第一篇：換熱器畢業設計論文

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第1章

浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產生溫差熱應力，另外浮頭式換熱器的優點還在于拆卸方便，易清洗，在化工工業中應用非常廣泛。本文對浮頭式換熱器進行了整體的設計，按照設計要求，在結構的選取上，即殼側兩程，管側四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數初步選定結構,然后按照設計的要求以及一系列國際標準進行結構設計，設計的前半部分是工藝計算部分，主要設根據設計傳熱系數、壓強校核、殼程壓降、管程壓降的計算；設計的后半部分則是關于結構和強度的設計。主要是根據已經選定的換熱器型式進行設備內各零部件（如殼體、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉桿、進出口管、浮頭箱、浮頭、支座、法蘭、補強圈）的設計。

換熱器是國民經濟和工業生產領域中應用十分廣泛的熱量交換設備。隨著現代新工藝、新技術、新材料的不斷開發和能源問題的日趨嚴重，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰。換熱器的性能對產品質量、能量利用率以及系統運行的經濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發達的工業國家熱回收率已達96%。換熱設備在現代裝置中約占設備總重30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優勢，約70%。其余30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設備。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發展十分迅速。在繼續提高設備熱效率的同時，促進換熱設備的結構緊湊性，產品系列化、標準化和專業化，并朝大型化的方向發展。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。隨著我國工業化和城鎮化進程的加快，以及全球發展中國家經濟的增長，國內市場和出口市場對換熱器的需求量將會保持增長，客觀上為我國換熱器產業的快速發展提供了廣闊的市場空間。從市場需求來看，在國家大力投資的刺激下，我國國民經濟仍將保持較快發展。石油化工、能源電力、環境保護等行業仍然保持穩定增長，大型乙烯項目、大規模的核電站建設、大

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型風力發電場的建設、太陽能光伏發電產業中多晶硅產量的迅速增長、大型環境保護工程的開工建設、海水淡化工程的日益成熟，都將對換熱器產業產生巨大的拉動。

未來散熱器將會朝著更加節能環保和美觀實用的角度不斷創新與發展，短時期鋼制柱式散熱器和銅鋁復合散熱器任將會是市場主流產品與選擇。

換熱器在工業生產和生活的各個領域都得到了廣泛的應用，而且其功作性能的優劣直接影響著整個裝置和系統綜合性能的好壞，因此換熱器的合理設計極其重要，所以一個合理的換熱器應滿足一下的幾點要求：

（1）在給定的工作條件（流體流量、進口溫度等）下，達到要求的傳熱量和流體出口溫度；

（2）流體壓降要小，以減小運行的能量消耗；（3）滿足外形尺寸和重量要求；

（4）安全可靠，滿足最高工作壓力，工作溫度以及防腐、防漏、工作壽命等方面要求；

（5）制造工藝切實可行，選材合理且來源有保證，以減少初投資；

（6）安裝、運輸以及維修方便等。按照設計要求，在結構的選取上，為了增大壓差校正系數，采用了殼側兩程管側四程。

通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數初步選定結構，然后按照設計的要求以及一系列國際標準進行結構設計。在結構設計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質壓力、溫度、流體性質以及拆卸等等。之后對有些部件進行強度校核并進行對其優化設計。

換熱設備是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其他許多工業部門廣泛使用的一種通用設備。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的10%-20%，在煉油廠中，約占總投資的35%-40%。

1.1換熱設備的應用

浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產生溫差熱應力，另外浮頭式換熱器的優點還在于拆卸方便，易清洗，在化工工業中應用非常廣泛。在工業生產中，換熱設備的主要作用是使熱量又溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規定的指標，以滿足工藝過程上的需要。此外，換熱設備也是回收余熱和廢熱，特別是低位熱能的有效裝置。

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圖1-1浮頭式換熱器實物圖

1.2換熱器設備的分類

1.2.1按作用原理分類（1）直接接觸式換熱器

直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器，是利用冷，熱流體直接接觸，彼此混合進行換熱的換熱器。為增加兩流體的接觸面積，以達到充分換熱，在設備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結構。如冷卻塔，冷卻冷凝器等。（2）蓄熱式換熱器

蓄熱式換熱器又稱回熱式換熱器，是借助于固體構成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。在換熱器內首先由熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由流體通過，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。由于兩種流體交替與蓄熱體接觸，因此不可避免地會使兩種流體少量混合。若兩種流體不允許有混合，則不采用蓄熱式換熱器。（3）間壁式換熱器

它又稱表面式換熱器，是利用間壁將進行熱交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁式換熱器是工業生產中應用最為廣泛的換熱器，其形式多樣，如管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。（4）中間載流體式換熱器

它是把兩個間壁式換熱器由在其中循環的載流體連接起來的換熱器。載流體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流

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體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器等。1.2.2按作用方式分類（1）管式換熱器

管式換熱器都是通過管子壁面傳熱的換熱器。按傳熱管的結構形式不同大致可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、纏繞管式換熱器和管殼式換熱器等。蛇管式換熱器一般由金屬或非金屬管子，按需要彎曲成所需的形狀，如圓盤形、螺旋形和長的蛇行等。它是最早出現的一種換熱設備，具有結構簡單和操作方便等優點。按使用狀態不同，蛇管式換熱器又可分為沉浸式蛇管和噴淋式蛇管兩種。套管式換熱器是由兩種不同大小直徑的管子組裝成同心管，兩端用U形彎管將他們連接成排，并根據實際需要，排列組合成傳熱單元，換熱時，一種流體走內管，另一種流體走內外管間的環隙，內管的壁面為傳熱面，一般按逆流方式進行換熱。兩種流體都可以在較高的溫度、壓力、流速下進行換熱。套管式換熱器的優點是結構簡單，工作適應范圍大，傳熱面積增減方便，兩側流體均可提高流速，使傳熱面的兩側都可有較高的傳熱系數；缺點是單位傳熱面的金屬消耗量大，檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處容易造成泄漏。管殼式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱設備。在圓筒形殼體中放置了許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。為了增加流體在管外空間的流速并支撐管子，改善傳熱性能，在筒體內間隔安裝多塊折流板，用拉桿和頂距管將其與管子組裝在一起。換熱器的殼體上和兩側的端蓋上裝有流體的進出口，有時還在其上裝設檢查孔，為了安置測試儀表用的接口管，排液孔和排氣孔等。纏繞管式換熱器是芯筒與外筒之間的空間內將傳熱管按螺旋閑形狀交替纏繞而成，相鄰兩成螺旋狀傳熱管的螺旋方向相反，采用一定形狀的定距管使之保持一定的距離。纏繞狀傳熱管可以采用單根繞制，也可采用兩根或多跟組焊后一起繞制。管內可以通過一種介質，稱通道型纏繞管式換熱器；也可分別通過幾種不同的介質，而每種介質所通過的傳熱管均匯集在各自的管板上，構成多通道型纏繞管式換熱器。纏繞管式換熱器適用于同時處理多種介質等場合。（2）板面式換熱器

板面式換熱器是通過板面進行傳熱的換熱器。板面式換熱器按傳熱板面的結構形式可分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼是換熱器和傘式換熱器。板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優越，由于結構上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態，從而強化了傳熱。板面是換熱器采用板材制

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作，在大規模組織生產時，可降低設備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。

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第2章 浮頭式換熱器熱力計算

浮頭式換熱器熱力計算一般包括：定性溫度和物性參數，初選結構，管程熱力計算及流量計算，殼程換熱計算，傳熱系數，管程壓降，殼程壓降壓強校核。

2.1原始數據

油進口溫度： t1=175℃ 油出口溫度： t1=155℃ 油工作壓力： P1=1.6MPa 水進口溫度： t2'=144℃

“水出口溫度： t2=163℃ '”水工作壓力： P2=2MPa 殼體內徑： DS=700mm 管箱內徑： DN=750mm 換熱管規格：Φ19×3 L=8m 2.2定性溫度和物性參數計算

水的定性溫度： t2???t2??144?163t2??153.5?C 22水的密度： ρ2=913kg/m3 水的比熱： Cp2=4.32kJ/kg℃ 水的導熱系數：k2=0.686W/m℃ 水的粘度： μ2=168.8×10-6 水的柏朗特數：Pr2=1.08 油（柴油）的定性溫度： t1???t1??175?155t1??165?C 22油的密度： ρ1=715 kg/m3 油的比熱： Cp1=2.48 kJ/kg℃ 油的導熱系數：k1=0.133 W/m℃ 油的粘度： μ1=6.4×10-4

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油的普朗特數：

1000Cp1?11000?2.48?6.4?10?4Pr1???11.93k10.133

2.3 初選結構

管排列方式 ：分程隔板兩側正方形，其余三角形 管子外徑： d0=0.019m 管子內徑：

di=d0-（2×3/1000）=0.013m 管長： L=8m 管間距：

s=1.5d0=1.5×0.19=0.0285m 殼體內徑： Ds=0.7m 管束中心排管數：由公式

s(Nc?1)?4d0?Ds

得Nc=22 總管子數：由：

1.1Nt?Nc得 Nt=400

選型：采用雙殼程四管程。

2.4 管程換熱計算及流量計算

試選傳熱系數： k0=240 W/m2℃ 傳熱面積：由

得A0=190.91m2 逆流平均溫差：

A0?Nt ?d0l?tN??t大??t小20?19??19.5?C ?t大20lnln19?t小

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無量綱量參數：

P????t2?163?14419t2???0.612??t2?175?14433t1 ??t1??175?15520t1???1.05???t2?t2163?14419 R?溫差校正系數：按2殼程4管程查得??0.88 有效平均溫差：

?tm????tN?0.88?19.5?17.16?C

設計傳熱量：

Q0?A0?k0??tm?190.91?240?17.16?786244W

換熱效率：取η=0.98 油流量：

G1?水流量：

G2?Q03600?786244??58231kg/h

??t1??)?2.48?20?0.98?1000Cp1(t1Q03600?786244??34484kg/h ???Cp2(t2?t2)4.32?19?1000管程流通截面（4管程）： A2?(Nt?2400?)di?()?0.0132?0.0133m2 4444管程流速：

w2?G234484??0.789m/s

?2a2?3600913?0.0133?3600管程雷諾數：

Re2?管程換熱系數：

?2w2di913?0.789?0.013??55478?2168?10?6

h2?3605(1?0.015t2)?20.8/(100di)0.2?3605?(1?0.015?153.5)?0.7890.8/(100?0.013)0.2 ?2385.4W/m?C

