地源热泵机组设计.doc

南华大学机械工程学院毕业设计中 文 摘 要摘要：地源热泵主要由制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、气液分离器等组成制冷回路，在制冷回路内充注制冷剂。低温低压制冷剂气体吸入压缩机经压缩后变成高压高温气体，该气体经冷凝器被冷却水冷却，变成中压中温制冷剂液体，制冷剂液体经过膨胀阀节流减压后送入蒸发器，进入蒸发器的大量制冷剂压力减低，制冷剂进一步大量蒸发。当地下水大量流过蒸发器时，被蒸发的制冷剂带走大量的地下水中的热量。地下水中含有的大量地球浅层土壤低温热量被蒸发器中蒸发的制冷剂吸收提取变成制冷剂热量，被吸入制冷压缩经压缩之后，又变成为高温气体在被冷凝器冷却的过程中，将大量的高温热量传给了冷凝器另一侧的采暖系统，高温制冷剂气体被冷却的过程，也可以看作是将这些高温热量传递给冷却系统的过程。关键词：压缩机；冷凝器；蒸发器；气液分离器中 文 摘 要Abstract : GSHP mainly by the refrigeration compressor, condenser, expansion valve and evaporator, gas-liquid separator, and other components refrigeration circuit, the refrigeration circuit refrigerant charge. Low-temperature low-pressure refrigerant gas inhalation compressed by the compressor into a high-pressure high-temperature gas, After the gas was cooling condenser cooling water into medium voltage temperature liquid refrigerant, After the liquid refrigerant expansion valve into cutting expenditure after decompression evaporator into the evaporator lot of pressure to reduce refrigerant, Refrigerants further substantial evaporation. When the substantial groundwater flow evaporator, was the evaporation of refrigerant away a lot of groundwater heat. Groundwater containing a large number of shallow soil Earth were low-temperature evaporator heat evaporation of refrigerant from absorption into a refrigerant heat load, compression refrigeration inhaling compressed, turned into high temperature gas cooled condenser in the process, a large number of high-temperature heat is transferred to the other side of the condenser to the heating system, high-temperature refrigerant gas cooling process. can be as high temperature heat transfer to the cooling system of the process. Keywords : compressor; condenser; Evaporator; Gas-liquid separator 第一章 地源热泵简介1.1地源热泵的发展历史地源热泵（GSHP)作为热泵应用技术领域的一个分支，地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。开放式地下水热泵系统在20世纪30年代被成功应用。20世纪50年代欧洲和美国掀起了研究地源热泵（GSHP）的第一次高潮，美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统，印地安纳洲的印地安纳波利斯是最早安装闭式环路地源热泵系统的。