Техническое проектирование кондиционера К-25 СМ

Характеристика теплообменной поверхности:

Наружный диаметр труб

Толщина труб

Шаг труб по фронту

Шаг труб по глубине

Шаг ребер

Толщина ребра

Расположение труб - шахматное

5.3.2 Разность энтальпий воздуха

Среднеинтегральная температура поверхности воздухоохладителя



5.3.3 Размеры воздухоохладителя в лобовом сечении

- длина труб

- число труб по фронту

-

Лобовое сечение воздухоохладителя

5.3.4 Живое сечение воздухоохладителя

Живое сечение ячейки

Лобовое сечение ячейки

5.3.5 Скорость воздуха в живом сечении воздухоохладителя

5.3.6 Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

С учетом неравномерности теплопередачи по высоте ребра



5.3.7 Эффективность наружной теплообменной поверхности

Условная высота ребра

Коэффициент влаговыпадения

Коэффициент эффективности ребра

Тепловое сопротивление контакта между ребром и трубой

Наружная поверхность одного погонного метра трубы

Коэффициент оребрения наружной поверхности

Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление контакта



5.3.8 Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружней поверхности

- коэффициент теплопроводности меди

Внутренняя поверхность одного погонного метра трубы

- коэффициент теплоотдачи со стороны кипящего хладагента (по опытным данным)

5.3.9 Необходимая наружная поверхность воздухоохладителя



Наружная поверхность одного ряда

Необходимое число рядов по глубине

Из конструктивных соображений принимаем число рядов

Действительная наружная поверхность

5.3.10 Аэродинамическое сопротивление воздухоохладителя

5.4 Расчет теплообменника

Теплообменник - кожухозмеевиковый - состоит из стального кожуха и двух змеевиков из медной трубы с накатными ребрами.

Внутри змеевиков протекает жидкий хладон из конденсаторов, а в межтрубном пространстве их омывают пары хладона их воздухоохладителя.

5.4.1 Тип теплообменника

Наружный диаметр трубы

Внутренний диаметр трубы

Диаметр трубы по основанию ребра

Степень оребрения

Число входов жидкого хладагента

5.4.2 Исходные данные для расчета

Температура жидкого хладона на входе в теплообменник

Температура жидкого хладона на выходе из теплообменника

Температура газообразного хладона на входе в теплообменник

Температура газообразного хладона на входе из теплообменника

Количество циркулирующего хладагента

Тепловая нагрузка на теплообменник

5.4.3 Расчетный температурный режим



Среднелогарифмическая разность температур

5.4.4 Коэффициент теплоотдачи со стороны жидкого хладона

Удельный объем

Кинематическая вязкость

Скорость жидкого хладона в трубе



Критерий Рейнольдса

Критерий Прандтля

Критерий Нуссельта

Радиус кривизны змеевика до оси трубы

Критический критерий Рейнольдса

Коэффициент теплоотдачи со стороны парообразного хладона

Удельный объем

Кинематическая вязкость



Критерий Прандтля

Скорость парообразного хладагента

Критерий Рейнольдса

Критерий Нуссельта

5.4.5 Коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности

;

5.4.6 Необходимая наружная теплопередающая поверхоность

5.4.7 Необходимая длина трубы

5.4.8 Действительная длина трубы

;

5.4.9 Действительная наружная теплопередающая поверхность теплообменника

5.4.10 Скорость жидкого хладона в патрубке (Ду15)

- удельный объем жидкого хладона во входном патрубке

- удельный объем жидкого хладона в выходном патрубке

5.4.11 Скорость парообразного хладона в патрубке (Ду32)

- удельный объем парообразного хладона во входном патрубке

- удельный объем парообразного хладона в выходном патрубке

5.5 Описание остальных элементов кондиционера

5.5.1 Фильтр хладоновый

Фильтр хладоновый предназначен для очистки жидкого хладона от механических примесей. Фильтр состоит их стольного корпуса, в котором размещен фильтрующий патрон.

