唐威力300KW地源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)任務(wù)書

vii地源熱泵系統(tǒng)在中國(guó)的發(fā)展前景摘要：發(fā)展應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)是我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)節(jié)能減排的時(shí)代要求。當(dāng)前，我國(guó)建筑物消耗的能量占總能耗的比重愈來(lái)愈大，節(jié)能減排已經(jīng)的刻不容緩的任務(wù)了。在我國(guó)較經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平比較高的城市，制冷、供暖和供熱所需要的能量現(xiàn)在已經(jīng)占到建筑物總消耗的45-55%。尤其是北方冬天供熱所用的燃?xì)忮仩t的大量使用，使生態(tài)環(huán)境受到了很大的破壞。所以，節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為了中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重大任務(wù)。中國(guó)的氣候條件是多數(shù)地方冬天冷夏天熱，也就是說(shuō)冬季需要進(jìn)行供暖，夏季需要空調(diào)供冷?，F(xiàn)在的生活水平越來(lái)越高，生活質(zhì)量的要求也高了，所以夏熱冬冷的地方需要供暖和空調(diào)制冷，可見(jiàn)空調(diào)產(chǎn)品的市場(chǎng)潛力非常大，因此地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿σ膊豢上蘖俊?/p>

綜上所述，可知地源熱泵系統(tǒng)用有節(jié)能、環(huán)保、市場(chǎng)開(kāi)闊等多方面的優(yōu)點(diǎn)，能夠克服中國(guó)傳統(tǒng)的供暖方式中所存在的問(wèn)題，符合中國(guó)實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排的政策，因此，地源熱泵系統(tǒng)在中國(guó)的將來(lái)必將有廣闊的市場(chǎng)前景。目前，在我國(guó)地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)有了一個(gè)良好的勢(shì)頭，盡管還存在這樣或那樣的問(wèn)題，總的發(fā)展趨勢(shì)是不可阻擋的。關(guān)鍵詞：地源熱泵，夏熱冬冷，空調(diào)，節(jié)能減排，建筑

