制冷裝置用滿液式蒸發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

葛　珺

( 南京天加空調(diào)設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210046 )

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制冷裝置用滿液式蒸發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

葛珺

( 南京天加空調(diào)設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210046 )

[摘要]介紹了布管、換熱管支撐板、擋液板、均液板等滿液式蒸發(fā)器的具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的方法，論述了制冷裝置用滿液式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，為滿液式蒸發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率提供了合理、可行的方案。

[關(guān)鍵詞]布管；換熱管支撐板；滿液式蒸發(fā)器；標(biāo)準(zhǔn)化

引言

時(shí)間就是生命，時(shí)間就是金錢?，F(xiàn)代化的公司一致追求“抓時(shí)間，增效益”，增強(qiáng)企業(yè)生命力。做為專業(yè)設(shè)計(jì)人員如何能設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化程度高、便于統(tǒng)一加工生產(chǎn)、有助于提高生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)作品，是值得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前充分考慮的。

制冷裝置用螺桿式冷水機(jī)組中，蒸發(fā)器主要有滿液式和干式蒸發(fā)器兩種結(jié)構(gòu)形式。從傳熱性能考慮，滿液式蒸發(fā)器傳熱效率高，且易于清洗。從容器設(shè)計(jì)、制造方面來(lái)考慮，干式蒸發(fā)器冷凍水走殼程，冷媒走管程，管程的管箱與管板間的密封，管箱的可拆卸方式等都是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中的難點(diǎn)。而滿液式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)則易于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，只要能考慮好設(shè)計(jì)的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)效率將會(huì)極大的提高。由于上述優(yōu)點(diǎn)，滿液式蒸發(fā)器在制冷行業(yè)中得到了越來(lái)越多的運(yùn)用。

圖1　滿液式蒸發(fā)器工作示意圖Figure 1　full liquid type evaporator working schematic diagram

1滿液式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)

制冷機(jī)組的滿液式蒸發(fā)器中制冷劑走殼程，冷凍水走管程，制冷劑液體從筒體底部進(jìn)入，產(chǎn)生的蒸氣從筒體上部引出，殼程液態(tài)冷媒沸騰蒸發(fā)，通過(guò)熱交換，將管內(nèi)冷凍水的熱量帶走，從而達(dá)到降低冷凍水溫度的目的，見(jiàn)圖1。

2滿液式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

滿液式冷水機(jī)組一般適用于冷量較大的場(chǎng)合，因此相對(duì)干式蒸發(fā)器，滿液式蒸發(fā)器筒體直徑多較大，同一種筒體的蒸發(fā)器，在不同冷量的情況下?lián)Q熱管根數(shù)也不一樣，如果不進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，不同筒體之間部件可通用的圖較少，不僅出圖量大，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，而且易造成出錯(cuò)率高，給設(shè)計(jì)人員作圖、車間生產(chǎn)都帶來(lái)極大的不便。如果我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)能將近似的部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成通用部件，就能使出圖量大大減少，同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，由于部件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，生產(chǎn)中下料、打孔、焊接等生產(chǎn)工藝過(guò)程均可通用，可大大縮短工時(shí)，更好地滿足經(jīng)濟(jì)性要求。下面就來(lái)分析一下滿液式蒸發(fā)器部件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化方法。

滿液式蒸發(fā)器的構(gòu)成包括筒體、管板、蒸發(fā)管支撐板、擋氣板、均液板、端蓋等部件。

2.1 確定管板間距

根據(jù)選用的壓縮機(jī)的規(guī)格(主要考慮壓縮機(jī)的長(zhǎng)度)、兼考慮電控箱的長(zhǎng)度尺寸，初步確定蒸發(fā)器的管板間距，管板間距越大，流體流動(dòng)的阻力越大；管板間距越小，需要的換熱管數(shù)越多，筒體越大，所以在確定管板間距時(shí)設(shè)計(jì)者應(yīng)從美觀、經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合考慮。管板間距只需滿足要求，種類越少越好，比如2.5m、3m、3.5m、4m等。管板間距確定之后，根據(jù)文獻(xiàn)[1]的規(guī)定并結(jié)合生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況,就可確定換熱管的長(zhǎng)度，這樣在同規(guī)格管板間距時(shí)換熱管可通用，既可方便采購(gòu)，也可避免大庫(kù)存量。

