《換熱管為橢圓管的冷凝器設(shè)計說明書》8200字（論文）

緒論橢圓管冷凝器，顧名思義，就是換熱管由原來的普通圓管轉(zhuǎn)變成橢圓管。而冷凝器就是在蒸餾的過程中，把蒸氣經(jīng)過冷卻轉(zhuǎn)變成液態(tài)的裝置。冷凝器在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用十分普遍，與人們的生活發(fā)展息息相關(guān)，包括食品的生產(chǎn)、藥廠制藥、工廠冶金、石油化工生產(chǎn)、國家海洋工程等等，冷凝器都起著舉足輕重的作用，是不可或缺的一部分。在現(xiàn)代重、輕工業(yè)生產(chǎn)生活中，冷凝器就是將生產(chǎn)中的工藝蒸汽制冷變?yōu)橐后w的設(shè)備，其主要的作用就是將高溫制冷劑蒸汽冷卻并使之液化。目的：橢圓管型的冷凝器極大的解決了普通圓管冷凝器在工業(yè)生產(chǎn)生活中的不足之處，承重力變好，強度變硬，能更好的應(yīng)用在一些要求承重性能良好，強度高等特殊的環(huán)境之中；橢圓管還具有不易生銹，不易腐蝕等特點，使得冷凝器在應(yīng)用中不易損傷，極大的延長了冷凝器的使用壽命；橢圓管在排列布置的時候相較于普通圓管而言更加緊湊，極大的減小了冷凝器的整體體積和占地面積，在生產(chǎn)生活應(yīng)用中，使用更加方便，并且節(jié)省了更多的材料；橢圓管冷凝器相較于普通圓管冷凝器的熱能效率明顯提高，能耗低，對于我國不斷進步的工業(yè)行業(yè)，資源方面提供了強有力的支持和保障。意義：橢圓管冷凝器解決了普通圓管冷凝器的不足之處，也為我國日益進步的工業(yè)生產(chǎn)生活提供了強有力的支持和保障，為我國的資源方面做出了貢獻。第一章設(shè)計參數(shù)熱流體選用制冷劑R290冷流體選用冷卻水熱流體工作表壓P1=0.1MPa；冷流體工作表壓P2=0.1MPa；熱流體進口溫度T1=32℃；熱流體出口溫度T2=2℃；冷流體進口溫度t1=12℃；冷流體出口溫度t2=7℃；熱負荷Q=50kw；

第二章冷凝器傳熱量和流程確定2.1確定冷凝器定性溫度熱流體（制冷劑R290）定性溫度為：t冷流體（冷卻水）定性溫度為：t2.2物性參數(shù)(1)熱流體R290物性參數(shù)表2-1熱流體物性參數(shù)熱流體溫度（℃）密度（kg/m3）比熱容（kJ/(kg?℃)）黏度（kg/(m?s)）熱導率(W/(m?℃))制冷劑R2901716.69051.91287.91894E-060.0178(2)冷流體冷卻水物性參數(shù)表2-2冷流體物性參數(shù)冷流體溫度（℃）密度（kg/m3）比熱容（kJ/(kg?℃)）黏度（kg/(m?s)）熱導率(W/(m?℃))冷卻水9.5999.74.190.0013060.572.3流體流量的確定由已知條件知曉傳熱量Q=50kW(1)熱流體R290用量查得熱損失系數(shù)：ηL=0.98計算，得：MM因流體具有易結(jié)垢、腐蝕性等問題，所以冷流體冷卻水走管程(內(nèi))，熱流體R290走殼程(外)第三章估算冷凝器的傳熱面積計算得流體間溫差為：?t?t則：△t初選傳熱系數(shù)：K=300W╱(m^2?℃)則計算得：F因為涉及到面積裕度，所以F'式中：η——面積裕度系數(shù)，取1.15；

