1、本科毕业设计（论文）2000kW 水冷型冷水机组的设计学 院 材能与能源学院 专 业 热能与动力工程 （制冷空调方向） 年级班别 2011 年 6 月 2000kW水冷型冷水机组设计材料与能源学院1设计总说明冷 水 机 组 是 把 整 个 制 冷 系 统 中 的 压 缩 机 、 冷 凝 器 、 蒸 发 器 、 节 流 阀 等 设备 ， 以 及 电 气 控 制 设 备 组 装 在 一 起 ， 为 空 调 系 统 提 供 冷 冻 水 的 设 备 。 冷 水机 组 一 般 使 用 在 空 调 机 组 和 工 业 冷 却 。 在 空 调 系 统 ， 冷 冻 水 通 常 是 分 配 给 换热 器 或 空
2、 气 处 理 机 组 终 端 设 备 ； 在 工 业 应 用 ， 冷 冻 水 分 配 到 其 它 液 体 的 冷 却泵 或 实 验 室 设 备 。 它 既 能 为 宾 馆 、 医 院 、 药 厂 、 影 剧 院 、 体 育 馆 、 娱 乐 中 心 、商 业 大 厦 、 工 矿 企 业 等 场 所 的 中 央 空 调 系 统 提 供 冷 水 ， 也 可 为 纺 织 、 化 工 、食 品 、 电 子 、 科 研 等 部 门 提 供 工 艺 冷 冻 水 。 本设计主要是 2000kW 水冷型冷水机组的设计，设计首先介绍了水冷型冷水机组的概念、分类、主要型式、冷量范围和应用场合等等。接着由规定的制冷量
3、，确定所要设计的机组型式为螺杆式水冷型冷水机组。然后查阅国标中关于水冷型冷水机组的设计工况，根据国标中规定的冷却水进出口温度，制冷量等条件再确定所确定的机组设计蒸发器为满液式蒸发器，冷凝器为卧式管壳式冷凝器。设计步骤按照相关换热器设计手册和国标的一些规定。由设计好的换热器来选择比泽尔 CSH 系列压缩机及其配件。接着设计机组主要管路及系统，最后设计机组的自动控制系统，主要包括压缩机自动控制和机组运行参数自动控制。最后再绘制设计的蒸发器、冷凝器和相关零件的图纸。关键词：冷水机组，螺杆压缩机，水冷，R22 Design General InformationChillers are refrige
4、ration systems which include compressor, condenser, evaporator, throttle and other equipments, providing chilled water for air conditioning systems. Usually chillers are used in air conditioning units and industrial cooling. In the air conditioning systems, chilled water heat exchanger is usually as
5、signed to the terminal equipments or air handling terminal units; in industrial applications, chilled water is distributed to other liquid cooling pumps or laboratory equipments. It could not only provide cold water for the hotels, hospitals, pharmaceutical companies, commercial buildings, mining en
6、terprises and other places of central air conditioning systems, but also provides process frozen water for the sections of textile, chemical, food, electronics, and scientific research. This design is mainly about 2000kW water-cooled chiller. The design first introduces the water-cooled chillers con
7、cept, classification, major types, scope and applications of cold etc. Then according to the stipulations of import and export cooling water temperature, cooling capacity and other conditions in the Chinese standard the design determines the evaporator unit shall be flooded evaporator and the conden
