殼管式干式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)說明書.

1、2014年5月2014年5月第中原工學(xué)院Zhangyuanuniversityoftechnology畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目名稱：50kW殼管式干式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：能源與環(huán)境學(xué)院級(jí):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:論文編號(hào)：20100112413050kW殼管式干式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)50kWtubularDXevaporatordesign學(xué)院名稱：能源與環(huán)境學(xué)院班級(jí)：號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）II摘要換熱器是化工生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一，它是一種冷熱流體間傳遞熱量的設(shè)備，其中殼管式換熱器應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì)為殼管式干式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，換熱

2、器類型選擇為U型管式換熱器。U型管式換熱器僅有一個(gè)管板，兩端均固定于同一管板上，管子可以自由伸縮，無熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程采用雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好，承壓能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)比較簡單、價(jià)格便宜，適用于管、殼壁溫差較大或者殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合，特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的物料。U型管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)包括管箱、筒體、封頭、換熱管、接管、折流板、防沖板和導(dǎo)流筒、防短路結(jié)構(gòu)支座及管殼程的其他附件等。隨著國家對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的提倡，滿液式機(jī)組也越來越受到歡迎。滿液式機(jī)組與普通冷水機(jī)組的區(qū)別就在于蒸發(fā)器采用了滿液式蒸發(fā)器，而普通冷水

3、機(jī)組采用干式蒸發(fā)器。滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器二者的明顯區(qū)別在于制冷劑流程的不同，滿液式蒸發(fā)器制冷劑走殼程，制冷劑從殼體下部進(jìn)入，在傳熱管外流動(dòng)并受熱沸騰，蒸汽從殼體上部排出。干式蒸發(fā)器中制冷劑走管程，即制冷劑從端蓋下部進(jìn)入傳熱管束，在管內(nèi)流動(dòng)受熱蒸發(fā)，蒸汽從端蓋上部排出。換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是耗能用量十分大的領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類開發(fā)越來越多。關(guān)鍵詞：干式蒸發(fā)器，U型管式換熱器，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)計(jì)算中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）IIAbstractHeate

4、xchangerisoneoftheimportantequipmentinchemicalindustry，ittransferheatbetweencoldandheatfluid.Inthisheatexchangerthetubularheatexchangerismostwidelyused.ThisdesignisatubularDXevaporator.ThetypeoftheheatexchangeristheUtypeheatexchanger.Utypeheatexchangerwithatubeplate,bothendsofwhicharefixedonthesamet

5、ubeplates,tubescanbefreelytelescopic,thermalstress,thermalcompensationperformanceisgood;tubewithdoubletubepass,longerprocess,theflowvelocityishigher,theheattransferperformanceisgood,strongbearingability,simplestructure,cheapprice,appliedtothetube,thelargertemperaturedifferencebetweentheshellwallorsh

6、ellpassmediumeasyscalingneedscleaningandnotsuitableforfloatingheadtypeandfixedtubeplateoccasions,especiallysuitableforthetubeawaycleanandnoteasytoscalethehightemperature,highpressure,strongcorrosivematerials.Utypeheatexchangermainstructureconsistsofatubebox,cylinder,head,tube,pipe,baffleplate,frontp

7、anelanddrafttube,shortcircuitprotectionstructure,supportandotheraccessoriessuchaspipeshell.FloodedchillerisbeingmoreandmorepopularwithourgovernmentspromotionofenergysavingproductsThemajordifferencebetweenfloodedchillerandnormalchilleristheirevaporatorinstalledinside，floodedevaporatorwasinstalledinfl

8、oodedchillerwhileDXevaporatorinnormalchillerTheobviousdifferenceofthesetwokindsofchillersistheirrefrigerationpassesInthefloodedchiller，refrigerantrunsintoshellfromthebottom，thenflowsoutsideofheatexchangingpiping，beingheatedandboiled，turnsintovaporandbeingdischargedfromthetopofshel1InDXevaporator，ref

9、rigerantrunsinsidetubesItenterstubebundlesfromthebottomofendcover，flowsinsidethetubes，beingheatedandevaporates，thenbeingdischargedfromtopofendcoverHeatexchangeriswideusedinindustry，specialinenergyconsumptionfield.Asenergy-savingtechnologymoving,，moreseriousheartexchangerwillappear.Keywords：DXevapora

