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1、目錄 任務書 2 摘要 4 說明書正文 5 一、 設計題目及原始數(shù)據(jù)5 1 原 始數(shù)據(jù) 5 2 設計題目5 二、 結(jié)構(gòu)計算 5 三、 傳熱計算 7 四、 阻力計算 8 五、 強度計算 9 1. 冷卻水水管 9 2. 制冷劑進出口管徑 9 3. 管板 1..0... 4. 支座 1.0 5. 密圭寸墊片 1..0... 6. 螺釘 1..0. 6.1 螺釘載荷 1..0.. 6.2 螺釘面積 1..0.. 6.3 螺釘?shù)脑O計載荷1..0. 7. 端蓋 11 11 七、參考文獻 六、實習心得 八、附圖 廣東工業(yè)大學課程設計任務書 題目

2、名稱35KW殼管冷凝器 學生學院材料與能源學院 專業(yè)班級熱能與動力工程制冷XX班 姓名XX 學號XXXX 一、課程設計的內(nèi)容 設計一臺如題目名稱所示的換熱器。給定原始參數(shù)： 1.換熱器的換熱M Q= 35 kw;2.給定制冷劑R22 ;3.制冷劑溫度tk=40 C 4.冷卻水的進出口溫度 t； =32 C t； =36 C 二、課程設計的要求與數(shù)據(jù) 1）學生獨立完成設計。 2）換熱器設計要結(jié)構(gòu)合理，設計計算正確。（換熱器的傳熱計算，換熱面積計 算，換熱器的結(jié)構(gòu)布置，流體流動阻力的計算）。 3）圖紙要求：圖面整潔、布局合理，線條粗細分明，符號國家標準，尺寸標 注規(guī)范，使

3、用 計算機繪圖。 4）說明書要求： 文字要求：文字通順，語言流暢，書寫工整，層次分明，用計算機打E八 格式要求： （1）課程設計封面；（2）任務書；（3）摘要；（4）目錄；（5）正文，包括 設計的 主要參數(shù)、熱力計算、傳熱計算、換熱器結(jié)構(gòu)尺寸計算布置及阻力 計算等設計過程；對 所設計的換熱器總體結(jié)構(gòu)的討論分析； 正文數(shù)據(jù)和公 式要有文獻來源編號、心得體會等； （6）參考文獻。 三、課程設計應完成的工作 1）按照設計計算結(jié)果，編寫詳細設計說明書1份； 2）繪制換熱器的裝配圖1張，拆畫關鍵部件零件圖1? 2張。 四、課程設計進程安排 序號 設計各階段內(nèi)容 地點 起止日期

4、 1 學生分組；布置任務；根據(jù)設計任務搜索有關的 原始資 料，并選定熱交換器的型式等。 教-2-316 6.27-6.27 2 進行換熱器設計計算（包括傳熱計算、結(jié)構(gòu)計算、流動 阻力計算和強度計算等） 教-2-316 6.27-6.29 3 編寫設計說明書（嚴格按照J、‘東工業(yè)大學課程設 計說明 書撰寫規(guī)范編寫） 教-2-316或 學生自由安排 地點 6.28-7.1 4 繪制換熱器裝配圖1張；拆畫零件圖1?2張 教-2-316或 學生自由安排 地點 7.2-7.8 5 設計答辯及成績評定 教-2-316 7.9 五、應收集的資料及主要參考文獻

5、 [1] 史美中王中錚.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社，2003 [2] 吳業(yè)正.小型制冷裝置設計指導[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999. [3] 吳業(yè)正制冷原理及設備（第 2版）[M].西安：西安交通大學出版 社,1998. [4] 余建祖換熱器原理與設計[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2006. ⑸楊世銘，陶文鈴.傳熱學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006. ⑹沈維道等 工程熱力學（第三版）.[M].北京：高等教育出版社，2001. [7]其它設計資料：包括各種換熱器設計標準、制冷工程設計手冊、制冷設備手冊、制冷 機工藝、空氣調(diào)節(jié)等相