ThedevelopmentprospectofthegroundsourceheatpumpsysteminChinaAbstract:thedevelopmentofapplicationofgroundsourceheatpumpsystemisthedevelopmenttrendofconstructionindustryinourcountry,becauseitcanrealizetheeraofenergyconservationandemissionsreductionrequirements.Atpresent,ourcountrybuildingenergyconsumptionaccountsfortheproportionoftotalenergyconsumptionisbecomingmoreandmorebig,hasbeentheurgenttaskofenergysavingandemissionreduction.Inourcountry,thecitieswithhigheconomicdevelopmentleveliscooling,heatingandheatsupplytheenergyneededtopowerhasnowbeen45-55%oftotalconsumptionofthebuilding.Especiallyinthenorthwinterheatinggasboilerusedintheextensiveuse,alotofdamagetotheecologicalenvironment.So,energyconservationandemissionsreductionandsustainabledevelopmenthasbecomeamajortaskofChina'seconomicdevelopment.China'sclimateiscoldinwinterhotinsummer,inmostpartsofthatisneedforheatinginwinter,summerneedairconditioningcooling.Nowishigherandhigherlivingstandards,thequalityofliferequirementishighalso,sothehotsummerandcoldwinterplaceneedheatingandairconditioningrefrigeration,airconditioningproductsmarketpotentialisverylarge,sothedevelopmentpotentialofgroundsourceheatpumpsystemisnotlimited.Aboveall,cleargroundsourceheatpumpsystemwiththeadvantagesofenergy-saving,environmentalprotection,themarketisopen,canovercometheproblemsinthetraditionalChinesewayofheating,itisinChinapursuesapolicyofsustainabledevelopmentstrategy,energyconservationandemissionreduction,therefore,groundsourceheatpumpsysteminChinawillhaveabroadmarketprospectinthefuture.Atpresent,thedevelopmentofgroundsourceheatpumpsysteminourcountryhasagoodmomentum,althoughitisstillaproblemofonekindoranother,thegeneraldevelopmenttrendisunstoppable.Keywords:groundsourceheatpump,coldwinterhotsummer,airconditioning,energyconservationandemissionsreduction,andbuilding目錄前言 v1、地源熱泵簡(jiǎn)介 11.1地源熱泵的發(fā)展歷史 11.2地源熱泵工作原理 22、任務(wù)參數(shù)及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選擇 52.1任務(wù)參數(shù) 52.2熱泵冷凝和蒸發(fā)溫度 52.2.1基本參數(shù)的確定 52.2.2R22壓焓圖： 62.2.3機(jī)組原始參數(shù) 72.2.4壓縮機(jī)的參數(shù)計(jì)算 72.2.5蒸發(fā)器的負(fù)荷 72.2.6蒸發(fā)器的參數(shù)計(jì)算 72.2.7冷凝器參數(shù)計(jì)算 82.2.8本設(shè)計(jì)制熱系數(shù)COPS的計(jì)算 82.3方案工作原理圖 93冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 103.1計(jì)算機(jī)組冷凝器的各種參數(shù) 103.1.1熱負(fù)荷 103.1.2平均溫度差計(jì)算 103.1.3估算傳熱面積 113.1.4冷卻水流量的計(jì)算 113.1.5校核 123.1.5.1管程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算 123.1.5.2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算 123.1.5.3總傳熱系數(shù) 133.1.5.4傳熱面積的校核 133.2冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 143.2.1冷凝器管程 143.2.2冷凝器管板的結(jié)構(gòu)形式的確定 143.2.3冷凝器殼體的設(shè)計(jì) 163.2.4冷凝器封頭的設(shè)計(jì) 163.2.5設(shè)計(jì)折流板 173.2.6設(shè)計(jì)拉桿 183.2.7設(shè)計(jì)進(jìn)出口管道 183.2.7.1進(jìn)出口管道的設(shè)計(jì) 183.2.7.2設(shè)計(jì)殼程的進(jìn)出口管 193.2.8設(shè)計(jì)進(jìn)出管的法蘭 203.2.9確定殼程進(jìn)出口接管的位置 213.3冷凝器應(yīng)力校核 213.3.1強(qiáng)度校核 213.3.1.1筒體上的應(yīng)力計(jì)算 233.3.1.2管子上力的計(jì)算 243.4水壓試驗(yàn)校核 254氣液分離器的設(shè)計(jì) 265蒸發(fā)器的設(shè)計(jì) 295.1計(jì)算蒸發(fā)器的各種參數(shù) 295.1.1蒸發(fā)器熱負(fù)荷 295.1.2平均溫差 295.1.4估算傳熱面積 305.2校核 315.2.1總傳熱系數(shù) 315.2.2校核傳熱面積 325.3蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 335.3.1管程 335.3.2蒸發(fā)器筒體 335.3.3管板的計(jì)算 355.3.4封頭的設(shè)計(jì) 375.3.5其他附件 385.3.6進(jìn)出口管設(shè)計(jì) 415.4實(shí)驗(yàn)校核 445.4.1水壓試驗(yàn) 445.4.2氣密性實(shí)驗(yàn) 456壓縮機(jī)與閥的選型 476.1壓縮機(jī)選型 476.1.1確定總排氣量 476.1.2確定排氣壓力 486.2閥的選型 517地源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用中須解決的問(wèn)題 528結(jié)束語(yǔ) 53參考文獻(xiàn) 54謝辭 55前言地源熱泵這個(gè)名詞最先由1912年瑞士科學(xué)家佐伊利{H.Zoelly}的一份專利報(bào)告中出現(xiàn)。從那以后的很長(zhǎng)一段里，人們一直對(duì)地源熱泵系統(tǒng)作研究，不過(guò)基本上都處于試驗(yàn)觀察狀態(tài)。在1930年左右，全世界最早的地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行運(yùn)作。地表水源熱泵系統(tǒng)真正意義上的市場(chǎng)化應(yīng)用卻是在1980年左右2，進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，地表水源熱泵技術(shù)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求得到了迅速的發(fā)展。在中國(guó)，地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用前景也越來(lái)越明朗。地源熱泵系統(tǒng)作為一種新技術(shù)它可達(dá)到節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目的。它能將地表土壤等地表低溫蓄熱體中的自然能量轉(zhuǎn)換到建筑物里進(jìn)行熱交換，借此利用自然能源來(lái)達(dá)到節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。要為地源熱泵系統(tǒng)一般情況下不會(huì)污染地下水源，也不會(huì)引起地面坍塌，所以它不會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境造成壞的影響。有效并且可持續(xù)地利用自然資源，減少常規(guī)不可再生能源的消耗是一種發(fā)展趨勢(shì)，所以地源熱泵系統(tǒng)愈來(lái)愈具有獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，并成為一種高效節(jié)能環(huán)保、無(wú)污染的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)可作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源使用運(yùn)行。研究和發(fā)展地源熱泵技術(shù)即可節(jié)能環(huán)保，而且也對(duì)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。地源熱泵系統(tǒng)主要由四部分組成，它們是地表面淺層地?zé)崮茉床杉到y(tǒng)，水源熱泵機(jī)組，室內(nèi)供暖和空調(diào)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)。地表水源熱泵系統(tǒng)是屬于人造冷熱源工程,所以它可以替代燃?xì)忮仩t或著市區(qū)供暖管網(wǎng)等系統(tǒng)運(yùn)行。其工作原理是：冬天時(shí)從地表表層、淺層地下水中取熱,進(jìn)而向室內(nèi)供暖；夏天時(shí)它將建筑物空調(diào)體系散發(fā)的余熱轉(zhuǎn)向地表表層、地表水散放，借此來(lái)使建筑物制冷；并且它還可以提供生活用水，可以說(shuō)是一舉多得，是一種非常有效的利用自然能源的方式。這次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是研究地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用與自來(lái)水的加熱。主要包括系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)和機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)部件有：冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、等。整個(gè)設(shè)計(jì)基本上是按照我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行的。此次進(jìn)行地源熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)受益匪淺，它是對(duì)我大學(xué)學(xué)到的知識(shí)的一次全方位運(yùn)用，能夠讓我們學(xué)著怎么樣運(yùn)用專業(yè)知識(shí)去分析和解決工作中的實(shí)際問(wèn)題及培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想。通過(guò)查閱和檢索有關(guān)方面的技術(shù)資料，進(jìn)行縝密的設(shè)計(jì).培養(yǎng)了我自主思考自己動(dòng)手的綜合能力，形成了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)思路和培養(yǎng)了作為機(jī)械設(shè)計(jì)者的基本能力，為將來(lái)我們能夠進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)打下了一定的基礎(chǔ)。百密一疏，由于我的水平不是很高，也沒(méi)有多少實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，并且時(shí)間上也不可能做過(guò)多深入的研究，所以設(shè)計(jì)中不可避免的有一些錯(cuò)誤和不妥之處，希望各位老師多多指導(dǎo)多多包涵，在此深表感謝。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第20頁(yè)共55頁(yè)1、地源熱泵簡(jiǎn)介1.1地源熱泵的發(fā)展歷史地源熱泵系統(tǒng)的概念形成于1930年左右，是由奧格勒斯貝和凱姆勒兩個(gè)研究員在他們合作所寫的《熱泵應(yīng)用》中所提出的，到1940年的時(shí)候美國(guó)已經(jīng)安裝了十幾臺(tái)大型商業(yè)應(yīng)用熱泵，其中大部分以水作為熱源。1950年左右歐洲的一些國(guó)家和美國(guó)發(fā)起了研究地源熱泵（GSHP）的第一次革命。在二十世紀(jì)70年代，世界范圍內(nèi)的石油危機(jī)使人們開(kāi)始關(guān)注節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展，地源熱泵的研究又進(jìn)入了又一次技術(shù)革命，這時(shí)瑞典的科學(xué)家革命性地第一次將一種塑料管成功地應(yīng)用在了閉式管路地源熱泵工程上，從而使它得到了迅速發(fā)展。由于其節(jié)能性和與環(huán)境的友好性而得到世界上很多國(guó)家的重視，呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展趨勢(shì)。從此以后，愈來(lái)愈多的國(guó)家開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用這種新型系統(tǒng)。通過(guò)幾十年的發(fā)展，地表水源熱泵技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)能夠比較高效率地使用，其主要應(yīng)用是在空調(diào)系統(tǒng)中。根據(jù)美國(guó)的地源熱泵協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)大概有六百多所學(xué)校成功使用GSHP系統(tǒng)，而且運(yùn)行效率非常高。由于經(jīng)濟(jì)適用而且節(jié)能環(huán)保，現(xiàn)今在美國(guó)，地源熱泵系統(tǒng)的安裝數(shù)量以每年百分之二十幾的速度增加，在21世紀(jì)初地源熱泵在美國(guó)的銷售數(shù)量更是達(dá)到了四十多萬(wàn)臺(tái)實(shí)際的市場(chǎng)化應(yīng)用中，由于在北美不同的氣候條件下，北美更多地在一年四季進(jìn)行冷熱聯(lián)供，安裝閉式水環(huán)熱泵；歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用冬季供暖的方式，夏天則安裝使用熱泵站集中供熱制冷。而中國(guó)的氣候條件與北美大同小異，因此北美的熱泵應(yīng)用方式對(duì)我國(guó)更具借鑒意義中國(guó)的地源熱泵系統(tǒng)研究 起始于1950年左右，南京一所大學(xué)的熱能研究所開(kāi)始了對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的第一次研究。直到80年代才得到了具體深入的發(fā)展。最近，地源熱泵技術(shù)在節(jié)能、空調(diào)制冷和建筑等行業(yè)成為了熱點(diǎn)研究對(duì)象，并開(kāi)始在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)踐，熱泵產(chǎn)品也與之相關(guān)地產(chǎn)生，研究“地?zé)峥照{(diào)”成為了一種發(fā)展趨勢(shì)。在研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)許多高校已經(jīng)先后確立了很多研究地源熱泵系統(tǒng)的項(xiàng)目，開(kāi)始地下垂直式換熱器與地源熱泵設(shè)備共同運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)研究。研究主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）地下埋管換熱器的傳熱效能研究；（2）夏天瞬態(tài)工況下的數(shù)值模擬研究；（3）熱泵部件與裝配的假設(shè)模型的理論和實(shí)際研究；（4）能夠替代制冷劑的其他工質(zhì)的研究；（5）其他自然能源如光能、自然風(fēng)能等與地表低溫?zé)嵩垂餐\(yùn)行的研究；（6）地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工的研究；（7）裝備在商業(yè)化下的經(jīng)濟(jì)效能和效能參數(shù)的研究；（8）垂直埋管換熱器與地源熱泵的性能匹配研究；（9）地表泥土的導(dǎo)熱效率以及熱物性的研究等等。1.2地源熱泵工作原理地源熱泵系統(tǒng)的換熱器一般埋于地表面下，在高強(qiáng)度塑料管（PE管）組成的封閉環(huán)路中通過(guò)水的往復(fù)循環(huán)流動(dòng)換熱，可以達(dá)到通過(guò)熱交換器與地表土壤進(jìn)行冷熱交換的目的。夏天由機(jī)組將建筑物內(nèi)的多余熱量轉(zhuǎn)換到地表下，從而使房間進(jìn)行降溫，并且能夠儲(chǔ)存熱量，以備冬用。冬天通過(guò)熱泵將地表土壤中的熱量轉(zhuǎn)換到室內(nèi)，進(jìn)而對(duì)建筑物進(jìn)行供暖，而且儲(chǔ)備冷能量，留在夏天時(shí)使用。因?yàn)榈乇砻娴耐翆颖旧砭褪且粋€(gè)能量聚集地，所以通過(guò)地源熱泵系統(tǒng)能夠進(jìn)行能量的冷熱交換，達(dá)到供暖制冷的效果，工作原理如圖1.1所示。圖1.1地源熱泵系統(tǒng)工作原理圖系統(tǒng)換熱器埋管形式的選擇：換熱器埋在地表下基本上只有兩種形式，包括水平式埋管和垂直式埋管。施工場(chǎng)地地面面積、土壤類型和巖土以及鉆孔施工費(fèi)用等決定了實(shí)際情況下該選用哪種形式。雖然水平式埋管通常是進(jìn)行淺層埋管，可人工開(kāi)挖，施工費(fèi)用也比垂直式埋管要少一些，可是在換熱性能方面它比垂直式差很多，而且易受到施工場(chǎng)地的大小的限制，所以在通常情況下的工程施工中，基本進(jìn)行垂直式埋管。圖1.2埋管方式冬天地源熱泵中的R22制冷劑開(kāi)始正向流動(dòng)，系統(tǒng)中的壓縮機(jī)壓縮出高溫高壓的制冷劑氣體流入冷凝器并向集聚的水中釋放熱量，然后態(tài)相變化成為高溫高壓的液體，經(jīng)過(guò)膨脹閥的節(jié)流作用，降低壓力變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w流入蒸發(fā)器，從地表下的液體中吸取低溫?zé)崮埽瑧B(tài)相變化為低溫低壓的飽和蒸汽的形式，而后流進(jìn)壓縮機(jī)的吸氣端，壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮后排放出高溫高壓的氣體，就這樣往復(fù)循環(huán)下去。通過(guò)系統(tǒng)循環(huán)往復(fù)的運(yùn)行將地表下土壤的低溫?zé)崮芙粨Q到集水器，這樣就可以持續(xù)地向用戶提供舒適的熱水。圖1.3地源熱泵技術(shù)示意圖夏天的時(shí)候，系統(tǒng)中的制冷劑開(kāi)始逆向流動(dòng)，所以此時(shí)冷凝器與蒸發(fā)器的作用完全反了。冷凝器改變?yōu)橄蚣娜萜髦械牡蜏厮粨Q熱能，蒸發(fā)器改變?yōu)橄蛟诘乇硐卵h(huán)的液體中釋放熱量，而循環(huán)液中的熱量轉(zhuǎn)向地表土壤的低溫區(qū)散熱，這樣經(jīng)過(guò)制冷劑的逆向流動(dòng)，就可以持續(xù)循環(huán)地向室內(nèi)提供所需要的冷量了，這就是地源熱泵制冷供熱的大概原理。

