管殼式冷凝器設計說明書

管殼式冷凝器設計說明書TOC\o"1-5"\h\z1．設計題目及設計內(nèi)容 2設計題目：176kW水冷式冷水機組設計 2設計內(nèi)容： 22設計計算 22.1確定制冷劑及相關工況 .1.2.2熱力計算 22.1.1制冷劑的流量及EER計算 22.1.2冷媒水流量 3傳熱計算 4選管 42.3.2污垢熱阻確定 5233冷凝器結構初步規(guī)劃 ..52.3.4管內(nèi)換熱系數(shù)的計算 62.3.5管外換熱系數(shù)的計算 62.3.6傳熱系數(shù)K0計算 72.3.7傳熱面積和管長確定 7流動阻力計算 83．結構計算 8殼體設計 8端蓋設計 83.3管板設計 8分程隔板 93.5連接管 94．換熱器總體結構討論分析 105．設計心得體會 106．參考文獻 111．設計題目及設計內(nèi)容設計題目：176kW水冷式冷水機組設計設計內(nèi)容：設計冷量176Kw根據(jù)中央空調(diào)工況(冷水出口7C,冷卻水入口溫度30C)進行制冷系統(tǒng)熱力計算；選配中央空調(diào)螺桿式制冷壓縮機；機組性能符合能效限定值。殼管式冷凝器設計。編寫設計計算說明書,繪制換熱器零件圖。2設計計算2.1確定制冷劑及相關工況根據(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：to=2C；冷凝溫度：tk=40°C；冷卻水的進出口溫度： 進口ti'=30C;出口ti"=35C。熱力計算2.2.1制冷劑的流量及EER計算用“制冷劑參數(shù)”軟件畫出R22的lgp-h圖，其中取指示效率ni=0.86,示意性表示如下圖1。從圖中讀出各點參數(shù)如下：點：ti=12°C,R=532.3kPa,hi=413.36KJ/Kg,s=1.775;點：h2=445.89KJ/Kg;2s點：12s=67C,Rs=1527.8kPa,h2s=441.23KJ/Kg;點：14=35C,F4=1527.8kPa,h4=243.18J/Kg;點：t5=12C,F5=532.3kPa,h5=243.18J/Kg;單位制冷量：qo=hi-h4=413.36-243.18=170.18KJ/Kg制冷劑質(zhì)流量qm-Q0 1.034kgh1h4 170.18幾 /s冷凝器熱負荷Q=qm*(h2-h4)=1.034*(445.89-243.18)=209.6kW壓縮機指示功率P=Q-Q0=209.6-176=33.6kW取機械效率nm=0.92軸功率Pe巴空36.52kWm0.92能效比EER 衛(wèi)64.82Pe 36.522.2.2冷卻水流量水的定性溫度 ts=(30+35)/2C=32.5C,根據(jù)資料【2】附錄9,p=994.3kg/m；Cp=4.179KJ/(Kg?K)3600Qk3600209.6k。/ kg/Gw - kg 36111.99kg^cptw 4.1795 /h /h

2.3傳熱計算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5,規(guī)格?19X1.5，如圖2所示：圖2外螺紋管結構圖其基本參數(shù)為：df18.75mm圖2外螺紋管結構圖其基本參數(shù)為：df18.75mm,db15.85mm,di14mm,sf1.25mmt0.25mm,h1.45mm,9=20°.每米肋管長的肋片數(shù):1000n1000n=育1000k746每米管長肋頂面積:frfr=nd》n=nX0.01875X0.25X10-3X746m2?m=0.011m2?m每米管長肋片面積：孑=nfdll=746X(0每米管長肋片面積：孑=nfdll=746X(0.01875)0.015852)m2?m=0.119m2?m2cos?22COS20每米管長肋間基管面積：3+(df-db)sin10sffb=nd(1-T)=nd(1-nX15.85X(1-。.25+(18.75-15.85)X°.17)X10-31.34=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=nd=n0.014m?m=0.044m2/m肋片當量高度：

