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1、 設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題　　目 F280U型管式柴油冷卻器 學(xué)生姓名 班級(jí)學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 1 選題的目的與意義 1.1 研究目的： (1)F280 U型管式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生一次比較完整的機(jī)械設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，對(duì)于即將要從事的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)有一個(gè)良好的工作作風(fēng)和設(shè)計(jì)思想。 (2)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓大學(xué)所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械CAD、工程機(jī)械構(gòu)造工程機(jī)械機(jī)電液一體化，工程機(jī)械設(shè)計(jì)等理論知識(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)中得到綜合利用，更加加深了我們對(duì)于這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知和理解。使得理論知識(shí)和實(shí)際生

2、活緊密的結(jié)合起來(lái)。 (3)若要合格的完成這次設(shè)計(jì)，則需認(rèn)真的分析所涉及的知識(shí)面。這需要學(xué)生有一顆積極的心，學(xué)會(huì)主動(dòng)地去通過(guò)去圖書(shū)館、網(wǎng)上查閱等各種途徑來(lái)尋找資料，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生自覺(jué)學(xué)習(xí)的方式、主動(dòng)學(xué)習(xí)的態(tài)度。 (4)通過(guò)設(shè)計(jì)，熟練的使用找到的參考資料、手冊(cè)和圖冊(cè)，主動(dòng)去獲得的最新信息與權(quán)威資料，了解機(jī)械方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從而培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)械整體設(shè)計(jì)所必備的基本技能。 1.2 研究意義： 換熱器是廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、石油化工、動(dòng)力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工、食品、工程機(jī)械等行業(yè)的一種通用設(shè)備，約占工藝設(shè)備總量的20％～70％。按其傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)可分為

3、管型、板型和其他形式換熱器。目前常用的換熱器種類(lèi)有浮頭式、固定管板式和U形管式，其中以浮頭式換熱器居多。固定管板式換熱器由于自身結(jié)構(gòu)，應(yīng)用的場(chǎng)合有限；浮頭式換熱器零部件多，易拆卸和清理，但檢修的工作量大，容易內(nèi)漏；而U型管式換熱器的管板比固定管板式換熱器少，其泄漏點(diǎn)就相應(yīng)減少。此外,U型管式換熱器的殼程水壓試驗(yàn)后烘干也比較容易，而且它的適用場(chǎng)合廣、檢修簡(jiǎn)單、操作彈性好。如果換熱器的換熱面積小、殼程與管程的溫差較大或殼程介質(zhì)很容易臟、管束表面需要經(jīng)常清理地，一般都采用U型管式換熱器。U型管式換熱器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式

4、和固定管板式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，其基本的要求是：第一，熱量能有效的從一種流體傳遞的另外的一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。在一定的熱負(fù)荷下，也即每小時(shí)要求傳遞的熱量一定時(shí)，傳熱效率（通常用傳熱系數(shù)表示）越高，需要的傳熱面積越小，當(dāng)然這是在相同的溫差作比較。第二，換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，嚴(yán)密不漏。清洗檢修方便，流體阻力小。第三，要求價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長(zhǎng)。換熱器作為節(jié)能設(shè)備之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起到非常重要的作用。同時(shí)，“節(jié)能”已經(jīng)是國(guó)家的政策要求，是企業(yè)生存和發(fā)展的重要影響因素。

5、 2 國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 換熱器從出現(xiàn)到將近一百年，通過(guò)人們的不斷實(shí)踐，發(fā)展成為很多種類(lèi)。但是傳統(tǒng)的設(shè)備都是比較復(fù)雜、笨重。如今正在往輕型化的趨勢(shì)發(fā)展，這種趨勢(shì)不僅能為國(guó)家節(jié)省鋼鐵資源，還能帶來(lái)一系列多米諾骨牌效應(yīng)一樣的經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的需求水平大幅上漲，未來(lái)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)，要求性價(jià)比提高；對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化的需求趨勢(shì)強(qiáng)烈，逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用。國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的良好機(jī)遇，以及進(jìn)口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國(guó)換熱器行

