熱水集水器設計【畢業(yè)論文+cad圖紙全套】

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　熱水集水器是使用范圍很廣的一種化工生產和換熱站流體循環(huán)設備，其中，在居民采暖系統(tǒng)中的，集水器管理著若干的支路管道，在空調水系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)中的，同樣管理若干的支路管道，分別包括回水支路和供水支路，但其較大多位DN350-DN1500不等，用鋼板制作，屬于專業(yè)類壓力容器[1]。多個容器之間需要安裝壓力調節(jié)閥，且需要有自動旁通管路輔

2、助?？梢娫谏钌a和眾多領域中，熱水集水器都表現出它非同尋常的作用。在合理的結構設計與完善的加工工藝流程下，所制作出的熱水集水器更能保證工業(yè)的安全生產和生活上的舒適便捷。所以熱水集水器的結構設計和加工工藝創(chuàng)新優(yōu)化就尤為重要。</p><p>　　本設計任務主要是根據生產加工要求，設計制作臥式熱水集水器。臥式熱水集水器的優(yōu)點是制作流程簡單，安裝方便，安全系數高。本次熱水集水器的設計主要是在壓力為0.2MPa，介質溫

3、度為80℃，筒體內直徑 Di為500mm，筒體長度L為1500mm的條件下罐體材料的選擇，工藝流程的規(guī)范，封頭形式的確定以及各部位的強度計算和整體應力校核（結構設計中的標準件可以參照國家標準根據設計條件直接選??；非標準件，設計完結構后必須進行相應的應力校核）</p><p>　　在次設計中明確了各種管材的形式及其國家規(guī)定的應用范圍，重點闡述了熱水集水器的設計理念、設計標準。在罐體材料選擇方面，對多種鋼材的性能進行

4、了多角度的對比。選擇出的板材既符合了質量技術要求又節(jié)約了生產成本。</p><p>　　關鍵字： 熱水集水器； 結構設計； 強度計算； 應力校核 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Catchment water heater is using a wide range of chemical indus

5、try production and heat exchange station fluid circulation devices. Among them, in residents of heating system, water collector manages a number of branch pipe and in air conditioning water system and industrial water sy

6、stem, management of the same number of branch pipeline, respectively include a backwater branch and water supply branch, but the large number of DN350-DN1500 ranging, the use made of steel plate, which belongs to the p&l

7、t;/p><p>　　The design task is mainly according to the requirements of production and processing, design and production of horizontal catchment water heater. Advantages of horizontal catchment water heater is ma

8、king process is simple, the installation is convenient, high safety coefficient. The hot water collector design is mainly in the pressure of 0.2MPa, medium temperature of 80 DEG C, the cylinder diameter Di is 500mm, the

9、cylinder length L for the choice of the material of tank under conditions of 1500</p><p>　　Made clear the scope of application of various pipes form and the provisions of the state in the design, focusing on

10、 the catchment water heater design philosophy, design standard. In the tank material selection, the performance of a variety of steel products are multi angle comparison. The selected sheet is in line with the quality an

11、d technical requirements and save the production cost.</p><p>　　Keywords: Hot water collector; Structural design; Strength calculation; Stress check</p><p><b>　　目 錄</b></p>

12、<p><b>　　第一章 綜述 1</b></p><p>　　1.1 熱水集水器概述 1</p><p>　　1.2 熱水集水器及附件設計 1</p><p>　　1.2.1 熱水集水器的進出水口 1</p><p>　　1.2.2 在熱水集水器之前的供水連接管道 1</p>&

13、lt;p>　　1.2.3 熱水集水器的旁通管 2</p><p>　　1.2.4 熱水集水器排氣閥 2</p><p>　　1.3 熱水集水器的種類 2</p><p>　　1.3.1 普通型熱水集水器 2</p><p>　　1.3.2 自動功能型熱水集水器 2</p><p>　　1.4 熱水集水器

14、的設計 3</p><p>　　1.5 系統(tǒng)設計 3</p><p>　　1.5.1 系統(tǒng)設計標準以及平衡閥要求 3</p><p>　　1.5.2 熱水集水器支管溫控器及熱電執(zhí)行器 3</p><p>　　1.6 熱電執(zhí)行器及溫控閥 3</p><p>　　1.7 熱水集水器結構和功能及自動化 4<

15、/p><p>　　1.8 熱水集水器維護 5</p><p>　　1.8.1 熱水集水器材料 5</p><p>　　1.8.2 熱水集水器密封性 5</p><p>　　1.9 熱水集水器標準及技術要求 5</p><p>　　1.9.1 熱水集水器的設計標準和技術要求 5</p><p&g

16、t;　　1.9.2 熱水集水器的技術要求及實物圖 6</p><p>　　第二章 管材介紹 7</p><p>　　2.1 管道的介紹 7</p><p>　　2.1.1 管道的材質和分類 7</p><p>　　2.2 管件的種類及連接方式 7</p><p>　　2.2.1 金屬管道的連接 7</

17、p><p>　　2.2.2 非金屬管道的連接 8</p><p>　　2.3 管道附件及施工前準備 8</p><p>　　2.3.1 管道附件分為配水附件和控制附件 8</p><p>　　2.3.2 管道施工前的準備 8</p><p>　　2.4 管道的分類與分級 9</p><p>