8、ser shall be a horizontal tube shell condenser. The design procedures are based on the stipulations in relevant heat exchanger design manuals and Chinese standard. The design selects a Bitzer CSH series compressors and accessories which are in accordance with the designed heat exchanger. Then design
9、 the main pipeline and system of the unit and the units automatic control system which mainly includes automatic control and compressor control unit operating parameters. Finally, I draw the designs of evaporator, condenser and related parts.Key words: Chillers, Screw Compressor，Water-cooled ，R22 目
10、录1 绪论 11.1 制冷技术介绍 11.2 蒸气压缩式制冷机组的分类和比较 11.3 设计机组的选型与介绍 11.3.1 设计机组选型 11.3.2 螺杆式制冷机组介绍 21.3.3 螺杆式制冷机组的优点 21.3.4 螺杆式水冷冷水机组设计工况 21.3.5 蒸发器的型式 21.3.6 冷凝器的型式 32 蒸发器的设计 42.1 设计参数的确定 42.2 热力计算 42.2.1 制冷剂的流量 42.2.2 冷水的流量 52.3 传热计算 52.3.1 估算传热面积和选管 52.3.2 污垢热阻的确定 52.3.3 管内换热系数的计算 62.3.4 管外换热系数的计算 62.3.5 传热系数
11、 k 的计算 62.3.6 校核传热面积 72.4 流动阻力的计算 82.5 结构计算 82.5.1 换热管布置设计 82.5.2 壳体设计计算 92.5.3 校验换热管与管板结构的合理性 92.5.4 管板尺寸设计 912.5.5 封盖尺寸设计 102.5.6 分程隔板尺寸设计 102.5.7 支座尺寸设计 112.6 零部件结构尺寸设计 112.6.1 支撑板 112.6.2 垫片的选取 112.6.3 螺栓 122.6.4 连接管 143 冷凝器的设计 153.1 设计参数的确定 153.2 热力计算 153.2.1 制冷剂的流量 153.2.2 冷媒水的流量 163.3 传热计算 16
12、3.3.1 估算传热面积和选管 163.3.2 确定每流程管数 Z，有效单管长 l 及流程数 N .163.3.3 污垢热阻的确定 173.3.4 管内换热系数的计算 173.3.5 管外换热系数的计算 173.3.6 传热系数 k 的计算 183.3.7 校核传热面积 193.4 流动阻力的计算 193.5 结构计算 193.5.1 换热管布置设计 193.5.2 壳体设计计算 203.5.3 校验换热管与管板结构的合理性 203.5.4 管板尺寸设计 203.5.5 封盖尺寸设计 203.5.6 分程隔板尺寸设计 2023.5.7 支座尺寸设计 203.6 零部件结构尺寸设计 203.6.
13、1 支撑板 203.6.2 垫片的选取 203.6.3 螺栓 213.6.4 连接管 204 压缩机及辅助设备的选型 224.1 压缩机及其附件的选型 224.1.1 压缩机初步选型 224.2 油分离器选型 234.3 节流装置选型 234.4 干燥过滤器选型 244.5 气液分离器选型 244.6 温控阀选型 255 机组的管路及系统设计 255.1 制冷管道设计 255.1.1 制冷压缩机吸气管道设计 255.1.2 制冷压缩机排气管道设计 265.1.3 冷凝器至蒸发器之间的管道设计 265.2 系统设计 275.2.1 引射泵回油系统 275.2.2 系统配置 275.3 制冷管道及
14、测量仪表的安装 295.3.1 常用的管材、管件和阀门 295.3.2 测量仪表的安装 295.4 制冷机组及管道的防腐与绝热 295.4.1 制冷机组及管道的防护与涂漆 295.4.2 制冷机组及管道的绝热材料与绝热结构 296 自控系统设计 2936.1 自动控制方案 296.1.1 自动控制概述 296.1.2 机组运行参数控制方案 306.1.3 水泵自动控制方案 306.2 压缩机的自动控制 306.2.1 压缩机控制方案 306.2.2 起动型式 306.2.3 能量调节 316.2.4 自动保护 326.3 机组运行参数的自动控制 346.3.1 蒸发器供液量的自动控制 346.