10、tor，Utypeheatexchanger，structure，designandcalculation目錄TOC o 1-5 h z1緒論1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 課題的提出和研究內(nèi)容1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1.1課題背景1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.1.2課題任務(wù)2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.2干式蒸發(fā)器21.2.1干式蒸發(fā)器簡介2干式蒸

11、發(fā)器與滿液式蒸發(fā)器的區(qū)別2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.3殼管式換熱器31.3.1殼管式換熱器簡介31.3.2殼管式換熱器分類41.3.3殼管式換熱器的發(fā)展6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 設(shè)計(jì)與計(jì)算的理論概述8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 殼管式換熱器的結(jié)構(gòu)8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 管程結(jié)構(gòu)8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Do

12、cument 殼程結(jié)構(gòu)8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 管程和殼程數(shù)的確定9 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 流動(dòng)空間的選擇9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 流體流速的選擇11 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 流體流動(dòng)方式的選擇12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 流體溫度和流體終溫的確定12 HYPERLINK l bookmark

13、42 o Current Document 材質(zhì)的選擇12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)計(jì)算13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 設(shè)計(jì)方案確定/13 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 設(shè)計(jì)條件確定13 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 制冷劑質(zhì)量流量計(jì)算13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 冷凍水流量計(jì)算13 HYPERLIN

14、K l bookmark54 o Current Document 對(duì)數(shù)傳熱溫差初步計(jì)算14 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 管長初步計(jì)算14 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)15 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 換熱器計(jì)算17 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 4.1殼程換熱系數(shù)計(jì)算17 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 4.

15、2管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算18制冷劑流動(dòng)阻力及傳熱溫差的計(jì)算194.3.1制冷劑的流動(dòng)阻力計(jì)算194.3.2實(shí)際對(duì)數(shù)平均溫差20 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 4.4傳熱系數(shù)K及按內(nèi)表面計(jì)算的熱流密度q210i傳熱系數(shù)K210按內(nèi)表面計(jì)算的實(shí)際熱流密度21 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 所需傳熱面積22 HYPERLINK l bookmark144 o Current Document 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document

16、 換熱管設(shè)計(jì)23 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25殼體壁厚的確定25殼體直徑的確定26 HYPERLINK l bookmark222 o Current Document 進(jìn)出口設(shè)計(jì)27 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 殼程接管設(shè)計(jì)27管程接管設(shè)計(jì)28 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 端蓋設(shè)計(jì)28 HYPERLINK l bookmark193 o Current Document 管板設(shè)計(jì)28 HYPERLINK

17、l bookmark232 o Current Document 折流板設(shè)計(jì)30折流板型式30折流板尺寸30 HYPERLINK l bookmark236 o Current Document 拉桿和定距管32拉桿的直徑和數(shù)量32拉桿的位置33定距管尺寸33 HYPERLINK l bookmark246 o Current Document 5.7結(jié)構(gòu)部件明細(xì)表34 HYPERLINK l bookmark248 o Current Document U型管換熱器的制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收35 HYPERLINK l bookmark250 o Current Document 換熱器的制造35換

18、熱器的主要受壓部分的焊接接頭35管箱、殼體和頭蓋35 HYPERLINK l bookmark252 o Current Document 6.1.3換熱管356.1.4管板366.1.5換熱管與管板的連接36折流板、支撐板366.1.7管束的組裝376.1.8換熱器的密封面376.1.9換熱器的組裝37 HYPERLINK l bookmark254 o Current Document 6.1.10無損檢測37 HYPERLINK l bookmark256 o Current Document 6.1.11壓力試驗(yàn)37 HYPERLINK l bookmark270 o Current

19、Document 6.1.12銘牌386.2安裝、試車和維護(hù)386.2.1安裝38 HYPERLINK l bookmark272 o Current Document 6.2.2試車39 HYPERLINK l bookmark274 o Current Document 6.2.3維護(hù)39 HYPERLINK l bookmark276 o Current Document 結(jié)論40 HYPERLINK l bookmark278 o Current Document 致謝41 HYPERLINK l bookmark280 o Current Document 附錄42 HYPERLIN

20、K l bookmark282 o Current Document 附錄1換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算表42 HYPERLINK l bookmark284 o Current Document 附錄2換熱器整體結(jié)構(gòu)圖45 HYPERLINK l bookmark286 o Current Document 參考文獻(xiàn)46中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1緒論換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間傳遞熱量的節(jié)能設(shè)備，在石油，化工，動(dòng)力，食品，輕工等行業(yè)應(yīng)用普遍。在煉油，化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%45%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，換熱器的應(yīng)用

