管殼式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、1 設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)參數(shù)11.1 設(shè)計(jì)題目：滿液式蒸發(fā)器11.2 設(shè)計(jì)參數(shù)： 12 設(shè)計(jì)計(jì)算12.1 熱力計(jì)算 12.1.1 制冷劑的流量 12.1.2 冷媒水流量 12.2 傳熱計(jì)算 22.2.1 選管 22.2.2 污垢熱阻確定 22.2.3 管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算 22.2.4 管外換熱系數(shù)的計(jì)算 32.2.5 傳熱系數(shù)K 0 計(jì)算 32.2.6 傳熱面積和管長(zhǎng)確定 42.3 流動(dòng)阻力計(jì)算 43結(jié)構(gòu)計(jì)算53.1 換熱管布置設(shè)計(jì) 53.2 殼體設(shè)計(jì)計(jì)算 53.3 校驗(yàn)換熱管管與管板結(jié)構(gòu)合理性53.4 零部件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 63.4.1 管板尺寸設(shè)計(jì) 63.4.2 端蓋 63.4.3 分程隔板73.

2、4.4 支座 73.4.5 支撐板與拉桿 73.4.6 墊片的選取 73.4.7 螺栓 83.4.8 連接管 94換熱器總體結(jié)構(gòu)討論分析 105 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 106參考文獻(xiàn)101 .設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)參數(shù)1.1 設(shè)計(jì)題目：105K網(wǎng)液式蒸發(fā)器1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)：蒸發(fā)器的換熱量Q=105KW給定制冷劑：R22;蒸發(fā)溫度：to=2C, tk=40C,冷卻水的進(jìn)出口溫度：進(jìn)口 3 =12C ;出口力=7C。2設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 熱力計(jì)算2.1.1 制冷劑的流量根據(jù)資料【1】，制冷劑的 lgp-h 圖：Po=O.4MPa, >=405KJ/Kg, h2=433KJ/Kg, B=1.5MPa, h3=h=

3、250KJ/Kg, v1 = 0.04427 m3/ , v4 = 0.00078 m".kg. kg圖 2-1 R22 的 IgP-h 圖制冷劑流量qmh1 -h4Q02.1.2 冷媒水流量水的定性溫度ts= ( 12+7) /2 C =9.5 C ,根據(jù)資料【2】附錄9, p=999.71kg/m3,Cp=4.192KJ/(Kg - K)qvsQo二 ：Cp(tl J)一105m3999.71 4.192 (10 - 7) s= 5.011 x10 - m/2.2 傳熱計(jì)算2.2.1 選管為提高冷媒側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)，采用外螺紋管，根據(jù)資料【3】p71換熱管用低翅片管序號(hào)3,規(guī)格小

4、16X 1.5 ,如圖所示：sf = 1.25 mm d t =15.86mm h =1.5mm di =11mm d b =12.86 mm , 每米管長(zhǎng)管外表面積圖2-2外螺紋管結(jié)構(gòu)圖aof =0.15 mz ,螺紋管增強(qiáng)系數(shù)中=1.35 ,銅管導(dǎo)熱系數(shù)2.2.2 污垢熱阻確定冷媒水平均溫度ts =9.5oC，制冷劑t0 =2°C，水的流速取u =1.5% A1ms , 根據(jù)資料1】p198表9-1 ,管內(nèi)污垢系數(shù)i =0.000045 m2oCW管外污垢系數(shù)0 = 0.00009 m2oCW2.2.3 管內(nèi)換熱系數(shù)的計(jì)算冷媒水的定性溫度ts =9.5°C，查物性表得：

5、9 9 999 .71 kg/m3 ,13pr =9.7275 ,u =1.330 M10 - m 2/九=57 .285 x10-W/暫取水的流速(m K)u =1.7啖，管程設(shè)計(jì)為2程，每流程管子數(shù)Z4qvs 4 50112- =2= 31 ,二 diU3.14 111.7Z=31 時(shí)，冷媒水的實(shí)際流速為u =3二 d i z4 5.01110一 23.14 1131啖=1 .702ud iRe =1.702 11 10 J-二14077 1.330 10 _根據(jù)資料【2】6-15 , Nu = 0.023 Re°.8Pr°.3 = 0.023 x 14077 0.8

6、m 9.7275 0.3 = 94.828 ,ai二 Nu一= 94.828 di57 .28510x1110_3_2_W(m 2oC)二4938 W 2 o /(m - C)2.2.4 管外換熱系數(shù)的計(jì)算 一” 一 平均傳熱對(duì)數(shù)溫差：& =10二5oC= 7.213 OC.：t"10In In .：t'5管外換熱系數(shù)口。=3.2為0.82P0 0.45,其中仇一叩。7。=tw0.22.2.5 傳熱系數(shù)K。計(jì)算傳熱過(guò)程分成兩部分：第一部分是熱量經(jīng)過(guò)制冷劑的傳熱過(guò)程，其傳熱溫差為仇；第二部分是熱量經(jīng)過(guò)管外污垢層、關(guān)閉、管內(nèi)污垢層以及冷媒水的傳熱過(guò)程。第一部分熱流密度.

