热交换器原理与设计课程设计-85KW满液式蒸发器.doc

1.设计题目及设计参数1.1设计题目：85KW满液式蒸发器全套图纸加扣 30122505821.2设计参数：蒸发器的换热量Q0=85KW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=72.热力计算2.1制冷剂的流量：根据资料1，制冷剂的lgp-h图：P0=530kPa，h1=400KJ/Kg， =250KJ/KgR22的lgP-h图制冷剂流量：2.2冷媒水流量：水的定性温度：,根据资料2，,3.传热计算3.1初步选管采用外螺纹管，根据资料3换热管选用低翅片管序号1规格161.5， ，每米管长管外表面积，螺纹管增强系数，铜管导热系数如图所示： 外螺纹管结构图3.2换热系数计算a.污垢热阻确定：冷媒水平均温度,制冷剂,根据资料1：水的速度取1.5m/s管外污垢系数管内污垢系数b.管内换热系数的计算：冷媒水的定性温度ts=（12+7）/2=9.5,查饱和水物性表得，暂取水的流速，管程设计为2程，则每流程管子数：，整取Z=29时，冷媒水的实际流速：，对于管内流体：根据资料1：管内换热系数：c.管外换热系数的计算：管外换热系数：,其中d.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： 代入数据得：用试算法估算 的值，确定热流密度：/3.94.04.054.1q/3876.194255.484451.085061.54/4344.454266.874228.084189.29由表格数据可知：当=时，q和的值相差11.39，小于0.4%，可以认为此时估算的q值为，即为所求的热流密度。由此取,，平均传热对数温差：传热系数：4结构计算4.1换热管布置设计a.传热面积和管长确定：传热面积管子有效长度，取管长2.5m由资料4可取管中心距S=22mm。采用管子成正三角形排列的布置方案，具体如下图：壳由上图计算得，由资料6可取。4.2壳体由已知工况，壳程工作压力,由资料6，选取壳体壁厚选用经济型，壳体材料应采用碳素钢Q235-C钢板，Q235-C钢板允许压力，取焊接头系数。计算应力：，合理，故选定壁厚，圆筒外径。4.3校验换热管管与壳体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，由资料4布管限定圆直径。对于上述换热管布置设计由几何关系得出管束外缘直径，符合要求。换热管长度与壳体内径之比，在6-10范围里面，所以选用两个流程是合理的。4.4管板根据资料6，选取选用e型管板。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，换热管与管板连接采用胀管法。查得与管子连接方式有关的系数，与管板兼做法兰有关的系数。，取。由资料6查得法兰外径：法兰有效厚度：螺栓所在圆的直径：周长：4.5端盖根据资料6，端盖厚度S=6mm，球面半径R=261mm，内球面高度，外球面高度,圆筒高度，取。4.6支撑板与拉杆拉杆根据资料4，换热管外径14d25,所以拉杆直径取，数量取4根。直接焊在管板上。由前面选管长l=2.5m，可取支撑板厚度为10mm,直接焊在拉杆上固定。取支持板数量为2。4.7支座 支座按比例缩放图由资料3,L=240mm,K=160mm，支座底线离壳体外壁面高度为80mm。4.8垫片的选取材料：选择石棉橡胶板；厚度为1.5mm，参数为：,垫片系数m=2.75，比压力y=25.5MPa.宽度：根据资料4，本设计筒体内径时，取垫片宽度N=12mm,由资料6，垫片基本密封宽度，垫片的有效密封宽度，所以垫片压紧力作用中心圆直径即为垫片接触面的平均直径，即预紧状态所需的最小压紧力：操作状态下所需的最小压紧力：4.9螺栓的尺寸设计a. 螺栓选择：根据法兰及端盖的厚度，参考资料5，选螺栓GB/T5782-2000，M16100，螺纹长度为38mm，螺纹小径b.螺栓布置:根据资料6：查得螺栓的最小间距：螺栓的最大间距：螺栓直径因为螺栓所在圆的周长，取螺栓间距为65mm，故所需要的螺栓数，取整16个。c螺栓的最小载荷 预紧状态下需要的最小载荷：操作状态下需要的最小载荷：d.螺栓的面积螺栓的实际面积： 螺栓材料选用碳素钢35号钢，常温下螺栓材料的许用应力，由资料6，取安全系数，设计温度下螺栓的许用应力。预紧状态下需要的最小面积： 操作状态下需要的最小面积：需要的螺栓面积： ，符合要求。e. 螺栓的载荷预紧状态下螺栓设计荷:操作状态下螺栓设计载荷: 4.10垫片宽度校核常温下螺栓材料的许用应力，设计温度下螺栓的许用应力，实际螺栓面积，垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片须有足够的宽度。所需的垫片的最小厚度：，设计合理。411连接管a.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，取无缝钢管进口流速，所以不必设置防冲板出口接管内径（选氟里昂蒸汽流速为），圆整后，取无缝钢管 出口流速b.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5流动阻力计算根据资料1和资料4，换热器的流动阻力包括管程阻力和壳程阻力。主要集中在管程，壳程的流动阻力一般不计。a. 管程：，当时，当时，管程中流体沿程阻力：回弯阻力：进出口连接管阻力：所以管程总阻力：，合理6心得与体会这次换热器的课程设计，是对之前学习的传热学制冷原理热交换器原理与设计等课程的一次实践过程，在这次设计过程中，通过反复的的计算和选取零部件，并且不断地查阅各种资料的国家标准，巩固和加深了我对所学知识的理解，翻阅资料的过程也是我对设计有了初步的了解，对我以后从事设计生产工作非常有用。在这一次的课程设计前，我对学到的关于换热器的知识仅处在能解题的基础上，对实际的设计生产还懵懵懂懂，在这次课程设计中，通过查表，查图，对管的布置，管径 厚度和一些零部件标准的选取，使我认识到在设计中不仅仅只是依靠课本的理论知识，还要与实际生产结合，譬如螺栓的布局位置，各部件之间的配合都是要在实际中考虑的。这次是课程设计，使我对AutoCAD有了更深的了解，对其功能基本上都使用过，而且在写说明书的时候，学会了对word文档中自动导出目录这些没用过的功能。通过这次课程设计使我对换热器设计大致步骤有了一个了解。由于时间和知识面等各方面的局限，这次课程设计还存在一些的错误，还望老师多做指点.在设计中对热交换器的结构紧凑性和经济性方面还有待改进，但这次课程设计还是学到了很多有用的知识和实际经验，感谢学校安排这次课程设计，也衷心地感谢黄金老师的指导和耐心地解答我们问题。7参考文献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 杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2006.3 吴业正.小型制