5.5.2 Отделитель жидкости

Отделитель жидкости предназначен для предотвращения попадания жидкого хладона их воздухоохладителя в компрессор в пусковых режимах.

Отделитель жидкости состоит из корпуса и крышки, в которой установлены заправочный вентиль и заборная труба. В нижней части заборная трубка имеет сверление, через которое масло попадает в трубку и потоком газа уносится в компрессор.

5.5.3 Агрегат вентиляторный

Агрегат вентиляторный представляет собой сварную раму, на которой крепится электродвигатель с двухконцевым валом, куда с двух сторон закреплены центробежные вентиляторы двухстороннего всасывания. Каждый вентилятор состоит из рабочего колеса, насаженного непосредственно на вал электродвигателя, и кожуха.

Воздух их помещения при помощи электровентиляторов просасывается через воздушный фильтр, воздухоохладитель и нагнетается в кондиционируемое помещение.

Агрегат вентиляторный конструктивно выполнен по схеме агрегата вентиляторного кондиционера К-12 С.

Диаметр колеса каждого из двух центробежных вентиляторов равен 240 мм.

Электродвигатель - асинхронный, с короткозамкнутым ротором на трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц; N = 1,5 кВт, 1500 об/мин; выполнена базе электродвигателя ДМ112S4 N = 2,2 кВт, доработанного на 1,5 кВт ЗАО «Уралэлектромаш» г. Каменск Уральский, Свердловской области.

Основные технические характеристики агрегата вентиляторного приведены в таблице.

Наименование параметра	Величина
Производительность по воздуху (суммарная для двух вентиляторов), м3/ч	5500
Напор на выходе из вентилятора, Па	560
Потребляемая электрическая мощность, кВт	1,3
Масса вентиляторного агрегата в сборе, кг	60
Габаритные размеры вентиляторного агрегата, LЧBЧH, мм	1115Ч685Ч440

6 РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ БАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

6.1 Расчет обечайки конденсатора

Обечайка конденсатора представляет собой стальную трубу диаметром 325 мм, толщиной 8 мм.

6.1.1 Толщина стенки обечайки

Расчетное давление

Внутренний диаметр

Допускаемое напряжение

Предел прочности на растяжение стали 10

Коэффициент запаса прочности



Коэффициент прочности сварного шва

Прибавка к расчетной толщине стенки, учитывающая коррозию, допуски, овальность и пр.

6.1.2 Принятая толщина стенки обечайки конденсатора

6.2 Расчет трубных решеток конденсатора

Диаметр расположения болтов, крепящих трубную решетку

Расчетный параметр закреплений трубной решетки

Коэффициент, учитывающий способ закрепления трубной доски в зависимости от ее формы

Наружний диаметр трубок

Число трубок

Диаметр средней линии прокладки

Коэффициент, учитывающий изменение удельной нагрузки на трубную доски в зависимости от схемы теплообменника

Шаг труб по горизонтали

Шаг труб по вертикали



Коэффициент ослабления трубной доски, при шахматной разбивки трубок

Расчетное давление

Предел прочности на растяжении стали 20

Коэффициент запаса прочности

Допускаемое напряжение на изгиб

Прибавка к расчетной толщине стенки, учитывающая коррозию, допуски, овальность и пр.

Принимаем толщину трубной решетки

Проверка напряжений в мостике трубной решетки (между четырьмя трубками)

Полусумма сторон прямоугольника, образованного четырьмя трубками

Проверка надежности крепления концов трубок против их вырывания

Площадь между четырьмя трубками



Допустимое напряжение на вырывание трубок

7 ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ КОНДЕНСАТОРА

7.1 Введение

Машиностроение - одна из наиболее развитых ведущих отраслей промышленности. Оно определяет многие специализированные отрасли. Главной задачей машиностроения является оснащение народного хозяйства высококачественной и эффективной техникой. Уровень развития зависит от ускорения НТП. Увеличение выпуска машин должно обеспечиваться не путем простого увеличения производства, а в первую очередь интенсификацией технологических процессов. Технологический процесс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машины или аппарата, но и непрерывным совершенствованием технологического процесса.