21、領(lǐng)域不斷擴(kuò)大帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。換熱器的種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類，即間壁式、混合式和蓄熱式。在三大類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。間壁式換熱器又可分為夾套式換熱器、沉浸式蛇管換熱器、噴淋式換熱器、套管式換熱器和殼管式換熱器。其中殼管式換熱器（又稱列管式）是最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占有主導(dǎo)的地位。課題的提出和研究內(nèi)容課題背景目前在國內(nèi)的冷水機(jī)組中，蒸發(fā)器主要有以下幾種形式：滿液式、干式、降膜式、板式和套管式。在大中型的冷水機(jī)組中，殼管式換熱器是最主要的換熱器形式，考慮到成本和結(jié)構(gòu)尺寸的限制，板式和套管式

22、換熱器主要應(yīng)用于小型的渦旋和螺桿機(jī)組。殼管式蒸發(fā)器主要有干式和滿液式兩種，對(duì)于熱泵機(jī)組，考慮到能夠在制冷制熱兩種工況下運(yùn)行，干式換熱器還是絕對(duì)的首選，滿液式蒸發(fā)器在熱泵上的應(yīng)用相對(duì)來說還不成熟。對(duì)于冷水機(jī)組，由于滿液式蒸發(fā)器具有更高的換熱性能，已經(jīng)受到越來越多的制冷設(shè)備制造商的青睞，但是其致命的弱點(diǎn)是機(jī)組的回油問題，特別是在低溫工況下尤為嚴(yán)重，增加回油設(shè)備一方面增加了成本另一方面也降低了機(jī)組的可靠性。干式蒸發(fā)器的應(yīng)用則相對(duì)要成熟很多，采用干式蒸發(fā)器不需要單獨(dú)的換熱器回油設(shè)計(jì)，但是其缺點(diǎn)是系統(tǒng)效率卻會(huì)有所降低。干式換熱器性能接近板式換熱器，但對(duì)于像R134a這類環(huán)保的替代工質(zhì)，板式換熱器在稍大的

23、冷量范圍內(nèi)性能會(huì)因?yàn)橹评鋭┓峙洳痪兴档投覂r(jià)格一般偏貴。隨著國內(nèi)空調(diào)行業(yè)的迅猛發(fā)展和新的國家強(qiáng)制性空調(diào)能效標(biāo)準(zhǔn)的頒布，高效和環(huán)保已經(jīng)成為制冷空調(diào)行業(yè)的發(fā)展方向，因此對(duì)于在新型工質(zhì)下如何提高這種運(yùn)行可靠的傳統(tǒng)換熱器型式干式蒸發(fā)器性能的研究是個(gè)很有意義的課題。1.1.2課題任務(wù)本次設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器是50kW殼管式干式蒸發(fā)器，主要完成的是冷凍水和制冷劑之間的熱量交換，在設(shè)計(jì)工況下能夠正常運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，材料選擇達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的要求，換熱器盡可能的減少泄漏。同時(shí)在保證技術(shù)條件的前提下，換熱器外觀設(shè)計(jì)盡量美觀，整體尺寸盡量小。主要設(shè)計(jì)任務(wù)包括設(shè)計(jì)條件的確定設(shè)計(jì)方案的選擇、換熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中結(jié)

24、構(gòu)設(shè)計(jì)又包括管板、端蓋、折流板、拉桿、定距桿、法蘭、進(jìn)出口的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。具體設(shè)計(jì)條件見表1-1-1。表1-1-1設(shè)計(jì)條件制冷劑負(fù)荷蒸發(fā)溫度冷凝溫度冷凍水進(jìn)口溫度冷凍水出口溫度R2250kW2C32C12C7C干式蒸發(fā)器1.2.1干式蒸發(fā)器簡介干式蒸發(fā)器是液體制冷劑經(jīng)節(jié)流后從蒸發(fā)器一端的端蓋進(jìn)入管程，端蓋上鑄有隔板，制冷劑經(jīng)過兩個(gè)或多個(gè)流程蒸發(fā)并吸收載冷劑的熱量后從同一個(gè)端蓋出來后進(jìn)入壓縮機(jī)。如果端蓋隔板墊片泄漏，會(huì)使制冷劑短路，造成回液及制冷能力下降。這種蒸發(fā)器的主要特點(diǎn)是：制冷劑在管內(nèi)完全蒸發(fā)并過熱成為過熱氣體，這有利于使用熱力膨脹閥自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量。通常使用的制冷劑有R22、R134a、

