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1、满液式蒸发器的设计3满液式蒸发器的设计3.1制冷剂流量的确定制冷剂压焓图：P342134h 图3.1由蒸发温度，根据文献1制冷原理及设备附表13（P341）和附图5（P373）查得：, 单位制冷量：（P31） (3.1)制冷剂流量： （P31） (3.2)3.2载冷剂流量的确定 （P246） (3.3)3.3传热管的确定选用101低螺纹铜管，取水流速度,则每流程的管子数Z为 (3.4)圆整后，Z=56根。实际水流速度 (3.5)3.4管程与有效管长假定热流密度q=6600/m2,则所需的传热面积 (3.6)管子与管子有效长度的乘积 (3.7) 采用管子成正三角形排列的布置方案，管距s=14mm
2、,对不同流程数N，有效单管长，总根数NZ,壳体直径及长径比进行组合计算，组合计算结果如表3.1所示： 表3.1组合计算结果 N21123.020.1225.1742241.510.169.4463361.010.185.6184480.750.203.75表3.1不同流程数N对应的管长及从D及值看， 4流程是可取的。3.5传热系数的确定3.5.1蒸发器中污垢的热阻由文献1制冷原理及设备表9-1可知：管外热阻管内热阻3.5.2平均传热温差平均传热温差： (3.8)3.5.3管内换热系数管内强制对流换热系数由文献5传热学（P248）公式 (6-21a)式可知： (3.9)其中 冷却水的定性温度ts
3、： (3.10)查饱和水物性表得：，则: Re7895 (3.11)假设壁温为8.5，查水的物性表，得,假设管长为1.8m，于是有 (3.12) W/(m2K) (3.13)3.5.4管外换热系数管外换热系数按下式计算： (3.14) 其中3.5.5壁温和热流密度的估算传热过程分为两部分：第一部分是传热量经过制冷剂的传热过程；第二部分是传热量经过污垢层、管壁、管内污垢层以及冷却水的传热过程。第一部分的热流密度： （查R22热力性质表P0583.78kPa） (3.15)第二部分的热流密度： (3.16)其中mm，代入数据得： = W/m2 根据设计要求估算的值， 来确定热流密度。 具体估算数值
4、如表3.2所示：表3.2热流密度的估算tw8.09.08.58.68.58q4786.418079.756336.556669.906602.61 q，8088.265536.766812.516557.366607.35由表格中数据可知,当=8.580C时，与前面假设的0C接近，q与q 的值相差约为4.74，取=6605 ，误差0.08%，合理，故q可取为6605,即为所求热流密度。所以有： = 8.580C =6605 3.5.6传热系数 (3.17)3.6传热面积和管长确定根据q求传热面积F0: (3.18)管子的有效长度: (3.19)适当调整后，取1.8m3.7冷却水流动阻力冷却水的
5、流动阻力系数按文献1制冷原理及设备P232公式 (9-71)计算：其中沿程阻力系数为 (3.20)冷却水的总流动阻力为 (3.21) =0.0163Mpa考虑到外部管路损失，冷却水泵的总压头损失约为0.1+0.01630.1163 MPa (3.22)取离心水泵的效率则水泵所需功率为 (3.23)3.8结构设计计算 图3.2 蒸发器管板3.8.1 筒体根据文献4热交换器原理与设计表2.3可知，当换热管外径d0=10mm时，换热管中心距为s=14mm，分程隔板槽两侧相邻中心距IE=28mm根据文献4热交换器原理与设计P47可知，热交换器管束最外层换热管表面至壳体内壁的最短距离b=0.25d且不小
6、于8mm,故本设计取8mm根据10表6-3,选用壳体壁厚6mm，故从上面计算得到的筒径为277.16mm 又根据满液式蒸发器上程管排顶部应预留一定空间的特殊性，由作图可知壳体外径至少应选为：D=325mm（国家标准规格）.由于壁厚取6mm,所以内径为：Di=325-26=313mm。 此时长径比为 (3.24)根据文献4热交换器原理与设计P55，目前所采用的换热管长度与壳体直径之比，一般在425之间，通常为610，故合理 3.8.2管板 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。根据文献3小型制冷装置设计指导表3-8，换热管外径为10mm时，管板最小