n(d-n(d-朮)=4df冗(18.752-15.852)4X18.75mm=4.2mm232污垢熱阻確定冷卻水在管內(nèi)流動，管內(nèi)不便于清洗，所以冷卻水應該選用品質(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，氟利昂液體與潤滑油互相溶解，可以認為不存在污垢熱阻。2.3.3冷凝結構初步規(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荷qf=5500W/m2。則初步估算所需冷凝器外表面積為:F?=QF?=Qk209.6Xl05500m2=38.11m2?所需上述規(guī)格低肋管管長為：L=?= =250.7ft0.152設管內(nèi)水速w=2.5m/s,則每流程的管數(shù):4Gw2

36004Gw2

3600ndjPww4X36111.9 =26213600nX0.01公X994.3X2.5（取26根）若設流程數(shù)為I,冷凝器有效管長為Le，必有：F?=inftLe由此不同流程數(shù)i和有效管長為Le的組合由表1列出（計算此表中數(shù)值的條件是設定傳熱管按正三角形排列，管中心距t=25mn）。從表中可見，流程數(shù)的多少與冷凝器的生產(chǎn)成本高低密切相關，從裝置性能和經(jīng)濟方面綜合考慮，本設計流程數(shù)i=4，傳熱管的排列情況見零件圖：總管數(shù)：104根，殼徑325mm19列，12排。表1iLe/mi*n殼內(nèi)徑Di/m長徑比Le/Di24.82520.2192242.411040.3257.42

234管內(nèi)換熱系數(shù)的計算實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=32.5°C查水的熱物性 0.75106m2/，所以Reudi2.50.0140.7510646667>104，即水在管內(nèi)作紊流運動。查資料【5】附錄Reudi2.50.0140.7510646667>104，即水在管內(nèi)作紊流運動。查資料【5】附錄E流體在管內(nèi)受迫運動放熱的紊流區(qū)換熱計算式 a0.8BfW02，在定性溫度下Bf=dj1396+23.26tf=1396+23.26X32.5=2151.95。所以a=2151.95X2.60.80.0140.210518.615W/(m2?K)。2.3.5管外換熱系數(shù)的計算按照傳熱管排列方式，有管簇修正系數(shù)和，其中平均管排數(shù)： nm=［按照傳熱管排列方式，有管簇修正系數(shù)和，其中平均管排數(shù)： nm=［卡］L巧4[2X23/4+8X43/4+2X63/4+7X83/4]1045.82故乩=命7=5.8^0.167=0.745低螺紋管的增強系數(shù)（取n=1）(fr+f(fr+ff) 3/4Xn(db)1/4=1.4560.022 0.011+0.119 0.01585=1.4560.152+1.1X0.152X1X(0.0042)設冷凝液膜平均溫度tm=39.5C,查資料【5】附錄得tk=40C時，rS/4=20.192;Bm=71.86。蒸氣在低螺紋管上冷凝換熱系數(shù)為：a=0.72rS/4Bm(tk-111_1"4 1 4tw)4db4驕=0.72X20.192X71.86X[0.01585吐]X1.456X0.745=3193.841