2、任務(wù)參數(shù)及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選擇2.1任務(wù)參數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，原始數(shù)據(jù)如下：機(jī)組制熱功率：300KW冷源溫度：進(jìn)口溫度℃出口溫度10℃冷凝器的進(jìn)出口水溫：進(jìn)口40℃出口45℃制冷劑：R22應(yīng)用環(huán)境：衡陽(yáng)市室外2.2熱泵冷凝和蒸發(fā)溫度2.2.1基本參數(shù)的確定根據(jù)已知數(shù)據(jù)初步設(shè)定制冷劑冷凝器的冷凝溫度為：=45℃+3℃=48℃蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為：=10℃-3℃=7℃因此查《制冷與低溫原理》附錄B-1知：48℃時(shí)飽和蒸汽壓1848.8kpa260.497kJ/kg7℃時(shí)飽和蒸汽壓kJ/kg查R22壓焓圖知：438kJ/kg419kJ/kgh5＝h4＝260.497kJ/kg2.2.2R22壓焓圖壓焓圖如圖2.1所示：lgp43251圖2.1R22壓焓圖h圖中1→2是等熵壓縮過(guò)程，2→3→4可近似看作一個(gè)等壓冷凝過(guò)程，4→5是等熵膨脹，5→1等壓蒸發(fā)。2.2.3機(jī)組原始參數(shù)根據(jù)原始數(shù)據(jù)知制熱量為＝300KW,因此R22實(shí)際放熱量Q=×(為傳熱系數(shù)=1.05-1.15)按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定傳熱系數(shù)為=1.05所以R22實(shí)際放熱量為：300×1.05＝315KW。因此知R22的質(zhì)量流量為：Q＝qm（h2－h(huán)4）qm＝Q/（h2－h(huán)4）＝315/（438－260.497）＝1.21kg/s2.2.4壓縮機(jī)的參數(shù)計(jì)算壓縮機(jī)的指示功為：Wi＝qm（h2－h(huán)1）＝1.21×（438－260.497）＝214.76kW壓縮機(jī)的壓縮比為：=2.96查資料取壓縮功與電機(jī)功率之間的總效率設(shè)定為：η＝0.65。設(shè)計(jì)所需的電機(jī)的功率為：P＝Wi/η=214.76/0.65=330.40KW2.2.5蒸發(fā)器的負(fù)荷W＝qm（h1－h(huán)5）＝1.21×（407.831－260.497）＝299.23KW2.2.6蒸發(fā)器的參數(shù)計(jì)算機(jī)組冷源進(jìn)口溫度為：℃。出口溫度為：℃。因此特性溫度為：=（）=12.5℃。查資料得特性溫度下的=4.189KJ/(Kg.k)：=W/[]==14.29kg/sR22的蒸發(fā)溫度為：T=7℃。蒸發(fā)器的平均溫度差為：=5.091℃。2.2.7冷凝器參數(shù)計(jì)算對(duì)于被加熱水：進(jìn)出口溫度分別為：，因此特性溫度為：ts＝==42.5C查資料得此溫度：CP＝4.174kJ/(kg·K)被加熱水的流量為：＝/[Cp（t2－t1）]＝300/[4.174×（45－40）]＝14.38kg/sR22的冷凝溫度為：T=48℃平均溫度差：△tm＝[（T2－t1）－（T1－t2）]/㏑[（T2－t1）/（T1－t2）]=[(48-40)-(48-45)]/[㏑(48-40)/(48-45)]＝5.091℃2.2.8本設(shè)計(jì)制熱系數(shù)COPS的計(jì)算被加熱的自來(lái)水吸收的熱量為：Q＝×CP×（T2－T1）＝14.38×4.174×（48-40）＝480.177kw所以得：2.3方案工作原理圖冷凝器蒸發(fā)器壓縮機(jī)氣液冷凝器蒸發(fā)器壓縮機(jī)氣液分離器40℃熱水15℃地?zé)崴?0℃地?zé)崴?jié)流閥R2245℃熱水工作原理如圖2.2所示：圖2.2系統(tǒng)循環(huán)

3冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)條件選定機(jī)組冷凝器為列管式換熱器，設(shè)計(jì)任務(wù)書中已經(jīng)給出了冷凝器的進(jìn)出口水溫度，進(jìn)口溫度為：＝40℃；出口溫度為：＝45℃．設(shè)定R22制冷劑的冷凝溫度為48℃，該溫度下的飽和蒸氣壓為1.8488Mpa.依據(jù)流體流經(jīng)管程的規(guī)律知到需要采用被加熱水走管程、R22制冷劑在管外進(jìn)行冷凝的方法．3.1計(jì)算機(jī)組冷凝器的各種參數(shù)3.1.1熱負(fù)荷根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知需要負(fù)荷為Q=300KW，設(shè)定R22能夠傳熱給水的傳熱系數(shù)為=1.05，可得：＝300×1.05＝315KW3.1.2平均溫度差計(jì)算50℃50℃45℃40℃圖3.1逆流溫差圖用逆流方法計(jì)算△tm得：t1＝T1－t2＝48－45＝3℃，△t2＝T2－t1＝48－40＝8℃所以：℃3.1.3估算傳熱面積依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值先設(shè)定管殼式換熱器的總傳熱系數(shù)為1250W/m2·K可得：由計(jì)算可知需要導(dǎo)熱性能較好的導(dǎo)熱材料因此，初步選定管子為紫銅管．管子規(guī)格為19mm×1mm可知其內(nèi)徑為d=16mm初步選定換熱管管長(zhǎng)為L(zhǎng)=4m，所以單管的傳熱面積為：Ａ＝Ｌd=0.019×4×3.14=0.2386總管數(shù)為：n＝＝＝207.5取208根管子考慮到雷諾數(shù)的因素，初步設(shè)換熱器為4管程，并設(shè)4跟拉桿，則單管程管束為：n＝208/4＝52根，布孔212個(gè),208為換熱管管孔。3.1.4冷卻水流量的計(jì)算查閱《化工原理》知：特性溫度t=(40＋45)/2=42.5℃下的參數(shù)為：ρ=990.0kg/m3CP＝4.174×103J/k·Kλ＝0.641W/m·Kμ=6.0135×10-4Pa·S為了阻止管內(nèi)的氣體和液體兩種相流互相干擾，需要使蒸氣進(jìn)行管子外冷凝，也就是采取被加熱水走管內(nèi)，蒸氣走殼程的措施。管內(nèi)水的流速為：3.1.5校核3.1.5.1管程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算u1＝1.42m/s>10(湍流)普特蘭常數(shù)為：P===3.916由于加熱管內(nèi)的流體,依據(jù)《化工原理》第三版王志魁編(4-20)公式可得：{取=1.05}=0.023(4.710)3.9160.331.05=9797.9W/.K3.1.5.2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算因?yàn)橛邢嘧兊膶?duì)流傳熱發(fā)生在殼程中，所以查閱《空調(diào)工程中的制冷技術(shù)》知：tc為冷凝溫度tc=48℃tw為壁溫粗略估算tw＝[tc＋（t1＋t2）/2]/2=46.25℃。rs為汽化潛熱，J/kg，根據(jù)tc查表確定。Bm為組合物性參數(shù)。查知rs=19.811，Bm=6684選管為紫銅管，根據(jù)條件?。汗茏釉鰪?qiáng)系數(shù)＝1.6，=1則可得：3.1.5.3總傳熱系數(shù)選污垢熱阻系數(shù)為Rd2＝1.76mK/w銅的導(dǎo)熱系數(shù)為λ＝365W/(m2·K)根據(jù){《化工原理》}知其中：Rd為管內(nèi)流體水的熱阻,選為：1.72310(m.k)/wRd1為R22蒸氣熱阻系數(shù)（通常可以忽略不計(jì)）α1為管程對(duì)流傳熱系數(shù)，α為殼程對(duì)流傳熱系數(shù)dm為管子中徑：dm=16mmd1為管子內(nèi)徑：15mmd2為管子外徑：19mmb為管璧厚：1mm因此知：=0.0006948所以得：K=1493.3W/(.K)3.1.5.4傳熱面積的校核由計(jì)算可有足夠的傳熱面裕量，所以所選定的管子規(guī)格、材料、管程數(shù)都是可用的。3.2冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1冷凝器管程由上文的計(jì)算，冷凝器應(yīng)該設(shè)計(jì)為四管程，管程結(jié)構(gòu)順序如下圖所示：流動(dòng)順序圖、管箱隔板圖、介質(zhì)返回側(cè)隔板圖分別如圖3.2所示:圖3.2管程結(jié)構(gòu)順序圖3.2.2冷凝器管板的結(jié)構(gòu)形式的確定依據(jù)四管程的排列方式知，管板上有212個(gè)孔，208個(gè)換熱管孔，其中4個(gè)孔用于作拉桿孔,根據(jù)條件橫過(guò)管束中心線的管數(shù)為:n=1.19=1.19=17.2取18根查閱GB151-1999得:換熱管外徑d為：19mm換熱管中心距t為：22mm分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距s為：35mm隔板槽寬為：12mm根據(jù)經(jīng)驗(yàn)槽深一般不少于：4mm筒體內(nèi)徑為:D=1.05t=1.0522=402.04mm取450mm查閱《標(biāo)準(zhǔn)零部件》得管板兼法蘭結(jié)構(gòu)如圖3.3所示:圖3.3冷凝器管板兼法蘭結(jié)構(gòu)圖螺栓為:M16數(shù)量為:16個(gè)管子與管板的連接方式采用機(jī)械滾脹法.管板與殼體的連接如圖3.4所示:圖3.4冷凝器管板與殼體的連接圖3.2.3冷凝器殼體的設(shè)計(jì)由于冷凝器的最大的壓力為：P＝1.8488Mpa，所以選16MnR作為所用材料，布管時(shí)可知所設(shè)計(jì)的殼體內(nèi)徑為：Ds＝450mm查資料可知：16MnR的溫差應(yīng)力為：焊縫使用局部無(wú)損探傷探查，所以可知:鋼板的負(fù)偏差C1和腐蝕裕度C2組成了厚度附加裕量，選?。篊＝C1+C2=2mm。殼體厚度因?yàn)椴荒艿陀?mm，所以選取名義厚度為：，殼體長(zhǎng)度選取為：L=4m3.2.4冷凝器封頭的設(shè)計(jì)根據(jù)條件，本設(shè)計(jì)的封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料與筒體相同，使用16MnR，由以上設(shè)計(jì)可知：殼體的名義厚度取為6mm，考慮焊接因素后，選取封頭名義厚度為：。查閱《常用壓力容器手冊(cè)》知封頭結(jié)構(gòu)如圖3.5所示:圖3.5冷凝器封頭結(jié)構(gòu)示意圖3.2.5設(shè)計(jì)折流板因?yàn)閾Q熱器選用弓形折流板，所以冷凝器也采用弓形折流板。設(shè)定：a＝90mm°，高度為14～20mm的缺口，供停車排液時(shí)使用。材料選擇Q235－B，殼程走的是氣體，所以折流板的缺口采用左右開(kāi)。由于切去圓缺的高度為：0.25×420=105mm所以?。篽=105mm。選取折流板的間距為：B=（0.2--1）D則可選取B=300所以可算出折流板數(shù)為：塊所以可在冷凝器內(nèi)部安裝12塊折流板，底部可開(kāi)缺口，以供制冷劑回流和停車排液之用,并且其面積要接近接管面積的兩倍。圖3.6冷凝器折流板示意圖3.2.6設(shè)計(jì)拉桿由上文計(jì)算可知拉桿設(shè)計(jì)為4根,查閱《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書》知:拉桿的直徑為：12㎜拉桿的連接尺寸如下：拉桿直徑為：d=12mm;螺紋公稱直徑為：d=12mm;l=15mm;L=50mm;B=2.0mm由系統(tǒng)工作的需要，應(yīng)該吧定距管與拉桿進(jìn)行固定，拉桿的一投用螺紋固定在管板上，用定距管固定兩塊折流板，每一根拉桿最后一塊折流板用螺紋螺母與拉桿固定，如下圖：圖3.7拉桿與定距管結(jié)構(gòu)圖3.2.7設(shè)計(jì)進(jìn)出口管道3.2.7.1進(jìn)出口管道的設(shè)計(jì)由上文計(jì)算知流體質(zhì)量流量為：=14.37kg/s流體密度為：ρ=990.0設(shè)定進(jìn)口管管內(nèi)流速為：進(jìn)口管流通面積為：A==綜合材料、規(guī)格、價(jià)格等因素選取進(jìn)口管管子規(guī)格為出口管的規(guī)格與進(jìn)口管一樣。3.2.7.2設(shè)計(jì)殼程的進(jìn)出口管進(jìn)口：已知R22的質(zhì)量流量為：=1.21kg/s因?yàn)镽22在進(jìn)口管中為氣體，所以在48時(shí)流體密度為：ρ=66.1假設(shè)進(jìn)口管里R22流速為：進(jìn)口管流通面積為：A==所以管子的規(guī)格可選取為：。出口：R22的質(zhì)量流量為：=1.21kg/s又R22在進(jìn)口管中為氣體，48時(shí)管內(nèi)流體密度為：ρ=1103定進(jìn)口管內(nèi)R22的流速為：3m/s可算進(jìn)口管的流通面積為：A==故：因此選定規(guī)格為：3.2.8設(shè)計(jì)進(jìn)出管的法蘭查法蘭標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)下表表3.1為冷凝器進(jìn)出管的法蘭規(guī)格管子外徑A公稱直徑Dg法蘭密封面法蘭厚度c法蘭內(nèi)徑B法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑k螺栓孔徑L螺栓df數(shù)量n螺紋規(guī)格108100220180188M161564.5221105750165125184M169942059383211585144M127641839其示意圖如圖3.8所示：圖3.8進(jìn)出管的法蘭結(jié)構(gòu)圖3.2.9確定殼程進(jìn)出口接管的位置查資料知：㎜其中C≥4（為殼體的厚度，且C≥30mm），因?yàn)闅んw厚度為：6mm所以選?。篊=30mm。因此接管位置為：=102取124mm。接管位置定為：在R22進(jìn)口處：=74.5㎜取120㎜在R22出口處：=63㎜取120㎜3.3冷凝器應(yīng)力校核3.3.1強(qiáng)度校核表4.2冷凝器校核所需數(shù)據(jù) 管子殼體材質(zhì)銅16MnR16.9×10－68.31×10－6E/MPa1.1×1052.04×105尺寸mm19×1×4000420×4000管子數(shù)2081管間距22mm根據(jù)條件知管子的進(jìn)口溫度為：T1＝40，出口溫度為：T2＝45℃?！嘣O(shè)定在衡陽(yáng)戶外裝配時(shí)的環(huán)境溫度為25℃，則可得：殼體的伸長(zhǎng)量為：管子的伸長(zhǎng)量為：筒體與管子的伸縮量之差為：殼體的截面積為：管子的截面積為：3.3.1.1筒體上的應(yīng)力計(jì)算因?yàn)椋浩渲袨橥搀w和管子的溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力為殼程和管程的壓力而Q為殼程與管程壓差所產(chǎn)生的力查資料知：其中：Ps=1.8488MPa

