殼管式冷凝器設(shè)計(jì)

1、學(xué)號20122916096成績課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)時(shí)間 2015.1.6 2015.1.21 學(xué) 院 食品工程學(xué)院 專 業(yè) 能源與動(dòng)力工程 班 級 1202班 姓 名 楊鑫 指導(dǎo)教師 曲航 配用冷水機(jī)組的臥式殼管式冷凝器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一臺(tái)配用冷水機(jī)組的臥式殼管式冷凝器設(shè)計(jì)條件: 設(shè)計(jì)參數(shù)：制冷劑：R134a額定工況蒸發(fā)溫度：t0=50C冷卻水進(jìn)口溫度：tk=400C制冷量：Q0=360kw傳熱管：每英寸19片的滾軋低肋銅設(shè)計(jì)要求：1.對確定的工藝流程進(jìn)行簡要論述；2.物料衡算，熱量衡算；3.確定管式冷凝器的主要結(jié)構(gòu)尺寸；4.計(jì)算阻

2、力；5.編寫設(shè)計(jì)說明書 一、設(shè)計(jì)方案的確定及說明。1.冷卻水的進(jìn)出口溫度。進(jìn)口水溫度280C，而一般臥式殼管式冷凝器的冷卻劑進(jìn)出口溫度之差為4100C，本設(shè)計(jì)取60C,故出口溫度為340C.2.流速的選擇查得列管換熱器管內(nèi)水的流速，管程為0.53m/s，殼程0.21.5m/s2；根據(jù)本設(shè)計(jì)制冷劑和冷卻劑的性質(zhì)，綜合考慮冷卻效率和操作費(fèi)用，本方案選擇流速為1.5m/s.3.冷凝器的造型和計(jì)算 3.1水冷式臥式冷凝器的類型本次設(shè)計(jì)是以海水為冷卻劑，選擇氟利昂高效臥式冷凝器為設(shè)計(jì)對象。此冷卻系統(tǒng)的原理是將壓縮機(jī)排出的高溫、高壓制冷制氣等壓冷凝成液體，在冷庫中蒸發(fā)，帶走待冷物料的熱量，起到冷卻物料的效

3、果。本方案采用R134a為制冷劑，不燃燒，不爆炸，無色，無味。冷凝器型式的選擇：本方案采用臥式殼管式冷凝器。臥式管殼式水冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：1、結(jié)構(gòu)緊湊，體積比立式殼管式的??；2、傳熱系數(shù)比立式殼管式的大；3、冷卻水進(jìn)、出口溫差大，耗水量少；4、為增加其傳熱面積，R134a所用的管道采用低肋管；5、室內(nèi)布置，操作較為方便。3.2冷凝器的選型計(jì)算3.3冷凝器的熱負(fù)荷3.4冷凝器的傳熱面積計(jì)算+3.5冷凝器的阻力計(jì)算4·管數(shù)、管程數(shù)和管子的排列4 1管數(shù)及管程數(shù)4.2管子在管板上的排列方式4.3管心距5·殼體直徑及殼體厚度的計(jì)算51殼體直徑，厚度計(jì)算二、設(shè)計(jì)計(jì)算及說明（包括校核）（

4、一）設(shè)計(jì)計(jì)算1、冷凝器的熱負(fù)荷：冷凝器的熱負(fù)荷是制冷劑的過熱蒸汽在冷凝過程中所放出的總熱量，可用制冷劑的 壓焓圖算出。公式如下： kw式中 ： 冷凝器的熱負(fù)荷，kw； 制冷量，360kw； 系數(shù)，與蒸發(fā)溫度t k、氣缸冷卻方式及制冷劑種類有關(guān)，由食品工程原理設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖3查出。在蒸發(fā)溫度為5，冷凝溫度為40，查得為1.93。 =1.93×360= 695kw2、傳熱平均溫差：=5.450C3、冷凝器的傳熱面積計(jì)算：根據(jù)選用臥式管殼式水冷冷凝器及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4各種冷凝器的熱力性能，取傳熱系數(shù)為800 w/（·k） 0式中： 傳熱系數(shù)，w/ 、；（由食品工程原理設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3中

5、可取750） 冷凝器得傳熱面積，； 冷凝器得熱負(fù)荷，w； 傳熱平均溫差，又t=5.454、冷凝器冷卻水用量： kg/h 式中： 冷凝器的熱負(fù)荷， kw； 冷卻水的定壓比熱，KJ/kg·k；淡水可取4.186； 冷卻水進(jìn)出冷凝器得溫度，K或； 冷卻水進(jìn)出冷凝器得溫度，K或。5、冷凝器冷卻水體積流量： 式中：取995.7；6、管數(shù)和管程數(shù)和管束的分程、管子的排列的確定：1）確定單程管數(shù)n 由制冷原理及設(shè)備一書查得，冷凝器內(nèi)冷卻水在管內(nèi)流速可選取1.5 m/s。設(shè)計(jì)中選用38×2.5mm不銹無縫鋼管作為冷凝器內(nèi)換熱管。 式中： 管內(nèi)流體的體積流量， /s； 管子內(nèi)直徑， m； 流

