機械設計課程設計--減速齒輪箱設計報告

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： 工作單位： </p><p>　　題 目:管殼式換熱器設

2、計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　(1) 換熱器殼程進口水溫為：90℃(2) 換熱器殼程出口水溫為：25℃(3) 換熱器管程進口水溫為：20℃</p><p>　　(4) 換熱器管程出口水溫為：30℃(5) 待冷卻水流量：

3、4500kg/s；</p><p>　　要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p>　　某生產過程中，需將4500kg/s的水從90℃冷卻至25℃，冷卻介質采用循環(huán)水，循環(huán)水入口溫度20℃，出口溫度為30℃。管側允許壓力損失為49MPa，殼側允許壓力損失為9.8MPa，殼體內徑為480mm，管長為52800mm（其他參數(shù)見附表），試設

4、計一臺列管式換熱器，完成該生產任務。</p><p>　　1．編制設計書1份，內容包括：</p><p>　　確定換熱器設計的指標（參數(shù)、設計條件）；</p><p>　　初步確定換熱器的類型、結構、材料及流動形式等參數(shù)；</p><p>　　換熱器的計算，流阻計算和優(yōu)化分析（即熱力和水力設計）；</p><p>　　

5、換熱器的結構、強度以及工藝等方面的設計（即結構設計以及相關計算的相關協(xié)調）：</p><p>　　根據(jù)其他具體評價條件，從你計算的幾套方案中進行方案選擇（即最佳設計）；</p><p>　　計算機數(shù)值仿真（繪圖、計算）；</p><p>　　2．圖紙（選做）：1)安裝圖或外形結構圖（2號）；2)流體流程圖（3號）；</p><p>　　3.

6、說明書撰寫嚴格按照附件中的格式書寫要求執(zhí)行。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>

7、;　　目 錄</b></p><p>　　一、設計意義---------------------------------------------------------------3 </p><p>　　二、主要參數(shù)說明---------------------------------------------------------3 </p><p>

8、;　　三、設計計算---------------------------------------------------------------5 </p><p>　　1、確定設計方案--------------------------------------------------------- -5 </p><p>　　2、確定物性數(shù)據(jù)-----------------------

9、---------------------- -------------5 </p><p>　　3、計算總傳熱系數(shù)--------------------------------------------------------5 </p><p>　　4、計算傳熱面積-----------------------------------------------------------6

10、</p><p>　　5、工藝結構尺寸-----------------------------------------------------------6 </p><p>　　6、換熱器核算--------------------------------------------------------------8 </p><p>　　1）熱量核算-----

11、--------------------------------------------------------9 </p><p>　　2）換熱器內流體的流動阻力--------------------------------------- 9 </p><p>　　3）換熱器主要結構尺寸和計算結果總表------------------------10</p><p

12、>　　7、選用一臺合適的離心泵---------------------------------------------- 11</p><p>　　四、參考文獻---------------------------------------------------------------13</p><p><b>　　一．設計意義</b></p>

13、<p>　　在食品工業(yè)中的加熱、冷卻、蒸發(fā)和干燥的單元操作中，經常見到食品物料與加熱或冷卻介質間的熱交換，而用于進行熱交換的設備稱為換熱器。換熱器還廣泛應用于化工、石油化工、動力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工等行業(yè)。在眾多類型的換熱器結構中，管殼式換熱器應用最為廣泛，因此要根據(jù)特定的工藝要求，設計合理的換熱器，以滿足不同場所的需求。</p><p><b>　　二．主要參數(shù)說明</b>

14、</p><p>　　B——折流板間距，m;</p><p>　　C——系數(shù)，無量綱；</p><p><b>　　d——管徑，m；</b></p><p>　　D——換熱器外殼內徑，m；</p><p><b>　　f——摩擦系數(shù)；</b></p><p

15、><b>　　F——系數(shù)；</b></p><p>　　h——圓缺高度，m;</p><p>　　K——總傳熱系數(shù)，；</p><p><b>　　L——管長，m；</b></p><p><b>　　m——程數(shù)；</b></p><p><

16、b>　　n——指數(shù)；</b></p><p><b>　　N——管數(shù)；</b></p><p><b>　　NB——折流板數(shù)；</b></p><p>　　Nu——怒賽爾特準數(shù)；</p><p><b>　　P——壓力，Pa;</b></p>&

17、lt;p>　　Pr——普蘭特準數(shù)；</p><p><b>　　q——熱通量，；</b></p><p>　　Q——傳熱速率，W;</p><p><b>　　r——半徑，m;</b></p><p><b>　　R——熱阻，；</b></p><p&

18、gt;<b>　　Re——雷諾數(shù)；</b></p><p><b>　　S——傳熱面積，；</b></p><p>　　t——冷流體溫度，；</p><p>　　T——熱流體溫度，；</p><p>　　u——流速，m/s;</p><p>　　W——質量流量，Kg/s；&l

19、t;/p><p>　　a——對流傳熱系數(shù)，；</p><p><b>　　——有限差值；</b></p><p><b>　　——導熱系數(shù)，；</b></p><p>　　——粘度，Pa.s;</p><p><b>　　——密度，；</b></p&g

20、t;<p><b>　　——矯正系數(shù)；</b></p><p><b>　　c——冷流體；</b></p><p><b>　　h——熱流體；</b></p><p><b>　　i——管內；</b></p><p><b>　　m

21、——平均；</b></p><p><b>　　o——管外；</b></p><p><b>　　s——污垢；</b></p><p>　　1．換熱器核算 （1）熱量核算 ①殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑，由正三角形排列得 de= (m) 殼程流通截面積 </p&g

