壳管式冷凝器设计讲解

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1、学号20122916096成绩课程设计说明书设计名称 机械设计基础课程设计 设计题目 制冷系统设计任务书设计时间 2015162015121学院食品工程学院专业能源与动力工程班级1202 班姓名杨鑫指导教师 曲航配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器设计设计任务： 设计一台配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器 设计条件 : 设计参数制冷剂： R134a 额定工况蒸发温度： t =5C 冷却水进口温度： t =400C 0k制冷量： Q0=360kw传热管：每英寸 19 片的滚轧低肋铜设计要求： 1. 对确定的工艺流程进行简要论述；2. 物料衡算，热量衡算；3. 确定管式冷凝器的主要结构尺寸；4. 计算阻力；

2、5. 编写设计说明书一、设计方案的确定及说明。1. 冷却水的进出口温度。进口水温度28oC,而一般卧式壳管式冷凝器的冷却剂进出口温度之差为41OoC,本 设计取 60C, 故出口温度为 340C.2. 流速的选择查得列管换热器管内水的流速，管程为0.53m/s，壳程0.21.5m/s2；根据本设计制冷剂 和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为 1.5m/s.3. 冷凝器的造型和计算3.1 水冷式卧式冷凝器的类型本次设计是以海水为冷却剂，选择氟利昂高效卧式冷凝器为设计对象。此冷却系统的原理是将 压缩机排出的高温、高压制冷制气等压冷凝成液体，在冷库中蒸发，带走待冷物料的热量，

3、起到冷 却物料的效果。本方案采用 R134a 为制冷剂，不燃烧，不爆炸，无色，无味冷凝器型式的选择： 本方案采用卧式壳管式冷凝器。卧式管壳式水冷凝器的优点是 1、结构紧凑，体积比立式壳管式的小；2、传热系数比立式壳管式的大；3、冷却水进、出口温差大，耗水量少；4、为增加其传热面积， R134a 所用的管道采用低肋管；5、室内布置，操作较为方便。3.2 冷凝器的选型计算3.3 冷凝器的热负荷3.4 冷凝器的传热面积计算 +3.5 冷凝器的阻力计算4 管数、管程数和管子的排列41 管数及管程数4.2 管子在管板上的排列方式4.3 管心距5壳体直径及壳体厚度的计算51 壳体直径，厚度计算二、设计计算

4、及说明 （包括校核）一）设计计算1、冷凝器的热负荷： 冷凝器的热负荷是制冷剂的过热蒸汽在冷凝过程中所放出的总热量，可用制冷剂的 压焓图算出。公式如下：QL Q0 kw式中 ： QL 冷凝器的热负荷， kw；Q0 制冷量， 360kw ；系数，与蒸发温度t k、气缸冷却方式及制冷剂种类有关，由食品工程原 理设计指导书图3查出。在蒸发温度t0为5C,冷凝温度tk为40C, 查得 为 1.93。q L=1 93x 360= 695kw2、传热平均温差：t 2 1 =5.450 t t CIn 3tk t23、冷凝器的传热面积计算：根据选用卧式管壳式水冷冷凝器及设计指导书表4 各种冷凝器的热力性能，取

5、传热系数为800 w/k)KQtLo式中：K传热系数，w/m、c；由食品工程原理设计指导书表3中可取750) F 冷凝器得传热面积，QL 冷凝器得热负荷， w；m ； t 传热平均温差， c又、t=545CF 3451 1000 791.5m2800 * 5.4524、冷凝器冷却水用量：QLCP(t203600 kg/h式中： QL 冷凝器的热负荷， Q压比热，KJ/kgk；淡水可取4.186；t2 冷却水进出冷凝器得温度ktw1；Cp 冷却水的定冷却水进出冷凝器得温度，K或C； K或C。4.174 (32 26)3600 496070.9 kg h5、冷凝器冷却水体积流量：kg /m 3式中

6、： 取 995.7 kg / m3 ；M496070.9kg / h3600 995.7kg/m3 36000.138 m3 s6、管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定：1）确定单程管数 n由制冷原理及设备一书查得，冷凝器内冷却水在管内流速可选取 1.5 m/s 。设计中选用38x2.5mm不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。式中：V管内流体的体积流量，irf/s；管子内直径， m ；流体流速， m/s 。0.138107.6 圆整为108 3.140.0332 1.5取整后的实际流速4V 4 0.138nd3.14 108 0.03321.49m/s2丿管程数：管束长度Lfnd式中：F传热

