换热器课程设计-110KW水冷式冷凝器

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1、目录1、设计题目及原始数据31.1、设计题目31.2、原始数据32、冷凝器的类型选择33、冷凝器的传热设计计算33.1、冷凝器中污垢热阻的确定33.2、冷却水流量和平均传热温差的确定33.3、初步规划结构尺寸43.4、管程及有效管长43.5、传热系数的计算63.5.1、管内冷却水与内壁面的换热系数63.5.2、水平管的平均管排数63.5.3、管外换热系数的计算73.5.4、传热系数的计算73.6、传热面积和管长的确定93.7、水的流动阻力94、结构设计计算104.1、壳体104.2、管板104.3、端盖104.4、法兰104.5、支座114.6、支撑板与拉杆114.7、垫片的选取114.7.1

2、、材料的选取114.7.2、垫片压紧力作用中心圆直径114.7.3、垫片压紧力计算124.8、螺栓124.8.1、螺栓的选择124.8.2、螺栓的布置124.8.3、螺栓的载荷134.8.4、螺栓面积134.8.5、螺栓的设计载荷134.9、连接管的确定144.9.1、冷却水进出口连接管144.9.2、制冷剂进出口连接管145、心得体会156、参考文献16全套图纸加扣 3012250582110kW水冷式冷凝器设计说明书1、设计题目及原始数据1.1、设计题目：110kW水冷式冷凝器1.2、原始数据： 冷凝器的负荷量：；给定的制冷剂：R22 给定冷凝温度：；冷却水的进出口温度： ， 2、冷凝器的

3、类型选择 由于制冷量比较大，本次课程设计将采用卧式管壳式冷凝器。3、冷凝器的传热设计计算3.1、冷凝器中污垢热阻的确定冷却水的平均温度，冷凝温度,由热交换器原理与设计附表及附表E查得：管内污垢热阻；管外污垢热阻3.2、冷却水流量和平均传热温差的确定因，通过查传热学附录9可得冷却水的物性参数： ；冷却水流量为： 平均传热温差为： 3.3、初步规划结构尺寸在氟利昂卧式管壳冷凝器中，冷却水的的设计水速与冷凝器的年运行小时有关，为了延长冷凝器的运行寿命，对年运行时间较长的冷凝器应取较低的水速。结合小型制冷装置设计指导书表3-2，取冷凝器的年运行小时为8000h，则冷却水的设计流速为1.8m/s。结合管

4、壳式换热器（GB151-1999）表10，初步选用222的铜管，则每流程的管子数Z为： 圆整后，取Z = 15根，实际水流速度： 3.4、管程及有效管长在某些条件下，卧式管壳冷凝器如果按管外面积计算，热流密度q可能会很高，在设计条件下q可在50007000W/m2范围内取值。初取热流密度q=6000W/m2，则所需的传热面积为： 管程与管子有效长度的乘积： 现采用管子成正三角形排列的布置方案，查热交换器原理与设计表2-3知，换热管中心距s=26mm，对不同流程数N，有不同管长L及筒径D，见制冷原理及设备表9-9NNZD（m)29.73300.19250.6844.87600.27117.976

5、3.24900.3329.7682.431200.3836.34在组合计算中，传热管总根数较多时，壳体内径Di（单位为m)可按下式估算：从表中可以看出N=8时的/ 比值在610之间较适宜，所以8流程是可取的。3.5、传热系数的计算3.5.1、管内冷却水与内壁面的换热系数 按公式： 由于冷却水的平均温度，根据传热学附表9查得水的物性参数有：， ， 3.5.2、水平管的平均管排数 因为流程数N=8，总的管子数NZ=120根，将这些管子布置在20纵列内，每列管子数分别为2，4，6，6，6，8，6，8，6，8，8，6，8，6，8，6，6，6，4，2见下图，则按公式得： 管子排列如下图： 3.5.3、管

6、外换热系数的计算根据传热学附表11可得R22的物理性质为：根据制冷原理及设备公式9-34和9-37，管外换热系数的表达式如下： 计算时取。通过计算确定，按公式（9-34）的说明将各种数据代入的公式中， 3.5.4、传热系数的计算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，其传热温差为 ；第二部分是热量经过管外污垢层、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：第二部分的热流密度：式中为管子的平均直径。将有关数字代入后， 其中所以选取不同的（单位为）进行试凑计算，计算结果列于下表中。 3.754285724.63.85537.85997.23.95646.76269.8

7、当时两式q的误差已很小，取，Q与前面假定的只差，表明以前的假定是可取的。所以传热系数为： 3.6、传热面积和管长的确定根据q求传热面积， 管子的有效长度为 m考虑到管板的长度（参考后面的管板计算），取管子的实际有效长度为2.5m。3.7、水的流动阻力冷却水流动时的阻力系数按公式计算。其中沿程阻力系数为 冷却水的流动阻力为 考虑到外部管路损失，冷却水泵的总压头约为 查泵与风机，取离心水泵的效率，则水泵所需功率为 4、结构设计计算4.1、壳体 根据先前设计的布管情况，内径为，选无缝钢管作为材料，查GBT 17395-2008无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差标准可选取系列2中的外径为，厚度为。 4

