滿液式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)

1、3滿液式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)3.1制冷劑流量的確定制冷劑壓焓圖：P342134h 圖3.1由蒸發(fā)溫度，根據(jù)文獻(xiàn)1制冷原理及設(shè)備附表13（P341）和附圖5（P373）查得：, 單位制冷量：（P31） (3.1)制冷劑流量： （P31） (3.2)3.2載冷劑流量的確定 （P246） (3.3)3.3傳熱管的確定選用10×1低螺紋銅管，取水流速度,則每流程的管子數(shù)Z為 (3.4)圓整后，Z=56根。實(shí)際水流速度 (3.5)3.4管程與有效管長(zhǎng)假定熱流密度q=6600/m2,則所需的傳熱面積 (3.6)管子與管子有效長(zhǎng)度的乘積 (3.7) 采用管子成正三角形排列的布置方案，管距s=14mm,對(duì)不

2、同流程數(shù)N，有效單管長(zhǎng)，總根數(shù)NZ,殼體直徑及長(zhǎng)徑比進(jìn)行組合計(jì)算，組合計(jì)算結(jié)果如表3.1所示： 表3.1組合計(jì)算結(jié)果 N21123.020.1225.1742241.510.169.4463361.010.185.6184480.750.203.75表3.1不同流程數(shù)N對(duì)應(yīng)的管長(zhǎng)及從D及值看， 4流程是可取的。3.5傳熱系數(shù)的確定3.5.1蒸發(fā)器中污垢的熱阻由文獻(xiàn)1制冷原理及設(shè)備表9-1可知：管外熱阻管內(nèi)熱阻3.5.2平均傳熱溫差平均傳熱溫差： (3.8)3.5.3管內(nèi)換熱系數(shù)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)由文獻(xiàn)5傳熱學(xué)（P248）公式 (6-21a)式可知： (3.9)其中 冷卻水的定性溫度ts： (

3、3.10)查飽和水物性表得：，則: Re7895 (3.11)假設(shè)壁溫為8.5，查水的物性表，得,假設(shè)管長(zhǎng)為1.8m，于是有 (3.12) W/(m2·K) (3.13)3.5.4管外換熱系數(shù)管外換熱系數(shù)按下式計(jì)算： (3.14) 其中3.5.5壁溫和熱流密度的估算傳熱過(guò)程分為兩部分：第一部分是傳熱量經(jīng)過(guò)制冷劑的傳熱過(guò)程；第二部分是傳熱量經(jīng)過(guò)污垢層、管壁、管內(nèi)污垢層以及冷卻水的傳熱過(guò)程。第一部分的熱流密度： （查R22熱力性質(zhì)表P0583.78kPa） (3.15)第二部分的熱流密度： (3.16)其中mm，代入數(shù)據(jù)得： = W/m2 根據(jù)設(shè)計(jì)要求估算的值， 來(lái)確定熱流密度。 具體估

4、算數(shù)值如表3.2所示：表3.2熱流密度的估算tw8.09.08.58.68.58q4786.418079.756336.556669.906602.61 q，8088.265536.766812.516557.366607.35由表格中數(shù)據(jù)可知,當(dāng)=8.580C時(shí)，與前面假設(shè)的0C接近，q與q 的值相差約為4.74，取=6605 ，誤差0.08%，合理，故q可取為6605,即為所求熱流密度。所以有： = 8.580C =6605 3.5.6傳熱系數(shù) (3.17)3.6傳熱面積和管長(zhǎng)確定根據(jù)q求傳熱面積F0: (3.18)管子的有效長(zhǎng)度: (3.19)適當(dāng)調(diào)整后，取1.8m3.7冷卻水流動(dòng)阻力冷

5、卻水的流動(dòng)阻力系數(shù)按文獻(xiàn)1制冷原理及設(shè)備P232公式 (9-71)計(jì)算：其中沿程阻力系數(shù)為 (3.20)冷卻水的總流動(dòng)阻力為 (3.21) =0.0163Mpa考慮到外部管路損失，冷卻水泵的總壓頭損失約為0.1+0.01630.1163 MPa (3.22)取離心水泵的效率則水泵所需功率為 (3.23)3.8結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 圖3.2 蒸發(fā)器管板3.8.1 筒體根據(jù)文獻(xiàn)4熱交換器原理與設(shè)計(jì)表2.3可知，當(dāng)換熱管外徑d0=10mm時(shí)，換熱管中心距為s=14mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰中心距IE=28mm根據(jù)文獻(xiàn)4熱交換器原理與設(shè)計(jì)P47可知，熱交換器管束最外層換熱管表面至殼體內(nèi)壁的最短距離b=0.25d

6、且不小于8mm,故本設(shè)計(jì)取8mm根據(jù)10表6-3,選用殼體壁厚6mm，故從上面計(jì)算得到的筒徑為277.16mm 又根據(jù)滿液式蒸發(fā)器上程管排頂部應(yīng)預(yù)留一定空間的特殊性，由作圖可知?dú)んw外徑至少應(yīng)選為：D=325mm（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格）.由于壁厚取6mm,所以內(nèi)徑為：Di=325-2×6=313mm。 此時(shí)長(zhǎng)徑比為 (3.24)根據(jù)文獻(xiàn)4熱交換器原理與設(shè)計(jì)P55，目前所采用的換熱管長(zhǎng)度與殼體直徑之比，一般在425之間，通常為610，故合理 管板 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法。根據(jù)文獻(xiàn)3小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)表3-8，換熱管外徑為10mm時(shí)，

