满液式蒸发器的设计

1、满液式蒸发器的设计3满液式蒸发器的设计3.1 制冷剂流量的确定制冷剂压燃图：图3.1由蒸发温度to 5 c , tk40 C , tg5 C ,根据文献1制冷原理及设备附表13 (P341)和附图5 (P373)查得：h1 407.143kJ/(kg.K) ,h2 430.050kJ/(kg.K) , h3 h4249.686kJ/(kg.K)一 ， 一 ， 3333h3h4242.963kJ/(kg.K) , 1 40.3556 10 m /kg , 2 17.9876 10 m /kg3 0.88392 10 3m3/kg ,4, 9.0003 10 3m3/kg单位制冷量：q0h1h4,

2、 407.143 242.963164.180kJ/(kg.K) (P31)(3.1)制冷剂流量：qmQ0- -70 0.4263kg / s(P31)(3.2)q0164.1803.2 载冷剂流量的确定qvs Q 70 3.3436 10 3m3/s(P246)(3.3)cp(ts1 ts2)1000 4.187 53.3 传热管的确定选用4 10X低螺纹铜管，取水流速度u 1.2m/s,则每流程的管子数Z4qvsd；u4 3.3436 10355.4济艮(3.4)圆整后，Z=56根。实际水流速度u % di2Z34 3.3436 1026 1.1884m/s 1.2m/s3.14 (10

3、2)2 10 6 56(3.5)3.4管程与有效管长假定热流密度q=6600W/m2,则所需的传热面积3Qk 70 1032Fo 10.61m2q 6600(3.6)管子与管子有效长度的乘积NICcFo10.61d0Z3.14 0.01 566.03m(3.7)3.14 (10 2)2 10 6 1.2采用管子成正三角形排列的布置方案，管距 s=14mm对不同流程数N,有效单管长lc,总根数NZ,壳体直径D及长径比lc/D进行组合计算，组合计算结果如表3.1所小:表3.1组合计算结果NZlc(m)D(m)lc/D1123.020.1225.172241.510.169.443361.010.1

4、85.614480.750.203.75表3.1不同流程数N对应的管长lc及lc/D从D及lc/D值看,4流程是可取的。3.5传热系数的确定3.5.1蒸发器中污垢的热阻由文献1制冷原理及设备表9-1可知:管外热阻0 9 10 5 m2?0C/W管内热阻4.5 10 5 m2 ?0 C/W3.5.2平均传热温差平均传热温差:ts1 ts2m t rts1t0ln ts2 t02 6.17 C ln94(3.8)3.5.3管内换热系数管内强制对流换热系数由文献 5传热学（P248）公式(f/8)(Re 1000) Prf2/312.7%f/8(Pf 1)1 (；)2/3(3.9)其中Pr,1 f

5、.0.01Prw(1.82 lg Re1.64)冷却水的定性温度ts：+ ts1ts214ts2211.5 C查饱和水物性表得:999.25kg/m3 ,1.216 106 一 /m2 / s58.15210 W/(mk) , Prf 8.77则:Re=_3皿=1.2 8 10 6 = 78951.216 10(6-21a)式可知：ct 7 di(3.10)(3.11)假设壁温tw为8.5C,查水的物性表，得Prw 11.75,假设管长为1.8m,于是有f (1.82lg 7895 1.64) 20.0336(3.12)(0.0336/8)(7895 1000)_8.77些)2/3(m)。58

6、5 1021 12.7 (8.772/3 1).0.0336/81.811.750.0085146.5 W/(m2 K)(3.13)3.5.4管外换热系数管外换热系数按下式计算:0.820.45203.2 0P0W/(mC)(3.14)其中0tw53.5.5壁温和热流密度的估算传热过程分为两部分：第一部分是传热量经过制冷剂的传热过程；第二部分是传热量经过污垢层、管壁、管内污垢层以及冷却水的传热过程。第一部分的热流密度:q 3.2 00.82P00.4 03.2 (583.78 103)0.4(tW 5)1.82(查R22热力性质表P0 = 583.78kPa)648.11(tW 5)1.82W

