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分 類 號
密 級
寧寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
誠 信 承 諾
我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《XXXXXXXX》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
在現(xiàn)今能源問題嚴(yán)重困擾我們?nèi)粘Ｉ畹那闆r下，氫氣作為一種新型的綠色能源被作為替代能源方面被人們寄予厚望，因此對于氫氣的處理問題一直是一個比較熱點(diǎn)的話題，由于現(xiàn)今氫氣的工業(yè)生產(chǎn)絕大數(shù)情況是伴隨著有水的情況，所以制備的氫氣中往往含有一定量的水分。水分的存在會嚴(yán)重的影響氫氣的使用性能同時會對相關(guān)的設(shè)備造成腐蝕影響，所以氫氣干燥器有著廣闊的市場利用空間。
本課程設(shè)計針對氫氣實(shí)際生產(chǎn)過程中干燥的技術(shù)問題進(jìn)行了解分析，在材質(zhì)的選擇、工藝的安排以及處理能力的方面均能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)中的需要。
氫氣干燥具有多種方法，比如吸附法、冷凍法等。往往根據(jù)不同的實(shí)際需要進(jìn)行選擇，本設(shè)計中通過進(jìn)行實(shí)際的對比以及操作的方便性的現(xiàn)實(shí)原因出發(fā)選擇冷凍法氫氣冷卻的方法，過程中涉及流體力學(xué)、冷卻技術(shù)、高壓容器、高等數(shù)學(xué)等相關(guān)知識點(diǎn)。學(xué)生得到了較為充實(shí)的知識復(fù)習(xí)，同時也較為深刻的了解了實(shí)際設(shè)計生產(chǎn)過程中的注意事項。
關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計，流體力學(xué)，冷卻技術(shù)，高壓容器，熱量傳導(dǎo)等
III
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 干燥器的介紹 1
1.1 干燥器 1
1.2 干燥機(jī)的分類 1
1.3 冷干機(jī)簡介 4
1.3.1冷干機(jī)工作原理 4
1.3.2 冷干機(jī)的分類 4
1.3.3 冷干機(jī)的構(gòu)成 4
⑴制冷壓縮機(jī) 4
⑵冷凝器 5
⑶蒸發(fā)器 5
⑷熱力膨脹閥（毛細(xì)管） 5
1.2.4冷干機(jī)的使用注意 5
1.2.5冷干機(jī)的選型 6
第2章 壓力容器 7
2.1概述 7
2.2設(shè)計思路 8
2.2.1選型 8
2.3設(shè)計計算 8
2.3.1壁厚的計算 8
2.3.2封頭壁厚計算 9
2.3.3附件的選擇 10
2.3.4補(bǔ)償計算 11
2.3.4.1內(nèi)壓容器開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 11
2.3.4.2有效補(bǔ)強(qiáng)面積即已有的加強(qiáng)面積 11
2.3.4.3連接管的確定 13
2.3.4.4安全閥的選擇 14
2.3.4.5容器載荷計算 14
2.3.4.6容器焊縫標(biāo)準(zhǔn) 14
2.3.4.7筒體與橢圓封頭的焊接接頭 15
2.3.4.9接管與殼體的焊接接頭 15
2.3.4.10由彎矩引起的軸向應(yīng)力 16
2.3.4.11筒體和封頭切向應(yīng)力校核 17
第3章 熱量交換 18
3.1概述 18
3.1.1 熱量的計算 18
第4章 壓縮機(jī)的選型 20
4.1緒論 20
4.2壓縮機(jī)的分類 20
4.3冷卻能力計算 22
第5章 膨脹閥 23
5.1緒論 23
5.2膨脹閥的工作原理 23
第6章 散熱機(jī)構(gòu) 25
6.1本節(jié)標(biāo)題 25
6.2冷卻系統(tǒng)冷卻能力計算與分析 25
6.3 冷卻能力審核 26
總結(jié)與展望 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
第1章 緒論
第1章 干燥器的介紹
1.1 干燥器
干燥器是通過加熱使物料中的濕分(一般指水分或其他可揮發(fā)性液體成分)汽化逸出，以獲得規(guī)定濕含量的固體物料的機(jī)械設(shè)備。干燥過程需要消耗大量能量，為了節(jié)省能量，某些濕含量高的物料、含有固體物質(zhì)的懸浮液或溶液一般先經(jīng)機(jī)械脫水或加熱蒸發(fā)，再在干燥器內(nèi)干燥，以得到干的固體。
干燥的目的是為了物料使用或進(jìn)一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品變形；陶瓷坯料在煅燒前的干燥可以防止成品龜裂。另外干燥后的物料也便于運(yùn)輸和貯存，如將收獲的糧食干燥到一定濕含量以下，以防霉變。由于自然干燥遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，各種機(jī)械化干燥器越來越廣泛地得到應(yīng)用。
在干燥過程中需要同時完成熱量和質(zhì)量(濕分)的傳遞，保證物料表面濕分蒸汽分壓(濃度)高于外部空間中的濕分蒸汽分壓，保證熱源溫度高于物料溫度。
熱量從高溫?zé)嵩匆愿鞣N方式傳遞給濕物料，使物料表面濕分汽化并逸散到外部空間，從而在物料表面和內(nèi)部出現(xiàn)濕含量的差別。內(nèi)部濕分向表面擴(kuò)散并汽化，使物料濕含量不斷降低，逐步完成物料整體的干燥。
1.2 干燥機(jī)的分類
物料的干燥速率取決于表面汽化速率和內(nèi)部濕分的擴(kuò)散速率。通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部條件不變，物料的干燥速率和表面溫度即保持穩(wěn)定，這個階段稱為恒速干燥階段；當(dāng)物料濕含量降低到某一程度，內(nèi)部濕分向表面的擴(kuò)散速率降低，并小于表面汽化速率時，干燥速率即主要由內(nèi)部擴(kuò)散速率決定，并隨濕含量的降低而不斷降低，這個階段稱為降速干燥階段。
干燥器可按操作過程、操作壓力、加熱方式濕物料運(yùn)動方式或結(jié)構(gòu)等不同特征分類。按操作過程，干燥器分為間歇式(分批操作)和連續(xù)式兩類
