管殼式冷凝器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

管殼式冷凝器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)TOC\o"1-5"\h\z1．設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)內(nèi)容2設(shè)計(jì)題目：176kW水冷式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)內(nèi)容：22設(shè)計(jì)計(jì)算2確定制冷劑及相關(guān)工況.1...熱力計(jì)算2制冷劑的流量及EER計(jì)算22.1.2冷媒水流量32.3傳熱計(jì)算4選管4污垢熱阻確定5冷步規(guī)劃..5管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算6管外換熱系數(shù)的計(jì)算6傳熱系數(shù)K0計(jì)算7傳熱面積和管長(zhǎng)確定7流動(dòng)阻力計(jì)算83．結(jié)構(gòu)計(jì)算8殼體設(shè)計(jì)8端蓋設(shè)計(jì)8管板設(shè)計(jì)8分程隔板9連接管94．換熱器總體結(jié)構(gòu)討論分析105．設(shè)計(jì)心得體會(huì)106．參考文獻(xiàn)111．設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)題目：176kW水冷式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：(1)設(shè)計(jì)冷量176W，根據(jù)中央空調(diào)工況(冷水出口7℃,冷卻水入口溫度30℃)進(jìn)行制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算；選配中央空調(diào)螺桿式制冷壓縮機(jī)；機(jī)組性能符合能效限定值。(2)殼管式冷凝器設(shè)計(jì)。(3)編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，繪制換熱器零件圖。2設(shè)計(jì)計(jì)算2.1確定制冷劑及相關(guān)工況根據(jù)制冷劑的性質(zhì)及選擇制冷劑的原則，綜合各種制冷劑的單位制冷量、單位容積制冷量、比功、環(huán)保要求、安全性、經(jīng)濟(jì)性等，擬選用R22作為制冷劑。蒸發(fā)器的換熱量Q0=176KW；制冷劑：R22；蒸發(fā)溫度：t0=2℃；冷凝溫度：tk=40℃；冷卻水的進(jìn)出口溫度：進(jìn)口t1=30℃;出口t1=35℃。2.2熱力計(jì)算制冷劑的流量及EER計(jì)算用“制冷劑參數(shù)”軟件畫(huà)出R22的lgp-h圖，其中取指示效圖1R22圖1R22的IgP-h圖率ni=0.86,示意性表示如下圖1。從圖中讀出各點(diǎn)參數(shù)如下：1點(diǎn)：t1=12℃,匕=532.3kPa,h1=413.36KJ/Kg,s=1.7752點(diǎn)：h2=445.89KJ/Kg;h2s=441.23KJ/Kg；2s點(diǎn)：t2s=67℃,P2h2s=441.23KJ/Kg；4點(diǎn)：t4點(diǎn)：t4=35℃,P=1527.8kPa，4h4=243.18J/Kg；5點(diǎn)：t5=12℃,P5=532.3kPa,h5=243.18J/Kg;單位制冷量：q0=h1-h4=413.36-243.18=170.18KJ/Kg制冷劑質(zhì)流量qQ176kg1.034kgm0h1h4170.18ss

m冷凝器熱負(fù)荷Qk=qm*(h2-h4)=1.034*(445.89-243,18)=209.6kW壓縮機(jī)指示功率Pi=Qk-Q0=209.6-176=33.6kW取機(jī)械效率nm=0.92軸功率Pi33,6kWPem0.369.522能效比EER4.82Q0P176e36.52冷卻水流量水的定性溫度ts=(30+35)/2℃=32.5℃,根據(jù)資料【2】附錄9,p=994.3kg/m3,cp=4.179KJ/(Kg?K)3600Q3600209.6kgkgGwk36111.99cptkwkg4.179kg52.32.3傳熱計(jì)算2.3.1選管根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，擬采用每英寸19片的滾軋低肋管作為傳熱管，根據(jù)資料【3】p71換熱管用低翅片管序號(hào)5,規(guī)格019X1.5，如圖2所示:圖2圖2外螺紋管結(jié)構(gòu)其基本參數(shù)為：df18.75mm，db15.85mm,di14mm,sf1.25mmt0.25mm,h1.45mm,9=20t0.25mm,h1.45mm,9=20°每米肋管長(zhǎng)的肋片數(shù)：1000n=Sf每米管長(zhǎng)肋頂面積：fr=ndf6tn=nX0.01875每米管長(zhǎng)肋片面積：1000=7461103040XX01.02-53X746m2?m=0.011m2?mnn(df2nn(df2-db2)746X(0.018752-0.015852)2=cos9?2=2cos20