Pt=0.5MPa所以可得：而：所以：3.3.1.2管子上力的計(jì)算因：F為壓力作用于管子上的力而：因此：3.3.1.2拉脫力的計(jì)算已知：Mpa<[q]=2MPaa=其中a為單根換熱管的橫截面積；L-（3~5）mm=44mm=0.044m所以冷凝器所產(chǎn)生的應(yīng)力和拉脫力都沒(méi)有超過(guò)許用應(yīng)力,因此該冷凝器不必使用膨脹節(jié)。3.4水壓試驗(yàn)校核水壓試驗(yàn)是用來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)在超過(guò)工作壓力下材料的強(qiáng)度。要讓氯離子不腐蝕材料，應(yīng)該將水壓試驗(yàn)用水中的氯離子含量控制在24mg/L以內(nèi),而且在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后應(yīng)該馬上將污物清洗干凈。為了防止低溫脆性作用破壞材料，對(duì)于使用16MnR的鋼制壓力容器，液體溫度不能低于5℃。因?yàn)闅んw材料為16MnR，查資料得：在常溫下試驗(yàn)壓力PT規(guī)定為：或取大值為：PT＝1.8965MPa筒體壁內(nèi)應(yīng)力為：;其中：=0.85D為筒體內(nèi)徑：mmte為筒體璧厚:mmPT為試驗(yàn)壓力P為設(shè)計(jì)內(nèi)壓：MPa而：=47.251MPa=0.90.85345=263.94MPa因此：=47.251MPa<=263.94MPa所以經(jīng)過(guò)計(jì)算其合格封頭壁內(nèi)應(yīng)力為:=55.17MPa所以經(jīng)過(guò)計(jì)算驗(yàn)證封頭的設(shè)計(jì)符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4氣液分離器的設(shè)計(jì)氣液分離器是裝在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)之間的一種分離氣液的設(shè)備，它最重要作用是將循環(huán)回來(lái)的氣體中夾帶的液滴分離出來(lái)，使制冷劑以氣體的狀態(tài)進(jìn)入壓縮機(jī)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生濕沖程或者液擊了。R22如果在冷卻排管內(nèi)蒸發(fā)，就會(huì)形成大量的泡沫，又R22蒸氣在排管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度比較大大。所以有些未蒸發(fā)的R22液的顆粒會(huì)隨著氣體流動(dòng)而帶出，較輕的氣體會(huì)經(jīng)出氣管而被壓縮機(jī)吸走。底部的液體會(huì)經(jīng)過(guò)出液管流向分調(diào)節(jié)器。通常情況下，冷卻排管和氣液分離器連接處的管內(nèi)氣體流速大概為8～12m/s，但是在氣液分離器中，氣體的運(yùn)動(dòng)速度大概為0.5～1m/s。進(jìn)液管設(shè)在分離器的中部，利用手動(dòng)膨脹閥或者浮子調(diào)節(jié)閥進(jìn)行供液。為了便于進(jìn)行操作應(yīng)該設(shè)有壓力表和液面指示器。而在桶底設(shè)有沉積的潤(rùn)滑油。氣液分離器安裝的部位應(yīng)該比冷間最高層冷卻排管高出0.5～2.0m（最好在1～2m）。因?yàn)檫@樣才能使它產(chǎn)生的液壓克服管路的各種局部阻力，流暢地從分調(diào)節(jié)站流進(jìn)冷卻排管。安裝過(guò)低，壓力就不能充分克服各種局部阻力，從而影響它的供應(yīng)量，而過(guò)高會(huì)使冷卻排管內(nèi)的靜壓力過(guò)大，導(dǎo)致蒸發(fā)溫度升高，冷卻溫度將達(dá)不到所要求的低溫。所以在氣液分離器里的氣體速度必須控制在1m/s左右。已知R22在整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)速度為：1.398kg/s,，因此由，圖4.1氣液分離器示意圖由計(jì)算知?dú)庖悍蛛x器的外徑為：，壁厚為：，高度為：H=3d，因?yàn)榭紤]到是在用R134a進(jìn)行的高壓循環(huán)，氣體流動(dòng)速度比較大，并且高度太高也不方便安裝整個(gè)機(jī)組，所以選擇1100mm的筒體就完全可以滿足機(jī)組的設(shè)計(jì)要求。

5蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)蒸發(fā)器為列管式換熱器，蒸發(fā)器氟利昂蒸發(fā)溫度為7℃，飽和蒸氣壓為0.62122Mpa。根據(jù)流體經(jīng)管程原則：①不清潔或易結(jié)污垢的流體走管程；②增大對(duì)流傳熱系數(shù)，需要提高流速的流體走管程；③為避免氣液兩相流，蒸氣宜在管外蒸發(fā)。所以采用低溫?zé)嵩矗磸U熱水）走管程，氟利昂在管外蒸發(fā)的換熱方法。進(jìn)出口溫度簡(jiǎn)圖蒸發(fā)器7℃7℃蒸發(fā)器10℃5.1計(jì)算蒸發(fā)器的各種參數(shù)5.1.1蒸發(fā)器熱負(fù)荷由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知。5.1.2平均溫差水的特性溫度為：t=12.5℃由《化工原理》附表3查得以下參數(shù)：采用逆流有更高的傳熱效率，由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知流體的溫度變化如5.1圖所示：圖5.1蒸發(fā)器流體溫度變化因?yàn)?，所以?.1.3廢熱水在蒸發(fā)器中的流量5.1.4估算傳熱面積根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一般管殼式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K＝1300W/(m2·K)，則可估算傳熱面積為了達(dá)到較好的傳熱效果，所以選擇多孔無(wú)縫鋼管，管子規(guī)格為，內(nèi)徑。取管子長(zhǎng) L=4.5m?！鄦喂茏拥膫鳠崦娣e：因此初步選定總管數(shù)：根。取194根根據(jù)流速的需要，選擇蒸發(fā)器為4管程，因此根據(jù)具體的排管需要，在管板上布194個(gè)孔，其中4個(gè)孔為拉桿所用，所以單管程管數(shù)：198/4=50根。上述設(shè)計(jì)廢熱水走管程，所以水在管內(nèi)的流速為：5.2校核5.2.1總傳熱系數(shù)⒈管程對(duì)流傳熱系數(shù)普蘭特常數(shù)：流體是被冷卻n=0.3，所以查資料⒀有公式：2.殼程對(duì)流傳熱系數(shù)氟利昂R22是在水平管束外蒸發(fā)，查資料《》P113（4－37）有公式：S——管間距：22mm；d——管子外徑：16mmPe——蒸發(fā)時(shí)工作壓力，5.48×105Pa；——熱流密度，熱負(fù)荷G＝300000W，傳熱面積A＝43.42m∴⒊總傳熱系數(shù)取污垢熱阻Rd2＝0.000086，銅的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝381W/(m2·K)，查資料《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》式(6-2)得公式Rd2——管子內(nèi)流體(即水)的熱阻，Rd1——氟利昂蒸氣熱阻（忽略不計(jì)），——管程對(duì)流傳熱系數(shù)，——?dú)こ虒?duì)流傳熱系數(shù)，——管子壁厚1mm，5.2.2校核傳熱面積則大約有2％的傳熱面裕量，而且在設(shè)計(jì)的時(shí)候已經(jīng)余出0.05的傳熱系數(shù)裕量，所以上述計(jì)算表明所選管子規(guī)格、材料、管程數(shù)均是可用的。5.3蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.3.1管程根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》圖2-27。取管子的排列方式為圖序d，即流動(dòng)順序管箱隔板介質(zhì)返回側(cè)隔板圖5.2管子排列方式5.3.2蒸發(fā)器筒體⒈筒體內(nèi)徑的確定：因?yàn)檎切闻帕袝r(shí)，管子間距都相等，可在同一管板面積上排列最多的管數(shù)，而且便于管板的劃線與鉆孔，所以換熱管采用正三角形排列方式制冷劑R22在臥式殼管式蒸發(fā)管束（低肋管管束）上的沸騰換熱是典型的制冷劑在大空間內(nèi)的沸騰換熱過(guò)程。由于換熱管排列和管數(shù)的因素，再加上蒸發(fā)器是管外蒸發(fā)，需要一定的沸騰空間，即用來(lái)氣液分離之用，最上一排管子中心到最下一排管子中心距離根據(jù)經(jīng)驗(yàn)約取為筒體內(nèi)徑的60%~70%，所以選擇筒體的內(nèi)徑為450mm，初步選擇材料為Q235-A，查表可知：=113Mpa，因考慮到夏天的室外溫度會(huì)影響蒸發(fā)器內(nèi)部溫度，所以取設(shè)計(jì)壓力為42℃。根據(jù)《根據(jù)換熱器手冊(cè)》表1-6-16得：管子間距根據(jù)GB151-2011取隔板中心到管子中心的間距：已知有四個(gè)管程，管板上有197個(gè)孔，193個(gè)換熱管孔，規(guī)格為，管間距 s=22mm，4個(gè)為拉桿螺栓孔M12mm。管板上管孔排列方式如下圖：圖5.3管版圖⒉材料選用：由第一章計(jì)算已知冷凝器中最大的壓力P＝1.8488Mpa，根據(jù)GB150-2011筒體材料選用Q-235-B。管板選材：10號(hào)鋼⒊設(shè)計(jì)壁厚已知材料選用Q-235-B所以=取名義厚度P——為48℃下保護(hù)蒸氣壓，即1.8488Mpa；C——鋼板負(fù)偏差＋腐蝕裕量＝2.8mm；根據(jù)規(guī)定殼體的最小壁厚不得低于6mm，所以取名義厚度6mm5.3.3管板的計(jì)算⒈管板厚度根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》（5.6.2管板最小厚度）可知應(yīng)用于一般場(chǎng)合的換熱器，其管板厚度已知換熱管的外徑為19mm，所以管板厚度取38mm⒉管板與管子的連接管子與管板的連接處通常是換熱器容易滲漏的地方，若連接質(zhì)量不好，將直接影響工藝操作的正常進(jìn)行，所以本設(shè)計(jì)管板與換熱管采用脹接連接。換熱管與管板的連接根據(jù)《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》具體結(jié)構(gòu)形式如下：圖5.4管板與換熱管連接⒊管板的結(jié)構(gòu)查資料《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》可設(shè)計(jì)出管板兼法蘭結(jié)構(gòu)，如下圖：圖5.5管板HG20593-97,20個(gè)螺栓孔直徑為18mm，螺紋ThM16。⒋管板與殼體的連接如圖：圖5.6管板與筒體連接⒌換熱管與管板拉脫應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》式（2-17）根據(jù)GB151-1999式（33）——?dú)こ淘O(shè)計(jì)壓力，MPa；——管程設(shè)計(jì)壓力，MPa；a——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；——換熱管外徑，mm。由于設(shè)計(jì)壓力是取的公稱壓力，所以=2.0MPa=0.6MPa根據(jù)GB151-2011（5.8.2.3）取l=27mm；∴根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》表2-27：[q]=4MPa∴q=0.17MPa<[q]=4MPa∴換熱管與管板的連接是安全的。5.3.4封頭的設(shè)計(jì)⒈材料選用本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料選擇與筒體相同，采用Q-235。⒉壁厚設(shè)計(jì)由上面已知：。取鋼板厚度負(fù)偏差腐蝕裕量∴因?yàn)闅んw名義厚度取8mm，考慮焊接因素，所以取封頭名義厚度。⒊封頭的選用由《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》[橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95）]查得：內(nèi)表面積容積5.3.5其他附件⒈折流板設(shè)計(jì)折流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要根據(jù)工藝過(guò)程及要求來(lái)確定，設(shè)置折流板的主要目的是為了增加殼程流體的流速，提高殼程的傳熱膜系數(shù)，從而達(dá)到提高總傳熱系數(shù)的目的；同時(shí)，設(shè)置折流板對(duì)于臥式換熱器的換熱管具有一定的支撐作用；而且，設(shè)置折流板也有利于換熱管的安裝。本設(shè)計(jì)采用最常用的弓形折流板，材料選擇Q235－B，厚度取5mm。取折流板的名義直徑：D＝Ds－4.5＝500－4.5＝445.5mm，圓整后取446.因折流板的最小間距應(yīng)不少于1/5筒體內(nèi)徑，故取折流板間距B＝0.3m所以nB=L/B－1＝4.5/0.3－1＝15－1＝14塊。因?yàn)闅怏w走殼程，故折流板的缺口取上面開(kāi)，缺口高度h＝0.2×Ds＝0.2×0.4＝0.1m，并且在底部開(kāi)缺口，高度取18mm結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖5.8折流板⒉拉桿設(shè)計(jì)本換熱器取拉桿數(shù)為4根，拉管直徑為，拉桿在管板的位置見(jiàn)前面的管板圖中管孔的排列方式。拉桿與定距管固定，拉管的一端用螺紋擰入管板，每?jī)蓧K折流板之間用定距管固定，每一塊拉桿與最后一塊折流板用螺紋螺母與拉桿固定，如下圖。圖5.9定距管拉桿的具體結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖：圖5.10拉桿根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》拉桿孔采用螺紋連接，其具體結(jié)構(gòu)形式如下圖：圖5.11拉桿螺紋孔式中——螺孔深度：（=18mm）——拉桿螺孔的公稱直徑（=12mm）。⒊冷凝器支撐板根據(jù)《》的要求，由于存在折流板，不需要設(shè)置支撐板。⒋容器法蘭墊片由于本設(shè)備不屬于高壓容器，采用非金屬軟墊片。根據(jù)JB/T4704-2000選取非金屬軟墊片。由GB/T3985-2009，其具體尺寸及結(jié)構(gòu)如下：圖5.12墊圈d=510mmD=554mm5.3.6進(jìn)出口管設(shè)計(jì)⒈管程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)：進(jìn)出口管管內(nèi)流體質(zhì)量流量G=7.15kg/s，流體密度ρ=999.8，進(jìn)口管管內(nèi)流速，則考慮到市場(chǎng)材料的供應(yīng)、規(guī)格、價(jià)格等因素，蒸發(fā)器的管程進(jìn)口管最好與換熱器管程出口管相同，所以查《化工管路手冊(cè)》選取管子規(guī)格為。⒉殼程進(jìn)出管設(shè)計(jì)：⑴殼程進(jìn)口管殼程進(jìn)口流速為1.62則殼程進(jìn)口管：m選管子規(guī)格：。⑵殼程出口管已知R22質(zhì)量流量G=0.9569kg/s，48時(shí)飽和氟利昂流體密度ρ=103.6，設(shè)進(jìn)口管管內(nèi)R22流速：出口管流通面積A==在設(shè)計(jì)蒸發(fā)器的時(shí)候，為了有利蒸氣的及時(shí)排出，所以在筒體上需要裝幾個(gè)出口接管，然后再一起接入氣液分離器接管中。因此設(shè)計(jì)三個(gè)接管，其規(guī)格為，原則為三個(gè)管子總面積不得小于壓縮機(jī)接管的面積。⒊介質(zhì)返回箱泄放液體管尺寸介質(zhì)返回箱的泄放液體管主要是用來(lái)放出殘留在介質(zhì)返回箱中的液體，所以不需要很的口徑，取其規(guī)格為。⒋箱體以及殼體進(jìn)出口法蘭選擇根據(jù)GB/T9112～9124-2000《鋼制管法蘭》選用突面板赦平焊鋼制管法蘭（GB/T9119-2000），如圖所示：圖5.13接管法蘭表5.1單位：mm公稱通徑Dn鋼管外徑A法蘭外徑D螺栓孔中心直徑K螺栓孔徑L螺紋孔數(shù)量n螺紋規(guī)格df法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B202510575144M1256216264045150110184M1684218465057165125184M169622084125133240200188M16158218160⒌進(jìn)出口接管位置的確定根據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》式（1-6-2）具體示意圖如下：圖5.14接管位置其中C≥4S（S為殼體厚度，mm）且≥30mm，由于殼體厚度為8mm，所以取C=34mm。所以管箱接管位置為：取L1=156mm殼體接管位置為：取L1=90mm介質(zhì)返回箱接管位置為：取100mm。⒍管箱以及介質(zhì)返回箱隔板的選擇隔板必須要腐蝕性好的材料，根據(jù)GB151-2011（《管殼式換熱器》）表6隔板厚度取8mm，材料選用0Cr18Ni9。⒎支座的選擇支座材料選用Q235-B，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)零部件》，本設(shè)計(jì)需要的是鞍式支座，按照J(rèn)B/T4712-92，公稱壓力為2.0MPa，筒體直徑為450mm，所以支座具體結(jié)構(gòu)及尺寸如下：圖5.15支座5.4實(shí)驗(yàn)校核5.4.1水壓試驗(yàn)壓力及應(yīng)力校核由《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》可知：為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須按式（4-88）校核試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力由于蒸發(fā)器為內(nèi)壓容器∴試驗(yàn)壓力按式（4-87）確定考慮到蒸發(fā)器的工作環(huán)境，由于蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度低于平時(shí)工作環(huán)境溫度，在設(shè)計(jì)時(shí)取可能達(dá)到的最高環(huán)境溫度，取溫度為42。所以，取公稱壓力p=2.0MPa由結(jié)果可知：∴水壓試驗(yàn)安全。5.4.2氣密性實(shí)驗(yàn)氣密性試驗(yàn)是指在等于或低于設(shè)計(jì)壓力下進(jìn)行的氣壓試驗(yàn)。在壓力容器中，當(dāng)介質(zhì)在設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏時(shí)，必須進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)的壓力大小視容器上是否配置安全泄放裝置而定。在冷凝器殼程內(nèi)的工質(zhì)氟利昂不允許發(fā)生泄漏，為了保證冷凝器能安全可靠的運(yùn)行，故冷凝器殼程要進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。由于冷凝器上設(shè)有安全閥，其氣密性試驗(yàn)壓力值應(yīng)低于安全閥的開(kāi)啟壓力，由資料⑷可知，其氣密性試驗(yàn)壓力值一般取設(shè)計(jì)壓力的1.0倍，則氣壓試驗(yàn)的壓力為Pt=1.0P=1.0×2.0=2.0MPa。P——設(shè)計(jì)內(nèi)壓2.0MPa。因氣密性試驗(yàn)的危險(xiǎn)性大，故在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)前，應(yīng)將容器上的安全附件裝配齊全。