8、.2、管板管板与管子的连接方式采用胀管连接，由制冷机工艺P113表66，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，由经验公式（64）得管板厚度： 实际可取t32mm4.3、端盖 由制冷机工艺P113，选端盖厚度为S10mm，连接螺栓处厚度30mm，球面半径，内高突起部分高度，外高突起部分高度4.4、法兰根据钢制压力容器 GB150-1998P97表9-3可知：取，则法兰的外径： 法兰厚度： 螺栓所在圆的直径周长 4.5、支座由小型制冷装置设计指导P75表39可得支座位置尺寸：L350mm，K280mm，支座钢板厚度中心线离壳体外侧的距离为：mm4.6、支撑板与拉杆

9、由热交换器原理与设计P50中换热管外径与拉杆直径的关系可知：由于，即，所以拉杆直径取，数量取4根，根据最大无支撑跨距，取两块支撑板，其厚度为8mm，直接焊在拉杆上固定。在支撑板下方开一个的小孔，以便冷凝成液体的工质流过，再由排液管排出去。4.7、垫片的选取4.7.1、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=384mm700mm,根据热交换器原理与设计P47，可取垫片宽度根据钢制压力容器GB150-1998P96得： 垫片基本密封宽度 垫片的有效密封宽度4.7.2、垫片压紧力作用

10、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，即4.7.3、垫片压紧力计算 （a）预紧状态下所需要的最小压紧力： (b)操作状态下所需要的最小压紧力：() 4.7.4、垫片宽度的校核 垫片常温下作用应力，一定温度下的许用应力，实际螺栓面积（见后面螺栓的计算）所需的垫片的最小厚度： 所以最初选的垫片厚度是符合要求的。4.8、螺栓4.8.1、螺栓的选择根据法兰及端盖的厚度，并参考画法几何与机械制图P368附表2-1，选取螺栓GB/T5782-2000 ，其最小径为。4.8.2、螺栓的布置根据钢制压力容器GB150-199

11、8P97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 由前面所知螺栓所在圆的周长为，所以螺栓最少要取；最多不能超过 ，则可以取18个螺栓。4.8.3、螺栓的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 4.8.4、螺栓面积（a） 预紧状态下所需最小的面积：（b） 操作状态下所需最小的面积：因为 ，则所需螺栓的面积为螺栓的实际面积:故螺栓的个数符合要求4.8.5、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： N操作状态下螺栓设计载荷N4.9、连接管

12、的确定4.9.1、冷却水进出口连接管由前面计算过程知：冷却水流量，水流的实际速度，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70 mm4.9.2、制冷剂进出口连接管由，查制冷原理及设备附表13 R22的图得：，；，则制冷剂的质量流量：制冷剂蒸汽的体积流量：制冷剂流体的体积流量：初取制冷剂蒸气速度，则制冷剂进气管内径为 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：初选制冷剂流体的流速：，则制冷剂出液口内径为： 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5、心得体会 为期两周的换热器课程设计很快就结束了。这次课程设计要求设计一个冷凝负荷1

13、10的水冷式冷凝器，这也是我第一次做与我们制冷与空调专业密切相关的课程设计。这次设计所用到的卧式管壳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。虽然这次课程设计时间很短，但我却学到了很多课堂上远远学不到的知识。 去年寒假我们专业曾经参加过生产实习。在那次实习过程中，我们了解了中央空调机组和管道的布置，对换热器的原理和结构有了初步的了解，但没有真正去深入思考。那次生产实习初步所掌握的知识对本次课程设计有很大的帮助。这次自己能够亲手设计出一个壳管式冷凝器算是一次学以至用的好机会吧。由于我的生产实践经验甚少，所以本次设计的壳管式冷凝器无论从技术还是经济合理性方面来说都可能是一个不太理想的产

14、品。但通过这次换热器的设计，我对壳管式冷凝器的基本设计流程有了比较全面的了解，而且还进一步熟悉了壳管式冷凝器的结构以及制造工艺过程。由于手头上文献资料比较有限，在换热设计计算过程中，我遇到了不少的问题，例如换热管管径如何来选择，长径比与流程数的选择的关系，以及管板兼作法兰的直径如何选取等等。在结构设计计算的时候，也遇到了一些问题，比如壳体、管板应如何选择，端盖是选用平盖还是选用封头等问题。通过参考师兄的作品，我才顺利地完成了本次课程设计。这次我全部采用电脑来独立完成，不仅仅提高了我的的编辑水平，还让我的autoCAD绘画能力上了一个档次，对我以后找工作有很大的帮助。当然在设计的过程中我遇到了不

15、少问题，比如说公式的编辑（以前从没接触过此类的东西），以及一些零部件的不规则画法，经过不断地学习和改正，最终还是被我一一化解。通过这次软件画图，我更加清楚地知道autoCAD、Pro/E软件对我们这个专业的重要性，同时也激发了我学习这些软件的兴趣。6、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，2003.2 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 邬志敏 主编.制冷机工艺M.上海科学技术出版社，1989.6 杨世铭、陶文铨.传热学（第四版）M. 北京高等教育出版社，2006.7 沈维道 主编.工程热力学（第三版）M. 北京高等教育出版社，2001.8 冯开平、左宗义 主编.画法几何与机械制图M.华南理工出版社出版，2004.9 杨可桢、程光蕴 主编.机械设计基础M.高等教育教育出版社，2006.10 其它设计资料：包括各种换热器设计标准、制冷工程设计手册、制冷设备手册、制冷机工艺、钢制压力容器GB150-1998等相关文献资料。17