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2.5 殼程換熱計算

折流板的設計：縱向折流板中間分程，橫向安置弓形折流板。弓形折流板弓高：

H?0.20Ds?0.20?0.70?0.14m

折流板間距：

B?DS0.7??0.233m 33殼程流通截面：

a1?d110.019BDs(1?0)??0.23?0.70?(1?)?0.027m22s20.0285

殼程流速：

G1582313600w1?3600??0.0838m/s

?1a1715?0.027殼程量流速

W1??1w1?715?0.838?599kg/m2s

殼程當量直徑：

Ds?Ntd00.702?400?0.0192de???0.046m

Ntd0400?0.019殼程雷諾數：

Ref?W1de22?1?599?0.046?43053

6.4?10?4切去弓形面積所占比例：查得

afaT?0.0145

殼程傳熱因子：查得js?96

??管外壁溫度：tW1假定后再復核，設tW1=160℃

壁溫下的粘度：

?W?11.6?10?4Pa?s1

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粘度修正系數：

?1?(?10.146.40.14)?()?0.92?W11.61

2.6傳熱系數

水側污垢熱阻： r1?17.2?10?5m2℃/W 油側污垢熱阻： r2?52.0?10?5m2℃/W 管壁熱阻：r忽略 總傳熱熱阻：

r???d11d?r1?r20??0h1dih2di10.01910.019?0.000172?0.00052???583.50.0132385.40.013 ?0.00326m2?C/W傳熱系數：

kj?11??306.7 r?0.00326傳熱系數的比值：

kjk0?306.7?1.28 240管外壁熱流密度：

q1?管外壁溫度：

Q0786244=4118W/m2℃ ?Nt?d0l400???0.019?8??q1(tW1?t111?0.000172)=167.2℃ ?r1)?175?4118?(583.5h1誤差校核：

??tW?tW1?tW1=167.2-160=7.2℃

誤差不大，不必再重算。

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2.7管程壓降

壁溫：

tW2?t1?q1(11（?0.00172）=161.3℃ ?r1)?153.5?4188?583.5h1壁溫下水的粘度：?w2?80.3?10?5Pa?S 管程摩擦系數：查得?i?0.02 管子沿程壓降：

Lni?iW22(0.789?913)28?40.02?Pi?()?()?()????141313Pa 2?2di?22?9130.0130.99回彎壓降：

2（0.789?913）W22?4?4?4546.9Pa ?Pr?()?4nt?2?22?913進出口管處質量流速：

222WN2??w進?913?1.2?1314.7kg/ms 出口進出管口處壓降：

1314.72?PN2?()?1.5??1.5?1419.9Pa

2?22?913管程結垢校正系數：根據r2及Φ19?3得 ?d2?1.2 管程壓降：

?P2?(?Pi??Pr)??d2??PN2?(1413.3?4546.9)?1.2?1419.9?23834PaWN2

2.8 殼程壓降

當量直徑：

Ds2?Ntd020.702?400?0.0192?de???0.0427m Ds?Ntd00.702?400?0.019雷諾數：

??Re1

?W1de?1?599?0.427?39965

6.4?10?411

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殼程摩擦系數：查得?0?0.27 管束壓降：

W12Ds(nB?1)?059920.70?（33?1）0.27?P0?()[]?（）?[]?()?41043.3Pa ???1de?12?715de0.92管嘴處質量流量：

2WN1??w進出口?715?1.52?1608.8kg/m2s

進出口管壓降：

1608.82?PN1?[]?1.5??1.5?2714.9Pa

2?12?7152WN2導流板阻力系數：取?ip?5 導流板壓降：

1608.82?Pip?[]??ip??5?9049.8Pa

2?12?7152WN2殼程結垢修正系數：查表取?d0?1.38 殼程壓降：

?P1??P0?d0??Pip??PN1?41043.3?1.38?9049.8?2714.9?68404Pa

2.9 壓強校核

管程工作壓力P2?2.0MPa，查表得[?P2]?2.5MPa 殼程工作壓力P1?1.6MPa，查表得[?P1]?1.8MPa 壓強校核：

?P2?[?P2] 符合要求

?P1?[?P1] 符合要求

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第3章 結構設計

結合熱力計算確定換熱流程、面積、排列方式、殼體、管箱、固定管板、分程隔板、以及其他零部件。

3.1換熱流程設計

采用2殼程4管程的2-4型換熱器。由于換熱器尺寸不大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用。管程分程隔板采用丁字型結構，其主要優點是布管緊密。殼體分程采用縱向隔板。

管程的分程隔板采用丁字型結構如圖3-1所示，其主要優點是布管緊密。

圖3-1丁字形隔板

3.2管子和傳熱面積

換熱管除要求具有足夠的強度外，當采用脹管法固定時，還要求管子有良好的塑性，避免因脹接而產生裂縫。焊接固定時，要求管子可焊性好，一般采用優質碳鋼，以保證管子質量，一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號鋼和20號鋼管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼、鋼、鋁等無縫管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蝕性不大，故可采用碳鋼，現選擇20號鋼的無縫鋼管。

根據設計要求采用?19?3的無縫鋼管。管子總數為400根。其傳熱面積為：

A??d0LNt???0.019?8?400?190.91m2

3.3管子排列方式

管子在管板上的排列方式，應力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結構的要求。基本的排列方式有五種：

等邊三角形：一邊與流向垂直是常用的形式，與正方形排列相比傳熱系數高，可節省15%的管板面積。適用于不生污垢、可用化學清洗污垢和允許壓降較高的工況；

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轉角三角形。三角形的一邊與流向平行，其特點介于等邊三角行和正方形兩種排列之間，不宜用于臥式冷凝器，因下方管子形成的厚度越來越厚的凝膜會使傳熱削弱；

正方形排列最不緊湊，但便于機械清掃，常用于殼程介質易生污的浮頭式換熱器； 同心圓排列，用于小殼徑換熱器時比正三角形排列還緊湊，靠近殼體的地方布管均勻。

對于多管程換熱器常采用組合排列法，每程均屬正三角形排列，而各層面間呈正方形排列，以便于安排分程隔板。

綜合比較以上幾種布管方式，可采用組合排列形式，中間正方形，其余三角形。布管位置如圖3-2示。十字形的走廊是為了裝設分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問題，共有406個管孔，其中6個孔為安裝拉桿用。

圖3-2 管子排列

3.4殼體

殼體材料除要滿足一定的強度外，由于制造過程中經過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的?3R鋼、16?nR鋼等，現選用16?nR鋼。

殼體內徑Ds=700mm 殼體壁厚：

??pDS?c t2[?]??p

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[?]t為殼體工作溫度下的許用應力，已知殼程設計溫度為220℃，則tw<220℃。根據碳鋼板許用應力，查得[?]t=167MPa ?為焊縫系數，取?=0.85 p?1.2p1，p1為工作壓力，等于1.6MPa 壁厚修正：c?2mm 則

1.2?1.6?700?2?6.8mm2?167?0.85?1.2?1.6 ??實取??10mm，之后要用有限元分析軟件ANSYS進行強度校核。

3.5 管箱

3.5.1 封頭

根據壓力容器設計規范采用材質為16MnR的標準橢圓封頭，在滿足強度要求的情況下，其壁厚可用以下公式計算：

??pDS?c t2[?]??0.5p已知管程設計溫度為200℃，則tw<200℃。根據碳鋼板許用應力，表查得[?]t=170 p=1.2p1=1.2×1.6 則

1.2?1.6?750?2?7mm

2?170?0.85?0.5?1.2?1.6??實取??12mm，之后用ANSYS進行強度校核。曲面高度：

h?DD???750?12???190.5mm 444D-封頭的平均直徑 直邊高度h0?25mm 3.5.2壁厚

??pDS1.2?1.6?750?c??2?7.02mm 2[?]t??p2?170?0.85?1.2?1.6實取??12mm，之后要用ANSYS進行強度校核。內徑：D"?750mm 長度：L0?300mm

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3.6 固定管板

外徑：D1?797mm 板厚：b?50mm

管板上開孔數與孔間距與管的排列一致。管板材料選用Q235鋼。

管子與管板的連接必須牢固、不泄漏、不產生大的應力變形，最常見的連接方法為脹接，脹接只能用于工作壓力低與4MPa和溫度低于300℃的場合；對于高溫、高壓、易燃、易爆的運行條件多采用焊接，但采用焊接容易產生熱應力且間隙中流體不流動很容易造成間隙腐蝕，采用脹焊并用的方法可以避免。

由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子的連接采用脹接。換熱管在管板內的脹接長度L=38mm。

3.7 分程隔板

3.7.1 管程分程隔板

管箱的分程在固定端管箱與浮頭端管箱內都要安裝分程隔板，隔板的布置見圖3-1，由于兩端管箱不是很長，卸下清洗時不用拆下來，因此可以將隔板直接焊接在箱體上。管程隔板要考慮密封問題，它們的密封是通過在固定管板和浮動管板插隔板的槽內安放密封填料。為了保證填料能起到密封作用，隔板的長度要按安裝的尺寸進行計算。

3.7.2殼程分程隔板

安裝殼體的分程隔板一方面要考慮到密封問題，另一方面要便于拆卸，因此采用圖3-3所示的裝置來安裝隔板，當轉動偏心桿手柄，偏心桿的凸輪推動與其相接的端頭包有密封填料的板可使兩端夾緊也可使其松開，便于拆卸。對于浮頭式管束要能夠拆卸必須要隔板可以拆卸。因此，此裝置是必須要用的。

