400KW直接蒸发式冷水机组设计

1、密级目:院:学生姓名:专业班级:企业名称:企业指导教师:（“卓越计划”学生用）400KW直接蒸发式冷水机组设计能源与动力工程学院黄 聪 学号：541202020112热能与动力工程 12级卓越01班河南冰峰制冷设备有限公司程建鸣学校指导教师（职称）吴学红（副教授）完成日期:2016年5月25日400KW直接蒸发式冷水机组设计中文摘要 英文摘要绪论1.1研究背景1.2冷水机组的制冷原理1.3冷水机组的分类1.4发展现状系统的热力计算2.1原始资料及参数的确定2.1.1原始资料 2.1.2参数的确定2.2热力计算压缩机的选择3.1压缩机类型的确定3.2压缩机的选型冷凝器的设计计算4.1参数的确定4

2、.1.1换热量的确定 4.1.2理论传热面积的确定 4.1.3配风量的确定104.1.4迎面风速及迎风面积的确定4.2盘管的设计104.3水系统的设计124.3.1淋水量及补水量的确定124.3.2水泵功率的确定134.4风系统的设计134.4.1空气压力损失的确定134.4.2风机功率的确定154.5冷凝器中零件的选择155蒸发器的设计计算5.1初步结构设计计算5.1.1初步结构设计5.1.2管内R22的表面传热系数185.1.3水侧表面传热系数的计算205.1.4传热系数的计算225.1.5管内流动阻力和平均传热温差的计算225.1.6单位面积热流量qf0及传热面积A0的计算235.1.7

3、冷冻水侧流动阻力计算23245.2.1换热管设计245.2.2壳体结构设计265.2.3进出口设计265.2.4封头设计275.2总体结构的设计525管板设计29526折流板设计305.2.7拉杆设计315.2.8定距管尺寸325.2.9支座尺寸325.2.10法兰尺寸336零部件及管道的设计和选用356.1电子膨胀阀的设计选型356.2管道的设计356.3其他零部件的选择3538结束语39参考文献4041400KW直接蒸发式冷水机组设计 400KW直接蒸发式冷水机组设计目前日益提高的生活水平使人们对生活的要求也是越来越高。那么空气环境 的舒服性则是人们要求的重中之重。本次毕业设计是设计出制冷

4、量为 400kW，适用于大型场所的冷水机组。本文首先介绍了冷水机组的发展现状以及不同种类的压缩机的比较。通过比较，确 定压缩机的类型进而选择的型号为 CSW8573-110-38P。通过计算，直接蒸发式冷凝器的传热面积为94.27m2，有效管长为3.5m；蒸发器的传热面积为39.33m2, 有效管长为2.868m。本文第六章是对节流装置、连接管路、电磁阀等零部件进 行计算与选型。本次设计的冷水机组严格按照原始资料进行，能够满足人们的要 求。关键词 冷水机组/螺杆式/直接蒸发式冷凝器/干式蒸发器THE DESIGN OF 400KW DIRECT EVAPO RATIVECOLD WATER C

5、HLLERABSTRACTAs stan dard of livi ng rise in creasi ngly make people also havemore and more high the requireme nt of the quality of lif e. Whil e the comfort air en vir onment is the key of the people dema nd.This graduati on desig n is mainly desig ned a cap acity of 400 kW, suitable for shopping m

6、alls of cold chiller. This paper first introduces the development trend of the chiller and comp aris on of differe nt types of comp ressors. By comp aris on, the type of compressor is determined and the type isCSW8573-110-38P.By calculating, heat2tran cefer area of direct eva po rative conden ser is

7、 94.27m and the effective len gth is23.5m； heat trancefer area of dry evaporator is 39.33m and the effective length is2.868m. And calcuIating and selecting the throttling device, connecting line and sole noid is in the cha pter VI. The desig n of the chiller can satisfy the requireme nts of the peop

8、le with strict the requireme nts of the raw material.KEY WORDS cold chiller, screw type, direct evaporative condense, dryeva po rator400KW直接蒸发式冷水机组设计 1绪论1.1研究背景目前科技的快速发展让工业自动化程度越来越高， 制冷空调设备在国民经济 各个方面的应用日益广泛。在全国的耗能中，冷水机组工作时所消耗的能量占了 很大的比例，而在此，其制冷用电的上升趋势尤为迅猛，据数据表明，在相同气 候条件下我国现阶段的住宅房每平米的能耗是发达国家的 3倍左右。科技

9、的高 速发展使人们生活的更加便利，也使人们对生活的品质有较高的要求， 对居住环 境也提出了更苛刻的要求，也就会导致对能源的需求也逐步增加， 能源供需之间 的矛盾也日益显现。因此建筑节能为提高能源的利用效率提供了一个新的思考方 向,也是节能环保最有效的措施之一。在我国建筑节能主要体现在大型的公共设 施中对空调系统的节能控制，而冷水机组恰恰是整个系统中最消耗能源的地方 对冷水机组合理的设计是建筑节能的关键。所以保证冷水机组高效稳定的运行是 设计中需要解决的首要问题。1.2冷水机组的制冷原理现在市场大部分冷水机组采用的制冷方式是蒸汽压缩式制冷。这种制冷方 法是液体汽化吸热，具体点说是液体制冷剂在蒸发