7、厚度不小于10mm，根据文献10制冷机工艺表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=1.30，由文献文献10制冷机工艺公式（6-4）得管板厚度：= (17+0.0083) (3.25)=1.151.30(17+0.0083313)=29.3实际可取=30 mm.管孔直径dp，根据文献3小型制冷装置表3-5得： 换热管外径d0：10mm 允许偏差0-0.10 管板管孔径dp：10.18mm 允许偏差+0.05-0.10 图3.3 端盖3.8.3法兰如图4.2，取法兰外径=313+(24+18)2=397mm，法兰厚度=30-5-3=22mm，则螺栓所在圆的直径
8、D=313+242=361mm, 螺栓所在圆的周长 C=3613.14=1133.54mm3.8.4端盖如图4.2，根据文献10制冷机工艺选端盖厚度为S=10mm,连接螺栓处厚度=20mm,球面半径R=250mm，球面高度h=45mm3.7.5分程隔板根据文献10制冷机工艺表6-8，分程隔板厚度选3.8.6支撑板与拉杆根据文献4热交换器原理与设计表2.5和表2.6，换热管外经d=10mm,支撑板最大无支撑跨距为750mm，支撑板厚度为8mm，直接焊在拉杆上固定。根据文献文献4热交换器原理与设计P51可知，换热管外径10d14,拉杆直径d=10mm，公称直径DN=325400,拉杆数量为4。3.
9、8.7封头和支座根据文献10制冷机工艺表6-8取封头的厚度为10 mm根据文献3小型制冷装置设计指导表3-9得支座尺寸：L=280mm K=200mm3.8.8垫片的选取材料：石棉，具有适当加固物（石棉橡胶板）；基础参数为厚度=1.5mm, P1.569MPa, 垫片系数m=2.75,比压力y=25.5MPa；宽度：本设计筒体内径D=365mm700 mm，故可取垫片宽度N=12mm,垫片基本密封宽度，垫片的有效密封宽度.求垫片压紧力作用中心圆直径D：因为，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D=313+12+62=327mm. (3.26) 垫片压紧力: 预紧状态所需的最
10、小压紧力：=3.14 Dby=3.14327625.5=1.57105N (3.27)操作状态下所需的最小压紧力=6.28 Dbmp=6.2832762.751.569=5.32104N (3.28)其中P=1.569 MPa为蒸发器的设计压力。垫片宽度校核常温下的强度指标=530MPa,安全系数=2.7，故许用应力=， (3.29)一定温度下的许用应力，实际螺栓面积A=1502.6（见后面计算）.所需的垫片的最小厚度N= (3.30) 所以最初选的垫片厚度符合要求。3.8.9螺栓的选取根据9画法几何与机械制图法兰及端盖的厚度，选螺栓GB/T5782 M1280，其小=10.106mm.，S=
11、18mm，Sa=16mm，螺栓最小间距Smin38mm，法兰有效宽度f=22mm螺栓的最大间距=216+=72.6 (3.31)因为螺栓所在圆的周长C=1133.54mm，取螺栓间距为72，故所需要的螺栓个数 个圆整后，取16个，则 ，合理螺栓载荷预紧状态下需要的最小载荷 (3.32)操作状态下需要的最小载荷 W= (3.33)=0.7853271.569 +6.2832762.751.569=1.65105N螺栓面积： 预紧状态下需要的最小面积 (3.34)其中b530MPa nb=2.7 b= =196.3 操作状态下需要的最小面积 (3.35)需要的螺栓面积： A= A=1410.3而螺栓的实际面积A 符合要求 (3.36)螺栓的设计载荷： 预紧状态下需要的螺栓设计载荷： (3.37)操作状态下需要的螺栓设计载荷： 3.8.10连接管的确定冷却水进出口连接管水的流量=，选流速，故管内径 (3.38) 根据标准可取无缝钢管。（文献2制冷技术与应用表8.3选取）制冷剂连接管由原始数据查R22的图得，蒸发器进口处，蒸发器出口，制冷剂的质量流量已求出=液体的体积流量。根据文献2制冷技术与应用表8.3选取相应的紫铜管。= (3.39)蒸气的体积流量： (3.40)进液接管的内径（选液体流速为） (3.41) 圆整后，取紫铜管出气接管内径（选蒸汽流速为） (3.42)圆整后，取紫铜管