В основу разработки технологических процессов положены два принципа: технологический и экономический. В соответствии техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение требований рабочего чертежа и технических условий на изготовление данного изделия. С точки зрения экономического чертежа изделие должно изготавливаться с минимальными затратами труда и издержками.

7.2 Проработка на технологичность

Химическое аппаратостроение по типу относится к единичному и мелкосерийному производству, трудно поддающемуся автоматизации, где в настоящее время при изготовлении деталей резко обозначилась тенденция к применению универсальных комплексов. Это комплексы типа много инструментальных обрабатывающих центров, гибких автоматических систем, а также станки с числовым программным управлением.

Автоматизация сборки в мелкосерийном производстве на современном этапе реализуется пооперационно. Так широкое применение находит автоматическая сварка в сочетании со средствами механизации, механизация и автоматизация закрепления труб в трубных решетках и т.д.

В целом же повышение уровня технологичности химических аппаратов представляет собой одну из самых интересных и перспективных задач. Конденсатор является широко распространенным изделием в химическом машиностроении и технология обработки его деталей и сборки хорошо отработаны. Удачным решением в данном аппарате является его разборность, для очистки его от отложений водяного камня, грязи, что значительно увеличивает срок службы аппарата.

Понятие технологичности конструкции аппарата распространяется не только на область производства, но и на область эксплуатации. По своим параметрам данный аппарат удобен для обслуживания и эксплуатации.

Проектируемый аппарат соответственному уровню техники, характеризуется экономичностью и удобством в эксплуатации, поэтому его конструкцию можно считать технологичной.

Намеченный порядок выполнения сборочных операций показан на технологической схеме.

Данный конденсатор применяется в автономном кондиционере специального назначения, первые его модернизации спроектированы во ВНИИхолодмаш.

7.3 Технические условия на изделие

Конденсатор с водяным охлаждением представляет собой кожухотрубный теплообменный аппарат типа хладон-вода (в кондиционере два конденсатора).

Корпус конденсатора состоит из горизонтальной цилиндрической трубы, на концах которой приварены трубные решетки, и пучка медных труб с накатными ребрами. Концы медных труб развальцованы в трубных решетках. Торцевые стороны конденсатора закрыты съемными крышками, что позволяет периодически очищать внутреннюю поверхность труб от солевых отложений и пр. механических частиц.

Конденсатор снабжен плавкой пробкой, предохраняющей аппарат от аварийного повышения давления при чрезмерном повышении температуры в помещении. Температура плавления сплава плавкой пробки 70±3 С.

Теплопередача в конденсаторе осуществляется через пучок медных труб, по которым циркулирует вода, охлаждающая горячие пары хладона, нагнетаемые из компрессора. Пары хладона, охлаждаясь, конденсируются в жидкость, которая стекает в нижнюю ресиверную часть.

Главное требование, предъявляемое к конденсатору - это герметичность. Рабочая среда - холодильный агент R22. Хладагент не агрессивен. После сборки аппарата его проверяют гидравлическим испытанием на прочность и пневматическим на герметичность.

7.4 Техническая характеристика

1. Тепловая нагрузка 21 кВт

2. Расход воды на охлаждение конденсатора 5500 м³/ч

3. Число труб 77

4. Диаметр труб 20Ч3 мм

5. Число ходов по ходов по воде 10

6. Температура воды на входе в конденсатор 30 С

7. Температура конденсации 40 С

8. Материал труб - медь М3

9. Шаг труб по горизонтали 29 мм

10. Шаг труб по вертикали 25 мм

11. Масса аппарата 120 кг

7.5 Разработка технологической схемы

Детали поставляются на сборку в подготовленном виде: отверстия в обечайке просверлены, кромки под сварку разделаны.