2.2確定換熱管數(shù)量及排列方式

根據(jù)容器所需要的換熱量，運(yùn)用文獻(xiàn)[2]制冷原理?yè)Q熱計(jì)算公式計(jì)算出所需的理論換熱面積，再根據(jù)2.1所初步選定的管板間距、綜合考慮蒸發(fā)管換熱性能，確定需要的換熱管根數(shù)。布管時(shí)按文獻(xiàn)[1]的規(guī)定選取限定圓、管孔間距，考慮到等邊三角形布管比較緊湊，傳熱系數(shù)較高，且根據(jù)文獻(xiàn)[3]第三章所述，叉排較順排平均管排數(shù)少，管排修正系數(shù)大，故建議采用正三角形法進(jìn)行換熱管排列。

滿液式蒸發(fā)器的布管行業(yè)內(nèi)通常采用上下布管和左右布管兩種形式。滿液式蒸發(fā)器中蒸發(fā)管大部分浸于殼側(cè)液態(tài)冷媒中，同時(shí)在蒸發(fā)器筒體上部留出一定的分離空間，并裝有擋液板等液滴分離裝置，以防止冷媒液體被帶出蒸發(fā)器進(jìn)入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)液擊。設(shè)計(jì)時(shí)一般控制蒸發(fā)管的布管不超過(guò)筒體中心線1-3排管。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]7.4.8.1 管板分程處面積Ad與Sd、S及n′ 有關(guān)，見(jiàn)圖3，其中n′ 為隔板一側(cè)管根數(shù)。

比較可以看出，圖3 a)布管同上下布管的分程形式，圖3 b)布管同左右布管的分程形式。因滿液式蒸發(fā)器的布管基本布置于筒體中心線下方，因此在相同筒體及蒸發(fā)管根數(shù)的條件下，公式中n′ 的數(shù)值上下布管比左右布管分層的情況下要大許多，因此只要合理的布管，左右布管可以比上下布管的方式需要的筒體直徑要小。

圖2　上下布管及左右布管示意圖Figure 2　Up and down tube and left and right tube diagram

圖3　管板分程處面積Figure 3　Tube plate points process area

排管布置成上下布管時(shí)，根據(jù)換熱管根數(shù)的不同，兩流程之間的分層隔板的位置將有所不同，而左右布管時(shí)分層隔板的位置固定設(shè)于筒體中心就可，設(shè)計(jì)、制造都方便。

左右布管的缺點(diǎn)在于布管左右對(duì)稱，冷媒蒸發(fā)汽化后易從中間的分層隔板占用的空間處直接向上流動(dòng)，如不能有效地分離液滴，液態(tài)冷媒容易進(jìn)入壓縮機(jī)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在中間分層隔板占用的位置處設(shè)置假管，以防液擊。

綜合上下布管和左右布管兩種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，筆者建議采用左右布管的布管方式。

2.3確定筒徑

根據(jù)排出的布管圖，綜合考慮結(jié)構(gòu)需要、換熱需求及美觀性，筒體長(zhǎng)度與筒體直徑的比值(即長(zhǎng)徑比，文獻(xiàn)[3]建議取6～8較為合適)，這樣就可以選擇出適合的筒體直徑。筒體直徑的選取與管板間距的選取一樣，種類越少越好。

2.4管板

在實(shí)際應(yīng)用中，滿液式蒸發(fā)器大多采用固定管板式，兩端的管板直接焊在殼體上并延伸到殼體周圍之外作為容器法蘭，管板有方形也有圓形，現(xiàn)在比較通用的有圓形管板加鞍式支座，或者方形管板兼做支座兩種形式。圓形管板易于根據(jù)系統(tǒng)制冷管路調(diào)整冷凝器、蒸發(fā)器等各容器之間的間距，但需要另加支座，制造步驟多、費(fèi)材料。方形管板設(shè)計(jì)、計(jì)算、制造均省事方便，但外形尺寸一經(jīng)確定，便不容易調(diào)整容器與容器之間的間距。設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行管板的外形規(guī)劃。