第四章冷凝器主體構(gòu)件的工藝設(shè)計換熱管材料選用10號鋼,設(shè)計規(guī)格為φ19×2mm。查資料取管程內(nèi)流體的流速ui=0.55m/s4.1管程數(shù)和傳熱管數(shù)經(jīng)計算得An（每個程管的數(shù)目取整）L如果按單管程設(shè)計的話，傳熱管就會過長，所以我們應(yīng)該采用多管程的設(shè)計理念，根據(jù)本設(shè)計的實際情況，按標準的每根管長為：l=4.5m則n4.2平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)PR按相應(yīng)要求（雙殼程、4管程）代入無量綱數(shù)R、P查圖得：Φ（溫差校正系數(shù)）=0.9，因為φ>0.8，所以設(shè)計可行。計算得△t4.3管束相關(guān)參數(shù)管子的排列方式有多種，但經(jīng)考慮后選用表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大，在相同面積的管板上能夠排列較多傳熱管的等邊三角形排列方式。查得S（標準管中心距）=25mm，Sn（分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距）=38mm經(jīng)計算得：b′ss等邊三角形排列,a（層數(shù)）=5；d2（管束中心距最外層管中心距離）=0.15m；an（中間排管數(shù)）=114.4殼體內(nèi)徑的確定經(jīng)計算得：Dnb因為b3<8mm,所以取b3=8mmD取Ds（標準殼體內(nèi)徑）=0.35m4.5折流板材料選用Q235R圖（a）（b）（c）為折流板三種開口方式結(jié)合結(jié)構(gòu)簡單，便于清洗等尤特點，選用弓形折流板?θ查表取t（折流板厚度）=10mm；為保證設(shè)計的合理性，取折流板間距為0.25m。N經(jīng)考慮取16塊計算得到折流板上的管孔數(shù)為98個；查表得折流板上管孔直徑為19.5mm；通過折流板上管子數(shù)為94根；折流板缺口處管數(shù)為6根；折流板直徑Db=347.5mm,直徑允許偏差（0--0.5）mm；因為縱向隔板的厚度不得小于6mm,根據(jù)具體設(shè)計我們?nèi)】v向隔板的厚度為10mm。接管：AFAAAAD取DN（殼程接管直徑標準值）=200mm，則殼程接管尺寸為φ219×10mm管程接管內(nèi)徑，取接管內(nèi)流體流速為u2=2m/s,則D取DN（管程接管直徑標準值）=40mm，則管程接管尺寸為φ45×2.5mm

第五章熱量核算5.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)錯流區(qū)管排數(shù)9N旁流通道數(shù)NE=1；選取旁通擋板數(shù)Nss=1對FAAR經(jīng)查，得：理想管束傳熱因子為0.01，折流板缺口校正因子為1.04由Asb/(Asb+Atb)得0.27由(Asb+Atb)/Ac得0.13查《熱交換器原理與設(shè)計》圖2.31，得折流板泄露校正因子為0.82由Nss/Nc的值和Fbd的值，查《熱交換器原理與設(shè)計》圖2.32，旁通校正因子0.83jGP假定殼側(cè)壁面溫度為50℃，查物性表壁溫下熱流體黏度為0.000549kg/(m?s)則：α5.2管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)RePα5.3傳熱系數(shù)經(jīng)查相關(guān)資料，得冷流體冷卻水的污垢熱阻：rs2=0.000528(㎡·℃)╱W；熱流體制冷劑R290的污垢熱阻：rs1=0.000528(㎡·℃)╱W；10號鋼在該設(shè)計條件下的熱導率為52.34。則：R式中：b--傳熱管的壁厚，mmλw--熱導率，W╱(㎡·℃)；dK5.4傳熱面積裕度（換熱面積之比）經(jīng)計算得：AF所以H合適，能完成生產(chǎn)任務(wù)5.5壁溫核算t式中tT取To（殼體壁溫）=17℃則：?t

第六章冷凝器內(nèi)流體阻力（壓強降）核算6.1管程流體阻力經(jīng)查，得：fi（管內(nèi)摩擦系數(shù)）=0.02假定管側(cè)壁溫為9.5℃則查得壁溫下冷流體的黏度為0.001306kg╱（m·s）則：△P△P△P△P管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。6.2殼程流體阻力經(jīng)查，得：理想管束摩擦系數(shù)為0.29則：△P△Pwk（理想管束缺口處阻力經(jīng)查，得：旁路校正系數(shù)為0.54;折流板泄露校正系數(shù)為0.6；在此設(shè)計中，折流板間距相等，所以無需校正。計算，得：△P殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。