6、關文獻資料。 發(fā)出任務書日期：年6月27日指導教師簽名： 計劃完成日期：年7月9日基層教學單位責任人簽卓: 主管院長簽旗： 本次課程設計的任務是設計一個35kW 管殼式冷凝器， 其給定的條件是： 換 熱器的換熱 i Q=35KW;制冷劑R22;制冷劑溫度tk =40 C,冷卻水的進出口溫度 進口 t ； =32 °C ；出口 t ； =36 °C 。 本設計的主要內(nèi)容包括四大方面，即熱力計算, 結(jié)構(gòu)計算 ， 阻 力計算 ， 強度校核等。通過冷凝器型式選擇、規(guī)劃結(jié)構(gòu)尺寸冷卻水流 量 q vs 的計算、初步規(guī)劃 尺寸、 管程與有效長度的選擇、管內(nèi)冷卻水與換熱管內(nèi) 壁面的熱流密度

7、的計算、換熱管平均管排數(shù)的計算、平均傳熱溫差 t m 的計算、部 件的強度校核等一系列過程，得到的主要參數(shù)如下：換熱面積 A ° f4= ? 9m 2 、有 效總管長 L=35.97m 換熱管總數(shù)NZ=9 根 X 4 程=36 根、長徑比 I/ D =4.12 、熱流 密度q 韋090W/m 2、水泵功率P o =338 w等，并由此設計出一個平蓋端頭的管 殼式冷凝器。在選用零部件上都嚴格按照國家標準，包括GB150-1998GB/T 5782、 GB8163-87 等，這些標準主要應用在強度計算方面，包括筒體、端蓋、管板、支 座、支撐板、 冷卻水接口連接管、制冷劑連接管口徑大

8、小、墊片的選擇及螺釘 的載荷計算等。該型管殼式冷凝器主要應用在小型的制冷場合 說明書正文 一、設計題目及原始數(shù)據(jù)： 1、設計題目：35kW管殼式冷凝器 2、原始數(shù)據(jù)： 冷凝器的換熱Q=35KW ; 給定制冷劑：R22 制冷劑溫度：tk =40 C 冷卻水進出口溫度：進口 t； = 320C ;出口 t;二360C 二、結(jié)構(gòu)計算 管型選擇。按《小型制冷裝置》表 3-

9、4選取3號滾軋低翅片紫銅管為傳熱管, 有關參數(shù)為： dj=10.4mm d t =15.1 mm 右 t=° ? 4 mm , db = 12.4 mm $f = 12 mm 。 單位管長的各換熱面積計算如下：每米管長翅頂面積： ad = "Sf 二心 0.0151 0.0004/0.0012 = 0.0158 每米管長翅側(cè)面積 af =兀(d ： d 2)/2 Sf =兀漢(0.00151 2 — 0.0124 2 )/(2x0.0012) = 0.0972 力 bS )/ 每米管長翅間管面面積 0.012(40. 00 1 2)0( 0 004=/0.00A20. 02

10、 6 每米管長管內(nèi)側(cè)面積： aj =!憶 10.0104=0.0327 每米管長管外總面積： a。尸 ad+af+ab0? °； 58+ 0. 0972 0.砒咱和.139 估算傳熱管總長。假定按管外面積計算的熱流密度 qo = 5000W/m 2，則應 布置的傳熱面積及有效總管長分別為 A of .25000.5m 2 5000 確定每程管數(shù)Z、有效單管長I及流程數(shù)No取冷卻水進口溫度twi = 32P 出口溫度億2=36乜，由水物性表可知，在平均溫度34 C時水的密度 994.3kg/m 3,比定壓熱容 C

11、 4174 J (kg k),則所需水久: Qk 25000 0.00151 m\ v 取冷 W1 994.3 4174 W w=2.0 m/s 36-32 ，貝U每流程管數(shù): Z」 4一^—015^ 1 8. 8 根，取 Z=9 根 d2w 0. 01 0 4 2. 0 4 d2Z 圖一、布管下意圖 4 實際水流速度 1.001511 98m/s 0. 0104 對流程數(shù)N、總根數(shù)NZ、有效單管長I、殼體內(nèi)徑Di及長徑比I/D i進行組 合計算，組合計算如下表所示： 表一、組合計算結(jié)果 流程數(shù)N 總根數(shù)NZ 右效單管長l/m 殼體

