1、制冷與低溫技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書題目： 換熱器的設(shè)計(jì)系 別： 能源與動(dòng)力工程系專 業(yè)： 低溫制冷專業(yè)姓 名： 趙學(xué) 號(hào)： 04144725指導(dǎo)教師： 劉2010年 06 月 12 日目 錄摘 要3第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書41.1設(shè)計(jì)時(shí)間及地點(diǎn)41.2設(shè)計(jì)目的和要求41.3設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容5第二章 氟利昂臥式殼管式冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算52.1管型選擇52.2估計(jì)傳熱管總長(zhǎng)62.3確定每流程管數(shù)，有效單管長(zhǎng)及流程數(shù)62.4傳熱管的布置排列及主體結(jié)構(gòu)72.5傳熱計(jì)算及所需傳熱面積確定7水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算7氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算82.6冷卻水側(cè)阻力計(jì)算92.7連接管管徑計(jì)算10第三章 臥式殼管式冷凝器的零部

2、件及設(shè)計(jì)103.1傳熱管、傳熱管的布置及與管板的固定方式103.2殼體、管板及其連接方式103.3端蓋113.4支座113.5連接管11第四章 臥式殼管式冷凝器的整體結(jié)構(gòu)12總 結(jié)14致 謝14參考文獻(xiàn)15摘 要換熱器是制冷裝置中不可缺少的重要設(shè)備，其傳熱效果直接影響到制冷機(jī)重量和體積的大小，以及其運(yùn)行特性和經(jīng)濟(jì)性。冷凝器和蒸發(fā)器是制冷機(jī)必不可缺少的換熱器，它們是制冷機(jī)中得到重要組成部分。而冷凝器是制冷裝置相制冷系統(tǒng)外放出熱量的換熱設(shè)備。臥式殼管式冷凝器最為廣泛的應(yīng)用在大、中、小型氨和氟利昂制冷裝置。對(duì)于氟利昂殼管式冷凝器的換熱器的換熱管選用導(dǎo)熱系數(shù)高的銅管，提高冷凝器的傳熱效率，減小設(shè)備的體

3、積。 在臥式殼管式冷凝器中，制冷劑蒸汽從冷凝器的殼體的上部進(jìn)入冷凝器，制冷劑蒸汽在換熱管外表面上冷凝，凝結(jié)成液體后從殼體的底部流出進(jìn)入儲(chǔ)液器。對(duì)于小型制冷裝置，為了簡(jiǎn)化設(shè)備，冷凝器的下部少裝幾排換熱管，冷凝器的下部作為儲(chǔ)液器。冷凝器的冷卻水從冷凝器一端的端蓋下部進(jìn)入冷凝器的換熱管內(nèi)，兩個(gè)端蓋的內(nèi)部有隔板，以便使冷卻水在換熱管內(nèi)可以多次往返流動(dòng)，冷卻水從一個(gè)端頭向另一個(gè)端頭流一次稱為一個(gè)流程。通常冷凝器的流程數(shù)為雙數(shù)，這樣冷卻水的進(jìn)出口可以設(shè)在同一個(gè)端蓋上，并且冷卻水從下面流進(jìn)冷凝器，從上面流出可以保證冷卻水充滿整個(gè)冷凝器的換熱管。端蓋的頂部設(shè)有排氣旋塞，下部設(shè)有放水旋塞，上部的排氣旋塞是在充水

4、時(shí)用來排除換熱管內(nèi)的空氣；下部的放水旋塞是在冷凝器停止使用時(shí)用來排放殘留在冷凝器換熱管內(nèi)的殘留水，以防止換熱管被凍裂和腐蝕。臥式殼管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面較?。粨Q熱管內(nèi)的水流速較高，所以傳熱系數(shù)較大；冷卻水的溫升較大；清洗污垢不方便，設(shè)備需要停止工作才能進(jìn)行清洗；要求冷卻水的水質(zhì)要好。 第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書編寫：劉恩海 審核：周恒濤課程編碼0714606課程名稱制冷與低溫技術(shù)課程設(shè)計(jì)適用專業(yè)熱能與動(dòng)力工程學(xué)時(shí)1周考核方式學(xué)分1分先修課程工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)間第15周1.1設(shè)計(jì)時(shí)間及地點(diǎn)1、設(shè)計(jì)時(shí)間：20092010學(xué)年第二學(xué)期第15周具體安排： 周一周三：制冷循環(huán)熱力計(jì)算、換熱