18、;　　2.4.1 管道分類 9</p><p>　　2.4.2 管道的分級10</p><p>　　第三章 制造材料介紹11</p><p>　　3.1 Q345R的介紹11</p><p>　　3.2 16Mn的介紹11</p><p>　　3.3 Q235的介紹12</p><p&g

19、t;　　3.4 20號鋼的介紹13</p><p>　　3.5 20G無縫鋼管的介紹14</p><p>　　3.6 高壓鍋爐鋼管介紹14</p><p>　　3.7 沖擊功試驗及效果14</p><p>　　第四章 具體強度計算與應力校核16</p><p>　　4.1 計算條件16</p>

20、<p>　　4.2 內壓圓筒校核17</p><p>　　4.3 左右封頭、筒體、平蓋厚度計算18</p><p>　　4.5 臥式容器(雙鞍座)19</p><p>　　4.6支座反力計算與筒體彎矩計算20</p><p>　　4.7筒體的軸向應力計算21</p><p>　　4.8鞍座處圓筒周

21、向應力與鞍座應力計算22</p><p>　　4.9 開孔補強計算23</p><p>　　4.9.1 N4開孔補強計算23</p><p>　　4.12.2 N5開孔補強計算24</p><p>　　4.12.2 N1、N2、N3、N6開孔補強計算25</p><p><b>　　第五章 總結2

22、6</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　第一章 綜述</b></p><p>　　1.1 熱水集水器概述</p><p>　　熱水集水器是用于

23、連接各路加熱管供回水的配水和匯水裝置。</p><p>　　一般熱水集水器主要由殼體和固定支座兩個部分組成[4]。其作用是先將熱源熱水分開導入每一路的地面輻射供暖所鋪設的管內，實現分室供暖和調節(jié)溫度的目的。集水器是將分開散熱后的每一路內的低溫水匯集到一起，再回到回水主管系統(tǒng)的裝置。支架部位起到將熱水集水器固定到墻體或地面的作用。</p><p>　　熱水集水器是由主管、分路調解閥和接頭、排

24、氣閥、泄水閥、主管終端堵頭幾個部件組成[5]。所用材料常見有：銅、銅鍍鎳、不銹鋼、聚丙烯（PP-R）、合金鋁（防腐處理）。支架常見材料為鋼，表面需防腐處理，一般為噴塑或鍍鋅。</p><p>　　1.2 熱水集水器及附件設計</p><p>　　1.2.1 熱水集水器的進出水口</p><p>　　每個環(huán)路加熱管的進出水口應分別與熱水集水器出水管連接。熱水集水器主體

25、內徑不應小于總供、回水管內徑，且熱水集水器最大斷面流速不宜大于0.8m/s。每個集水管和分水管分支環(huán)路不宜多于8路。環(huán)路過多將可能導致熱水集水器的管道過于密集，不利于安裝。每個分支環(huán)路供回水管上均應設置銅制球閥等可關斷閥門。</p><p>　　1.2.2 在熱水集水器之前的供水連接管道</p><p>　　在熱水集水器之前的供水連接管道上，順水流方向應安裝閥門、過濾器及泄水管。在熱水集水

26、器之前設置兩個閥門，主要是供清洗過濾器和更換或維修熱計量裝置時關閉用；設過濾器是為了防止雜質堵塞流量計和加熱管。熱計量裝置前的閥門和過濾器，也可采用過濾球閥（過濾器和球閥組合為一體）替代。在集水器之后的回水連接管上，應安裝泄水管，并加裝平衡閥或其他可關斷調解閥[6]。系統(tǒng)配件應采用耐腐蝕材料。安裝泄水裝置，用于驗收前及以后維修時沖刷管道和泄水用，最好泄水裝置就近有排水裝置，對有熱計量要求的系統(tǒng)應設置熱計量裝置。</p>&

27、lt;p>　　1.2.3 熱水集水器的旁通管</p><p>　　在熱水集水器的總進水管與集水器的總出水管之間，應設置旁通管，旁通管上設置閥門。旁通管的連接位置應在總進水管的始端（閥門之前）和總出水管的末端（閥門之后）之間，保證對供暖管路系統(tǒng)沖洗時水不流進加熱管。</p><p>　　1.2.4 熱水集水器排氣閥</p><p>　　熱水集水器上均應設置手動或

28、自動排氣閥。盡量安裝自動放氣閥，以便在以后的使用過程中，給生產生活帶來方便，避免了冷熱壓差以及補水等因素造成的集氣，而使系統(tǒng)運行受阻。</p><p>　　1.3 熱水集水器的種類</p><p>　　1.3.1 普通型熱水集水器</p><p>　　普通型熱水集水器的結構比較簡單，在加熱管與熱水集水器的接口處分路設置調節(jié)性能好的閥門，通過手動調節(jié)來控制支管溫度。特

29、點是安裝調試容易，可以外露安裝[7]。熱水集水器的總體特點是結構簡單，性能穩(wěn)定，安裝方便，易于維修。內嵌于墻面內，更加強了對熱水集水器的保護作用，節(jié)約空間。</p><p>　　1.3.2 自動功能型熱水集水器</p><p>　　熱水集水器結構復雜，在支管與熱水集水器的結合處，分路設置遠傳型自力式和電動式恒溫控制閥，通過支路的溫控器控制相應的回路上的閥門開閉，使支管溫度自動保持恒定。設置