7、1 .820.451.82q-：70=3.2% P。= 1061.88 (tw -2)第二部分熱流密度.消1(二 iF1)一ofFi.二旦.of Fi9.5 - two1( 0.00004549380.150.00150.15)0.000090.034543980.037469.5 -tw0.0011822 ，2K用試算法估算tw的值，確定熱流密度t w44.24.207q374944594485.34q466144924485.59表2-1Koq=61 .86；：tm由此取 tw =4.207 oC , q =4485 .4652.2.6 傳熱面積和管長(zhǎng)確定傳熱面積F0_3Q0105 102

8、=23.41 m管子有效長(zhǎng)度lq 4485 .46523 .410.152 31=2.52m ,取管長(zhǎng) 2.6m2.3 流動(dòng)阻力計(jì)算根據(jù)資料【1】p232(9-71),對(duì)于水，沿程阻力系數(shù) J0.3164_0.25Re= 0.0305 ,冷媒水的總流動(dòng)阻力:1 、2 lP = 一 ： u N 1.5(N1) Pa2 di122.6= 999.71 1.7020.03052 1.5 (2 1) Pa20.011_ _ 4 _二 27393 Pa ； 5 10 Pa符合資料【4】p69表2.10允許壓降，設(shè)計(jì)合理。3 .結(jié)構(gòu)計(jì)算3.1 換熱管布置設(shè)計(jì)選用1-2型結(jié)構(gòu)，Z=31,采用等邊三角形與正方

9、形的組合排列方式，查資 料【4】p46表2.3 ,換熱管中心距 s=22mm分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 IE =35mm ,換熱管在管板上的分布如圖圖3-1管板布管圖由圖3-1可知，最外層換熱管中心所在圓直徑 1= 230.87 mm3.2 殼體設(shè)計(jì)計(jì)算由上面計(jì)算得e=230 .87 mm ,實(shí)際可取D。= 273 mm ,根據(jù)資料【6】p116 表6-4 ,殼體壁厚選用經(jīng)濟(jì)型6= 6mm ,所以殼體內(nèi)徑Di =D0 -2S =(273 - 12)mm =261 mm3.3 校驗(yàn)換熱管管與管板結(jié)構(gòu)合理性熱交換器管束外緣直徑受殼體內(nèi)徑的限制，在設(shè)計(jì)時(shí)要將管束外緣置于布 管限定圓內(nèi)，對(duì)于滿液式蒸發(fā)

10、器，根據(jù)資料【 U p205 ”最外部孔的邊緣與外殼 內(nèi)表面的距離不贏小于 5mm,布管限定圓直徑D L = (261 -10) mm = 251 mm對(duì)于上述換熱管布置設(shè)計(jì)由幾何關(guān)系得出管束外緣直徑D l = 246 .87 mm < 251 mm ,符合要求。換熱管長(zhǎng)度與殼體直徑之比l/ = 2600/ =9.52 <10 ,選用兩個(gè)流程是D o273合理的。3.4 零部件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)包括：管板、端蓋、分程隔板、支撐板、拉桿、連接管、 支座、墊片和螺栓。3.4.1 管板尺寸設(shè)計(jì)管板選用直接焊于外殼上并延伸到殼體周圍之外兼作法蘭，管板與傳熱管的 連接方式采用脹接

11、法。圖3-2管板法蘭圖3-3管板與圓筒的連接根據(jù)資料【3】表3-8管板最小厚度不小于13mm根據(jù)資料【6】P111表(6-6),查得與管子連接方式有關(guān)的系數(shù) =1.15,與管板兼做法蘭有關(guān)的系數(shù)f2=1.30,由經(jīng)驗(yàn)公式(6-4)得管板厚度：t= 3 - f2 (17+0.0083 Di )=1.15 X 1.30 X (17+0.0083 X 261)=28.7mm,實(shí)際可取 t=30 mm.取法蘭外徑：D=d0+ (S+Se) x 2=273+ (24+18) x 2=357mm法蘭厚度：、f =30-5-3=22mm,螺栓所在圓的直徑：D a = D° +SX 2=273+24

12、X 2=321mm,周長(zhǎng)：Ca = D 一=321X3.14=1007.94mmo3.4.2 端蓋根據(jù)資料6】p113選端蓋厚度6mm3.4.3 分程隔板按資料【6】p20表6,分程隔板厚度選8 =8mm ,分程隔板槽深4mm圖3-4 分層隔板槽3.4.4 支座根據(jù)資料【3】p75表3-9。確定支座尺寸L=240mm K=160mm.3.4.5 支撐板與拉桿根據(jù)資料【4】P51,換熱管外徑14d25,所以拉桿直徑取dn=12mm數(shù)量 取4根。由前面選管長(zhǎng)l=2.6m ,根據(jù)表2.6可知，可取支撐板厚度為10mm直接 焊在拉桿上固定。根據(jù)表2.5 ,本設(shè)計(jì)取支持板數(shù)量為2.圖3-5 拉桿3.4.

