换热器课程设计-105KW水冷式冷凝器.doc

键入文字目录一.设计题目及原始数据11.1 设计题目11.2 原始数据1二.冷凝器的传热设计计算12.1换热管管型的选择12.2冷却水流量和平均传热温差的确定12.3确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N22.3.1管字数、实际水流速度22.3.2流程的设计22.4传热水平管的布置排列及平均管排数22.5传热系数的计算32.5.1管内水侧表面换热系数32.5.2管外R22冷凝表面换热系数32.5.3管内、管外污垢热阻的确定32.5.4传热系数42.6传热面积与有效管长l确定52.7冷却水的流动阻力5三.结构设计计算63.1筒体63.2管板63.3法兰63.4端盖63.5支撑板73.6支座73.7垫片的选取73.7.1材料的选取73.7.2垫片压紧力作用中心圆直径73.7.3预紧状态下所需要的最小压紧力73.7.4垫片宽度校核83.8螺栓83.8.1螺栓的选择83.8.2螺栓布置83.8.3螺栓载荷83.8.4螺栓面积93.8.5螺栓的设计载荷93.9连接管的确定93.9.1冷却水进出口连接管93.9.2制冷剂连接管10参 考 文 献11心 得 体 会11全套图纸加扣 301225058212键入文字一.设计题目及原始数据1.1 设计题目 水冷式冷凝器1.2 原始数据冷凝器换热量 制冷剂R22，制冷剂冷凝温度、假定蒸发温度、冷却水进口温度、冷却水出口温度二.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冷却水流量和平均传热温差的确定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： 冷却水流量 平均传热温差2.3确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N2.3.1管字数、实际水流速度根据小型制冷装置设计指导P67，初选冷却水流速度水则每管程的管子数取管子数Z=52根 实际水流速度2.3.2流程的设计假定热流密度，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长径比l/Di 2 3.97 108 0.291（0.208） 13.64 4 1.99 216 0.309（0.294） 6.48 6 1.32 324 0.401（0.360） 3.3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6-8之间。2.4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：2、2、4、2、6、4、8、6、8、6、10、6、10、6、10、6、10、4、10、6、10、6、10、6、10、6、8、6、8、4、6、2、4、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数 =6.70根2.5传热系数的计算2.5.1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2.5.2管外R22冷凝表面换热系数根据查制冷原理与设备附表3得: 时R22物性参数密度,导热率，比潜热动力粘度 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P221公式(9-37)得：管外凝结表面平均传热系数 2.5.3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 2.5.4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，由上表可知： 。则由则=38.189时，热流密度，与前面假定的只偏大0.7%。传热系数2.6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0.7%，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P54 GB151-1999推荐的换热管长度，选取=2.0m2.7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 取离心水泵的效率，则水泵所需的功率为：水泵所需的功率 三.结构设计计算3.1筒体根据先前设计布管情况，查冷库制冷设计手册P604（573）无缝纲管(GB8163-87)直径系列，可选取内径为Di=309mm，外径为Do=325mm，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：管板厚度实际可取管板厚度t=30mm3.3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= Di=309mm，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，直接焊接在拉杆上。根据热交换器原理与设计P51表2.7查得：拉杆直径为10mm3.6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=309mm700mm，根据热交换器原理与设计P47，可取垫片宽度N=26mm。根据钢制压力容器GB150-1998P96得：垫片基本密封宽度垫片的有效密封宽度 3.7.2垫片压紧力作用中心圆直径因为，取垫片接触面外径，根据钢制压力容器GB150-1998P96，垫片压紧力作用中心圆直径即垫片接触面外径减去2b，即3.7.3预紧状态下所需要的最小压紧力操作状态下所需要的最小压紧力：(其中)3.7.4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，则所需的垫片的最小厚度：故初选的垫片厚度是符合要求的。3.8螺栓3.8.1螺栓的选择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，3.8.2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 3.8.3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 3.8.4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。3.8.5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3.9连接管的确定3.9.1冷却水进出口连接管冷却水的流量，水流速度，故冷却水进出口连接管的直径查 冷库制冷设计手册得，选取无缝钢管，内径为80mm3.9.2制冷剂连接管 由、查R22的图(见右图)得：冷凝器入口，冷凝器出口，制冷剂的质量流量制冷剂蒸气的体积流量制冷剂液体的体积流量初取蒸气气流速度，则进气接管的内径：查冷库制冷设计手册得，选取无缝钢管，内径则实际蒸气气流速度初选制冷剂液体速度，则出液管的内径：查冷库制冷设计手册得，选取无缝钢管，内径则实际制冷剂液体流速参 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 沈维道等 工程热力学（第三版）.M. 北京：高等教育出版社，2001.心 得 体 会做到这里，为期两周的课程设计基本结束了。此课程设计是设计一个105KW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。此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。此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。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。同时也学会了自觉去找资料，学会如何找资料！这次设计要求全部用autoCAD绘图，这对我来说不是很难。在大二的课程设计中也是用用autoCAD绘图，现在已经熟练运用用autoCAD绘图。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。