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隔板偏心桿密封填料

圖3-3殼體分程隔板

3.8折流板

采用弓形折流板，材料鋼板，由于殼內分程，每程均采用半弓形如圖3-4所示，布置方式采用垂直切口流動方向。

圖3-4折流板

按一個殼程計算（計算過程見熱力學計算）得： 拱高：h?140mm 板間距：B?230mm 板數：nB?33 板厚：?B?6mm

由于考慮到實際安裝時由于第一塊折流板的位置殼體接管位置的影響，在一個殼程內折流板的實際個數應為32個，總的折流板數為64。

3.9 拉桿

材質為鋼。直徑φ12，共6根。拉桿是用來安裝折流板的。每個折流板最好由三個拉桿來定位。其布置位置見圖3-4。

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3.10 進出口管

3.10.1 管程進口管

2按?2wN.9 ?3000取wN2?1.2m/s 則?2w2?913?1.2?11862進出口流通截面積為：

aN2?G234484??0.00807m2

3600??2wN23600?1186.9進出口管內徑為：

DN2?4?aN2?4??0.00807?0.101m

取用?100?4mm的熱扎鋼管。3.10.2 管程進出口管

2按?1wN?2000取wN1?1.5m/s 1則?1wN1?715?1.5?1072.5 進出口流通截面積為：

aN1?G158231??0.01508m2

3600??1wN13600?1072.5進出口管內徑為：

DN2?4?aN1?4??0.01508?0.139m

取用?150?4.5mm的熱軋鋼管。

3.11 浮頭箱

外頭蓋內直徑：

D1?DN?100mm?800mm

外頭蓋同樣采用材質為16MnR的標準橢圓形封頭： 厚度??12mm 曲面高度：

h2?DD1??800?12???203mm 444

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直邊高度h??25mm

3.12 浮頭

如圖3-5所示為浮頭端的裝配圖，包括碟形蓋，鉤圈法蘭和浮動管板，由于浮動管板要與管子脹接后從殼體一端伸到另一端，因此管板的外直徑應小于殼體內徑，其主要尺寸如下：

圖3-5 浮頭結構圖

浮動管板外直徑：D0?690mm 浮動管板厚：b?500mm 浮頭法蘭外徑：

Dfo?DN?80mm?780mm

浮頭法蘭內直徑：

Df1?Df?2?(50?13)?654mm 碟形蓋內半徑：

L?0.75?Df1?0.75?654?409.5mm

厚度：???0取15mm 3.13 補強圈

在實際設計和名義厚度大于12mm時，接管Dg>80mm就必須加開孔補強，當殼體名義厚度小于或等于12mm時，接管Dg>50mm就必須加開孔補強。因此對于Dg=100的管箱接管和Dg=150的殼體接管都必須進行開孔補強。

在補強圈標準中規定了補強圈的尺寸，按標準尺寸Dg =100的接管補強圈外直徑D0=210mm，Dg =150的接管補強圈外直徑D0=300mm。補強圈的厚度可通過等面積補強法進行計算。這里設定補強圈的厚度均為15mm。

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3.14 法蘭

3.14.1法蘭密封面的形式

壓力容器和管道法蘭聯接中，常用的密封面型式有以下三種。

（1）平面型密封面

密封表面是一個突出的光滑平面（又稱突平面）。這種密封面結構簡單，加工方便，便于進行防腐襯里。但螺栓上緊后，墊圈材料容易往兩側伸展，不易壓緊，用于所需壓緊力不高且介質無毒的場合。

（2）凹凸型密封面

它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側有擋臺，墊圈不會擠出來。

（3）榫槽型密封面

密封面是由一個榫和一個槽所組成，在墊圈放在槽內。這種密封面規定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包墊圈，易獲得良好的密封效果。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質。密封面的凸面部分容易破壞，運輸與裝拆時都應注意。

在選取密封面時綜合考慮介質因素和裝拆的因素，殼體法蘭均采用凹凸面型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。3.14.2 殼體法蘭

殼體接管采用平頸對焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時，不能只按標準選取。如圖3-6為殼體與浮頭箱的對接法蘭，DN=800mm的是按標準選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位置來設計其尺寸的，圖3-6凹凸面密封法蘭

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大致尺寸如下: DN=800mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm，h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。

DN=700mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm，H=115mm，h=35mm，δ=46mm，δ1=16，倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。

其它的法蘭裝配尺寸見三維實體圖。3.14.3 接管法蘭

管箱接管采用平頸對焊法蘭，如圖示：

圖3-7接管法蘭

設計尺寸按化工機械標準設計，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 PN=2.5MPa時：

N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法蘭厚度C=24mm螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個

殼體接管：DN=150 PN=1.6MPa時：

N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法蘭厚度C=22mm，螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個

另外，對焊時法蘭要在頸部開坡口。

3.15 支座

臥式設備一般采用兩個鞍座。這是因為基礎水平高度有可能不一致，如果使用多個支座，將會造成支座反力分布不均勻，從而引起設備的局部應力增大，因此采用兩個支座。

采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個

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螺母鎖緊。這樣，可以使設備在溫度變化是自由伸縮。如圖示：

δ4Ⅰ型Ⅱ型

圖3-8 鞍式支座

其主要尺寸為：h=200mm；l1=640mm；b1=150mm；?1 =10mm；?2 =8mm；l3=350mm；b3=120mm； ?3=8mm；弧長830mm；b4=200mm； ?4=6mm；e=36mm；l2=460mm。

支座的安放位置也有一定的標準，一般支座與殼體端面的距離A<0.2L，L為殼體的長度。

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第4章 安裝與拆卸

設計中要考慮到安裝問題，各零部件的結構不能影響整個裝配體的安裝，對于浮頭式換熱器，設計的初衷是可以拆下管束進行清洗。因此也要考慮到拆卸的問題，其安裝步驟可概述如下：

（1）焊接部件：將所有的焊接部件進行焊接，包括管箱，殼體，浮頭箱，碟形蓋，支座等；

（2）安放折流板：將拉桿的一個螺紋端擰入固定管板的螺紋孔，6根拉桿都裝好，然后每套入一組定距桿再裝一組折流板，依次把折流板裝在拉桿上，直到最后兩塊折流板裝上后用螺母套在拉桿的另一個螺紋端擰緊固定；

（3）安裝管子：將管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上進行脹接。另一端裝上浮動管板并進行脹接；

（4）安裝殼程隔板：先將殼程隔板兩側的偏心桿機構裝好，將殼程隔板從管束側面裝入并將一頭插入固定管板上安裝隔板的槽中；

圖4-1安裝示意圖

（5）安裝殼體：將焊接好的殼體從浮動管板的那一端套入，使之前裝好的組件（如圖4-1示）完全裝入殼體內，在殼程隔板的伸出端扭動偏心桿的搖柄使隔板兩側的密封填料擠緊，從而達到殼程的分程密封；

（6）安裝管箱：在固定管板端接已焊接好的管箱，將管箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接。在浮頭端裝上鉤圈法蘭和碟形蓋，（鉤圈法蘭由兩個半圓形構成，使其安裝方便）用雙頭螺柱連接；

（7）安裝浮頭箱：將浮頭箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接；（8）安裝支座：將支座焊接到殼體上。

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總結

通過三個月的努力，我的畢業設計終于圓滿完成。雖然做的過程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作為大學三年的最后一道大作業—畢業設計，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。具體表現在以下幾個方面：通過在設計中經常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進一步扎實了所學的理論知識，對所學基礎知識和專業知識進行了一次綜合應用和系統復習；思維方式和設計思想更加全面化和系統化。養成了勤學好問的習慣，敢于面對困難，能夠獨立的查找和解決問題，也提高了自己的創新能力。將理論知識和生產實際相結合，為以后的工作和學習打下了很好的基礎，但是，設計過程中仍然存在不足之處，有的問題還需要進一步展開研究。具體如下：

（1）管子的脹接沒有進行分析計算；

（2）由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側流的問題，此問題尚未進行分析；

（3）通常在進液管口有擋板控制流速和引流，此結構尚未設計。

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致謝

首先，向尊敬的導師李老師致以衷心的謝意，在大三畢業設計期間，李老師以其淵博的知識、開闊的思維使我在知識和能力上獲得了極大的提高；更重要的是，李老師在工作方面嚴謹的作風、積極進取的態度對我產生了巨大的積極影響。這次畢業論文設計李老師給予我許多幫助，在設計的選題以及設計的方法上，提供了許多寶貴的建議。李師在畢業設計期間，對我們要求嚴格，使我們能夠基本獨立完成設計任務，培養我們獨立解決問題的能力，還從自己的寶貴時間中抽時間為我們審閱設計內容，并給予糾錯，幫助改正。這些幫助和教導將使我在今后的學習和工作中奮發向上、積極進取，在學業和事業上取得更好的成績。

而后更重要的，我要感謝我的母校--河南機電高等專科學校給了我三年深造的機會，讓我學到了為人的優良品質和工作所需的知識技能，讓我在學識和內涵上得到提高。感謝河南機電高等專科學校的老師和同學們這幾年來的對我的關心和鼓勵。老師們課堂上激情洋溢，課堂下細心輔導；同學們在學習中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的三年大學生活收獲不少，也充滿了感動。感謝我的家人，他們的支持與鼓勵是得我能順利的完成學業。

最后，衷心感謝在百忙之中抽出寶貴時間對我論文進行評閱的專家、學者及親愛的老師們！

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參考文獻

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第二篇：換熱器論文

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材料工程基礎論文

管殼式換熱器論文

摘要;本文主要介紹管殼式換熱器。并分析其特點。關鍵詞：管殼式換熱器、傳熱管束、管板、折流板

正文：管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結垢的流體。管殼式換熱器

流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。

類型：由于管內外流體的溫度不同，因此換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50 ℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所

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材料工程基礎論文

采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

① 固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯成一體，結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力。

② 浮頭式換熱器 管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣，但結構比較復雜，造價較高。

③ U型管換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區，借助于管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力，結構比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

非金屬材料換熱器 化工生產中強腐蝕性流體的換熱，需采用

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材料工程基礎論文

陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。這類換熱器的換熱性能較差，只用于壓力低、振動小、溫度較低的場合。

流道的選擇

進行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：①不潔凈和易結垢流體宜走管程，因管內清洗較方便；②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕；③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數與流速無關,且冷凝液容易排出；⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數大的流體走殼程，以減小熱應力。