按操作壓力，干燥器分為常壓干燥器和真空干燥器兩類，在真空下操作可降低空間的濕分蒸汽分壓而加速干燥過程，且可降低濕分沸點(diǎn)和物料干燥溫度，蒸汽不易外泄，所以，真空干燥器適用于干燥熱敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及濕分蒸汽需要回收的場合
按加熱方式，干燥器分為對流式、傳導(dǎo)式、輻射式、介電式等類型。對流式干燥器又稱直接干燥器，是利用熱的干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，以對流方式傳遞熱量，并將生成的蒸汽帶走；傳導(dǎo)式干燥器又稱間接式干燥器，它利用傳導(dǎo)方式由熱源通過金屬間壁向濕物料傳遞熱量，生成的濕分蒸汽可用減壓抽吸、通入少量吹掃氣或在單獨(dú)設(shè)置的低溫冷凝器表面冷凝等方法移去。這類干燥器不使用干燥介質(zhì)，熱效率較高，產(chǎn)品不受污染，但干燥能力受金屬壁傳熱面積的限制，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，常在真空下操作；輻射式干燥器是利用各種輻射器發(fā)射出一定波長范圍的電磁波，被濕物料表面有選擇地吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃窟M(jìn)行干燥；介電式干燥器是利用高頻電場作用，使?jié)裎锪蟽?nèi)部發(fā)生熱效應(yīng)進(jìn)行干燥。
按濕物料的運(yùn)動方式，干燥器可分為固定床式、攪動式、噴霧式和組合式；按結(jié)構(gòu)，干燥器可分為廂式干燥器、輸送機(jī)式干燥器、滾筒式干燥器、立式干燥器、機(jī)械攪拌式干燥器、回轉(zhuǎn)式干燥器、流化床式干燥器、氣流式干燥器、振動式干燥器、噴霧式干燥器以及組合式干燥器等多種。
對濕物料進(jìn)行干燥的設(shè)備。各種生產(chǎn)過程需經(jīng)干燥處理的物料是多種多樣的，對干燥的要求也各不相同,因此干燥器種類繁多，根據(jù)供熱方式，有以下四類：
1 對流干燥器
應(yīng)用最廣的一類干燥器，包括流化干燥器、氣流干燥器、廂式干燥器、噴霧干燥器、隧道式干燥器等。此類干燥器的主要特點(diǎn)是：①熱氣流和固體直接接觸，熱量以對流傳熱方式由熱氣流傳給濕固體,所產(chǎn)生的水汽由氣流帶走；②熱氣流溫度可提高到普通金屬材料所能耐受的最高溫度（約730℃），在高溫下輻射傳熱將成為主要的傳熱方式，并可達(dá)到很高的熱量利用率；③氣流的濕度對干燥速率和產(chǎn)品的最終含水量有影響；④使用低溫氣流時,通常需對氣流先作減濕處理；⑤汽化單位質(zhì)量水分的能耗較傳導(dǎo)式干燥器高，最終產(chǎn)品含水量較低時尤甚；⑥需要大量熱氣流以保證水分汽化所需的熱量，如果被干燥物料的粒徑很小，則除塵裝置龐大而耗資較多；⑦宜在接近常壓條件下操作。
2 傳導(dǎo)干燥器
包括螺旋輸送干燥器、滾筒干燥器、真空耙式干燥器、冷凍干燥器等，這一類干燥器的主要特點(diǎn)是：①熱量通過器壁(通常是金屬壁)，以熱傳導(dǎo)方式傳給濕物料；②物料的表面溫度可以從低于冰點(diǎn)（冷凍干燥時）到330℃；③便于在減壓和惰性氣氛下操作，揮發(fā)的溶劑可回收。常用于易氧化、易分解物料的干燥，亦適用于處理粉狀物料。
3 輻射干燥器
通過輻射傳熱，將濕物料加熱進(jìn)行干燥。電加熱輻射干燥器用紅外線燈泡照射被干燥物料，使物料溫度升高而干燥。煤氣加熱干燥器則燃燒煤氣將金屬或陶瓷輻射板加熱到400～500℃，使之產(chǎn)生紅外線，用以加熱被干燥的物料。輻射干燥器生產(chǎn)強(qiáng)度大，設(shè)備緊湊，使用靈活，但能量消耗較大。適用于干燥表面大而薄的物料，如塑料、布匹、木材、涂漆制品等。
4 介電干燥器
將被干燥物料置于高頻電場內(nèi)，利用高頻電場的交變作用將物體加熱進(jìn)行干燥。這種加熱的特點(diǎn)是物料中含水量越高的部位，獲得的熱量越多。由于物料內(nèi)部的含水量比表面高，因此物料內(nèi)部獲得的能量較多，物料內(nèi)部溫度高于表面溫度，從而使溫度梯度和水分?jǐn)U散方向一致，可以加快水的汽化，縮短干燥時間，這種干燥器特別適用于干燥過程中容易結(jié)殼以及內(nèi)部的水分難以去盡的物料（如皮革）。介電加熱干燥的電能消耗很大，目前主要應(yīng)用于食品及輕工生產(chǎn)。進(jìn)行干燥器的設(shè)計計算，首先必須選擇合適的干燥器類型。
目前干燥器的選型還帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性，主要應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個方面：①物料和產(chǎn)品的特點(diǎn)，例如物料的形態(tài)（如漿狀、糊狀、粉末、塊粒、薄片等），固體顆粒的粒度和強(qiáng)度，初始含水量和水分的存在形式,物料是否有毒、易燃、易氧化，產(chǎn)品要求的最終含水量,產(chǎn)品是否允許稍有污染，形體是否允許稍有改變，產(chǎn)品的最高允許溫度和產(chǎn)品的價格等。②與生產(chǎn)過程有關(guān)的條件，例如處理的物料量，干燥的前處理與后處理情況,揮發(fā)的溶劑，是否回收等。③干燥器的操作性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)過上述幾方面的綜合考慮，對各類干燥器進(jìn)行比較篩選后，一般只剩下為數(shù)不多的幾種干燥器，然后進(jìn)行小試，尋找最適宜的操作參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后根據(jù)設(shè)備價格和小試情況，決定采用何種干燥器。
根據(jù)處理氫氣的性質(zhì)：溫度300攝氏度，壓力1.6兆帕，的特點(diǎn)以及氫氣具有易燃、爆炸性的特點(diǎn)，本設(shè)計決定采用冷凍干燥的方式對氫氣進(jìn)行冷卻。
1.3 冷干機(jī)簡介
