热交换器原理与设计课程设计-70KW满液式蒸发器.doc

课 程 设 计 课程名称_ 换热器课程设计_题目名称_满液式蒸发器_学生学院_材料与能源学院_专业班级_07制冷（1）班_ 学 号 学生姓名_ _ _指导教师_ _2010年 7 月 9 日广东工业大学课程设计任务书题目名称70KW满液式蒸发器学生学院材料与能源学院专业班级热能与动力工程 制冷0701班姓 名学 号全套图纸加扣 3012250582一、课程设计的内容设计一台制冷机用满液式蒸发器。蒸发器制冷量=70KW，制冷剂温度：蒸发温度2，冷凝温度40，制冷剂为R22。冷媒水进口温度12，冷媒水出口温度7。二、课程设计的要求与数据1）学生在教师指导下独立完成设计。2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，用计算机绘图。4）说明书要求：文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。格式要求：（1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；心得体会等；（6）参考文献三、课程设计应完成的工作1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份；2）绘制换热器的装配图1张，拆画零件图12张。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1学生分组；布置任务；根据设计任务收集有关的原始资料，并选定热交换器的型式等。指定教室6.28-6.282进行换热器设计计算（包括传热计算、结构计算、流动阻力计算和强度计算等）宿舍6.29-6.303编写设计说明书（严格按照广东工业大学课程设计说明书撰写规范编写）宿舍7.1-7.44绘制换热器装配图1张；拆画零件图12张宿舍7.4-7.75设计答辩及成绩评定指定教室7.8-7.9五、应收集的资料及主要参考文献1 吴业正. 制冷原理及设备（第2版）M. 西安：西安交通大学出版社,1998.2 吴业正.小型制冷装置设计指导M.北京：机械工业出版社,1999.3 史美中,王中铮.热交换器原理与设计M.南京：东南大学出版社，2003.4 余建祖.换热器原理与设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.5 杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2006.6 中华人民共和国国家标准管壳式换热器（GB1511999）.7 其它设计资料：包括各种换热器设计标准、制冷工程设计手册、制冷设备手册、制冷机工艺等相关资料.发出任务书日期：2010年 6 月 28日 指导教师签名：计划完成日期： 2010年 7月 9 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：摘要本课程设计是要设计一台70KW的制冷剂用满液式蒸发器。此设计是在给定的条件（蒸发器制冷量Q0=70KW，制冷剂温度：蒸发温度2，冷凝温度40，制冷剂为R22。冷媒水进口温度12，冷媒水出口温度7）下进行计算设计出来的。整个设计过程首先进行热力计算，然后进行传热计算，再进行结构计算。计算过程中首先选定换热管径，并根据冷媒水的体积流量及选定速度计算出换热管的根数，再用换热热流密度及换热系数进行校核设计数。通过用校核的方式，来确定根据设计参数所算出的各部分的尺寸是否适合给定的工质工作温度以及压力下的应力要求和换热要求。通过这个设计计算，可以得出一个传统但经济合理的小型满液式制冷蒸发器。减少了因设计不合理的而导致材料以及能源的浪费，为在制冷行业提供一个节约能源的可行的设计方案。关键词：课程设计， 满液式， 蒸发器 目录1设计题目及设计参数51.1设计题目 70KW满液式蒸发器51.2设计参数52设计计算52.1热力计算52.1.1制冷剂的流量52.1.2冷媒水流量52.2传热计算62.2.1选管62.2.2污垢热阻确定62.2.3管内换热系数的计算62.2.4管外换热系数的计算72.2.5传热系数计算72.2.6传热面积和管长确定82.3流动阻力计算83结构计算93.1换热管布置设计93.2壳体设计计算93.3校验换热管与管板结构合理性103.4零部件结构尺寸设计103.4.1管板尺寸设计103.4.2封盖113.4.3分程隔板113.4.4支座123.4.5支撑板与拉杆123.4.6垫片的选取123.4.7螺栓133.4.8连接管144换热器总体结构讨论分析155设计心得体会15参考文献161设计题目及设计参数1.1设计题 70KW满液式蒸发器1.2设计参数蒸发器的换热量Q0=70KW；给定制冷剂：R22；蒸发温度：t0=2，tk=40，冷却水的进出口温度： 进口=12; 出口=7。2设计计算2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量 根据资料【1】，制冷剂的lgp-h图：P0=0.53MPa，h1=405KJ/Kg，h2=433KJ/Kg，PK=1.5MPa h3=h4=250KJ/Kg， 图2-1 R22的lgP-h图 制冷剂流量 2.1.2冷媒水流量水的定性温度ts=（12+7）/2=9.5,根据资料【2】附录9，=999.71kg/m3,cp=4.192KJ/(KgK)，=57.28510-2 W/(m.) 2.2传热计算 2.2.1选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料【3】p71换热管用低翅片管序号1，规格161.5，如图所示： ，每米管长管外表面积，螺纹管增强系数，铜管导热系数 图2-2 外螺纹管结构图 2.2.2污垢热阻确定冷媒水平均温度tm=(t1+t1”)/2=(12+7)/2=9.5制冷剂,水的流速取，根据资料【1】p198表9-1， 管内污垢系数 管外污垢系数 2.2.3管内换热系数的计算 冷媒水的定性温度,查物性表得：， ，,暂取水的流速，管程设计为2程，每流程管子数，当Z=23时，冷媒水的实际流速为， 104；根据资料【2】6-15，2.2.4管外换热系数的计算 平均传热对数温差： 管外换热系数,其中 2.2.5传热系数计算 传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为；第二部分是热量经过管外污垢层、关闭、管内污垢层以及冷媒水的传热过程。 