《制冷与低温技术》课程和设计说明书.doc

制冷与低温技术课程设计说明书题目： 换热器的设计系 别： 能源与动力工程系专 业： 低温制冷专业姓 名： 赵学 号： 04144725指导教师： 刘2010年 06 月 12 日目 录摘 要3第一章 课程设计任务书41.1设计时间及地点41.2设计目的和要求41.3设计题目和内容5第二章 氟利昂卧式壳管式冷凝器设计计算52.1管型选择52.2估计传热管总长62.3确定每流程管数，有效单管长及流程数62.4传热管的布置排列及主体结构72.5传热计算及所需传热面积确定72.5.1水侧表面传热系数计算72.5.2氟利昂侧冷凝表面传热系数计算82.6冷却水侧阻力计算92.7连接管管径计算10第三章 卧式壳管式冷凝器的零部件及设计103.1传热管、传热管的布置及与管板的固定方式103.2壳体、管板及其连接方式103.3端盖113.4支座113.5连接管11第四章 卧式壳管式冷凝器的整体结构12总 结14致 谢14参考文献15摘 要换热器是制冷装置中不可缺少的重要设备，其传热效果直接影响到制冷机重量和体积的大小，以及其运行特性和经济性。冷凝器和蒸发器是制冷机必不可缺少的换热器，它们是制冷机中得到重要组成部分。而冷凝器是制冷装置相制冷系统外放出热量的换热设备。卧式壳管式冷凝器最为广泛的应用在大、中、小型氨和氟利昂制冷装置。对于氟利昂壳管式冷凝器的换热器的换热管选用导热系数高的铜管，提高冷凝器的传热效率，减小设备的体积。 在卧式壳管式冷凝器中，制冷剂蒸汽从冷凝器的壳体的上部进入冷凝器，制冷剂蒸汽在换热管外表面上冷凝，凝结成液体后从壳体的底部流出进入储液器。对于小型制冷装置，为了简化设备，冷凝器的下部少装几排换热管，冷凝器的下部作为储液器。冷凝器的冷却水从冷凝器一端的端盖下部进入冷凝器的换热管内，两个端盖的内部有隔板，以便使冷却水在换热管内可以多次往返流动，冷却水从一个端头向另一个端头流一次称为一个流程。通常冷凝器的流程数为双数，这样冷却水的进出口可以设在同一个端盖上，并且冷却水从下面流进冷凝器，从上面流出可以保证冷却水充满整个冷凝器的换热管。端盖的顶部设有排气旋塞，下部设有放水旋塞，上部的排气旋塞是在充水时用来排除换热管内的空气；下部的放水旋塞是在冷凝器停止使用时用来排放残留在冷凝器换热管内的残留水，以防止换热管被冻裂和腐蚀。卧式壳管式冷凝器的优点是结构紧凑，占地面较小；换热管内的水流速较高，所以传热系数较大；冷却水的温升较大；清洗污垢不方便，设备需要停止工作才能进行清洗；要求冷却水的水质要好。 第一章 课程设计任务书编写：刘恩海 审核：周恒涛课程编码0714606课程名称制冷与低温技术课程设计适用专业热能与动力工程学时1周考核方式学分1分先修课程工程热力学、传热学设计时间第15周1.1设计时间及地点1、设计时间：20092010学年第二学期第15周具体安排： 周一周三：制冷循环热力计算、换热器的设计计算； 周四：画图及整理说明书； 周五：审核、修改、完成。2、设计地点：3号教学楼B410教室1.2设计目的和要求1、设计目的本课程设计是在学生修完制冷与低温技术课程之后进行的一门关于制冷空调系统换热器设计计算的课程。换热器是制冷空调系统的主要部件，优化匹配的设计计算可大大提高整个系统的性能，因此本课程设计是一门比较重要的课程设计。通过本课程设计，使学生了解和掌握制冷空调系统的各类换热器的结构、工作特性及合理的设计计算方法。提高学生运用所学的理论知识解决实际问题的能力，需要学生充分发挥主观能动性，运用现有的设计参考资料，解决设计中遇到的各种问题。2、 设计要求 了解制冷空调系统换热器设计的内容、程序和基本原则；掌握冷凝器的种类、基本构造和工作过程以及能够对冷凝器的传热进行分析； 学习设计计算的程序、方法、步骤及所需设计资料等； 熟悉了解设计院所做施工图设计深度及编制方法； 收集目前常用的制冷设备产品样本，了解生产厂家所在地，产品性能、规格、优缺点、构造、价格、适用范围、选用方法或使用条件等； 熟悉了解制冷装置的运行方法、调节情况、运行中存在的问题以及解决方法。