5、器的設(shè)計(jì)計(jì)算； 周四：畫圖及整理說明書； 周五：審核、修改、完成。2、設(shè)計(jì)地點(diǎn)：3號(hào)教學(xué)樓B410教室1.2設(shè)計(jì)目的和要求1、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生修完制冷與低溫技術(shù)課程之后進(jìn)行的一門關(guān)于制冷空調(diào)系統(tǒng)換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的課程。換熱器是制冷空調(diào)系統(tǒng)的主要部件，優(yōu)化匹配的設(shè)計(jì)計(jì)算可大大提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此本課程設(shè)計(jì)是一門比較重要的課程設(shè)計(jì)。通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解和掌握制冷空調(diào)系統(tǒng)的各類換熱器的結(jié)構(gòu)、工作特性及合理的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，需要學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，運(yùn)用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)參考資料，解決設(shè)計(jì)中遇到的各種問題。2、 設(shè)計(jì)要求 了解制冷空調(diào)系統(tǒng)換熱器設(shè)

6、計(jì)的內(nèi)容、程序和基本原則；掌握冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作過程以及能夠?qū)淠鞯膫鳠徇M(jìn)行分析； 學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)計(jì)算的程序、方法、步驟及所需設(shè)計(jì)資料等； 熟悉了解設(shè)計(jì)院所做施工圖設(shè)計(jì)深度及編制方法； 收集目前常用的制冷設(shè)備產(chǎn)品樣本，了解生產(chǎn)廠家所在地，產(chǎn)品性能、規(guī)格、優(yōu)缺點(diǎn)、構(gòu)造、價(jià)格、適用范圍、選用方法或使用條件等； 熟悉了解制冷裝置的運(yùn)行方法、調(diào)節(jié)情況、運(yùn)行中存在的問題以及解決方法。1.3設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容設(shè)計(jì)題目：換熱器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)對(duì)象：殼管式冷凝器給定條件：制冷機(jī)型號(hào)6FW10工況標(biāo)準(zhǔn)缸數(shù)6制冷量（Kw）73.26缸徑（mm）100發(fā)動(dòng)機(jī)功率（Kw）40行程（mm）70蒸發(fā)溫度（）-15轉(zhuǎn)數(shù)（r/m

7、in）1440冷凝溫度（）30理論容積（m3/h）285吸氣溫度（）15吸氣管徑（mm）DN80過冷溫度（）35排氣管徑（mm）DN70冷卻水入口溫度（）22工質(zhì)R22 第二章 氟利昂臥式殼管式冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算2.1管型選擇選用的紫銅管軋制的低翅片管為內(nèi)管，如圖所示：其管型參數(shù)如下：(單位：mm)翅節(jié)距翅厚翅高管內(nèi)徑翅跟管面外徑翅頂直徑1.50.351.5111316每米管長(zhǎng)翅頂面積：每米管長(zhǎng)翅側(cè)面積：每米管長(zhǎng)翅間管面面積：每米管長(zhǎng)管外總面積：2.2估計(jì)傳熱管總長(zhǎng)空調(diào)工況下，冷凝器的冷凝熱負(fù)荷。式中制冷量，單位為；壓縮機(jī)的功率，單位為。假定按管外面積計(jì)算的熱流密度，則應(yīng)布置傳熱面積為：應(yīng)布置的有

8、效總管長(zhǎng)為：2.3確定每流程管數(shù)，有效單管長(zhǎng)及流程數(shù)由冷卻水進(jìn)口溫度，出口溫度，由水的物性表知，在平均溫度24.5時(shí)水的密度，比定壓熱容，則所需水量為：取冷卻水流速，則每流程管數(shù)為：取整數(shù)根。對(duì)流程數(shù)，總根數(shù)，有效單管長(zhǎng)，殼體內(nèi)徑以及長(zhǎng)徑比進(jìn)行組合，如下表所示：根2463.670.16722.04921.840.2367.861381.220.2894.281840.920.3332.8在組合計(jì)算中，當(dāng)傳熱管總根數(shù)較多時(shí)，殼體內(nèi)徑（單位為m），可按下式估算：式中相鄰管中心間距，單位為m；管外徑，單位為m。分析組合計(jì)算結(jié)果，并考慮到此冷凝器配用于螺桿壓縮機(jī)組，選取4流程方案作為冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)

9、。2.4傳熱管的布置排列及主體結(jié)構(gòu)如圖所示為傳熱管布置排列示意圖（管板圖），為使傳熱管排列有序及左右對(duì)稱，共布置96根管，則每流程平均管數(shù)根，管內(nèi)平均水速為：，取傳熱管有效單管長(zhǎng)為1.84m，則實(shí)際布置外冷凝傳熱面積為。傳熱管按正三角形排列，管板上相鄰管孔中心距為，管數(shù)最多的一排管不在管體中心線上?？紤]最靠近殼體的傳熱管與殼體的距離不小于5mm，則所需最小殼體內(nèi)徑為241mm，根據(jù)無縫鋼管規(guī)格選用的無縫鋼管作為殼體材料。冷凝器采用管板外徑與殼體外徑相同的主體結(jié)構(gòu)形式，管排布置及管板尺寸能夠保證在管板周邊的均勻布置6個(gè)螺釘孔以裝配端蓋，且能避免端蓋內(nèi)側(cè)裝配孔周邊的密封面不致遮蓋管孔。同時(shí)，殼體內(nèi)

