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1、 壳管式冷凝器课程设计第一部分：一：设计任务：用制冷量为的水冷螺杆式冷水机组，制冷剂选用，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器采用卧式壳管式。二：工况确定 1：冷凝温度确定： 冷却水进口温度，出口温度，冷凝温度：由。 2：蒸发温度确定: 冷冻水进口温度，出口温度，蒸发温度：由。 3：吸气温度，采用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为。过冷度为，单级压缩机系统中，一般取过冷度为。三：热力计算：1： 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：状态点符号单位参数值02根据确定蒸发压力，作等压线饱和气体线交得点3.239817的等压线交，查压焓图0.066403
2、252.2取指示效率为0.8510.16432435等压线与过冷等温线交于4点，其中2492s427.6532552热力计算性能 （1）单位质量制冷量 （2）单位理论功（3）制冷循环质量流量 （4）实际输气量 （5） 输气系数：取压缩机的输气系数为0.75（6）压缩机理论输气量 （7）压缩机理论功率 (8)压缩机指示功率 （9）制冷系数及热力完善度 理论制冷系数： 实际制冷系数： 卡诺循环制冷系数：故热力完善度为：（10） 冷凝器热负荷 由， 则（11）压缩机的输入电功率由，取 （12）能效比 循环的热力计算如下： 序号项目计算公式结果备注1单位制冷量154kJ/kg2单位理论功24.65kJ
3、/kg3制冷循环质量流量1.5174实际输气量5输气系数6压缩机理论输气量 7压缩机理论功率8压缩机指示功率 9理论制冷系数6.2510实际制冷系数4.7811卡诺循环制冷系数7.2412热力完善度0.6613冷凝器热负荷14压缩机的输入轴功率15能效比3. 压缩机的选型 在制冷系统中，压缩机起到非常大的作用。它是整个系统运行的心脏，带动整个系统的正常运行。压缩机的作用主要是：从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力；提高压力（压缩），以创造在较高温度下冷凝的条件；输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环。制冷系统所需要的制冷量Q0=233.6KW,需要选配制冷压缩机。 压缩机的种类很多，可分
4、两大类容积式和速度型。容积式压缩机是靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气等过程。这类压缩机又分往复式和回转式压缩机。往复式又称活塞式。速度型压缩机是靠旋转的叶轮对蒸汽做功，使压力升高以完成蒸汽的输送，这类压缩机又分离心式和轴流式。 活塞式压缩机是问世最早的一种机型，至今已发展到几乎完善的程度，由于其压力范围大，能够适合较广的能量范围，有高速，多缸能量可调，热效率高，适用多种制冷制等优点。并且我国对此机的加工制造已有数十年的经验，加工较容易，造价也较低，国内应用极为普遍，有成熟的运行管理，维护经验。 本设计初步选择螺杆式冷媒压缩机。螺杆压缩机一般都是指双螺杆压缩机，它由一对阳、阴螺杆构成，是回转
5、压缩机中应用最广泛的一种，在化工、制冷及空气动力工程中，它所占的比重越来越大。螺杆式热泵机组无论是COP值还是维护费用、振动频率、噪音等性能均优于活塞式热泵机组。该产品有以下特点：1.四段容调或连续卸载控制设计，随负荷变化调整压缩机的输出，节省能源消耗。2.转子经专用研磨加工及动力平衡校正，配合进口德国FAG及瑞典SKF高精密轴承，运行平顺，振动小，噪音低。3.采用法国进口高效率耐氟电机，效率高、可靠性好。4.采用最新的第三代非对称齿形，公称子五齿，母转子六齿，齿间压力落差及回吹孔小，容积效率高，节省能源。采用全新高效油分离器，分油效果达99.7，有利于提高机组蒸发器效率，并适用于满液式蒸发器
6、设计。5.半密闭设计不需要轴承，无轴封泄漏问题、可靠性佳，且马达与机体为分离式设计，易于维护与保养。6.除一般的冷水机组和空调储冰系统以外，依使用工况不同另设计高压缩比机种，效率高。可靠性佳，适用于风冷机组、热泵机。根据已知条件进行计算选型：吸气状态的比体积：压缩机的实际输气量：压缩机的理论输气量：制冷压缩机的理论功率、指示功率：=选用比泽尔CSH8573-110Y-40P型号螺杆式 压缩机机组，制冷量为243kw。 第二部分：壳管式冷凝器设计2.2 结构的初步规划 2.2.1：结构型式 系统制冷量为233.6kw，制冷量相对较大，本次设计选用壳管式器较为合适。2.2.2 污垢系数的选择 参看