2每米管長(zhǎng)肋間基管面積：m2?m=0.119m2?mfb=ndb(1-o)=nd(1^-t+(dfbbdb)sin1nX15.850.25+(18.75-15.85)X0.17X(1-nX15.850.25+(18.75-15.85)X0.17X(1-1.34-3)X10=0.022m2?m每米肋片管外表面積：ft=ff+fb+fr=(0.119+0.022+0.011)m2?m=0.152m2?m每米管管內(nèi)表面積：fi=ndi=n0.014m2?m=0.044m2/m肋片當(dāng)量高度：

n(df2-n(18.752-H=fmm=4.2mmd2b)15.852).2.3.2污垢熱阻確定冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，管內(nèi)不便于清洗，所以冷卻水應(yīng)該選用品質(zhì)較高的水，參考資料【1】P216表8-2可取水側(cè)污垢熱阻ri=0.000172（m2?K）/W。制冷劑側(cè)的污垢主要是油垢，氟利昂液體與潤(rùn)滑油互相溶解，可以認(rèn)為不存在污垢熱阻。2.3.3冷凝結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃根據(jù)資料【5】P133表6-3給出的不同型式冷凝器傳熱系數(shù)K和單位面積熱流量qf的推薦值，同時(shí)考慮R22表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，低肋螺紋管傳熱效率高，初選管外表面單位面積熱負(fù)荷qf=5500W/m2。則初步估算所需冷凝器外表面積為：F0?=q209.6乂2=38.11m20qFk10mft0.152所需上述規(guī)格低肋管管長(zhǎng)為：L=F=38.11=250.7fft0.152設(shè)管內(nèi)水速w=2.5m/s,則每流程的管數(shù)：4Gwn=3600nd2p

w4Gwn=3600nd2p

wiw

若設(shè)流程數(shù)為I,冷0凝器有效管長(zhǎng)為k，必有：F0?=inftLe由此不同流程數(shù)i和有效管長(zhǎng)為L(zhǎng)e的組合由表1列出（計(jì)算此表中數(shù)值的條件是設(shè)定傳熱管按正三角形排列，管中心距t=25mm）。從表中可見(jiàn)，流程數(shù)的多少與冷凝器的生產(chǎn)成本高低密切相關(guān)，從裝置性能和經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，本設(shè)計(jì)流程數(shù)i=4，傳熱管的排列情況見(jiàn)零件圖：總管數(shù)：104根，殼徑325mm,19歹小12排。表1Le/mi*n殼內(nèi)徑Di/m長(zhǎng)徑比Le/Di

24.82520.2192242.411040.3257.422.3.4管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算實(shí)際每流程的的平均管數(shù)nm==26根，管內(nèi)冷卻水平均流速2.5m/s，由tf=432.5℃查水的熱物性0.75106m2s，所以ReUl2.5,,46667>104,即水在管內(nèi)作紊流運(yùn)動(dòng)。查資料【錄0.014E流體在管內(nèi)受迫運(yùn)動(dòng)放熱的紊流區(qū)換熱計(jì)算式^,E流體在管內(nèi)受迫運(yùn)動(dòng)放熱的紊流區(qū)換熱計(jì)算式^,在定性溫度下di1396+23.26tf1=96+1396+23.26tf1=96+23.26X32.5=2151.所以。ai=2151.95%Xi0.0140.210518.615W/(m2?K)。2.3.5管外換熱系數(shù)的計(jì)算按照傳熱管排列方式，有管簇修正系數(shù)En,其中平均管排數(shù)：nm["3/4]104["3/4]104[2X23/4+8X43/4+2X63/4+7X83/4]45.82故En=n0m.1675.820.167皿低螺紋管的增強(qiáng)系數(shù)（取nf=1）J.ffJ.ff)3/4Xf(b)1/40.0220.011+0.1190.01585=1.456+1.1X0.1520.152X1X(+1.1X0.1520.152X1X(0.0042)設(shè)冷凝液膜平均溫度tm=39.5℃，查資料【5】附錄得tk=40℃時(shí)，

rs1/4=20.192；Bm=71.86。蒸氣在低螺紋管上冷凝換熱系數(shù)為：a0=0.72rs1/4Bm（tk-1-11-1-414tw)-4db4WfEn=0.72X20.192X71.86X[0015815J4X1.456X0.745=13193.8△-t

2.3.6傳熱系數(shù)K0計(jì)算3根據(jù)管內(nèi)外熱平衡關(guān)系，管外單位面積熱流量qf0=a0△0t=3193.8△40to查金屬材料性質(zhì)得純銅管導(dǎo)熱系數(shù)2.3.6傳熱系數(shù)K0計(jì)算3根據(jù)管內(nèi)外熱平衡關(guān)系，管外單位面積熱流量qf0=a0△0t=3193.8△40to查金屬材料性質(zhì)得純銅管導(dǎo)熱系數(shù)3=384W/(m?K)。低螺紋管壁厚為"=0.925mm,則管外表面單位面積熱流量為：q=f0(a+r式中，At為蒸氣與冷卻水之間的傳熱溫差：Al-3。1ftrfti)f+入firmtt3530t"tmt"t'4030oCClnln40357.213C