1.3设计题目和内容设计题目：换热器的设计设计对象：壳管式冷凝器给定条件：制冷机型号6FW10工况标准缸数6制冷量（Kw）73.26缸径（mm）100发动机功率（Kw）40行程（mm）70蒸发温度（）-15转数（r/min）1440冷凝温度（）30理论容积（m3/h）285吸气温度（）15吸气管径（mm）DN80过冷温度（）35排气管径（mm）DN70冷却水入口温度（）22工质R22 第二章 氟利昂卧式壳管式冷凝器设计计算2.1管型选择选用的紫铜管轧制的低翅片管为内管，如图所示：其管型参数如下：(单位：mm)翅节距翅厚翅高管内径翅跟管面外径翅顶直径1.50.351.5111316每米管长翅顶面积：每米管长翅侧面积：每米管长翅间管面面积：每米管长管外总面积：2.2估计传热管总长空调工况下，冷凝器的冷凝热负荷。式中制冷量，单位为；压缩机的功率，单位为。假定按管外面积计算的热流密度，则应布置传热面积为：应布置的有效总管长为：2.3确定每流程管数，有效单管长及流程数由冷却水进口温度，出口温度，由水的物性表知，在平均温度24.5时水的密度，比定压热容，则所需水量为：取冷却水流速，则每流程管数为：取整数根。对流程数，总根数，有效单管长，壳体内径以及长径比进行组合，如下表所示：根2463.670.16722.04921.840.2367.861381.220.2894.281840.920.3332.8在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径（单位为m），可按下式估算：式中相邻管中心间距，单位为m；管外径，单位为m。分析组合计算结果，并考虑到此冷凝器配用于螺杆压缩机组，选取4流程方案作为冷凝器结构设计依据。2.4传热管的布置排列及主体结构如图所示为传热管布置排列示意图（管板图），为使传热管排列有序及左右对称，共布置96根管，则每流程平均管数根，管内平均水速为：，取传热管有效单管长为1.84m，则实际布置外冷凝传热面积为。传热管按正三角形排列，管板上相邻管孔中心距为，管数最多的一排管不在管体中心线上。考虑最靠近壳体的传热管与壳体的距离不小于5mm，则所需最小壳体内径为241mm，根据无缝钢管规格选用的无缝钢管作为壳体材料。冷凝器采用管板外径与壳体外径相同的主体结构形式，管排布置及管板尺寸能够保证在管板周边的均匀布置6个螺钉孔以装配端盖，且能避免端盖内侧装配孔周边的密封面不致遮盖管孔。同时，壳体内部留有一定空间起贮液作用。从整体上看，冷凝器的整体结构尺寸能满足压缩冷凝器机组的装备要求和限制。2.5传热计算及所需传热面积确定2.5.1水侧表面传热系数计算从水的物性表知，水在平均温度为24.5时，运动黏度为，即水在管内的流动状态为湍流，水侧表面传热系数：2.5.2氟利昂侧冷凝表面传热系数计算根据管排布置，管排修正系数计算：式中、卧式壳管式冷凝器的管排垂直方向上各列管子的数目。根据所选管型，低翅片管传热增强系数公式中环翅当量高度：增强系数查表可知：在冷凝温度时，。计算氟利昂侧冷凝表面传热系数：式中冷凝温度与管外壁面温度之差，即，单位为；对平均温差计算：取水侧污垢系数，热流密度为：式中低翅片管翅根管壁厚度，单位为m；紫铜管热导率，通常取；低翅片管每米管长翅根管面平均面积，即，单位为。选取不同的进行试凑计算，结果列于下表中：/第一式第二式1.45476049371.5488348691.5550044801当时，两式值误差已经很小，取，计算实际所需传热面积，初步结构设计中实际布置冷凝传热面积为，较传热计算所需传热面积大2.2%，可作为冷凝传热面积的富裕量，初步结构设计所布置的冷凝传热面积能满足负荷传热要求。2.6冷却水侧阻力计算按公式计算冷却水侧阻力，其中阻力系数，冷却水侧阻力式中左右两管板外侧端面间的距离，取每块管板厚度为，则。2.7连接管管径计算取冷却水在进出水接管中的流速，则进出水接管管内径.现将所设计的卧式壳管式冷凝器的主体结构及其有关参数综述如下：低翅片管总根数为96根，每根传热管的有效长度为，管板厚度为，考虑传热管与管板之间胀管加工时两端各伸出，传热管实际下料长度为，壳体长度为，壳体规格的无缝钢管取端盖水腔深度，则冷凝器外形总长度约为，冷却水流动的流程数为4，由于传热管总根数为96根，则每流程管数均为24根。