7、文献，可取氟利昂侧 = 0.086 /kW，冷冻水侧 = 0.086 /kW。2.2.3 冷冻水的流速： 初步设计机组每天运行10小时，则每年运行小时数约为30004000。参看文献数据，取冷冻水流速 u = 2m/s。2.2.4 管型选择： 参考文献1,70-71中所述及文献1表3-4。本次设计选取表3-4中的4号管：16mm1.5mm，因其增强系数相比较大，有利换热。其有关结构参数如下：管内径=11mm ，翅顶直径=15.86mm ，翅厚=0.223mm ，翅根管面外径=12.86mm ，翅节距=1.25mm，翅高h1.5mm。单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积：= 0.008
8、9 每米管长翅侧面积：= 0.1083 每米管长翅间管面面积：= = 0.0332 每米管长管外总面积：=+= 0.1504 每米管长管内面面积：= =0.014= 0.0345 2.2.5 冷却水流量： 取冷却水进出口温度的平均温度为定性温度，= =34.5 。由传热学附录9中查得其有关物性参数如下：= 994.3 = 4.174冷却水流量为：= （2.8）2.2.6 估算传热管总长 参看文献1，75，按管外面积计算热流密度，在设计条件下，热流密度可在50007000范围内取值。本设计假定 = 5000。则应布置的传热面积：= = 应布置的有效总管长： L = = 2.2.7 确定每流程管数
9、Z，有效单管长及流程数N 冷却水的流速u = 1.5m/s，冷却水流量= ，则每流程管数 Z = = 90.68（根），圆整后取Z =91根。 则实际水流速 对流程数N、总根数NZ、有效单管长、壳体内径及长径比进行组合计算，组合计算结果如表3.2所示表3.2 组合计算结果流程数N总根数NZ有效单管/m壳体内径/m长径比21821.9560.4274.5843640.9780.6031.62 参看文献1，76，在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径可按下式估算： 式中 s相邻管中心距，单位为 m； 管外径，单位为 m。系数的取法：当壳体内管子基本布满不留空间时取下限，当壳体内留有一定空间时
10、取上限。（本设计取下限计算）查看文献1表2.3，由=16mm查得：换热管中心距s = 22mm 。参看文献1，76，长径比一般在68范围内较为适宜，长径比大则流程数少，便于端盖的加工制造。当冷凝器与半封闭式活塞式制冷压缩机组成机组时应适当考虑压缩机的尺寸而选取更为合适的冷凝器的长径比。据此，本设计选取2流程方案作为结构设计依据，管径选择400mm的无缝钢管。2.3 热力计算 2.3.1 水侧表面传热系数从管子在壳体的实际排列来看，每个流程的平均管子数为n=92，因此在管内的水速平均值为： 由= 34查文献2附录9表得其运动粘度。由文献1表3-12查得其物性集合系数 B = 2178.2。因为雷
11、诺数Re = = = 21806，亦即水在管内的流动状态为湍流，则由文献1，78中式（3-5），水侧表面传热系数： 3.3.2 氟利昂侧冷凝表面传热系数 根据图3.2的排管布置，管排修正系数由文献1，77中式（3-4）计算 根据所选管型，低翅片管传热增强系数由文献1，77中式（3-2）计算如下：环翅的当量高度 mm = 4.26mm 增强系数 ：= =1.54查文献1，76表3-11，R134a在冷凝温度=40时，其物性集合系数 B = 1516.3由文献1，76式（3-1）计算氟利昂侧蒸发表面传热系数，= 其中管外壁面温度,； 蒸发温度与管外壁面温度之差,。2.3.3 实际所需热流密度计算
12、对数平均温差 5.1 水侧污垢系数= 0.00086。将有关各值代入文献1，78 式（3-6）和（3-7），热流密度计算（单位为）： = 3745 选取不同的（单位为）进行迭代计算，计算结果列于表： 计算结果/（） （）2629840961.7557543501.6532844801.448204608当=1.4，两式的值误差已经很小了，取，计算实际需要的传热面积：，初步设计结构中实际布置冷凝传热为53.6，较传热计算所需面积小，满足要求，可认为原假定值及初步结构设计合理。 2.4 阻力计算 2.4.1 冷却水的流动阻力计算 冷却水流动时的阻力的计算，其中沿程阻力系数为 冷却水的流动阻力为 = 25800Pa式中，N管程；左、右两管板外侧端面间的距