操作強化

當管壁兩側傳熱分系數相差很大時（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應設法減小傳熱分系數低的一側的熱阻。如果管外傳熱分系數小，可采用外螺紋管（低翅片管），以增大管外一側的傳熱面積和流體湍動，減小熱阻。如果管內傳熱分系數小，可在管內設置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強管內擾動，強化換熱，當然這時流體的流動阻力也將增大。

管殼式換熱器-shell and tube heat exchanger 由一個殼體和包含許多管子的管束所構成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。管殼式換熱器作為一種傳統的標準換熱設備，在化工、煉油、石油化工、動力、核能和其他工業裝置中得到普遍采用，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應用占據絕對優勢。通常的工作壓力可達4兆帕，工作溫度在200℃以下，在個別情況下還可達到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800毫米以下，管子長度在9米以下，在個別情況下也有更大或更長的。

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為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子的布置有等邊三角形、正方形、正方形斜轉45°和同心圓形等多種形式，前3 種最為常見。按三角形布置時，在相同直徑的殼體內可排列較多的管子，以增加傳熱面積，但管間難以用機械方法清洗，流體阻力也較大。管板和管子的總體稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。在管束中橫向設置一些折流板，引導殼程流體多次改變流動方向，有效地沖刷管子，以提高傳熱效能，同時對管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、圓形和矩形等。為減小殼程和管程流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能，可在管箱和殼體內縱向設置分程隔板，將殼程分為2程和將管程分為2程、4程、6程和8程等。管殼式換熱器的傳熱系數，在水-水換熱時為1400～2850瓦每平方米每攝氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷卻氣體時，為10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽時，為570～4000W/(m2〃℃)。

分類

管殼式換熱器按結構特點分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、Ｕ型管式換熱器、雙重管式換熱器、填函式換熱器和雙管板換熱器等。前 3種應用比較普遍。

固定管板式換熱器

它是管殼式換熱器的基本結構形式。管子的兩端分別固定在與殼體焊接的兩塊管板上。在操作狀態下由于管子與殼體的壁溫不同，二者的熱變形量也不同，從而在管子、殼體和管板中產生溫差應力。這一點在分析管板強度和管子與管板連接的可靠性時必須予以考慮。為減小溫差應力，可在殼體上設置膨脹節。固定管板式換熱器一般只在適當的溫差應力范圍、殼程壓力不高的場合下

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采用。固定管板式換熱器的結構簡單、制造成本低，但參與換熱的兩流體的溫差受一定限制；管間用機械方法清洗有困難，須采用化學方法清洗，因此要求殼程流體不易結垢。

浮頭式換熱器

浮頭式換熱器的結構為管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板與浮頭蓋用螺栓連接，形成可在殼體內自由移動的浮頭。由于殼體和管束間沒有相互約束，即使兩流體溫差再大，也不會在管子、殼體和管板中產生溫差應力。浮頭式換熱器適用于溫度波動和溫差大的場合；管束可從殼體內抽出用機械方法清洗管間或更換管束。但與固定管板式換熱器相比，它的結構復雜、造價高。

U型管式換熱器 一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束。管板夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱即可直接將管束抽出，便于清洗管間。管束的U形端不加固定，可自由伸縮，故它適用于兩流體溫差較大的場合；又因其構造較浮頭式換熱器簡單，只有一塊管板，單位傳熱面積的金屬消耗量少，造價較低，也適用于高壓流體的換熱。但管子有U形部分，管內清洗較直管困難，因此要求管程流體清潔，不易結垢。管束中心的管子被外層管子遮蓋，損壞時難以更換。相同直徑的殼體內，U形管的排列數目較直管少，相應的傳熱面積也較小。

雙重管式換熱器

將一組管子插入另一組相應的管子中而構成的換熱器。管程流體從管箱進口管流入，通過內插管到達外套管的底

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部，然后返向，通過內插管和外套管之間的環形空間，最后從管箱出口管流出。其特點是內插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱。但管程流體的阻力較大，設備造價較高。

填函式換熱器

填函式換熱器的結構，管束一端與殼體之間用填料密封。管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優點。由于減少了殼體大蓋，它的結構較浮頭式換熱器簡單，造價也較低；但填料處容易滲漏，工作壓力和溫度受一定限制，直徑也不宜過大。

雙管板換熱器管子兩端分別連接在兩塊管板上，兩塊管板之間留有一定的空間，并裝設開孔接管。當管子與一側管板的連接處發生泄漏時，漏入的流體在此空間內收集起來，通過接管引出，因此可保證殼程流體和管程流體不致相互串漏和污染。雙管板換熱器主要用于嚴格要求參與換熱的兩流體不互相串漏的場合，但造價比固定管板式換熱器高。

特點

這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流

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動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大；流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。

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參考文獻：1.http://www.tmdps.cn/100k/read.php?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑漢釗.管殼式換熱器殼程強化傳熱 研究進展.化肥工業 1998 25 6 : 27 321

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第三篇：畢業設計(論文)

四川交通學院畢業設計（論文）目錄1 VI設計綜合概述....................11.1 VI的定義.......................1

1.2 VI基礎要素系統設計表....................1

1.3 VI應用要素系統設計表.....................1

1.4 VI設計的基本原則.........................設計軟件介紹.........................32.1設計軟件介紹.....................43 設計基本的思路......................53.1 牛牛啤酒有限公司VI設計基本思路....................5

3.2 牛牛啤酒有限公司VI設計的詳細介紹................5啤酒行業的現狀....................17中國啤酒市場的現狀..........................20

5.1 總述.............................20

5.2 分述...............................20外國啤酒對于我國啤酒市場的影響.....................23

參考文獻...........................26

致謝............................27

四川交通學院畢業設計（論文）VI設計綜合概述

1.1 VI的定義

VI即（Visual Identity），通譯為視覺識別，是CIS系統中最具傳播力和感染力的層面。人們所感知的外部信息，有83%是通過視覺通道到達人們心智的。也就是說，視覺是人們接受外部信息的最重要和最主要的通道。企業形象的視覺識別，即是將CI的非可視內容轉化為靜態的視覺識別符號，以無比豐富的多樣的應用形式，在最為廣泛的層面上，進行最直接的傳播。設計科學、實施有利的視覺識別，是傳播企業經營理念、建立企業知名度、塑造企業形象的快速便捷之途。

1.2 VI基礎要素系統設計表

1.企業標識

2.產品商標

3.企業標志釋義

4.標志制圖法

5.標志的使用規范

6.標志的色彩規范

8.中文標準字

9.英文標準字

10.中文指定印刷字體

11.英文指定印刷字體

12.企業輔助色

13企業象征圖案

1.3 VI應用要素系統設計表

1.待客用項目類：洽談會、會客廳、會議廳家具、煙灰缸、坐墊、招待餐飲具、客戶用文具。商品及包裝類商品包裝設計、包裝紙、包裝箱、包裝盒、各種包裝用的徽章、封套、封緘、粘貼商標、膠帶、標簽等。

2.符號類

公司名稱招牌、建筑物外觀、招牌、室外照明、霓虹燈、出入口指示、櫥窗展示、活 動式招牌、路標、紀念性建筑、各種標示牌、經銷商用各類業務招牌、標示。

3.帳票類

訂單、貨單、帳單、委托單、各類帳單、申請表、通知書、確認信、契約書、支票、收據等。

4.文具類

專用信箋、便條、信封、文件紙、文件袋、介紹信等。

5.服裝類

男女職工工作服、制服、工作帽、領帶、領結、手帕、領帶別針、傘、手提袋

等。

6.印刷類

股票、報告書、公司一覽表、調查報告、自辦報刊、公司簡歷、概況、獎狀等。

7.大眾傳播類

報紙廣告、雜志廣告、電視廣告、廣播廣告、郵寄廣告等。

8.SP類

產品說明書、廣告傳播單、展示會布置、公關雜志、促銷宣傳物、視聽資料、季節問候卡、明信片、各種POP類。

9.交通類

業務用車、宣傳廣告用車、貨車、員工通勤車等外觀識別。

10.證件類

徽章、臂章、名片、識別證、公司旗幟。

1.4 VI設計的基本原則

VI的設計不是機械的符號操作，而是以MI為內涵的生動表述。所以，VI設計應多角度、全方位地反映企業的經營理念。VI設計不是設計人員的異想天開而是要求具有較強的可實施性。如果在實施性上過于麻煩，或因成本昂貴而影響實施，再優秀的VI

也會由于難以落實而成為空中樓閣、紙上談兵。

1.風格的統一性原則

2.強化視覺沖擊的原則

3.強調人性化的原則

4.增強民族個性與尊重民族風俗的原則

5.可實施性原則

6.符合審美規律的原則

7.嚴格管理的原則

VI系統千頭萬緒，因此，在積年累月的實施過程中，要充分注意各實施部門或人員的隨意性，嚴格按照VI手冊的規定執行，保證不走樣。企業視覺識別系統中的基本要素與應用要素的內容、形式，需要根據企業經營的內容與服務的性質來決定。其內容、項目的多少，一

般說來，是與企業識別系統開發設計工程的大小和實施程度而成正比；其風格與特色也與企業產品、經營特色及企業識別系統在應用中的展開程度而不同。另外，企業在實行視覺識別系統時，還應考慮到企業費用和時間的問題，逐步改善企業的設計并使之統一化。因此，視覺識別系統的實施、設計，還應該根據企業識別系統逐步實行，只有這樣，才能真正發揮視覺識別的功效。為了達成企業形象對外傳播的一致性與一貫性，應該運用統一設計和統一大眾傳播，用完美的視覺一體化設計，將信息與認識個性化、明晰化、有序化，把各種形式傳播媒體上的形象統一，創造能儲存與傳播的統一的企業理念與視覺形象，這樣能集中與強化企業形象，使信息傳播更為迅速有效，給社會大眾留下強烈的印象與影響力對企業識別的各種要素，從企業理念到視覺要素予以標準化，采同一的設計，對外傳播均采同一的模式，并堅持長期一貫的運用，不輕易進行變動。要設計的簡化：對設計內容進行提煉，使組織系統在滿足推廣需要前提下盡可能條理清晰，層次簡明，優化系統結構。如VI系統中，構成元素的組合結構必須化繁為簡，有利于標準的施行。設計軟件介紹