12、內(nèi)徑D / m 長徑比I/D i 2 18 2.0 0.124 16.13 4 36 1.0 0.243 4.12 分析組合計算結(jié)果，為便于加工制造，宜選用 4流 程方案。 傳熱管的布置排列及主體結(jié)構(gòu)。右圖為傳熱管布置 排列示意圖，每程管數(shù) Z=9根，傳熱管按三角形排列， 按《熱交換器原理與設計》表 2.3的要求,管板上相鄰管 孔中心距為22 mm，分程隔板槽兩側(cè) 相鄰管的中心距為 35 mm ?？紤]到冷凝器可能需要 一定的儲液功能，故在排管上左右對稱而上下不對稱， 下半部分只布置兩排換熱管。按《熱交換器原 理與設計》第47頁的要求，最靠 近殼體的換熱管與殼體

13、內(nèi)壁的距離取 8 mm,則所需最小殼體 內(nèi)徑為243 mm，根據(jù)無縫鋼管規(guī)格（GB8163-87 ），選用外徑為273 mm ,壁厚為8 mm，內(nèi)徑為 257 mm的無縫鋼管作為殼體材料。 三、熱力計算 傳熱計算及所需傳熱面積確定。水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算：從水物性表及《小 型制冷裝置》 表3-12可知，水在平均溫度怙=34七時，運動粘度。=0.7466心0? 口 2,物性集合參數(shù) B=2178.2 。 因為雷諾數(shù)詈月券27581 >1。=水在管內(nèi)的流動狀態(tài)為湍 0.8 0.8 a bw =2178 2 1.98 W/ 2 . ；ni wi B ,0.2 , 流，按《小型制

14、冷裝置》第 7更貿(mào)043-5 ）式計算水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù): 制冷劑側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算：根嚎即2置，管排修正系數(shù)按《小型制 冷裝置》第77 頁（3-4）式計算: K） 0.833 一=0. 8 8 83 3 4 36 根據(jù)所選管型低翅片管傳熱增強系數(shù)按《小型制冷裝置》第 77 頁（3-2 ）式 也曲二竺A仝二3.86 mm 4dt 計算。其中環(huán)翅當M高度為 4 15.1 ? = ab +1〔ad *af db "4 =0.0 26 +仆 0 0158 + 0 0972』124 1/4 =1.384 0.1390.1391.3.86 J a0f a of

15、 增強系數(shù)： 查《小型制冷裝置》表 3-11 , R22 在 tk=40 C 時，B=1447.1 ,按《小型制 冷裝置》第76頁（3-1 ）式計算制冷劑側(cè)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) Ot ko=0.725Bd b"2%n(tk t)s =0.725X1447.1 X0.0124X1.384X0.88<(tk 七嚴=3829.13 日「5 雪 ￡,心 對數(shù)平均溫差計算：t w 2 t w 1 九］ntk t W1 t k t w 23 6- 3 2小 5.77 C ,4 0-32 In 取水側(cè)污垢系數(shù)ri =0.00009(m2 k) . W,將有關各值代入《小型制冷裝置》第78頁

16、(3-6 )及(3-7 )式計算熱流密度 q (單位為W/m 2): 0.75 q o =3655 .珂 5.7 7- 0 .0327 q 「4 0.0 0 00 「 9 3 76.1 2 393 0.0358 選取不同的d (單位為 118 2.5 ，T」J9 0. 0 0 1 0. 1 3 9 4= (5.7 7 - 0 C)進行試湊計算，結(jié)果見下表： 表二、試湊計算結(jié)果 日。/C 第式q . ■ m ) 第二式 q / w mA ) 1.45 5060 5106 1.46 5086 5095 1.47 5112

17、5083 c2 當日0 = 1.46 c時，兩式q。誤差已很小，取q=5090W/m 計算實際所需傳熱面 二整 0 =4.9 m 2 A of5090 q 積： 四、阻力計算 冷卻水側(cè)阻力計算。按《小型制冷裝置》第 79頁(3-8 )式計算冷卻水側(cè)流 動阻力，其中阻力系數(shù)為： 0.31640.3164 =0.0246 冷卻水側(cè)阻力： △ P=0.!Pw2 細山+佃⑴ +1 ) 〕di」 =0.5 正 994.3"98 2 |0.0246 父 4 乂 1八0八7+1.5 巧 4 +1 ) IL0.0104 =34349 Pa=0.034349Mpa 111