10、器中蒸发吸热制冷， 这是目前 制冷技术中最多的方法。本设计采用单级蒸汽压缩式制冷系统。冷水机组主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、干燥过滤器、热力膨胀阀3等组 成，并用管将它们连接成一个的系统。冷水机组制冷时，制冷剂被压缩机吸入, 经压缩，成为温高压高的气体；经管道进入冷凝器中，与冷却水进行热交换，凝 结为高压液体，在热力膨胀阀中，高压常温液体经过节流降压成为低压低温的液 体，进入蒸发器中因为蒸发对冷却水进行吸热降温， 让其水的温度达到所需要的 低温，正是这样不断地循环，是冷却水的温度被一点点降低，达到了制取冷冻 水的目的。1.3冷水机组的分类5冷水机组在许多制冷的地方、场合都有广发的应用，因为它能

11、快速大量地制 取冷冻水。冷水机组大的方面来说，可以分为压缩式冷水机组和吸收式冷水机组。冷水机组按照压缩机的不同种类可以分为许多不同类型的压缩式冷水机组。不过常常见到的都是容积型冷水机组，比如离心式、涡旋式、活塞式和螺杆式冷 水机组等。不过按照冷凝器的冷却形式，可分为风冷式、蒸发冷却式和水冷式冷 水机组。也有按照所用制冷剂的不同对冷水机组进行分类，称为氨冷水机组和氟 利昂冷水机组。吸收式冷水机组依据不同的热源方式，可分为热水型、直燃型和 蒸汽型冷水机组。1.4发展现状近年来，随着经济的飞速发展、科学技术实力的不断提高，我国冷水机组的 制造技术也一天胜过一天，与发达国家的差距正进一步缩小，但是主要

12、核心部件 如压缩机，还是需要国外货或者合资的压缩机比较多， 这在无意之中也增加了企 业制造成本。当今社会，制冷设备的应用范围越来越大，现代的制冷装置大多数都是应用 冷水机组来冷却，因此冷水机组市场的发展前景可观。先进的冷水机组研制技术仍然是西方的一些发达国家。他们的研制趋势也都是结合本国的国情和实际，大 力改进冷水机组的形体，不断提高了冷水机组的性能，制造出体积小、效能大水 的冷水机组。经过几十年创新，无论是生产水平还是技术成熟，都有了很大提咼，在中国 的经济中也有了相当大的益处。但是，由于制冷设备应用范围广，在不同领域要 求也各不一样。随着各行个业的发展，对它机能也提出了很多的要求。 从目前

13、情况看，我国制冷行业仍然存在很多不足。例如：20世纪80年代中期，我国就开始引进国外先进技术，并建立了一些合资企业 ，但是不能吸收异国的经验； 这个行业的素质很差，很多老技工已退休，新来的技工又不会，这种后浪接不上前浪的现象已严重阻碍了我国制冷行业的良好发展；国家投入的资金少，一些好 的人才不回来，而且市场上或制冷公司中大多数还用国外货，不支持国货。2系统的热力计算2.1原始资料及参数的确定2.1.1原始资料1.制冷量：400kW2.冷凝温度：36 r3. 气候环境类型：空气干球温度35C,空气湿球温度28 r4. 电源：220 V 50Hz5.工质：R226.水箱温度：31-33r7 .制冷

14、量输出方式：输出冷媒水8.冷媒水进口温度：12r冷媒水出口温度：7r2.1.2参数的确定蒸发温度:To= tw2 -也To(2-1)其中：tw2是冷媒水出口温度,ATo=5-1OC，故此取 To 为 2C。过热度和过冷度的选取:过热度一般的范围是10 15C，本次毕业设计取15C过冷度一般的范围是5 10C，本次毕业设计取5C压缩机类型：螺杆式指示效率？i= 0.8 机械效率？m = 0.95 轴效率？尸0.76戈=3咒入2.2热力计算F面图2-1和表2-1分别表示系统制冷剂的ph图和ph图中对应点的参数 图2-1系统制冷剂的ph图表2-1 ph图中对应点的参数点P (kPa)t (C)V (

15、 L/kg )h (kJ/kg)s(kJ/(kg*K)x0531244.19405.641.7475115311747.72416.781.78692138975.9321.06450.571.81052s138966.3220.12442.461.78692v13893616.8415.511.7037131389360.87244.431.503041389310.86238.021.1299553128.4238.021.13830.175热力计算如下：(1)、单位制冷量qo:q。= h1-h5=416. 78 - 238. 02=178.76kJ/kg(2-2)(2)、单位理论功woW

16、o = h2s-h1=442. 46 - 416. 78=25.68kJ/kg(2-3)(3)、单位容积制冷量qv：qv(4)、单位指示功V1Wi：-h1需=3746.02=450.57 -416.78 =3kJ/m33.79kJ/kg(2-4)(2-5)400KW直接蒸发式冷水机组设计 (5)、单位冷凝热qk:q = h2 - h4 = 450.57 - 238.02 = 212.55 kJ/kg(2-6)(6)、制冷剂的质量流量qm :qmQ0(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、q。压缩机理论功率Po：P0 =qm压缩机指示功率Pi= 3746.02 kg/s

17、178.76X Wo = 2.24 X 25.68 = 57.46 kWPi:P057. 460. 8=71.83 kW理论制冷系数dqoW0187. 7625. 68=6.96实际制冷系数25：Q0400卡诺循环制冷系数热力完善度(2-7)(2-8)(2-9)(2-10)PiT071.83 57(2-11)Tk-T。压缩机的实际排气量qva = qm 01 =压缩机的理论排气量取入=0.75qvtqva：2.24qvt:2 +273. 15 =8.0936-29汽签心600 = 384.41m3/h384.410. 75=512. 54m?/h(2-12)(2-13)(2-14)(2-15)