直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的研究进入了又一次高潮，这时瑞典的研究人员开始将塑料管应用在闭式环路地源热泵系统上，地源热泵的推广应用迅速展开。因其节能性及与环境的友好性而倍受世界各国的青睐，且呈现出良好的发展势头，目前已被越来越多的国家所采用。然而，GSHP因其自身的特点而有其适用的最佳地域范围，即夏热冬冷且冷热负荷相当的地区。为了进一步扩大GSHP的适用地域范围，针对一些特定气候条件的混合地源热泵系统(Hybrid Ground source Heat Pump System)也应运而生，已有研究表明：这些混合系统在一定的气候地区，与单独的GSHP相比，具有节省初投资或降低运行费用等优点，因此近年来得到了快速的发展。经过近50年的发展地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟，是一种被广泛采用的热泵空调系统。针对地源热泵机组、地热换热器，系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%，是美国政府极力推广的节能环保技术。到1997年底，美国有超过3万台GSHP系统在家庭、学校和商业建筑中应用，每年约提供800011000GWh的终端能量，另据地源热泵协会统计，美国有600多所学校安装有GSHP。目前美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增，2000年全美销售数量达40万台在实际工程应用中，北美对地源热泵应用偏重于全年冷热联供，采用闭式水环热泵系统（WLHP）；欧洲国家偏重于冬季供暖，往往采用热泵站方式集中供热供冷。我国气候条件与美国比较相似，所以北美的方式对我国更具借鉴意义。在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通界热门的研究课题，也开始应用于工程实践，与此相关的热泵产品应运而生，掀起了一股地热空调的热潮。在研究领域，过去几年里国内许多大学先后建立了地源热泵实验台，进行了地下埋管换热器与地面热泵设备联合运行的实验。研究工作主要集中在以下几个方面：（1）地下埋管换热器的传热模型和传热研究；（2）夏季瞬态工况数值模拟的研究；（3）热泵装置与部件的仿真模型的理论和实践研究；（4）地源热泵空调系统制冷工质替代研究；（5）其他能源如太阳能、水电等与地热源联合应用的研究；（6）地源热泵系统的设计和施工；（7）地源热泵系统的经济性能和运行特性的研究；1.2地源热泵工作原理地源热泵系统是把热交换器埋于地下，通过水在由高强度塑料管（PE管）组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。图1.1地源热泵工作原理图土壤热交换器埋管形式：地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。选择哪种形式取决于现场可用地表面积、当地岩土类型以及钻孔费用。尽管水平埋管通常是浅层埋管，可采用人工开挖，初投资比垂直埋管小些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程应用中，一般都采用垂直埋管。图1.2换热器埋管方式冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供45-50的热水。图1.3地源热泵技术示意图夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7-12）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7-12的冷水。图1.4地源热泵夏季示意图第二章 具体方案设计2.1已知参数制热功率：300KW2 . 机组冷凝温度: 进口温度 =18 出口温度 =103、机组冷凝器进出口温度 进口温度 =40 出口温度 =452.1.2 冷凝，蒸发温度大致根据任务参数初步设定制冷剂冷凝器的冷凝温度（）45348蒸发器的蒸发温度：t=-t (t=25) =10-3 =7查资料制冷空调原理及应用附表得48饱和蒸气压1848.8kpa =260.497J/Kg7 饱和蒸气压621.22 kpa = 407.831 J/Kg查资料=438 J/Kg =419 J/Kg =260.497 J/Kg图2.1压焓图1 :等熵压缩过程：可近似看作一个等压冷凝过程：等熵膨胀：等压蒸发2.1.3机组固定参数已知制热量300KW氟化昂22实际放热量Q= (为传热系数 =1.051.15) Q=300 1.05=315KW氟化昂R22的质量流量: 