Сборка аппарата состоит из двух этапов:

ѕ сборка корпуса конденсатора с трубным пучком;

ѕ сборка конденсатора с крышками и пробками.

7.5.1 Сборка корпуса

Устанавливают отдельные части корпуса на поворотный стол, зажимают обечайку в кулачки. Поворотный стол представляет собой станину с механическим приводом для вращения планшайбы. Планшайба снабжена тремя кулачками для зажатия свариваемого изделия по наружному или внутреннему диаметру. На станине установлен механический привод, вращающий планшайбу с необходимой для сварки скоростью.

Выверяют положение штуцеров и бобышек, прихватывают ручной электросваркой. При определении положения свариваемых элементов пользуются метрическим угольником и рулеткой.

Приваривают штуцеры и бобышки к обечайке ручной электросваркой. Обивают шлак, сварные швы зачищают металлическими щетками.

Размечают места установки опорных лап.

Устанавливают поочередно опорные лапы на обечайке, прихватывают ручной электросваркой. К опорным лапам сразу приваривают опорные планки, которые служат местами закрепления конденсатора на каркасе кондиционера.

Приваривают лапы (косынки) к обечайке ручной электросваркой. Обивают шлак, зачищают сварные швы.

Проверяют правильность размеров обечайки в сборе, перпендикулярность торцов и образующей. Производят ренгенопросвечивание сварных швов согласно ГОСТ 7412-75.

Собирают трубный пучок.

Устанавливают на корпус трубную решетку, прихватывают ручной электросваркой. Переворачивают корпус, устанавливая его на трубную решетку, зажимают в кулачки.

Вставляют три контрольные трубы в отверстия решетки. По этим трубам выверяют положение второй решетки, которую устанавливают на обечайку и прихватывают ручной электросваркой.

Приваривают решетки к корпусу ручной электросваркой. Обивают шлак, зачищают сварные швы.

Устанавливают коллекторную трубу, прихватывают ручной электросваркой. Приваривают коллекторную трубу к корпусу. Сварной шов зачищают. Пристыковывают к коллекторной трубе сливной штуцер в специально подготовленное для этого отверстие, выверяют перпендикулярность торцов и образующей метрическим угольником. Прихватывают ручной электросваркой.

Приваривают сливной штуцер к коллекторной трубе. Сварной шов зачищают. Пристыковывают к штуцеру сливную трубу, выверяют перпендикулярность торцов и образующей метрическим угольником. Прихватывают ручной электросваркой.

Приваривают сливную трубу к штуцеру. Сварной шов зачищают.

Пристыковывают донышко к коллекторной трубе, выверяют соосность трубы и донышка угольником, прихватывают ручной электросваркой.

Приваривают донышко к трубе ручной электросваркой. Сварной шов зачищают. Транспортируют корпус на вальцовочный стенд ВЭП-66-8.

Вставляют в собранный корпус конические направляющие, устанавливают опорную плиту.

Вставляют в решетки трубы по направляющим до упора в опорную плиту. Убирают направляющие. Вальцуют трубы с одной стороны вальцовкой. Вальцовка представляет собой корпус-обойму, в которую вставляют конические ролики. Внутрь обоймы вводят конус. Для ограничения хода конуса на обойму надевают упорные шайбы. Принцип действия вальцовки состоит в том, что конусу сообщают одновременно поступательное движение вглубь (при этом конус раздвигает ролики) и вращательное движение, которое вследствие трения передается на роли. Ролики, в свою очередь, в процессе обкатки давят на трубку, распирают ее и прижимают к стенке отверстий решетки. Развальцовку концов трубок в трубной доске производят со стороны заводки на всю толщину трубной доски.

Убирают опорную плиту и вальцуют трубы с другой стороны.

Торцуют трубы.

Подрезают при необходимости концы труб, выступающие над плоскостью решетки свыше 5 мм.

Сверление отверстий в планках.

В каждой опорной планке просверливают отверстия, выдерживая при этом размеры между ними, так как они являются определяющими при установке конденсатора на каркас.