22、t;<p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b>　　普朗特準數(shù) </b></p><p>　　Pr=3.12粘度校正 </p><p>　　W/(m2·℃) ②管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 </p><p>　　普蘭特準數(shù)Pr=6.22</p

23、><p>　　W/(m2·℃) ③傳熱系數(shù)K</p><p>　　=586.60W/(m·℃)④傳熱面積S</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積Sp</p><p>　　該換熱器的面積裕度為 </p><p>　　傳熱面積裕度過大，該換熱器不能夠完成生產任務，需重新設計。</p>

24、<p><b>　　三．設計計算</b></p><p>　　某生產過程中，需將4500 kg/h的熱水從90℃冷卻至25℃，冷卻介質采用循環(huán)水，循環(huán)水入口溫度20℃，出口溫度為30℃。管側允許壓力損失為49MPa，殼側允許壓力損失為9.8MPa試設計一臺列管式換熱器，完成該生產任務。 1．確定設計方案 （1）選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度90℃，出口

25、溫度25℃。冷流體(循環(huán)水)進口溫度20℃，出口溫度30℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 （2）流動空間及流速的確定 由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循用。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內流速取ui=0.5m/ｓ。 2．確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 殼程熱水的

26、定性溫度為T==57.5(℃) 管程流體的定性溫度為t==25(℃)根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)。 水在57.5℃下的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度　　 ρo=984.35 kg/m3定壓比熱容　　 Cpo=4.178kJ/</p><p>　?。?）冷卻水用量 wi===29242.8(kg/h)（4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) Re==</p><p&g

27、t;　　=2494.39W/(m·℃)殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù)o=1600W/(m2·℃)； 污垢熱阻Rsi=0.000172 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W管壁的導熱系數(shù)λ=45 W/(m·℃)K===634.87 W/(m·℃)</p><p>　　4．計算傳熱面積 S=(m2)5．工藝結構尺寸

28、（1）管徑和管內流速 選用ф25×2.5傳熱管(碳鋼)，取管內流速ui=0.5m/s。 （2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù) n==52(根）按單程管計算，所需的傳熱管長度為L=m按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構?，F(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器管程數(shù)為N=(管程)傳熱管總根數(shù) N=52×2=104(根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) P=

29、R=</p><p>　　按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數(shù)應查有關圖表。但R=6.5的點在圖上難以讀出，因而相應以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得=0.95平均傳熱溫差Δt=Δt=0.95×22.13=21.02(℃)（4）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距t=1.25 d，則 t=1.25×25=31.25≈3

30、2(mm)橫過管束中心線的管數(shù)n=1.19==14(根)（5）殼體內徑 采用多管程結構，取管板利用率η＝0.7，則殼體內徑為 D==409.5 (mm)可按取D＝450mm N=126根（6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25％，則切去的圓缺高度為h＝0.25×450＝112.5(mm)，故可取h＝115mm。 取折流板間距B＝0.25D，則B＝0.25×450＝112.

31、5(mm)，可取B為125。 折流板數(shù) NB=傳熱管長/折流板間距-1=3000/125-1=23(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進出口接管：取接管內油品流速為 u＝1.0 m/s，則</p><p>　　d=m取標準管徑為50 mm。 管程流體進出口接管：取接管內循環(huán)水流速 u＝1.5 m/s，則接管內徑為 </p><p><b>　　=0.04

32、2m</b></p><p>　　d=取標準管徑為 50mm6．換熱器核算 （1）熱量核算 ①殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑，由正三角形排列得 de= (m) 殼程流通截面積 </p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b>　　普朗特準數(shù) </b></p&

33、gt;<p>　　Pr=3.12粘度校正 </p><p>　　W/(m2·℃) ②管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 </p><p>　　普蘭特準數(shù)Pr=6.22</p><p>　　W/(m2·℃) ③傳熱系數(shù)K</p><p>　　=617.8W/(m·℃)④傳熱面積

34、S</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積Sp</p><p>　　該換熱器的面積裕度為 </p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。 （2）換熱器內流體的流動阻力 ①管程流動阻力 </p><p>　　由Re＝9077.86，傳熱管相對粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄圖得λi＝0.038 W/m

35、3;℃， 流速ui＝0.411 m/s，ρ＝996.95kg/m3，所以 </p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內。 ②殼程阻力 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNsNs＝l，F(xiàn)t＝l流體流經管束的阻力 </p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力 </p><p>　　總阻力∑ΔPo＝547.52＋292.11＝839.63(Pa)＜

36、9.8kPa殼程流動阻力也比較適宜。 ③換熱器主要結構尺寸和計算結果 換熱器主要結構尺寸和計算結果見下表。 </p><p>　　換熱器主要結構尺寸和計算結果 </p><p>　　8.課程設計的心得體會</p><p>　　此次關于“管殼式換熱器”的課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個很重要的過程。在設計的初始階段

37、，我們然感了到茫然，不知所措，但通過向老師和學長請教以及自己查資料，我們逐漸摸索出了設計換熱器的方法．在過去的幾天里，進過不斷的計算，核算，最終設計出能夠完成生產任務的換熱器。這次課程設計又一次驗證了腳踏實地的重要性，在設計過程中對相關的課程有了全面的運用，使得我們學習的理論知識運用于實踐，而且，設計中極大的鍛煉了自己獨立思考問題的能力和解決問題的能力，這對我們以后獨自面對問題起到了很好的鍛煉效果</p><p>