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2015.1.6～2015.1.21 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

额定工况蒸发温度：t0=50C

冷却水进口温度：t k=400C

制冷量：Q0=360kw

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0.5～3m/s，壳程0.2～1.5m/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1.5m/s.

3.冷凝器的造型和计算

3.1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。

3.2冷凝器的选型计算

3.3冷凝器的热负荷

3.4冷凝器的传热面积计算+

3.5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

4.2管子在管板上的排列方式

4.3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

1.93。

∴ L Q =1.93×360= 695kw

2、传热平均温差：

2

1

12ln t t t t t t t k k ---=∆=5.450C 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=5.45℃

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4.186； 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995.73/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1.5 m/s 。设计中选用ϕ38×2.5mm 不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。 u

d V

n 24π

= 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 。

6.1075.1033.0414.3138

.02=⨯⨯=n 圆整为108 取整后的实际流速s m nd V u /49.1033

.010814.3138.04422=⨯⨯⨯==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

根

=m

n

N

1296

⋅

12

=

108=

⨯

T

3）管心距а

查可得管心距а=48mm

4）管子在管板上的排列方式

管子在管板上排列时，应使管子在整个冷凝器截面上均匀而紧凑地分布，还要考虑流体性质，

设备结垢以及制造等方面地问题

7.壳体直径及壳体厚度的计算

1）壳体直径的计算

壳体的内径应稍大于或等于管板的直径，所以，从管板直径的计算

可以决定壳体的内径.

D=a (b-1) +2e

式中：D———壳体内径，mm；

a ———管心距，mm；

b ———最外

层的六角形对角线(或同心圆直径)；

e ———六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。

一般取e=(1～1.5)d0，这里取1.4。