6、體流速，m/s。 圓整為108取整后的實(shí)際流速2）管程數(shù)： 管束長度 式中： 傳熱面積，； 按單程計(jì)算的管長，m。 管程數(shù) 式中： 為選定的每程管長，m，考慮到管材的合理利用，取6m。 圓整為12所以冷凝器的總管數(shù)為 根3）管心距查可得管心距=48mm 4）管子在管板上的排列方式管子在管板上排列時(shí)，應(yīng)使管子在整個(gè)冷凝器截面上均勻而緊湊地分布，還要考慮流體性質(zhì)，設(shè)備結(jié)垢以及制造等方面地問題7.殼體直徑及殼體厚度的計(jì)算1）殼體直徑的計(jì)算殼體的內(nèi)徑應(yīng)稍大于或等于管板的直徑，所以，從管板直徑的計(jì)算可以決定殼體的內(nèi)徑. D=a (b-1) +2e式中：D 殼體內(nèi)徑， mm； a 管心距， mm； b 最

7、外層的六角形對角線(或同心圓直徑)；e 六角形最外層管子中心到殼體內(nèi)壁的距離。一般取e=(11.5)d0，這里取1.4。D= 48×（391）2×1.4×33 =182492.4=1916.4mm 圓整為2000mm2）殼體厚度(s)的計(jì)算 式中：s 外殼壁厚，cm； P 操作時(shí)的內(nèi)壓力，N/cm2（表壓），根據(jù)壁溫查得為80.8N/cm2 材料的許用應(yīng)力， N/cm2；查得不銹無縫管YB804-70的許用應(yīng)力是13230 N/cm2 焊縫系數(shù)，單面焊縫為0.65，雙面焊縫為0.85；（取單面焊縫）C 腐蝕裕度，其值在（0.10.8）cm之間，根據(jù)流體的腐蝕性而定

8、；取0.7D 外殼內(nèi)徑，cm。適當(dāng)考慮安全系數(shù)及開孔的強(qiáng)度補(bǔ)償措施，決定取s=17mm（二）設(shè)計(jì)校核1.雷諾數(shù)計(jì)算及流型判斷 冷凝器冷卻水用量： 實(shí)際流速：雷諾數(shù)： > 104 所以流型為湍流。2.阻力的計(jì)算冷凝器的阻力計(jì)算只需計(jì)算管層冷卻水的阻力，殼程為制冷劑蒸汽冷凝過程，可不計(jì)算流動(dòng)阻力。冷卻水的阻力可按下式計(jì)算：式中： 管道摩擦阻力系數(shù)，湍流狀態(tài)下，鋼管=0.22Re-0.2；Z 冷卻水流程數(shù)；L 每根管子的有效長度，m；d 管子內(nèi)直徑, m；u 冷卻水在管內(nèi)流速，m/s；g 重力加速度，m/s2； 局部阻力系數(shù)，可近似取為=4Z。4.傳熱面積安全系數(shù)式中： 實(shí)際布置所得的傳熱面積

9、，m2 ； 理論傳熱面積，m2 管外總傳熱面積：NTd0l1296×3.14×0.038×6927.8管內(nèi)總傳熱面積：NTdl1296×3.14×0.033×6805.7實(shí)際總傳熱面積：（）/2（927.82805.7）/2=866.8理論總傳熱面積：安全系數(shù)（866.8）/9.5一般要求安全系數(shù)為315（0.030.15），故本設(shè)計(jì)合符要求。5.長徑比L/D式中：L 每程管長，m；D 殼體內(nèi)徑，m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合38 范圍要求五、設(shè)計(jì)結(jié)果主要參數(shù)表序號項(xiàng)目結(jié)果序號項(xiàng)目結(jié)果9冷凝換熱管材料無縫鋼管21管程1210換熱管規(guī)格38×2.5 mm22總管數(shù)129611單程管數(shù)10823管心距48mm12軸線偏轉(zhuǎn)角度7°24冷庫冷負(fù)荷360kw 六、設(shè)計(jì)評論因?yàn)槌鞘形挥诤＿?，有大量海水資源。冷卻可使用海水進(jìn)行，可以節(jié)省寶貴淡水資源，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。但是海水對管路設(shè)備腐蝕較大，應(yīng)采用耐腐蝕材料，此項(xiàng)會(huì)