制冷装置用满液式蒸发器的标准化设计

葛　珺

( 南京天加空调设备有限公司，江苏 南京 210046 )



制冷装置用满液式蒸发器的标准化设计

葛珺

( 南京天加空调设备有限公司，江苏 南京 210046 )

[摘要]介绍了布管、换热管支撑板、挡液板、均液板等满液式蒸发器的具体结构的设计统一化、标准化的方法，论述了制冷装置用满液式蒸发器结构设计的标准化，为满液式蒸发器的标准化设计，为提高设计、生产效率提供了合理、可行的方案。

[关键词]布管；换热管支撑板；满液式蒸发器；标准化

引言

时间就是生命，时间就是金钱。现代化的公司一致追求“抓时间，增效益”，增强企业生命力。做为专业设计人员如何能设计出标准化程度高、便于统一加工生产、有助于提高生产效率的设计作品，是值得设计人员在设计前充分考虑的。

制冷装置用螺杆式冷水机组中，蒸发器主要有满液式和干式蒸发器两种结构形式。从传热性能考虑，满液式蒸发器传热效率高，且易于清洗。从容器设计、制造方面来考虑，干式蒸发器冷冻水走壳程，冷媒走管程，管程的管箱与管板间的密封，管箱的可拆卸方式等都是设计、生产中的难点。而满液式蒸发器的结构则易于设计、生产，只要能考虑好设计的通用化、标准化，生产效率将会极大的提高。由于上述优点，满液式蒸发器在制冷行业中得到了越来越多的运用。

图1　满液式蒸发器工作示意图Figure 1　full liquid type evaporator working schematic diagram

1满液式蒸发器的结构

制冷机组的满液式蒸发器中制冷剂走壳程，冷冻水走管程，制冷剂液体从筒体底部进入，产生的蒸气从筒体上部引出，壳程液态冷媒沸腾蒸发，通过热交换，将管内冷冻水的热量带走，从而达到降低冷冻水温度的目的，见图1。

2满液式蒸发器结构的标准化设计

满液式冷水机组一般适用于冷量较大的场合，因此相对干式蒸发器，满液式蒸发器筒体直径多较大，同一种筒体的蒸发器，在不同冷量的情况下换热管根数也不一样，如果不进行标准化设计，不同筒体之间部件可通用的图较少，不仅出图量大，生产标准化程度低，而且易造成出错率高，给设计人员作图、车间生产都带来极大的不便。如果我们设计时能将近似的部件进行标准化设计，设计成通用部件，就能使出图量大大减少，同时对于生产来说，由于部件标准化程度高，生产中下料、打孔、焊接等生产工艺过程均可通用，可大大缩短工时，更好地满足经济性要求。下面就来分析一下满液式蒸发器部件设计的标准化方法。

满液式蒸发器的构成包括筒体、管板、蒸发管支撑板、挡气板、均液板、端盖等部件。

2.1 确定管板间距

根据选用的压缩机的规格(主要考虑压缩机的长度)、兼考虑电控箱的长度尺寸，初步确定蒸发器的管板间距，管板间距越大，流体流动的阻力越大；管板间距越小，需要的换热管数越多，筒体越大，所以在确定管板间距时设计者应从美观、经济性等各方面综合考虑。管板间距只需满足要求，种类越少越好，比如2.5m、3m、3.5m、4m等。管板间距确定之后，根据文献[1]的规定并结合生产工艺的实际情况,就可确定换热管的长度，这样在同规格管板间距时换热管可通用，既可方便采购，也可避免大库存量。

2.2确定换热管数量及排列方式

根据容器所需要的换热量，运用文献[2]制冷原理换热计算公式计算出所需的理论换热面积，再根据2.1所初步选定的管板间距、综合考虑蒸发管换热性能，确定需要的换热管根数。布管时按文献[1]的规定选取限定圆、管孔间距，考虑到等边三角形布管比较紧凑，传热系数较高，且根据文献[3]第三章所述，叉排较顺排平均管排数少，管排修正系数大，故建议采用正三角形法进行换热管排列。

满液式蒸发器的布管行业内通常采用上下布管和左右布管两种形式。满液式蒸发器中蒸发管大部分浸于壳侧液态冷媒中，同时在蒸发器筒体上部留出一定的分离空间，并装有挡液板等液滴分离装置，以防止冷媒液体被带出蒸发器进入压缩机，造成压缩机液击。设计时一般控制蒸发管的布管不超过筒体中心线1-3排管。

根据文献[1]7.4.8.1 管板分程处面积Ad与Sd、S及n′ 有关，见图3，其中n′ 为隔板一侧管根数。

比较可以看出，图3 a)布管同上下布管的分程形式，图3 b)布管同左右布管的分程形式。因满液式蒸发器的布管基本布置于筒体中心线下方，因此在相同筒体及蒸发管根数的条件下，公式中n′ 的数值上下布管比左右布管分层的情况下要大许多，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体直径要小。