15、3.2 蒸发压力和冷凝压力的自动控制 346.3.3 制冷剂温度的自动控制 35结论 36参考文献 37致谢 3801 绪论1.1 制冷技术介绍制 冷 技 术 是 国 民 经 济 各 部 门 广 泛 应 用 的 一 门 科 学 技 术 ， 目 前 主 要 应 用 于空 气 调 节 、 工 业 生 产 、 食 品 冷 冻 冷 藏 、 医 疗 卫 生 及 日 常 生 活 各 个 方 面 。制 冷 技 术 是 从 19 世 纪 中 叶 开 始 发 展 起 来 的 ， 到 现 在 大 约 有 100 多 年历 史 。 在 发 展 过 程 中 发 明 过 各 种 不 同 的 制 冷 方 法 ， 其 中
16、包 括 机 械 驱 动 和 热 驱动 相 变 制 冷 循 环 （ 蒸 气 压 缩 式 、 吸 收 式 、 吸 附 式 和 喷 射 式 ） ， 无 相 变 的 热 驱动 制 冷 循 环 ， 以 及 斯 特 林 循 环 、 热 电 制 冷 、 磁 制 冷 等 。 然 而 当 前 制 冷 空 调 工程 中 用 得 最 广 泛 的 是 以 下 2 种 制 冷 循 环 。1） 蒸 气 压 缩 式 制 冷 循 环 。 利 用 工 质 相 变 产 生 的 潜 热 ， 通 过 压 缩 、 冷 凝 、节 流 、 蒸 发 4 个 过 程 的 封 闭 循 环 实 现 制 冷 ， 是 现 在 应 用 最 广 泛 的
17、一 种 制 冷 循环 。2） 吸 收 式 制 冷 循 环 。 由 吸 收 剂 和 工 质 组 成 溶 液 ， 利 用 热 能 驱 动 ， 通 过发 生 、 冷 凝 、 蒸 发 、 吸 收 4 个 过 程 的 封 闭 循 环 。冷 水 机 组 是 把 整 个 制 冷 系 统 中 的 压 缩 机 、 冷 凝 器 、 蒸 发 器 、 节 流 阀 等 设备 ， 以 及 电 气 控 制 设 备 组 装 在 一 起 ， 为 空 调 系 统 提 供 冷 冻 水 的 设 备 。1.2 蒸气压缩式制冷机组的分类和比较蒸气压缩制冷技术以其适应温度范围宽广、清洁无污染、安装操作简便、效率高等优点，在制冷空调工业领域
18、中占主导地位。根据蒸气压缩式制冷原理设计制造成的一种成套设备，称为蒸气压缩式制冷机组。在蒸气压缩式制冷机组中，采用各种类型的制冷压缩机，它是制冷机组的关键核心部件，对系统的运行性能、噪声振动和使用寿命有着决定性的作用。制冷机组的分类，实质也是由所配用的压缩机的型式来决定的。根据蒸气压缩的原理，压缩机可以分为容积型和速度型二大类。容积型压缩机通过减少压缩空间容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。螺杆压缩机属于容积型的一种。速度型压缩机是由旋转部件连续将角动量转给蒸气，再将该动量转为压力能。离心压缩机是速度型中最多且最典型的一种压缩机。1.3 设计机组的选型与介绍1.3.1 设计机组选型1由于本设计为
19、 2000kW 水冷冷水机组，初选螺杆式压缩机。1.3.2 螺杆式制冷机组介绍空调用螺杆式制冷机组主要有冷水机组和热泵机组。按制冷压缩机型式可分为：开启式、半封闭式、全封闭式；按制冷压缩机类型分类可分为单螺杆式、双螺杆式；按热源侧热交换方式可分为水冷式、风冷式；也按可以按制冷剂种类进行分类。1.3.3 螺杆式制冷机组的优点螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组相比，其优点如下：1）结构简单、零件少、可靠性高。2）没有进排气阀组，压缩效率高。3）相同制冷量情况下，体积小、重量轻。4）机器力矩变化小、振动小，运转平稳。5）能承受一定的液击。6）可实现中间补气的经济器循环，进一步提高压缩机的效率7）能量可以