6壓縮機(jī)與閥的選型6.1壓縮機(jī)選型6.1.1確定總排氣量

排氣量是壓縮機(jī)的最主要的參數(shù)之一，它的壓縮排氣量一定要和工作所需要的排氣量相互匹配，如果所需要的排氣量大而實(shí)際上的壓縮機(jī)的排氣量小，風(fēng)動(dòng)工具一旦啟動(dòng)，就會(huì)造成空氣壓縮機(jī)的排氣壓力大大降低，從而使風(fēng)動(dòng)工具停機(jī)。但是一味地追求大排氣量也是不妥當(dāng)?shù)模驗(yàn)榕艢饬吭酱?，壓縮機(jī)所匹配的電機(jī)功率也越大，這樣不但耗費(fèi)大量資金，同時(shí)也會(huì)耗費(fèi)額外的電力資源。

并且，高峰用量和通常用量及低谷用量的選擇也要進(jìn)行考慮。通常條件下低谷用量會(huì)有點(diǎn)大，而通常使用量和高峰使用量都不是很大，最常用的辦法就是用排氣量比較小的空氣壓縮機(jī)相互并聯(lián)，這樣就能得到較大的排氣量，并且開(kāi)機(jī)要隨著用氣量的變化而變化，這樣安裝使用既能夠節(jié)省日益緊張的能源，而且也對(duì)家庭的電路網(wǎng)有好處。

通常情況下，工廠使用平均消耗量的和計(jì)算Q2

Q2=ΣQ0k(1+Φ1+Φ2+Φ3)m3/h

Q2為設(shè)計(jì)容量m3/h

ΣQ0為用氣設(shè)施和車間平均消耗量的總和m3/h

K為消耗量不平等(最大)系數(shù)；在1.2～1.4之間

Φ1為管道漏損系數(shù).當(dāng)Φ全長(zhǎng)小于1km時(shí)取0.1；Φ小于1.5km時(shí)，取0.15；Φ大于2km時(shí)取0.2

Φ2為用氣設(shè)備的磨損增耗量系數(shù)；大概在0.15～0.2之間

Φ3為不可知的消耗量系數(shù)等于0.1

機(jī)械設(shè)計(jì)工廠經(jīng)常使用該方法來(lái)確定壓縮空氣站的設(shè)計(jì)容量。不過(guò)它只是我的設(shè)計(jì)所使用的參考計(jì)算方法，各不同的行業(yè)應(yīng)該視本行業(yè)的自身特點(diǎn)、傳統(tǒng)習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算（最好有備機(jī)）。如果方案的凈化系統(tǒng)中使用有熱或者無(wú)熱的再生吸附干燥器時(shí)，空氣站的設(shè)計(jì)容量應(yīng)該增加8%～10%或15%～20%的再生自耗氣量。活塞式壓縮機(jī)是產(chǎn)生最早的一種機(jī)型，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到非常完美的，并且它的壓力適應(yīng)范圍很廣，能夠適應(yīng)較寬的能量使用范圍，而且有高速，多缸能量方式可調(diào)，熱效率比較高，適合使用多種制冷制等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)已經(jīng)對(duì)活塞式壓縮機(jī)機(jī)的加工制造有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，加工制造較容易，造價(jià)也比較低，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也很普遍，有成熟的管理經(jīng)驗(yàn)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)?？偨Y(jié)兩點(diǎn)如下：

