目 录
1 概论 ............................................................................................................. 1 1.1 过程设备设计课程设计的目的和内容 ........................................... 1 1.2 过程设备设计课程设计的步骤 ....................................................... 1 2 管壳式换热器的机械设计 ......................................................................... 2 2.1 概述 ..................................................................................................... 2 2.2 管壳式换热器结构设计及材料选用 ............................................... 4 2.3 管壳式换热器的受力分析和强度计算 ......................................... 10 2.4 管壳式换热器标准及基本参数 ..................................................... 12 2.5 管壳式换热器的机械设计举例 ..................................................... 13 参考资料 ................................................................................................... 15
1 概论
1.1 过程设备设计课程设计的目的和内容
过程设备设计课程设计是具体应用巩固本课程及有关先修课的理论知识和生产知识，熟悉和了解过程设备设计一般方法和步骤，培养学生工程设计能力、分析和解决实际问题能力的一个重要教学环节。
在课程设计中要求学生注意培养积极思考、深入钻研的学习精神，认真负责、踏实细致的工作作风和保质保量按时完成任务的习惯。
(1)综合运用装控专业基础课及先修课程所学到的知识，理论联系实际，进而得到巩固、加深和发展，提高分析实际问题和解决实际问题的能力。
(2)培养学生工程设计能力，通过全面考虑设计内容及过程参与，使学生初步掌握过程设备设计的一般方法和步骤，为今后的工作实践打下基础。
(3)使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国家或行业标准、手册、图册、规范等，完成作为工程技术人员在设计技能方面的基本训练和独立工作能力培养。
过程设备设计包括工艺设计和机械设计两部分。工艺设计是根据生产任务提供的工艺条件（包括工作压力、温度、产量、物料性能等），确定设备的结构形式、接管方位以及设备的主要尺寸等。机械设计是在工艺设计的基础上进行强度、刚度和稳定性设计或校核计算，对设备的内容、外附件进行选型和结构设计计算，最后绘制设备的装配图和零部件施工图。
本课程设计，要求在规定的时间内每人完成一种典型设备的机械设计，完成设备总装配图一张（1号图纸）、零部件图一张（由教师根据情况安排指定）、设计计算说明书一份。
1.2 过程设备设计课程设计的步骤
(1)准备阶段
在准备阶段应认真结合设计任务、要求和内容，熟悉了解有关典型设备的结构、现场参观或读懂几张典型设备图；准备好设计资料、手册和绘图用具。
(2)设计阶段
设计阶段包括选材、零部件设计计算和选用、绘制图样及编制设计计算说明书等，具体可按下面步骤进行：
1）通常先按压力因素来选材 当温度高于200℃或低于—40℃时，温度就是选材
1
的重要因素；当物料具有腐蚀或对污染有特定要求时，还需考虑腐蚀因素。
2）载荷计算 强度，有时还要考虑刚度、稳定性计算或校核，以确定合理的结构尺寸。
3）设计及绘制装配图 装配图是表达设备总体结构关系的图样，也是制造、装配设备及拆绘零部件图的依据。应注意综合考虑，以满足使用寿命、经济合理等要求，并作适当调整后，使零件配置合理，以期得到工作性能好、便于制造、成本低廉的设备。为此，必须先作装配草图设计，包括计算、结构设计、布图、制图等，计算与制图常需交叉进行。
4）提出技术要求 对设备制造、装配、检验和试车等工序提出合理的要求，以文字形式标注在装配图上。
5）编制设计计算说明书 计算说明书主要在于说明计算的正确性，因此只须写出计算公式，代入有关数据，直接写出最后结果和结论(不必写出全部运算和修改过程)；并列出参考资料及文献，重要数据均应注明出处，对关键零部件的选用依据作必要的说明(注明参考资料的统一编排代号及页数、图号、公式等)，有时还需附有与计算有关的必要简图，(如受力分析、弯矩、扭矩及结构图)。
本课程设计要求编写20页左右的计算说明书一份，其内容一般可由如下组成：目录、设计任务书、方案拟定说明、设计参数计算、零部件设计计算、零部件选用说明，此外作为课程设计，还可附设计小结(简要说明作课程设计的体会、设计中的优缺点及改进意见等)。 (3)考核或答辩阶段
课程设计的图样及说明书全部完成后须经指导教师审阅，得到认可后，方能参加考核或答辩。课程设计的成绩要根据图样、说明书和考核答辩所反映出的设计质量和能力，以及设计过程中的学习态度综合评定。
2 管壳式换热器的机械设计
2.1 概述
换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛应用于各个工业部门。由于使用条件不同，它们可以有各种各样的型式和结构，但设计或选型时应满足的基本要求是相同的，即传热效率高，流体阻力小，强度刚度足够，结构性能可靠，材料及制造费用低，安装和检修方便等。
2