满液式蒸发器管板的强度计算
慧聪空调制冷网满液式蒸发器的原理： 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。 满液式蒸发器中蒸发管大部分浸于壳侧液态冷媒中，布管时一般设1-3排管子露在液面以上，同时在蒸发器筒体上部留出一定的分离空间或装有分离挡板等液滴分离装置，以防止制冷剂液体被带出进入压缩机。 满液式蒸发器内，液态制冷剂在蒸发器壳程侧处于沸腾状态，免除了过热度的限制，空调工况中满液式蒸发器的蒸发温度可提高到5℃左右，大大提升了传热效率，且压力损失较小。因此满液式蒸发器比干式蒸发器传热效率更高，COP值更高。同时满液式蒸发器中冷冻水走管程，易于水垢的清洗，因此比干式蒸发器维护更方便。因此近年来满液式机组在制冷行业得到了越来越多的运用。
特点： 满液式蒸发器中，法兰、筒体、封头等受压元件设计均可按GB150.1～150.4-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》进行强度设计计算，但管板计算除外。因为根据GB151规定，在固定管板换热器中，对于管板周边不布管区较宽（k>1.0）或与壳程法兰搭焊连接的管板，不能用GB151的计算方法进行强度分析，而应采用应力分析方法。对于满液式蒸发器，为防液击，蒸发器筒体上部需留出一定的分离空间，造成管板周边不布管区较宽（k>1.0），这时按GB151规定需采用应力分析方法设计，然而对于设计及生产厂家来说，采用应力分析的方法势必会费时费力，且生产成本会大大提高。 根据NB/T47012-2010《制冷装置用压力容器》附录介绍，由于制冷装置用压力容器换热器的直径小，压力在中低压范围，制冷剂除氨外基本属于无毒介质，所以标准参考了日本标准JISB 8240《制冷用压力容器的结构》的相关内容。因此，对于满液式蒸发器这类容器的管板强度计算，当筒径D≤600mm时，我们可以按照NB/T47012-2010第八章规定进行设计计算。 例：制冷剂R22，壳程设计压力1.4Mpa，壳程设计温度38℃，管程设计压力1.0Mpa，管程设计温度50℃，选用φ19*1.15*3000mm的铜管150根，筒体内径500mm,管板材料选用Q345R，管板管孔直径φ19.25mm，管孔中心距24mm，管子正三角形排列，管子管端与管板胀接连接，管板结构尺寸如下图所示，设计管板厚度。
图3-1管板布管图 按照NB/T47012-2010规定，管板强度计算分有管束部分与无管束部分两部分进行： 1、有管束部分管板计算 （1）初步确定管板的名义厚度 根据8.1.1规定： a)确定管板的厚度时应考虑管板的刚度及结构与制造等要求 b)管板的名义厚度不应小于下列三者之和 1.管板的计算厚度或表16、表17规定的最小厚度取大者 2.壳程腐蚀裕量或结构开槽深度取大者 3.管程腐蚀裕量或分隔隔板槽深度取大者 Ø管板的最小厚度按管端与管板为胀接或焊接分别按表16和表17选取 根据表16外径为φ19的铜管与管板胀接连接时，A1组制冷剂管板最小厚度取16mm。 Ø根据8.1.2规定，管端以胀接与管板连接时，管板的计算厚度确定如下： 钢制管板的计算厚度
＝
＝17.625mm 式中：d0——管孔直径,mm 计算厚度17.625mm>最小厚度16mm 根据b)规定，管板的名义厚度不应小于下列三者之和： 1.管板计算厚度17.625mm 2.壳程腐蚀裕量取1mm，未开槽,故壳程取1mm。 3.管程腐蚀裕量取1mm，未开槽，故管程取1mm。 17.625+1+1=19.625mm 考虑到公司常用板材厚度，取管板的名义厚度为36mm， 因为36mm>21.625mm，所以符合规定。 （2）管端与管板胀接连接时管孔中心距校核计算，按式17，管孔最小中心距： S=
=
.25=21.39mm 式中：
——管板名义厚度，mm d0——管孔直径,mm 实际选取的管孔中心距为24mm，大于21.39mm，符合标准规定。 （3）管端以胀接或焊接方法与管板连接时的强度校核计算如下：本设计采用胀接连接，按下式求得管子和管板接触面积的压力应不大于规定的接触的许用应力值
其中：
——管子外径，
=19mm
——管板名义厚度，
=30mm W——一根管子所与持的载荷，w=P
面积，N P——设计压力取管程与壳程设计压力中大的大者，P=2.4MPa 面积——4根相邻换热管之间的平行四边形面积，如图3-4：因此，面积=4
s
h=4
12
20.78-3.14*（19/2）*（19/2）=215.33
图3-2一根管子的支持截面积 所以管板接触面应力
=0.24MPa 根据NB/T47012-2010规定：钢制管板和铜管时的接触面的许用应力为2.5MPa 管板的许用应力2.5MP>接触面应力0.24MPa 所以强度计算合格。 2、管板的无管束部分计算 根据8.1.3.2规定，有管子或支撑管的管束的管板部分之外的无管束部分的管板计算如下：管板的计算厚度
其中： P——设计压力取管程与壳程设计压力中大的大者，P=1.4MPa
——管板材料设计温度下的许用应力，
=167MPa L——支撑的间距，取支撑中心水平间距和垂直间距的平均值，mm C——系数，按表3-3选取根据8.1.3.2关于L和C的规定 a)取筒体内径圆和外侧管子列轴线同时相切的最大圆（其内部不包含管子或支撑管）直径为d，d=250mm。取L=
d=
×250=354mm。 b)根据最大圆的相应支撑点类型，C值按表3-3取1.9 表3-3C值
支撑点种类
C
管列轴线
1.9
管子或支撑管
2.6
管体内径圆
3.2因此管板的计算厚度:
=
=23.5mm
图3-3管板无管束计算图 3.根据8.1.5规定，管板兼做平盖板时，法兰部分的厚度按GB150规定的圆形平盖厚度计算公式计算，通过LANSYS软件计算得：法兰计算厚度26.09mm，名义厚度28mm。由上可见，管板选用36mm厚Q345R材料是完全可行的。