冷干機(jī)是采用降溫結(jié)露的工作原理，對壓縮空氣進(jìn)行干燥的一種設(shè)備。主要由熱交換系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三部分組成。從氫氣生成設(shè)備出來的熱而潮濕并含有水份的氫氣首先經(jīng)過濕熱氫氣對干冷氫氣熱交換器預(yù)冷卻；然后經(jīng)過預(yù)冷卻的氫氣，在氫氣對冷媒熱交換器被冷干機(jī)的冷凍劑循環(huán)回路進(jìn)一步冷卻，與已經(jīng)從蒸發(fā)器出來被冷卻到壓力露點(diǎn)的冷氫氣進(jìn)行熱交換，使氫氣的溫度進(jìn)一步降低。之后氫氣進(jìn)入蒸發(fā)器，與制冷劑進(jìn)行熱交換，氫氣的溫度降至0℃-8℃，氫氣中的水份在此溫度下析出，通過冷凝器將濕熱氫氣中冷凝出的水分油和雜質(zhì)分離，通過自動排水器將其排出機(jī)外。而干燥的低溫氫氣則進(jìn)入熱量交換器進(jìn)行熱交換，溫度升高后輸出，能有效地防止管路結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，旁通閥能根據(jù)負(fù)荷變化的要求自動調(diào)節(jié)冷媒的通過量。
1.3.1冷干機(jī)工作原理
利用冷媒與濕熱氫氣進(jìn)行熱交換，把濕熱氫氣溫度降到100～150℃范圍的露點(diǎn)溫度，使?jié)駸釟錃庵泻口呌诔柡偷臓顟B(tài)，從而除去其中的水分。
1.3.2 冷干機(jī)的分類
冷干機(jī)按冷凝器的冷卻方式分有氣冷型,水冷型兩種；按進(jìn)氣溫度高低分有高溫進(jìn)氣型(80℃以下) 和常溫進(jìn)氣型(45℃左右)；按工作壓力分有普通型(0.3—1.0MPa)和中、高壓型(1.2MPa 以上)。此外許多特殊規(guī)格的冷干機(jī)可以用來處理非空氣類介質(zhì),如:二氧化碳,氫氣,天然氣,高爐煤氣,氮?dú)獾取?
1.3.3 冷干機(jī)的構(gòu)成
⑴制冷壓縮機(jī)
制冷壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，目前大多數(shù)壓縮機(jī)采用全密封往復(fù)式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)吸入來自蒸發(fā)器的制冷劑氣體經(jīng)壓縮使其變?yōu)楦邏焊邷氐倪^熱蒸氣，最后由排氣管排出。
⑵冷凝器
冷凝器的作用是將冷媒壓縮機(jī)排出的高壓、過熱冷媒蒸氣冷卻成為液態(tài)制冷劑，其熱量被冷卻水或冷卻空氣帶走。使制冷過程得以連續(xù)不斷進(jìn)行。
⑶蒸發(fā)器
蒸發(fā)器是冷干機(jī)的主要換熱部件，壓縮空氣在蒸發(fā)器中被強(qiáng)制冷卻，其中大部分水蒸氣冷卻而凝結(jié)成液態(tài)水排出機(jī)外，從而使壓縮空氣得到干燥。低壓冷媒液體，在蒸發(fā)器里發(fā)生相變變成為低壓冷媒蒸汽，在相變過程中吸收周圍熱量，從而使壓縮空氣降溫。
⑷熱力膨脹閥（毛細(xì)管）
熱力膨脹閥（毛細(xì)管）是制冷系統(tǒng)的節(jié)流機(jī)構(gòu)。在冷干機(jī)中，蒸發(fā)器制冷劑的供給及其調(diào)節(jié)者是通過節(jié)流機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。節(jié)流機(jī)構(gòu)使制冷從高溫高壓液體進(jìn)入蒸發(fā)器。
1.2.4冷干機(jī)的使用注意
1）不要放在日曬、雨淋、風(fēng)吹或相對濕度大于85%的場所。不要放置在灰塵多、有腐蝕性環(huán)境中。不要放置在有振動、冷凝水有凍結(jié)危險的地方。不要離壁面太近，以免通風(fēng)不良。不得已需在有腐蝕性氣體的環(huán)境中使用，應(yīng)選用不銹鋼管的干燥器。應(yīng)在環(huán)境溫度40℃以下使用。
2）濕熱氫氣的進(jìn)口不要接錯。為便于維修，要確保維修空間，應(yīng)設(shè)置旁通管路。要防止的無關(guān)振動傳給干燥器。配管重量不要直接加在干燥器上。
3）排水管不要向上立著，不要打折或壓扁。
4）電源電壓允許波動小于±10%。應(yīng)設(shè)置適當(dāng)容量的漏電斷路保護(hù)器，使用前必須接地。
5）濕熱氫氣進(jìn)口溫度過高、環(huán)境溫度過高（300℃以上）、使用流量超過額定處理流量、電壓波動超過±10%、通風(fēng)太差（冬季也要換氣，否則室溫也會升高）等情況下，保護(hù)電路會發(fā)揮作用，指示燈滅，停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
6）當(dāng)氣體壓力高于2.0MPa時，常開式自動排水器的排水口才能關(guān)閉。
7）干燥器的通風(fēng)口每月要用吸塵器清掃一次。
8）接通電源，待運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)穩(wěn)定后，再接通濕熱氫氣。停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，必須等待3min以上才能再起動。
9）若使用自動排水器，應(yīng)經(jīng)常檢查其排水功能是否正常。要經(jīng)常清掃冷凝器上的灰塵等。要經(jīng)常檢查冷媒的壓力，可判斷冷媒是否泄漏及冷凍機(jī)的能力是否有變化，要檢查排除冷凝水的溫度是否正常。
1.2.5冷干機(jī)的選型
冷干機(jī)的技術(shù)參數(shù)主要有:處理量(Nm3/min),進(jìn)氣溫度(℃) ,工作壓力(MPa) ,壓力降(MPa) ,壓縮機(jī)功率(Kw) 。
冷干機(jī)的目標(biāo)性參數(shù)——"壓力露點(diǎn)" (℃) ,在國外廠商的產(chǎn)品型錄上一般并不作為獨(dú)立參數(shù)標(biāo)注在"性 能規(guī)格表"上.究其原因, "壓力露點(diǎn)"與被處理壓縮氣體的很多參數(shù)有關(guān).如果標(biāo)出"壓力露點(diǎn)" ,也一定附帶說明相關(guān)條件(諸如進(jìn)氣溫度,工作壓力,環(huán)境溫度等) 。
31
第2章 本章標(biāo)題
第2章 壓力容器
2.1概述
壓力容器，英文：pressure vessel，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。
（1）工作壓力大于或者等于0.1Mpa(工作壓力是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達(dá)到的最高壓力。
（2）內(nèi)直徑(對非圓形截面指寬度高度或?qū)蔷€如矩形為對角線橢圓為長軸)不小于50mm的容器
（3）工作介質(zhì)為氣體、液化氣體或者溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。??
壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完全不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。
壓力容器的分類方法很多，從使用、制造和監(jiān)檢的角度分類，有以下幾種。
(1)按承受壓力的等級分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器。
(2)按盛裝介質(zhì)分為：非易燃、無毒；易燃或有毒；劇毒。
(3)按工藝過程中的作用不同分為：
①反應(yīng)容器：用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器。
②換熱容器：用于完成介質(zhì)的熱量交換的容器。
③分離容器：用于完成介質(zhì)的質(zhì)量交換、氣體凈化、固、液、氣分離的容器。
④貯運(yùn)容器：用于盛裝液體或氣體物料貯運(yùn)介質(zhì)或?qū)毫ζ鹌胶饩彌_作用的容器
壓力容器的設(shè)計壓力（p）劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力等級：
(1)低壓(代號L) 0.1MPa≤p<1.6MPa
(2)中壓(代號M) 1.6MPa≤p<10.0MPa
(3)高壓(代號H) 10.0MPa≤p<100.0MPa
(4)超高壓(代號U) p≥100.0MPa
2.2設(shè)計思路
本設(shè)計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機(jī)械按容器的選材、壁厚計算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補(bǔ)強(qiáng)、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。
各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計。
2.2.1選型
根據(jù)濕熱氫氣的物性選擇罐體材料，碳鋼對濕熱氫氣有良好的耐蝕性腐蝕率在0.1㎜/年以下，且又屬于中壓儲罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，可以選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號為GB6654-1996。
筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。
2.3設(shè)計計算
2.3.1壁厚的計算
查 《壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼》得16MnR的密度為7.85t/m3，熔點(diǎn)為1430℃，許用應(yīng)力列于下表：
表3.1 16MnR許用應(yīng)力
鋼號
板厚/㎜
在下列溫度（℃）下的許用應(yīng)力/ Mpa
≤20
100
150
200
250
300
16MnR
6～16
170
170
170
170
156
144
16～36
163
163
163
159
147
134
36～60
157
157
157
150
138
125
>60～100
153
153
150
141
128
116
圓筒的計算壓力為2.16Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。取許用應(yīng)力為163 Mpa。
壁厚：
㎜ （3.1）
鋼板厚度負(fù)偏差,查材料腐蝕手冊得300℃下氫氣對鋼板的腐蝕速率小于0.05㎜/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量㎜。
所以設(shè)計厚度為：
㎜
圓整后取名義厚度24㎜。
2.3.2封頭壁厚計算
標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭a:b=2:1
封頭計算公式 ：
（3.2）
可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則取同樣厚度。因?yàn)榉忸^壁厚≥20㎜則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度㎜
2.3.3附件的選擇
人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。
人孔的結(jié)構(gòu)：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。
人孔類型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。
人孔標(biāo)準(zhǔn)HG21524-95規(guī)定PN≥1.0Mpa時只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對焊法蘭人孔。
容器上開設(shè)人孔規(guī)定當(dāng)Di>1000時至少設(shè)一個人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為φ400㎜。
綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG21524-95）,公稱壓力PN2.5、公稱直徑DN450、H1=320、RF型密封面、采用Ⅵ類20R材料、墊片采用外環(huán)材料為低碳鋼、金屬帶為0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C型纏繞墊。標(biāo)記為：人孔RFⅥ（W·C-1220）450-2.5HG21524-95總質(zhì)量為256kg.法蘭標(biāo)準(zhǔn)號為HGJ50～53-91,墊片標(biāo)準(zhǔn)號為HGJ69～72-91,法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)HGJ61～65-91材料為20R，螺柱螺母標(biāo)準(zhǔn)HGJ75-91螺柱材料40Cr螺母材料45，吊環(huán)轉(zhuǎn)臂和材料Q235-A·F,墊圈標(biāo)準(zhǔn)為GB95-85材料100HV,螺母標(biāo)準(zhǔn)GB41-86，吊鉤和環(huán)材料Q235-A·F，無縫鋼管材料為20，支承板材料為20R[2,3,5]。
尺寸表如下
表4.1 人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸表
密封面型式
PN/
Mpa
DN
dw×s
d
D
D1
H1
H2
總質(zhì)量
kg
突面
2.5
450
480×12
450
670
600
320
214
256
2.3.4補(bǔ)償計算
開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)常用的形式可分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁管補(bǔ)強(qiáng)、整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種。
補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)形式。但必須滿足規(guī)定的條件。
壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補(bǔ)強(qiáng)材料予以等面積的補(bǔ)償。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料與被削弱殼體的材料相同時，則補(bǔ)強(qiáng)面積等于削弱的面積。補(bǔ)強(qiáng)材料采用16MnR。
2.3.4.1內(nèi)壓容器開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積
式中 開孔直徑：
㎜；
強(qiáng)度削弱系數(shù)：
殼體開孔處的計算厚度㎜
接管有效厚度：
㎜
則 ㎜2
2.3.4.2有效補(bǔ)強(qiáng)面積即已有的加強(qiáng)面積
殼體開孔后，在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積（包括來自殼體、接管、焊縫金屬、補(bǔ)強(qiáng)元件）
筒體上多余金屬面積：
有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 B=2d
筒體的有效厚度 ㎜
所以
㎜2
人孔接管上多余的面積：
外側(cè)有效高度：
㎜
內(nèi)側(cè)有效高度即實(shí)際內(nèi)伸高度
接管計算厚度：
㎜
所以
㎜2
焊縫金屬截面積：
㎜2
則 ㎜2
比較的
滿足以下條件的可選用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)：剛材的標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度Mpa；補(bǔ)強(qiáng)圈厚度應(yīng)小于或等于殼體壁厚的1.5倍；殼體名義厚度㎜；設(shè)計壓力；設(shè)計溫度℃?？芍驹O(shè)計滿足要求，則采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。
所需補(bǔ)強(qiáng)圈的面積為：
㎜2
補(bǔ)強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)及尺寸：為檢驗(yàn)焊縫的緊密型，補(bǔ)強(qiáng)圈上鉆M10的螺孔一個，以通入壓縮空氣檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。按照根據(jù)焊接接頭分類，接管、人孔等與殼體連接的接頭，補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體連接的接頭取D類焊縫。根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈焊縫要求，并查得結(jié)構(gòu)圖為帶補(bǔ)強(qiáng)圈焊縫T型接頭，補(bǔ)強(qiáng)圈坡口取B型（查《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊》）。查標(biāo)準(zhǔn)HG 21506-92 得補(bǔ)強(qiáng)圈外徑,內(nèi)徑則取485㎜。
計算補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：
㎜ （4.5）
查標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)強(qiáng)圈厚度取20㎜，計算的補(bǔ)強(qiáng)圈厚度也滿足補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的條件。
查得對應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)圈質(zhì)量為42.3㎏.