由P=(-) =Q/(-)=315/(438-260.497)=1.77Kg/s2.1.4压缩机参数压缩机指示功：（）1.86 Kg/s(438-407.831) 53.5KW 压缩机压缩比:=2.99取压缩机与电机功率之间的总效率=0.65(其中包括电机传动效率、压缩机容积功率、泄漏等)所需电机的功率：W=/=53.5/0.65=82.31KW2.1.5蒸发器的负荷 W=（）=1.77（407.831-260.497） =1.77147.334=255.47KW 由以上已知数据，进行具体方案设计：图2.2设计流程2.2.1 冷凝器参数 对于被加热水，由设计要求得进出口温度 =40， =45特性温度 =（+）/2=（40+45）/2=42.5查化工原理附录得在此温度下4.174KJ/(Kgk)冷凝器加热水的质量流量：p/(-)=300000/4.174（45-40） =14.37 Kg/sR22的冷凝温度T=48平均温度差 =()-(-)/ln()/(-) =(48-40)-(48-45)/ln(48-40)/(48-45) =5.098 2.3.1 蒸发器参数22的蒸发温度 t对于地热水进口温度8 出口温度=10 蒸发器的特性温度 t=(18+10)/2=14特性温度下的4.186KJ/(Kgk)被加热水的质量流量: =p/(-) =255.47/4.186(18-10)=7.63 Kg/s 蒸发器的平均温差： =()-(-)/ln()/(-) （18-7）-(10-7)/ln(18-7)/(10-7) =6.162.3.2制热系数COP 被加热水的热量：（）14.374.174(45-40)=300KW 吸收热量与消耗量COP=3.64第三章 冷凝器的设计选冷凝器为列管式换热器，已知任务书中给出了冷凝器的进出口水温度，进口40出口45方案也已确定氟化昂R22的冷凝温度为48，饱和蒸气压为1854.8Mpa.根据流体经管程原则：不清洁或易结垢的流体走管程，增大对流传热系数，需要提高流速的流体走管程，蒸气冷凝宜在壳程利用排液，避免气液两相流，蒸气宜在管外冷凝所以采用被加热水走管程，氟化昂在管外冷凝3. 1 计算冷凝器各种参数3.1.1 热负荷:已知任务书可知道需要负荷300KW 假设氟化昂能够传热给水的系数为1.05P=3001.05=315KW3.1.2 平均温度差 图3.1冷凝器温差图 逆流=()-(-)/ln()/(-) =(48-40)-(48-45)/ln(48-40)/(48-45) =5.098 3.1.3 估算传热面积 根据经验先估算管壳式换热器的总传热系数为1500W/.KA=41.19需要较好的导热材料初选管子为铜管规格为161mm 则内径为d=14mm初选换热管管长为4.5m，单管的传热面积为：d=0.00164.53.14=0.22608总管数n182.19圆整后取184根管子 初设换热器为4管程,同时设4根拉杆,且布管的原因,则布188个孔,184个为换热管管孔,则单管程管束为n=184/4=46根3.1.4 冷却水流量即被加热的水：p/(-)=300000/4.174（45-40） =14.37 Kg/s 查资料化工原理 (王志魁 编)得特性温度=（+）/2=（40+45）/2=42.5的物理参数:4.174KJ/(Kgk) =990.0Kg/m =601.3510pa.s =64.110W/(m.k) 因在冷凝器中发生有相变的传热，为避免管内气液两相流，所以设计蒸气管外冷凝，即被加热水走管内，蒸气走壳程则管内水的流速u=2.05m/s3.1.5 校核总传热系数（！）管程对流体传热系数u1u12.03m/sR=4.71010 (湍流) 普特兰常数 P=3.924 管内流体是被加热,根据资料化工原理第三版 王志魁编(4-20)公式 液体被加热取=1.05 =0.023(4.710)41.05 =10515.27 W/.K(2)壳程对流传热系数 = （查资料空调工程中的制冷技术得） tc 冷凝温度tc=48C tw 璧温 粗估算twtc（t1t2）/2/2=48+(40+45)/2/2=45.25。r s 汽化潜热，J/kg，按tc查表确定。Bm组合物性参数。r s，Bm可由资料表711查得r s=19.811，Bm=6684选管为波纹铜管，根据经验值取：管子增强系数1.6，=1=3327.45 W/(.K)(3)总传热系数 取污垢热阻R=1.72410(m.k)/w 铜的导热系数=381w/(m.k) 化工原理(4-43)公式 Rd2管子内流体(即水)的热阻,为1.72410(m.k)/wRd1氟利昂蒸气热阻（忽略不计）1管程对流传热系数 壳程对流传热系数 dm管子中径：dm =15mm d1管子内径 14 mm d2管子外径 16 mmb 管璧厚 1mm =0.000584K=1711.11 W/(.K) (4)传热面积校核A=Q/K. 315/1711.115.098=36.10 A=An=0.22608186=42.05=1.165即大约有16.5%的传热面裕量,而且在设计的时候已经余出0.165的传热系数.