管壳式换热器设计.doc

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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5 1.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 9 1.冷却水水管9 2.制冷剂进出口管径9 3.管板 10 4支座 105.密封垫片106.螺钉10 6.1螺钉载荷10 6.2螺钉面积10 6.3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= 35 kw;

2、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 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

3、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

4、图1张；拆画零件图12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，20032 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

5、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：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,冷却水的进出口温度进口 ； 出口。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

6、的计算、平均传热温差的计算、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、有效总管长L=35.97m、换热管总数NZ=9根4程=36根、长径比=4.12、热流密度、水泵功率等，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/T 5782、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。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

7、的换热量：Q=35KW ；给定制冷剂：R22制冷剂温度：冷却水进出口温度： 进口 ； 出口二、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： 。 单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积：每米管长翅侧面积： 每米管长翅间管面面积： 每米管长管内侧面积： 每米管长管外总面积： 估算传热管总长。假定按管外面积计算的热流密度，则应布置的传热面积及有效总管长分别为： ； 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，出口温度，由水物性表可知，在平均温度34时水的密度，比定压热容，则所需水量： 取冷却水流速w=2.0 m/s，则每流程管数： ，取

8、Z=9根 实际水流速度： 对流程数N、总根数NZ、有效单管长l、壳体内径及长径比进行组合计算，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壳体内径长径比2182.00.12416.134361.00.2434.12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22 mm，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为35 mm。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

9、交换器原 图一、布管示意图理与设计第47页的要求，最靠 近壳体的换热管与壳体内壁的距离取8 mm，则所需最小壳体内径为243 mm，根据无缝钢管规格（GB8163-87），选用外径为273 mm，壁厚为8 mm，内径为257 mm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，水在平均温度时，运动粘度，物性集合参数B=2178.2。 因为雷诺数，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： 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

10、）式计算： 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： 增强系数： 查小型制冷装置表3-11，R22在时，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： 对数平均温差计算： 取水侧污垢系数 ，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（单位为）： 选取不同的（单位为）进行试凑计算，结果见下表：表二、试凑计算结果/第一式第二式1.45506051061.46508650951.4751125083 当=1.46时，两式误差已很小，取计算实际所需传热面积： 四、阻力计算 冷却水侧阻力计

11、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：冷却水侧阻力：式中，表示左、右两管板外侧端面间的距离，按照制冷机工艺第111页表6-5的要求。取每块管板厚度为35 mm，则=1.0+0.07=1.07m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，则水泵所需功率为：五、强度计算1、冷却水管管径计算。取冷却水在进出水接管中的流速为w=1m/s，则进出水接管管内径为：2、制冷剂进出口管径计算。由制冷原理及设备附表13查R22饱和液体及蒸气热力性质表，在忽略R22蒸气在过热区的冷却过程，可知，时，制冷剂在冷凝器入口处（饱和蒸气）比焓为，在出口处（饱和液体）的比

12、焓为。据此可算出制冷剂的质量流量为： 时，R22饱和气体及饱和液体的比容分别为：，于是可以算出制冷剂在进出口处的体积流量分别为： 选取制冷剂蒸气在进气接管内的流速为w1=12m/s，制冷剂液体在出液接管内的流速为w2=1.0m/s，则制冷剂进出口接管的内径分别为： ，圆整后取222的无缝钢管； ，圆整后取182的无缝钢管； 3、管板。按小型制冷装置表3-8及制冷机工艺表6-5的要求，并考虑到要在管板上加工螺栓盲孔，故管板的厚度取t=35mm。 4、支座。按小型制冷装置表3-9，结合及，可取支座钢板厚度中线处与管板外侧的距离s=200mm。 5、密封垫片。按照的GB150-1998的要求，垫片的

13、材料可以选取石棉，厚度可取1.5mm。具体参数为：垫片系数m=2.75，比压力y=25.5Mpa。垫片的宽度按热交换器原理与设计第47页的要求确定，本设计壳体的内径，故可取垫片的宽度N=25mm，垫片基本密封宽度，垫片的有效密封宽度。6、螺钉。按照GB/T5782 的要求，选取螺钉M1670mm。螺钉的数量为33个。6.1螺钉载荷：预紧状态下需要的最小载荷为：操作状态下需要的最小载荷为：6.2螺钉面积:预紧状态下需要的最小面积为：操作状态下需要的最小面积为： 螺钉的实际面积为：，符合要求。6.3螺钉的设计载荷：预紧状态下：操作状态下： 7、端盖。按照过程设备机械基础P115页中相关的要求，选端

14、平板端盖，端盖厚度为S=6mm，螺钉连接处的厚度取30mm。 六、心得体会本次课程设计虽然只有短短的两周，时间紧的同时任务也很重，但经过两周的时间，最终还是顺利地完成本次设计，现在回想起来，可谓受益匪浅： 1、加深了对理论知识的理解与运用。自己以前所学的知识大多仅仅停留在表面，缺乏必要应用，因此，对于这些抽象性的知识，理解上往往并不深入，有时甚至是肤浅的。通过这次设计，自己可以很好地加深理解从课堂上学到的理论知识。 2、是对前段时间生产实习的很好应用。上个月的生产实习后紧接着就是本次课程设计，可以说，前段时间的生产实习为这次课程设计带来了很大帮助，因为在设计的过程中可以时刻结合自己在实际中遇到

15、的各种情况，遇到各种难题，也可以从实际应用的角度出发进行分析解决。 3、锻炼了自己搜集信息的能力。刚接到设计任务时，手头上的资料不足以完成设计，因此在设计的开始阶段，自己的工作重心放在了搜集必要的技术手册、设计规范以及相关著作上，网络以及图书馆就是我最常用的工具，这个貌似简单的工作其实也很考验个人的能力，因为自己要解决应收集哪些资料、如何收集等实用性问题，这些能力的锻炼对自己以后解决各种问题也很有帮助。 4、锻炼了自己的计算机绘图能力。由于自己平时比较少用CAD、UG等主流绘图软件，因此在刚开始画图时，自己遇到的问题可谓不少，甚至有时连一些最简单的命令也不会使用，但通过自己的复习、摸索、再加上

16、向其他同学请教，最终还是掌握了常用命令的使用要领，对一些典型的技巧的使用也游刃有余，我自己也是先在UG上绘图，再导出到CAD里标注，这种做法一举两得，可以同时两种软件的使用技巧。 5、锻炼了分析与解决问题的能力。设计过程中，自己以及其他同学经常遇到不明白的地方，大家一起讨论、研究或者请教老师、师兄，最后顺利地解决了难题，在这个过程中，自己分析与解决问题的能力已在无形中得到了提高。 7、当然，在设计的过程中也发现了不少的问题。例如，自己在时间的把握上不够准确，由于自己的判断有误，放在资料搜集以及计算上的时间过多，导致后面的画图时间紧迫，影响了设计的按时完成；工作效率还有待提高，自己在某些问题上有

17、时会有所犹豫，减慢了设计的速度，这些都是我以后需要改进的地方。七、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，20032 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 冯开平 左宗义 编，画法几何与机械制图M. 华南理工出版社出版，20049 巨勇智 靳士兰 主编，过程设备机械基础M. 国防工业出版社，2005 10 郭庆堂 主编，实用制冷工程设计手册M. 中国建筑工业出版社，1994 11 邬志敏 主编，制冷机工艺M. 上海科学技术出版社，198912 杨可桢 程光蕴 李仲生 主编，机械设计基础M. 高等教育教育出版社，200613 兰州石油机械研究所 主编，换热器M. 中国石化出版社，198614 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Z.八、附图13_