换热器课程设计-55KW水冷式冷凝器.doc

课 程 设 计55W水冷式冷凝器 全套图纸加扣 3012250582课程名称_换热器课程设计_学生学院_材料与能源学院_专业班级_07制冷01班_学 号_学生姓名_ _指导教师_ _ _2010 年 07 月 8 日广东工业大学课程设计任务书题目名称55KW水冷式冷凝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 号一、课程设计的内容设计一台冷库用冷凝器。冷凝器热负荷=55KW，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。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 要本设计是设计一个管壳式冷凝器，该冷凝器的换热量Q=55 kw，给定制冷剂R22 ，冷凝温度 40，冷却水的进出口温度32/36。根据上述要求，首先进行了热力计算，确定冷凝器的换热系数、换热面积、流程数、换热管分布等等，而结构计算，如换热管的大小和布置应该与前面的热力计算同时进行，然后再确定筒体、法兰、端盖、管板、支座、支撑板、垫片、螺栓等的大小和尺寸；接着进行阻力计算，根据阻力的大小选择合适的泵或风机，并核算压降是否在限定的范围内；最后进行强度校核，计算换热器各部件尤其是受压部件的应力大小，检查其强度是否在允许范围内。在本次课程设计中，我的设计任务是设计壳管式冷凝器，下面对设计做总体的分析。在初步确定冷凝器结构之后，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冷凝器结构紧凑，减少占据空间，节省原材料。本次设计共附有装配图一张，管板零件图一张。关键词：换热量，热力计算，结构计算，阻力计算，强度计算。目录1设计计算51.1热力计算51.2传热计算51.3流动阻力计算82结构计算92.1换热管布置设计92.2壳体设计计算92.3零部件结构尺寸设计93换热器总体结构讨论分析134心得135参考文献141 1设计计算1.1热力计算 1.1.1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 1.1.2冷却水流量水的定性温度tm=（32+36）/2=34,根据传热学附录9得，=993.6kg/m3,cp=4.174KJ/(KgK),由热交换器原理与设计 平均传热温差1.2传热计算 1.2.1选管选用换热管121，铜管导热系数 2.2.2制冷剂的lgp-h图： 图2-1 R22的lgP-h图 H2=440，H3=250制冷剂流量 1.2.3管内换热系数的计算 冷却水的定性温度,查物性表得：， ，,暂取水的流速，根据小型制冷装置设计知道，管程设计为4程，每流程管子数，圆整后取Z=30，冷媒水的实际流速为，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：采用管子成组合排列的布置方案，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长径比l/Di 2 41 60 0149 276 4 203 120 0219 965 6 135 180 0258 52从Di及l/Di的值看来，选择4流程是比较合理的。因为l/Di在6-10之间。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=208，则传热管布置在35纵列内，每列管子数分别为：22244446464646464646464444222。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数 =4.33根根据制冷原理与设备，1.2.4管外换热系数的计算 由从制冷原理与设备附表3查得R22的热物性参数为：，据9-34及9-37得 取c=0.725， 1.2.5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2-137.637.737.86012603323608460736028459823由此取,，1.2.6传热面积和管长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1.2%，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=2.5m1.3流动阻力计算 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 取离心水泵的效率，则水泵所需的功率为：水泵所需的功率 2结构计算2.1换热管布置设计 选用Z=30，采用等边三角形组合排列方式，查热交换器设计和指导，换热管中心距s=16mm 2.2壳体设计计算 根据先前设计布管情况，查冷库制冷设计手册P604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=7mm换热管长度与壳体直径之比，选用4个流程是合理的。2.3零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、拉杆、连接管、支座、垫片和螺栓。 2.3.1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。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：管板厚度实际可取管板厚度t=30mm 取法兰外径：D=+（S+）2=273+（24+18）2=357mm 法兰厚度：=30-5-3=22mm,螺栓所在圆的直径：=+S2=273+242=321mm,周长：=3213.14=1007。94mm。 2.3.2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 2.4.3分程隔板分程隔板厚度选，分程隔板槽深4mm 2.3.4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。 2.3.5支撑板与拉杆根据热交换器原理与设计P51表2.6查得：支撑板厚度为10mm，直接焊接在壳体上。根据热交换器原理与设计P52表2.7查得：拉杆直径为10mm 2.3.6垫片的选取选取石棉垫片，具有适当加固物（石棉橡胶板）,其参数如下：厚度为 1.5mm,垫片系数比压力，设计压力P=1.56MPa，按7表7-1，确定以下参数：垫片接触宽度：，基本密封宽度：因为，所以垫片有效密封宽度，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=300-2X8。14=282mm.垫片压紧力a.预紧状态下需要的最小垫片压紧力按7式（7-1）计算： b.操作状态下需要的最小垫片压紧力按7式（7-2）计算： 垫片宽度校核 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，其值按7（7-3）校核 ，满足2.3.7 选螺栓2.3.7.1. 螺栓与法兰根据法兰及端盖的厚度，参考画法几何与机械制图P338附表2-1，选取螺栓GB/T5782 M16x80，其中小径，螺栓布置根据钢制压力容器GB150-1998P97得：螺栓的最大间距 由钢制压力容器GB150-1998P97表9-3可知螺栓的最小间距由此可取螺栓间距。由前面可知螺栓所在圆的周长，故所需螺栓数 2.3.7.2螺栓载荷根据钢制压力容器GB150-1998P97可知：预紧状态下需要的最小载荷操作状态下需要的最小载荷 2.3.7.3.螺栓面积 预紧状态下需要的最小面积操作状态下需要的最小面积因为，则需要的螺栓面积螺栓的实际面积，故螺栓个数符合要求。2.3.7.4螺栓的设计载荷根据钢制压力容器GB150-1998P96-97得，预紧状态下螺栓设计载荷W：操作状态下螺栓设计载荷2.3.8连接管 2.3.8.1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（选氟里昂蒸汽流速为），圆整后，取无缝钢管 出口接管内径，圆整后，取无缝钢管 2.3.8.2冷却水连接管 冷却水流量，水的流速，冷却水管内径，圆整后，无缝钢管3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壳管式冷凝器，下面对设计做总体的分析。 在初步确定冷凝器结构之后，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冷凝器结构紧凑，减少占据空间，节省原材料。4心得 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55KW的水冷式冷凝器，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。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。由于手头上文献资料比较有限，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，多亏了吴忠杰师兄的解答，我才能顺利地完成下面的工作。这次设计要求全部用autoCAD绘图，这对我来说不是很难。因为通过师兄了解到换热器课程设计要软件绘图，所以我在暑假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。通过这次设计，我也收获了很多东西，就是在反复查漏补缺的过程中磨练了一种精益求精、耐心的品质。经过这次课程设计使我具备了一定的课程设计能力，加强了自己的动手和思考的能力，学会自己去解决问题与同学们之间讨论。加强了同学们之间的互助，班里形成了一种互相学习与帮助的氛围，同时，在一定程度上提高了