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

图3　管板分程处面积Figure 3　Tube plate points process area

排管布置成上下布管时，根据换热管根数的不同，两流程之间的分层隔板的位置将有所不同，而左右布管时分层隔板的位置固定设于筒体中心就可，设计、制造都方便。

左右布管的缺点在于布管左右对称，冷媒蒸发汽化后易从中间的分层隔板占用的空间处直接向上流动，如不能有效地分离液滴，液态冷媒容易进入压缩机。在设计时应考虑在中间分层隔板占用的位置处设置假管，以防液击。

综合上下布管和左右布管两种形式的优缺点，考虑设计的标准化，笔者建议采用左右布管的布管方式。

2.3确定筒径

根据排出的布管图，综合考虑结构需要、换热需求及美观性，筒体长度与筒体直径的比值(即长径比，文献[3]建议取6～8较为合适)，这样就可以选择出适合的筒体直径。筒体直径的选取与管板间距的选取一样，种类越少越好。

2.4管板

在实际应用中，满液式蒸发器大多采用固定管板式，两端的管板直接焊在壳体上并延伸到壳体周围之外作为容器法兰，管板有方形也有圆形，现在比较通用的有圆形管板加鞍式支座，或者方形管板兼做支座两种形式。圆形管板易于根据系统制冷管路调整冷凝器、蒸发器等各容器之间的间距，但需要另加支座，制造步骤多、费材料。方形管板设计、计算、制造均省事方便，但外形尺寸一经确定，便不容易调整容器与容器之间的间距。设计者可根据实际需要进行管板的外形规划。

2.5蒸发管支撑板

蒸发管支撑板在蒸发器中起支撑蒸发管、防止蒸发管下垂、振动异响的作用，支撑板块数的设置应满足文献[1]的规定。满液式蒸发器在筒体相同的情况下，不同设计制冷量时，会布置不同的蒸发管根数，所以支撑板上开的管孔数也会不同，为标准化，可以以同一筒体中管孔数最多的支撑板作为标准件。支撑板仅起支撑管束的作用，所以支撑板管孔是否有管子穿过，对支撑板的设计没有影响，这样一种筒体只要出一种支撑板即可。如果考虑穿管的方便，也可适当地设置几档。

2.6挡液板、均液板

因满液式蒸发器的壳体较长，因此通常在壳体下方设置均液板，以使进入壳体的冷媒液体沿筒体长度方向均匀分布。同时在壳体的上方设置挡液板，以防止液击。挡液板、均液板为多孔板件，对于同一筒体长度，挡液板、均液板也可设计成统一的标准件。

2.7端盖

一般采用椭圆封头焊法兰圈或整体铸件的结构形式，对同一种筒体，可以在端盖上统一设置进、出水管管径，统一设水流开关、感温探头、防冻开关等应用所需接头，这样一般端盖都可做成标准件。

2.8容器强度计算

满液式蒸发器的强度计算主要包括筒体、管板、安全阀部件的强度计算，在容器的结构初步确定后，强度计算均可以通过文献[1]、文献[4]、文献[5]等标准介绍的方法进行，如果强度计算不合格，可以通过调整部件厚度、形状、距离等参数对容器结构进行局部的设计改动。

3结语

实践证明，在满液式蒸发器系列规划的初期，如果能充分考虑设计的通用性，就可使设计规范化、减少设计量，同时也能满足生产厂家生产简便、节约成本、减少工时的要求。整体设计前的标准化规范化对于设计人员来说至关重要。

4参考文献

[1] 张延丰,寿比南，等.国家质量技术监督局.GB/T151-2014热交换器[S].北京：中国标准出版社,2015

[2] 吴业正,韩宝琦,等.制冷原理及设备[M]. 西安：西安交通大学出版社,1995

[3] 吴业正. 小型制冷装置设计指导[M].北京：机械工业出版社,1998

[4] 任金禄,朱广模，等.国家能源局.NB/T47012-2010制冷装置用压力容器[S].北京：新华出版社,2010

[5] 寿比南,陈钢，等.中国质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB150.1～150.4-2011 压力容器[S].北京:中国标准出版社,2012

作者简介更正：

《制冷》2015年第4期刊登的《家用管道余压回收发电装置设计》，作者简介更正为：

庄浩(1993-)，男，在读本科生，研究方向：制冷空调工程。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

作者简介：葛珺(1975-)，工程师，主要从事制冷空调设备及压力容器设计。Email：gejun1975@126.com

文章编号：ISSN1005-9180(2016)01-087-04

中图分类号：TH123+.3文献标示码：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.01.016