第一部分热流密度 第二部分热流密度 用试算法估算 的值，确定热流密度 表2-143.993.9853.9843.982q42544216419641934185.2q41704178418241834184.8由此取,，2.2.6传热面积和管长确定传热面积管子有效长度，取管长2.5m2.3流动阻力计算 根据资料【1】p232(9-71)，对于水，沿程阻力系数，冷媒水的总流动阻力： 符合资料【4】p69表2.10允许压降，设计合理。3结构计算3.1换热管布置设计 选用1-2型结构，Z=23，采用等边三角形排列方式，查资料【4】p46表2.3，换热管中心距s=22mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距，换热管在管板上的分布如图图3-1换热管的布置3.2壳体设计计算由做出的布管图可得布管限定园直径 ： DL=213.86mm ；由上图计算得 壳体内径 : Di= 261mm ,取b3=14mm ；壳体外径 : DO=Di+2=261+26=273mm , 根据资料【6】p116表6-4，壳体壁厚选用经济型；所以壳体选常用规格为273mm6mm的无缝钢管。3.3校验换热管与管板结构合理性热交换器管束外缘直径受壳体内径的限制，在设计时要将管束外缘置于布管限定圆内，对于满液式蒸发器，根据资料【4】p47“最外部孔的边缘与外壳内表面的距离不赢小于8mm”，布管限定圆直径不大于，由上面的作图得出DL=233mm245mm,合理。b3为管束最外层换热管表面至壳体内壁的最短距离。3.4零部件结构尺寸设计零部件结构尺寸设计包括：管板、端盖、分程隔板、支撑板、拉杆、连接管、支座、垫片和螺栓。 3.4.1管板尺寸设计管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，管板与传热管的连接方式采用胀接法。图3-2管板法兰 图3-3管板与圆筒的连接根据资料【3】表3-8管板最小厚度不小于13mm，根据资料【6】P111表（6-6），查得与管子连接方式有关的系数=1.15,与管板兼做法兰有关的系数=1.00，由经验公式（6-4）得管板厚度：t= (17+0.0083)=1.151.00(17+0.0083261)=22.04mm,实际可取t=24mm.取法兰外径： D=Do+2S+Se=273+224+18=357mm法兰厚度：=24-4=20mm螺栓所在圆的直径：=+S2=273+242=321mm,周长：=Da=321=1008.45mm。 3.4.2封盖根据资料【6】p113选封盖厚度6mm，选用椭圆型封盖,其尺寸计算如下：图3-4椭圆封头L=(1.2510)%Di=(1.2510)%261=3.2426.1mmHi=Di/4=65.25mm,取65mm；Ho=Hi+=65+6=71mm；椭圆长轴R=Di=261mm，短轴r=R/2=130.5mm。 3.4.3分程隔板按资料【6】p20表6，分程隔板厚度选，分程隔板槽深4mm 图3-4 分层隔板槽 3.4.4支座根据资料【3】p75表3-9。确定支座尺寸L=240mm，K=160mm，厚度是6mm。 3.4.5支撑板与拉杆根据资料【4】P50，换热管外径14d25,所以拉杆直径取=12mm，数量取4根。由前面选管长l=2.5m；拉管直接焊接在支持板上固定。根据表2.6可知，可取弓型支撑板厚度为10mm,直接焊在壳体上固定。根据表2.5，本设计取支持板数量为2. 图3-5 拉杆 3.4.6垫片的选取 材料：石棉，具有适当加固物（石棉橡胶板）;厚度为1.5mm p=0.4MPa;参数为：垫片系数m=2.75，比压力y=25.5MPa.宽度：根据资料【4】P47，本设计筒体内径=261mm，n=16,di=13.835mm，符合要求。螺栓的载荷预紧状态下：=操作状态下：W=148111N3.4.8连接管 制冷剂连接管 制冷剂质量流量进口体积流量： 出口体积流量：进口接管内径（选氟里昂液体流速为），圆整后，取无缝钢管 出口接管内径（选蒸汽流速为u2=16m/s），圆整后，取无缝钢管 冷媒水连接管 冷媒水流量，水的流速，冷媒水管内径，圆整后，无缝钢管4换热器总体结构讨论分析 在本次课程设计中，我的设计任务是设计满液式蒸发器。下面对设计做总体的分析。 在初步确定蒸发器结构之后，进行了热力计算、传热计算、结构计算以及流动阻力计算。对如换热管，进出水管，制冷剂进出管以及管板的厚度，筒体、支座、垫片、螺栓等根据设计规格及安全设定要求进行选取，对螺栓和垫片进行强度校核，满足安全要求。在满足设计要求的前提下尽量使得蒸发器结构紧凑，减少占据空间，节省原材料。5设计心得体会 本次换热器的课程设计，是对以前以及现在学的知识（比如：制冷原理，热交换器原理与设计等课程）的更深入的学习。 在这一次的课程设计中，不但可以把以前学过的一些独立的课程联系在一起，把理论的课程联合本次的课程设计，能更深入的学习到了一些设计上的东西以及设计产品的制造要求。通过找查阅读资料，不但让我增加课程的知识面，同时也增强本人对课程设计的兴趣以及对课程设计要实事求是的认识。同时由于设计作图依靠AutoCAD来完成的，在自己的摸索以及与同学的交流讨论下，通过设计实例，本人对AutoCAD软件的应用有了进一步的了解。在刚开始时，本设计给人的感觉是茫然的，不知道如何下手，通过老师的资料以及与同学们的相互讨论后，才有一点的设计理念，再通过老师的指导下，我也总算是顺利完成了本次设计。虽然本次设计有自己的努力，但也有老师的辛勤教导以及同学间的帮助。在此，我对他们表示感谢。参考文献1 吴业正. 制冷