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1、学号20122916096成绩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：tk=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
2、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4100C，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0.53m/s，壳程0.21.5m/s2；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
3、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51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
4、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： kw式中 ： 冷凝器的热负荷，kw； 制冷量，360kw； 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。在蒸发温度为5，冷凝温度为40，查得为1.93。 =1.93360= 695kw2、传热平均温差：=5.450C3、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） 0式中： 传热系数，w/ 、；（由食品工程原理设计指导书表3中可取750） 冷凝器得传热面积，； 冷凝器得热负
5、荷，w； 传热平均温差，又t=5.454、冷凝器冷却水用量： kg/h 式中： 冷凝器的热负荷， kw； 冷却水的定压比热，KJ/kgk；淡水可取4.186； 冷却水进出冷凝器得温度，K或； 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：取995.7；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382.5mm不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。 式中： 管内流体的体积流量， /s； 管子内直径， m； 流体流速，m/s。 圆整为108取整后的实际流速2）管程数： 管束长度 式
6、中： 传热面积，； 按单程计算的管长，m。 管程数 式中： 为选定的每程管长，m，考虑到管材的合理利用，取6m。 圆整为12所以冷凝器的总管数为 根3）管心距查可得管心距=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
7、距离。一般取e=(11.5)d0，这里取1.4。D= 48（391）21.433 =182492.4=1916.4mm 圆整为2000mm2）壳体厚度(s)的计算 式中：s 外壳壁厚，cm； P 操作时的内压力，N/cm2（表压），根据壁温查得为80.8N/cm2 材料的许用应力， N/cm2；查得不锈无缝管YB804-70的许用应力是13230 N/cm2 焊缝系数，单面焊缝为0.65，双面焊缝为0.85；（取单面焊缝）C 腐蚀裕度，其值在（0.10.8）cm之间，根据流体的腐蚀性而定；取0.7D 外壳内径，cm。适当考虑安全系数及开孔的强度补偿措施，决定取s=17mm（二）设计校核1.雷诺
8、数计算及流型判断 冷凝器冷却水用量： 实际流速：雷诺数： 104 所以流型为湍流。2.阻力的计算冷凝器的阻力计算只需计算管层冷却水的阻力，壳程为制冷剂蒸汽冷凝过程，可不计算流动阻力。冷却水的阻力可按下式计算：式中： 管道摩擦阻力系数，湍流状态下，钢管=0.22Re-0.2；Z 冷却水流程数；L 每根管子的有效长度，m；d 管子内直径, m；u 冷却水在管内流速，m/s；g 重力加速度，m/s2； 局部阻力系数，可近似取为=4Z。4.传热面积安全系数式中： 实际布置所得的传热面积，m2 ； 理论传热面积，m2 管外总传热面积：NTd0l12963.140.0386927.8管内总传热面积：NTd
9、l12963.140.0336805.7实际总传热面积：（）/2（927.82805.7）/2=866.8理论总传热面积：安全系数（866.8）/9.5一般要求安全系数为315（0.030.15），故本设计合符要求。5.长径比L/D式中：L 每程管长，m；D 壳体内径，m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合38 范围要求五、设计结果主要参数表序号项目结果序号项目结果9冷凝换热管材料无缝钢管21管程1210换热管规格382.5 mm22总管数129611单程管数10823管心距48mm12轴线偏转角度724冷库冷负荷360kw 六、设计评论因为城市位于海边，有大量海水资源。冷却可使用海水进行，可以节省宝贵淡水资源，推进可持续发展。但是海水对管路设备腐蚀较大，应采用耐腐蚀材料，此项会增加投资成本。且海水中杂质较多，应在制冷机组中其他部位增添除杂装置，以此延长使用寿命。七、参考文献1 李雁,宋贤良.食品工程原理课程设计指导书.华南农业大学印刷厂印刷,20062 李云飞,葛克山. 食品工程原理. 中国轻工业出版社. 20023 高福成. 食品工程原理. 中国轻工业出版社. 1999