25、R407c、R410a等。因?yàn)橹评鋭┰诠軆?nèi)蒸發(fā)，只要管內(nèi)流速超過4m/s，就可以把管內(nèi)的潤滑油帶回壓縮機(jī)，回油方便。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，殼程采用GB151或TEMA規(guī)定的E型結(jié)構(gòu)（折流板型式），折流板的缺口大小根據(jù)載冷劑的物理性質(zhì)與流量大小開15%50%的缺口，通常情況下，折流板缺口的流速與載冷劑橫向掠過管束的流速大致相等，為了保證換熱效果，折流板與殼體內(nèi)壁的間隙、換熱管與折流板的間隙要小于或等于GB151或TEMA規(guī)定的最小間隙，特別是在低溫情況下，這些間隙顯得尤為重要，由于在低溫情況下，載冷劑一般為高粘度流體，流速慢，熱阻相對(duì)增大，間隙泄漏更加明顯，所以在低溫情況下對(duì)間隙的控制一定要更加嚴(yán)格。干式

26、蒸發(fā)器與滿液式蒸發(fā)器的區(qū)別干式蒸發(fā)器的制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，水在管簇外流動(dòng)。制冷劑流動(dòng)通常有幾個(gè)中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 流程，由于制冷劑液體的逐漸氣化，通常越向上，其流程管數(shù)越多。為了增加水側(cè)換熱，在殼體內(nèi)傳熱管的外側(cè)設(shè)有若干個(gè)折流板，使水多次橫掠管簇流動(dòng)。干式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)：潤滑油隨制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)，一般不存在積油問題；充灌的制冷劑少，一般只有滿液式的1/3左右；蒸發(fā)溫度t0在0C附近時(shí)，水不會(huì)凍結(jié)。使用這種蒸發(fā)器必須注意：(1)制冷劑有多個(gè)流程，在端蓋轉(zhuǎn)彎處如處理不好會(huì)產(chǎn)生積液，從而使進(jìn)入下一個(gè)流程

27、的液體分配不均勻，影響傳熱效果；水側(cè)存在泄漏問題，由于折流板外緣與殼體間一般有13mm間隙，與傳熱管之間有2mm左右的間隙，因而會(huì)引起水的泄漏。實(shí)踐證明，水的泄漏會(huì)引起水側(cè)換熱系數(shù)降低20%30%，總的傳熱系數(shù)降低5%15%。滿液式殼管蒸發(fā)器在管內(nèi)走水，制冷劑在管簇外面蒸發(fā)，所以傳熱面基本上都與液體制冷劑接觸。一般殼體內(nèi)充注的制冷劑量約為殼體有效容積的55%65%，制冷劑液體吸熱氣化后經(jīng)筒體頂部的液體分離器，回入壓縮機(jī)。滿液式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，操作管理方便，傳熱系數(shù)較高。滿液式蒸發(fā)器的缺點(diǎn)：制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度低于0C時(shí)，管內(nèi)水易凍結(jié)，破壞蒸發(fā)管；(2)制冷劑充灌量大；受制冷劑液柱高度影響，

28、筒體底部的蒸發(fā)溫度偏高，會(huì)減小傳熱溫差；蒸發(fā)器筒體下部會(huì)積油，必須有可靠的回油措施，否則影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。殼管式換熱器1.3.1殼管式換熱器簡介殼管式換熱器又稱為列管式換熱器，是最典型的間壁式換熱器。殼管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。殼管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。殼管式換熱器結(jié)構(gòu)：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(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體

29、。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)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(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)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(nèi)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(yīng)用。1.3.2殼管式換熱

30、器分類由于管內(nèi)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(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50C時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，殼管式換熱器可分為以下幾種主要類型（1）浮頭式換熱器浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套

31、絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個(gè)以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，設(shè)浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺(tái)雙密封，分程隔板與梯型凸臺(tái)相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺(tái)及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對(duì)應(yīng)匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結(jié)構(gòu)必要時(shí)可適當(dāng)加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒

32、的內(nèi)徑，同時(shí)相應(yīng)變更加大相關(guān)零部件的尺寸；另配置一無外力輔助鋼圈，其圈體內(nèi)徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設(shè)法蘭與外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設(shè)法蘭或其他結(jié)構(gòu)與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封。浮頭換熱器的特點(diǎn)：浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。（2）固定管板式換熱器固定管板式換熱器的兩端管板