18、3压缩机的选择3.1压缩机类型的确定现在市场上的压缩机大多数为螺杆式压缩机和活塞时压缩机，这两种压缩机各自所在的冷水机组各有各的优势，各有各的特点。活塞式压缩机:优点：技术应用普遍，制造容易，成本低，所使用的电少 缺点:每小时制冷量小，搬运时需要太多人力，修理时麻烦螺杆式压缩机:优点:结构简单，部件少，工作好，修理快，运行平衡好，调节方便9 缺点：价格高，噪音大，耗油量大，需要进口货来加工经上述比较，发现螺杆式压缩机的优势更大一些，进而由于此设计的制冷量为400kW比较大，半封闭式紧凑型螺杆式压缩机集成的油分离系统简化了系统结 构并可快速安装且还是冷水机组应用的理想选择10，故用该类型压缩机能

19、够满 足条件。3.2压缩机的选型压缩机选型可以利用比泽尔公司的选型软件进行选择，下面图3-1是用计算 出的参数选用的压缩机的截图。选用压缩机的参数如下:压缩机型号：CSW8573-110-38P容量级数：100%制冷量：412kW蒸发器容量：412kW输入功率：82.0kW电流（380V）:143.6 A电压范围：360-400VCOP/EER:5.03质量流量LP:8276 kg/h;质量流量HP:8276kg/h;运行模式:标准液体温度:31.0C排气温度未降低:753CR221载理畫*压竦嗨ESlffiTS-lID17罠苗腆T緞a度SST2=c:掩遇庭EDT36*cX_謬济丹e夜检述H；

20、邻gH局T 5K1的担审15K血0Em仍却1自动-”叫0冃审调节iDffltT电週跌血負5DHiT电湎电压3M卜PF QBF-)T半封iflS饶剖杆压姑机HSI.D-C36.DC图3-1cswa 丐了：（100%）靈H换眼衣术齟B浪寸与联a I翻 股岸T片妬EF 129W am 恵OK S悽过宽楚见S&梯据/ 麺t S刪ICWaS731H3flP1吝里级数1眦制娅412 kW制:锂-蜩kW華55寵412 kW2 0kW电逡（33闻佩石A电压范33S&WOOP/EER久阳删/EER.馬鲫S LPE27ie kg Al馬ssa HPB期 ka4i延行At或tf43T.D T冷却方式-排FIS制熄7

21、5J T选用的压缩机型号和参数2.ac170-C4冷凝器的设计计算冷凝器是制冷循环系统中关键的部件之一，也是必要的热交换设备。它的主要作用是通过将压缩机出来的过热蒸气变成冷却、冷凝成为饱和液体，甚至过冷液体11，以便有利于达到蒸发温度。按照冷凝器使用冷却介质和冷却方式的不同： 有水冷式、空气冷却式和蒸发式三种12。本次设计用的是直接蒸发式冷凝器。下图4-1为直接蒸发式冷凝器原理图。图4-1直接蒸发式冷凝器原理图4.1参数的确定4.1.1换热量的确定换热量Qk也就是所说的排热量或冷凝负荷。被冷却介质被冷却时放出的热量Qk包括两部分，一部分是冷却介质吸收的热量，另一部分是由机械功转化的 热量。计算

22、公式:(4-1)Qk=Qo + NF m式中:Qk换热量，kW ；Qa压缩机制冷量，kW ；叽压缩机轴功率，kW ；压缩机的机械效率;按式(1)计算得：Q K=412+82X0.95=489.90kW。4.1.2理论传热面积的确定理论传热面积S是一个的理论值，由换热量除以单位面积热流量得到的，在 数值上和实际传热面积存在不同。计算公式:(4-2)S号qf式中:S理论传热面积，m;Qk换热量，kW ；qf单位面积热流量，kW/m?。本设计取 Qf = 5.41kW/ m?。按式（2）计算得：S = 489.90/5.41=90.5気？。4.1.3配风量的确定配风量直接决定着风机的功率，是直接蒸发

23、式冷凝器内部的总风量。 往往按 照需要的风量来表示换热量，中国相关行业的白皮书上说 =22加3/（hkW）,当 然了也有的按30034加3/（hkW）来算13。风量大让传热系数大，效果就会很 明显，但将会用很多的电能，所以配风量要取恰当。计算公式:(4-3)式中:Ld配风量，m叭；Qk换热量，kW ；配风比沖/（kW）。机电工业部颁布标准是 K0.06辭/（呂kW），本次设计选为 0.06im/(kW)。按式(4-3)计算得：Ljj = 489.90 0061 = 29.8细3 / jj。4.1.4迎面风速及迎风面积的确定经过前人的大量实验与总结，研究表明蒸发式冷凝器迎面风速Vp有一个最佳 范

