换热器矩形管板的计算
换热器矩形管板的计算
胡建军*
（西安航天华威化工生物工程有限公司）
摘要介绍了换热器矩形管板的几种计算方法。通过比较，为矩形管板的计算提供了一换热器
矩形管板
平盖
压力容器
种简洁、有效的方法，对同类型设备设计计算具有一定的参考价值。关键词中图分类号
TQ 051.5
The Calculation of Rectangular Tube Plate of the Heat Exchanger
Hu Jianjun
Abstract ：Several calculation methods of rectangular tube plate were introduced. The results of the comparision provided a simple ，effective way to calculate the rectangular tube plate and supplied certain valuable references for the same type of equipments.
Key words ：Heat exchanger ；Rectangular tube plate ；Flat cover ；Pressure vessel
0前言
名称
表1
设计压力/MPa工作压力/MPa设计温度/℃工作温度/℃
介质腐蚀余量/mm
程数
主要受压元件材料
空气预热器主要设计参数
管程
壳程
2006年我公司为某化工厂设计、制造了一台
空气预热器，其管程的管板为矩形。目前我国换热器的矩形管板计算方法通常采用GB 151—1998附录D （非圆形截面容器）所推荐的方法。计算时首先假定管板的厚度，然后按规定进行应力校核，直至满足要求为止。此种方法不但繁琐，数值不精确，而且没有考虑管板的开孔削弱和管子的加强作用。当然矩形管板的计算方法很多，其中《西德
2.52.0250214
水蒸气
0.090.0625070~185
空气
1.51Q345R, 20
1.51Q345R
AD 压力容器规范》
得多。
（以下简称《AD 规范》）中关
以下对几种计算方法作一比较。
于换热器的矩形管板计算方法相对来说简单、经济
该空气预热器主要设计参数如表1所示。管程的主要参数：管板外形尺寸1950mm ×
1按《AD 规范》（B5篇6.2.1节）计算《AD 规范》中管板的计算式为
390mm ×50mm ，换热管规格覫25×2.5×3000（翅片外径52mm ），换热管中心距55mm ，管板孔直
径25.25mm 。
*胡建军，男，1975年7月生，助理工程师。西安市，710100
。
式中
10Kv
——参数，取C =0.45；C —
——矩形管板的计算系数；C E —
s =C C E f
姨
（1）
——管板的计算厚度，mm ；s —
——矩形管板的短边，mm ；f —
31
GB 150—1998第4章），MPa ；
——焊接接头系数，取φ=1；φ—
——非圆形平盖的形状系数，Z —
——设计压力，bar （1bar=105Pa ）；P —
——矩形管板的长边，mm ；e —
——安全系数；S —
——材料的强度指标，N/mm2；K —
——开孔削弱系数或横向收缩系数，v —
Z =3.4-2.4a ，且Z ≤2.5。
经计算，Z =3.4-2.4a =3.4-2.4×390=2.92，
取Z =2.5。
v =55-25.25=0.541；
55
K ———设计温度下材料的许用应力，S
=138N/mm2。S
矩形管板的几何尺寸如图1所示。
δp =a
姨
=390×δp =
姨
=55.1mm
若考虑开孔削弱，则有
55.1=74.9mm 姨3按带底板半圆筒形容器计算
将底板当做边缘支持承受均布载荷的矩形平板加以计算，其截面图如图2所示。计算公式如下：
图1矩形管板的几何尺寸
e 1950
节图2），得C E =1.525。将有关数据代入
式（1），有
由==0.2，查《AD 规范》（B5篇6.2.1
图2带底板半圆筒形容器截面图
s=CC E f
姨
10Kv
[σ]=t 12
2
（3）
=0.45×1.525×390×=48.98mm
姨
式中
——系数，K =（0.4+0.275b ）-1.18t ；K —
1
——矩形管板的短边，mm ；a —
——矩形管板的长边，mm ；b —
——设计压力，MPa ；p —
——底板的厚度，mm ，取t 1=50mm ；t 1—
——半圆筒的壁厚，mm ，取t 2=10mm ；t 2—