33、和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價(jià)便宜，但殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕

34、性的介質(zhì)不宜采用。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50C以上時(shí)，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于6070C和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6MPa時(shí)由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失

35、去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。固定管板式換熱器的特點(diǎn)：1、旁路滲流較??；2、造價(jià)低；3、無內(nèi)漏；固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合（3）U型管式換熱器U形管換熱器的管束結(jié)構(gòu)由U字形彎管組成。管子兩端固定在同一塊管板上，彎曲端不加固定，使每根管子具有自由伸縮的余地而不受其它管子及殼體的影響這種熱交換器在需要清洗時(shí)可將整個(gè)管束抽出，但要清除管子內(nèi)壁的污垢卻比較困難；因?yàn)閺澢墓茏有枰欢ǖ膹澢霃剑蚨谥圃鞎r(shí)需用不同曲率的模子彎管，而使管板的有效利用率降低；此外，損壞的管子也難于調(diào)換，U形

36、管管束的中心部分空間對(duì)換熱器的工作有著不利的影響。由于這些缺點(diǎn)的存在，使得它的應(yīng)用受到很大的限制。這類換熱器只有一個(gè)管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。本次干式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)采用型式的就是u形管換熱器。（4）填料函式換熱器這是一種使一端一端管板固定而讓另一端管板可在填料函中滑動(dòng)的熱交換器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，實(shí)際上它是將浮頭露在殼體外面的浮頭式熱交換器，所以又稱外浮頭式熱交換器。由于填料密封處容易泄露，故不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒和高壓流體的熱交換。而且由于制造復(fù)雜，安裝不便，因此此結(jié)構(gòu)不常采用。這類換熱器管束一端

37、可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價(jià)也比浮頭式低但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)1.3.3殼管式換熱器的發(fā)展殼管式換熱器的發(fā)展總體上是支承形式的發(fā)展，從板式支承到折流桿式支承,再到空心環(huán)支承，最后到管子的自支承，當(dāng)然期間也有交錯(cuò)發(fā)展的情況。隨著支承形式的發(fā)展，殼管式換熱器的殼程給熱系數(shù)呈現(xiàn)不斷提高的趨勢，壓降呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，換熱器的傳熱綜合性能得到很大的提高。從殼管式換熱器的發(fā)展可知，新的支承結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，絕大多數(shù)是為了是流體的流動(dòng)方式盡可能的變?yōu)榭v向流，這樣有利于管程與殼程熱交換，從而提高了傳熱系數(shù)，同時(shí)伴隨著壓降的降低，使得傳熱綜合性能得到很大的提高

38、。其次，由于國防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對(duì)海水氯堿醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強(qiáng)化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。對(duì)材料的噴涂，我國已從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價(jià)格比鈦材便宜，應(yīng)予注意。近年來國內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降

39、低，效益提高。中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2設(shè)計(jì)與計(jì)算的理論概述2.1殼管式換熱器的結(jié)構(gòu)2.1.1管程結(jié)構(gòu)換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞。考慮到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。實(shí)際所取管長應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時(shí)

40、，管子的長度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長與管徑之比，即L/D約為46。管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。(3)封頭和管箱封頭封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑的殼體。管箱殼管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換。2.2.2殼程結(jié)構(gòu)(1)殼體換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中

41、心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走短路，可以適當(dāng)?shù)卦黾右恍┘俟芑虬才乓恍├瓧U。（2）折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為

42、外殼內(nèi)徑的1040%,般取2025%,過高或過低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離（板間距）h為外殼內(nèi)徑D的（0.21）倍。板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。對(duì)圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響。弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生死區(qū)，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。擋板的間距對(duì)殼體的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。（3）緩沖板緩沖擋板為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料

43、管口裝設(shè)緩沖擋板。（4）拉桿、定距桿拉桿、定距桿起到固定折流板和保證折流板間距離的作用，另一個(gè)重要作用就是減少管束震動(dòng)。管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)換熱器的換熱面積較大而管子又不能很長時(shí)，就得排列較多的管子，為了提高流體在管內(nèi)的流速，需將管束分程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流動(dòng)阻力加大，動(dòng)力能耗增大，同時(shí)多程會(huì)使平均溫差下降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮。管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4、6四種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)相等。流動(dòng)空間的選擇在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，首先要決定哪種流體走管程，哪種流體走殼程。這需要遵循一些一般原則。應(yīng)盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近。在運(yùn)行溫度較

