换热器设计指导书

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1、Haier空调器主关件设计指导书换热器编制：审核：会签：审定：批准：青岛海尔空调电子有限公司一、总述1、用途32、参考资料及参考标准3二、设计步骤1、基本原理及性能指标32、产品选型2.1 产品类型 42.2 产品主要结构及材料选择要求43、 设计计算74、 安装规范要求11三、设计雷区及规避措施11四、 检验要求12一、总述1、用途 这份换热器设计指导书，涉及到所有换热器的分类、换热器的选型、设计标准、安装规范 曾出现的社会问题，保证换热器的稳定可靠性。2、参考资料及标准2.1 参考资料 制冷换热器设计、制冷原理及设备、传热学2.2 参考标准Q/HKT J05101-1999JB/T7659

2、.4-1995JB/T7659.5-1995JB/T4750-2003GB 150JB4734JB4745热交换器 氟利昂制冷装置用干式蒸发器 氟利昂制冷装置用翅片式换热器制冷装置用压力容器钢制压力容器铝制压力容器钛制压力容器二、设计步骤1、换热器基本原理及性能指标1.1 换热器基本原理 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为换热器 .在这种设备中，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；另一种 流体温度较低，吸收热量。但是有的热交换器中也有多于两种温度不同的流体在其中传热的， 例如空分装置中的可逆式板翅热交换器。1.2 换热器性能指标1）传

3、热性能 保证满足生产过程所要求的热负荷。热交换强度高，热损失少，在有利的平均温差 下工作。2）阻力性能 保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。3）机械性能 强度足够及结构合理。要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构， 运行可靠。4）经济性能 经济上合理是指换热器在满足了其他性能指标的同时，自身的全部费用（包括设备 费，运行费等多方面的费用）达到最小。此外，一台较完善的换热器还应该便于制造，安装和检修，设备紧凑（这对大型企业， 航空航天，新能源开发和余热回收装置更有重要意义）等。2、产品选型2.1 产品类型换热器按照它们的一些共同特征来加以区分。1）按照用途来分：有预热器（或

4、加热器），冷却器，冷凝器，蒸发器等。2）按照制造换热器的材料来分：有金属的，陶瓷的，塑料的，石墨的，玻璃的等。3）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的 温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改 变。4）按照热流体与冷流体的流动方向来分： 顺流式（或称并流式）：两种流体平行地向着同一个方向流动； 逆流式：两种流体也是平行流动，但他们的流动方向相反； 错流式（或称叉流式）：两种流体的流动方向互相垂直交叉。当交叉次数在四次以 上时，可根据两种流体流向的总趋势将其看成逆流或顺流；混流式：两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部

5、分。5）按照传送热量的方式来分：间壁式：热流体和冷流体间有一固体壁面，一种流体恒在壁的一侧流动，而另一 种流体恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面进行传递；混合式（或称直接接触式）：这种换热器内依靠热流体与冷流体的直接接触而进行 热量传递，例如冷水塔以及喷射式换热器；蓄热式（或称回热式）：其中也有固体壁面，但两种流体并非同时，而是轮流地和 壁面接触。当热流体流过时，把热量储蓄于壁面，其温度逐渐升高；而当冷流体流过时， 壁面放出热量，其温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。2.2 产品主要结构及材料选择要求2.2.1 管壳式热交换器（间壁式）主要结构及材料选择要求1）管子

6、：管子构成了换热器的传热面，它的材料应根据工作压力，温度和流体腐蚀性， 流体对材料的脆化作用及毒性等决定，可选用碳钢，合金钢，铜，塑料及石墨等。2）管板：管板是管壳式热交换器关键零件之一，常用的均为圆形平板。 管板的受力情况比较复杂，影响管板强度的因素很多。当管板与管子用涨接法 连接时，管板的最小厚度（不包括腐蚀裕度）按下表规定；当用焊接法连接时，最小 厚度除满足要求外还要满足结构和制造的要求。3）分程隔板：在管箱内安装分程隔板是为了将热交换器的管程分为若干流程。分隔板的 形状应力求简单，并使密封长度尽可能短。4）纵向隔板，折流板及支持板：为了提高流体的流速和紊流程度，强化壳程流体的传热， 在