7.5.2 Сборка конденсатора

Сборку конденсатора проводят на сборочном столе.

В трубные решетки вворачивают шпильки (8 шпилек в каждую решетку). На шпильки устанавливают крышки вместе прокладками. Затягивают гайки гаечным ключом с зевом 19 мм

Вкручивают пробку в бобышку корпуса гаечным ключом с зевом 22 мм. Вкручивают две пробки в крышку правую гаечным ключом с зевом 14 мм. Вкручивают пробку плавкую в бобышку корпуса гаечным ключом с зевом 32 мм.

Закручивают на пробку плавкую накидную гайку гаечным ключом с зевом 27 мм. Устанавливают ниппель вместе с прокладкой и накидной гайкой, которую затягивают гаечным ключом с зевом 46 мм.

7.5.3 Технологическая схема сборки корпуса

7.5.4 Технологическая схема сборки конденсатора

7.6 Операции сборки

1. Сборка корпуса аппарата

2. Операция контроля сборки корпуса

3. Сборка трубного пучка аппарата

4. Испытания на прочность

5. Испытания на герметичность

6. Сверление отверстий в опорных планках

7. Сборка аппарата «под ключ»

7.7 Расчет основного и штучного времени на операции

Подготовительные работы t_шт = 5 мин

Сборочно-сварочные операции

1. Шов У17, катет 4 мм, № 2

t_O = 5,3 мин - основное время (вместе с разметкой) [2, 98].

t_шт = N t_O = 5 5,3 = 26,5 мин - штучное время

где N = 5 - количество подобных швов швов

2. Шов T1, катет 4 мм, № 1

t_O = 11,7 мин [2, 131]

t_шт = N t_O = 2 11,7 = 23,4 мин

3. Шов У17, катет 3 мм, № 3

t_O = 5,3 мин [2, 98]

t_шт = t_O = 5,3 мин

4. Шов С8, № 4

t_O = 7,2 мин [2, 171]

t_шт = t_O = 7,2 мин

5. Шов У4, катет 5 мм, № 5

t_O = 3,2 мин [2, 100]

t_шт = N t_O = 5 3,2 = 16 мин

Подготовительно-вальцовочная операция

t_шт = N (t _Н + t _уст) = 77 (0,5 + 0,5) = 77 мин

где t _Н = 0,5 мин - основное время на установку направляющих (по данным завода в Покрове),

t _уст =0,5 мин - основное время на установку труб (по данным завода в Покрове)

N = 77 - число труб

Вальцовочная операция

t_шт = N t_O = 7720,5 = 77 мин

Установка крышек

t_шт = N t_O = 2 12,4 = 24,8 мин [1,21]

где N = 2 - количество крышек

Ввертывание пробок

t_шт = N t_O = 3 0,32 = 0,96 мин [1,24]

где N = 3 - количество подобных пробок

Навертывание накидных гаек

t_шт = N t_O = 2 0,29 = 0,58 мин [1,24]

где N = 2 - количество накидных гаек

Ввертывание пробки плавкой

t_шт = 0,4 мин [1, 24]

Сверление отверстий

t_шт= 0,7 мин

Суммарное время на операцию

I. Сборка корпуса аппарата

t = 5 + 26,5 + 23,4 + 5,3 + 7,2 + 16 = 67,4 мин

II. Сборка трубного пучка

t = 77 + 77 = 154 мин

III. Контроль

t = 7 мин

IV. Сверление

t = 0,7 мин

V. Сборка аппарата

t = 24,8 + 0,96 + 0,58 + 0,4 = 26,8 мин

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никифоров А.Д. Технология машиностроения: Лабораторный практикум. - М.: МГУИЭ, 2003.

2. Общеминистерские нормативы времени на сварочные работы, 1979.

3. Никифоров А.Д. Типовые технологические процессы изготовления аппаратов для химических производств. Атлас. - М.: «Машиностроение», 1979.