换热器课程设计-80KW水冷式冷凝器

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1、广东工业大学课程设计任务书全套图纸加扣 3012250582题目名称80KW水冷式冷凝器学生学院材料与能源学院专业班级热能与动力工程 制冷0701班姓 名学 号一、课程设计的内容设计一台冷库用冷凝器。冷凝器热负荷=80KW，冷凝温度40，制冷剂为R22。冷却水进出口温度分别为：进口温度32，出口温度36。二、课程设计的要求与数据1）学生在教师指导下独立完成设计。2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，用计算机绘图。4）说明书要求：文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。格式要求：（1）课程设计封

2、面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；心得体会等；（6）参考文献三、课程设计应完成的工作1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份；2）绘制换热器的装配图1张，拆画零件图12张。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1学生分组；布置任务；根据设计任务收集有关的原始资料，并选定热交换器的型式等。指定教室6.28-6.282进行换热器设计计算（包括传热计算、结构计算、流动阻力计算和强度计算等）宿舍6.29-6.303编写设计说明书（严格按照广东工业大

3、学课程设计说明书撰写规范编写）宿舍7.1-7.44绘制换热器装配图1张；拆画零件图12张宿舍7.4-7.75设计答辩及成绩评定指定教室7.8-7.9五、应收集的资料及主要参考文献1 吴业正. 制冷原理及设备（第2版）M. 西安：西安交通大学出版社,1998.2 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 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，2003.4 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 杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2006.6 中华人民共和国国家标准管壳式换热器（GB15119

4、99）.7 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、制冷机工艺等相关资料.发出任务书日期：2010年 6 月 28日 指导教师签名：计划完成日期： 2010年 7月 9 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：18摘 要本次课程设计是设计一个管壳式水冷冷凝器。冷凝器形式采用固定管板式，各参数如下：换热量Q0=80kW、制冷剂R22，制冷剂冷凝温度tk=40、冷却水进口温度、冷却水出口温度的条件下进行设计的。设计计算主要包括传热设计计算，水的流动阻力计算，结构设计计算，强度计算以及强度校核计算等，同时结合整体设备运行原理，对该管壳式水冷冷凝器各性能参数进行校正。设

5、计先从传热设计计算着手，传热设计计算与结构设计计算相互交叉进行，接着计算水的流动阻力以及零部件的选取，最后进行强度计算与强大校核。设计内容包括了换热管和流程数的选取，换热管的布置排列，管长的选取，筒体、端盖、法兰、螺栓和垫片的选取等。此设计说明书说明了工艺参数的选择,介绍了管壳式冷凝器材质和换热介质及走向的选择；各部件的选取及强度校核的过程。关键词：管壳式 冷凝器 固定管板式 传热设计 流动阻力计算 结构设计 强度计算 目录一、设计题目及原始数据11.1 设计题目1管壳式水冷冷凝器11.2 原始数据1二、冷凝器的传热设计计算12.1换热管管型的选择12.2冷却水流量和平均传热温差的确定12.3

6、确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N22.3.1流程管数Z22.3.2有效单管长l22.3.3 流程数N22.4 传热水平管的布置排列及平均管排数32.5传热系数的计算32.5.1管内水侧表面换热系数32.5.2管外R22冷凝表面换热系数42.5.3管内、管外污垢热阻的确定42.5.4传热系数42.6传热面积与有效管长52.7冷却水的流动阻力6三、结构设计计算63.1筒体63.2管板73.3法兰73.4端盖73.5支撑板73.6支座83.7 分程隔板83.8垫片的选取83.8.1材料的选取83.8.2垫片压紧力作用中心圆直径83.8.3预紧状态下所需要的最小压紧力：83.8.4垫片宽度校核

7、93.9螺栓93.9.1螺栓的选择93.9.2螺栓布置93.9.3螺栓载荷103.9.4螺栓面积103.9.5螺栓的设计载荷103.10连接管113.10.1冷却水进出口连接管113.10.2制冷剂连接管11一、设计题目及原始数据1.1 设计题目 管壳式水冷冷凝器1.2 原始数据冷凝器换热量Q0=80KW 制冷剂R22，制冷剂冷凝温度Tk=40、冷却水进口温度进口=32; 冷却水出口温度=36。二、冷凝器的传热设计计算2.1换热管管型的选择根据热交换器原理与设计表2.3，选用规格为的管铜管，其内径2.2冷却水流量和平均传热温差的确定水的定性温度,根据根据传热学附录9查得：水的各物性参，=994

