壳管式冷凝器设计

课程设计说明书设计名称机械设计基础课程设计

设计题目制冷系统设计任务书设计时间～

学院食品工程学院

专业能源与动力工程

班级1202班

姓名杨鑫

指导教师曲航

配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器设计

设计任务：设计一台配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器

设计条件:设计参数：

制冷剂：R134a

=50C

额定工况蒸发温度：t

冷却水进口温度：t

=400C

k

=360kw

制冷量：Q

传热管：每英寸19片的滚轧低肋铜

设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述；

2.物料衡算，热量衡算；

3.确定管式冷凝器的主要结构尺寸；

4.计算阻力；

5.编写设计说明书

一、设计方案的确定及说明。

1.冷却水的进出口温度。

进口水温度280C，而一般卧式壳管式冷凝器的冷却剂进出口温度之差为4—100C，本设计取60C,故出口温度为340C.

2.流速的选择

查得列管换热器管内水的流速，管程为～3m/s，壳程～s[2]；根据本设计制冷剂和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为s.

3.冷凝器的造型和计算

水冷式卧式冷凝器的类型

本次设计是以海水为冷却剂，选择氟利昂高效卧式冷凝器为设计对象。此冷却系统的原理是将压缩机排出的高温、高压制冷制气等压冷凝成液体，在冷库中蒸发，带走待冷物料的热量，起到冷却物料的效果。

本方案采用R134a为制冷剂，不燃烧，不爆炸，无色，无味。

冷凝器型式的选择：

本方案采用卧式壳管式冷凝器。卧式管壳式水冷凝器的优点是：

1、结构紧凑，体积比立式壳管式的小；

2、传热系数比立式壳管式的大；

3、冷却水进、出口温差大，耗水量少；

4、为增加其传热面积，R134a所用的管道采用低肋管；

5、室内布置，操作较为方便。

冷凝器的选型计算

冷凝器的热负荷

冷凝器的传热面积计算+

冷凝器的阻力计算

4·管数、管程数和管子的排列

4． 1管数及管程数

管子在管板上的排列方式

管心距

5·壳体直径及壳体厚度的计算

5．1壳体直径，厚度计算

二、设计计算及说明（包括校核）

（一）设计计算

1、冷凝器的热负荷：

冷凝器的热负荷是制冷剂的过热蒸汽在冷凝过程中所放出的总热量，可用制冷剂的 压－焓图算出。公式如下：

0Q Q L φ= kw

式中 ：L Q ———— 冷凝器的热负荷，kw ； 0Q ———— 制冷量，360kw ；

φ———— 系数，与蒸发温度t k 、气缸冷却方式及制冷剂种类有关，由《食品工

程原理设计指导书》图3查出。在蒸发温度0t 为5℃，冷凝温度k t 为40℃，查得φ为。

∴ L Q =×360= 695kw 2、传热平均温差：

2

11

2ln

t t t t t t t k k ---=

∆= 3、冷凝器的传热面积计算：

根据选用卧式管壳式水冷冷凝器及设计指导书表4各种冷凝器的热力性能，取传热系数

为800 w/（㎡·k ）

t

K Q F L

∆=

0 式中： K ———— 传热系数，w/㎡ 、℃；

（由《食品工程原理设计指导书》表3中可取750）

F ———— 冷凝器得传热面积，㎡； L Q ———— 冷凝器得热负荷，w ； t ∆———— 传热平均温差，℃

又△t=℃

4、冷凝器冷却水用量： 3600)

(12⨯-=

t t C Q M p L

kg/h

式中：L Q ———— 冷凝器的热负荷， kw ； p

C ————

冷却水的定

压比热，KJ/kg·k ；淡水可取； 1t ———— 冷却水进出冷凝器得温度，K 或℃；

2t ———— 冷却水进出冷凝器得温度，K 或℃。

5、冷凝器冷却水体积流量：

式中：ρ————取3/m kg ；

6、管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定：

1）确定单程管数n 由《制冷原理及设备》一书查得，冷凝器内冷却水在管内流速可

选取 m/s 。设计中选用ϕ38×不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。 u

d V

n 24

π

=

式中：V ——— 管内流体的体积流量， ㎡/s ； d ——— 管子内直径， m ；

u ——— 流体流速，m/s 。

6.1075.1033.04

14

.3138.02=⨯⨯=

n 圆整为108

取整后的实际流速s m nd V u /49.1033.010814.3138

.0442

2=⨯⨯⨯==

π 2）管程数： 管束长度 d

n F L π=

式中：F ——— 传热面积，㎡；

L ——— 按单程计算的管长，m 。

管程数 l

L m =

式中： l 为选定的每程管长，m ，考虑到管材的合理利用，l 取6m 。

79.116

73

.70==

m 圆整为12 所以冷凝器的总管数T N 为

129612108=⨯=⋅=m n N T 根

3）管心距а