计算表明所选管子规格,材料,管程书是可用的.3.2 冷凝器结构设计3.2.1 冷凝器管程 由上面设计可知该冷凝器是4管程,因此管程结构顺序如下图:流动顺序: 管箱隔板: 介质返回侧隔板: 3.2.2 冷凝器管板的结构形式 查GB151可知需要4根拉杆,每管程布管46根,管板上188个孔,其中12mm为拉杆孔，184个为换热管孔.图3.2 冷凝器管板排列方式横过管束中心线的管数: n=1.19=1.19=16.14 圆整后取16根查GB151-1999(p22)得: 换热管外径d 16mm 换热管中心距t 22mm 分程隔板槽两侧相邻管中心距s 35mm 隔板槽宽 12mm 槽深一般不少于 4mm筒体内径: D=1.05t=1.0522=374mm 圆整后取400mm查资料标准零部件管板兼法兰结构图:图3.3冷凝器管板兼法兰结构图螺栓:M20 数量为:16个管子与管板的连接采用机械滚胀法.管板与壳体的连接如图: 图3.4管板与壳体的连接3.2.3 冷凝器壳体 根据冷凝器中最大的压力1.8548Mpa，所以材料选择16MnR，布管的时候已经设计出壳体内径取: Ds400mm 查表可知：16MnR的温差应力：a 其中P =1.2 P； 焊缝采用局部无损探伤 =0.85 厚度附加裕量有两部分组成: 钢板或钢管厚度的负偏差C1和腐蚀裕度C2，取：CC1+C2=2 mm。=+C=3.10+C=5.10壳体厚度不得低于6, 所以取名义厚度为=6 壳体长度取L=4.5m3.2.4 冷凝器封头封头的结构形式是应工艺过程、承载能力、制造技术方面的要求而成型的。本封头采取标准椭圆形封头，材料选择与筒体相同，采用16MnR，由上面已知：16MnR的温度应力: =170MPa 厚度附加裕量有两部分组成: 钢板或钢管厚度的负偏差C1和腐蚀裕度C2，取：CC1+C2=2 mm。 =+C=3.09+C=5.09 壳体名义厚度取6; 焊接因素.封头名义厚度也取6 查资料常用压力容器手册(P207)得,封头结构如下图:图3.5冷凝器封头3.2.5 折流板根据资料5贺匡国主编.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社2002 折流板厚度取5mm，折流板名义外径 折流板外径允许偏差-0.8mm折流板外径折流板间距应满足的要求：a、最小间距，且；b、最大间距。由于筒体长4500mm取折流板9块，两板之间间距为320mm。折流板上管孔取，即为mm。按资料19 19 GB151-1999管壳式换热器（5.9.5.1）冷凝器的壳程介质为气、液两相共存时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口，如图所示： 图3.6冷凝器折流板根据资料13缺口 h取0.2DN 即3.2.6容器法兰垫片由于本设备不属于高压容器，采用非金属软垫片。根据JB/T4704-2000选取非金属软垫片。由GB/T3985-1995，其具体尺寸及结构如下： 图3.7 垫圈 d=460mm D=504mm 3.2.7 拉杆设计本换热器拉杆设计为4根,查化工设备设计全书换热器(表3-14)得:拉杆的直径为12 拉杆的连接尺寸(表3-16)为: (单位为)拉杆直径d 螺纹公称直径dLLB 12 12 15502.0图3.8拉杆结构拉杆应该尽量布置在管束的外边缘，其具体位置可见前面的管板图中管孔的排列方式。拉杆一端用螺纹拧入管板,中间用定距管将折流板固定,最后一块折流板用螺母锁紧固定.图3.9拉杆与折流板的连接3.2.8 进出口管设计管程进口管设计：管内流体质量流量G=14.37kg/s 流体密度=990.0设进口管管内流速： =0.096考虑市场材料、规格、价格选用管子规格取1084mm壳程进出管设计壳程进口 :已知R22质量流量G=1.77kg/s48R22流体密度=1091.8 设进口管管内R22流速：=0.0117根据计算本应该选择管子规格为：142壳程出口 :已知R22质量流量G=1.77kg/s48R22流体密度=81.36 设出口管管内R22流速：=0.043根据计算本应该选择管子规格为：452.53.2.9 进出管法兰管子外径A公称直径Dg法兰密封面法兰厚度c法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径k螺栓孔径L螺栓df数量n螺纹规格108100235190228M2015622611014107550114M1033212154540150110184M168421846尺寸如下图：图3.10进出口法兰壳程进出口接管位置的确定具体示意图如：图3.11 接管位置根据资料16式（1-6-2） 其中C4（为壳体厚度，且C30mm），由于壳体厚度为6mm取C=30mm。