8、.7kg/m3,cp=4.174KJ/(KgK)平均传热温差2.3确定每流程管数Z，有效单管长l及流程数N2.3.1流程管数Z根据小型制冷装置设计指导P67，初选冷却水流速度水则每管程的管子数根圆整后取管子数Z=41根 实际水流速度2.3.2有效单管长l假定热流密度，则所需要的传热面积为：管程数N与管子的有效长度l的乘积为Nl，即：管程与换热管有效长度的乘积为： m2.3.3 流程数N现采用正三角形排列法布管，根据热交换器原理与设计表2.3，可取管间距s=16mm,那么由上式可知，对于不同流程数N，可以得到不同的有效管长以及筒径，如下表所示：N（m）NZ(m)/24.71820.29116.1

9、42.351640.3017.6561.452460.4013.92根据热交换器原理与设计和小型制冷装置设计指导书中记载，只要长径比/的值在610范围内，则可认为合适，所以根据上表可选用4流程的换热器。2.4 传热水平管的布置排列及平均管排数因为流程数N4，总的管子数NZ=164根，将这些管子布置在27纵列内，每列管子数分别为4，2，6，4，8，6，8，6，8，6，8，6，8，6，8，6，8，6，8，6，8，6，84，6，2，4 如图1所示，则按制冷原理与设备P222公式（938），可得到根2.5传热系数的计算2.5.1管内水侧表面换热系数根据冷却水的进出口平均温度查传热学附录9得：水的物性参

10、数，导热率 运动粘度，冷媒水的实际流速为，雷诺数 ，亦即冷却水在管内的流动状态为湍流流动。根据制冷原理与设备P225公式(9-49)得:管内水侧表面换热系数2.5.2管外R22冷凝表面换热系数根据查制冷原理与设备附表3得: 时R22物性参数密度,导热率，比潜热动力粘度 根据制冷原理与设备P221公式(9-34)得：表面凝结换热系数其中 根据根据制冷原理与设备P221公式(9-37)得：管外凝结表面平均传热系数得 2.5.3管内、管外污垢热阻的确定冷却水进出口平均温度，凝温度，根据制冷原理与设备表9-1查得：管内污垢热阻管外污垢热阻 2.5.4传热系数 传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷

11、剂的传热过程，其传热温差；第二部分是热量经过管外污垢层,壁面,管内污垢层以及冷却水的传热过程，其传热温差 (其中是管外污垢外壁面的温度, )第一部分热流密度 第二部分热流密度因为传热是串联，则有。取不同的进行试凑，计算结果如下： 3.65549.045959.253.75664.255685.883.85778.685412.53由上表可知：=3.7时，。则 热流密度，与前面假定的只偏大3%。传热系数2.6传热面积与有效管长实际所需的换热面积初步结果设计中所需要的冷凝传热面积较传热计算传热面积大3%，可作为冷凝传热面积富裕量。初步结构设计所布置的冷凝传热面积能够满足负荷的供热要求，表明假设是可

12、取的。管子的有效长度适当增加长度，根据热交换器原理与设计P55 GB151-1999推荐的换热管长度，选取=2.5m2.7冷却水的流动阻力根据制冷原理与设备P232 公式(9-71)得：水的沿程阻力系数冷却水的流动阻力 符合热交换器原理与设计P68表2.10允许压降，设计合理考虑到外部管路损失，冷却水泵总压头约为 取离心水泵的效率，则水泵所需的功率为：水泵所需的功率 三、结构设计计算3.1筒体根据先前设计布管情况，查冷库制冷设计手册P604无缝纲管(GB8163-87)直径系列，可选取内径为Di=309mm，外径为Do=325mm，厚度S=8mm3.2管板根据制冷机工艺P111表6-6，查得与

13、管子连接方式有关的系数=1.15,管板兼做法兰有关的系数 =1.30。根据制冷机工艺P111公式(6-4)得：管板厚度 实际可取管板厚度t=30mm3.3法兰根据压力容器法兰标准 JB/T4701-2000P25可知：法兰外径法兰厚度螺栓所在圆的直径 3.4端盖根据制冷机工艺P113选用端盖厚度S=8mm，球面半径R=309mm，内球面高度外球面高度圆筒高度3.5支撑板根据热交换器原理与设计P50表2.6查得：支撑板厚度为6mm，一共5块，直接焊接在拉杆上。根据热交换器原理与设计P51表2.7查得：拉杆直径为10mm，需要拉杆数为4。3.6支座根据JB-T 4712.1-2007容器支座P11