18、 式中， h 表示左、右兩管板外側(cè)端面間的距離，按照《制冷機工藝》第 頁表 6-5 的要求。取每塊管板厚度為 35 mm ，貝 U l t =1.0+0.07=1.07m 考慮到外部管路損失，冷卻水泵總壓頭約為 : =0.1 w=1m/s，則進出 di =4qv 4 0 0151 " 044 m ,凡-1 P=0.1+0.034349=0.134349Mpa 取離心水泵的效率=0.6 ,則水泵所需功率為 0.00151 0.134349 10 6 二 338w 06 五、強度計算 1、冷卻水管管徑計算。取冷卻水在進出水接管中的流速為 13查R22飽和液

19、 水接管管內(nèi)徑為： 2、制冷劑進出口管徑計算。由《制冷原理及設備》附表 體及蒸氣熱力性質(zhì)表，在忽略 R22蒸氣在過熱區(qū)的冷卻過程，可知，杠 =40 C時, 制冷劑在冷凝器入口處（飽和蒸氣）比始為 hA416.561KJ/Kg ,在出口處（飽 25 和液體）的比給為 h 2 =249.686KJ/Kg 。據(jù)此可算出制冷劑的質(zhì)M流M為 =0.15kg/s m hi -h 2416.561 —249.686 tk =4 0 C時，R22飽和氣體及飽和液體的比容分別為：：1 =15.1351 10” Mkg , A0.88392 10 ; m3: kg,于是可以

20、算出制冷劑在進 出口處的體積流量分別為: q = q 夸 1= 0. 1 5 1 5. 1 3 5 3a 1 0 23 2 7 1 0 m s 1. 3 3 1 0 m s 選取制冷劑蒸氣在進氣接管內(nèi)的流速為 w1=12m/s,制冷劑液體在出液接管內(nèi) q v 2=q m 2=0. 1 嗨0.8 83于生10漢 的流速為w2=1.0m/s ，貝U制冷劑進出口接管的內(nèi)徑分別為：工10」=15.52 mm，圓整后取 22 X 2 的無縫鋼管; 漢 10° =13.01mm ，圓整后取1?8X 2 的無縫鋼管; 3

21、 、管板。按《小型制冷裝置》表3-8 及《制冷機工藝》表6-5 的要求，并考 慮到要在管板上加工螺栓盲孔，故管板的厚度取 t=35mm 4、支座。按《小型制冷裝置》表 3-9，結(jié)合s空0.2]t=0.2 1070 = 214mm 及s — DJ'4 二(257 273) 4 =16.25mm,可取支座鋼板厚度中線處與管板外側(cè)的距離s=200mm 。 5、密封墊片。按照的GB150-1998的要求，墊片的材料可以選取石棉，厚度 可取 1.5mm。具體參數(shù)為：墊片系數(shù) m=2.75，比壓力y=25.5Mpa 。墊片的寬度按《熱交換器原 理與設計》第47頁的要求確定，本設計殼體的內(nèi)徑

22、 Di =257mm<700mm,故可取墊片的寬度 N=25mm ,墊片基本密封寬度 b o ==12.5mm 6.4mm)墊片的有效密土寸寬度 b = 2.53 bo = 8.945mm 。 6、螺釘。按照GB/T5782的要求，選取螺釘 M16 X 70mm。螺釘?shù)臄?shù)M為33個。 6.1螺釘載荷： 預緊狀態(tài)下需要的最小載荷為： W4 =3.14D Gby =3.14 2598.945 25.5“ 64015.8N 操作狀態(tài)下需要的最小載荷為： 2 Wp =0.785D Gp 6.28D Gbmp 操作狀態(tài)下： W 二 Wp=150099.1N 7、端蓋。按照《過程設備

23、機械基礎》P115頁中相關的要求，選端平板端蓋，端蓋厚度 為S=6mm，螺釘連接處的厚度取 30mm 。 Ap Wp 后！ 150099.1 172 六、心得體會 12 3.14 13.835 本次課程設計雖然只有短短的兩周， 時間緊的同 時任務也很重，但經(jīng)過兩周 的時間，最終還是順利地 完成本次設計，現(xiàn)在回想起來，可謂受益匪淺: 2 872.7 1803.1 1、 加深了對理論知識的理解與運用。自己以前所學的知識大多僅僅停留在表 面，缺 乏必要應用，因此，對于這些抽象性的知識，理解上往往并不深入，有時 甚至是膚淺的。

