106kW水冷式管壳冷凝器 设计说明书

课程设计

课程名称热交换器课程设计

题目名称 106kW水冷式冷凝器

学生学院材料与能源学院

专业班级热能与动力工程（制冷与空调方向）09011班学号**********

学生姓名陈桂福

指导教师王长宏

2012年7月5日

广东工业大学课程设计任务书

题目名称

106KW 水冷式冷凝器 学生学院

材料与能源学院 专业班级

热能与动力工程 制冷0901班 姓 名

陈桂福 学 号 3109007330

一、课程设计的内容

设计一台冷库用冷凝器。冷凝器热负荷k Q =106KW ，冷凝温度k t ＝40℃，制

冷剂为R22。冷却水进出口温度分别为：进口温度2t '＝32℃，出口温度2t ''＝36℃。

二、课程设计的要求与数据

1）学生在教师指导下独立完成设计。

2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。

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，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；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；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，拆画零件图1～2张。

四、课程设计进程安排

五、应收集的资料及主要参考文献

[1] 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.

[2] 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] 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，2003.

[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] 中华人民共和国国家标准－管壳式换热器（GB151－1999）.

[7] 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、制冷机工艺等相关资料.

发出任务书日期：2012年 6 月 25日指导教师签名：

计划完成日期： 2012年 7月6 日基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

设 计 总 说 明

本课程设计是设计一个热负荷为106kW 的水冷式管壳冷凝器。本课程设计是在给定冷凝器换热量Q k =106KW ，制冷剂为R22，冷凝温度k t ＝40℃，冷却水进口

温度2

t '＝32℃，冷却水出口温度2t ''＝36℃，假定蒸发温度015t C =-︒、制冷剂过热度为5r t C ∆=︒的条件下进行设计的。

整个设计过程主要包括传热设计计算、水的流动阻力计算、结构设计计算、配件选择及主要配件的强度校核，同时结合整体设备运行原理，对该水冷式管壳冷凝器各性能参数进行校正。本次设计先从传热设计计算着手，先根据热力循环对系统进行热力计算，同时采用假定热流密度及试凑法进行计算以确定较好的工作点，其中传热设计计算与结构设计计算相互交叉进行，接着计算水的流动阻力以及零部件的选取，最后进行强度计算与强度校核。设计内容包括了换热管的布置排列，换热管和流程数、管长、壳体、端盖、法兰、螺栓和垫片等的选取。

经过设计计算，可以知道壳管式冷凝器的换热面积为F 0=18.23m 2、流程数N=2，总管数N Z=68根，有效单管长l=1.87m ，制冷剂蒸汽进口管径 42 2.5，制冷剂液体出口管径 42 3.0，冷却水进出口管径为 108 4.0，水泵最小功率为Pe=1344.0KW 。

通过本次的设计，得到了一个较合理的水冷式管壳冷凝器。

关键词：冷凝器 管壳式 热交换器 课程设计

目 录

一、冷凝器热力、结构计算 (1)

1.1冷凝器的传热循环的确定 (1)

1.2冷却水流量vs q 和平均传热温差m T 的确定 (2)

1.3 换热管的选型 (3)

1.4估算换热管总长 (3)

1.5确定每流程管数Z 、有效单管长l 及流程数N (3)

1.6 传热管的布置排列及主体结构 (4)

1.7传热计算及所需传热面积确定 (5)

二、冷却水侧阻力计算 (8)

三、冷凝器的配件及其强度校核 (9)

3.1连接管管径计算 (9)

3.2防冲板 (10)

3.3壳体 (10)

3.4管板 (11)

3.5端盖 (11)

3.6支座 (12)

3.7支撑板 (13)

3.8拉杆 (13)

3.9法兰类选择 (13)

3.10垫片 (16)

3.11螺栓 (17)

3.12分程隔板 (19)

四、心得体会 (19)

五、主要参考文献 (20)

一、冷凝器热力、结构计算

1.1冷凝器的传热循环的确定

根据冷库的实际工作工况：取蒸发温度015t C =-︒，过热度5r t C ∆=︒，即吸入温度110t C =-︒，冷凝器出口温度440k t t C ==︒。

查《 冷库制冷设计手册》第441页图6-7， R22在压缩过程指示功率i =0.78η 查R22压焓图得

h 1=405kJ/kg, h 2=443kJ/kg, h 3=418kJ/kg, h 4=250kJ/kg,

4=0.886 10-3m 3/kg, 2s =0.02m 3/kg

w t =h 2-h 1=(443-405)kJ/kg=38kJ/kg

3848.7/0.78

t

j i w w kJ kg η=== 21(40548.7)453.7s i h h w kJ kg kJ kg =+=+=

0224R 801060.520453.7250

s k mo s t C

Q q kg s h h ====--再查22压焓图得