10、部留有一定空間起貯液作用。從整體上看，冷凝器的整體結(jié)構(gòu)尺寸能滿足壓縮冷凝器機(jī)組的裝備要求和限制。2.5傳熱計(jì)算及所需傳熱面積確定水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算從水的物性表知，水在平均溫度為24.5時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度為，即水在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)為湍流，水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：2.5.2氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算根據(jù)管排布置，管排修正系數(shù)計(jì)算：式中、臥式殼管式冷凝器的管排垂直方向上各列管子的數(shù)目。根據(jù)所選管型，低翅片管傳熱增強(qiáng)系數(shù)公式中環(huán)翅當(dāng)量高度：增強(qiáng)系數(shù)查表可知：在冷凝溫度時(shí)，。計(jì)算氟利昂側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：式中冷凝溫度與管外壁面溫度之差，即，單位為；對(duì)平均溫差計(jì)算：取水側(cè)污垢系數(shù)，熱流密度為：式中低翅片管翅根管壁厚

11、度，單位為m；紫銅管熱導(dǎo)率，通常?。坏统崞苊棵坠荛L(zhǎng)翅根管面平均面積，即，單位為。選取不同的進(jìn)行試湊計(jì)算，結(jié)果列于下表中：/第一式第二式1.45476049371.5488348691.5550044801當(dāng)時(shí)，兩式值誤差已經(jīng)很小，取，計(jì)算實(shí)際所需傳熱面積，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際布置冷凝傳熱面積為，較傳熱計(jì)算所需傳熱面積大2.2%，可作為冷凝傳熱面積的富裕量，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所布置的冷凝傳熱面積能滿足負(fù)荷傳熱要求。2.6冷卻水側(cè)阻力計(jì)算按公式計(jì)算冷卻水側(cè)阻力，其中阻力系數(shù)，冷卻水側(cè)阻力式中左右兩管板外側(cè)端面間的距離，取每塊管板厚度為，則。2.7連接管管徑計(jì)算取冷卻水在進(jìn)出水接管中的流速，則進(jìn)出水接管管

12、內(nèi)徑.現(xiàn)將所設(shè)計(jì)的臥式殼管式冷凝器的主體結(jié)構(gòu)及其有關(guān)參數(shù)綜述如下：低翅片管總根數(shù)為96根，每根傳熱管的有效長(zhǎng)度為，管板厚度為，考慮傳熱管與管板之間脹管加工時(shí)兩端各伸出，傳熱管實(shí)際下料長(zhǎng)度為，殼體長(zhǎng)度為，殼體規(guī)格的無縫鋼管取端蓋水腔深度，則冷凝器外形總長(zhǎng)度約為，冷卻水流動(dòng)的流程數(shù)為4，由于傳熱管總根數(shù)為96根，則每流程管數(shù)均為24根。第三章 臥式殼管式冷凝器的零部件及設(shè)計(jì)3.1傳熱管、傳熱管的布置及與管板的固定方式低翅片管用的紫銅管坯管，在氟利昂冷凝器中，紫銅管與管板的固定通常采用脹接方式,如下圖所示。采用脹接時(shí)，一般應(yīng)在管板上加工密封溝槽（但實(shí)踐表明，當(dāng)管外徑小于時(shí)，不設(shè)密封溝槽也能達(dá)到密封效

13、果）。低翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表所示：翅節(jié)距翅厚翅高管內(nèi)徑翅跟管面外徑翅頂直徑1.50.351.51113163.2殼體、管板及其連接方式臥式殼管式冷凝器的殼體及管板內(nèi)側(cè)均承受冷凝壓力，為受壓元件在必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，從而確定殼體和管板的厚度。通常氟利昂臥式殼管式冷凝器殼體的常用厚度為。殼體采用無縫鋼管制作，規(guī)格為。管板的實(shí)際厚度應(yīng)考慮端蓋的裝配工藝需要及在管板的管孔中所設(shè)置的密封溝槽。氟利昂臥式殼管式冷凝器的管板與殼體采用焊接連接方式，如下圖所示：3.3端蓋端蓋多為灰口鑄鐵，端蓋內(nèi)側(cè)的若干筋板將其分成若干水腔，兩端蓋的水腔互相配合，以便冷卻水在管內(nèi)往返流動(dòng)。冷卻水的進(jìn)出口在一個(gè)端蓋上，進(jìn)口布