2.3.4.3連接管的確定
材料：容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB8163-87。材料為16MnR。
結(jié)構(gòu)：接管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)切成45度，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動，減少物料對壁的磨損與腐蝕。
接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運(yùn)輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。
不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件：當(dāng)殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。
① 設(shè)計壓力小于或等于2.5Mpa。
② 兩相鄰開孔中心的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍。
③ 接管公稱外徑小于或等于30㎜。
④ 接管最小壁厚滿足以下要求。
表4.2 接管最小壁厚要求
接管公稱直徑/mm
25
40
35
46
最小壁厚/mm
2.0
3.0
因此熱軋無縫鋼管的尺寸為φ30×12㎜。 鋼管理論重量為22.79㎏/m。取接管伸出長度為150㎜。
管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN<4.0Mpa）,選擇突面板式平焊管法蘭，標(biāo)記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號（標(biāo)準(zhǔn)號）:20（GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭、墊片、墊片、緊固件選配表（HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無標(biāo)準(zhǔn)號)，密封面型式為突面，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。
在離筒體底以上250㎜處安裝容器出料管，容器內(nèi)的管以彎管靠近容器底，這種方式用于臥式容器。出料口的基本尺寸以及法蘭與進(jìn)料口相同。進(jìn)出料接管滿足不另行補(bǔ)強(qiáng)的要求所以不再另行補(bǔ)強(qiáng)。
2.3.4.4安全閥的選擇
由操作壓力決定安全閥的公稱壓力，由操作溫度決定安全閥的使用溫度范圍，所以由本設(shè)計的溫度、壓力、介質(zhì)等基本參數(shù)可以查得標(biāo)準(zhǔn)型號A21H-40,公稱通徑DN取20㎜，質(zhì)量約為80㎏。與安全閥和接管連接的法蘭選擇突面板式平焊管法蘭HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5，與殼體連接的接管為無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為φ89×12㎜[5]。
2.3.4.5容器載荷計算
筒體的質(zhì)量：查得圓筒體理論質(zhì)量為1778㎏/m,筒體長度加上封頭的直邊長度為6m,則W1=1778×6=10668㎏。
封頭的質(zhì)量:根據(jù)封頭的名義厚度查得2:1標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭理論質(zhì)量為1901㎏。
水壓試驗(yàn)時水的質(zhì)量：由常用壓力容器手冊查得公稱直徑3000mm厚24mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的容積為3.887,則容器容積為：
水重 =49.4575×1000=49457.5㎏。
附件的質(zhì)量：人孔重256kg,人孔補(bǔ)強(qiáng)重42.3kg,進(jìn)出料管約100kg,兩個液面計共180kg,安全閥80kg,排污閥44.4kg,再加上與閥門相接的接管重量，附件總質(zhì)量約為750kg.
所以設(shè)備總質(zhì)量為62776.5kg.即627.765kN.
2.3.4.6容器焊縫標(biāo)準(zhǔn)
焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質(zhì)心布置原則；避開應(yīng)力復(fù)雜區(qū)或應(yīng)力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設(shè)計的開敞性原則；焊接坡口的設(shè)計原則（焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護(hù)；焊工操作方便；復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率）。
2.3.4.7筒體與橢圓封頭的焊接接頭
壓力容器受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，查得封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用A類焊縫。
焊接方法：采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結(jié)晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應(yīng)用范圍廣，適用短小焊縫及全位置施焊，可適用在靜止、沖擊和振動載荷下工作的堅固密實(shí)的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備簡單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度高。
封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為I型坡口。根據(jù)16MnR的抗拉強(qiáng)度=490Mpa和屈服點(diǎn)=325Mpa選擇E50系列（強(qiáng)度要求：≥490Mpa；≥400Mpa）的焊條，型號為E5014.該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮（藥皮成分：氧化鈦30%，加鐵粉），適用于全位置焊接，熔敷效率較高，脫渣性較好，焊縫表面光滑，焊波整齊，角焊縫略凸，能焊接一般的碳鋼結(jié)構(gòu)。
2.3.4.8管法蘭與接管的焊接接頭
管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照標(biāo)準(zhǔn)HG20605-97,根據(jù)公稱通經(jīng)DN 80選擇坡口寬度b=6mm。
2.3.4.9接管與殼體的焊接接頭