30、于集水器中的各分路流量調節(jié)閥，可以調節(jié)各支管內的熱量供應與流量平衡[8]。這種熱水集水器制造和安裝復雜，價格昂貴，對熱水水質要求較高，但其安裝調試到位后的穩(wěn)定性是其他熱水集水器所無法比擬的，能夠完全實現各個支路自動控溫的目的。人性化溫度自動控制的同時帶來了合理的節(jié)能效果，隨著人們生活水平的不斷提高，此類熱水集水器會得到越來越廣泛的應用。</p><p>　　1.4 熱水集水器的設計</p><

31、p>　　熱水集水器設計應以熱量匹配為基礎，以分室控制為目的，最終使每個支管的溫度保證及調節(jié)[9]。</p><p>　　對不同的熱水集水器，計算其阻力損失最大的環(huán)路的壓力損失，以此來作為本組合熱水集水器動態(tài)壓差式平衡閥的設定值，并根據熱水集水器樣本，計算出每個環(huán)路的流量調節(jié)閥的設定值。熱水集水器實現分線布置環(huán)路的關鍵是熱水集水器的每支路必須有流量調節(jié)閥，并能迅速、準確的調節(jié)。</p><

32、p><b>　　1.5 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　1.5.1 系統(tǒng)設計標準以及平衡閥要求</p><p>　　由于環(huán)路的自動啟閉，系統(tǒng)流量變化，系統(tǒng)應按變流量系統(tǒng)設計。熱水集水器前應設置動態(tài)差壓式平衡閥，以保證在系統(tǒng)參數變化或各支路啟閉的情況下，其他支路均工作在設計壓差下。除去一般的水溫緩慢升溫等調試外，最關鍵是熱水集水器的動態(tài)平衡閥及熱水集水器各支

33、路流量調節(jié)閥必須按設計數值整定，才能保證系統(tǒng)的平衡。通過典型支管溫度的反饋來控制安裝于熱水集水器前部閥門的開閉，來控制整套系統(tǒng)的溫度，達到簡單控制。</p><p>　　1.5.2 熱水集水器支管溫控器及熱電執(zhí)行器</p><p>　　通過每個功能性的支管溫控器，分別控制安裝于熱水集水器上的執(zhí)行器，將各環(huán)路水流開啟或關閉，分別控制支管溫度，達到基本控制。熱電執(zhí)行器與支管溫控器與熱水集水器的

34、組合應用實現自動控溫[10]。熱電執(zhí)行器是一種可以通過電信號控制閥門開閉的一種執(zhí)行結構，它安裝于熱水集水器的每個回路上，用于控制每個回路的熱水流量。</p><p>　　1.6 熱電執(zhí)行器及溫控閥</p><p>　　支管溫控器安裝在每個房間內，原則上每個支管溫控器對應一個熱電執(zhí)行器。支管溫控器與熱電執(zhí)行器之間用電纜連接，這樣支管溫控器在感知支管溫度偏離設定溫度時，會啟動熱電執(zhí)行器，逐漸打

35、開或關閉相應的地暖回路，達到控制室溫的目的。整個控制過程是自動的，并且是動態(tài)的，不需要人的干預，而且控制精度高。用戶只需要在支管溫控器上。設定好自己所需的溫度，剩下的都由系統(tǒng)自動完成。一般熱水集水器只需要在熱水集水器的每個回路上外接溫控閥，并配熱電執(zhí)行器，能達到對每個回路的自動溫控。另一種是內置溫控閥芯的熱水集水器，只需要在熱水集水器的內置閥芯上安裝熱電執(zhí)行器即可。當然有些帶手動調節(jié)旋鈕的熱水集水器上可以用熱電執(zhí)行器替代手動調節(jié)旋鈕。組

36、合應用溫控器、熱電執(zhí)行器、熱水集水器，節(jié)能25%左右。</p><p>　　變速型水泵：可以根據系統(tǒng)壓差變化，改變流量，滿足系統(tǒng)負荷。遠傳型溫控閥：安裝在二次水供水端的遠端浸潤式傳感器控制閥門的開度。該感溫頭經過特殊的工藝處理，感受30-50℃的溫度（可調），方便地實現了對用戶環(huán)路水溫的實時控制。根據閥頭上的刻度隨時調整二次水的供水溫度。</p><p>　　1.7 熱水集水器結構和功能及

37、自動化</p><p>　　熱水集水器結構：配有FLMR系列流量計的輸水熱水集水器，822MM系列回水熱水集水器，兩個210系列截流球閥，兩個823MP系列熱水集水器端頭配以238系列排水閥，MVD系列排氣閥和TB系列浸入式溫度計。側出水口接口中心距50mm。</p><p>　　熱水集水器功能：對于整個供暖系統(tǒng)，根據系統(tǒng)運行常態(tài)，對各支管到控制閥之間的流量具有可靠的差異再調節(jié)功能[11]