6、業(yè)良好的發(fā)展前景。同時(shí)，行業(yè)發(fā)展必須要注重對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)和高端產(chǎn)品的研發(fā)。 2.1 國(guó)內(nèi)情況 管式換熱器是一種高效傳熱的新型換熱器，在20世紀(jì)60年代首先被引用于宇航技術(shù)中，70年代國(guó)外在電子、機(jī)械、石油、化工等方面有了廣泛的應(yīng)用。熱管換熱器主要由箱體、管板、熱管原件組成，其中熱管是其關(guān)鍵元件。熱管是一種充填了適量工作介質(zhì)的真空密封容器，當(dāng)熱量傳入熱管的蒸發(fā)段時(shí)，工作介質(zhì)吸熱蒸發(fā)流向冷凝段，在那里蒸汽被冷卻，釋放出汽化潛熱，冷凝變成液體，然后在多孔吸熱芯的毛細(xì)力或重力的作用下返回蒸發(fā)段，如此反復(fù)循環(huán)，通過(guò)工質(zhì)的相變和傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳遞。熱管換熱器的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

7、簡(jiǎn)單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下制造熱管換熱器的金屬耗量少于其它類(lèi)型的換熱器。經(jīng)過(guò)20多年的努力，我國(guó)先后開(kāi)發(fā)成功了氣-氣熱管換熱器、熱管蒸汽發(fā)生器（廢熱鍋爐）、高溫?zé)峁埽ㄒ簯B(tài)堿金屬熱管）。并在冶金、石油、化工、動(dòng)力、陶瓷以及水泥等行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用取得了可喜的成果。當(dāng)前熱管技術(shù)已趨于成熟，應(yīng)用面逐步擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)進(jìn)行熱管換熱器研制和推廣應(yīng)用的典型廠家（單位）有：南京化工大學(xué)、撫順石油學(xué)院、化工部化機(jī)械研究院、撫順石油二廠、上海711研究所、航天部501等。盡管我國(guó)在部分重要換熱器產(chǎn)品領(lǐng)域獲得了突破，但我國(guó)換熱器技術(shù)基礎(chǔ)研究仍然薄弱。與國(guó)外先進(jìn)水平相比較，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)最大的技術(shù)差距在于換熱器

8、產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，尤其是缺乏介質(zhì)物性數(shù)據(jù)，對(duì)于流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流動(dòng)狀態(tài)等工作研究原理不足。在換熱器制造上，我國(guó)目前還以仿制為主，雖然在整體制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片壓制方面與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上，我國(guó)換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)較為滯后。目前，我國(guó)管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)的最大產(chǎn)品直徑還僅停留在2.5米，而隨著石油化工領(lǐng)域的大型化要求，目前對(duì)管殼式換熱器直徑已經(jīng)達(dá)到4.5米甚至5米，超出了我國(guó)換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍，使得我國(guó)換熱器設(shè)計(jì)企業(yè)不得不按照美國(guó)TEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。更為嚴(yán)重的是，我國(guó)在大型專(zhuān)業(yè)化換熱器設(shè)計(jì)軟件方面嚴(yán)重滯后。目前我國(guó)在換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中還不能實(shí)現(xiàn)虛擬制造、仿

9、真制造，缺乏自主意識(shí)。 2.2 國(guó)外情況 二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。二十世紀(jì)30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。二十世紀(jì)30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。二十世紀(jì)60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，

10、從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。自二十世紀(jì)60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到進(jìn)一步發(fā)展。二十年代70年代中期，非接觸式換熱器一直是管殼式（列管式）換熱器一國(guó)獨(dú)大的局面。然而近幾十年以來(lái)，這種平衡有所改變。這種改變是由于各種板式類(lèi)換熱器的逐步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用所帶來(lái)的。板式類(lèi)換熱器能夠能夠被深入研究和開(kāi)發(fā)，固然是有其歷史必然的?；仡檽Q熱器發(fā)展歷程，雖然板式換熱設(shè)備的充分開(kāi)發(fā)只是近些年的事情，但是其理論和技術(shù)的出現(xiàn)卻早的多。但是人們?cè)谧畛跎釛壛诉@種換熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)占優(yōu)勢(shì)的換熱器形式，而是選擇并大量應(yīng)用了管式換熱器。 2.3 發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)