20、无级调节。8）转子喷油后排气温度低，气密性好，单机可在较大压缩比下运行。1.3.4 螺杆式水冷冷水机组设计工况根据资料 【1】 关于冷水机组名义工况的规定，本次的设计工况如表 1.1 所示：表 1.1 水冷机组名义工况 冷水侧 水冷式项目进口水温 出口水温 进口水温 出口水温制冷名义工况 12 7 32 371.3.5 蒸发器的型式在螺杆式冷水机组中，蒸发器的型式主要是满液式蒸发器和干式蒸发器两种。满液式蒸发器中，液体制冷剂经过节流装置进入蒸发器，蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量液体，故从蒸发器内逸出的湿蒸气经气液分离器后再回入压缩
21、机。2干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进入蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变为气体，被冷却的介质则在传热管外的壳程流动。表 1.3 满液式蒸发器与干式蒸发器的比较蒸发器种类 满液式蒸发器 干式蒸发器换热性 蒸发器表面为液体润湿，故表面传热系数高，K 值大蒸发管部分表面与制冷剂气体接触，故表面传热系数较低，K 值较小制冷剂阻力 制冷剂阻力小 制冷剂阻力大回油性 对于润滑油与制冷剂互溶的情况下，较难回油对于润滑油与制冷剂互溶的情况下，回油方便充液量 由于壳体内充满制冷剂，古制冷剂充液量大制冷剂的充液量很少，只有满液式蒸发器的 1/21/3根据大中型螺杆式水冷冷水机组都采用
22、满液式蒸发器这一特点，本设计蒸发器型式选用满液式蒸发器。1.3.6 冷凝器的型式在螺杆式制冷机组中所使用的水冷冷式冷凝器，主要是卧式壳管式冷凝器。它是由筒体、管板、冷凝管和两侧端盖组成。制冷剂蒸气由筒体上部进入筒内，并在冷凝管的外表面上冷凝。冷凝后的液体制冷剂从筒体下部流出。冷却水经一侧端盖进入冷凝管内，在另一侧端盖换向，再度流入冷凝器冷凝器的水流程一般做成偶数，这样冷却水的进出管可设在同一端盖。冷却水由下部进入，上部流出。这种冷凝器的主要优点是结构紧凑、传热系数高、冷却水耗量少、操作管理方便，所以在螺杆式制冷机组中几乎都采用这种型式的冷凝器。因此本设计采用卧式壳管式冷凝器。32 蒸发器的设计
23、2.1 设计参数的确定本设计设计工况按表 1.2 国标关于水冷冷水机组的设计工况来确定设计参数，具体参数如下：蒸发器的换热量 ；给定制冷剂：R22；蒸发oQ20kW温度： ， ； ;冷水的进出口温度为： 进口05tgt4CC5t,tgr ，出口 。12712.2 热力计算2.2.1 制冷剂的流量 根据参考资料 【2】 附图 5 和附表 13 可以得到以下数据： ，047.1hkJg， ， ， ，1407.83hkJg43.6hkJg342.1hkJg58PMa， ， 。 5kPMa10798vm30.87vm4图 2.1 R22 的 lgP-h 图制冷剂流量 （2.1410hQqm）式中：Q
24、o为蒸发器制冷量，kWh1 制冷剂饱和蒸汽焓值，kJ/kgh4 制冷剂进入蒸发器前饱和液体焓值，kJ/kg014201.897.834.mkgkqss2.2.2 冷水的流量水的定性温度： , 根据资料 【3】 附录 9，5.21tg)/(9.4,/71.93kJckp)t(q210vsQP5（2.2）式中：Q o为蒸发器制冷量 ，kW制冷剂饱和蒸汽焓值， kg/m3Cp 制冷剂进入蒸发器前饱和液体焓值，kJ/kgt1 进口冷水温度，t2 出口冷水温度， 3320vs1220q 9.610c(t)9.714(7)PQmss 2.3 传热计算2.3.1 选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管
25、，根据资料 【4】 表 3-4 选择序号为 5，规格为 的低翅片管，如图所示： ， ，19.51.3fsm18.79td， ， ，每米管长管外表换热面积：1.4hm4id1.85bdm，螺纹管增强系数： ，铜管导热系数：20ofa .470398WC2.3.2 污垢热阻的确定冷媒水平均温度 ,制冷剂 ,根据资料 【2】 P198 表 9-1 中规定，tos5.9Cto20管内污垢系数 Wo2im04.管外污垢系数 o92.3.3 管内换热系数的计算冷媒水的定性温度 ,查物性表得：Ctos5.， ， ，371.9mkg729rpsm103.26, ，)(02852KW Paf 4暂取水的流速 ，