所設(shè)的接管都是不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。選擇HG20583-1998標(biāo)準(zhǔn)中代號為G2的接頭形式，基本尺寸為；；；，且，它適用于，，因?yàn)樗x接管的厚度都為殼體厚度的一半，殼體的厚度為24mm，所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。
2.3.4.10由彎矩引起的軸向應(yīng)力
筒體中間處截面的彎矩：
式中 F—鞍座反力，N；
—橢圓封頭長軸外半徑，mm；
L—兩封頭切線之間的距離，mm；
A—鞍座與筒體一端的距離，mm；
hi—封頭短軸內(nèi)半徑，mm。
支座處截面上的彎矩：
所以
由《化工機(jī)械工程手冊》（上卷，P11~99）得K1=K2=1.0。因?yàn)棣騇1︱＞＞︱M2︱，且A＜Rm/2=762mm，故最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力。
筒體中間截面上最高點(diǎn)處
所以
最低點(diǎn)處：
鞍座截面處最高點(diǎn)處：
最低點(diǎn)處：
2.3.4.11筒體和封頭切向應(yīng)力校核
筒體切向應(yīng)力計算：
由《化工機(jī)械工程手冊》（上卷，P11-100）查得K3=0.880，K4=0.401。所以
封頭切向應(yīng)力計算：
因 所以合格。
第4章 本章標(biāo)題
第3章 熱量交換
3.1概述
熱氣源在熱量交換罐中會自然的與溫度較低的干燥后的氫氣發(fā)生熱量交換，在這個過程中完成干燥后氫氣的加熱和濕熱氫氣的初步冷卻兩個過程。
3.1.1 熱量的計算
板式換熱器選型計算步驟及公式
1)求熱負(fù)荷Q:Q=V·ρ·CP·Δt。其中,Q為熱負(fù)荷,W;V為冷、熱流體流量,t/h;ρ為流體密度,kg/m3;CP為比熱,kJ/(kg·℃);Δt=t1-t2或T1-T2,℃。
2)求冷、熱流體進(jìn)出口溫度:t1=t2+Q/( V·ρ·CP)。
3)求冷、熱流體流量:V=Q/[ρ·CP(t2-t1)]。
其中,V為體積流量,m3/s。
4)求平均溫度差Δtm:Δtm=[( T1-t2)-( T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]。
當(dāng)T1-t2=T2-t1時,采用Δtm=[(T1-t2)+(T2-t1)]/2。
其中,Δtm為平均溫度差,℃;T1,T2分別為熱流體進(jìn)出口溫度,℃;t1,t2分別為冷流體進(jìn)出口溫度,℃。
5)設(shè)定冷、熱流體板內(nèi)流速W,m/s。
6)確定總傳熱系數(shù):查表k,W/(m2·℃)。
7)計算傳熱面積:F=Q/(k·Δtm·β)。
其中,F為傳熱面積,m2;β為裕度,一般取0.7~0.9。
8)求板片數(shù):N=傳熱面積/單片傳熱面積。
9)求流道數(shù):n=(N-1)/2。
10)計算實(shí)際流速:W=V/(3 600·f·n)。
其中,W為流速,m/s;f為單通道截面積,m2,查性能參數(shù)表;n為流道數(shù)。
11)計算實(shí)際k值:ka=1/(1/ah+1/ac+δ/λ0);
a=Nu·λ/de;
Re=W·de/γ。
其中,a為給熱系數(shù),W/(m2·℃);γ為運(yùn)動粘度,m2/s;λ為介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃);Re為雷諾數(shù);de為當(dāng)量直徑,m;λ0為板片導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃)。
12)計算實(shí)際帶走熱量:Q=ka·F·Δtm。
13)計算壓降:ΔP=Eu·ρ·V2·m。其中,m為壓降修正系數(shù),單流程時取1.2~1.4,2,3流程取1.8~2.0,4,5流程取2.6~2.8。
經(jīng)某一過程溫度變化為△T，
它吸收(或放出)的熱量．Q表示熱量(J)，
Q=cm·△T．
Q吸=cm（t－t0）
Q放=cm（t0－t） ?。╰0是初溫;t是末溫）
其中C是與這個過程相關(guān)的比熱(容)．熱量的單位與功、能量的單位相同．在國際單位制中熱量的單位為焦耳(簡稱焦，縮寫為J)．歷史上曾定義熱量單位為卡路里(簡稱卡，縮寫為cal)，目前只作為能量的輔助單位，1卡=4.184焦．
注意：1千卡=1000卡=1000卡路里=4184焦耳=4.184千焦 某一區(qū)域在某一時段內(nèi)吸收的熱量與釋放、儲存的熱量所維持的均衡關(guān)系。
第4章 壓縮機(jī)的選型
4.1緒論
制冷壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，通常稱為制冷機(jī)的主機(jī)?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新式制冷系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，推動了制冷壓縮機(jī)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步。從目前制冷壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢來看，結(jié)構(gòu)緊湊、高效節(jié)能以及微振低噪等特點(diǎn)是空調(diào)壓縮機(jī)制造技術(shù)不斷追求的目標(biāo)。面對制冷壓縮機(jī)做一個概述.作用:
l、從蒸發(fā)器中吸蒸氣，以保證蒸發(fā)器內(nèi)一定的蒸發(fā)壓力；
2、提高壓力(壓縮)，以創(chuàng)造在較高溫度下冷凝的條件；
3、輸送制冷劑，使制冷劑完成制冷循環(huán)。
4.2壓縮機(jī)的分類
壓縮機(jī)的種類很多，根據(jù)工作原理的不同，空調(diào)壓縮機(jī)可以分為定排量壓縮機(jī)和變排量壓縮機(jī)。
l、定排量壓縮機(jī)的排氣量是隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速的提高而成比例提高的，它不能根據(jù)制冷的需求而自動改變功率輸，而且對發(fā)動機(jī)油耗的影響比較大。它的控制一般通過采集蒸發(fā)器出風(fēng)口的溫度信號來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度，壓縮機(jī)停止工作；當(dāng)溫度升高后，壓縮機(jī)開始 T二作。定排量壓縮機(jī)也受空調(diào)系統(tǒng)壓力的控制，當(dāng)管路內(nèi)壓力過高時，壓縮機(jī)停止工作。
2、變排量壓縮機(jī)可以根據(jù)設(shè)定的溫度自動調(diào)節(jié)功率輸出?？照{(diào)控制系統(tǒng)不采集蒸發(fā)器風(fēng)口的溫度信號，而是根據(jù)空調(diào)管路內(nèi)壓力變化信號來控制壓縮機(jī)的壓縮比從而自動調(diào)節(jié)m 風(fēng)口溫度。在制冷的全過程中，壓縮機(jī)始終是工作的，制冷強(qiáng)度的調(diào)節(jié)完全依賴裝在壓縮機(jī)內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)閥來控制。當(dāng)空調(diào)管路內(nèi)高壓端壓力過高時，壓力調(diào)節(jié)閥縮短壓縮機(jī)內(nèi)活塞行程以減小壓縮比，這樣就會降低制冷強(qiáng)度。當(dāng)高壓端壓力下降到一定程度，低壓端壓力上升到一定程度時，壓力調(diào)節(jié)閥則增大活塞行程以提高制冷強(qiáng)度。