236傳熱系數(shù)Ko計算3根據(jù)管內(nèi)外熱平衡關系，管外單位面積熱流量qfo=aAt=3193.8占t查金屬材料性質(zhì)得純銅管導熱系數(shù) 入=384W/(m?K)。低螺紋管壁厚為5=0.925mm,則管外表面單位面積熱流量為：q?0=彳A析-Atrft(airi)fi^rfm式中，Am為蒸氣與冷卻水之間的傳熱溫差：tJ__1tJ__1t"In——t'3530oC,4030CIn40357.213°Cfm為管內(nèi)外平均直徑處面積:0.01585+0.014 2 2fm=nd=n( )m/m=0.047m/mfm為管內(nèi)外平均直徑處面積:0.01585+0.014 2 2fm=nd=n( )m/m=0.047m/m比若？_ 7.213-A0所以有：qf0二 1 0152~0.000925K0.152( +0.000172)X+ X-10518.615 0.044 384 0.0473將計算qf0和q?0的兩式聯(lián)立得：3193.8A$=7.213-A9.3X1-0A07.2139.3X1-03整理得：2.97A0=7.213-A0用試湊法得A0=2.08t為聯(lián)立式之解。因此管外表面溫度10m40-2.08t=37.92t,代入qf0計算式中得：qf0=aA0==tk-A0=33193.8At=33193.8X2.084W/m2=5531.7W/m2故以外管表面積為基準的傳熱系數(shù)K。=亞=豊7W/(m2?K)Atm 7.2132.3.傳熱面積和管長確定傳熱面積F。=號=葺：；10m2=37.89m2<38.11m2Am 5531.7表明結構設計面積能滿足傳熱要求，設計合理。按照管排數(shù)總數(shù)為104根，則管子有效長度Le=10438.10.152m=2.41m2.4流動阻力計算對于水，沿程摩擦阻力系數(shù)0.31640.25對于水，沿程摩擦阻力系數(shù)0.31640.25Re0.0215取冷凝器兩側(cè)管板厚38mm脹接伸出2mm其實際冷凝長度為: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=p/Ww=994.3X2.5kg/(m2?s)=2485.75kg/(m2?s)冷卻水在冷凝器內(nèi)總的壓力損失：△P2g2u[￡+1.5(i+1)]=1X2485.752X0.0010054X[0.0215X4X2.49 “ 、0-014+1.5X(4+1)]=70807.1Pa=70.8kPa符合允許壓降，設計合理。?結構計算3.1殼體設計根據(jù)傳熱管布置情況計算得，最外層換熱管中心所在圓直徑？=295.16mm，最大管束直徑為314.16mm查標準可知，殼體公稱直徑應該取325mm殼體材料用碳素鋼，殼體壁厚取8mm3.2端蓋設計端蓋材料用灰鑄鐵，厚度取12mm分隔板厚度取6mm水槽深160mm.3.3管板設計根據(jù)換熱器設計手冊查出管板的尺寸：PN=1.6MPa,DN=325mm查得尺寸為：D=460mm, D=410mm，D3=325mm,D=363mm,E=325mm,d=25mm螺栓M22*12bf=24mm,b=38mm管板選用直接焊于外殼上并延伸到殼體周圍之外兼作法蘭，管板與傳熱管的連接方式采用脹接法。

666Di666Di 厶）整誡音板34分程隔板按資料【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3.5連接管1.制冷劑連接管制冷劑質(zhì)量流量進口體積流量：進口接管內(nèi)徑（選氟里昂氣體流速為比15嘆）di J40.0191m0.04mm，圓整后，取無縫鋼管40mm3.5mmUi.3.1415出口接管內(nèi)徑（選液體流速為U20.5嘆）4qvi 41.0340.00034m0.0299m,圓整后，取無縫鋼管出. 3.140.530mm3.5mm?換熱器總體結構討論分析在本次課程設計中，我的設計任務是設計殼管式冷凝器，下面對設計做總體的分析。在初步確定冷凝器結構之后，進行了熱力計算、傳熱計算、結構計算以及流動阻力計算。對如換熱管，進出水管，制冷劑進出管以及管板的厚度，筒體等進行選取。在滿足設計要求的前提下盡量使得冷凝器結構緊湊， 減少占據(jù)空間，節(jié)省原材料。?設計心得體會本次換熱器的課程設計，是對《制冷原理》，《熱交換器原理與設計》等課程的更深一層的學習。在這一次的課程設計中，需要涉及以前學過的一些課程，把這些獨立的課程聯(lián)系在了一起，了解了換熱器設計計算的大體步驟。通過查找資料，也了解了制冷機制作的一些國家標準和工藝標準。同時也對 AutoCAD軟件、solidworks軟件有了更深一層