2.1設計軟件介紹

本組設計主要用了兩種平面設計軟件，是PhotoshopCS ILLUSTRATOR CS 這是款很經典的平面設計軟件，在介紹我們的具體設計之前，首先向大家大致介紹一下它：

PhotoshopCS ILLUSTRATOR CS是Adobe公司開發的，它是一款集圖形設計、文字編輯和高品質輸出于一體的矢量圖形軟件，可以保證所繪制的圖形任意地放大或是縮小而不影響其質量。它被廣泛地應用于海報、包裝和排版等平面廣告設計、網頁圖形制作和藝術效果的處理等諸多領域。該軟件具有圖形繪制、圖形優化以及藝術處理等多方面的超強功能，能充分滿足設計者的實際工作需要。設計基本的思路

3.1 牛牛啤酒有限公司

VI設計基本思路我們這次是為一家啤酒有限公司做VI設計。首先，我們調查了各類啤酒公司的各種廣告、宣傳等涉及到VI方面的案例，然后又在網上搜索了大量關于啤酒行業VI設計中所牽涉到的知識、需求；在調查中積累了一定的經驗后，我們開始對這家公司的性質進行分析：這是一家以突出青春和活力為主的啤酒公司，而且根據現在的市場需要，又往往都會提到“價格”這個概念，那么，我們就決定圍繞著“青春”、“活力”“環保”、“價格中等”這四個中心來思考設計方案；經過討論，然后考慮到我們的消費對象主要是中下水平家庭，基本這種情況，所以我們基本確定了標志的設計方向：青春、活力、環保、價格中等。我分別設計了各種標志，然后放在一塊進行比較、討論，最后，經過反復討論、修改，最后確定了“beer jjan”企業標志確定下來以后，我們就開始了整個VIS的基礎系統和應用系統部分的定義和設計，以下就是我們最后設計出來的樣稿。

第四篇：畢業設計論文

一、綜述..........................................................................................................................2

一、信息檢索技術.....................................................................................................2

1、信息檢索技術的發展.....................................................................................2

2、信息檢索技術的簡介.....................................................................................3

3、信息檢索技術的模型.....................................................................................5

一、綜述

一、信息檢索技術

由于以因特網為主體的信息高速公路的不斷普及和發展，信息技術已經滲透到我們社會生活的各個角落，正以前所未有的速度和能力改變著我們的生活的工作方式，我們真正處于一個“信息爆炸”的時代。一方面，因特網上面蘊含的海量信息遠遠超過人們的想象；另一方面，面對信息的汪洋大海，人們往往感到束手無策，無所適從，出現所謂的“信息過載”和“信息迷向”的現象。于是一個極富挑戰性的課題：如何幫助人們有效地選擇和利用所感興趣的信息，盡量剔除不相關的信息。同時保證人們在信息選擇方面的個人隱私權利？成為學術界和企業界所十分關注的焦點。

隨著在線文本的日益增多，其中包括新聞、電子雜志、電子郵件、技術報告、文檔以及網上圖書館。如此眾多的信息，僅僅依靠大腦來收集和整理所需要的信息顯然是不夠的。所以，自動收集和整理所需要的各類信息成為信息產業面臨新的挑戰和新的發展契機。根據不同的應用背景和不同的使用目的，信息處理技術已經演化信息檢索、信息過濾、信息分類、問題回答等方向。

由于目前網上信息的表現形式大多數為文本，而且文本也是廣大用戶所習慣接收的形式。因此我們在下面主要討論中文文本檢索和相關的評價方案。

1、信息檢索技術的發展

信息檢索（Information Retrieval）是指信息按一定的方式組織起來，并根據信息用戶的需要找出有關的信息的過程和技術。狹義的信息檢索就是信息檢索過程的后半部分，即從信息集合中找出所需要的信息的過程。

信息檢索起源于圖書館的參考咨詢和文摘索引工作，從19世紀下半葉首先開始發展，至20世紀40年代，索引和檢索成已為圖書館獨立的工具和用戶服務項目。1945年，Vannevar Bush的論文《就像我們可能會想的??》第一次提出了設計自動的，在大規模的存儲數據中進行查找的機器的構想。這被認為是現在信息檢索技術的開山之作。進入50年代后，研究者們開始為逐步的實現這些設想而努力。在50年代中期，在利用電腦對文本數據進行檢索的研究上，研究者取得了一些成果。其中最有代表性的是Luhn在IBM公司的工作，他提出了利用詞對文檔構建索引并利用檢索與文檔中詞的匹配程度進行檢索 的方法，這種方法就是目前常用的倒排文檔技術的雛形。

在著名的國際文本檢索會議(Text Retrieval Conference,TREC)上，有兩個最重 要的研究方向：Routing Task和Ad Hoc Task。其熱點問題包括從早期的文本檢索、文本過濾到當前的問題回答。

文本信息檢索就是根據用戶提出的具體查詢，在大量相對穩定的文本源中，檢索出符合用戶查詢條件的文本，并按其滿足查詢的程度排序列出。文本檢索技術的發展已經有四十多年的歷史，取得了很大的成就，產生了大批實用的檢索系統，積累了很多成熟的技術。

1992年，NIST(美國國家標準和技術研究所)與DARPA聯合贊助了每年一次的TREC，對于文本檢索和文本過濾和問題回答等專題傾注了極大的熱忱。

目前隨著因特網的迅速發展，需求的不斷增加，文本檢索以及相關技術方面取得了長足的進展，成為信息產業新的增長點。

2、信息檢索技術的簡介

信息檢索系統流程大致如下圖所示：

總體上，系統可分為四個部分：數據預處理，索引生成，查詢處理，檢索。下面我們分別對各個部分采用的技術加以介紹。

1.數據預處理

目前檢索系統的主要數據來源是Web，格式包括網頁、WORD 文檔、PDF 文檔等，這些格式的數據除了正文內容之外，還有大量的標記信息，因此從多種格式的數據中提取正文和其他所需的信息就成為數據預處理的主要任務。此外，眾所周知，中文字符存在多種編碼，比如GB2312、BIG5、Unicode（CJK 區），而原始數據集往往包含多種編碼，因此要正確地檢索到結果必須進行統一編碼轉換。研究者們對預處理部分要提取哪些信息并沒有共識，這與后續處理所需的信息密切相關，一般來說，正文、錨文本和鏈接地址都是要提取出來的。

2.索引生成 對原始數據建索引是為了快速定位查詢詞所在的位置，為了達到這個目的，索引的結構非常關鍵。目前主流的方法是以詞為單位構造倒排文檔表，其結構大致如下圖所示：

每個文檔都由一串詞組成，而用戶輸入的查詢條件通常是若干關鍵詞，因此如果預先記錄這些詞出現的位置，那么只要在索引文件中找到這些詞，也就找到了包含它們的文檔。為了進一步提高查詢的速度，在組織索引時還可以采用一些更復雜的方法，比如B樹、TRIE 樹、哈希表等。這個階段還需要對預處理之后的文檔進行詞法分析，這是因為很多語言的文本都不宜直接把正文中的字符串用于建立索引。例如，中文里的詞與詞之間不存在分隔符，因此必須先進行分詞，而英文中的詞存在很多變形，比如“compute”就存在“computes”、“computing”、“computed”等多種變形，應先進行詞根還原。此外，有些詞雖然出現頻率很高，但對于查詢沒有任何幫助，比如“的”、“了”等，就無需放入索引，為此需要預備一個停用詞表（stop word list）對這類詞進行過濾。

3.查詢處理

用戶輸入的查詢條件可以有多種形式，包括關鍵詞、布爾表達式、自然語言形式的描述語句甚至是文本，但如果把這些輸入僅當作關鍵詞去檢索，顯然不能準確把握用戶的真實信息需求。很多系統采用查詢擴展來克服這一問題。各種語言中都會存在很多同義詞，比如查“計算機”的時候，包含“電腦”的結果也應一并返回，這種情況通常會采用查詞典的方法解決。但完全基于詞典所能提供的信息有限，而且很多時候并不適宜簡單地以同義詞替換方法進行擴展，因此很多研究者還采用相關反饋、關聯矩陣等方法對查詢條件進行深入挖掘。

4.檢索

最簡單的檢索系統只需要按照查詢詞之間的邏輯關系返回相應的文檔就可以了，但這種做法顯然不能表達結果與查詢之間的深層關系。為了把最符合用戶需求的結果顯示在前面，還需要利用各種信息對結果進行重排序。目前有兩大主流技術用于分析結果和查詢的相關性：鏈接分析和基于內容的計算。許多研究者 發現，WWW 上超鏈結構是個非常豐富和重要的資源，如果能夠充分利用的話，可以極大地提高檢索結果的質量。基于這種鏈接分析的思想，Sergey Brin 和Larry Page 在1998 年提出了PageRank 算法，同年J.Kleinberg 提出了HITS 算法，其它一些學者也相繼提出了另外的鏈接分析算法，如SALSA，PHITS，Bayesian等算法。這些算法有的已經在實際的系統中實現和使用，并且取得了良好的效果。而基于內容的計算則沿用傳統的文本分類方法，多采用向量空間模型、概率模型等方法來逐一計算用戶查詢和結果的相似度（相關性）。兩者各有優缺點，而且恰好互補。鏈接分析充分利用了Web 上豐富的鏈接結構信息，但它很少考慮網頁本身的內容，而直觀上看，基于內容的計算則較為深入地揭示了查詢和結果之間的語義關系，但忽略了不同網頁之間的指向關系，因此現在很多系統嘗試把兩者結合起來，以達到更好的性能。

3、信息檢索技術的模型

信息檢索模型可形式化地表示成為一個四元組< D, Q, F, R(qi,dj)>，D是一個文檔集合，Q是一個查詢集合，F是一個對文檔和查詢建模的框架，R(qi,dj)是一個排序函數，它給查詢qi和文檔 dj 之間的相關度賦予一個排序值。3.1、布爾模型