13、6 墊片的選取材料：石棉，具有適當(dāng)加固物（石棉橡膠板）；厚度為1.5mmp=0.4MPa;參 數(shù)為：墊片系數(shù)m=2.75,比壓力y=25.5MPa.寬度：根據(jù)資料4】P47,本設(shè)計(jì)筒體內(nèi)徑Di=261mrrY700 mm寸，可選10 <n <13 ,故可取墊片寬度 N=12m碎片基本密封寬度b0 =» =6 mm <6.4mm,墊片的有效密封寬度b = b0=6mm,2b° =N = 6mm <6.4mm ,所以墊片壓緊力作用中心圓直徑即為墊片接觸面的平均2直徑，即 Dg=273+1X 2+6X 2=287mm.預(yù)緊狀態(tài)所需的最小壓緊力：FG =3.

14、14 DG by =3.14 X287X6X25.5=137881N操作狀態(tài)下所需的最小壓緊力：Fp =6.28 DG b .m p =6.28 X 287X 6X 2.75 X1.569=N墊片在預(yù)緊狀態(tài)下受到最大螺栓載荷的作用，可能因壓緊過(guò)度而失去密封性能，為此墊片須有足夠的寬度Nmm。所需的墊片的最小厚度：Ab L- 12103.6 196.3Nmin = = = 8.98 :二 N = 12 mm6.28 DG *y 6.28 287 25.5其中，常溫下的強(qiáng)度指標(biāo)。=530MPa安全系數(shù)N b =2.7 ,故許用應(yīng)力hb =三=%=196.3 M pa , 一定溫度下的許用應(yīng)力=11

15、7 MPa ,實(shí)際螺栓nb 2.72、面積Ab =2103.6 mm（見(jiàn)后面計(jì)算）.所以最初選的墊片厚度符合要求。3.4.7螺栓3.4.6.1 螺栓的布置a .根據(jù)法蘭及端蓋的厚度，參考資料【5】P338,選螺栓GB/T5782 M16X60,其小徑di =13.835mm.螺栓的最小間距應(yīng)滿足扳手操作空間的要求，由螺栓的直徑，可以查得S =24, Se =18 0 6-6 22b.螺栓的取大間距Smax =2db+=2X16+=72.6mm其中，6fm 0.52.750.5為法蘭厚度，db為公稱，螺栓直徑因?yàn)槁菟ㄋ趫A的周長(zhǎng)Ca=1007.94mm取螺栓間距為65mm故所需要的螺栓數(shù)n =

16、|1007.94 L15.5個(gè)，取整16個(gè)。IL 653.4.7.2 螺栓的載荷預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小載荷:Wa =3.14DGby = 3.142876 25.5 =137881 N操作狀態(tài)下需要的最小載荷:2Wp =0.785 Dg p - 6.28 D G bm p=0.785 X2872 X 1.569+6.28X287X 6X2.75 X1.569=N3.4.7.3 螺栓的面積預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積:AaWa1378812=702.4 mm196.3操作狀態(tài)下需要的最小面積:ApWp1851162= 1582.2 mm117需要的螺栓面積:Am2A。=1582.2 mmp螺栓的實(shí)際面

17、積:Ab =- =2103.6 mm 2Am ,符合要求。43.4.7.4 螺栓的載荷預(yù)緊狀態(tài)下：wAmAh . 1582.22103.6b = 196.3 =361761 N操作狀態(tài)下：W=Wp =185116N p3.4.8連接管3.4.8.1制冷劑連接管制冷劑質(zhì)量流量qm= 0.667進(jìn)口體積流量:qv4=qmv4 =0.6670.00078= 0.00052出口體積流量:qv1=qm V1 = 0.6670.04427=0.02953進(jìn)口接管內(nèi)徑（選氟里昂液體流速為 U1 =0.84q .4 0 00052一 一 一 d1 = - =Jm = 28.8mm ,圓整后，取無(wú)縫鋼官 432

18、 mm 父 2.5 mm二u1 3.14 0.8出口接管內(nèi)徑（選蒸汽流速為U2 =16m/s）d2 = 4qL|4父 0.02953 m= 48.5mm，圓整后，取無(wú)縫鋼管451mm x 3.5mm；r：u2. 3.14 163.4.8.2 冷媒水連接管冷媒水流量qVs =5.011 M10 3m/ ,水的流速u =1.475 m/ ,冷媒水管內(nèi)徑d3 =/%=14M 0.005011 m= 65.8mm ,圓整后，無(wú)縫鋼管 470 mmM 3.5 mm 1.二u . 3.14 1 .4754 .換熱器總體結(jié)構(gòu)討論分析在本次課程設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)滿液式蒸發(fā)器，下面對(duì)設(shè)計(jì)做總體 的分析。在初步確定蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行了熱