26、sPaw4. su.26管程设计为 2 程，每流程管子数 ，4vs224q9.61037.d3.iZu当 Z=237 时，冷媒水的实际流速：，42249.610.037vsiqmussdz雷诺数： iuRe（2.4）式中：u水的流速，m/s水的粘度di传热管的内径,m10 4362.014Re217.5iu根据资料【3】6-15， 0.8.40.80.4u.23er39183.5NP2o2o3i57.116.()()di WamCmC2.3.4 管外换热系数的计算平均传热对数温差： 27t.915lnm管外换热系数 ,其中4.082.056P200wtt2.3.5 传热系数 计算 K传热过程分
27、成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为 ；第0二部分是热量经过管外污垢层、关闭、管内污垢层以及冷媒水的传热过程。第一部分热流密度 28.182.145.045.082.10 )(04)(3866 mWttPq wowo7第二部分热流密度12()9.1305.0.15(0.4) .096549642132iofoffiiiwowotqFtWtm用试算法估算 的值，确定热流密度wot表 2-1wt4.1 4.2 4.3 4.4 4.5q 4646 5056 5482 5923 6381q 6723 6592 6460 6329 6197由此取 ,o4.5wtC，63819762
28、8q2mW015mktK22.3.6 传热面积和管长确定传热面积32201m8.0q689QF管子有效长度 ，取管长 4.5ml 4.1.57dnZ2.4 流动阻力的计算根据参考资料 【2】 ，对于水沿程阻力系数 ，冷媒水的总02519.e364.250R流动阻力： PaNdlPi)1(5.u1（2.7）8式中：u管内水的流速，m/s水的密度， kg/m3l单根传热管长度，mdi换热管的内径， mN流程数沿程阻力系数2241u1.5()4.59.703. 1.(2)063428ilPNPad Paa符合资料 【5】 p69 表 2.10 允许压降，设计合理。2.5 结构计算2.5.1 换热管布
29、置设计 选用 1-2 型结构，Z=237，采用等边三角形与正方形的组合排列方式，查资料 【5】 p46 表 2.3，换热管中心距 s=25mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距，换热管在管板上的分布如图m38lE图 2.2 管板布管图由图 2.2 可知，最外层换热管中心所在圆直径 706m2.5.2 壳体设计计算由做出的布管图可得布管限定园直径 ： ；706m9壳体内径 : i3D270682lbm根据资料 【6】 ，固定管板式壳体直径在 700-1000mm 时，壁厚不小于 8m壳体外径 : i33l根据资料 【7】 壳体选常用规格为 的无缝钢管。76202.5.3 校验换热管与管板结构的合理性交
30、换器管束外缘直径受壳体内径的限制，在设计时要将管束外缘置于布管限定圆内，对于满液式蒸发器，根据资料 【2】 p205“最外部孔的边缘与外壳内表面的距离不小于 5mm”，布管限定圆直径 对于上述换71072mLD热管布置设计由几何关系得出管束外缘直径 ，符合要求。 6换热管长度与壳体直径之比 ，参看小型制冷装置045.372clP76，长径比 一般在 68 范围内较为适宜，据此，选用两个流程是合理的。ilD2.5.4 管板尺寸设计管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，管板与传热管的连接方式采用胀接法。根据换热器设计手册 【8】 ，此类管板设计尺寸与相应法兰标准不符时，以法兰标准为准