11、初人們之所以做出這種選擇，原因很簡(jiǎn)單，只是出于強(qiáng)度考慮。板式類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于管殼類(lèi)換熱器，所以不能夠應(yīng)用于高壓或大多的中壓場(chǎng)合，板式類(lèi)換熱器的這個(gè)缺點(diǎn)是由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的，所以在其自身范圍內(nèi)無(wú)法改變和突破，而它就嚴(yán)重地制約了這種高換熱性能換熱器的應(yīng)用和發(fā)展。形成了在最初的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，板式類(lèi)換熱器沒(méi)有受到人們喜愛(ài)的局面，其技術(shù)進(jìn)展自然也相當(dāng)可憐。即便是在其有了長(zhǎng)足發(fā)展和應(yīng)用的今天，任然是由于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的原因--這個(gè)自身無(wú)法逾越的鴻溝，它的應(yīng)用領(lǐng)域也仍舊局限在一定的范圍內(nèi)。 管科類(lèi)換熱器由于始終受到普遍應(yīng)用和重視，其理論研究的深度和設(shè)備改進(jìn)的步伐都是板式類(lèi)換熱器所不

12、能比擬的。在新的節(jié)能及環(huán)保浪潮中，其技術(shù)和發(fā)展速度又有所提高。 3 課題的主要工作 3.1 準(zhǔn)備相關(guān)工作 在互聯(lián)網(wǎng)或者圖書(shū)館等查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，或者去相關(guān)工廠了解柴油冷卻器方面的知識(shí)。明確冷卻的過(guò)程、原理、性能及應(yīng)用。還應(yīng)該了解U型柴油冷卻器在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。掌握基本知識(shí)點(diǎn)，計(jì)算方法等，并安排設(shè)計(jì)進(jìn)度。 3.2 材料選擇及主體、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 各零部件的材料選擇，選擇填料塔的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)，操作條件的選擇和操作方式的選擇。填料塔幾何設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3.3 強(qiáng)度計(jì)算與校核 柴油冷卻器各部件尤其受壓部件（殼體）的應(yīng)力大小檢驗(yàn)其強(qiáng)度是否在允許范圍內(nèi)，按照

13、國(guó)家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算或者核算。 3.4 加工工藝，裝配程序，安全防腐 選擇加工工藝，及編寫(xiě)裝配程序，考慮安全性能及采取防腐措施。 3.5 繪制裝配圖及零部件圖 利用AutoCAD繪圖軟件繪制出柴油冷卻器各個(gè)零件圖。 3.6 翻譯外文文獻(xiàn)，編寫(xiě)說(shuō)明書(shū) 將外文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯，并按要求編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。 4 課題的進(jìn)度安排 12月17日～2月24日：尋找與課題相關(guān)的參考書(shū)及文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。 2月25日～3月13日：畢業(yè)實(shí)習(xí)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做好資料準(zhǔn)備。 3月14日～3月21日：查

14、閱文獻(xiàn)資料，確定設(shè)計(jì)方案，開(kāi)始課題設(shè)計(jì)。 3月22日～4月5日：柴油冷卻器材料選擇及總體設(shè)計(jì)，強(qiáng)度計(jì)算并校核。 4月6日～4月20日：選擇加工工藝，裝配過(guò)程，考慮安全防腐等細(xì)節(jié) 。 4月21日～5月4日：依據(jù)設(shè)計(jì)步驟繪制零件圖，裝配圖。 5月5日～5月21日：提交論文初稿，答辯前的準(zhǔn)備，交論文正式稿。 5月22日～5月26日：畢業(yè)答辯。

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