1、3 滿液式蒸發器的設計制冷劑流量的確定制冷劑壓焓圖：圖 3.1由蒸發溫度 t0 5， tk 40，tg 5 ，根據文獻 1制冷原理及設備 附表 13(P341)和附圖 5( P373)查得：h1 407.143kJ /(kg.K) ,h2 430.050kJ /( kg.K ) ,h3 h4 249.686kJ /(kg.K)h3, h4, 242.963kJ/(kg.K) , 1 40.3556 10 3m3 /kg , 2 17.9876 10 3m3 / kg3 0.88392 10 3m3 /kg , 4, 9.0003 10 3m3/kg單位制冷量：(3.1)(3.2)q0 h1 h

2、4 407.143 242.963 164.180kJ/(kg.K) (P31)制冷劑流量：qm Q070 0.4263kg / s ( P31)m q0 164.180載冷劑流量的確定qvsQ0 cp(ts1ts2)333.3436 10 3m3/ s1000 4.187 5P246)(3.3)傳熱管的確定選用 101低螺紋銅管，取水流速度 u 1.2m/ s, 則每流程的管子數 Z 為4 3.3436 10 364dqiv2su 3.144(130.3423)26 1100 6 1.2 55.46根(3.4)圓整后， Z=56根。實際水流速度u4qvs3(3.5)4 3.3436 102

3、2 61.1884m / s 1.2m/ sdi2Z 3.14 (10 2)2 10 6 56管程與有效管長假定熱流密度 q=6600W /m2, 則所需的傳熱面積F0Qk70 103 10.61m2q 6600(3.6)管子與管子有效長度的乘積NI cF010.616.03m d0Z 3.14 0.01 56(3.7)采用管子成正三角形排列的布置方案，管距 s=14mm對, 不同流程數 N，有效單管長 lc，總根數 NZ,殼體直徑 D及長徑比 lc /D 進行組合計算，組合計算結果從 D及lc /D 值看，4 流程是可取的。NNZlc (m)D(m)lc /D21123.020.1225.1

4、742241.510.169.4463361.010.185.6184480.750.203.75如表 3.1 所示：表 3.1 組合計算結果表 3.1 不同流程數 N對應的管長 lc及lc /D傳熱系數的確定3.5.1蒸發器中污垢的熱阻由文獻 1制冷原理及設備表 9-1 可知：管外熱阻 0 9 10 5m2 ?0 C/W管內熱阻 i 4.5 10 5m2?0 C/W3.5.2平均傳熱溫差平均傳熱溫差：ts1 ts2ts1 t0 lnts2 t0ln96.17(3.8)3.5.3管內換熱系數(f / 8)(Re 1000) Pr f管內強制對流換熱系數由文獻 5傳熱學( P248)公式 (6-

5、21a)式可知：d 2/3(3.9)1 12.7 f /8(Prf2/3 1) 1 (l)ct di其中 ct(Prf )0.01 (Prw)(1.82 lg Re 1.64)冷卻水的定性溫度 t s：tst s1 ts2214 9211.5(3.10)查飽和水物性表得：999.25kg / m3 ，1.216 10 6m2 /s258.15 10 2W /(m k) ，Prf 8.773則:Re udi 1.2 8 10 6 78951.216 10 6(3.11)假設壁溫 tw為 8.5，查水的物性表，得 Prw11.75 , 假設管長為 1.8m，于是有 f (1.82lg 7895 1

6、.64) 2 0.0336(3.12)(0.0336 / 8)(7895 1000) 8.77 1 ( 0.008) 2/31 12.7 (8.772/3 1) 0.0336 / 8 1 ( 1.8 )8.77 0.01(11.75)58.15 100.008(3.13)W/(m 2K)3.5.4 管外換熱系數管外換熱系數按下式計算：0.82 0.45 2(3.14)3.2 00.82P00.45W /(m2 C)其中 0 tw 53.5.5壁溫和熱流密度的估算傳熱過程分為兩部分：第一部分是傳熱量經過制冷劑的傳熱過程； 第二部分是傳熱量經過污垢層、管壁、管內污垢層以及冷卻水的傳熱過程第一部分的

7、熱流密度：3.20.820P00.43.2 (583.78 103)0.4(tW 5)1.82查 R22 熱力性質表 P0 583.78kPa)648.11(tW 5)1.82W / m2第二部分的熱流密度：(3.15)q, m( 1i )dd0i di0d0dm(3.16)其中dmdi d028 1029mm ，2398W /(m2 K)代入數據得：11.1731 5 10 1 10 3 10 5( 4.5 10 5 )9 10 55146.5 8 398 9= 2551.5(11.17 tw) W/m2根據設計要求估算 tw 的值， 來確定熱流密度。具體估算數值如表 3.2 所示：表 3.