7、管外空间常装设纵向隔板或折流板。纵向隔板在 U 形管壳式换热器中常有应用。由于它的安装难度较大，也由于它于 壳体内壁之间容易存在间隙而产生流体泄露，在它两侧的流体温度不同又存在热的泄 露，往往降低了装设纵向隔板的效果。考虑到以上两个方面的问题，两块以上的纵向隔 板在实际中很少采用。折流板除使流体横过管束流动外，还有支撑管束，防止管束震动和弯曲的作用。 当设备上无安装折流板的要求（如冷凝换热）而管子无支撑跨距又超过折流板的最大 间距时，应该安装一定数量的支持板，用来支撑换热管，防止它产生过大的挠度。5）挡管和旁路挡板：挡管和旁路挡管是为了防止流体短路而设立的构件。 挡管是两端堵死的管子，安置在分

8、程隔板槽后面，每根挡管占据一根换热管的位 置，但不穿过管板，用点焊的方法固定于折流板上。旁路挡板可减小管束外环间隙的短路，用他增加阻力，迫使大部分流体通过管束 进行热交换。6）防冲板与导流筒： 处于流体进口处的管束，经常受到高流速的流体的冲刷，故在进口处设一防冲板， 使之起防护作用。在立式交换器中，为使流体更均匀的流入管间，防止流体对进口段管束的冲刷， 并减小远离接管处的死区，提高传热效果，可装设导流管。2.2.2 高效间壁式换热器主要结构及材料选择要求A. 螺旋板式热交换器螺旋板式热交换器的构造主要包括螺旋行传热板，隔板，头盖，连接管等。各 种形式的螺旋板式热交换器均包含由两张厚越 2-6m

9、m 的钢板卷制而成的一对同心圆 的螺旋通道，中心处的隔板将板片两侧流体隔开，冷，热两流体在管板两侧的流道 内流动，通过螺旋板进行换热。B. 板式换热器板式换热器由三个主要部件：传热板片，密封垫圈，压紧装置及其他的一些部件， 如轴，接管等组成。1）传热板片：传热板片是板式换热器的关键元件。它的设计主要考虑两个方面的 因素：a：使流体在低速下发生强烈紊流，以强化传热；b：提高板片刚度，能 耐较高的压力。板片材料有碳钢，不锈钢，铝及合金，黄铜，蒙乃尔合金，钼，钛等。目 前应用最广的是不锈钢。2）密封垫圈：为了防止流体的外漏和两流体之间内漏，必须要有密封垫圈。它安 装于密封槽中，运行中承受压力和温度，

10、而且受着工作流体的侵蚀，此外在多 次拆装后还要求具有良好的弹性。对垫圈橡胶质量的要求除了耐蚀，耐温外，还要求其他物理性能满足下列 要求根据使用压力不同，硬度一般应在 65-90 邵氏硬度，压缩永久变形量不大于 10%，抗拉强度或=200%。目前广泛使用的有：天然橡胶，丁晴橡胶，丁苯橡胶， 氯丁橡胶，三元乙丙橡胶，硅橡胶等。3）压紧装置：它包括固定与活动的压紧板，压紧螺栓。它将垫圈压紧，产生足够 的密封力，使得热交换器在工作时不发生泄露，通过旋紧螺栓来产生压紧力。对于大型版式换热器，其密封压紧力甚至超过980KN,所以要有坚固的框架。C. 板翅式热交换器隔板，翅片及封条三部分构成了板翅式热交换器

11、的结构基本单元。冷热流体在相邻 的基本单元的流道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行换热。1）隔板：隔板材料是在母体金属表面覆盖一层厚约0.1-0.4mm，含硅5%-12%的钎 料合金，所以又称金属复合板，在钎焊时合金熔化而使翅片与金属平板焊接成 整体。隔板厚度一般为1-2mm，最薄为0.36mm。2）翅片：翅片是板翅式换热器的最基本元件。冷热流体之间的热交换大部分通过 翅片，小部分直接通过隔板来进行。翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板之间的加强作用。3）封条：封条的作用是使流体在单元体的流道中流动而不向两侧外流。它的上下 面均具有0.15mm的斜度，以便在组成板束时形成缝隙，利于