38、。</p><p>　　熱水集水器自動化：為達到均勻采暖舒適性的要求，每個環(huán)路應當提供正常的熱量供給，因而流量數據的顯示就很重要。新的FLMR熱水集水器能提供一個有效的解決方案，用它可以組裝成出水接口數量任意的分配器。實際操作中，通常在每條供水支路上安裝配有設定裝置的流量表。因此，不需要使用測量儀表，也不需要用解析方法在圖上確定設定位置，只需要進行開或關的操作直到流量計顯示所要求的流量。</p>&

39、lt;p>　　1.8 熱水集水器維護</p><p>　　1.8.1 熱水集水器材料</p><p>　　熱水集水器的主材為銅、不銹鋼或聚丙烯（PP-R），當用于連接PP-R管做加熱管時，銅質熱水集水器必須鍍鎳。熱水集水器的內外表面應光滑，不允許出現任何影響性能的缺陷。銅質熱水集水器主管道為高壓、連續(xù)、精密鑄造型材，與主管的連接件應符合國標HP59-1熱鍛壓銅件的標準[12]。如表面

40、電鍍的連接件色澤應均勻、鍍層牢固，不允許有脫鍍的缺陷。</p><p>　　金屬支路與主管的連接應采用GB7306.1-2000《55°密封管螺紋第一部分：圓柱內螺紋與圓錐外螺紋》或GB7306.2-2000《55°密封管螺紋第二部分：圓錐內螺紋與圓錐外螺紋》連接密封，亦可用厭氧膠密封粘接或釬焊連接。連接部位應牢固、密封、清潔。</p><p>　　1.8.2 熱水集水

41、器密封性</p><p>　　熱水集水器出廠時必須經過打壓試驗，以檢驗其耐壓性，分路連接件與主管間連接的密封可靠性，以及調節(jié)閥的密閉性。保證熱水集水器的質量，是先決條件。熱水集水器作為系統(tǒng)的設備，起著熱水分流的作用，是一個熱量調配樞紐，其質量的優(yōu)劣對整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，使系統(tǒng)達到設計要求至關重要。優(yōu)質智能化熱水集水器能保證了操作簡單，免于維修的優(yōu)點。偽劣熱水集水器會損害系統(tǒng)整體運行，損害系統(tǒng)壓力流量平衡，增加系統(tǒng)運

42、行阻力，無法取得滿意的效果，給化工生產帶來諸多煩惱，甚至因為劣質熱水集水器的跑、冒、滴、漏，給工廠帶來損失。 </p><p>　　1.9 熱水集水器標準及技術要求</p><p>　　1.9.1 熱水集水器的設計標準和技術要求</p><p>　　熱水集水器的設計必須嚴格按照GA 868-2010《熱水集水器和集水器》的標準

43、。</p><p>　　壓力容器有非常大的安全隱患，如果不嚴格按照國家相關行業(yè)標準制作，會給用戶帶來不可彌補的災難。所以需要嚴格根按照GB150—89《鋼制壓力容器》制造、試驗和驗收同時接受中華人民共和國勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。使用電弧焊的方式焊接，采用ER50-6的焊條，要求全焊透。壓力容器設計制作完成后要通過水壓測試、無損探傷等方式的檢測。</p><p>　　

44、1.9.2 熱水集水器的技術要求及實物圖</p><p>　　壓力容器有非常大的安全隱患，如果不嚴格按照國家相關行業(yè)標準制作，會給用戶帶來不可彌補的災難。所以需要嚴格根按照GB150—89《鋼制壓力容器》制造、試驗和驗收同時接受中華人民共和國勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。使用電弧焊的方式焊接，采用ER50-6的焊條，要求全焊透。壓力容器設計制作完成后要通過水壓測試、無損探傷等方式的檢測。<

45、/p><p>　　熱水集水器實物圖如圖1.1和圖1.2。</p><p>　　圖1 接管單邊型熱水集水器</p><p>　　圖2 接管雙邊型熱水集水器</p><p><b>　　第二章 管材介紹</b></p><p><b>　　2.1 管道的介紹</b></p&

46、gt;<p>　　2.1.1 管道的材質和分類</p><p>　　一般管網是由管道、管件、閥門、設備等組成。管道的材質是根據設計圖紙的要求選用，常用的管道材質有金屬管道、非金屬管道和復合管道等[13]。常用的金屬金屬管道管道有鋼管、有色金屬管、鑄鐵管以及不銹鋼管等。鋼管具有強度高，承受壓力大，抗振性能好，質量輕，內外表面光滑，容易加工和安裝等優(yōu)點，但其耐腐蝕性差，對水質有影響，價格較高。鋼管分焊接

47、鋼管和無縫鋼管。焊接鋼管用于輸送低壓水、煤氣、空氣、油和蒸汽等。按其表面是否鍍鋅可分為鍍鋅鋼管和非鍍鋅鋼管。無縫鋼管具有承受高溫和高壓的能力，用于輸送高壓蒸汽、高溫熱水、易燃易爆及高壓流體等介質。銅管質量輕，經久耐用，具有良好的殺菌功能，可以對水體進行凈化。主要用于輸送飲用水、熱水、民用天然氣等。鑄鐵管分為給水鑄鐵管和排水鑄鐵管。給水鑄鐵管具有較高的承壓能力及耐腐蝕性，使用期長，價格較低，質脆，管壁較薄，承口深度較小，施工不方便，但能耐