第三章 卧式壳管式冷凝器的零部件及设计3.1传热管、传热管的布置及与管板的固定方式低翅片管用的紫铜管坯管，在氟利昂冷凝器中，紫铜管与管板的固定通常采用胀接方式,如下图所示。采用胀接时，一般应在管板上加工密封沟槽（但实践表明，当管外径小于时，不设密封沟槽也能达到密封效果）。低翅片管的结构参数如下表所示：翅节距翅厚翅高管内径翅跟管面外径翅顶直径1.50.351.51113163.2壳体、管板及其连接方式卧式壳管式冷凝器的壳体及管板内侧均承受冷凝压力，为受压元件在必要时应进行强度计算，从而确定壳体和管板的厚度。通常氟利昂卧式壳管式冷凝器壳体的常用厚度为。壳体采用无缝钢管制作，规格为。管板的实际厚度应考虑端盖的装配工艺需要及在管板的管孔中所设置的密封沟槽。氟利昂卧式壳管式冷凝器的管板与壳体采用焊接连接方式，如下图所示：3.3端盖端盖多为灰口铸铁，端盖内侧的若干筋板将其分成若干水腔，两端盖的水腔互相配合，以便冷却水在管内往返流动。冷却水的进出口在一个端盖上，进口布置在方，出口布置在上方，冷却水往返流动的流程数为偶数，为四流程。其端盖如下图所示：（端盖内侧的波形为分隔筋）此外，在必要时，可在端盖顶部装设放气阀，以便在开始充水时排除端盖内侧（水侧）的空气；在端盖下部装设放水阀，以便在冬季停机时排放残留的冷却水，以防结冰冻裂端盖和传热管。端盖、密封橡胶和管板的装配相对位置如图所示：（端盖上止口深度小于密封橡胶被压紧后的厚度，避免端盖止口顶住顶板，压不紧橡胶造成冷却水外漏）3.4支座支座在冷凝器中的位置按下列要求确定：若冷凝器主体部分的长度（两管板外侧面间的距离）为，壳体平均直径为，支座钢板厚度中线处与管板外侧的距离为s，则支座的位置应保证且。壳体外径的冷凝器所对应的支座如图所示： 3.5连接管卧式壳管式冷凝器的连接管包括进气接管、出液接管以及冷却水进出口接管。各连接管内径（单位为m）按下式计算：式中过热蒸汽、冷凝液体或冷却水的体积流量，单位为； 流速，单位为；通常，氟利昂蒸汽在进气接管内的流速为，且进气接管管径与制冷压缩机的排气气管管径相同。氟利昂液体在出液接管内的流速一般为左右。出液管管径宜尽量与干燥过滤器及电磁阀的连接管管径一致。在进出水接管中，冷却水的流速约为。第四章 卧式壳管式冷凝器的整体结构卧式壳管式冷凝器的整体结构如图所示：卧式壳管式冷凝器的外壳为圆筒形，在壳体两端各焊接一块管板。小型制冷装置用卧式壳管式冷凝器的管板直径一般与筒体外径相同，因此，在管板的周边上均匀分布6个或8个螺纹孔（不通孔），用螺钉将端盖固定在管板上。密封橡胶的作用是防止冷却水从端盖与管板之间的结合处外漏，并与端盖的分隔筋贴合，避免不同流程之间冷却水“串流”。在卧式壳管式冷凝器中，制冷剂蒸汽从上部进入壳体内，冷凝液体从壳体下部出液管流出。总 结 本次课程设计历时一周的时间。通过对制冷与低温技术课程的设计，我对卧式壳管式冷凝器有更深的认识，并基本掌握冷凝器的结构形式、材料选择必须遵循的规定和标准。本设计基于现状，设计了一个切实可行的应用方案。 本论文详细的介绍了每一结构的设计计算过程和步骤。整体结构设计完成后，通过不断的仔细修改，证明整体设计和管排布置是合理的。在此次毕业设计的过程中，遇到过很多的以前从未遇到过的问题，在解决问题的过程中，积累了一定的经验，也使我真正了解了该次设计的真正意义以及更透彻了解了卧式壳管式冷凝器的工作原理。本次设计除了上述学习知识外，更重要的是学会了解决问题的方法。遇到问题我们不退缩，迎上去总能利用我们可以用的一切力量把期望的情景实现。这样在我们以后的工作中遇到问题的时候，我们总会找到解决问题的方法。所以，本次课程设计对我们今后的生活具有很好的指导意义。致 谢感谢我系给我这次能真正体会的课程设计与实现的机会，让我使先前学习的知识能有个总结和更深的体会。在我做卧式壳管式冷凝器的过程中，曾遇到过很多的问题，我向许多同学还有老师咨询过问题，他们都很乐意的去帮助我。在这里真心的感谢我亲爱的同学和老师对我的课程设计的意见与指导！参考文献1制冷与低温技术原理M.吴业正等编