7、管板最小厚度不小于10mm，根據(jù)文獻(xiàn)10制冷機(jī)工藝表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)=1.30，由文獻(xiàn)文獻(xiàn)10制冷機(jī)工藝公式（6-4）得管板厚度：=· ·(17+0.0083) (3.25)=1.15×1.30×(17+0.0083×313)=29.3實(shí)際可取=30 mm.管孔直徑dp，根據(jù)文獻(xiàn)3小型制冷裝置表3-5得： 換熱管外徑d0：10mm 允許偏差0-0.10 管板管孔徑dp：10.18mm 允許偏差+0.05-0.10 圖3.3 端蓋法蘭如圖4.2，取法蘭外徑=313+(24+18)×

8、2=397mm，法蘭厚度=30-5-3=22mm，則螺栓所在圓的直徑 D=313+24×2=361mm, 螺栓所在圓的周長(zhǎng) C=361×3.14=1133.54mm3.8.4端蓋如圖4.2，根據(jù)文獻(xiàn)10制冷機(jī)工藝選端蓋厚度為S=10mm,連接螺栓處厚度=20mm,球面半徑R=250mm，球面高度h=45mm分程隔板根據(jù)文獻(xiàn)10制冷機(jī)工藝表6-8，分程隔板厚度選支撐板與拉桿根據(jù)文獻(xiàn)4熱交換器原理與設(shè)計(jì)表2.5和表2.6，換熱管外經(jīng)d=10mm,支撐板最大無(wú)支撐跨距為750mm，支撐板厚度為8mm，直接焊在拉桿上固定。根據(jù)文獻(xiàn)文獻(xiàn)4熱交換器原理與設(shè)計(jì)P51可知，換熱管外徑10d

9、14,拉桿直徑d=10mm，公稱直徑DN=325400,拉桿數(shù)量為4。3.8.7封頭和支座根據(jù)文獻(xiàn)10制冷機(jī)工藝表6-8取封頭的厚度為10 mm根據(jù)文獻(xiàn)3小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)表3-9得支座尺寸：L=280mm K=200mm墊片的選取材料：石棉，具有適當(dāng)加固物（石棉橡膠板）；基礎(chǔ)參數(shù)為厚度=1.5mm, P1.569MPa, 墊片系數(shù)m=2.75,比壓力y=25.5MPa；寬度：本設(shè)計(jì)筒體內(nèi)徑D=365mm700 mm，故可取墊片寬度N=12mm,墊片基本密封寬度，墊片的有效密封寬度.求墊片壓緊力作用中心圓直徑D：因?yàn)?，所以墊片壓緊力作用中心圓直徑即為墊片接觸面的平均直徑，即D=313+1&#

10、215;2+6×2=327mm. (3.26) 墊片壓緊力: 預(yù)緊狀態(tài)所需的最小壓緊力：=3.14 Dby=3.14×327×6×25.5=1.57×105N (3.27)操作狀態(tài)下所需的最小壓緊力=6.28 Dbmp=6.28×327×6×2.75×1.569=5.32×104N (3.28)其中P=1.569 MPa為蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)壓力。墊片寬度校核常溫下的強(qiáng)度指標(biāo)=530MPa,安全系數(shù)=2.7，故許用應(yīng)力=， (3.29)一定溫度下的許用應(yīng)力，實(shí)際螺栓面積A=1502.6（見(jiàn)后面計(jì)算）.所

11、需的墊片的最小厚度N= (3.30) 所以最初選的墊片厚度符合要求。螺栓的選取根據(jù)9畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖法蘭及端蓋的厚度，選螺栓GB/T5782 M12×80，其小=10.106mm.，S=18mm，Sa=16mm，螺栓最小間距Smin38mm，法蘭有效寬度f(wàn)=22mm螺栓的最大間距=2×16+=72.6 (3.31)因?yàn)槁菟ㄋ趫A的周長(zhǎng)C=1133.54mm，取螺栓間距為72，故所需要的螺栓個(gè)數(shù) 個(gè)圓整后，取16個(gè)，則 ，合理螺栓載荷預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小載荷 (3.32)操作狀態(tài)下需要的最小載荷 W= (3.33)=0.785×327×1.569 +6.28×327×6×2.75×1.569=1.65×105N螺栓面積： 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積 (3.34)其中b530MPa nb=2.7 b= =196.3 操作狀態(tài)下需要的最小面積 (3.35)需要的螺栓面積： A= A=1410.3而螺栓的實(shí)際面積A 符合要求 (3.36)螺栓的設(shè)計(jì)載荷： 預(yù)緊狀態(tài)下需要的螺栓設(shè)計(jì)載荷： (3.37)操作狀態(tài)下需要的螺栓設(shè)計(jì)載荷： 連接管的確定冷卻水進(jìn)出口連接管水的流量=，選流速，故管內(nèi)徑 (3.38) 根據(jù)標(biāo)