Ofm為管內(nèi)外平均直徑處面積:fm=ndm=n(0.01585+0.01422)m2/m=0.047m27.213-A0tq?qf0=10.1520.0009250.152(+0.000172)義+義10518.6150.0443840.0473將計(jì)算qf0和q?的兩式聯(lián)立3得:31f903.8Aft040=7.213-A0t09.3X：01-04-47.213A0t9.3X1-043整理得:2.97At=7.21340用試湊法得-Att=2.08℃為聯(lián)立式之解。因此管外表面溫度「At040—2.08℃=37.92℃,代入qf0計(jì)算式中得：qf0=a03At0=3193.8A33193.8X2.084W/m2=5531.7W/m故以外管表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)K0=qf0=5531.7W/(m2?K)f02.3.傳熱面積和管長(zhǎng)確定傳熱面積F0AQtk=20595.631X.75531.710m2=37.89m2<38.11mAtm表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面積能滿(mǎn)足傳熱要求，設(shè)計(jì)合理。按照管排數(shù)總數(shù)為104根，則管子有效長(zhǎng)度Le=1043X8.101.152m2.4流動(dòng)阻力計(jì)算對(duì)于水，沿程摩擦阻力系數(shù)0.3160.02154取冷凝器兩側(cè)管板厚38mm,脹接伸出2mm,其實(shí)際冷凝長(zhǎng)度為：Lt=2.41+2X0.038+2X0.002=2.49m冷卻水在管內(nèi)的質(zhì)量流速g為：g=Pwww=994.3X2.5kg/(m2?s)=2485.75kg/(m2?s)冷卻水在冷凝器內(nèi)總的壓力損失：△P=12g2Uw[j+1.5(i+1)]=2iX2485.752X0.0010054X[0.0215X4X249.+1,5X(4+1)]=70807.1Pa=70.8kPa符合允許壓降，設(shè)計(jì)合0.014理。3．結(jié)構(gòu)計(jì)算殼體設(shè)計(jì)根據(jù)傳熱管布置情況計(jì)算得,最外層換熱管中心所在直徑？=295.16mm,最大管束直徑為314.16mm,查標(biāo)準(zhǔn)可知，殼體公稱(chēng)直徑應(yīng)該取325mm,殼體材料用碳素鋼,殼體壁厚取8mm。端蓋設(shè)計(jì)端蓋材料用灰鑄鐵，厚度取12mm,分隔板厚度取6mm,水槽深160mm.管板設(shè)計(jì)根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)查出管板的尺寸：PN=1.6MPa,DN=325mm,查得尺寸為：D=460mm,D1=410mm,D3=325mm,D4=363mm,D5=325mm,d2=25mm螺，栓M22*12,bf二24mm,b=38mm管板選用直接焊于外殼上并延伸到殼體周?chē)饧孀鞣ㄌm，管板與傳熱管的連接方式采用脹接法。.分程隔板u114qv4u114qv43.d11415出口接管內(nèi)徑（選液體流速為u20.5ms)按資料【6】p20表6,分程隔板厚度選6mm,分程隔板槽深4mm圖3-4分層隔板槽連接管1.制冷劑連接管1034|qmV21.034001848m；0.0191^k/'g制冷劑質(zhì)量流量進(jìn)口體積流量：進(jìn)口接管內(nèi)徑（選氟里昂氣體流速為u115ms）40mm3.5mm40.0191m0.04mm,圓整后，取無(wú)縫鋼管后,取無(wú)縫鋼管4qv1d2u4qv1d2u2m0.0299m3m0..02991m40.530mm3.5mm4．換熱器總體結(jié)構(gòu)討論分析在本次課程設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)殼管式冷凝器，下面對(duì)設(shè)計(jì)做總體的分析。在初步確定冷凝器結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行了熱力計(jì)算、傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算以及流動(dòng)阻力計(jì)算。對(duì)如換熱管，進(jìn)出水管，制冷劑進(jìn)出管以及管板的厚度，筒體等進(jìn)行選取。在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量使得冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，減少占據(jù)空間，節(jié)省原材料。5．設(shè)計(jì)心得體會(huì)本次換熱器的課程設(shè)計(jì)，是對(duì)《制冷原理》，《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》等課程的更深一層的學(xué)習(xí)。在這一次的課程設(shè)計(jì)中，需要涉及以前學(xué)過(guò)的一些課程，把這些獨(dú)立的課程聯(lián)系在了一起，了解了換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的大體步驟。通過(guò)查找資料，也了解了制冷機(jī)制作的一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)也對(duì)AutoCAD軟件、solidworks軟件有了更深一層的學(xué)習(xí)。由于時(shí)間的關(guān)系，設(shè)計(jì)有一些倉(cāng)促，還有很多待