48、腐蝕，適用于支管生活污水、雨水等管道。</p><p>　　常用的非金屬管道有混凝土類管、塑料管（PVC聚氯乙烯管、UPVC硬聚氯乙烯管、PE聚乙烯管、ABS工程塑料管）等。常用的復合管道有鋁塑復合管和鋼塑復合管。復合管除具有塑料管的優(yōu)點外，還具有耐壓輕度高，耐熱，可撓曲，接口少，施工方便，美觀等優(yōu)點，多用作支管采暖、生活給水系統(tǒng)的戶內管。</p><p>　　2.2 管件的種類及連接方式

49、</p><p>　　管件包括彎頭（90度彎頭和45度彎頭）、三通（異徑三通或等徑三通）、變經管、管接頭、法蘭等[14]。管件的材質必須按施工圖紙的要求與管道相匹配或進行轉換。金屬管道常用的管件按照制作方法分為壓制管件、彎制管件、焊接管件。</p><p>　　2.2.1 金屬管道的連接</p><p>　　鋼管常用的連接方式有焊接、溝槽連接、螺紋連接和法蘭連接。鍍

50、鋅鋼管為了不破壞其管子表面的鍍層宜采用螺紋連接接口，密封常用麻絲、鉛油和聚四氟乙烯密封帶（熟稱生膠帶）作為螺紋連接的密封填料[15]。鑄鐵管道的連接方式有承插連接和法蘭連接。承插連接接口的密封方式有油麻石棉水泥接口、橡膠圈石棉水泥砂漿接口、油麻青鉛接口和自應力水泥砂漿接口做連接密封。</p><p>　　2.2.2 非金屬管道的連接</p><p>　　非金屬管道分為混凝土類管道和塑料管道

51、</p><p>　　混凝土管常采用承插連接，接口主要有承插式接口、抹帶式接口和套環(huán)式接口三種。承插式接口的密封有水泥砂漿及油麻瀝青膠砂等。抹帶式接口最常見的是水泥砂漿抹帶和鉛絲網水泥砂漿抹帶。套環(huán)式接口一般用于較重要的工程，鋼筋混凝土管可用套環(huán)式接口，套環(huán)材料與管材相同，套環(huán)的內徑比管道的外徑大約25~30mm，在接口空隙間打入石棉水泥或油麻石棉水泥也可以用水泥砂漿填塞密封。</p><p&

52、gt;　　塑料管的連接按施工圖紙的技術要求可采用粘接劑粘接、熱熔連接或電熔連接。鋁塑復合管和鋼塑復合管一般采用專用管件擴口連接。</p><p>　　2.3 管道附件及施工前準備</p><p>　　2.3.1 管道附件分為配水附件和控制附件</p><p>　　管道工程中的附件是指在管道及設備上的用以啟閉和調節(jié)分配介質流量壓力的裝置。有配水附件和控制附件兩大類。&

53、lt;/p><p>　　配水附件用以調節(jié)和分配水量，一般指各種冷、熱水龍頭。</p><p>　　控制附件用以啟閉管路、調節(jié)水量和水壓，一般指各種閥門。 常用的閥門有：閘閥、截止閥、止回閥、球閥、旋塞閥、減壓閥、安全閥和疏水閥等。</p><p>　　2.3.2 管道施工前的準備</p><p>　　這里所講述的管道施工前準備主要是指與管道施工預

54、算有關的管道施工前工序，這些工序依據主要是施工圖紙的技術要求和國家現行的各種與管道施工有關的施工驗收規(guī)范。管道施工前的準備工序概括起來有如下幾個方面：</p><p>　　表面清理。例如清理管道表面污垢、除銹處理、脫脂、酸洗、鈍化處理、預膜以及埋地管道的絕熱、防腐處理等。</p><p>　　小規(guī)格管道的彎管制作、套管制作管支吊架的制作等等。焊接管道的坡口加工、溝槽連接的滾槽、開孔等等。對

55、于比較重要的管道，設計圖紙還會要求施工前進行打壓實驗用以保證管道的運行安全。</p><p>　　根據圖紙進行施工預算時應仔細閱讀圖紙的技術要求或施工要求，力求作到不漏項。</p><p>　　地暖主要由燃氣壁掛爐、地暖管、熱水集水器、溫控器等組成，其中，熱水集水器是非常重要的一部分，其使用壽命和產品質量決定了地暖系統(tǒng)的最終使用壽命和使用效果。</p><p>　　

56、2.4 管道的分類與分級</p><p>　　2.4.1 管道分類</p><p>　　管道按照介質的壓力進行分類，如表2.1。</p><p>　　表2.1 介質壓力表</p><p>　　管道在介質壓力的作用下，必須滿足具有足夠的機械強度和密封性能。管網所使用的管道和管道附件以及連接的方式都必須在介質壓力的作用下安全可靠且嚴密不漏。施工

57、單位必須嚴格按照設計圖紙的要求合理施工，不能隨意改變施工圖紙對管道材質的設計要求，同時也不能修改施工圖紙規(guī)定的連接方法和密封材料。</p><p>　　管道按照介質的溫度進行分類，如表2.2。</p><p>　　表2.2 介質溫度表</p><p>　　管道在介質溫度的作用下應該具有穩(wěn)定可靠的耐熱性，對于同時承受介質溫度和壓力的管道應該在耐熱和耐壓兩個方面滿足管