44、高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量的損失，而對(duì)于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量的損失。管、殼程的決定應(yīng)盡量做到易于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。從這個(gè)角度來說，順流式就優(yōu)于逆流式，因?yàn)轫樍魇竭M(jìn)出口端的溫度比較平均不像逆流式那樣，熱、冷流體的高溫段都集中在一端，低溫部分集中于另一端，易于因兩端收縮不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。(5)流量小而粘度大(卩1.5x10-32.5xlO-3Pa-s)的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對(duì)的，如流動(dòng)阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。(6)對(duì)于有毒的介質(zhì)或氣

45、體介質(zhì)，必使其不泄露，應(yīng)特別注意其密封，密封不僅要可靠而且還要求方便和簡單。(7)應(yīng)盡量避免采用貴金屬，以降低其成本以上這些原則有的是相互矛盾的，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。適于通入管內(nèi)空間(管程)的流體：不清潔的流體因?yàn)樵诠軆?nèi)空間得到較高的流速并不困難，而流速高時(shí)，懸浮物不易沉淀，且管內(nèi)空間也易于清潔。體積小的流體因?yàn)楣軆?nèi)空間的流動(dòng)截面往往比管外空間的流動(dòng)截面小，流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做多程流動(dòng)。有壓力的流體因?yàn)楣茏映袎耗芰?qiáng)，而且簡化了殼體的密封要求。腐蝕性強(qiáng)的流體因?yàn)橹挥泄茏蛹肮芟洳判枰媚透g的材料，而殼體及管外空間的所有零件均可

46、用普通材料制造，所以可以降低造價(jià)。此外，在管內(nèi)空間裝設(shè)保護(hù)用的襯里或覆蓋層也比較翻遍，并容易檢查。與外界溫差較大的流體因?yàn)榭梢詼p少熱量的散失。宜于通入管間空間(殼程)的流體：當(dāng)兩流體溫度相差較大時(shí)，a值較大的流體走管間這樣可以減少管壁與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對(duì)伸長量，故溫差應(yīng)力可以降低。若兩流體的給熱性能相差較大時(shí)，a值較小的流體走管間此時(shí)可用翅片管來平衡傳熱面兩側(cè)的給熱條件，使之相互接近。（3）飽和蒸汽以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。（4）粘度大的液體管間的流動(dòng)截面與方向都在隨時(shí)變化，在低雷諾準(zhǔn)數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)大。（5）被冷卻的流

47、體可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。（6）泄漏后危險(xiǎn)性大的流體可以較少泄露機(jī)會(huì)，以保安全。此外，易析出結(jié)晶、沉渣、淤泥以及其它沉淀物的流體，最好通入比較更容易清洗的流動(dòng)空間，在管殼式換熱器中，一般易清洗的是管內(nèi)空間。但在U形管、浮頭式換熱器中，易清洗的都是管外空間。流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。表2-4-1列管換熱器內(nèi)常用的流速范圍流體種類流速m/s管程殼程一般液體0.51.

48、30.21.5易結(jié)垢液體10.5氣體530315表2-4-2液體在列管換熱器中流速（在鋼管中）液體粘度最大流速m/s15000.6100015000.755001001.1100531.53511.812.4此外，在選擇流速時(shí)，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求。例如，選擇高的流速，使管中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） # 子的數(shù)目減少，對(duì)一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)。管子太長不易清洗，且一般管長都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。這些也是選擇流速時(shí)應(yīng)予考慮的問題。流體流動(dòng)方式的選擇除逆流和并流之外，在殼管式換熱器中冷、熱流體還可以

49、作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動(dòng)。當(dāng)流量一定時(shí)，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對(duì)傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動(dòng)力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時(shí)，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。流體溫度和流體終溫的確定冷卻介質(zhì)（或加熱介質(zhì)）終溫的選擇在換熱器的設(shè)計(jì)中，進(jìn)、出換熱器物料的溫度一般是由工藝確定的，而冷卻介質(zhì)（或加熱介質(zhì)）的進(jìn)口溫度一般為已知，出口溫度則由設(shè)計(jì)者確定。如用冷卻水冷卻某種熱流體，水的進(jìn)口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件作出估計(jì)，而出口溫度需經(jīng)過經(jīng)濟(jì)權(quán)衡確定。為了節(jié)約用水，可使水的出口溫度高些，但所需傳熱面積加大；反之，為減小傳熱面積，則可增加水量