管箱接管位置为： =107 取110mm。壳体接管位置为： =45.5 取50介质返回箱接管位置为：=67 取703.2.10支座的选择支座材料选用HT-200，根据资料1 1 全国化工设备设计技术中心站 .标准零部件，本设计需要的是鞍式支座，按照JB/T4712-92，公称压力为1.6MPa，筒体直径为400mm，所以支座具体结构及尺寸如下： 图3.12 支座3.3校核冷凝器应力管子壳体材质铜16MnR16.91068.31106E/MPa1.11052.04105尺寸mm16145004004500管子数1841管间距22mm壳体的璧温约为48，所以管子的璧温可估算为：管子进口温度T140，出口温度T245。 假设衡阳户外装配时温度为20，则壳体伸长量: m管子伸长量： =管子与筒体伸缩量之差（管子受压，壳体受拉）：m壳体截面积： 管子截面积： （1） 筒体上产生的应力 由于筒体和管子之间温差所产生的应力由于壳程和管程的压力作用于筒体上的力= (Q壳程与管程压差产生的力) Ps壳程设计压力,Ps=1.8548MPa; Pt管程设计压力，Pt=0.5MPa故=2)管子上产生的力 F由于壳体及管程压力作用于管子上的力（3）管子与管板连接的拉脱力 q=2 a单跟换热管横截面积a=l胀接深度其值为管板厚度减35mm。故l=L-4=48-4=44mm=0.044m故因为筒体及管子产生的应力和管子与管板连接的拉脱力都不超过许用应力,该冷凝器不必设置膨胀节。3. 4 水压实验校核进行水压实验的目的是:在超设计压力下,考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或者开裂造成泄漏,检验密封结构的密封性能,为防止氯离子腐蚀,应 将水中氯离子含量控制在25mg/L以内,并在实验后立即将是水渍清除干净. 壳体材料为16MnR,查表得常温下水压试验压力PT规定为： 试压值要两者取大值PT2.318MPa校核：筒体壁内应力 ; 焊缝系数（局部无损检测）：0.85D筒体内径 mm te筒体璧厚 mm PT试验压力 P设计内压 MPa =68.78 MPa =0.90.85345=263.95 MPa =68.78MPa10 (湍流)普兰特常数： =7.98 8流体是被冷却，所以查资料化工原理(4-20)公式： =4130.7（2）壳程对流传热系数2氟利昂R22是在水平管上蒸发，查资料空调工程中的制冷技术P113（437）有公式：S管间距：22mm d管子外径：16 mmPe蒸发时工作压力：Pe=621.22kPa热流密度。热负荷W255.47KW，传热面积A34.56m2=7392W/=2929.56 （3）总传热系数取水的污垢热阻Rd20.0001724m2K/W,铜管的导热系数。 Rd2管子内流体(即水)的热阻 Rd1氟利昂蒸气热阻（忽略不计）1管程对流传热系数 1壳程对流传热系数 b管璧厚1mmdm管子中径：14mm d1管子内径 14mm d2管子外径16 mm（4）传热面积校核 即传热面积大约有7.23的裕量，所以计算表明所选管子规格、材料、管程数是可用，符合要求。4.2 蒸发器的结构设计 4.2.1 管程由上面设计可知该蒸发器是四管程，因此管程结构顺序如下图：流动顺序: 管箱隔板: 介质返回侧隔板: (1) 根据GB151-1999 去换热管中心距为22(2) 筒体参数计算:D=1.05t ()D=1.0522=344 由于蒸发器要留一定的蒸发空间 圆整取400横过管束中心线的管数 =1.19=14.86根 圆整取14根4.2.2管板的结构形式根据四管程的排列方式，管板上160个孔，156个换热管孔, 4个孔用与拉杆孔，黑色孔就是拉杆孔的位置, 管板图如下:图4.2蒸发器管板排列方式查资料标准零部件管板兼法兰结构图:图4.3蒸发器管板兼法兰 螺栓:M20 数量为:16个4.2.3筒体厚度蒸发器中的工作压力P=621.22Kpa 取材料16MnR查表可知16MnR的温差应力=170Mpa 厚度附加欲量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差C和腐蚀欲量C，取C=C+C=2 P应该为14下保护蒸气压（即1.2P）取筒体厚度为64.2.4封头 本封头采用标准椭圆形封头，材料选用16MnR（与筒体相同）标准椭圆形封头的计算公式： =3.0341标准椭圆形封头的厚度与筒体厚度基本相同，取其名义厚度为6 查资料常用压力容器手册(P207)得,封头结构如下图: 图4.4蒸发器封头4.2.5 折流板根据资料5贺匡国主编.