24、围（2.93.1m/ S）14。Vp越大，空气与水的相遇时间就越短，换热不完全；此外， Vp增大，可以让 热湿交换更加充分13。所以齐恰当，机组的效果才能达到最高。Vf计算公式:(4-4)式中:A迎风面积，mhLd配风量，n?/S;Vp迎面风速，m/i!。本设计取齐?为3.0m/ 。按式（4-4）计算得：A = 29.88/3.0= 9.9钿？。4.2盘管的设计本次设计用直径d0为25mm的钢管，钢管正三角形错列排列来布置。钢管 的截面为圆的。计算可以算管程数，而且盘管的长宽比一定要恰当。盘管设计的 好坏会直接影响后续的计算，所以盘管一定要设计好。本次设计管长用3.5m，考虑弯头及壳体间隙，迎

25、风面长 B为3.8m，则(4-5)d=B式中:-迎风面宽，m；-迎风面积，2 m ;-迎风面长，m。DAB按式(4-5)计算得：D = 9.96/3.5= 2.62m管子之间的距离Pt 一般情况下为do的两倍，因此Pt= 50mm。(4-6)DnH Pt+d。式中:h每排管数;D迎风面宽，m；Pt 管间距，m。按式(4-6)计算得：皿=2.62/0.075= 35(排)式中:(4-7)Si每排管的面积,S 理论传热面积,2m ;2m ;h每排管数。按式(4-7)计算得：S1 = 90.55/35 = 2.59m2(4-8)式中:N管程数；Si每排管的面积,S2 单管的表面积,2m ;m2。S2

26、=2I O.01252+2I 0.032= 15.68kg/ s计算公式:W G7%式中:W补水量，kg/s；GS淋水量，kg/so按式(4-11)计算得：W= 15.68 X%= 1.10kg/s432水泵功率的确定计算公式:Ns = 9aGs咒 Hz(4-12)式中:Ns水泵功率，kW ；GS淋水量，kg/s；Hz水泵扬程，m (值为10m) o按式(4-12)计算得：Ns= 9.8X 15.68X 10= 1536.33kW4.4风系统的设计4.4.1空气压力损失的确定(1)、空气流过冷凝盘管的阻力：计算公式Gm = Gm/(A -H XdoB) = Ld X P(A 加 Xdo XB)

27、(4-13)式中:Gm最窄面空气质量速度，kg/s;Gm配风量的质量流量，ld配风量的体积流量,P匕工况下空气的密度,2m ；A迎风面积,h每排管数;d0管径，m ；B迎风面长,m。kg/s；2.m /s；kg/m3;按式(4-13)计算得：Gm = 29.88 X.15/ (9.96 35X 0.025X 3.8) = 5.18kg/ s 当 Pt/d0= 2 时，iR =0.510七 N xGm2x1.02(4-14)式中:AP1 空气流过冷凝管的阻力，Pa；N管程数;Gm最窄面空气质量速度，kg/ S。按式(4-14)计算得：AP1 = 0.51 X0-99X5.182X1.02= 1.

28、26 X0-7Pa、空气流过挡水板的阻力：计算公式2g(4-15)式中: P空气流过挡水板的阻力，Pa；E局部阻力系数(通常取3);V最窄面风速，m/ s (一般取V = 1.2Vf);Vf迎面风速，m/s；2g重力加速度，m/s。按式(4-15)计算：AP = 3X3.62/ (2 9.8)= 1.98Pa、空气流过喷嘴排管的阻力：计算公式0. 0仆 Z%Vf2(4-16)式中: P空气流过喷嘴的阻力，Pa；Z喷嘴个数；Vf迎面风速，m/s；P匕工况下空气的密度，kg/ m3。按式(4-16)计算得：AP3= 0.01 X17X3.02/(2 X.15)= 4.58Pa本次设计取喷嘴和喷嘴之

29、间的间距L=300mm。用B除以L与D除以L的乘积，就得到喷嘴的个数。即：380.3= 13,2.62/0.3= 9, Z = 13X9= 117计算公式: P= Pt P2 + P3(4-17)式中:AP空气流过盘管机组的阻力,Pa；AP1空气流过冷凝管的阻力,Pa； P空气流过挡水板的阻力,Pa；Pa。AP空气流过喷嘴的阻力，按式(4-17)计算得：AP = 1.26 X0-7+空气被净化后的损失也应该考虑在内，可以取风机压头AP为10Pa31.98 + 4.58=6.56Pa,而进出口的风阀和4.4.2风机功率的确定风机放在箱体的上部，而且还长期处于湿润的环境中， 容易被腐蚀，所以可以采

30、用铝合金风叶和全封闭电机。计算公式:Nf =APxLd(4-18)式中:Nf 风机功率，kW ;A P 气的压力损失，即风机压头，Pa；Ld 酉S风量， m3/s。按式(4-18)计算得：Nf = 10X 29.88= 298.8 W4.5冷凝器中零件的选择、喷头喷头采用马利专利产品TARGET型喷头，喷头的直径为48mm。(2)、挡风栅和进风窗挡风栅和进风窗都是由PVC材料制成的，用这种材料做，有很多的优点。举个例子说：做出来的东西不重，人们在搬运的时候，不那么累人，而且效果也比较好。挡风栅类似于农村里面的篱笆，主要作用就是风机吹风，风经过喷头,风中含有大量的水，经过挡风栅，把水过滤出来，节