50、，降低出口溫度。一般來說，設(shè)計(jì)時(shí)冷卻水的溫度差可取310C。缺水地區(qū)可選用較大溫差，水源豐富地區(qū)可選用較小的溫差。若用加熱介質(zhì)加熱冷流體，可按同樣的原則選擇加熱介質(zhì)的出口溫度。材質(zhì)的選擇殼管式換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價(jià)格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 3結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)

51、計(jì)方案確定/本次設(shè)計(jì)題目為殼管式干式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)，制冷劑走管程，水走殼程，逆流換熱，換熱器類型選擇U型管式換熱器，兩管程一殼程結(jié)構(gòu)。換熱管采用09.52xO.5mm規(guī)格的內(nèi)螺紋銅管。設(shè)計(jì)條件確定制冷劑R22換熱量Q二50kw0蒸發(fā)溫度t二2C0冷凝溫度t二32Ck冷凍水進(jìn)口溫度t二12C1冷凍水進(jìn)口溫度t二7C2制冷劑質(zhì)量流量計(jì)算制冷劑進(jìn)口焓值h二239.35kJ/kg3制冷劑進(jìn)口焓值h二406.24kJ/kg制冷劑側(cè)制冷流量M=-Q=50二0.30kg/sth-h406.24-239.3513冷凍水流量計(jì)算冷凍水比熱容c二4.187kJ/(kgC)水側(cè)的質(zhì)量流量m二一Q二50二2.39kg/s

52、c(t-1)4.187x(127)12水側(cè)的體積流量m2.39v=2.39x10-3m3/smp1000對(duì)數(shù)傳熱溫差初步計(jì)算平均傳熱溫差A(yù)t=mtt12ln(口o)tt1012712一2ln(i)7一2=7.21C管長初步計(jì)算取換熱系數(shù)K二2400W(m2C)(采用一般的銅光管時(shí)，換熱器的傳熱系數(shù)為523580W(m2C),如果采用小直徑銅管密排時(shí)，傳熱系數(shù)可提高為10001160W(m2C),采用強(qiáng)化管傳熱系數(shù)會(huì)有更大的提高，能提高多少，根據(jù)銅光管時(shí)的水速和制冷劑的質(zhì)量流速而定，即為水側(cè)的換熱系數(shù)和制冷劑側(cè)換熱系數(shù)而定)。則在此換熱系數(shù)下?lián)Q熱器的換熱面積F=KAt.50 x103=2.89m

53、22400 x7.21m考慮過熱、折流板和管板30%的安全余量(初步規(guī)劃的換熱面積要考慮過熱度對(duì)傳熱系數(shù)的影響，因此規(guī)劃的換熱面積要比校核計(jì)算的換熱面積提高15%30%左右，根據(jù)過熱度的大小，選擇合適的范圍，另外，管板及折流板占據(jù)了換熱面積不參與換熱，因此初步規(guī)劃的換熱面積要再提高5%左右)，則換熱面積F二2.89x1.3=3.75m2假定制冷劑質(zhì)量流速V=98kg(m2s)(為了保證潤滑油帶回壓縮機(jī)，制冷劑t在換熱管的出口流速要大于4m/s，此時(shí)制冷劑的質(zhì)量流速一般為v=100kg(m2s)t左右，質(zhì)量流速越大，制冷劑側(cè)和整體的換熱系數(shù)越高，該假定值后面會(huì)有校核)。單管程熱交換器的管程流通截

54、面積M0.30A=t=3.06x103m2tv98t單管程的管數(shù)4x3.06x10-33.14x0.008522=53.65根4An=卜兀d2i取整為54根。為滿足熱計(jì)算所需的傳熱面積，每根管子的長度2.893.14x0.00852x54=2.60m已知管程數(shù)為c二2，則每t程的換熱管長2.60T=1.30m總管數(shù)Z=cn=2x54=108根tt實(shí)際的制冷劑質(zhì)量流速為=97.36kg/(m2-s)M0.30 x4v=tn23.14x0.008522d24i與假設(shè)值v=98kg/(m2s)接近，故假設(shè)值合理。t結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)管板厚度5=30mmB折流板數(shù)N二19b折流板直徑d=176mmb折流板厚