7、/m2(3.15)第二部分的热流密度:mdi0dodm(3.16)其中dmdi d028 102398W/(m2 K)代入数据得:11.17 t31510 110 3 105(4.5 10 5)9 10 55146.58398 9= 2551.5(11.17 tw) W/m由表格中数据可知，当tw=8.580C时，与前面假设的tw 7.60C接近，q与q的值相差约为4.74,取q=6605 (W/m2. K),误差0.08%,合理，故q可取为6605(W/m2. K),即为所求热流密度。所以有：tw= 8.580C q =6605 (W/m . K)3.5.6传热系数根据设计要求估算tw的值，

8、来确定热流密度。具体估算数值如表3.2所示：表3.2热流密度的估算twqq8.09.04786 8079.41.758088 5536.26.768.58.68.586336 6669 6602.55.90.61Koqtm66056.1721071W/(m2 K)6812 6557 6607.51.36.35(3.17)3.6传热面积和管长确定根据q求传热面积F。:FoQ070 103q 6605-210.65m2(3.18)管子的有效长度:i-F010.65d0NZ3.14 0.01 4 561.51m(3.19)适当调整后，取1.8m3.7冷却水流动阻力冷却水的流动阻力系数按文献1制冷原理

9、及设备P232公式(9-71)计算:其中沿程阻力系数为0.3164C 0.25Re0.316478950.250.0336(3.20)冷却水的总流动阻力1.5(N1)(3.21)_21000 1.220.0336 21.80.0081.5(4 1)=0.0163Mpa考虑到外部管路损失，冷却水泵的总压头损失约为MPap, 0.1 p 0.1+0.0163 =0.1163(3.22)取离心水泵的效率0.6，则水泵所需功率Pe为c1Vs p,3.3436 10 3 0.1163 106Pe ”上648W0.6(3.23) 3.8结构设计计算3.8.1筒体根据文献4热交换器原理与设计表 2.3可知，

10、当换热管外径d0=10mm时，换热管中心距为s=14mm ,分程隔板槽两侧相邻中心距I E=28mm根据文献4热交换器原理与设计P47可知，热交换器管束最外层换热管 表面至壳体内壁的最短距离 b=0.25d且不小于8mm,故本设计取8mm根据10表6-3,选用壳体壁厚6mm,故从上面计算得到的筒径为 277.16mm又根据满液式蒸发器上程管排顶部应预留一定空间的特殊性，由作图可知壳体外径至少应选为：D=325mm (国家标准规格).由于壁厚取6mm,所以内彳全为:Di=325-2>6=313mm。此时长径比为1 1.8 E5.75D 0.325(3.(24)根据文献4热交换器原理与设计P

11、55,目前所采用的换热管长度与壳体 直径之比，一般在425之间，通常为610,故合理3.8.2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，管板与传 热管的连接方式采用胀接法。根据文献3小型制冷装置设计指导表3-8 ,换热管外径为10mm时，管 板最小厚度不小于10mm,根据文献10制冷机工艺表6-6,查得与管子连接 方式有关的系数f1=1.15,与管板兼做法兰有关的系数f2 =1.30,由文献文献10制 冷机工艺公式(6-4)得管板厚度：t =f1-f2(17+0.0083 Di(3.(25)=1.15 X.30 (17+0.0083 313)=29.3实际可取t=30 mm.管孔

12、直径dp,根据文献3小型制冷装置表3-5得：换热管外径d。： 10mm 允许偏差0-0.10管板管孔径dp: 10.18mm 允许偏差+0.05-0.10 3.8.3法兰如图 4.2,取法兰外径 Df =313+(24+18) 2=397mm ,法兰厚度 f =30-5-3=22mm ,则螺栓所在圆的直径 D a =313+24 >2=361mm,螺栓所在圆的周长 C a =361X3.14= 1133.54mm3.8.4 端盖如图4.2,根据文献10制冷机工艺选端盖厚度为 S=10mmg接螺栓处厚 度f=20mm,球面半径 R=250mm ,球面图度h i =45mm3.8.5 分程隔