31、约了水资源。进风窗主要过滤空气，防止空气中的杂志进入冷凝器中，影响盘管和喷头,使其上面有很厚的灰尘，阻挡了冷凝器的工作运行。(3)、泵泵是把水槽里的水抽到10m的高度。根据水泵需要的功率为1.54KW，扬程为10m，以及流量，从而确定水泵的型号为 125- 80-160 (J)叶轮为Z型式。泵 的型号选择见附录1。、风机通过查找资料，采用DWT-I (轴流式)7号风机，风量大、噪声低、效率高、 重量轻、运转平稳、可制作成防腐、防爆型，选型如附录 2,参数如下:数量2转速560rpm风量9300m3/ h风压83 pa功率0. 15KW噪音59dB5蒸发器的设计计算蒸发器的种类比较繁多，根据不同

32、的角度也有不同的分类，而本次设计是从 供液方式的不同，可以分为有满液式、干式、循环式和喷淋式等11。本次设计选 用干式蒸发器。干式蒸发器中又有两种管子，一种是直管，另一种是 U型管。U型管换热器的 管束结构由U字形弯管组成，如图5-1所示。这种换热器是同一块管板上有管的两 端，管程至少为两程，不用固定拐弯处，每根管子可以自由伸缩，不受其它的影 响。尽管可以将壳体内的传热管取下来进行清洗，而传热管内壁却不容易清洁, 所以需要保证较高的洁净度，增加了结构的复杂性。而且坏的传热管不容易替换, 这也导致了使用的不方便。因为弯管有曲率半径所以会导致管束中心部分空间对 换热器的工作有着不利的影响16。由于

33、这些缺点的存在，使得它的应用受到很大的限制。本次干式蒸发器设计采用的就是 U形管换热器。图5-1 U型管式换热器5.1初步结构设计计算5.1.1初步结构设计现在在冷水机组上的换热器管常用的有两种规格：一种是02 2.5m m,另 一种是019X2mm。本次设计采用的是后者。管用的是内微肋片管。设内肋片管的单位面积热流量qf0=10000W/m2,则其所需的外表面传热面积 =2q f 0400/10000= 40m2。因内肋片管qfo较大，拟采用二流程的U型管结构，每根蒸发管直管段全长为3m,将折流板的厚度考虑在内，传热管实际的有效换热长度为Lt=2894mm。故蒸发器所需的管数为：40nt =

34、兀 dt Lt =3.14x0.019x2.894 = 233.61(5-1)取234根管子的中心距s=25mm,贝U蒸发器的布管规划和总体结构如图所示。具体结构尺寸如下：壳体外径及壁厚 DoXS5=OX1O.Omm管侧流程数i=2管子总数nt=234管板厚度峦=50mm折流板厚度為=4.0mm折流板数目Nb=14折流板间距s=200mm折流板上下缺口高H=125mm缺口内管子数nb=42冷媒水横向流过管排数Nc=18靠近壳体中心一排的管数nc=17通过初步设计可以计算有效的传热面积为A。二认山 Lt =兀咒0.019咒 234X2.894 =40.40 m2(5-2)5.1.2管内R22的表

35、面传热系数根据公式计算内肋管的流道面积为兀 2兀diA=di2 -0.5f4 i2兀2兀X152= i152 -0.5x0.i7x= 174.71mm242(5-3)2f。= =兀 X 0.019 = 0.06 mm /m(5-4)兀di. 2+ f 2l4Nn 丿2=0.07 mm /mfi 牛+2nJ(5-5)呼=3巴=0.06 mm2/m(5-6)g 4qmr管内R22的质量流速为4 X 2 24c(5-7)=218.93 kg/(m 2 ”s)nt A234 X 174. 41 X 10由蒸发温度to=2C，查的R22的热物性参数如下:po=53O.83 kpap=1274.7 kg/

36、m33P=22.764kg/md=0.0002135 Pasw=0.00001159 Pas1=0.02256 W/(m s)0.00257 W/(m s)cp=1175 J/(kgK)cv=748 J/(kg K)(T =0.00956 N/m?=203.74 kJ/kgX1=0.175。由已知的条件可以在R22的压焓图中查出节流后的低压蒸气干度若取蒸气在蒸发器出口处的干度 X2=1.0，可测蒸发器内R22蒸气的平均干度为=0= 0.58752(5-8)根据R22在内微肋管中沸腾的表面传热系数计算公式C2p0di r3r 1 CgfP61C7C8C1 BoOI)+ C4iXtt 丿k 1丿R

37、e Pnf丿C1=0.009622,C2=0.1106, C3=0.3814, C4=0.5100,(5-9)其中cs=-0.7360,C7=0.2045, C8=0.7452, C9=-0.1302Xttq = 2.24188 K 10218. 93 X 203. 74 x 103.5. f1I 4L=0.1301-8qi(5-10)(5-11)V. v JPr1O,00001159 X 1175 = 11.120.02256(5-12)e-X g diR=6344.96L(5-13)0.80.4 入 la O. 023 Re Pn =99.85di(5-14)考虑Wf的比值在一般情况之这种

38、翅片的高度看做为1）。于是将数据代入上述传热系数计算公式可得:a j = 895. 07qi0. 1106+ 1754.7891(5-15)5.1.3水侧表面传热系数的计算蒸发器的进水的温度为tw1=12C，出水温度为tw2=7C。由冷水的定性温度t w1 t w212+7= 9.5C，查的水的物性参数有:cpw=4.195 kJ/(kg K) Prw =9.66爲=0.579W/(m K)3P=999.75 kg/m6 2v=1.332 X0- m /s冷水的流量为q mwQo400Cpw t w1 t w24= 19.07kg/S(5-16)在折流板内流动的横向面积Ac2=S2(Di- n

