换热器原理与设计课程设计-60KW管壳式水冷式冷凝器.doc

目录1设计题目及原始数据11.1 设计题目11.2 原始数据12冷凝器的传热设计计算12.1换热管管型的选择12.2循环的确定12.3冷却水流量和平均传热温差的确定22.4确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N32.5传热水平管的布置排列及平均管排数42.6传热系数的计算42.7传热面积与有效管长l确定62.8冷却水的流动阻力73结构设计计算73.1筒体73.2管板73.3法兰83.4端盖83.5支撑板83.6支座83.7垫片的选取83.8螺栓93.9连接管的确定104参 考 文 献125心 得 体 会126致 谢13全套图纸加扣 30122505821设计题目及原始数据1.1 设计题目 壳管式冷凝器1.2 原始数据设计一台冷库用冷凝器。冷凝器热负荷=60KW，冷凝温度40，制冷剂为R22。冷却水进出口温度分别为：进口温度32，出口温度36。2冷凝器的传热设计计算2.1换热管管型的选择根据热交换器原理与设计表2.3，选用规格为的管铜管，其内径.2.2循环的确定根据冷库实际，一般情况下蒸发温度t0 =-22，过热度tr=5，吸入温度t1=-17，冷凝器出口过冷度tk=5, 由tk=40,冷凝器出口温度t5=35。查制冷原理及设备P373 R22压焓图，P343 R22的性质表，可知图中各点状态参数，如图所示。查冷库制冷设计手册P441图6-7，R22在压缩过程2.3冷却水流量和平均传热温差的确定2.3.1冷却水流量冷却水进出口平均温度，根据传热学附录9查得：水的物性参数密度，。由热交换器原理与设计P8公式（1.5）得： 冷却水体积流量 冷却水质量流量2.3.2传热平均温差的计算由能量平衡，有123各段对数平均温差（1）段： （2）段：（3）段：整个过程的平均温差（积分平均温差）2.4确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N根据小型制冷装置设计指导P67-68，初选冷却水流速度水则每管程的管子数取管子数Z=27根 实际水流速度假定热流密度，则所需要的传热面积为：管程数N与管子的有效长度l的乘积为Nl，即：采用管子成正三角形排列的布置方案，由热交换器原理与设计表2.3可取管中心距S=16mm。对于不同的流程数N，就有不同的管长l和壳体内径Di流程数N有效单管长l总根数NZ壳体内径Di常用无缝钢管内径D长径比l/Di长径比l/D 2 4.21 55 0.145147 29.028.6 4 2.11 110 0.205257 10.38.2 6 1.40 165 0.250257 5.65.4从Di、l/Di及l/D的值看来，选择4流程是比较合理的。因为l/Di在6-10之间。2.5传热水平管的布置排列及平均管排数根据上面管子安排和流程数N的情况可知：N=4，总管子数Nl=110，则传热管布置在27纵列内，每列管子数分别为：2、2、2、4、4、4、4、5、4、6、4、6、4、6、4、6、4、6、4、5、4、4、4、4、2、2、2。根据制冷原理与设备P222（9-37）得：水平管在垂直方向的平均管排=5.80根2.6传热系数的计算2.6.1管内水侧表面换热系数根据冷却水的进出口平均温度查传热学附录9得：水的物性参数，导热率 运动粘度雷诺数 ，亦即冷却水在管内的流动状态为湍流流动。根据制冷原理与设备P225公式(9-49)得:管内水侧表面换热系数2.6.2管外R22冷凝表面换热系数根据查传热学附录11得: 时R22物性参数密度,导热率，比潜热运动粘度v=0.121 m2/s, ，则动力粘度根据制冷原理与设备P221公式(9-34)得：表面凝结换热系数其中 则 根据根据制冷原理与设备P222公式(9-37)得：管外凝结表面平均传热系数 2.6.3管内、管外污垢热阻的确定冷却水进出口平均温度，凝温度，根据制冷原理与设备表9-1查得：管内污垢热阻管外污垢热阻2.6.4传热系数 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；第二部分是热量经过管外污垢层,壁面,管内污垢层以及冷却水的传热过程，其传热温差 (其中是管外污垢外壁面的温度, )第一部分热流密度 第二部分热流密度 因为传热是串联，则有。取不同的进行试凑，计算结果如下：23954.314259.135359.611349.146650.38440.04.47143.07275.14.457203.87129.6由上表可知：=4.45时，。则 热流密度，与前面假定的只偏大2.4%。传热系数2.7传热面积与有效管长l确定实际所需的换热面积初步结果设计中所需要的冷凝传热面积较传热计算传热面积大2.4%，可作为冷凝传热面积富裕量。初步结构设计所布置的冷凝传热面积能够满足负荷的供热要求，表明假设是可取的。管子的有效长度适当增加长度，根据热交换器原理与设计P55 GB151-1999推荐的换热管长度，选取=2.5m此时，F= = 10.36 ，实际冷凝传热面积较传热计算传热面积大23.8%，可作为冷凝传热面积富裕量。