所謂布爾檢索, 就是采用布爾代數的方法, 用布爾表達式表示用戶提問, 通過對文本標識與用戶給出的檢索式進行邏輯比較來檢索文本。設文本集D 中某一文本i, 該文本可表示為:Di =(t1 , t2, ?, tm),其中, t1 , t 2, ?, t m 為標引詞, 用以反映i 的內容。另設用戶某一檢索式如下:Qj =(t1 ∧ t 2)∨(t3 ∧(t4)).對于該檢索式, 系統響應并輸出的一組文本應為: 它們都含有標引詞t1 和t2 , 或者含有標引詞t 3, 但不含有標引詞t 4。

布爾檢索具有簡單、易理解、易實現等優點, 故得到廣泛的應用。1967年后, 布爾檢索模型正式被大型文獻檢索系統采用, 并漸成為各種商業性聯機檢索系統的標準檢索模式, 服務信息情報界30多年, 直到現在, 大多數商用檢索系統仍采用布爾檢索。盡管布爾檢索有著種種的優點, 但是它的缺點仍然是明顯的, 它存在的主要缺陷有以下幾點。

(1)布爾邏輯式的構造不易全面反映用戶的需求。用標引詞的簡單組配不能完全反映用戶的實際需要, 用戶需要那一方面內容的文本, 需要到多大程度, 這是檢索式無法表達清楚的, 如對上述檢索式, t1 和t2 , 究竟用戶希望能得到更多地反映t1 內容的文本還是反映t2 內容的文本, 傳統的布爾檢索無法 5 解決此問題。

(2)匹配標準存在某些不合理的地方。例如, 在響應某個用“∧”連接的檢索時, 系統把只含有其中一個或數個但非全部檢索詞的文本看作與那些根本不含有其中一個檢索詞的文本一樣差, 同樣加以排除;另一方面, 用響應某個用“∨”連接的檢索式時, 系統都不能把含有所有這些檢索詞的文本看作比那些只含有其中一個檢索詞的文本更好一些。

(3)檢索結果不能按照用戶定義的重要性排序輸出。系統檢索輸出的文本中, 排在第一位的文本不一定是文本集中最適合用戶需要的文本, 用戶只能從頭到尾瀏覽才能知道輸出文本中那些更適合自己的需要。

針對于標準的布爾模型中文獻表達形式過于簡單、檢索條件過于嚴格而出現的問題，人們對其采取了擴充和修改，提出了擴展的布爾模型。如Salton 于1983年提出的一種所謂的擴展布爾檢索模型, 它是將向量檢索模型與布爾檢索模型融為一體, 并克服了傳統希爾模型的一些缺陷, 下面我們用矢量的方法來討論布爾檢索。設文本集中每篇文本僅由兩個標引詞t1 和t2 標引, 并且t1、t2允許賦以權值, 其權值范圍為[ 0, 1] , 權值越接近1, 說明該詞越能反映文本的內容, 反之, 越不能反映文本的內容, 在Salton 模型中, 上述情形用平面坐標系上某點代表某一文本和用戶給出的檢索式, 如圖：

圖中的橫、縱坐標用t1、t2 表示, 其中A(0, 1)表示詞t1 權值為0, 詞t 2 權值為1 的文本, B(1, 0)表示詞t 1權值為1, 詞t 2 權值為0 的文本, C(1, 1)表示詞t

1、t 2 的權值均為1 的文本, 文本集D 中凡是可以用t

1、t 2 標引的文本可以用四邊形OACB 中某一點表示, 同樣, 用戶給出檢索式后, 也可用四邊形OACB 中某一點表示。

下面我們來看看Salton 模型中是如何構造相似度計算式的。對于由t1 和t2 構成的檢索式q = t1 ∨ t2 , 在圖1中只有A、B、C 3點所代表的各文本才是最理想的文本, 對于某一文本D 來說, 當D 點離A、B、C 3點越接近時說明相似度越大，或者說，當D點離O點越遠時，相似度越大。因而D與O的距離

DO =(d1?0)?(d2?0)22 =

d1?d222 可以作為我們衡量一文本與查詢q 的相關程度的一個尺度, 顯然0 ≤ 2 , 為了使相似度控制在0 與1 之間, 將相似度定義為:

d1?d222DO ≤

sim(D, Q(t1 ∨ t2))= 與C 的距離

DO(1)對于由t1 和t 2 構成的查詢q = t1 ∧ t 2, 只有C 點才是最理想的文本, 用D =(1?d1)?(1?d2)22

作為我們衡量一文本與查詢q 的相關程度的一個尺度, 于是, 把相似度定義為:

(1?d1)?(1?d2)22sim(D, Q(t1 ∧ t2))= 1-(2)(1)、(2)式還可推廣到對檢索標引詞進行加權的情形, 設檢索標引詞t1、t2 的權值分別為a, b,0 ≤ a, b ≤ 1, 則(1)式、(2)式可進一步推廣為:

a(1?d1)?b(1?d2)2222sim(d, Q(t1 , a)∨(t2, b))= 1?

在文本信息檢索中, 布爾檢索不僅具有簡單、易理解等特點, 而且易于在計算機中加以實現, 是一種最為常用的檢索方法。擴展的布爾模索模型——Salton 模型克服了傳統布爾模型的一些缺陷, 更符合了用戶的需要。

3.2、向量空間模型 向量空間模型是由Salton及其學生們在六十年代末到七十年代初提出并發展起來的。這一模型將給定的文本(文章、查詢或文章中的一段等)轉換成一個維數很高，由一系列關鍵詞組成的向量。模型并沒有規定關鍵詞如何定義，但是一般來說，關鍵詞可以是字，詞或者短語。假設我們用“詞”作為Term，那么在詞典中的每一個詞，都定義向量空間中的一維。如果一篇文檔包含這個詞，那么表示這個文檔的向量在這個詞所定義的維度上應該擁有一個非0值。這個模型最大特點是可以方便地計算出任意兩個向量的近似程度，即向量所對應的文本間的相似性。用信息檢索的術語來說，如果兩個向量是相近的，則其對應的文本是語義相關的。將所有文獻和查詢以向量形式表示，則針對特定的查詢向量，比較它與所有文獻向量的相似度，并依相似度將文獻降序排列，這便是現代信息檢索系統中常用的方法。Salton及其學生們還根據向量空間模型實現了Smart系統。該系統在過去的30多年中，對信息檢索的研究有非常重要的影響。信息檢索的許多理論和技術(如自動索引、加權技術、相關反饋、文獻聚類等)都是在Smart上首先實現或測試的。

假設表示文檔向量，而

表示查詢向量，文檔與查詢的相關性可以用余弦距離表示如下：

如果我們用進行歸一化，即令和表示和中的第i維的值，并且對每個文檔矢量，那么上式有可以表示為

在此，究竟如何取值是一個重要的問題，其取值一般被稱為關鍵詞i在文檔D中的權重。

目前，對關鍵詞權重的確定方法一般都需要獲取一些關于關鍵詞的統計量，而后根據這些統計量，應用某種認為規定的計算公式來得到權重。最常用的統計量包括：

? ? ?

tf，Term Frequency的縮寫，表示某個關鍵詞在某個文檔中出現的頻率。

qtf，Query Term Frequency的縮寫。表示查詢中某關鍵詞的出現頻率。

N，集合中的文檔總數 ? df，Document Frequency的縮寫，表示文檔集合中，出現某個關鍵詞的文檔個數。

? ? ? idf，Inversed Document Frequency的縮寫。dl，文檔長度 adl，平均文檔長度

權重的計算：

在向量空間模型下，構造關鍵詞權重計算公式有三個基本原則：

1.如果一個關鍵詞在某個文檔中出現次數越多，那么這個詞應該被認為越重要。

2.如果一個關鍵詞在越多的文檔中出現，那么這個詞區分文檔的作用就越低，于是其重要性也應當相應降低。

3.一篇文檔越長，那么其出現某個關鍵詞的次數可能越高，而每個關鍵詞對這個文檔的區分作用也越低，相應的應該對這些關鍵詞予以一定的折扣。早期的權重往往直接采用tf，但是顯然這種權重并沒有考慮上述第二條原則，因此在大規模系統中是不適用的。目前，常用的關鍵詞權重計算公式大多基于tf和df進行構建，同時，一些較為復雜的計算公式也考慮了文檔長度。現簡要列舉如下：

TF-IDF得分。嚴格地說，TF/IDF得分并不特指某個計算公式，而是一個計算公式集合。其中TF與IDF都可以進行各種變換，究竟何種變換較能符合實際需求，需要由實驗和應用來驗證。常見的變換方法有：

其中，最后一個公式，即:

被大量系統證明是最有效的。

此外，較為常用的關鍵詞權重算法還包括Okapi權重和Pivoted Normalization 權重(PNW)。這些公式綜合考慮了查詢和文檔中的詞頻，以及文檔的長度。Okapi權重需要預設三個參數：

? ? ? k1，在1.0-2.0之間 b,通常為0.75 k3,在0-1000之間 而PNW則需要預設一個參數s，大部分情況下取0.20。

在經典模型中，假設索引項是獨立的，或者說是正交的。這個假設極大地簡化了索引項權值的計算過程，盡管這一假設有時不符合自然語言的實際情況，但是在這個假設下，計算權值的過程簡單快捷，因而在目前很多實用的信息檢索模型中仍被廣泛采用。向量空間模型中索引項權重的算法提高了檢索的性能，改進了檢索效果，同時采用了部分匹配的策略和一定的相似度計算方法，使得模型可以根據結果文檔與檢索項的相似度進行排序，檢索出與用戶查詢要求接近的文檔，從而有效地控制返回文檔的數量和質量，檢索的結果文檔集更接近用戶的檢索需求。但是事實上，在自然語言中，有些索引項是相互關聯的，比如當在一個文檔中看到“計算機”時，就非常有可能同時看到“科學”；而當在一個文檔中看到“土豆”時，看到“計算機”的可能性就很小。再比如：“王勵勤”“乒乓球”的出現不是獨立的。同時，該模型丟失了句法信息（如短語結構、詞的順序等），而權重的計算需要利用整個文檔集合的信息。

3.3、概率模型

由于信息檢索中文本信息的相關判斷的不確定性和查詢信息表示的模糊性，導致了人們用概率的方法解決這方面的問題。Maron和Kuhns在1960年提出了第一概率檢索模型；1976年Robertson和Sparck Jones等在此基礎上進行改進提出了第二概率檢索模型；之后，Turtle、Fuhr和Roberston又提出了統一化模型，即第三概率檢索模型，提高了文檔的排序精度。