31、。根据资料 【4】 表 3-8 管板最小厚度不小于 20mm，根据资料 【7】 表（6-6） ，查得与管子连接方式有关的系数 =1.15,与管板兼做法兰有关的系数 =1.00，1f 2f由经验公式（6-4）得管板厚度：)083.17(t2iDf（2.8）式中： 、 管子连接方式系数，管板兼做法兰系数。1f2Di壳体内径，mm12t(70.83)1.5(7.08372)6.50if m实际可取 . mt法兰最小外径：D()276(302.5)867oeS10根据国标 HG2059220635-2009 钢管制法兰、垫片、紧固件 【9】 中的法兰标准,选取 ,法兰厚度：D915mmf 2435螺栓
32、所在圆的直径： 27608aoS周长： aC851.2.5.5 封盖尺寸设计根据资料 【10】 选封盖厚度 20mm，选用椭圆型封盖,其尺寸计算如下：图 2.3 椭圆封头示意图， ，,mL25172180.54iiHDmo80i椭圆长轴： 短轴：oR6,i r3812R2.5.6 分程隔板尺寸设计按资料 【11】 ，分程隔板厚度选 ，分程隔板槽深 4mmm8图 2.4 分程隔板示意图2.5.7 支座尺寸设计11图 2.5 支座示意图根据资料 【12】 表 6，可以确定支座尺寸:l 1=640mm,l2=460mm,l3=350mm, , , h=200.10m382.6 零部件结构尺寸设计2.
33、6.1 支撑板由于换热管外径 14d25。由前面选管长 ，最大无支撑跨距为19m1500mm，可取支撑板厚度为 10mm,，支撑板数量为 2。由于换热管外径为 ，根据资料 【5】 表 2.5 可以知道，最大无支撑跨19m距为 1500mm，所以可取支撑板厚度为 12mm,，支撑板数量为 2。由于壳体外径为 ，根据资料 【5】 表 2.7 可以选取，拉杆直径为0762D，拉杆数量为 8 根。12m2.6.2 垫片的选取根据资料 【10】 表 9-2，垫片的材料可以选取具有适当加固物的石棉（石棉橡胶板）;厚度为 ，垫片系数 ，比压力.1.5m27525.yMPa取垫片宽度 N=16mm,根据资料
34、【10】 表 9-2 可以知道：垫片基本密封宽度为 ，0168.42Nbm垫片的有效密封宽度为 ，0.53.7.1612所以垫片压紧力作用中心圆直径即为垫片接触面的平均直径，即=762+12+82-7.162=765.68mm.GD预紧状态所需的最小压紧力： byDG14.3F（2.9）式中：D G接触面平均直径，mmb垫片宽度，mmy比压力，MpaGF3.14.765.8125.43896.2N操作状态下所需的最小压紧力：bmpD28.6p（2.10）式中：D G接触面平均直径，mmb垫片宽度，mmm垫片系数p比压力，MpaF6.286.2875.162.7591485.0GDb N垫片在预
35、紧状态下受到最大螺栓载荷的作用，可能因压紧过度而失去密封性能，为此垫片须有足够的宽度 。所需的垫片的最小厚度： minN（2.11）min296.31.5.0126.8874bGANNmDy式中： b许可应力， Mpa常温下的强度指标 ,安全系数 ，故许用应力MPa5307.b，一定温度下的许用应力 ，实际螺栓530196.2.7bpn 1tbMPa面积 （见后面计算）.所以最初选的垫片厚度符合要求。28Am2.6.3 螺栓螺栓的布置：a 螺栓类型: 根据法兰及端盖的厚度，参考资料 【13】 附表 2-1，选螺栓GB/T5782 M2080，其小径 =18.917mm. 螺栓的最小间距应满足扳
36、手操作id13空间的要求，由螺栓的直径，可以查得 。30,2eSmb.螺栓个数:螺栓的最大间距为5.062maxdSfb（2.12）48.312.7m其中， 为法兰厚度， 为公称，螺栓直径因为螺栓所在圆的周长fbd=2581.1mm，取螺栓间距为 85mm，故所需要的螺栓数 ，取aC 2581.30.64n整 32 个 。螺栓的载荷：预紧状态下需要的最小载荷：3.14.768.125.43896.2aGWDby N（2.13）操作状态下需要的最小载荷：= p20.7856.GGDbmp（2.14） 21.59.8765.12.756987034.15N螺栓的面积预紧状态下需要的最小面积： ab