13、板根据文献10制冷机工艺表6-8,分程隔板厚度选8mm3.8.6 支撑板与拉杆根据文献4热交换器原理与设计表 2.5和表2.6,换热管外经d=10mm, 支撑板最大无支撑跨距为750mm,支撑板厚度为8mm,直接焊在拉杆上固定。根据文献文献4热交换器原理与设计P51可知，换热管外径10<d<1® 杆直径d n =10mm ,公称直径DN=325 < 400,拉杆数量为4。3.8.7 封头和支座根据文献10制冷机工艺表6-8取封头的厚度为10 mm根据文献3小型制冷装置设计指导表 3-9得支座尺寸：L=280mmK=200mm3.8.8 垫片的选取材料：石棉，具有适当

14、加固物(石棉橡胶板)；基础参数为厚度6=1.5mm P = 1.569MPa,垫片系数 m=2.75,比压力y=25.5MPa ;宽度：本设计筒体内径 D i =365mm 700 mm,故 可取垫片宽度 N=12mm,垫片 基本密封宽度 b0 N 6mm 6.4mm,垫片的有效密封宽度b b0 6mm.N求垫片压紧力作用中心圆直径 Dg：因为b0 6mm 6.4mm ,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D g=313+1 >2+6>2=327mm.(3.26)垫片压紧力：预紧状态所需的最小压紧力:Fg=3.14 D gby=3.14 327 >6 &g

15、t;25.5=1.57 W5N(3.27)操作状态下所需的最小压紧力Fp =6.28 D G bmp=6.28X327>6>2.75 1.569=5.32 W4N(3.28)其中P=1.569 MPa为蒸发器的设计压力。垫片宽度校核常温下的强度指标二530MPa,安全系数nb =2.7 ,故许用应力(Tnb530196.3MPa2.7(3.29)定温度下的许用应力b117MPa,实际螺栓面积 Ab=1502.6mm2 (见后面计算）.所需的垫片的最小厚度z A b 1502.6 196.3Nmin= 9.7mm N 12mm6.28DGy 6.28 192 25.5(3.30)所以

16、最初选的垫片厚度符合要求。3.8.9螺栓的选取根据9画法几何与机械制图法兰及端盖的厚度，选螺栓GB/T5782M12X 80,其小 di =10.106mm., S=18mm, Sa=16mm ,螺栓最小间距Smin = 38mm,法兰有效宽度f=22mm螺栓的最大间距smax2dp6 f6 22=2 X16+ m 0.52.75 0.5=72.6 mm(3.31)因为螺栓所在圆的周长 C a =1133.54 mm,取螺栓间距为72 mm的螺栓个数n言/1574个1133 54圆整后，取16个，则 S 70.84mm 72.6mm,合理16螺栓载荷预紧状态下需要的最小载荷Wa 3.14DGb

17、y 3.14 327 6 25.5 1.57 105N(3.32)操作状态下需要的最小载荷6.28DGbmpW 0= 0.785D(2 Pp(3.33)=0.785 3272 X1.569 +6.28 327 >6 >2.75 1.569=1.65 X05N螺栓面积：预紧状态下需要的最小面积wa_51.57 105196.32799.8m2(3.34)其中 e = 530MPa nb=2.7g=196.3 lb 117MPanb操作状态下需要的最小面积apWp-b一 一 51.65 10511721410.3mm(3.35)需要的螺栓面积：Am = Ap=1410.3mm2而螺栓的

18、实际面积Ab2_2n d1. 3.14 13.83512 2-1502.6mm > A m符合要求(3.36)螺栓的设计载荷： 预紧状态下需要的螺栓设计载荷:Wvbb1410.321502.6 196.3 2.86 105N（3.37）操作状态下需要的螺栓设计载荷：W Wp 1.65 105N3.8.10连接管的确定冷却水进出口连接管水的流量qvs = 3.3436 10 3 m3 / s ,选流速u 1.2m/s,故管内径di4 3.3436 103.14 1.20.0595m 59.5mm（3.38）根据标准可取无缝钢管制冷剂连接管70 3.5mm。（文献2制冷技术与应用表 8.3选取）由原始数据查R22的lgp h图得，蒸发器进口处4, 9.0003 10 3m3/kg,蒸发器出口 1 40.3556 10 3m3/kg ,制冷剂的质量流量已求出qm=0.4263kg / s液体的体积流量。根据文献2制冷技术与应