信息檢索的概率模型基于概率排序原則：對于給定的用戶查詢Q,對所有文本計算概率，并從大到小進行排序，概率公式為：P(R|D，Q)。其中，R表示文本D與用戶查詢Q相關。另外，用R’表示文本D與用戶查詢Q不相關，有：

P(R|D，Q)+ P(R’|D，Q)= 1，也就是用二值形式判斷相關性。把文本用特征向量表示：x =(x1,x2,???,xn)。其中，N為特征項的個數，xi為0或者1，分別表示特征相i在文本中出現或不出現。

在信息檢索中，估計參數是困難的，一般地并不直接地計算P，而是把計算P(R|di,qk)換為計算P(R|x,qk)，這樣處理略去了公式中與文本無關的特征項，計算的結果可能與實際不符。為了容易計算，現在假設包括相同特征項的文本，經過計算后，它們的可能性是相同的。將所有文本按相關概率P進行排序，等價于所有文本按特征向量排序。一個文本D的概率相關性的計算為：

第五篇：畢業設計論文

畢業設計（論文）

軟弱土地基處理對策研究

劉建軍(建筑工程技術 專業 0730610256 湖北 黃石 435003)摘要：為充分利用土地資源，有必要對軟弱土地基進行處理。本文探討了軟弱土地基的特性，結合具體的工程實例比較分析了常用處理方法的特點及在工程中的應用。

關鍵詞：軟弱土地基；不均勻沉降；處理方法；應用

我國幅員遼闊，海岸線長，河流湖泊遍布，軟弱土地基分布廣泛。加之我國建筑業迅猛發展，原先的優良地基由于建筑層數的增高，荷載的增大，也變為軟弱地基。因此，對軟弱地基處理的研究非常必要。本文將在前人的基礎之上進一步探討軟弱地基的特點，并結合工程實例總結地基處理的方法以及在工程中的應用。軟弱地基的特點

軟弱地基主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土構成。其主要缺陷是承載力不足、地基變形過大。基礎底面以下，當土層的地基承載力低于持力層的1/3時，則該土層為軟弱下臥層。軟弱下臥層地基指受力層范圍內存在軟弱地基土層的地基。

原則上應避免在軟弱地區進行工程建設，因為含水量較高，具有高壓縮性、流變性、滲透性差和抗剪強度低等特性。

軟弱地基處理有提高地基的抗剪切強度、降低地基的壓縮性、改善地基的透水特性、改善地基的動力特性和改善特殊土的不透水性等作用。軟弱土作為持力層的相關要求

如果必須要利用軟弱土作為持力層時，必須滿足《地基規范》第7.2.1條規定：（1）淤泥和淤泥質土宜利用其上覆較好土層作為持力層，當上覆土層較薄，應采取避免施工時對淤泥和淤泥質土擾動的措施。

（2）沖填土、建筑垃圾和性能穩定的工業廢料，當均勻性和密實度較好時，均可利用作為持力層。

（3）對于有機質含量較多的生活垃圾和對基礎有侵蝕性的工業廢料雜填土，未經處理不宜作為持力層。（《地基規范》第7.2.7條。）

軟弱土地區建筑物裂縫和損壞的主要原因是由于地基的不均勻沉降超過的上部結構所能承受的不均勻變形能力。因此，設計時根據地基的不均勻沉降的分布規律，從建筑布置及結構

畢業設計（論文）

處理兩方面采取必要的措施。在建筑布置方面，宜采用單元組合的設計原則，就是對體型復雜或超長的建筑物，設置沉降縫將其分割為若干獨立的單元，增強各單元建筑的剛度和強度，使每個單元具有一定的調整不均勻變形的能力。在結構措施方面，應減小結構的單元長度，增加結構的整體剛度，適當增加基礎的剛度和強度等方面著手采取恰當的措施，保證軟弱地區建筑安全并確保建筑使用功能的實現。軟弱土地基處理方法分析

目前常用的地基處理方法包括換填法、排水固結法、強夯法、砂石樁法、水泥土攪拌法、灌漿法和高壓噴射法等，每一種方法都有自身特點和適用條件，現分述如下：

3.1 換填法

當軟弱地基的承載力和變形滿足不了建筑物的要求，而軟弱土層的厚度又不很大時可將基礎底面以下土層的部分或全部挖去，然后分層換填強度較大的砂（碎石、素土灰土、高爐干渣、粉煤灰）或其他性能穩定，無侵蝕性的材料，并壓（夯、振）實至要求的密實度為止，這種方法稱為換填法。《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）中規定：換填法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。

當地表軟弱土層為飽和淤泥或淤泥質土時，一般要求挖除后換填砂（礫）土、碎石、石渣、礦渣、黏土等透水性良好的材料，分層填筑并壓實，壓實要求同表層壓實法，挖除方法主要有挖土機械掘法，人工挖除法等。當軟土過于軟弱而挖土機推土機無法作業時，可采用水力挖塘機組挖除，即用高壓水流對軟黏土進行切割并沖成泥漿，然后用泥漿泵送到指定地點沉淀后再處理。

通常基坑開挖后，利用分層回填壓實，雖也可處理較深的軟弱土層，但經常由于地下水位高而需采取降水措施，且坑壁放坡占地面積大或需要基坑支護，以及施工土方量大，棄土多，常使處理工程費用增高，工期延長，對環境影響增大等，因此換填法的深度通常控制在3m以內，但也不宜小于0.5m，因為墊層太薄則換土墊層的作用并不明顯。

某綜合樓占地面積為288.00㎡，擬建場地屬于河流侵蝕堆積地貌，地勢平坦，原為耕作地。場地區域內的抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.05g。等效剪切波速v為180m／s，覆蓋層厚度約為20m左右，擬建場地的土類型劃分為中軟場地土，場地類別Ⅱ類。場區地下水類型主要為潛水，賦存于中粗砂層，透水性強，水量較大，靜止水位埋深，地面起算3.20m～3.80m。據勘察結果顯示：場地地基土主要以第四紀沼澤沉積的淤泥質

畢業設計（論文）

土為主，部覆蓋有少量素填土。第一素填土層，第二素填土層呈松散、流塑、軟塑狀，地基土均具有壓縮性，承載力低，屬于地基軟弱土，不宜作建筑、構筑物的持力層；而第三層中粗砂層，第四層粉質粘土層及以下的土層呈硬塑狀，具低壓縮性、承載力高的特點，是勘察場地內建筑、構筑物的良好持力層，換填部分軟弱土可以提高地基的承載力從而達到設計要求，故設計采用砂石換填處理的方法進行地基處理。

該工程采用振動碾壓法施工工藝，分段攤鋪分層碾壓，要求每層虛鋪厚度不大于300mm。控制砂石混合料含水量在8％～12％之間，否則應灑水或晾干。地基換填完后，為確定碾壓換填達到設計要求，建筑質量檢測中心對工程實施靜載荷試驗，任意選取試驗點。通過試驗，質量檢測中心得出結論，地基換填承載力大于150kPa。在基礎頂板和兩側邊梁上各均布4個沉降觀測，砌筑生產上場前觀測1次，上場后每過15天觀測1次，設備安裝完觀測1次，投產觀測1次，并做好觀測記錄。經核實所有觀測點沉降數據均在規范允許范圍之內。

大量工程實踐證明，各種換填材料經過壓實換填后都可以提高地基承載力、減少沉降量、加速軟弱土層的排水固結、防止凍脹、消除膨脹土的脹縮等作用。在換填材料豐富、土層勘察明確的地區，使用各種材料換填軟弱地基土的方法具有施工簡便、成本低、工期短等特點，是當前地基處理技術中比較經濟、可行和常用的方法之一。

3.2排水固結法

排水固結法是對天然地基，或先在地基中設置砂井（袋裝砂井或塑料排水帶）等到豎向排水體，然后利用建筑物本身的重量分級逐漸加載；或在建筑建造前在場地先進行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法。該法常用于解決軟黏土地基的降和穩定問題，使地基的沉降在加載預壓期間基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期間不致產生過大的沉降和沉降差。同時可增加地基土的抗剪強度，從而提高地基的承載力和穩定性。

廣東順德快速干線線路位于珠江三角洲相沖積平原，地下水位高，河網交叉頻繁、耕地和魚塘范圍大。表層軟土(淤泥、淤泥質土)發育，呈流塑、軟塑狀，擾動易失水離析，具高壓縮性、高含水量、欠固結、高靈敏度、低強度和低承載力的特點。地基土層為：+2.0～-0.5為素填土，雜色，主要含碎石、磚塊等建筑垃圾和少量植物根系，道路區主要為雜填土，魚塘區主要為塘梗；-0.5～l3.2為淤泥、淤泥質土，灰黑色，主要由粘粒組成，粘性較強，干強度高，切口較平滑，底部含較多植物腐殖質，流塑狀態：-13.2～-15.9為粉細砂，深灰、灰白色、畢業設計（論文）

松散，飽和，含貝殼，云母，局部夾中砂。該區軟土的透水性較 高，適合使用排水固結法加固軟基。以下是砂井布置與施工方法。

路基寬度為58.5m，設計采用的袋砂井直徑為7cm，呈正三角形布置，砂井長度由軟基深度確定，一般全部穿透軟土層，并打入持力層50cm。

1）設置砂墊層

（1）首先清除地面上的草皮及雜物，再用土質相同的土填筑成路拱式橫坡，坡度不小于3％，要求碾壓密實，形成排水坡，設計密實度為0.90以上。

（2）再在路拱上均勻地鋪設透水性好的粗砂層，砂層厚度在30cm以上，表面應平順，形成與路拱相同的坡度，以利于袋裝砂井排出的水能迅速從該砂層中流出。

2）機具定位

（1）袋裝砂井布置呈正三角形，各邊間距按設計要求。

（2）根據袋裝砂井布置范圍及間距，采用小木樁或竹板樁準確定出每個砂井的位置，在套管入土時再將其拔掉。

3）打入套管

（1）當套管吊起定位后，即可輕緩打擊。入土困難時，再進行大幅振動打擊，直至設計深度為止。

（2）套管打入前，在套管上放置注水用的水管，用以向套管內注水。當向套管內放入砂袋時，同時注水，防止回袋。

4）起吊下砂袋

（1）砂袋運輸要用專門運送工具，嚴禁在地上拖拉。

（2）下放砂袋時，應在套管上口設滑槽，將砂袋緩慢順直地放入套管。5）撥套管

砂袋到位后即可起撥套管，起拔時要連續緩慢進行，中途不得放松吊繩，防止因套管下落而損壞砂袋。

6）袋頭處理

套管撥出后，砂袋應露出井口30cm，由于振動下砂袋過程中砂袋更加密實，上口通常會形成空袋，必須二次補砂密實，用力抖動袋口后，重新扎牢袋口，防止在孔口附近形成縮井或斷井，影響排水效果。