37、WA（2.15）= 2438965.23.01m操作状态下需要的最小面积： ptbWA（2.16）2870634.15.3m14需要的螺栓面积： = =7441.32mAp2当 ， 螺栓的实际面积： =8989.26 ，符合要求。32n4ibnd2mA螺栓的实际载荷预紧状态下：bmAW2（2.17）741.389.61.3261.43N操作状态下需要的最小载荷： 0.5pWN2.6.4 连接管制冷剂连接管：质量流量 1.89mkgqs进口体积流量： 33v441.89070.14mmkgkg出口体积流量： 11. .56vq（1）制冷剂进口接管内径（选氟里昂液体流速为 ）1u2s，34110.
38、4d1256.3vqmu取无缝钢管 ，实际流速为27m1240.3u1.96/5ms（2）制冷剂出口接管内径（选蒸汽流速为 ）26s，312240.456d189.3vqmu取无缝钢管 ，实际流速为98.2240.516u3.9/ms（3） 冷水管15冷水流量 ，水的流速 ，32vsq9.610msu2.03/ms324.d47.9su取无缝钢管 ，实际流速为732.610u.4/7s3 冷凝器的设计3.1 设计参数的确定本设计设计工况按表 1.2 国标关于水冷冷水机组的设计工况来确定设计参数，具体参数如下：蒸发器的换热量 ；给定制冷剂：R22；蒸发oQ20kW温度： ； ;冷却水的进出口温度
39、：进口ogt5C,t40 C5t,tgr ，出口 。023t2373.2 热力计算3.2.1 制冷剂的流量 根据 R22 的压焓图 【2】 ，制冷剂的 lgp-h 图： ，047.1hkJg， ， ， ，1407.83hkJg43.56hkJg342.0.584PMa， ， 。5kPMa10798vm3.8vmkg16图 3.1 R22 的 lgP-h 图由公式(2.1)得制冷剂流量：04201.897.143.mQqkgsksh理论比功： 021.56407.324.73whJgkJg指示比功： .91.8iikJgk冷凝器单位热负荷： 13407243.95.63kiqhwkJgkJg冷凝
40、器热负荷 .6195.6.0kmkQkW3.2.2 冷媒水的流量水的定性温度 ,根据资料 【3】 附录 9，02374.5gt C， ，由公式（2.2）39.km4.1pckJgK332236.040.19.7(2)()kvspQq msst 17平均传热对数温度 mt03725.9740lnmt C3.3 传热计算3.3.1 选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料 【4】 表 3-4 选择序号为 5，规格为 的低翅片管，如图所示： ， ，19.51.3fsm18.79td， ， ，每米管长管外表换热面积：1.4hm4id1.85bdm，螺纹管增强系数： ，铜管导热系数：20o
41、fa .470398WC3.3.2 确定每流程管数 Z，有效单管长 l 及流程数 N冷却水的定性温度 ,查物性表得：034.5gtPr4.87620.1ms2.710WmK395/,78/()pkgckJ sPaf63sPaw61092.暂取水的流速 ，su5.2管程设计为 2 程,每流程管子数 ，2240.185.973.4vsiqZdu当 Z=286 时，冷媒水的实际流速 2240.1.493.486vsiqmssdz，由公式（2.4）可得雷诺数：36.4910Re72.9572iu3.3.3 污垢热阻的确定根据资料 【2】 表 9-1，冷凝器传热表面污垢系数如下：管内污垢系数 20.9i