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社2002 折流板厚度取5mm，折流板名义外径 折流板外径允许偏差-0.8mm折流板外径折流板间距应满足的要求：a、最小间距，且；b、最大间距。由于筒体长4500mm取折流板9块，两板之间间距为320mm。折流板上管孔取，即为mm。按资料19 19 GB151-1999管壳式换热器（5.9.5.1）冷凝器的壳程介质为气、液两相共存时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口4.2.6拉杆设计本换热器拉杆设计为4根,查化工设备设计全书换热器(表3-14)得:拉杆的直径为12 拉杆的连接尺寸(表3-16)为: (单位为)拉杆直径d 螺纹公称直径dLLB 12 12 15502.0图4.5拉杆拉杆应该尽量布置在管束的外边缘，其具体位置可见前面的管板图中管孔的排列方式。拉杆一端用螺纹拧入管板,中间用定距管将折流板固定,最后一块折流板用螺母锁紧固定.图4.6拉杆与折流板的连接4.2.7进出口管设计管程进口管设计：管内流体质量流量G=7.63kg/s 流体密度=998.9设进口管管内流速： 考虑市场材料、规格、价格选用管子规格取壳程进出管设计壳程进口：已知R22质量流量G=1.77kg/s 7流体密度=1260.7设进口管管内R22流速： 考虑市场材料、规格、价格选用管子规格取 壳程出口：已知R22质量流量G=1.77kg/s 7流体密度=22.588 设进口管管内R22流： =85.18考虑市场材料、规格、价格选用管子规格取 4.2.8进出管法兰管子外径A公称直径Dg法兰密封面法兰厚度c法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径k螺栓孔径L螺栓df数量n螺纹规格7670160130144M121082167818159565144M1246214198980190150184M1612421891壳程进出口接管位置的确定具体示意图如：图 接管位置根据资料16式（1-6-2） 其中C4（为壳体厚度，且C30mm），由于壳体厚度为6mm取C=30mm。管箱接管位置为：=81 取81壳程出口接管位置为：=89.5 据施工要求取105mm。壳体进口接管位置为：=49.5 据施工要求取554.3校核蒸发器应力管子壳体材质铜16MnR16.91068.31106E/MPa1.11052.04105尺寸mm16145004004管子数1841管间距22mm壳体的璧温约为2，所以管子的璧温可估算为：管子进口温度T122，出口温度T246。 在校核的时候为保证安全，管子壁温选为18。假设装配时温度为10。管子伸长量：m壳体伸长量：管子与筒体伸缩量之差（管子受压，壳体受拉）： 壳体截面积： 管子截面积： 所以轴向温差应力： 流体压力引起的轴向力Q，假设压力Pt0.5Mpa 作用在壳璧上的轴向力： 作用在管璧上的轴向力F3QF20.1180.0670.051MN胀接管璧处应力： 查资料可知铜管的抗拉强度在常温下不低于206 Mpa，16MnR在常温下的=170MPa，规定温差应力要取两者最小值。（3）管子与管板连接的拉脱力Mpaq=2 Mpaa单跟换热管横截面积a=l胀接深度其值为管板厚度减35mm。故l=L-4=48-4=44mm=0.044m故因为筒体及管子产生的应力和管子与管板连接的拉脱力都不超过许用应力,该冷凝器不必设置膨胀节。4.4水压实验校核进行水压实验的目的是:在超设计压力下,考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或者开裂造成泄漏,检验密封结构的密封性能,为防止氯离子腐蚀,应 将水中氯离子含量控制在25mg/L以内,并在实验后立即将是水渍清除干净. 壳体材料为16MnR,查表得常温下水压试验压力PT规定为： 试压值要两者取大值PT0.776MPa校核实验是圆筒的薄膜应力应满足： ; 焊缝系数（局部无损检测）：0.85D筒体内径 mm te筒体璧厚 mm PT试验压力 P设计内压 MPa =39.20 MPa =0.90.85345=263.95 MPa =39.20MPa=263.95 MPa 合格封头壁内应力: =30.66MPa 封头的选择和设计是可以的第五章 气液分离器的简单设计根据气液分离器的工作原理目的是把气体和液体分离以免液体进入压缩机产生液击。在气液分离器里面的气体速度应当控制在1m/s，而且已知气液分离器的筒体也是就是类似的压力容器计算方法。5.1筒体的设计已知氟利昂在整个系统的循环速度是G=1.77kg/s流体密度=22.588所以：所以选择气液分离器d=400，璧厚，一般气液分离高度为H=3d=3400=1200.