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在經過3個月的超載預壓后，該區的沉降速率已經降低到很小，基本達到了卸載要求，由此可見，本區在路基填筑期間已經完成了大部分主固結。此外，路基橫向的差異沉降相對較小，說明軟土層在本區的橫向分布比較均勻。袋裝砂井排水固結法進行軟基處理，關鍵在于施工工藝和質量控制．施工過程中要嚴格控制砂的質量和砂袋的灌砂量，防止砂袋的頸縮和回帶；對于軟土厚度較大、土含水量較高的土層，為達到預期的加固效果，要選擇一個合適的砂墊層標高和厚度，使土體壓縮過程中砂墊層處于排水邊溝水位之上。廣東順德快速干線公路項目施工期間及沉降觀測顯示，地基處理效果良好，各項指標滿足了設計要求。

排水固結法適用處理各類淤泥、淤泥質土及沖填土等飽和黏性土地基。砂井法特別適用于存在連續薄砂層的地基。但砂井只能加速主固結而不能減少次固結，對有機質土和泥炭等次固結土，不宜只采用砂井法。克服次固結法可利用超載的方法。真空預壓法適用于能在加固區形成（包括采取措施后形成）穩定負壓邊界條件的軟土地基。降低地下水位法、真空預壓法和電滲法由于不增加剪應力，地基不會產生剪切破壞，可適用于很軟弱的黏土地基。

3.3 強夯法

強夯法國際上稱為動力固結法（dynamic consolidation Method）或稱動力壓實法(dynamic compaction Method)。這種方法是反復將很重的錘提到一定高度使其自由落下，給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基的強度并降低其壓縮性，改善地基性能。

目前，使用的夯錘一般為10～40t，提升高度在10～40m。

宜昌興山縣公安局看守所監室、位于興山縣新縣城古夫鎮北側古洞口小區，南與電業公司住宅樓毗鄰。建筑面積2800平方米，基礎全部坐落在高填土上，填土厚度3m-6m。填筑材料為碎石，砂，卵石和少量崩坡積含碎石粉質粘土等。由于該工程位于6度地震區的高填土上，并且下臥可液化土層，必須對地基進行加固處理。

該工程先后決定用沉管灌注樁基礎、挖孔樁和強夯法。經比較最終決定采用強夯法，以15t履帶式起重機作為提升機具。夯錘重120kn，以20mm厚的鋼板為底，底面積1.8×1.8㎡，外包高0.96m。厚10mm鋼板，內設多層錨固鋼筋并滿澆C28混凝土，錘底到錘面埋有5根ф100mm的通氣管，以降低夯擊的氣墊作用，錘頂采用剛性吊環，使用吊鉤得以迅速而方便的掛上。自動脫鉤裝置由船用脫鉤裝置改變而來，開鉤拉繩一端系在脫鉤裝置的把柄上，另一端穿過焊在吊車大鉤側板上的轉向滑輪，然后固定在吊車起重臂底部的軸上，當夯錘起吊到預定高度時，開鉤拉繩即張緊而拉開脫鉤裝置的鎖卡，使夯錘脫鉤下落。

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據觀測，強夯后地基平均下沉0.55m，夯擊點周圍沒有隆起現象，在夯擊截面2 m范圍內，標高都有下降。通過現場測試，地基承載力提高1-2倍，有效影響深度達7 m左右，改善了地基的抗液化性能。經比較，采用強夯法比樁基節省投資15余萬元，比人工挖孔樁節約投資18余萬元，基礎施工速度明顯加快。質量效果甚佳，深受建設單位好評。

強夯法由于在實踐中具有效果顯著，適用土類廣，設備簡單、施工方便面、節省勞力、施工期短、節約材料，施工文明和施工費用低等優點，在世界各地應用很廣泛。

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，均能取得較好的效果。對于飽和度較高的黏性土，一般來說，強夯法效果不明顯，尤其對于淤泥和淤泥質土地基，處理效果更差，應用時要慎重。

3.4 砂石樁

碎石樁、砂樁砂石樁總稱為砂石樁是指應用采用振動、沖擊或水沖等到方法在軟弱地基中成孔后，再將砂或碎石擠壓入已成的孔，形成大直徑的砂石所構成的密實樁體。砂砂石樁法早期主要用于擠密砂石地基，隨著研究和實踐的深化，其應用范圍不斷擴大。

砂石樁與樁間土形成復合地基，提高地基的承載力，可防止砂土的振動液化，也可增強軟弱黏性土、素填土及雜填土地基。在飽和黏土地基上對變形控制要求不嚴的工程也可采用砂石樁進處理；但對于沉降要求較為嚴格的建筑結構，最好是通過現場試驗后再確定是否采用。

砂石樁具有施工簡單加固效果好，節省材料、工程造價低、無污染等特點，廣泛應用于公路路堤（含構筑物）、碼頭、倉庫、油罐、廠房和住宅等工業與民用建（構）筑物的地加固工程中。

砂石樁（含碎石樁、砂樁）復合地基與剛性地基的區別在于砂石樁屬散體材料樁，無膠結強度，其剛度介于土和柔性樁之間，能承受和傳遞壓力，不能承受拉力，并且在圍限條件下方能成樁；砂石樁是地基整體的一個組成部分，僅起加固地基的作用；而剛性樁則需與建筑物的基礎作剛性連接，并且某些樁可以預制。

3.5水泥土攪拌法

水泥土攪拌法是適用于加固飽和黏性土和粉土等地基的一種方法，它是利用水泥（或石灰等材料）作為固化劑（漿體或分體）強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性，水穩性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基的強度和增大變形模量。

水泥土攪拌法一般適用于處理正常固結的淤泥，淤泥質土、黏性土、粉土、素填土（包括

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沖填土）、飽和黃土、塑性指數大于25的黏土、地下水具有腐蝕性時以及無工程經驗地區，必須通過現場試驗確定其適用性。

水泥土攪拌法加固軟土地基具有其獨特的優點：（1）最大限度地利用了原土；

（2）攪拌時無振動無噪音和無污染，可在密集的建筑群中施工，對周圍原有建筑物和地下溝管影響很小；

（3）可根據上部結構的需要，靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀等加固形式；（4）與鋼筋混凝土樁相比，可節約材料并降低造價。

基于上述優點，水泥土攪拌法在鐵路、公路、市政工程、工業和民用建筑等軟土地基加固方面應用非常廣泛。

3.6 灌漿法

灌漿法是指利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透、和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據新的位置，經人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能好和化學性質穩定性良好的“結石體”。

灌漿法可以從下列幾個方面對地基進行處理：

（1）降低了地基土的透水性，防止流砂、鋼板樁滲水，壩基漏水和隧道開挖時涌水，并改善了地下工程開挖條件；

（2）可整治塌方滑坡；

（3）提高了地基承載力，減少地基的沉降和不均勻沉降；（4）可進行托換技術加固古建筑地基。

3.7高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法（high pressure jet grouting）簡稱為高噴法或旋噴法。具有加固體強度高。加固質量均勻、加固體形狀可控的特點，已成為國內工程界普遍接受的、多用途、高效的地基處理方法。

高壓噴射注漿，先利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管，鉆入土層的預定位置，然后將漿或水以高壓流的形式從噴嘴里射出，沖擊破壞土體，高壓流切割、攪碎的土層，呈顆粒狀分散，一部分被漿液和水帶出鉆孔，另一部分則與水攪拌混合，隨著漿液的凝固，組成具有一定強度和抗

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滲能力的固結體。

高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質土、黏土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基，當土中含有較多的大顆粒塊石、堅硬黏性土、大量植物根莖或有過多的有機質應根據現場試驗結果確定其適用程度。

高壓噴射法注漿法可用于既有建筑物和新建筑的地基處理，也可用于截水土保持、防滲、抗液化和土錨固定等。高壓噴射法的加固體可用作擋土結構、基坑底部加固，護坡結構、隧道棚拱，抗滲帷幕、樁基礎、地下水庫結構、豎井斜井等地下圍護和基礎。

除以上各種方法外，近年來還有土工合成材料、和復合地基等方法處理軟弱地基。軟土地基處理方法的綜合運用

以上各種方法各有優缺點，應根據各自適用條件合理選擇，解決相應的問題。需要注意的是，由于各地軟土地基條件千變萬化，有時單獨任一種處理方法都不能解決或不能完全解決問題，這時可同時運用兩種甚至幾種方法，綜合各種方法長短合理運用。如飽和軟黏土為軟弱土層，其作地基的主要障礙是含水量大(呈飽和狀態)，因此沉降量大、承載力低、強度和穩定性差。要使其固結并具有足夠的承載力，一般情況下難以辦到，若單一采用堆載預壓來提高承載力，則短期內難見成效；若采用復合的方法，綜合發揮幾種方法的各自優勢，問題就不難解決。

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致 謝

在論文寫作期間，得到了緱勇老師的悉心指導。緱老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野開闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，使我不僅鞏固了所學知識，而且接受了全新的思想觀念，領會了基本的思考方式，掌握了通用的學習方法。為我即將到來的工作奠定了專業基礎技能。緱老師以其平易近人、樸實無華和認真負責的作風感染著我。再次向緱老師表達崇高的敬意和衷心的感謝！

此致

敬禮！

劉建軍

2010年4月25日

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