管壳式换热器设计

1目录任务书……………………………………………………………………………………………2摘要………………………………………………………………………………………………4说明书正文……………………………………………………………………………………5一、设计题目及原始数据…………………………………………………………………51.原始数据………………………………………………………………………………52.设计题目……………………………………………………………………………5二、结构计算………………………………………………………………………………5三、传热计算………………………………………………………………………………7四、阻力计算…………………………………………………………………………………8五、强度计算……………………………………………………………………………91.冷却水水管……………………………………………………………………………92.制冷剂进出口管径…………………………………………………………………93.管板…………………………………………………………………………………104支座…………………………………………………………………………………105.密封垫片……………………………………………………………………………106.螺钉……………………………………………………………………………………106.1螺钉载荷…………………………………………………………………………106.2螺钉面积…………………………………………………………………………106.3螺钉的设计载荷…………………………………………………………………107.端盖……………………………………………………………………………………11六、实习心得………………………………………………………………………………11七、参考文献………………………………………………………………………………12八、附图2广东工业大学课程设计任务书题目名称35KW壳管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xx班姓名xx学号xxxx一、课程设计的内容设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数：1.换热器的换热量Q=35kw;2.给定制冷剂R22;3.制冷剂温度tk=40℃4.冷却水的进出口温度'0132tC0136tC二、课程设计的要求与数据1）学生独立完成设计。2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算,换热面积计算,换热器的结构布置,流体流动阻力的计算)。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，使用计算机绘图。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；正文数据和公式要有文献来源编号、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，拆画关键部件零件图1～2张。3四、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；根据设计任务搜索有关的原始资料，并选定热交换器的型式等。教-2-3166.27-6.272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）教-2-3166.27-6.293编写设计说明书（严格按照广东工业大学课程设计说明书撰写规范编写）教-2-316或学生自由安排地点6.28-7.14绘制换热器装配图1张；拆画零件图1～2张教-2-316或学生自由安排地点7.2-7.85设计答辩及成绩评定教-2-3167.9五、应收集的资料及主要参考文献[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：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]杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[6]沈维道等工程热力学（第三版）.[M].北京：高等教育出版社，2001.[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、空气调节等相关文献资料。发出任务书日期：年6月27日指导教师签名：计划完成日期：年7月9日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：4摘要本次课程设计的任务是设计一个35kW管壳式冷凝器,其给定的条件是:换热器的换热量Q=35KW;制冷剂R22;制冷剂温度040ktC,冷却水的进出口温度进口'0132tC；出口0136tC。本设计的主要内容包括四大方面，即热力计算,结构计算,阻力计算,强度校核等。通过冷凝器型式选择、规划结构尺寸冷却水流量vsq的计算、初步规划尺寸、管程与有效长度的选择、管内冷却水与换热管内壁面的热流密度的计算、换热管平均管排数的计算、平均传热温差mt的计算、部件的强度校核等一系列过程，得到的主要参数如下：换热面积2of4.9mA、有效总管长L=35.97m、换热管总数NZ=9根×4程=36根、长径比il/D=4.12、热流密度2o5090W/mq、水泵功率e338wp等，并由此设计出一个平盖端头的管壳式冷凝器。在选用零部件上都严格按照国家标准，包括GB150-1998、GB/T5782、GB8163-87等，这些标准主要应用在强度计算方面，包括筒体、端盖、管板、支座、支撑板、冷却水接口连接管、制冷剂连接管口径大小、垫片的选择及螺钉的载荷计算等。