——底板材料的许用应力，MPa 。[σ]—
这里已考虑开孔削弱，但是没有考虑管子的支承作用。
2按非圆形平盖（GB 150—1998）计算
GB 150—1998中第7.4.2.2款关于平盖计算厚
度的公式如下：
δp =a
式中
姨
c
（2）
——平盖计算厚度，mm ；δp —
——设计压力，MPa ；p c —
——结构特征系数（查表7-7）；K —
——矩形管板的短边，mm ；a —
——矩形管板的长边，mm ；b —
——设计温度下材料的许用应力（按照[σ]t —
×390=234.08MPa>1.5[σ]t
[σ]=Kpa =1.539×2.5t 12
1.5[σ]t =1.5×138=207MPa
2
2
所以t 1=50mm 不合格。试取t 1=55mm ，有
K =（0.4+0.275b ）-1.18t =1.56
a t 1
22Kpa 1.56×2.5×390[σ]===196.1MPa ＜1.5[σ]t
2t 12
(下转第37页)
3.3
叶轮出口宽度b 2
37
（2）一次冲压成形，叶片之间的相对位置及叶
b 2=K b 2
姨
3
片的角度精确，叶片及其一体的后盖板表面光滑平整。由于叶轮整体加工制造的精度较高，泵运行过程平稳无噪声，从而保证了泵整体具有较佳的工作性能。
（3）叶片与后盖板为一体的形式，不会产生因叶片与后盖板之间焊接不牢或长期使用而产生泄漏，保证了泵具有稳定的工作状态。
5
K b 2=（0.64～0.7）×（n ）5
=0.7×（42.8）=0.35
式中
——系数。K b 2—取K b 2=0.4，则
b 2=K b 2
3.4
姨
3
=0.43姨
=2.32mm
5应用前景
冲压焊接离心泵的设计开发主要考虑了其在食
叶片数z
对于低比转数离心式叶轮，有
品、医药、居民供水、轻工、化工、建筑等领域的应用。许多场合需要一些小流量高扬程的给水增压装置，而铸造式蜗壳中小型水泵一般很难达到要求，关键是其相对能耗较大，效率较低。现今国家极力提倡节能装置，故极力推出冲压焊接离心泵。该设备结构简单，所占体积很小，设备噪音低，现已广泛应用于轻工业领域的输送与循环系统、采暖系统、供水增压系统、空调系统、制冷系统以及水处理行业，应用前景极其广阔。
参考文献
[1]
泵行业现状及发展趋势[J].通用机械，2005（1）：11. 刘元义，蔡保元，霍春源. 不锈钢冲压焊接多级泵研究发展现状及应用前景[J].淄博学院学报，2002（4）. 刘冬青. 浅谈不锈钢冲压泵的开发[J].机电工程技术，
z =6.5R +R sin β+βR 2-R 12
式中
——进口角；β1———出口角；β2—
——叶片进口直径。D 1—
可选取β1=30°，β2=30°。又取
D 1=0.9D i =0.9×36.4=32.8mm
则z =6.5×92.8+32.8sin 30°+30°=6.8
92.8-32.82通常采用的叶片数z =5~7，在此选择z =6。
4冲压焊接离心泵的加工
（1）采用同一模具即可在短时间内加工出大量
[2][3][4]
的叶片，省去了将单片的叶片逐一焊接到后盖板上的繁琐步骤，加工方便、快捷，生产效率高，非常适于大批量生产，大大降低了生产成本。
2004（8）.
关醒凡. 现代泵技术手册[M].北京：宇航出版社，1995.
（收稿日期：2011-04-02）
姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨(上接第31页)
取t 1=55mm 合格。
若考虑开孔削弱，则有
结果比较接近管板的厚度（50mm ）。我公司2006年按此厚度（50mm ）设计、制造的这台空气预热器使用至今仍然完好，这也进一步说明《AD 规范》这种设计方法具有良好的有效性、简洁性和安全性。采用此种方法可以缩短设计时间，节省加工材料。该方法对同类设备设计也有一定的参考价值。
按《AD 规范》计算，管板壁厚s =
[1]
t 1=
4
结论（1）
55=74.8mm 姨参考文献
薛大年，等译. 西德AD 压力容器规范[S].上海：化工部设备设计技术中心站，1981.
48.98mm ；
（2）按非圆形平盖计算，管板壁厚δp =74.9mm ；（3）按带底板半圆筒形容器计算，管板壁厚t 1=74.8mm 。
比较以上三种计算方法，《AD 规范》计算的
[2]GB 151—1999. 管壳式换热器[S].[3]GB 150—1998. 钢制压力容器[S].
[4]丁伯民，黄正林，等. 化工容器[M].北京：化学工业出版
社，2003.
（收稿日期：2011-04-19）