58、網運行的要求。</p><p>　　管道在介質溫度和環(huán)境溫度的相互作用下，將產生熱變形，使管道承受熱應力的作用。所以輸送熱介質的管道應設有溫度補償器，以便減少管道的應力。在安裝工程中常用的采暖管道屬于此類[16]。</p><p>　　為了減少介質在輸送過程中的溫度損失，輸送冷介質（如空調系統(tǒng)的冷媒管道）和熱介質的管道，應按施工圖紙的設計要求進行絕熱保溫施工。</p><

59、;p>　　2.4.2 管道的分級</p><p>　　管道的分級是依據管網輸送介質的最高操作壓力和最高操作溫度兩個參數來決定管道的級別。</p><p>　　管道的分級如表2.3。</p><p>　　表2.3 管道分級表</p><p>　　第三章 制造材料介紹</p><p>　　3.1 Q345R的介紹&

60、lt;/p><p>　　Q345R是鋼材中的一大類為容器中板。牌號表示為：Q345R 16MnG 16MnR。 </p><p>　　在2008年9月1日推行的《GB 713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板》的分類中，16Mng和19Mng、16MnR統(tǒng)稱為Q345R[17]。鍋爐壓力容器常用的Q345R是普通低合金鋼,，交付狀態(tài)分：熱軋或正火，系屬低合金鋼。性能參數與Q345(16Mn)的(1

61、6mm鋼板的屈服強度不小于345Mpa)性能比較相近，抗拉強度在510到640左右，伸長率不小于21個百分點，零度V型沖擊功不小于34J。Q345R在制作生產中參考標準GB713-2008。</p><p>　　Q345R鋼板廣泛應用于屈服強度為265-345MPa級的壓力容器的中，它擁有良好的綜合工藝性能和力學性能[18]。磷、硫含量較差于低合金高強度鋼板Q345(16Mn)鋼，除延伸率、抗拉強度比Q345(1

62、6Mn)鋼效果好外，還要求有較好的沖擊韌性。在我國目前壓力容器專用鋼板中它的用途最為廣泛，其用量也為最大。Q345R的力學性能如表3.1。</p><p>　　表3.1 Q345R的力學性能</p><p>　　3.2 16Mn的介紹</p><p>　　16Mn鋼系屬碳錳鋼，含碳量為0.16個百分點左右，屈服點在343MPa（強度級別為343MPa級）[19]。

63、由于16Mn鋼含有的合金較少，所以其擁有良好的焊接性能，焊接前通常不需要進行板材的預熱。但由于16Mn鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大，所以在外界環(huán)境惡劣的條件下低溫（如北方冬季露天作業(yè)、冷庫正常制冷時修補等）或焊接厚度很大且剛性強度也有所要求，為預防冷裂紋的產生，避免沒有全焊透就需要進行焊前預熱。</p><p>　　具體需要焊前預熱的溫度和條件如下：</p><p>　　當板材厚度小于16mm

64、時，如果環(huán)境溫度低于-10℃則需要預熱到100～150℃，否則不需要預熱。</p><p>　　當板材厚度在16mm與24mm之間時，如果環(huán)境溫度低于-5℃則需要預熱到100～150℃，否則不需要預熱。</p><p>　　當板材厚度在25mm與40mm之間時，如果環(huán)境溫度低于0℃則需要預熱到100～150℃，否則不需要預熱。</p><p>　　當板材厚度大于40

65、mm時，都需要100～150℃的焊前預熱[20]。</p><p>　　16Mn鋼是我國目前應用最為普遍的低合金鋼，16MnR和16Mng鋼可用于設計制造焊接結構。</p><p>　　3.3 Q235的介紹</p><p>　　在壓力容器設計制作中如要求罐體板材厚度在8mm以下時，由于碳鋼優(yōu)于低合金高強度鋼，所以最好優(yōu)先考慮碳鋼板（不適用于多層的容器）[21]。&

66、lt;/p><p>　　在要求結構設計和剛度比較嚴格時，普通碳素鋼優(yōu)先考慮。在對罐體的強度設計要求嚴格時，應根據壓力、介質、溫度等使用限制，依次選用Q235B、Q345R（16MnR）、20R（20g）等鋼板。</p><p>　　Q235應用于壓力容器的設計制作時，還需要考慮板材厚度、外界環(huán)境的溫度和內部壓強對其的影響。</p><p>　　當工作環(huán)境溫度在40℃時，

67、不得用于高強度壓力容器受壓元件的設計制作； </p><p>　　當工作環(huán)境溫度在0℃到40℃（不包含40℃）時，容器設計壓力不得大于1.6MPa。用于容器殼體時，鋼板厚度應小于20mm，不得用于設計制作貯存高毒性或高危害性介質的壓力容器。 </p><p>　　當工作環(huán)境溫度在40℃到400℃（不包含40℃和400℃）時，容器設計壓力不得大于2.5MPa。Q235C：用于容器殼體時，鋼板

68、厚度應小于30mm。</p><p>　　Q235的力學性能： </p><p>　　其抗拉強度在375σb/MPa到500σb/MPa 之間。</p><p>　　其δ5（試棒的標距等于五倍直徑）伸長率如下：</p><p>　　當鋼材厚度或直徑小于16mm時，其伸長率為26 %</p><p>　　當鋼材厚度或直徑