该型管壳式冷凝器主要应用在小型的制冷场合。5说明书正文一、设计题目及原始数据：1、设计题目：35kW管壳式冷凝器2、原始数据：冷凝器的换热量：Q=35KW；给定制冷剂：R22制冷剂温度：040ktC冷却水进出口温度：进口'0132tC；出口0136tC二、结构计算管型选择。按《小型制冷装置》表3-4选取3号滚轧低翅片紫铜管为传热管，有关参数为：ittbf10.4mm,15.1mm,0.4mm,12.4mm,1.2mmddds。单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积：2dttfm/0.01510.0004/0.00120.0158madS每米管长翅侧面积：22222ftbfm/20.001510.0124/20.00120.0972madds每米管长翅间管面面积：2bbftfm/0.01240.00120.0004/0.00120.026madss每米管长管内侧面积：2iim0.0104=0.0327mad每米管长管外总面积：2ofdfbm0.01580.09720.0260.139maaaa估算传热管总长。假定按管外面积计算的热流密度2o5000Wmq，则应布置的传热面积及有效总管长分别为：62kofo250005m5000QAq；ofof5L35.97m0.139Aa确定每程管数Z、有效单管长l及流程数N。取冷却水进口温度w132Ct，出口温度w236Ct，由水物性表可知，在平均温度34℃时水的密度3994.3kg/m，比定压热容p4174J(kgk)c，则所需水量：3kvpw2w125000m0.00151s994.341743632QqCtt取冷却水流速w=2.0m/s，则每流程管数：v22i40.00151Z8.890.01042.0dw4q根，取Z=9根实际水流速度：v22i40.00151w1.98m/s0.01049dZ4q=对流程数N、总根数NZ、有效单管长l、壳体内径iD及长径比il/D进行组合计算，组合计算如下表所示：表一、组合计算结果流程数N总根数NZ有效单管长l/m壳体内径imD长径比il/D2182.00.12416.134361.00.2434.12分析组合计算结果，为便于加工制造，宜选用4流程方案。传热管的布置排列及主体结构。右图为传热管布置排列示意图，每程管数Z=9根，传热管按三角形排列，按《热交换器原理与设计》表2.3的要求，管板上相邻管孔中心距为22mm，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为35mm。考虑到冷凝器可能需要一定的储液功能，故在排管上左右对称而上下不对称，下半部分只布置两排换热管。按《热交换器原图一、布管示意图7理与设计》第47页的要求，最靠近壳体的换热管与壳体内壁的距离取8mm，则所需最小壳体内径为243mm，根据无缝钢管规格（GB8163-87），选用外径为273mm，壁厚为8mm，内径为257mm的无缝钢管作为壳体材料。三、热力计算传热计算及所需传热面积确定。水侧表面传热系数计算：从水物性表及《小型制冷装置》表3-12可知，水在平均温度m34Ct时，运动粘度26m0.746610s，物性集合参数B=2178.2。因为雷诺数4i6w1.980.0104Re27581100.746610d，水在管内的流动状态为湍流，按《小型制冷装置》第78页（3-5）式计算水侧表面传热系数：0.80.820.20.2wiiw1.98WB=2178.29376.12(mK)d0.0104制冷剂侧冷凝表面传热系数计算：根据管排布置，管排修正系数按《小型制冷装置》第77页（3-4）式计算：0.8330.8330.833n41102430.8836根据所选管型低翅片管传热增强系数按《小型制冷装置》第77页（3-2）式计算。其中环翅当量高度为：2222'tbt(dd)(15.112.4h3.86mm4415.1d）增强系数：1/41/4bdfb'ofofd0.0260.01580.097212.41.11.11.384h0.1390.1393.86aaaaa查《小型制冷装置》表3-11，R22在k40Ct时，B=1447.1，按《小型制冷装置》第76页（3-1）式计算制冷剂侧冷凝表面传热系数：-0.250.250.250.252bkonkwokwoW0.725Bd()0.7251447.10.01241.3840.88()3829.13(mK)tttt对数平均温差计算：w2w1mkw1kw236325.77C4032lnln4036tttttt8取水侧污垢系数2i0.00009(mk)Wr，将有关各值代入《小型制冷装置》第78页（3-6）及（3-7）式计算热流密度oq（单位为2Wm）：0.75oo3655.08qooo5.77-1182.5(5.77-)10.1390.0010.139(0.00009)9376.120.03273930.0358q选取不同的o（单位为℃）进行试凑计算，结果见下表：表二、试凑计算结果o/℃第一式2owmq（）第二式2owmq（）1.45506051061.46508650951.4751125083当o=1.46℃时，两式oq误差已很小，取2o5090W/mq计算实际所需传热面积：2kofo250004.9m5090QAq四、阻力计算冷却水侧阻力计算。按《小型制冷装置》第79页（3-8）式计算冷却水侧流动阻力，其中阻力系数为：0.250.250.31640.31640.0246Re27581冷却水侧阻力：2ti2P0.5wN1.5(N1)1.00.070.5994.31.980.024641.5(41)0.010434349Pa=0.034349M