14、置在方，出口布置在上方，冷卻水往返流動(dòng)的流程數(shù)為偶數(shù)，為四流程。其端蓋如下圖所示：（端蓋內(nèi)側(cè)的波形為分隔筋）此外，在必要時(shí)，可在端蓋頂部裝設(shè)放氣閥，以便在開始充水時(shí)排除端蓋內(nèi)側(cè)（水側(cè)）的空氣；在端蓋下部裝設(shè)放水閥，以便在冬季停機(jī)時(shí)排放殘留的冷卻水，以防結(jié)冰凍裂端蓋和傳熱管。端蓋、密封橡膠和管板的裝配相對(duì)位置如圖所示：（端蓋上止口深度小于密封橡膠被壓緊后的厚度，避免端蓋止口頂住頂板，壓不緊橡膠造成冷卻水外漏）3.4支座支座在冷凝器中的位置按下列要求確定：若冷凝器主體部分的長(zhǎng)度（兩管板外側(cè)面間的距離）為，殼體平均直徑為，支座鋼板厚度中線處與管板外側(cè)的距離為s，則支座的位置應(yīng)保證且。殼體外徑的冷凝器

15、所對(duì)應(yīng)的支座如圖所示： 3.5連接管臥式殼管式冷凝器的連接管包括進(jìn)氣接管、出液接管以及冷卻水進(jìn)出口接管。各連接管內(nèi)徑（單位為m）按下式計(jì)算：式中過熱蒸汽、冷凝液體或冷卻水的體積流量，單位為； 流速，單位為；通常，氟利昂蒸汽在進(jìn)氣接管內(nèi)的流速為，且進(jìn)氣接管管徑與制冷壓縮機(jī)的排氣氣管管徑相同。氟利昂液體在出液接管內(nèi)的流速一般為左右。出液管管徑宜盡量與干燥過濾器及電磁閥的連接管管徑一致。在進(jìn)出水接管中，冷卻水的流速約為。第四章 臥式殼管式冷凝器的整體結(jié)構(gòu)臥式殼管式冷凝器的整體結(jié)構(gòu)如圖所示：臥式殼管式冷凝器的外殼為圓筒形，在殼體兩端各焊接一塊管板。小型制冷裝置用臥式殼管式冷凝器的管板直徑一般與筒體外徑

16、相同，因此，在管板的周邊上均勻分布6個(gè)或8個(gè)螺紋孔（不通孔），用螺釘將端蓋固定在管板上。密封橡膠的作用是防止冷卻水從端蓋與管板之間的結(jié)合處外漏，并與端蓋的分隔筋貼合，避免不同流程之間冷卻水“串流”。在臥式殼管式冷凝器中，制冷劑蒸汽從上部進(jìn)入殼體內(nèi)，冷凝液體從殼體下部出液管流出?？?結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一周的時(shí)間。通過對(duì)制冷與低溫技術(shù)課程的設(shè)計(jì)，我對(duì)臥式殼管式冷凝器有更深的認(rèn)識(shí)，并基本掌握冷凝器的結(jié)構(gòu)形式、材料選擇必須遵循的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)基于現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一個(gè)切實(shí)可行的應(yīng)用方案。 本論文詳細(xì)的介紹了每一結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程和步驟。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，通過不斷的仔細(xì)修改，證明整體設(shè)計(jì)和管排布置是合

17、理的。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，遇到過很多的以前從未遇到過的問題，在解決問題的過程中，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也使我真正了解了該次設(shè)計(jì)的真正意義以及更透徹了解了臥式殼管式冷凝器的工作原理。本次設(shè)計(jì)除了上述學(xué)習(xí)知識(shí)外，更重要的是學(xué)會(huì)了解決問題的方法。遇到問題我們不退縮，迎上去總能利用我們可以用的一切力量把期望的情景實(shí)現(xiàn)。這樣在我們以后的工作中遇到問題的時(shí)候，我們總會(huì)找到解決問題的方法。所以，本次課程設(shè)計(jì)對(duì)我們今后的生活具有很好的指導(dǎo)意義。致 謝感謝我系給我這次能真正體會(huì)的課程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，讓我使先前學(xué)習(xí)的知識(shí)能有個(gè)總結(jié)和更深的體會(huì)。在我做臥式殼管式冷凝器的過程中，曾遇到過很多的問題，我向許多同學(xué)還有老師咨詢過問題，他們都很樂意的去幫助我。在這里真心的感謝我親愛的同學(xué)和老師對(duì)我的課程設(shè)計(jì)的意見與指導(dǎo)！參考文獻(xiàn)1制冷與低溫技術(shù)原理M.吳業(yè)正等