根據(jù)工作方式的不同，可分為兩大類—— 容積型與速度型。
? ?? ? 容積型壓縮機(jī)是靠工作腔容積的改變來實(shí)現(xiàn)吸汽、壓縮、排汽等過程。屬于這類壓縮機(jī)的有往復(fù)式壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。速度型壓縮機(jī)是靠高速旋轉(zhuǎn)的T作I1"輪對蒸氣做功，壓力升高，并完成輸送蒸氣的任務(wù)。屬于這類壓縮機(jī)的有離心式和軸流式壓縮機(jī)，目前常用的是離心式壓縮機(jī)。1、往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理
往復(fù)式壓縮機(jī)又稱活塞式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)的工作腔是汽缸。活塞在汽缸內(nèi)作上下往復(fù)運(yùn)動，從而完成了壓縮、排汽、膨脹、吸汽等過程。圖1中的四個過程分別表示了壓縮機(jī)工作中的四個過程。
到最低位置(稱活塞的下止點(diǎn))時，汽缸吸滿蒸氣。而活塞轉(zhuǎn)而向上，這時吸、排汽門都關(guān)閉，汽缸容積縮小，蒸氣被壓縮，一直壓縮到排汽壓力為止。圖中(b)為排汽過程：當(dāng)壓力達(dá)到一定值(大于排汽管內(nèi)壓力)時，排汽閥開啟，活塞繼續(xù)上移，蒸氣排出，一直到活塞上移到最高位置(這位置稱活塞的上止點(diǎn))時，排汽結(jié)束。圖中(c)是余隙膨脹過程：為了防止活塞與吸排汽閥碰撞，活塞上移到上止點(diǎn)時，活塞與汽缸頂部之間留有一定間隙，稱余隙。當(dāng)活塞轉(zhuǎn)而向下運(yùn)動時，排汽結(jié)束時留在余隙內(nèi)的高壓蒸氣阻止吸汽閥開啟，吸汽不能開始。這時余隙內(nèi)的蒸氣隨著活塞下移而進(jìn)行膨脹，一直膨脹到吸汽壓力以下時才結(jié)束。圖中之(d)是吸汽過程：吸汽閥開啟，隨著活塞往下運(yùn)動而吸汽，一直進(jìn)行到活塞下移到活塞下止點(diǎn)為止。
? ?( 2)優(yōu)點(diǎn)：它應(yīng)用比較廣泛，制造技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，而且對加工材料和加工lT藝要求較低，造價比較低，適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)廣闊的壓力范圍和制冷量要求，可維修性強(qiáng)。
(3)缺點(diǎn)：無法實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速，機(jī)器大而重，不容易實(shí)現(xiàn)輕量化，排氣不連續(xù)，氣流容易出現(xiàn)波動，而且工作時有較大的振動。由于曲軸連桿式壓縮機(jī)的上述特點(diǎn)，已經(jīng)很少有小排量壓縮機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)形式，曲軸連桿式壓縮機(jī)目前大多應(yīng)用在客車和卡車的大排量空調(diào)系統(tǒng)中。
4.3冷卻能力計算
各種制冷量單位的換算關(guān)系如下：
1. 1kcal/h (大卡/小時)=1.163W，1W=0.8598kcal/h；
2. 1Btu/h（英熱單位/小時=0.2931W，1W=3.412Btu/h
3. 1USRT(美國冷噸)=3.517KW，1KW=0.28434USRT;
4. 1kcal/h=3.968Btu/h,1Btu/h=0.252kcal/h;
5. 1USRT=3024kcal/h,10000kcal/h=3.3069USRT;
6. 1匹=2.5KW(用于風(fēng)冷機(jī)組)，1匹=3KW（用于水冷機(jī)組）
說明：
1.“匹”用于動力單位時，用Hp（英制匹）或Ps(公制匹)表示，也稱“馬力”，1Hp(英制匹)=0.7457KW, 1Ps(公制匹)=0.735KW；
2.中小型制冷機(jī)組的制冷量常用“匹”表示，大型空調(diào)制冷機(jī)組的制冷量常用“冷噸（美國冷噸）”表示。
每立方米負(fù)荷按W0=75W/m3計算。
在1.6Mpa壓力下設(shè)定濕熱氣體流速為N=0.5m3/s，
P=W/N
=W0*N**3600
=75*0.5*3600
=135KW
設(shè)定安全系數(shù)S=1.5
所以P1=P*S
=135*1.5
≈200KW
第5章 膨脹閥
5.1緒論
在制冷系統(tǒng)中，制冷劑液體的膨脹過程是有節(jié)流來完成，膨脹節(jié)流的作用是將液體制冷劑從冷凝壓力減小到蒸發(fā)壓力，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。在制冷系統(tǒng)中節(jié)流膨脹的機(jī)構(gòu)主要有熱力膨脹發(fā)、電子膨脹閥和毛細(xì)管等，但毛細(xì)管在節(jié)流過程中有不可調(diào)性，所以在大型系統(tǒng)中采用膨脹閥來控制。
5.2膨脹閥的工作原理
膨脹閥作用節(jié)流降壓。把冷凝來的高溫高壓制冷劑液體節(jié)流降壓成為容易蒸發(fā)的低溫低壓霧狀制冷劑送入蒸發(fā)器，即分開了制冷劑的高壓側(cè)和低壓側(cè)，為制冷劑蒸發(fā)創(chuàng)造了條件。
自動調(diào)節(jié)制冷劑流量。由于室內(nèi)溫度的改變，相應(yīng)的制冷負(fù)荷也發(fā)生改變，要求流量作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定，膨脹閥自動調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量以滿足制冷循環(huán)要求。
控制制冷劑流量，防止壓縮機(jī)液擊和異常過熱現(xiàn)象發(fā)生。膨脹時以感溫包作為感溫元件控制制冷劑流量大小，保證蒸發(fā)器尾部有一定的過熱度，從而保證蒸發(fā)器容積的有效利用，避免液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)而造成液擊現(xiàn)象；同時又能將過熱度控制在一定范圍內(nèi)。
膨脹閥的分類：
1.熱力膨脹閥。
2.電子膨脹閥。
熱力膨脹閥
內(nèi)平衡式熱力膨脹閥。
外平衡式熱力膨脹閥。
（1）內(nèi)平衡式熱力膨脹閥
結(jié)構(gòu)組成：閥體、推桿、閥座、閥針、彈簧、調(diào)節(jié)桿、感溫包、連結(jié)管、感應(yīng)膜片等部件組成。
第5章 實(shí)驗(yàn)與調(diào)試
第6章 散熱機(jī)構(gòu)
6.1本節(jié)標(biāo)題
散熱機(jī)構(gòu)是冷卻系統(tǒng)中不可缺失的部分，壓縮機(jī)通過制冷劑將冷卻區(qū)域的熱量傳遞到外界由散熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱量的散發(fā)。
6.2冷卻系統(tǒng)冷卻能力計算與分析
計算過程為：