14、表4得：支座尺寸，支座底线离壳体外壁面高度为200mm。3.7 分程隔板 根据管壳式换热器（GB1511999）P20表6得，分分程隔板厚度为8mm，板槽深度为6mm，板槽宽度为12mm。3.8垫片的选取3.8.1材料的选取根据压力容器法兰标准JB/T4704-2000P63，垫片的材料为石棉橡胶板，厚度，宽度，垫片系数，比压力根据钢制压力容器GB150-1998P117得：垫片基本密封宽度垫片的有效密封宽度 3.8.2垫片压紧力作用中心圆直径根据压力容器法兰标准JB/T4704-2000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

15、2b，即3.8.3预紧状态下所需要的最小压紧力：操作状态下所需要的最小压紧力：(其中为冷凝设计压力)3.8.4垫片宽度校核常温下螺栓材料的许用应力，设计温度下螺栓的许用应力，实际螺栓面积，则所需的垫片的最小厚度故初选的垫片厚度是符合要求的。3.9螺栓3.9.1螺栓的选择根据法兰及端盖的厚度，参考画法几何与机械制图P369附表2-1，选取螺栓GB/T5782 M16x100，其中小径，3.9.2螺栓布置根据钢制压力容器GB150-1998P97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此可取螺栓间距。由前面可知螺栓所在圆的周长，故所需螺栓数 3.9.

16、3螺栓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 3.9.4螺栓面积 预紧状态下需要的最小面积操作状态下需要的最小面积因为，则需要的螺栓面积螺栓的实际面积所以螺栓个数符合要求。3.9.5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操作状态下螺栓设计载荷3.10连接管3.10.1冷却水进出口连接管冷却水的流量，水流速度，故冷却水进出口连接管的直径，查小型制冷装置设计手册表1014，选取无缝钢管894.5，内径，那么冷却水实际流速为m/s3.10.2制冷剂连接管 由、查R22的图(见下图)得：冷凝

17、器入口，冷凝器出口，制冷剂的质量流量制冷剂蒸气的体积流量制冷剂液体的体积流量初取蒸气气流速度，则进气接管的内径：小型制冷装置设计手册表1014，选取无缝钢管383.5，内径则实际蒸气气流速度初选制冷剂液体速度，则出液管的内径：查冷库制冷设计手册得，选取无缝钢管383.0，内径则实际制冷剂液体流速参 考 文 献1 史美中,王中铮热交换器原理与设计M.东南大学出版社，20032 吴业正 小型制冷装置设计指导M.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.北京航空航天大学出版社，2006.5 杨世铭，陶文铨传热学（第

18、四版）M.高等教育出版社，2006.6 沈维道，童钧耕 工程热力学（第四版）M.高等教育出版社，2001.7压力容器法兰标准JB/T47004707-2000M8钢制压力容器GB150-1998M心 得 体 会为期两周的换热器课程设计就结束了。这次课程设计是设计一个80kW的管壳式水冷冷凝器。这是第一次做和我们制冷与空调专业密切相关的课程设计。虽然这次课程设计虽然时间很短，但是我们却学会了很多实实在在的东西。由于手头上文献资料比较有限，在传热设计计算过程中，我遇到了不少的问题，例如换热管长应该如何选择，长径比l/D应该什么范围内比较合适，以及管板兼作法兰的话法兰直径如何选取等。在结构设计计算的

19、时候，也遇到了一些问题，如管板应如何选择，端盖是选用平盖还是选用封头等问题。这次设计要求全部用AutoCAD绘图，这对我来说不是很难。因为此前的机械设计已经使用过一次AutoCAD软件，它的一些基本操作还有一定了解。虽然自己比较熟悉这个画图软件，但在画图的过程中也出现了不少问题。如作图不规范等。经过反复检查、核算，最终还是把图画好了。可能这次画的图还存在很多低级细微的错误吧。通过这次软件画图，我更加清楚的知道AutoCAD等软件对我们这个专业的重要性。这使我更加有兴趣学习这些软件，也坚定了我要学好这些软件的信心。经过这次为期两周的课程设计，我深刻认识到做事要认真要细心。通过这次设计，我也收获了很多东西，就是在反复查漏补缺的过程中磨练了一种精益求精、耐心的品质。经过这次课程设计使我具备了一定的课程设计能力，加强了自己的动手和思考的能力，学会自己去解决问题与同学们之间讨论。加强了同学们之间的互助，培养了团体合作的精神，同时，在一定程度上提高了自己用电脑画图的能力，也为下一年的毕业设计打下了一些基础。总之，这次课程设计负出了不少，收获也不少。