1、通常情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)工廠都用平均消耗量的和計(jì)算Q2

2、根據(jù)機(jī)器銘牌或電機(jī)的功率就可以選擇活塞式壓縮機(jī)，而且需留有14％的余量。

6.1.2確定排氣壓力

風(fēng)動(dòng)工具如果壓力余量過(guò)小的話，輸送氣體的距離稍稍遠(yuǎn)一點(diǎn)就不能正常工作了，因此得保證使用的最高壓力，而且要全方位考慮到氣體在管子內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，在直線管段會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力；一段管路長(zhǎng)度內(nèi)的壓力降可從相關(guān)資料中查得，通過(guò)計(jì)算可知根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值系統(tǒng)總的壓力損失比在100米的管路內(nèi)不允許超過(guò)0.4kg/cm2，一旦高于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)據(jù)，就必須增加設(shè)計(jì)壓力。

6.1.3確定冷卻方式

為了確定冷卻方式，先應(yīng)該考慮所用氣場(chǎng)的條件。如果氣場(chǎng)場(chǎng)地狹小(船用、車用)，應(yīng)當(dāng)用立式冷卻；如果所用氣場(chǎng)場(chǎng)合有很長(zhǎng)距離的變化(超過(guò)800米)，就應(yīng)當(dāng)使用移動(dòng)式冷卻；如果所用場(chǎng)合不能夠供電，那就需選擇柴油機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或者野外作業(yè)；如果所用場(chǎng)合使用自來(lái)水不方便，那就必須選擇風(fēng)冷式冷卻。

廣大用戶在使用風(fēng)冷和水冷兩種冷卻方式上，經(jīng)常有些錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，覺(jué)得水冷比較好，其實(shí)不是這樣的。國(guó)內(nèi)國(guó)外所有小型壓縮機(jī)中風(fēng)冷式壓縮機(jī)大概占到90％，因?yàn)樵O(shè)計(jì)風(fēng)冷式壓縮機(jī)比較簡(jiǎn)便，并且投入資金較少，使用時(shí)也無(wú)需水源。但是也有一些缺點(diǎn)，大功率的機(jī)組一般都設(shè)有進(jìn)出熱風(fēng)通道，因此冷卻的效果受到環(huán)境的影響較大，且維修周期比較短，很容易受到環(huán)境的影響。

但是使用水冷式壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)有四：1：一定要有完整的上下水系統(tǒng)，因此投資大；2：冷卻器的壽命比較短；3：氣缸在北方的冬季容易被凍壞；4：在水冷式壓縮機(jī)運(yùn)行中會(huì)浪費(fèi)非常多的水資源，因此受水的限制很大。（不同的季節(jié)對(duì)風(fēng)冷影響大）。由以上設(shè)計(jì)可知該設(shè)計(jì)方案的各種參數(shù)如下：制冷劑為R22，R22的實(shí)際放熱量為：300×1.05＝315KW。，它的蒸發(fā)溫度為：7℃，冷凝溫度為：48℃，由已經(jīng)數(shù)據(jù)查資料知冷凝器的飽和蒸氣壓為：1.8488MPa，蒸發(fā)器的飽和壓力為：0.62122MPa。一般情況下的螺桿壓縮機(jī)指的是雙螺桿壓縮機(jī)，由陽(yáng)螺桿和陰螺桿組成，它是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中使用范圍最廣的一種，在化工、制冷及空氣動(dòng)力工程中，它應(yīng)用的頻率愈來(lái)愈高，占的比例愈來(lái)愈重。因?yàn)槁輻U式熱泵機(jī)組的COP值、維修費(fèi)用、振動(dòng)頻率、噪音等性能都比活塞式熱泵機(jī)組優(yōu)。所以螺桿式壓縮機(jī)也適用在熱泵機(jī)組中。通過(guò)查閱圖書資料和上網(wǎng)查的信息，初步選定復(fù)盛SRE系列螺桿式冷媒壓縮機(jī)。這款壓縮機(jī)具有以下一系列特點(diǎn)：1.高效運(yùn)行,無(wú)噪音,操作比較簡(jiǎn)單,使用周期壽命長(zhǎng)；2.使用世界名牌制冷部件,機(jī)組可長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行；

3.使用創(chuàng)新型的螺紋式換熱銅管,管內(nèi)管外的換熱效率非常高,機(jī)組擁有良好的制冷性能；

4.制冷系統(tǒng)是獨(dú)立的回路,即使進(jìn)行檢查可不影響機(jī)組的正常運(yùn)行；

5.機(jī)組可依據(jù)負(fù)荷的要求,進(jìn)行智能化程序控制從而節(jié)省能耗；

6.安全程序可靠,能確保機(jī)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；

7.機(jī)組振動(dòng)非常少,地基不需要采用隔振措施,安裝簡(jiǎn)單方便；

SRF－120H，它的冷凍能力參數(shù)為：299900kcal/hr,轉(zhuǎn)換為：Q1＝348720.9W，基準(zhǔn)為：R－12，50Hz，冷凝溫度為48℃，蒸發(fā)溫度為7℃，過(guò)冷度為5℃，過(guò)熱度為5℃。又本設(shè)計(jì)的蒸發(fā)溫度為5℃，因此再次校核該壓縮機(jī)，它的性能曲線圖如下圖所示，該性能曲線圖是上海冷機(jī)所生產(chǎn)的壓縮機(jī)性能曲線（R－22），用該曲線滿足本設(shè)計(jì)的要求。圖6.1壓縮機(jī)SRF－120H能曲線圖由上圖可類似算出，又在通常情況下，壓縮機(jī)的輸出功率為：Q＝W/3，所以得：W＝348720/3=116KW。,本設(shè)計(jì)方案的工況為300KW，通過(guò)進(jìn)行壓縮機(jī)性能自動(dòng)調(diào)整系數(shù)比較，該壓縮機(jī)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。下面是SRF－120H的基本系數(shù)：表6.1SRF－120H的基本系數(shù)容調(diào)控制范圍100%/75%/50%25%無(wú)段式容量調(diào)節(jié)頻率50Hz冷媒R－22/R－134a/R407C電壓380～415V潤(rùn)滑方式壓差給油絕緣等級(jí)ClassF型式3相，2極，感應(yīng)馬達(dá)保護(hù)裝置馬達(dá)線圈溫度保護(hù)器啟動(dòng)方式Y(jié)－△啟動(dòng)液壓試驗(yàn)42kg/cm2G（高壓側(cè)）轉(zhuǎn)速2950rpm機(jī)油加熱器150W外形尺寸ABCDEFGHIJK744310230602652160574730255626283雙螺桿式空氣壓縮機(jī)功率范圍80kw--90kw/10HP--125HP排氣量為：1.10m/min--15.8m/min壓力范圍為：0.8Mpa--2.0Mpa它具有效率高，節(jié)能環(huán)保，使用時(shí)間長(zhǎng)等很多優(yōu)點(diǎn)。外形圖如下所示：圖6.2壓縮機(jī)SRF－120H外形圖6.2閥的選型閥的結(jié)構(gòu)在整個(gè)制冷系統(tǒng)中有著非常重要的作用，最主要是能夠調(diào)整循環(huán)工質(zhì)狀態(tài)從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它的作用具體如下：1、可以讓高壓情況下的制冷劑節(jié)流和降壓,使冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差穩(wěn)定。2、可以控制進(jìn)入蒸