1．设计题目及设计参数 (1)1.1设计题目：满液式蒸发器 (1)1.2设计参数： (1)2设计计算 (1)2.1热力计算 (1)2.1.1制冷剂的流量 (1)2.1.2冷媒水流量 (1)2.2传热计算 (2)2.2.1选管 (2)2.2.2污垢热阻确定 (2)2.2.3管内换热系数的计算 (2)2.2.4管外换热系数的计算 (3)2.2.5传热系数K计算 (3)2.2.6传热面积和管长确定 (4)2.3流动阻力计算 (4)3．结构计算 (5)3.1换热管布置设计 (5)3.2壳体设计计算 (5)3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5)3.4零部件结构尺寸设计 (6)3.4.1管板尺寸设计 (6)3.4.2端盖 (6)3.4.3分程隔板 (7)3.4.4支座 (7)3.4.5支撑板与拉杆 (7)3.4.6垫片的选取 (7)3.4.7螺栓 (8)3.4.8连接管 (9)4．换热器总体结构讨论分析 (10)5．设计心得体会 (10)6．参考文献 (10)1．设计题目及设计参数1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数：蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22；蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃，冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1t "=7℃。

2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ，P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kgm04427.0v 31=，kgmv 3400078.0=图2-1 R22的lgP-h 图制冷剂流量skg skg h h Q q m 667.0250405105410=-=-=2.1.2冷媒水流量水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3,c p =4.192KJ/(Kg ·K)smsmt Q P 333'210vs 10011.5)710(192.471.999105)t (c q -⨯=-⨯⨯=-=‘ρ2.2传热计算 2.2.1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【3】p71换热管用低翅片管序号3，规格φ16×1.5，如图所示：mm 25.1s f = mm 86.15d t = mm 5.1h = mm 11d i = mm 86.12d b =，每米管长管外表面积mm15.0a 2of =，螺纹管增强系数35.1=ϕ，铜管导热系数)·m (39802C W=λ图2-2 外螺纹管结构图 2.2.2污垢热阻确定冷媒水平均温度C t o s 5.9=,制冷剂C t o 20=,水的流速取s m s m u 15.1>=，根据资料【1】p198表9-1，管内污垢系数W C o2i m 000045.0=γ 管外污垢系数W C o2o m 00009.0=γ2.2.3管内换热系数的计算冷媒水的定性温度C t o s 5.9=,查物性表得：371.999mkg=ρ，7275.9=r p ，s m10330.126-⨯=υ ，)m (10285.572K W ⋅⨯=-λ,暂取水的流速smu 7.1=，管程设计为2程，每流程管子数317.11114.350114d q 422vs=⨯⨯⨯==uZ iπ，当Z=31时，冷媒水的实际流速为smsmzd q u ivs702.1311114.310011.544232=⨯⨯⨯⨯==π，1407710330.11011702.1Re 63=⨯⨯⨯==--υiud根据资料【2】6-15，828.947275.914077023.0r e 023.0u 3.08.03.08.0=⨯⨯==P R N ，)·m (4938)·(101110285.57828.94d ·o2o232iC WC m WNu a i =⨯⨯⨯==--λ2.2.4管外换热系数的计算平均传热对数温差：C C t t t t t Oo m 213.7510ln 510'"ln'"=-=∆∆∆-∆=∆管外换热系数45.0082.0002.3P θα=,其中20000-=-=w w t t t θ2.2.5传热系数0K 计算传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为0θ；第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82.145.0082.100)2(88.10612.3-⨯===w t P q θαθ第二部分热流密度2100118.05.900009.003746.015.03980015.003454.015.0)000045.049381(5.9)1(m Wt t F F F F t q w woofiof iof ii-=+⨯+⨯+-=+++∆=γλδγα用试算法估算w t 的值，确定热流密度 表2-1由此取C t w o 207.4=,2m 465.4485q W=，Km Wt q K m·86.6120=∆=2.2.6传热面积和管长确定传热面积22300m 41.23m465.448510105q=⨯==Q F管子有效长度m52.231215.041.23l =⨯⨯=，取管长2.6m2.3流动阻力计算根据资料【1】p232(9-71)，对于水，沿程阻力系数0305.0e3164.025.0==R ξ，冷媒水的总流动阻力：PaPa Pa PaN d l NP i42210527393)]12(5.1011.06.220305.0[702.171.99921)]1(5.1[u 21⨯<=+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=++=∆ξρ符合资料【4】p69表2.10允许压降，设计合理。