第七章冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算取殼側(cè)設(shè)計溫度為42℃，殼側(cè)設(shè)計壓力為0.125MPa；管側(cè)設(shè)計溫度為22℃，管側(cè)壓力為0.125MPa7.1殼體 因為介質(zhì)為制冷劑R290，再結(jié)合價格，強度等特點，筒體材料選擇Q345R殼體公稱直徑為350mm。在設(shè)計壓力0.125MPa,設(shè)計溫度為Ts=42℃的條件下，選用雙面焊對接接頭的焊接方式，100%無損傷，所以焊接系數(shù)為φ=1計算，得：δ式中：Pc——設(shè)計壓力，MPaDi——殼體內(nèi)徑，mmδ——計算厚度，mmφ——焊接接頭系數(shù)殼體厚度的負差值C1=1,在無特殊腐蝕條件下，腐蝕裕量C2≥1mm,取腐蝕裕量為2.則：δδ名義厚度向上取整為6mm則：δ最后得出：殼體厚度為6mm，殼體內(nèi)徑為350mm，殼體外徑為362mm7.2管箱墊片經(jīng)查，最后選取非金屬軟墊片作為管箱墊片。圖為非金屬軟墊片墊片參數(shù)表公稱直徑DN,mm墊片D,mm墊片d,mm3503893537.3管箱法蘭選用甲型平焊法蘭，材料為16Mn，示意圖如下：圖為凹凸密封面-法蘭當公稱直徑為350mm時，查得管箱法蘭數(shù)據(jù)表如下：DNDD1D2D3D4δd螺栓規(guī)格螺栓數(shù)量3504654304003903872618M16167.4管板設(shè)計管板材料選用為Q345R。整體管板示意圖查相關(guān)數(shù)據(jù)及資料，得整體管板數(shù)據(jù)如下表：管板參數(shù)表DNDD1D2D3D4D5Cd2螺栓規(guī)格螺栓數(shù)量bfb35046543040034739535012.518M16162838管孔的設(shè)計采用Ⅱ級管束，板管孔的直徑查表取19.3mm。換熱管與管板焊接粗糙度Ra不大于35μm?？紤]其焊接強度的大小，還有泄露，是否更換方便等特點，換熱管與管板的連接決定采用常用的強度焊的方式管板與法蘭的連接采用E型，如下圖所示管箱-e型示意圖7.5接管尺寸殼程接管及法蘭尺寸參數(shù)名稱公稱直徑DN管子外徑A法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個）螺栓Th法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B殼程接管及法蘭2002193202801881622222查表，得：殼程接管外伸高度l3=200mm殼程接管的位置圖如下圖所示：L式中C——C≥4S(S為殼體厚度)，且≥30；殼程接管的開孔補強校核殼程接管：219×10mm材料許用應(yīng)力：147MPa查表，取C2=2,C=1。則C計算，得：δδdB?1Afr（強度削弱系數(shù)）=1可以作為補強的面積：A1=(B-d)×(δe-δ)=(442-221)×(3-0.12)=636.48m㎡AA=因為A≥26.52m㎡所以接管補強的強度足夠，不需另設(shè)補強結(jié)構(gòu)。管程接管及法蘭尺寸參數(shù)名稱公稱直徑DN管子外徑A法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個）螺栓Th法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B管程接管及法蘭4045130100144121646查得管程接管外伸高度l4=150mm管程接管位置如下圖所示：L式中C——C≥4S(S為殼體厚度)，且≥30；管箱接管的開孔補強校核管箱接管：45×2.5mm材料的許用應(yīng)力：147MPa查表，取C2=2,C=1則Cδδd（B（?1（Afr(強度削弱系數(shù))=0.778可以作為補強的面積：A1=(B-d)×(δe-δ)=(94-47)×(3-0.12)=135.36m㎡AA=因為A≥5.64m㎡所以接管補強的強度足夠，故不需另設(shè)補強結(jié)構(gòu)。7.6管箱設(shè)計管箱選用材料選用為Q345R，材料的許用應(yīng)力為189MPa取設(shè)計溫度：22℃,設(shè)計壓力Pc=0.13MPa，焊縫系數(shù)φ=1，腐蝕裕度C2=2，負差值C1=1計算，得：δ（δδ名義厚度取為6mm則：δ封頭選用材料為Q345R的EHA_以內(nèi)徑為基準橢圓形封頭。?。涸O(shè)計溫度為22℃,設(shè)計壓力為Pc=0.13MPa，焊縫系數(shù)φ=1，腐蝕裕度C2=2，負差值C1=1計算，得：δδδ名義厚度取為6mm則：δ圖為橢圓形封頭EHA封頭參數(shù)如下表公稱直徑為(mm)H(mm)h(mm)δn(mm)35011325.56計算，得：LL所以L7.7拉桿及定距管因為do=19mm，所以經(jīng)查，得拉桿直徑dn為12mm拉桿結(jié)構(gòu)選用螺紋連接，示意圖如下：拉桿的連接尺寸如下圖：拉桿參數(shù)拉桿直徑拉桿螺紋公稱直徑LaLhb121216502定距管的材料采用Q235R，其直徑尺寸為Φ19mm，兩端折流板管板之間的定距管的長度為332mm，個數(shù)為4;折流板間的定距管長度為240mm,個數(shù)為60個。旁路擋板的材料采用Q245R,厚度為10mm，寬度為33.25mm，長13.75mm。支座選用鞍式支座，材料為Q235A，公稱直徑為350mm鞍式支座示意圖均勻布置，安裝2個支座計算得LB（鞍座之間的距離）=（0.5～0.7）×L=3150mm鞍式支座參數(shù)公稱直徑DN鞍座高度h底板l1b1δ1腹板δ2筋板l3δ3墊板弧長b4,δ4el2350200330120882008420200648230