55、度5二5mmb上缺口高H=45mm1下缺口高H=45mm2上缺口管數(shù)n二21根b1下缺口管數(shù)n二21根b2折流板間距s=55mm2管板與第一個(gè)折流板間距s二95mm1最后一個(gè)折流板距與換熱管管端間距s=90mm3殼體直徑附近的管數(shù)n二12根di據(jù)作圖法得到殼體內(nèi)徑D二178mms實(shí)際管長l=5+s+(N-1)s+N5+sB1b2bb3=30+95+(19-1)x55+19x5+901000=1.3m該值與初步計(jì)算的管長1.30m相等，故初步設(shè)計(jì)合理。實(shí)際參與換熱的管長l=s+(N-l)s+s1b23=95+(19-1)x55+901000=1.175m實(shí)際有效傳熱面積F=“dZl=3.14x0

56、.00952x108x1.175=3.79m200t以上結(jié)構(gòu)尺寸在后面結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)中均有校核。中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4換熱器計(jì)算殼程換熱系數(shù)計(jì)算折流板的平均間距19+1S=1b23=/1000=0.0587m橫向流通截面積A=(Dnd)s=(0.178-12x0.00952)x0.0587=0.0037459m2c橫向流速vU=mcAc000諜=0.6376m/s折流板上、下缺口面積按下面兩個(gè)公式計(jì)算。計(jì)算時(shí)K值取自表4-1-1中。bAb1=KD2一n兀d2b1sb14oAb2H/Ds50.300.350.40K

57、b0.07390.1120.1540.1980.2930.2450.450.343由于表Ik的數(shù)值H/D=H/D=0.044/0.178=0.251s2s故K取值為K=K=0.154bb1b2折流板上缺口面積A=KD2一n兀d2b1b1sb14o二154x0-1782-”4x3-14x0-009522二0.00338529m2折流板下缺口面積=154x1782-21x4x3-14x0-009522二0.00338529m2上、下缺口面積的平均值A(chǔ)b=2(八A)=.00338529m2b1b2縱向流速2.39x10-3=-m=0.7055m/sA0.00338529bu與u的幾何平均值cbu=J

58、uu=/0.6376x0.7055=0.6707m/scb冷凍水平均溫度t=(t+1)=丄x(7+12)=9.5OCs2122普朗特常熟運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)據(jù)此溫度查得水的物性數(shù)據(jù)為：Pr二9.73fu=1.282x10-6m2/s導(dǎo)熱率九二0.575W/(m。C)udRe=ofu則水的雷諾數(shù).6707x.00952=49801.282x10-6管外換熱系數(shù)計(jì)算九a=0.22Re0.6Pr0.33odffo=0.22x0.575x49800.6x9.730.330.00952=4654.71W/(m2C)管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算假定蒸發(fā)器按內(nèi)表面計(jì)算的熱流密度q=9700W/m2（此假定將在后面檢驗(yàn)）,i則

59、管內(nèi)換熱系數(shù)沖J丿R11R12R22R113R142-300.571.461.64/1.00-100.821.802.02/1.26+101.042.122.540.691.55表4-2-1系數(shù)與蒸發(fā)溫度的關(guān)系cX102q0.6U0.2imd0.2ia=57.8ci式中d換熱管內(nèi)徑；ic系數(shù)，查表4-2-1可得；U制冷劑質(zhì)量流速。m本設(shè)計(jì)中制冷劑為R22,蒸發(fā)溫度為2C，故c取值0.02332。a=57.8ciq0.6V0.2itd0.2i則管內(nèi)換熱系數(shù)=57.8x0.02332x97OOo.6x980.20.008520.2=2157.13W/(m2C)制冷劑流動(dòng)阻力及傳熱溫差的計(jì)算4.3.

60、1制冷劑的流動(dòng)阻力計(jì)算飽和制冷劑蒸氣在t二2C時(shí)的比容0v=0.04427m3/kg該狀態(tài)下的密度P=丄v10.04427=22.59kg/m3飽和制冷劑蒸氣的流速v98u=#=4.34m2/sp22.59蒸發(fā)器出口處的蒸發(fā)溫度t二2C,據(jù)此從物性表中查得R22制冷劑蒸氣的物0性參數(shù)如下：中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） i 普朗特常熟Pr二0.726運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)u=5.352xlO-7m2/s則制冷劑蒸氣的雷諾數(shù)Re=ud4.34x0.00852/卜=69065u5.352x10-7沿程阻力系數(shù)0.3164=(Re)0.250.3164(690