7、面积，说;L 按单程计算的管长， m791.5108 3.14 0.03370.73mI 取 6m 。管程数 m L l式中：I为选定的每程管长，m,考虑到管材的合理利用,m 70.73 11.79 圆 6整为12所以冷凝器的总管数Nt为NTn m 108 12 1296 根3丿管心距a查 错误！未找到引用源。 可得管心距 a =48mm 错误！未找到引用源4）管子在管板上的排列方式管子在管板上排列时，应使管子在整个冷凝器截面上均匀而紧凑地分布，还要考虑流体性质， 设备结垢以及制造等方面地问题7. 壳体直径及壳体厚度的计算1）壳体直径的计算壳体的内径应稍大于或等于管板的直径， 所以，从管板直径

8、的计算可以决定壳体的内径D=a （b-1） +2e式中： D 壳体内径， mm ；a 管心距， mm ； b 最外层的六角形对角 线 （ 或同心圆直 径 ） ；e 六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。一般取e= （1-1.5） dO,这里取 1.4。D= 48x （39 1）+2x1.4x33 =1824 + 92.4=1916.4mm 圆整为 2000mm2丿壳体厚度（s）的计算PD式中： s外壳壁厚， cm；P 操作时的内压力， N/cm 2（表压），根据壁温查得为 80.8N/cm 2o 材料的许用应力，N/cm 2 ；查得不锈无缝管 YB804-70 的许用应力是 13230 N/c

9、m2申焊缝系数，单面焊缝为0.65, 双面焊缝为0.85;（取单面焊缝丿C 腐蚀裕度，其值在（0.10.8） cm之间，根据流体的腐蚀性而定；取0.7D 外壳内径， cm。0.7 1.64cm80.8* 20002 13230 0.65 80.8适当考虑安全系数及开孔的强度补偿措施，决定取 s=17mm二）设计校核1. 雷诺数计算及流型判断冷凝器冷却水用 量：Cp&tJ 4.174 (32 26)137.8kg / s实际流速： u 1.49m / s雷诺数： Redu 0.033 1.49 995.761106.6 1080.12 10 5所以流型为湍流。2.阻力的计算冷凝器的阻力计算只需计

10、算管层冷却水的阻力，壳程为制冷剂蒸汽冷凝过程，可不 计算流动阻力。冷却水的阻力可按下式计算：耳=d2rZ2g2g式中： 管道摩擦阻力系数，湍流状态下，钢管九=0.22Re-0.2；冷却水流程数；每根管子的有效长度， m；管子内直径 , m ； 冷却水在管内流速， m/s；重力加速度， m/s2；局部阻力系数，可近似取为工s=4ZLud 2gu2g0.0274 1.4920.033 2 9.812 4 121.492985.36m 水柱4. 传热面积安全系数AA=100%A式中：A实际布置所得的传热面积，m2；A 理论传热面积， m2管外总传热面积：A1 = NTnd0l = 1296X3.14

11、X0.038X6 = 927.8m22管内总传热面积：A2 = NTndl = 1296X3.14X0.033X6-805.7m2实际总传热面积：A=( 4+ A2)/2=(927.8 +2805.7) /2=866.8 m2理论总传热面积：A二 791.5m2安全糸数* =( 866.8 791 5丿 / 791 5 二9.5%一般要求安全糸数为3%15%(0.030.15丿，故本设计合符要求。5.长径比 L/DD 壳体内径， m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合 38 范围要求五、设计结果主要参数表序号项目结果序号项目结果9冷凝换热管无缝钢管2管程12材料110换热管规格申 38X2.52总管数1296mm211单程管数1082管心距48mm312轴线偏转角72冷库冷负360kw度4荷六、设计评论因为城市位于海边，有大量海水资源。冷却可使用海水进行，可以节省宝贵淡水资源，推进可 持续发展。但是海水对管路设备腐蚀较大，应采用耐腐蚀材料，此项会增加投资成本。且海水中杂质较多，应 在制冷机组中其他部位增添除杂装置，以此延长使用寿命。七、参考文献1 李雁, 宋贤良. 食品工程原理课程设计指导书 .华南农业大学印刷厂印刷,20062 李云飞, 葛克山. 食品工程原理 . 中国轻工业出版社 . 20023 高福成. 食品工程原理 . 中国轻工业出版社 . 1999