42、mCW18管外污垢系数 20.9mCW3.3.4 管内换热系数的计算根据资料 【4】 （3-5）可以知道，冷却水在管内流动时的表面传热系数 为wi0.82wiiBd（3.1）式中 冷却水在管内的流速， ms管内径，id是与冷却水进出口平均温度有关的物性集合系数，取B 2198.07B代入数据： 0.80.8222219.78951.4wii WmKmKd3.3.5 管外换热系数的计算根据资料 【4】 （3-1）可以知道，低翅片管凝结表面传热系数 为0w0.250.250.7()wbkwnBdt（3.2）式中 氟利昂制冷剂的物性集合系数，冷凝温度，kt0C外壁面温度，0w翅根直径，bdm增强系数
43、，管排修正系数，n根据资料 【4】 表 3-11 可以知道氟利昂制冷剂的物性集合系数为：B=1447.1对于管排系数，冷凝器采用管子成正三角形排列的布置方案，管距s25mm, 则传热管布置在 51 纵列内，每列管子数分别为：2、4、6、6、8、8、10、10、10、10、12、10、12、12、12、12、14、12、14、12、14、14、14、14、14、12、14、14、14、14、14、12、14、12、14、1219、12、12、12、10、12、10、10、10、10、8、8、6、6、4、2 根据资料 【4】 （3-4）可以知道0.83.30.80.8312Znn（3.3）代入数据
44、： 0.83.30.80.83.30.80.8312 24261Znn所以低翅片管凝结表面传热系数为 0.250.250 . 0.250.25.7()148147.6()26.9()wbnKwKwKwBdt tt3.3.6 传热系数 k 的计算根据资料 【4】 （3-6）和（3-7）可以计算热流密度：第一式： 00kq（3.4）第二式： 0 01mofofiwia（3.4）将有关各值代入计算得： 0.750269q014(.)选取不同的 进行试凑计算，计算结果列于表 3.1 中表 3.1 试凑计算结果0C2.90 2.91 2.92 2.93 2.94 2.9520/qWm5840.06 58
45、55.16 5870.24 5885.31 5900.37 5915.425962.66 5935.52 5908.38 5881.24 5826.96 5826.9520当 时，两式误差已很小，所以取002.93C 20583.qWm20258154.6.7mqkWmCt3.3.7 传热面积和管长的确定传热面积为：32208558.kQFq管子有效长度： ，根据资料 【3】 取管长0 4.3.16l mdNZ为 4.5lm3.4 流动阻力的计算根据参考资料 【2】 ，对于水沿程阻力系数 ，冷媒水的0216.e34.250R总流动阻力由公式（2.7）可得：241u1.5()4.595.30.2
46、61(2)04286ilPNPadPaa符合资料 【5】 表 2.10 允许压降，设计合理。3.5 结构计算3.5.1 换热管布置设计 选用 1-2 型结构，Z=286，采用等边三角形与正方形的组合排列方式，查资料 【5】 p46 表 2.3，换热管中心距 s=25mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距，换热管在管板上的分布如图m38lE21图 3.2 管板布管图由图 3-1 可知，最外层换热管中心所在圆直径 706m3.5.2 壳体设计计算具体内容参考第二章 2.5.2 所示3.5.3 校验换热管与管板结构的合理性具体内容参考第二章 2.5.3 所示3.5.4 管板尺寸设计具体内容参考第二章 2.5.4 所示3.5.5 封盖尺寸设计具体内容参考第二章 2.5.5 所示3.5.6 分程隔板尺寸设计具体内容参考第二章 2.5.6 所示3.5.7 支座尺寸设计具体内容参考第二章 2.5.7 所示3.6 零部件结构尺寸设计3.6.1 支撑板具体内容参考第二章 2.6.1 所示3.6.2 垫片的选取具体内容参考第二章 2.6.2 所示3.6.3 螺栓