39、cd。)(5-17)= 0.2X(0.48-17X0.019 ) = 0.0314m2管板端横向流通面积Ac1 二S1(Di - ncd。)(5-18)= 0.2X(0.48 17X0.019 ) = 0.0314m2水横向流过管簇的平均面积A = A1 + A2 = 0.0314m2(5-19)125=480=0.26查表5-1，得Kb=0.159。通过上述计算可以确定，折流 板缺口内管数nb=42，则缺口内水流通面积为2(5-19)q mw19. 07999. 75 X 0. 025 二 0.77毗(5-21)A =A1 = A2 = KbD2 一 - 0.025m2表5-1折流板缺口面积

40、比Kb值H/Di0.150.200.250.300.350.400.45Kb0.07390.1120.1540.1980.2450.2930.343则水横向流过管簇的流速为q mw19. 07=0.61m/s(5-20)豹CPwA999. 75 X 0. 0314水流过缺口时的流速为水侧平均流速为.50. 5(5-22)=(0.61 X 0.77)= 0. 68m/s故水侧雷诺数为(5-23)皿=9763.97根据计算公式可得水侧表面传热系数为% =0.22Rew0.6Pj/3组=3535.48 W/(m2 K)d。(5-24)(5-25)考虑折流板周边密封不严，取叫=0.护0 =3181.9

41、4 W/(m2 K)5.1.4传热系数的计算取水侧污垢热阻ro=O.OOO172(m2 - K)/W , R22侧污垢热阻ri=0,则以管外面积为基准的传热系数为K0Jfi(5-26)0. 880. 1106+ 0. 00049+ 1754. 78915.1.5管内流动阻力和平均传热温差的计算R22在二流程的管长中流过的管程长 L = 4L = 4 X 2. 894 = 5. 788所以内肋片管的阻力系数为 =-1 z5006 =0.037(5-27)g diX忽略在端盖内的转向阻力，则R22在管内蒸发时的阻力为, 22(5-28) P0 =丄 g X =5163.82PaP02diP为克服R

42、22在设计的内微肋管蒸发时的流动阻力，则R22进蒸发器的压力(5-29)P01 二 P。+ 也 p。二 535993.82 Pa对应的蒸发温度为t01=23C平均传热温差为t W1 t 01 t W2 t 0 ) = 7 09Inw1 L 01(5-30)w2I 05.1.6单位面积热流量qfo及传热面积Ao的计算7. 09qf00. 880.1106+ 0. 00049(5-31)895. 07q.+ 1754. 7891qf0=1.14qi(5-32)联立两个qf0的式子，用试凑法解此方程得 qi=8958W/(m2?K)，代入公式得qf0=10168.88W/m2需要的传热面积=39.3

43、4 m2(5-33)裕度为A A1= 1.69%(5-34)5.1.7冷冻水侧流动阻力计算在折流板缺口处冷水流动时所受到的阻力为2也 P0 =0. 103PwWc = 61.26 Pa(5-35)在光管管簇时冷冻水的阻力为Rew=9763.97 1000.75 =-RewS-d。；0T =0.15(5-36)d0丿所以水横掠过管簇时的阻力为2(5-37)Apc = 2NcwWc = 1997.67 Pa在冷却水冷冻水在折流板缺口间平行流动时的阻力为因为4Adeq =式中，U为湿润周长。同时Rew4扁刖-略=0.01710011.110.31640. 250. 032(5-38)(5-39)Re

44、(5-40)则阻力Ap丄2Wb = 1615.84 Pa2deq(5-41)所以冷媒水侧总流动阻力为(5-42)也 P = Nb P。iNb1虫 Pc + 也 Pp=14 X 61.26 + (14 + 1 )咒 1997. 67 + 1615. 84=55086.78Pa5.2总体结构的设计5.2.1换热管设计(1)、管程分程换热器需要的管子短而多时，就得排列很多的管子。为了提高管程内的流速, 等七种17。本次设计采用两个流程。增大管内传热系数，要将管子进行分程，管程数一般有1、2、4、6、8、10、12、换热管的排列型式换热管的排列方式常常使用图5-2的排列方式:图5-2换热管的排列形式等

45、边三角形排列用的最为普遍，管子间距都相等，在同一管板上可放很多管 子,还便于管板的划线和钻孔，而且传热效率高。因此本次设计应该选用了上 图a,也就是正三角形的排列方式。、换热管中心距按国标(GB151-1999)中的规定，司空见惯的换热管中心距应该参考表 5-2表5-2换热管中心距换热管外径do1012141619202530换热管中心距s 1316192225263238隔板槽两侧相邻管中心距So2830323538404450图5-3分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn=4本次设计管的外径为19mm,那么管子的中心距取25mm,分程隔板槽两侧 相邻管中心距为38mm。对于U型管换热器，所以在确定

46、铜管长度的基础上, 应该加上铜管弯曲的那一段长度。522壳体结构设计、壳体壁厚的确定本次设计所选用的管壳式换热器一般是由为壳体、管箱和封头三部分组成的，管壳式换热器的外壳是由管材或板材制成的。采用管材壳体，直径要小于400mm。采用板材，直径要大于等于 400mm。其直径系列应与封头、连接法兰的选型应该参照壳体的外径，为了安装时能更好的匹配。表5-3碳素制或低合金钢圆筒的最小厚度4008001100 16002000公称直径 700 100 1500 2000 2600浮头式81021416U型管式81021416固定管板式68101214而由上表知可取壳体壁厚为 8mm。(2)、壳体直径的确

