性基础圆板改为弹性基础上的圆环形板,