24、 通過這次設計，自己可以很好地加深理解從課堂上學到的理論知 識。 2 、 是 對前段時間生產(chǎn)實習的很好應用。上個月的生產(chǎn)實習后緊接著就是本次 課程設計，可以說，前段時間的生產(chǎn)實習為這次課程設計帶來了很大幫助， 因為 在設計的過程中可以時刻結(jié)合自己在實際中遇到的各種情況， 遇到各種難題，也 可以從實際應用的角度出發(fā)進行分析解決。 3 、 鍛煉了自己搜集信息的能力。 剛接到設計任務時， 手頭上的資料不足以完 成設計， 因此在設計的開始階段，自己的工作重心放在了搜集必要的技術(shù)手冊、 設計規(guī)范以及相關 著作上，網(wǎng)絡以及圖書館就是我最常用的工具， 這個貌似簡單 的工作其實也很考驗個人的

25、能力，因為自己要解決應收集哪些資料、如何收集等 實用性問題，這些能力的鍛煉對自己 以后解決各種問題也很有幫助。 4 、 鍛煉了自己的計算機繪圖能力。由于自己平時比較少用 CAD 、 UG 等主流 繪圖軟件， 因此在剛開始畫圖時，自己遇到的問題可謂不少，甚至有時連一些最 簡單的命令也不會使 用，但通過自己的復習、摸索、再加上向其他同學請教，最 終還是掌握了常用命令的使用要領， 對一些典型的技巧的使用也游刃有余， 我自 己也是先 在 UG 上繪圖，再導出到 CAD 里標注，這種做法一舉兩得，可以同時 兩種軟件的使用技巧。 5 、鍛煉了分析與解決問題的能力。設計過程中，自己以及其他同

26、學經(jīng)常遇到 不明白的 地方，大家一起討論、研究或者請教老師、師兄，最后順利地解決了難 題，在這個過程中， 自己分析與解決問題的能力已在無形中得到了提高。 7 、當然，在設計的過程中也發(fā)現(xiàn)了不少的問題。例如，自己在時間的把握上 不夠準確， 由于自己的判斷有誤， 放在資料搜集以及計算上的時間過多， 導致后 面的畫圖時間緊迫， 影響了設計的按時完成； 工作效率還有待提高， 自己在某些 問題上有時會有所猶豫，減慢 了設計的速度，這些都是我以后需要改進的地方。 七、參考文獻： [1] 史美中 ,王中錚.熱交換器原理與設計[M]. 南京：東南大學出版社， 2003 [2] 吳業(yè)正 .小型

27、制冷裝置設計指導 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1999. [3] 吳業(yè)正 . 制冷原理及設備（第 2 版） [M]. 西安：西安交通大學出版社,1998. [4] 余建祖 .換熱器原理與設計[M]. 北京：北京航空航天大學出版社， 2006. [5] 楊世銘，陶文銓.傳熱學（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2006. [6] 沈維道等 工程熱力學（第三版） .[M]. 北京：高等教育出版社， 2001. [7] 馮開平 左宗義 編，畫法幾何與機械制圖 [M]. 華南理工出版社出版， 2004 [9] 巨勇智 靳士蘭 主編，過程設備機械基礎 [M]. 國防工業(yè)出版社，

28、2005 [10] 郭慶堂 主編，實用制冷工程設計手冊[M]. 中國建筑工業(yè)出版社， 1994 [11] 鄔志敏 主編，制冷機工藝 [M]. 上海科學技術(shù)出版社， 1989 [12] 楊可楨 程光蘊 李仲生 主編，機械設計基礎[M]. 高等教育教育出版社， 2006 [13] 蘭州石油機械研究所主編，換熱器[M]. 中國石化出版社， 1986 [14] 其它設計資料：包括各種換熱器設計標準、制冷工程設計手冊、制冷設備 手冊、制冷 機工藝、空氣調(diào)節(jié)等相關文獻資料[Z]. 八、附圖 2 = 0.785 2291.9616.28 229 6.93 8.495 1.961 = 150099.1N 6.2 螺釘面積 : 預緊狀態(tài)下需要的最小面積為 : A Wa 164015.82 “cu 2 A atmm = 309.5mm k t 530 b 操作狀態(tài)下需要的最小面積為 : =872.7mm 2 螺釘?shù)膶嶋H面積為 : =1803.1mm 2 Am =Ap =872.7mm 2 ，符合要求。 6.3 螺釘?shù)脑O計載荷: 預緊狀態(tài)下： 172 =230118.8N