47、定对壳体尺寸进行设定的时候，应该先确定壳体的内径。内径与管子的排列方式有关，还要考虑所有拉杆占的位置；防冲板与壳体距离的影响。因此，确定内径，最好的方法是通过作图。图 5-4为作图得出本此设计所需的内径:01904SOC&O OOC& oooo.JOOOUOSSQPOOOOOOOO图5-4表示内径图5.2.3进出口设计在换热器的壳体和管箱上一般都装有接管，即水和制冷剂的进出口管。(1)、壳程接管设计接管直径:Di =1000蟲亦=100叫黑98.56mm 取 WOmm接管外伸长度可由表5-4的数据选取。表5-4 PNv4.0MPa的接管外伸长度DN05051 7576 100101125126

48、15060150150150200200壳程接管直径100m m,根据表选壳程接管外伸长度为150mm。、管程接管设计接管直径:11x2.5 TOC o 1-5 h z Di =1000、一4q =100 J0.0017633.47mm取35mmD |3605wfY表5-5连接管的最小壁厚接管公称直径253238454857657689最小壁厚3.5456连接管得最小壁厚应满足表5-5要求。 TOC o 1-5 h z 本次设计制冷剂进出口开孔直径35mm进出口接管壁厚取5mm因此管程接管可以不另设补强。对于外侧的伸长长度需要按照实际状况来确定。 而管箱的大小除去封头的尺寸和管板尺寸，根据标准

49、来算，长度为管程接管的3倍。5.2.4封头设计市场上现有的封头可分为椭圆形封头、碟形封头、折边锥形封头和球冠形封头。本次设计用椭圆形封头，参考 JB/T47462002标准，下图5-5表示椭圆形封头以及参数之间的关系:径,封头应按照内直径进行对准，然后在直边处进行测量相同的四个内表面直所取平均值，就算封头的尺寸18 0内直径公差符合表5-6的要求：表5-624“ 4-1.5 +1.5300 DN 6004屯 6-2 +26 4 16-3 +344 6-2 +2600 DN 100064 10-3 +3104 22-3 +46 或 10-3 +31000 DN 1600104 22-3 +422

50、4 40-4 +664 103+31600 DN 3000104 22-3 +4224 60-4 +6公称直径DN内直径公差钢材厚度6立3000 DN 400010令 22224/ 60-3 +4-4 +64000 DN 5000104/ 22-3 +422 A V 60-4 +65000 C /1图5-6堆焊管板结构上图中的管板，碳钢、低合金钢管板的隔板槽宽度为 12m m,不锈钢管板为11mm，槽深一般不小于 4mm。(2)、管板最小厚度管板最小厚度除满足计算要求外，当管板和换热管胀接时，管板的最小厚度 (不包括腐蚀裕度应满足表5-7。表5-7胀接时的管板最小厚度换热管的外径do/mm 2

51、5V 50 50用于易燃易爆及有毒最小厚度&凱in介质的场合用于无毒介质的场合 0.75d 0.70d 0.65d本此设计管板选材为碳钢，厚度取值为50mm管板开口槽深5mm槽宽12mm即分程隔板厚度为12mm。管板的尺寸如图5-7。0500,0480OOOOOOOOOOCJWbQ_ frvq k 0000000000000 餵 k oooooooooooo 裁 V QQQQQQQQQOp /o oqmo图5-7为管板尺寸图5.2.6折流板设计折流板就是起到一个支撑的作用。在壳管式换热器中，有的铜管处于上面位置，如果没有任何东西的帮助，时间长了，就会掉下来，为了防止类似事情的发生，就用了折流板

52、。(1)、折流板最小厚度表5-8折流板最小厚度换热管无支撑跨距 300 600 9001200公称直径32或 l 900或 d 32管径直径d+0.8D+0.4允许偏差0.40、折流板的布置通常折流板应该等距离分布，然而第一个和最后一个要具备支撑作用，可以靠近端盖设置。综上所述，本次换热器设计折流板参数如下折流板的缺口高取圆筒内直径的26%，值为125mm；折流板厚度取4mm；折流板上的管孔直径在换热管外径基础上增加0.4m m，即19.4mm；壳体内径为480mm，故折流板直径取为480mm；折流板间距均相等，取为200mm；第一个折流板与管板之间的间距取为200mm；考虑到U型管弯曲需要支

53、撑，所以最后一个折流板到U型管弯曲处的最大距离设置为100mm，而且为了保证折流板的强度，需要采用钢制。折流板具体样式见图5-8。012图5-8折流板具体样式。5.2.7拉杆设计拉杆的直径和数量可以从表5-10和表5-11中选取。400KW直接蒸发式冷水机组设计 表5-10拉杆直径选用表换热器管外径do10d 1414d 40 90 1300- 150 杆直70900径700130015001800dn/m拉杆数量m104610 12161812448 10121416446 6810因为换热管的直径为19mm,所以拉杆直径取12mm,其数量为4,可以满足实验要求。5.2.8定距管尺寸定距管的