69、在16mm到40mm之間時，其伸長率為25 /%</p><p>　　當鋼材厚度或直徑在40mm到60mm之間時，其伸長率為24 %</p><p>　　當鋼材厚度或直徑在60mm到100mm之間時，其伸長率為23 %</p><p>　　當鋼材厚度或直徑在100mm到150mm之間時，其伸長率為22 %</p><p>　　當鋼材厚度或直徑

70、大于1500mm時，其伸長率為21%</p><p>　　3.4 20號鋼的介紹</p><p>　　20號鋼是低碳優(yōu)質碳素鋼，冷擠壓、脆硬鋼。其擁有較好的焊接性并且剛度低，可塑性和韌性也都很好[22]?？估瓘姸仍?53Mpa和500Mpa之間，伸長率不小于二十四個百分點。又因為其還有含一些微量元素所以更適合用于設計制作鍋爐壓力容容器。但在設計制作與鍋爐相關的壓力容器時還要考慮其的抗拉伸、

71、沖擊和彎曲等物理性能。 </p><p><b>　　20號鋼許用應力：</b></p><p>　　20號鋼在225℃下的許用應力：當厚度在16mm到36mm時許用應力為111MPa到124MPa；當厚度在6mm到16mm時許用應力為117MPa到131MPa。</p><p>　　溫度在100℃到150℃時，其許用應力為130 MPa，20

72、號鋼鍛件的許用應力為108MPa。</p><p>　　20號鋼與15號鋼的區(qū)別：</p><p>　　兩種鋼材都是低碳鋼。從多個方面進行比較，20號鋼含碳量要比15號鋼略高，兩者的金相組織都是鐵素體和珠光體。在表現性能上15號鋼的抗拉伸強度和沖擊韌性都沒有20號鋼的效果略好，在其他方面對比中兩種鋼材表現性能相差不大。兩種鋼材都不需要淬火，熱處理工藝都不是很復雜，一般把毛坯直接進行切削加工

73、或鍛造正火，承擔不是很重要的結構零件或部位，多用于連接處。本地鋼材市場能提到15號鋼，所以多數我們都使用20號鋼來替換使用15號鋼的位置。</p><p>　　3.5 20G無縫鋼管的介紹</p><p>　　20G無縫鋼管是一種內部中空、周邊沒有接縫的長條整體鋼材[23]。多被應用在生產中輸送各種流體。其重量計算方法為：外徑與壁厚的差值乘上0.02466倍的壁厚，其單位為kg/米（每米的

74、重量）。</p><p>　　鋼管的力學性能如下：</p><p>　　20號鋼的屈服點在410σs/mm到550σs/mm之間，斷后伸長率大于245σs%，斷后收縮率大于24ψ/mm，其沖擊功大于39Akv/J。</p><p>　　16Mn鋼的屈服點在490σs/mm到670σs/mm之間，斷后伸長率大于320σs%，斷后收縮率大于21ψ/mm，其沖擊功大于47

75、Akv/J。</p><p>　　Q235鋼的屈服點在235s/mm左右，斷后伸長率大于375σs%到500s%之間，斷后收縮率大于24ψ/mm，其沖擊功大小無處考證。</p><p>　　注：當牌號的壁厚大于15mm~40mm時，屈服點可以降低10Mpa。</p><p>　　3.6 高壓鍋爐鋼管介紹</p><p>　　高壓鍋爐鋼管：主要

76、應用在設計制作高壓或承受超高壓力壓力的蒸汽鍋爐管道中。在工作條件為持續(xù)性或間斷性的高溫、高壓，在高溫煙氣和水蒸汽的作用下為避免管材發(fā)生腐蝕或氧化，就要求鋼管要有較高的持久強度和優(yōu)秀的抗氧化、抗腐蝕能力，并且其組織穩(wěn)定性也必須符合國際標準[24]?？捎?0G、20MnG、25MnG等優(yōu)質碳素結構鋼；15MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12CrMoVG、12Cr3MoVSiTiB、20MoG等合金結構鋼等鋼材設計制

77、作。為保證高壓鍋爐管擁有化學成分和機械性能，還要對其成品進行各種性能試驗。鋼管交貨時進行熱處理狀態(tài)就可以[25]。此外，成品鋼管的顯微組織、脫碳層和晶粒度也需要達到國家和用戶雙重標準（取條件更苛刻的一方）。 </p><p>　　3.7 沖擊功試驗及效果</p><p>　　按GB/T 17505中規(guī)定的方式進行沖擊功試驗</p><p>　　低溫沖擊功性能測試：&

78、lt;/p><p>　　取鋼號為20#和16Mn各兩個在不同溫度下進行縱向低溫沖擊功性能測試，效果如下：</p><p>　　在試驗溫度為20℃時，尺寸為10mm×10mm×55mm的20#鋼試件其沖擊功大于18Akv/J。</p><p>　　在試驗溫度為20℃時，尺寸為5mm×10mm×55mm的20#鋼試件其沖擊功大于12A