3．结构计算3.1换热管布置设计选用1-2型结构，Z=31，采用等边三角形与正方形的组合排列方式，查资料【4】p46表 2.3，换热管中心距s=22mm ，分程隔板槽两侧相邻管中心距mm 35l =E ，换热管在管板上的分布如图图3-1 管板布管图由图3-1可知，最外层换热管中心所在圆直径mm 87.230=φ 3.2壳体设计计算由上面计算得mm 87.230=φ，实际可取mm D 2730=，根据资料【6】p116表6-4，壳体壁厚选用经济型mm 6=δ，所以壳体内径mmmm S D D i 261)12273(20=-=-=3.3校验换热管管与管板结构合理性热交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【1】p205“最外部孔的边缘与外壳内表面的距离不赢小于5mm ”，布管限定圆直径mm 25110261=-=mm D L ）（对于上述换热管布置设计由几何关系得出管束外缘直径mm mm D L 25187.246'<=，符合要求。

换热管长度与壳体直径之比1052.92732600<==D l c ，选用两个流程是合理的。

3.4零部件结构尺寸设计零部件结构尺寸设计包括：管板、端盖、分程隔板、支撑板、拉杆、连接管、支座、垫片和螺栓。

3.4.1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。

图3-2管板法兰 图3-3管板与圆筒的连接根据资料【3】表3-8管板最小厚度不小于13mm ，根据资料【6】P111表（6-6），查得与管子连接方式有关的系数1f =1.15,与管板兼做法兰有关的系数2f =1.30，由经验公式（6-4）得管板厚度：t=1f · 2f ·(17+0.0083i D )=1.15×1.30×(17+0.0083×261)=28.7mm,实际 可取t=30 mm. 取法兰外径：D=0D +（S+e S ）×2=273+（24+18）×2=357mm 法兰厚度：f δ=30-5-3=22mm,螺栓所在圆的直径：a D =0D +S ×2=273+24×2=321mm, 周长：a C =D π∙=321×3.14=1007.94mm 。

3.4.2端盖根据资料【6】p113选端盖厚度6mm ，3.4.3分程隔板按资料【6】p20表6，分程隔板厚度选mmδ，分程隔板槽深4mm=8图3-4 分层隔板槽3.4.4支座根据资料【3】p75表3-9。

确定支座尺寸L=240mm，K=160mm.3.4.5支撑板与拉杆根据资料【4】P51，换热管外径14〈d〈25,所以拉杆直径取d=12mm，数量n取4根。

由前面选管长l=2.6m，根据表2.6可知，可取支撑板厚度为10mm,直接焊在拉杆上固定。

根据表2.5，本设计取支持板数量为2.图3-5 拉杆3.4.6垫片的选取材料：石棉，具有适当加固物（石棉橡胶板）;厚度为1.5mm p=0.4MPa;参数为：垫片系数m=2.75，比压力y=25.5MPa.宽度：根据资料【4】P47，本设计筒体内径i D =261mm 〈700 mm 时，可选1013N ≤<，故可取垫片宽度N=12mm,垫片基本密封宽度066.42N b m m m m ==<，垫片的有效密封宽度06b b m m ==，06 6.42N b m m m m==<，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G D =273+1×2+6×2=287mm. 预紧状态所需的最小压紧力：GF =3.14G D b y ∙∙ =3.14×287×6×25.5=137881N操作状态下所需的最小压紧力：6.28p G F D b m p=∙∙∙=6.28×287×6×2.75×1.569=N垫片在预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m in N 。

所需的垫片的最小厚度：[]min 2103.6196.38.98126.28 6.2828725.5b bG A N N m m D yσ⨯===<=∙⨯⨯其中，常温下的强度指标σ=530MPa,安全系数b N =2.7，故许用应力[]530196.32.7b bM pan σσ===，一定温度下的许用应力[]117tb M Pa σ=，实际螺栓面积b A =2103.62mm （见后面计算）.所以最初选的垫片厚度符合要求。