12、钎剂渗透。D. 翅片管热交换器翅片管是翅片管热交换器中最重要的部件。管内外流体通过管壁及翅片进行热交 换，由于翅片扩大了传热面积，使换热得以改善。 对翅片管的基本要求是：有良好的传热性能，耐温性能，耐热冲击能力及耐腐蚀能 力，易于清理尘垢，压降较底等。翅片管管子常为圆形,空冷器中为强化传热也用椭圆管。椭圆管的管外对流换热系 数比光管约可提高 25%，而空气阻力约可降低 15%-25%。翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定。有碳钢，不锈钢，铝及铝合金，铜及铜 合金等。所用基管材料有碳钢，铬钼钢，不锈钢，铝等。E 热管换热器热管是热管换热器的最基本元件，它由管壳，管芯和蒸汽腔组成。1）热管的管壳是

13、受压部件，要求由高导热率，耐压，耐热应力的材料制造。但在材 料的选择上必须首先考虑到与所要使用的工质的相容性，即要求热管在长期运行 中管壳无腐蚀，工质与管壳不发生化学反应，不产生气体。管壳材料有多种，以 不锈钢，铜，铝等较多，也可用贵金属铌或玻璃，陶瓷等。管壳的作用是将热管 的工作部分封闭起来，在热端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时 所产生的压力差。2）管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，通常用多层金属丝网或纤维，布等以衬里 形式紧贴内壁以减少接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。2.2.3 混合式热交换器主要结构及材料选择要求A.冷水塔各种形式是冷水塔，一般包括下面所讲的几个

14、主要部分：1）淋水装置：淋水装置又称填料，其作用在于将进塔的热水尽可能形成细小的水 滴或水膜，增加水和空气的接触面积，延长接触时间，以增进水气之间的热质 交换。在选用淋水装置的形式时，要求它能提供较大的接触面积并具有良好的亲水性 能，制造简单而又经久耐用，安装检修方便，价格便宜等。2）配水系统：配水系统的作用在于将热水均匀地分配到整个淋水面积上，从而使 淋水装置发挥最大的冷却能力。2）通风筒：通风筒是冷水塔的外壳，气流的通道，其作用在于创造良好的空气动 力条件，并将排出冷却塔的湿热空气送往高空，减少或避免湿热空气回流。 自然通风冷水塔一般都很高，有的达150m以上，而机械通风冷水塔的风筒一 般

15、在10m左右的高度。B 喷射式热交换器喷射式热交换器的主要部件有：工作喷管，引入室，混合室和扩散管。压力较高的流体称为工作流体。工作流体通过喷管的膨胀，使其势能转变为动能，以很高的速度从喷管喷出，并将压力较低的流体（称被引射流）卷吸到引入室内。工作流体把一部分动能传给被引射流，在沿喷射器流动的过程中，工作流体与被引射流体混合后的混合流体的速度渐趋均衡，动能相反地转变为势能，然后送给用户。2.2.4 蓄热式热交换器主要结构及材料选择要求A.回转型蓄热式热交换器 回转型蓄热式热交换器主要由圆筒形蓄热体（常称转子）及风罩两部分组成。它又 分为转子回转型和外壳回转型。转子：转子就是一个蓄热体。在转子回转型中，转子转动，而风罩不动。转子回转 时，按照一定的周期不断交替地通过冷，热流体通道。蓄热板由厚为 0.5-1.25mm 钢板压成的波纹板和定位板两种组件相间排列而 成。蓄热板的形状应不使气体在其上做层流流动，同时能防止它在烟气中发生腐蚀 和堵塞。B 阀门切换型蓄热式热交换器 阀门切换型热交换器由两个相同的充满蓄热体的蓄热室所构成。 蓄热室中的蓄热体大多由耐火砖砌成的“格子砖