79、kv/J。</p><p>　　在試驗溫度為40℃時，尺寸為10mm×10mm×55mm的16Mn鋼試件其沖擊功大于21Akv/J。</p><p>　　在試驗溫度為40℃時，尺寸為5mm×10mm×55mm的16Mn鋼試件其沖擊功大于14Akv/J。</p><p>　　注：外徑不大于57mm且壁厚大于14mm時，應該使用標

80、準尺寸式樣來進行沖擊試驗，外徑大于49mm，且壁厚大于8mm時應該做寬度為5mm的小尺寸的沖擊試樣試驗。</p><p>　　第四章 具體強度計算與應力校核</p><p><b>　　4.1 計算條件</b></p><p>　　表4.1 計算條件</p><p>　　4.2 內壓圓筒校核</p>&l

81、t;p>　　表4-2 內壓圓筒校核</p><p>　　4.3 左右封頭、筒體、平蓋厚度計算</p><p>　　表4-3 左右封頭、筒體、平蓋厚度計算</p><p>　　4.4 臥式容器(雙鞍座)</p><p>　　表4-5 臥式容器（雙鞍座）</p><p>　　4.5 支座反力計算與筒體彎矩計算&

82、lt;/p><p>　　表4-6 支座反力計算與筒體彎矩計算</p><p>　　4.6 筒體的軸向應力計算</p><p>　　表4-7 筒體的軸向應力計算</p><p>　　4.7 鞍座處圓筒周向應力與鞍座應力計算</p><p>　　表4-8 鞍座處圓筒周向應力與鞍座應力計算</p><p

83、>　　4.9 開孔補強計算</p><p>　　4.9.1 N4開孔補強計算</p><p>　　表4-9 N4開孔補強計算</p><p>　　4.12.2 N5開孔補強計算</p><p>　　表4-10 N5開孔補強計算</p><p>　　4.12.2 N1、N2、N3、N6開孔補強計算</p

84、><p>　　表4-11 N1、N2、N3、N6開孔補強計算</p><p><b>　　第五章 總結</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計主要的研究方向為熱水集水器的結構設計與加工工藝的改進與創(chuàng)新。通過使用更人性化的設計理念與選擇合適的鋼材以及運用合理的焊接技術和防腐處理，使得設計出的熱水集水器擁有了更出眾的性能和更高的使用年限。</

85、p><p>　　在本次設計中主要針對以下幾點進行改進與創(chuàng)新：</p><p>　?。?）改進了鋼材之間的焊接方式，使各部位的連接更加緊密，提高其強度。</p><p>　?。?）對罐體的內外表面進行了相應的防腐處理，提高了其使用年限，方便了后期維護工作。</p><p>　?。?）對管材的選擇進行了分析，選擇更加適合生產環(huán)境的管材，使得介質的輸送

86、更加安全可靠。</p><p>　?。?）對罐體鋼材進行對比分析，選出優(yōu)質的鋼材，在保證了耐壓的前提下，大大提高了熱水集水器的安全性。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，開闊了視野，使自己的專業(yè)知識和實踐能力方面有一定的進步。畢業(yè)設計考驗了我，作為一名大學生即將完成學業(yè)，它不僅是在學校的知識的全面總和與綜合應用，也在面對未來發(fā)展方向的社會實踐中為我打造了一個良好的開端。畢業(yè)設計是對所學

87、的理論知識考核，也培養(yǎng)和提高了我獨立分析問題和解決問題的能力。我在校期間的學習時光即將結束，我也很努力的完成這次設計。其次，我的指導教師湯老師也說本次畢業(yè)設計教學是一個教師對教學效果的測試，更是提高教學質量的好機會。</p><p>　　就在我完成了一周的一周的設計任務的時候，畢業(yè)設計也結束了。在我的不斷努力下。在這幾年的恩師的尊尊教誨中，通過這幾年所學知識的總結，真正面對畢業(yè)設計時自己出現的基本想法上的錯誤。畢

88、業(yè)設計不僅是對所學知識的檢驗，也是對自己的一種能力的提高。通過這次畢業(yè)設計使我了解了自己原有的知識太過理論化。我要學的東西太多，總是感覺到什么都懂，眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我了解到，學習是一種長期積累的過程，在今后的工作中，要繼續(xù)學習，努力提高自己的知識和整體素質。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 蔣維軍.化工原理[M].

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97、;<b>　　致謝</b></p><p>　　完成畢業(yè)設計的過程使我學到了很多、很多……這些寶貴的財富得益于學校布置的任務，以及委派的指導教師。所以感謝校領導給了我這樣一段珍貴而難忘的記憶。</p><p>　　我在剛看到畢業(yè)設計的內容時，真是一頭霧水，完全不知如何下手，甚至懷疑自己是否從事過本專業(yè)的學習，一直到完成了的現在，都感覺像在做夢，可能由于自身水平和要求時

98、間的限制，所以一直都在趕夜車，也就不知自己是否醒著。如果不是金老師和林老師優(yōu)于常人的耐心、不厭其煩、不畏艱難的幫助、指引我，恐怕我就不能完成這項艱巨的任務。 </p><p>　　通過畢業(yè)設計的全過程，不僅知識方面有了進步，也加深了同學間的友誼。因為我們互相幫助，共同協(xié)作，取長補短，順利完成了畢業(yè)設計。</p><p>　　最后，感謝我的組員們守望相助，感謝老師們誨人不倦，愿我輩自強不息