第八章應(yīng)力計算8.1熱交換器所受的應(yīng)力計算，得：Fff取Es（殼體的彈性模數(shù)）=201000MPaEt（管子的彈性模數(shù)）=210000MPa計算，得：σσ8.2溫差應(yīng)力計算，得：tttQqt計算殼體的平均溫度：由殼體材料導熱系數(shù)為λs=56W╱(m·k),殼體厚度為6mm再根據(jù)公式Δtt所以：ts=16.99979℃,tw=11.62℃取aa計算，得：σσδδ因為殼體膨脹量大于管子的膨脹量，故計算得：σσ8.3拉脫力q=8.4熱補償及應(yīng)力計算(1)熱補償計算tw=11.62℃，ts=17℃Δt=因為溫差小于50℃，所以不需要熱補償。應(yīng)力計算采用焊接法，焊縫系數(shù)取1，殼體材料的許用應(yīng)力為189MPa，換熱管的許用應(yīng)力為124MPaqσσq=強度應(yīng)力校核符合要求，無需設(shè)計膨脹節(jié)

第九章冷凝器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果匯總9.1工藝參數(shù)匯總表9-1工藝參數(shù)匯總表參數(shù)管程殼程物質(zhì)冷卻水制冷劑R290流量(kg/s)2.38660.8539進口溫度(℃)732出口溫度(℃)122壓力(MPa)0.10.19.2物性參數(shù)匯總表9-2物性參數(shù)匯總表物性管程殼程定性溫度(℃)9.517密度(kg/㎡)999.716.6905比熱容(KJ/(kg·℃))4.191.9128黏度(kg/(m·s))0.0013067.91894E-06導熱系數(shù)(W/(m·℃))0.570.0178普朗特系數(shù)9.60020.8519.3結(jié)構(gòu)計算參數(shù)匯總表9-3結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總表構(gòu)件計算值構(gòu)件計算值殼體規(guī)格mmφ350×6管程數(shù)4殼程接管mmφ200管程接管mmφ40殼程材質(zhì)Q345R換熱管材質(zhì)10號鋼換熱管長mm4500換熱管數(shù)量100換熱管規(guī)格mm19×2管子排列方式等邊三角形排列折流板數(shù)目16折流板間距m0.25結(jié)論本文對換熱管為橢圓管的冷凝器進行了詳細的設(shè)計與計算，主要是為了改變普通圓管冷凝器的不足之處，為我國日益進步的工業(yè)生產(chǎn)生活提供了有力支持與保障，同時也為我國資源局勢緩解了壓力。期間每一步的計算都要事先查取相應(yīng)資料，翻閱各種書籍，反復(fù)斟酌，選定正確的數(shù)據(jù)，代入計算，最后敲定落入筆下。而這并不意味著工作結(jié)束，因為在后期的繪圖過程中，就會因為個別零件裝配不對而導致過程進行不下去，此時又不得不重新查閱資料，選擇另一個數(shù)據(jù)帶入公式進行計算并校正，直至合適為止。裝配圖與零件圖的繪制，也是要提前進行布局，選擇合適的比例，各種線條的運用，每一個局部圖都是精挑細畫，滿滿的細節(jié)。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我深刻的意識到理論知識與實踐還是有一定的差別的，唯有熟知專業(yè)知識，翻閱書籍，反復(fù)去斟酌，計算，校正，檢驗才有可能正確。而且每一步都不能出現(xiàn)錯誤，不然就會導致滿盤皆輸?shù)那闆r。對理論知識的掌握程度是進行實踐的前提，但實踐的結(jié)果才是對理論知識的檢驗。此次畢業(yè)設(shè)計，主要也是為了檢驗大學四年的綜合學習成果，為大學生涯畫上圓滿的句號。經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，使我知道了我在專業(yè)知識上的欠缺，對很多知識存在許多的盲區(qū)，這就導致在設(shè)計過程中進度很慢；在應(yīng)用畫圖軟件時也不是很熟練，所以我要在今后的生活與學習中，更加努力刻苦的學習，對所欠缺的知識加以補充，步入社會以后，用所學