8、2 熱流密度的估算tw8.09.08.58.68.58q4786.418079.756336.556669.906602.61， q8088.265536.766812.516557.366607.35由表格中數據可知 , 當tw =8.580C時，與前面假設的 tw 7.60C接近，q與 q的值相差約為 4.74，取 q =6605 (W /m2. K)，誤差 0.08%，合理，故 q 可取為 6605(W /m2. K ) ,即為所求熱流密度。所以有： tw= 8.580C2q =6605 (W /m2. K)3.5.6傳熱系數q 6605K00 tm 6.171071W /(m2K)(3

9、.17)傳熱面積和管長確定根據 q 求傳熱面積F0:F0 Q0 q370 103660510.65m2(3.18)管子的有效長度F010.65d0NZ3.14 0.01 4 561.51m(3.19)適當調整后，取1.8m冷卻水流動阻力冷卻水的流動阻力系數按文獻1制冷原理及設備 P232 公式(9-71)計算：其中沿程阻力系數 為0.3164Re0.250.316478950.250.0336(3.20)冷卻水的總流動阻力 p 為p 1 u2 N l 1.5(N 1)2di(3.21)1 1000 1.22 0.0336 2 1.82 0.0081.5(41)=0.0163Mpa考慮到外部管路

10、損失，冷卻水泵的總壓頭損失約為p 0.1 p 0.1+0.0163 0.1163 MPa(3.22)取離心水泵的效率 0.6, 則水泵所需功率 Pe為PeqVs p3.3436 10 3 0.1163 1060.6648W(3.23)結構設計計算3.8.1 筒體根據文獻 4熱交換器原理與設計表 2.3 可知，當換熱管外徑 d0=10mm 時，換熱管中心距 為 s=14mm， 分 程隔 板槽 兩 側相 鄰中 心距 IE=28mm根據文獻 4熱交換器原理與設計 P47 可知， 熱交換器管束最外層換熱管表面至殼體內壁的最 短距離 b=0.25d且不小于 8mm, 故本設計取 8mm根據10表 6-3

11、, 選用殼體壁厚 6mm，故從上 面計算得到的筒徑為 277.16 mm圖 3.2 蒸發器管板又根據滿液式蒸發器上程管排頂部應預留一定空間的特殊性， 由作圖可知殼體外徑至少應選為： D=325mm（國家標準規格） . 由于壁厚取 6mm,所以內徑為： Di=325-2 6=313mm。此時長徑比為l 1.85.75D 0.325(3.24)根據文獻 4熱交換器原理與設計 P55，目前所采用的換熱管長度與殼體直徑之比，一般在 425 之間，通常為 610，故合理3.8.2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。根據文獻 3小型制冷裝置設計指導表

12、 3-8 ，換熱管外徑為 10mm 時，管 板最小厚度不小于 10mm，根據文獻 10制冷機工藝表 6-6，查得與管子連接 方式有關的系數 f1 =1.15,與管板兼做法蘭有關的系數 f2 =1.30，由文獻文獻 10制(3.25)圖 3.3 端蓋S=10mm連, 接螺栓處厚冷機工藝公式( 6-4)得管板厚度：t= f1 f 2 (17+0.0083 Di )=1.15 1.30 (17+0.0083 313)=29.3實際可取 t=30 mm.管孔直徑 dp，根據文獻 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