根据热交换器原理与设计P84所说实际冷凝传热面积要比较传热计算传热面积大10%-20%，才满足要求，所以满足要求。2.8冷却水的流动阻力根据制冷原理与设备P232 公式(9-71)得：水的沿程阻力系数冷却水的流动阻力 考虑到外部管路损失，冷却水泵总压头约为 据泵与风机P64，离心泵总效率约为0.620.92，取离心水泵的效率，则水泵所需的功率为：水泵所需的功率 3结构设计计算3.1筒体由已知工况，壳程工作压力。再根据先前设计布管情况，查冷库制冷设计手册P606无缝纲管(GB8163-87)直径系列，可选取内径为Di=257mm，外径为Do=273mm，厚度S=8mm3.2管板根据制冷机工艺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=1.30。根据制冷机工艺P111公式(6-4)得：管板厚度查冷库制冷设计手册P594表10-9，热轧厚钢板品种（GB709-88）得，实际可取管板厚度t=28mm3.3法兰根据钢制压力容器 GB150-1998P97表9-3可知：取，则法兰外径法兰厚度螺栓所在圆的直径周长3.4端盖根据制冷机工艺P113选用端盖厚度S=8mm，连接螺栓处厚度，球面半径R=257mm，内球面高度外球面高度圆筒高度3.5支撑板根据热交换器原理与设计P50表2.6查得：支撑板厚度为10mm，采用双弓形，直接焊接在壳体上。根据热交换器原理与设计P51表2.7查得：拉杆直径为10mm，拉杆数为6根。3.6支座由小型制冷装置设计指导P75表3-9得：支座尺寸，支座底线离壳体外壁面高度为80mm。3.7垫片的选取3.7.1材料的选取根据钢制压力容器GB150-1998P95表9-2，垫片的材料可选具有适当加固物的石棉(石棉橡胶板)，厚度，垫片系数，比压力本次设计壳体内径Di=257mm2230,所以要设防冲板。采用标准分液头出液管的内径：查冷库制冷设计手册P603得，选取无缝钢管，内径为则实际制冷剂液体流速4参 考 文 献1 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，20032 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 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,1998.4 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 栾春远.AutoCAD2005压力容器设计M.北京：化学工业出版社,2006.7 中华人民共和国国家标准管壳式换热器（GB1511999）.8 中华人民共和国国家标准钢制压力容器（GB151999）.9 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、冷库制冷设计手册、制冷机工艺、等相关文献资料。5心 得 体 会为期两周的换热器课程设计就结束了。这次课程设计是设计一个60KW的壳管式冷凝器，第一次做和我们制冷与空调工程专业密切相关的课程设计。这种壳管式换热器在商用中央空调和工业中央空调上应用的比较广泛。这次课程设计虽然时间很短，但是我们却学会了很多实实在在的东西。例如，AutoCAD，查找热交换器各种零部件的表准，基本掌握热交换器设计的流程，需要查找的资料和相关的国标，经过总结这次热交换器课程设计，具备了快速设计热交换器的能力。在课程设计开始前，我们专业进行了生产实习。在这次实习过程中，我们参观了中央空调的生产过程。通过这次的专业实习，我们对壳管式换热器的原理、结构有了一定的了解。这次生产实习所掌握的知识对本次壳管式冷凝器的设计有很大的帮助。这次自己能够亲手设计出一个壳管式冷凝器算是一次学以至用的好机会。由于我自己的生产实践经验甚少，所以本次设计的壳管式冷凝器从技术、经济以及生产等实际情况来讲可能是一个不太合理的产品。但通过这次换热器的设计，我对壳管式冷凝器的基本设计流程有了比较全面的了解，而且还进一步熟悉了壳管式冷凝器的结构以及制造工艺过程。文献资料比较多，从图书馆借了好几本，从网上下载了不少相关标准，从同学那复制过来的，虽然在传热设计计算过程中，我遇到了不少的问题，例如换热管长应该如何选择，长径比l/D应该什么范围内比较合适，以及管板兼作法兰的话法兰直径如何选取等。在结构设计计算的时候，也遇到了一些问题，如管板应如何选择，端盖是选用平盖还是选用封头等问题。在我困惑的时候，多亏了有那么多资料，经过查找最终都能找到相关的指导理论和依据。锻炼了耐性，和自己独立解决问题的能了。这次设计要求全部用autoCAD绘图，这对我来说不是很难。假期的时候特地地复习了autoCAD软件。虽然自己比较熟悉这个画图软件，但在画图的过程中也出现了不少问题。经过反复检查、核算，最终还是把图画好了。可能这次画的图还存在很多低级细微的错误吧。通过这次软件画图，我更加清楚的知道autoCAD、Pro/E软件对我们这个专业的重要性。这使我更加有兴趣学习这些软件，也坚定了我要学好这些软件的信心。经过这次为期两周的课程设计，我深刻认识到做事要认真要细心。通