2.5蒸發(fā)管支撐板

蒸發(fā)管支撐板在蒸發(fā)器中起支撐蒸發(fā)管、防止蒸發(fā)管下垂、振動(dòng)異響的作用，支撐板塊數(shù)的設(shè)置應(yīng)滿足文獻(xiàn)[1]的規(guī)定。滿液式蒸發(fā)器在筒體相同的情況下，不同設(shè)計(jì)制冷量時(shí)，會(huì)布置不同的蒸發(fā)管根數(shù)，所以支撐板上開的管孔數(shù)也會(huì)不同，為標(biāo)準(zhǔn)化，可以以同一筒體中管孔數(shù)最多的支撐板作為標(biāo)準(zhǔn)件。支撐板僅起支撐管束的作用，所以支撐板管孔是否有管子穿過(guò)，對(duì)支撐板的設(shè)計(jì)沒(méi)有影響，這樣一種筒體只要出一種支撐板即可。如果考慮穿管的方便，也可適當(dāng)?shù)卦O(shè)置幾檔。

2.6擋液板、均液板

因滿液式蒸發(fā)器的殼體較長(zhǎng)，因此通常在殼體下方設(shè)置均液板，以使進(jìn)入殼體的冷媒液體沿筒體長(zhǎng)度方向均勻分布。同時(shí)在殼體的上方設(shè)置擋液板，以防止液擊。擋液板、均液板為多孔板件，對(duì)于同一筒體長(zhǎng)度，擋液板、均液板也可設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)件。

2.7端蓋

一般采用橢圓封頭焊法蘭圈或整體鑄件的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)同一種筒體，可以在端蓋上統(tǒng)一設(shè)置進(jìn)、出水管管徑，統(tǒng)一設(shè)水流開關(guān)、感溫探頭、防凍開關(guān)等應(yīng)用所需接頭，這樣一般端蓋都可做成標(biāo)準(zhǔn)件。

2.8容器強(qiáng)度計(jì)算

滿液式蒸發(fā)器的強(qiáng)度計(jì)算主要包括筒體、管板、安全閥部件的強(qiáng)度計(jì)算，在容器的結(jié)構(gòu)初步確定后，強(qiáng)度計(jì)算均可以通過(guò)文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[4]、文獻(xiàn)[5]等標(biāo)準(zhǔn)介紹的方法進(jìn)行，如果強(qiáng)度計(jì)算不合格，可以通過(guò)調(diào)整部件厚度、形狀、距離等參數(shù)對(duì)容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部的設(shè)計(jì)改動(dòng)。

3結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在滿液式蒸發(fā)器系列規(guī)劃的初期，如果能充分考慮設(shè)計(jì)的通用性，就可使設(shè)計(jì)規(guī)范化、減少設(shè)計(jì)量，同時(shí)也能滿足生產(chǎn)廠家生產(chǎn)簡(jiǎn)便、節(jié)約成本、減少工時(shí)的要求。整體設(shè)計(jì)前的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

4參考文獻(xiàn)

[1] 張延豐,壽比南，等.國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T151-2014熱交換器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015

[2] 吳業(yè)正,韓寶琦,等.制冷原理及設(shè)備[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社,1995

[3] 吳業(yè)正. 小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998

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作者簡(jiǎn)介更正：

《制冷》2015年第4期刊登的《家用管道余壓回收發(fā)電裝置設(shè)計(jì)》，作者簡(jiǎn)介更正為：

莊浩(1993-)，男，在讀本科生，研究方向：制冷空調(diào)工程。Email：529634507@qq.com

The Standardization of Refrigeration Unit with Full Liquid Type Evaporator Design

GE Jun

(Nanjing Tica Air-Conditioning Co.Ltd.，Jiangsu Nanjing,210046,China)

Abstract：Cloth tube, heat exchange tube support plate are introduced, liquid baffle plate, all liquid filled with liquid evaporator of concrete structure design unified and standardized method, this paper discusses the refrigeration unit with full liquid type evaporator structure design standardization, standardization design for full liquid type evaporator, to improve the efficiency of design, production to provide the reasonable and feasible scheme.

Key words：Cloth tube;Heat exchange tube support plate;Full liquid type evaporator;standardized

收稿日期：2015-12-13

作者簡(jiǎn)介：葛珺(1975-)，工程師，主要從事制冷空調(diào)設(shè)備及壓力容器設(shè)計(jì)。Email：gejun1975@126.com

文章編號(hào)：ISSN1005-9180(2016)01-087-04

中圖分類號(hào)：TH123+.3文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.016