13、差 +0.05-0.103.8.3法蘭如圖 4.2，取法蘭外徑 Df =313+(24+18) 2=397mm， 法蘭厚度 f =30-5-3=22mm，則螺栓所在圓的直徑 Da =313+242=361mm, 螺栓所在圓的周長 C a =3613.14= 1133.54mm 3.8.4端蓋如圖 4.2，根據文獻 10制冷機工藝選端蓋厚度為度 f =20mm, 球面半徑 R=250mm，球面高度 h i =45mm分程隔板根據文獻 10制冷機工藝表 6-8，分程隔板厚度選8mm3.8.6支撐板與拉桿根據文獻 4熱交換器原理與設計表 2.5 和表 2.6，換熱管外經 d=10mm,支撐板最大無支

14、撐跨距為 750mm，支撐板厚度為 8mm，直接焊在拉桿上固定 。根據文獻文獻 4熱交換器原理與設計 P51 可知，換熱管外徑 10d1拉4, 桿直徑 dn =10mm，公稱直徑 DN=325400, 拉桿數量為 4。3.8.7封頭和支座根據文獻 10制冷機工藝表 6-8取封頭的厚度為 10 mm根據文獻 3小型制冷裝置設計指導表 3-9 得支座尺寸：L=280mm K=200mm3.8.8墊片的選取材料：石棉，具有適當加固物（石棉橡膠板） ；基礎參數為厚度 =1.5mm, P 1.569MPa, 墊片系數 m=2.75, 比壓力 y=25.5MPa；寬度：本設計筒體內徑D i =365mm

15、700 mm， 故 可 取 墊片 寬 度 N=12mm,墊 片 基 本 密 封 寬 度Nb0N2 6mm 6.4mm，墊片的有效密封寬度 b b0 6mm.6.4mm ，求墊片壓緊力作用中心圓直徑 DG：因為 b0N26mm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 G =313+1 2+62=327mm.(3.26)墊片壓緊力 : 預緊狀態所需的最小壓緊力：FG =3.14 D G by=3.14 327625.5=1.57 105N(3.27)操作狀態下所需的最小壓緊力F p =6.28 D G bmp=6.2832762.75 1.569=5.32 104N(3.28)其

16、中 P=1.569 MPa為蒸發器的設計壓力。墊片寬度校核常 溫 下 的 強 度 指 標 =530MPa, 安 全 系 數 nb =2.7 ，故許用應力b= =530 196.3MPa ， nb 2.7(3.29)定溫度下的許用應力tb 117MPa ，實際螺栓面積 A b =1502.6mm2 （見后面計算） . 所需的墊片的最小厚度AbbN min=b 9.7mm N 12mmmin 6.28DG y 6.28 192 25.5b 1502.6 196.3(3.30)所以最初選的墊片厚度符合要求3.8.9螺栓的選取GB/T5782根據 9畫法幾何與機械制圖法蘭及端蓋的厚度，選螺栓M1280

17、，其小 di =10.106mm.，S=18mm，Sa=16mm，螺栓最小間距 Smin 38mm，法蘭有效寬度 f=22mm 螺栓的最大間距6fsmax=2dp m 0.56 22=216+=72.6mm2.75 0.5(3.31)因為螺栓所在圓的周長Ca =1133.54 mm，取螺栓間距為 72mm故所需要的螺栓個數 n 1133.547215.74個圓整后，取 16 個，則 S1133.54 70.84mm1672.6mm，合理螺栓載荷預緊狀態下需要的最小載荷Wa 3.14 DGby 3.14 327 6 25.51.57 105 N(3.32)操作狀態下需要的最小載荷(3.33)W

18、p =0.785DG2 p 6.28DGbmp2=0.785 3272 1.569 +6.28 32762.75 1.569=1.65 105N螺栓面積： 預緊狀態下需要的最小面積Aawa 1.57 105196.32799.8m2(3.34)其中 b530MPa nb=2.7 b=b =196.3lb 117MPanb操作狀態下需要的最小面積Apwp1.65 10521410.3mm2117(3.35)需要的螺栓面積： A m = A p =1410.3mm2而螺栓的實際面積Ab22 n d123.14 13.83521 12441502.6mm2 A m 符合要求(3.36)螺栓的設計載荷： 預緊狀態下需要的螺栓設計載荷：1410.3 1502.625196.3 2.86 105 N(3.37)