（1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定冷卻系統(tǒng)的安裝效率及扭矩點(diǎn)的水套散熱量；
（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，預(yù)測安裝效率；
（3）計算冷卻常數(shù)。
安裝效率的確定：
考慮到葉尖間隙對容積效率的影響、以及風(fēng)扇效率，一般冷卻系統(tǒng)的安裝效率在45%~70%之間。
（1）功率點(diǎn)實(shí)際匹配風(fēng)速
散熱器全速全負(fù)荷時的散熱量為：Qw=200kW。
轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)的結(jié)果：功率點(diǎn)冷卻常數(shù)△T為100℃
故，此時散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量為：
=200x60/100=180kW
對應(yīng)散熱器對應(yīng)風(fēng)速：
Vr1=4.85m/s
*插值計算局部數(shù)據(jù)如下：
風(fēng)速（m/s)
標(biāo)準(zhǔn)散熱量（kW）
4.55758
70.62272
4.65455
80.13821
4.75152
89.6476
4.84848
98.15087
4.94545
110.64803
（2）理論匹配風(fēng)速
功率點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3750rpm，匹配空氣流量：
Qa=2.36612m3/s
扭矩點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3000rpm，匹配空氣流量：
Qa’=1.85578m3/s
散熱器正面積：
Fr=0.19368m2
通過散熱器的對應(yīng)風(fēng)速為
功率點(diǎn)：
扭矩點(diǎn)：
（3）安裝效率：
根據(jù)功率點(diǎn)的實(shí)際匹配風(fēng)速和理論匹配風(fēng)速，有：
安裝效率與實(shí)際使用情況相符，也接近我們的預(yù)測。
可以認(rèn)為，功率點(diǎn)與扭矩點(diǎn)的安裝效率是一樣的。
6.3 冷卻能力審核
（1）理論匹配風(fēng)速
功率點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3750rpm，匹配空氣流量：
Qa=2.11517m3/s。
扭矩點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為3000rpm，匹配空氣流量：
Qa`=1.69551m3/s。
散熱器正面積：
Fr=0.2385m2
通過散熱器的對應(yīng)風(fēng)速為
功率點(diǎn)：
扭矩點(diǎn)：
（2）實(shí)際匹配風(fēng)速：
安裝效率：
η=55%
則實(shí)際匹配風(fēng)速：
功率點(diǎn)：
Vr1=Vr. .η=8.8686x55%=4.8773m/s
扭矩點(diǎn)：
Vr1’=Vr ‘.η=7.1091x55%=3.9101m/s
（3）Delica散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量：
根據(jù)附表1，得到散熱器功率點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)散熱量曲線如圖3：
圖3
功率點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)散熱量為Qn=33.6kW。
*插值計算局部數(shù)據(jù)如下：
風(fēng)速（m/s）
散熱量（kW）
4.76735
32.94888
4.96327
33.89714
5.15918
34.82991
5.3551
35.74719
（4）冷卻常數(shù)計算：
功率點(diǎn)：
扭矩點(diǎn)：
總結(jié)與展望
總結(jié)與展望
一、總結(jié)
氫氣是現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機(jī)普遍采用的電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的冷卻介質(zhì)，長期以來我國大型氫冷發(fā)電機(jī)組的氫氣適度較高，成為影響發(fā)電機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個重要因素。為解決這一難題有關(guān)部門進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，并且取得了一定的成效，但是仍然存在一定的缺陷。
要設(shè)計一臺比較合理的氫氣冷卻機(jī)需要解決好一下的問題
1)氫氣出口溫度要降低到0度一下，這樣才能夠滿足大型設(shè)備的使用要求，而在融霜時的含濕量又不會過高。
2）氫氣與制冷劑介質(zhì)要相互隔離，各自走各自的路徑，不可互相滲透但是又有良好的熱傳性。
二、今后研究方向
氫氣從進(jìn)入干燥器開始，所含水分隨氫氣溫度降低不斷析出，析出水分沿管壁下流，由氫氣中所含水蒸氣的飽和適度與比容的關(guān)系可知，溫度越低所析出的水分越少，因此長期運(yùn)行之后，在管壁溫度為0度附近形成冰層最厚，一直至截面被冰堵塞氫氣不能夠流動產(chǎn)生了冰堵。
由于冰堵使得氫氣管路堵塞，造成生產(chǎn)過程受阻甚至造成安全隱患。最理想的解決辦法是根據(jù)氫氣的流量進(jìn)行自動控制防止冰堵的產(chǎn)生。但是這種方法存在兩個問題
1. 根據(jù)流量實(shí)現(xiàn)自動控制使得氫氣與電游相互接觸的可能，而這種情況是絕對不允許的 。
2. 由于設(shè)備的工作環(huán)境存在強(qiáng)烈的電磁干擾，容易造成自動系統(tǒng)失靈。
鑒于以上原因最好將電控系統(tǒng)完全的換乘機(jī)械式控制，而復(fù)雜的控制恰恰是機(jī)械設(shè)計的難題所在。這個方向?qū)⑹且粋€較為前沿的研究課題。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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附 錄
致 謝
本論文是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在我即將完成學(xué)習(xí)之際，衷心感謝x老師給我的關(guān)心和幫助。X老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從x老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹(jǐn)向恩師表示最真誠的感謝。
此外，還要感謝所有給過我?guī)椭耐瑢W(xué)，他們也為我的畢業(yè)設(shè)計提供了不少的意見和建議，在此僅表示誠摯的謝意。
感謝答辯委員會的各位專家和老師，感謝你們在百忙之中抽出寶貴時間了批閱論文、出席答辯并不吝提出寶貴的指導(dǎo)性建議。
更要感謝我最敬愛的父母、親人和摯友，我的每一步成長都凝聚著你們的辛苦、汗水和希望。在我最困難的時候，你們陪我一起度過！