但是在设计的时候考虑到是用氟利昂的高压循环，速度较大，而且高度太高也不利于整个机组的安装，因此选择筒体长度为800mm已经足够满足机组要求， 取材料16MnR 查表可知16MnR的温差应力=170Mpa 厚度附加欲量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差C和腐蚀欲量C，取C=C+C=2 P应该为14下保护蒸气压（即1.2P）取筒体厚度为65.2封头设计封头的结构形式是应工艺过程、承载能力、制造技术方面的要求而成型的。本封头采取标准椭圆形封头，材料选择采用16MnR，由之前的设计已知：16MnR的温度应力: =170MPa 厚度附加裕量有两部分组成: 钢板或钢管厚度的负偏差C1和腐蚀裕度C2，取：CC1+C2=2 mm。 =+C=3.09+C=5.09 壳体名义厚度取6; 焊接因素.封头名义厚度也取6 查资料常用压力容器手册(P207)得,封头结构如下图: 具体型号联系广州法亿贸易有限公司。第五章 压缩机与阀的选型5.1压缩机选型 用于热泵机组的压缩机的原理与普通的制冷压缩机基本相同，只是它们各自的工作温度的范围不同。在实际计算时，应以热泵系统实际的运行工况作为设计工况来选配压缩机。由前面计算压缩机可知各种参数：所需压缩机电机的功率为82.31KW。制冷剂为R22，冷凝器的制冷量的为315KW，冷凝温度为48，蒸发温度为7，由参数查表冷凝器的48时饱和蒸气压1848.8kpa， 7 饱和蒸气压621.22 kpa 。选择SRF160H，其冷冻能力374900kcal/hr,转换为Q1435933.3W，其基准为：R-22，50Hz，冷凝温度50，蒸发温度2，过冷度5，过热度5。热泵机组的压缩机初步选择螺杆式压缩机。螺杆压缩机一般都是指双螺杆压缩机，它由一对阳、阴螺杆构成，是回转压缩机中应用最广泛的一种，在化工、制冷及空气动力工程中，它所占的比重越来越大。螺杆式热泵机组无论是COP值还是维护费用、振动频率、噪音等性能均优于活塞式热泵机组。根据上网、图书馆查资料，初步选择复盛SRE系列螺杆式冷媒压缩机。容调控制范围100%/75%/50%25%无段式容量调节频率50Hz冷媒R22/R134a/R407C电压380415V润滑方式压差给油绝缘等级Class F型式3相，2极，感应马达保护装置马达线圈温度保护器启动方式Y启动液压试验42kg/cm2G（高压侧）转速2950rpm机油加热器150W外 形 尺 寸ABCDEFGHIJK765325270679685181584728468326290外形图：5.2阀的选型在该设计中，选择电磁阀与膨胀阀共存，根据广州法亿贸易有限公司的资料选择膨胀阀为斯波兰热力膨胀阀：型号为：OVE70，直径型号直接向该公司联系，电磁阀选择型号E42（选型原则根据制冷量）直径大小直接向该公司联系购买。第七章系统安装、使用及其调试与运行7.1换热器的安装、使用、维护1、 在安装换热器前必须严格地进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高、平面位置、形状和主要尺寸及预留孔是否符合设计要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。基础验收完毕后，在安装换热器之前应在基础上放垫铁，安放垫铁的基础表面必须铲平，使两者能很好接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能够达到设计的水平度和标高。垫铁放置后可增加换热器的基础上的稳定性，并将其重量通过均匀垫铁传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。2、 开机时，确保两侧流体的出口阀门已打开，先缓慢开启冷侧流体阀门，让冷流体流动循环起来，再缓慢打开热流体阀门，操作过程中要尽量避免压力波动太大。关机时先关热流体进口阀门再关冷流体进口阀门，同样缓慢操作。3、 停机时应确定排放干净两侧通道内残留液体（打开管道底部排放口），并检验进口阀门是否关严。4、采用蒸汽单通道消毒时，另外一侧通道要确保液体排放干净，不能有残留，且蒸汽阀门一定要缓慢开启。5、拆机前应先测量两机架夹板之间距离并记录夹紧尺寸；拆机时要站在立柱正后面双手取下和挂上板片，避免用力不均和倾斜导致变形，螺丝对角均匀松动和夹紧，夹紧尺寸要合适不能紧过头；并将特殊位置的板片和胶条加标记，避免无法原样装回；清洗板片时，密封胶条要取下各自清洗，不能采用铁刷和腐蚀性液体浸泡；胶条挂回板片时不能移位（可加适量胶水固定，胶水不能太多和跑到胶垫外）。6、制造完工后的换热器应进行换热管与管板的连接头、管程或壳程进行耐压试验或增加气密性试验