54、尺寸可以参考换热管的有关规定进行设定，而长度，按实际需要确定16。主要作用就是固定折流板之间的距离，防止倾斜、拥挤等什么的。5.2.9支座尺寸支座的分类有许多种，常见的为鞍式、腿式和支承式。本次设计选用鞍式支 座，能满足条件。鞍式支座的尺寸可以按照 JB/T4712-2007来选择。DN500900、120包角重型带垫板或不带垫板鞍式支座结构尺寸应符合图 5-919一 * b HJI-血鞍式支座H 宀lflIlfl ！,由JB/T4712-2007知，公称直径DN=500，允许载荷Q =155 kN,鞍座高度h=200,底板 11=460，bi=150, d=10；腹板=8,筋板 13=250

55、, b3=120,=8； 垫板b4=240,占耳=6, e=56;螺栓间距12=330。单位均为mm。5.2.10法兰尺寸根据计算出的水侧和制冷剂侧的接管口径，在JB/T9112-200020中选用。本次设计选用板式平焊法兰。表5-12法兰的尺寸水侧的法兰参数(mm)制冷剂侧的法兰参数(mm)公称通径DN10040钢管外径A10845法兰外径D210130螺栓孔中心圆直径K170100螺栓孔径L1814数量4XM164XM12法兰内经B11046密封面d=144f=2d=78f=2法兰厚度C18166零部件及管道的设计和选用6.1电子膨胀阀的设计选型电子膨胀阀就是将步进电机的永磁体布置在管路中

56、， 然后根据制冷剂通过的 温度来自动改变阀门的大小，从而控制了制冷剂的流通速度，来达到节流的目的。电子膨胀阀优点就是可以随着制冷剂温度的不同自动调节供应量，确保制冷剂在蒸发器中能被高效的利用，也防止压缩机产生液击现象21 0膨胀阀两端的压力差为也 P 二 Pk-P0 一也 P1也 P2 一人 P3 一也 P4Pk 冷凝压力，单位为PaP0 蒸发压力，单位为Pa比Pl 液体管路上的压降比P2安装在管路上的弯头、过滤器、视液镜、手动阀等的压降设为0.5bar比P3 液管出口与进口间的高度差引起的压降0.7barA P4分液器的压降设为0.5bar由上述公式计算出：膨胀阀两端的压力差为8.58Pa根

57、据制冷量和膨胀阀两 端的压力差，可由丹佛斯公司的选型软件选得，电子膨胀阀的型号为AKV 20-4 06.2管道的设计在确定管径时，主要是根据管道总压力损失的许可值。 在吸排气管道中都会 因为管径的不合理而引起压力的降低， 影响等同于制冷剂温度的降低，所以对管 径合理的取值还是有必要的。冷凝器至节流机构之间的液体连接管路总压力损失 应小于 20KPa22。本次设计选用规格20Xl.5,壁厚1.5mm，净断面积2.265cm2，每米长外表 面积 0.0628m2o6.3其他零部件的选择(1)、干燥过滤器过滤器的主要作用是过滤系统内的杂质， 防止这些杂质在循环中对系统设备 造成影响。对于使用R22作

58、为循环工质的设备中，会在冷凝器和节流机构之间 设置过滤器和在蒸发器和压缩机之间设置过滤器，主要针对氨液态时和氨变成气态时进行过滤。基本设置标准可以参考JB?T 7658.16-2006标准。液体过滤器般设置在浮球节流阀或手动节流阀之前的液体管路中，流速一般为0. 070.1 m/s。气体过滤器一般安装在回气管路上，防止气体中的杂质带入压缩机，气体 通过的流速为11.5m/s。本设计选用的是氟利昂过滤器。 干燥过滤器的外形结构 是用钢制成的，内部会设置网孔密小的金属网， 两端为了增加牢固，会进行焊接 处理。如果里面加入一些干燥的物质， 就具备了过滤器和干燥器的功能， 也成为 干燥过滤器。一般安装

59、在电磁阀的前面，上面也会指明制冷剂的流动方向。 颗粒 状液管用干燥过滤器的优点为：没有震动和腐蚀性，过滤和干燥是依次进行的，可以自动供给设备的一些损失。可由丹佛斯公司的选型软件选得，干燥过滤器的型号为DCL 3095。(2)、气液分离器由于液体的压缩比很小，若是液体吸进制冷压缩机，容易损坏压机阀片甚至而是被视液镜压缩机的动力部件。气液分离器的作用就是让液体不能轻易进入压缩机, 存储起来，起到保护压缩机的作用。、视液镜一般用焊接铜管和管路连接，可以直接装在管路上或干燥过滤器上。基本原上方安装一个镜盘，用于观察管路里制冷剂的状态和冷冻油中水的含量。理是靠液体水份指示器来确定系统中制冷剂的品质和含水

60、量。通过广角的视镜观 察到的制冷剂，来判断管路中制冷剂的状况，制冷剂中的含水量和润滑油的流动状况。，从而确定工质是否需要填充。潮湿、干燥和要注意的。当出现当潮湿的 时候，需要更换干燥过滤器滤芯，更换之后 2天左右才会有颜色变化。本次设计选的视液镜也是用丹佛斯公司的选型软件选得，它的型号为SGP 22S。、油分离器和油过滤器油分离器，就是防止润滑油随着高压蒸气进入压缩机中，对系统造成不良的 影响。所以在系统中要设置油分离器， 以保证整个系统高效稳定地运行， 也避免 了循环过程中事故的发生。而油分离器就是靠气体和液体质量不同， 惯性不同的 原理，通过改变气体的流动速度和流动的方向，来达到将润滑油和