三分螺旋折流板

2024-05-24

三分螺旋折流板篇1

陶瓷窑炉是有名的耗能大户, 因此, 其余热的充分利用就自然是极重要的课题, 为了更好地节能减排, 生产更多经济又合理的输热和换热设备就显得极为重要, 因此我们就连续型无管束螺旋折流板加工技术进行讨论。

折流板是提高换热器工效的重要部件。传统换热器中最普遍应用的是弓型折流板, 由于存在流阻与压降大、有流动滞止死区、易结垢、传热的平均温差小、振动条件下容易失效等缺陷, 近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难, 目前所采用的螺旋折流板, 一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接, 形成近似的螺旋面。在折流时, 流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板, 在相同工况下, 这样的折流板 (被称为非连续型螺旋折流板) 可减少压降45%左右, 而总传热系数可提高20%～30%。在相同热负荷下, 可大大减小换热器尺寸[1]。

虽然非连续型螺旋折流板的加工技术比较成熟, 在石化行业也已得到推广应用, 但仍存在诸多不足之处。例如, 扇形板连接处成非光滑的锐角过渡, 对轴向运动的流体存在反压, 流体通过时的突然转向会造成能量损失, 在螺旋角较大时能耗更严重;相邻两片扇形板空间对接时, 必须附加角接板才能填补缝隙 (如图1) , 既废工废料, 又增大了流体阻力。相比之下, 具有理想螺旋曲面的连续型螺旋折流板有着更好的传热与流动特性[2], 但在实际应用时必须首先解决其加工难题。梁旭琴与金跃等专家, 就有管束螺旋折流板的加工问题作了介绍[1,2]。经过反复的在陶瓷窑炉中的节能试验, 笔者在此推荐一种连续型无管束螺旋折流板的加工技术。

1 结构与工艺方案

1.1 结构特点

采用连续型螺旋折流板, 使加热尾气从进口到出口以螺旋流的方式冲刷壳体, 在径向形成连续的速度梯度和径向湍流。既提高了传热工效, 又降低了流阻。在不影响正常工况的情况下, 可有效提高余热利用率。即使是在剧烈摇晃时, 加热器仍能保持稳定的工态。如图2所示, 加热器主要由壳体与折流板构成, 折流板上没有管束穿过。

1.2 工艺方案

在一个导程内, 折流板由两片螺旋板对接而成, 相比于扇形板, 明显减少了焊接接口数量;多片螺旋板连续对接后, 就构成了一个完整的螺旋型折流板;经过表面修整后, 与壳体焊接总成。每片螺旋板由二分之一椭圆形板在专用胎具上, 经过板金加工与机加工而成型。

2 制造工艺

2.1 胎具制作

螺旋折流板的加工需要专用胎具, 如图3所示, 包括钣金加工、切削加工与焊接加工胎具。在螺旋折流板的加工中, 胎具制作是技术难点。

本文所引用的螺旋面的生成母线在轴截面内, 相应的胎具模板的螺旋面方程为:

式中, ξ (t) 为母线上任一点在标架e3向的分量;φ、t为参数;p为螺旋常数, p=S/2π;D为胎具模板投影圆直径:对于机加工胎具, D=D0;对于钣金加工胎具, D=D1, D1=D0+δ1, D0为壳体内径, δ1为加工余量, 取8～10mm。

在数控铣床上加工出胎具的螺旋面后, 采用膜贴法测出钣金加工胎具的螺旋面面积S1, 以此作为下料尺寸计算依据。

1.模板2.定位柱3.筋板4.底板5.限位套

2.2 下料

(1) 下料尺寸计算下料形状为二分之一椭圆。设椭圆的投影圆直径为D2, 长半轴为a, 短半轴为b, 折流板的螺旋角为α (36°～40°) , 则椭圆方程为:

式中, a=D2/ (2cosα) , b=D2/2

二分之一椭圆面积的计算公式为:

已知S1, 通过迭代运算或解微分方程, 首先求解D2, 再分别求解a和b。

(2) 下料根据椭圆参数, 首先采用作图法制作样板, 再比照样板在厚度为1.5mm的钢板上划线, 然后用半自动切割机切割下料, 最后清除坯料表面毛刺。

2.3 成型

(1) 钣金加工将坯料沿定位柱置于胎具模板上, 在固定上端两点之后进行钣金加工。当坯料完全贴紧模板时, 折流板螺旋面便形成。

(2) 铣削加工由于变形的非均匀性, 钣金成型的螺旋板需要通过铣削加工而去除加工余量。将4～6片螺旋板重叠之后, 固定在机加工胎具模板上, 首先铣削加工直边, 再以直边为定位基准加工曲边。

2.4 焊接

为保证连接后螺旋面的连续性, 焊接加工也需要有专门胎具, 可在钣金胎具的定位柱上安装限位套 (如图3) 作为焊接胎具。焊接加工分为如下几个步骤: (1) 逐次取两片螺旋板, 在胎具模板的中间部位进行点焊对接; (2) 将对接后螺旋板逐次进行点焊串接, 以构成一个完整的螺旋型折流板; (3) 对所有连接部位进行补焊强化; (4) 对焊缝与曲边进行修整后, 与壳体焊接总成。

3 结语

本文所介绍的方法, 不仅在陶瓷窑炉的节能方面, 在石油、化工、能源等部门均有实用价值。

参考文献

[1]梁旭琴, 陈其骥, 龚正玮.螺旋折流板换热器制造技术.石油化工设备, 2005.34 (9) :50-52

[2]金跃, 王学, 李明义.连续型螺旋折流板式换热器的制造.炼油与化工, 2004, (3) :37

三分螺旋折流板篇2

【关键词】发电厂；螺旋折流板；换热器

螺旋折流板的换热器，带有自然状态下的分割作用，抑制了逆向的液体泄漏，必备配件很少。与此同时，与壳侧相关联的换热系数和压降都可调整至最优指标。螺旋折流板架构的新式换热器，采纳倾斜布置的折流板，设计螺旋通道，依托气液作用来传递热量。这种换热装置占地很少，便于常规维护，拓展了发电厂应用换热器的思路。

一、换热性能的提升

螺旋框架内的折流板，可分为三等分，这种思路带有适宜的特性。壳侧测得的换热指数、对应压降、平均综合指标，都超出了常用的弓形折流板。

布设螺旋折流板的换热装置，局部范畴内的温度、精准的流场，都很难按照单纯的测试方式来判断。然而，采纳数值模拟的方法，能够化解这个难题。模拟得到如下的图示，建立了坐标系。坐标原点设定在接近左侧管板圆心这样的位置，在这之中，z轴代表着换热器的轴向，x及y代表着径向。换热器外径为20厘米，呈现正方形的布置排列状态。壳体内径是230毫米，换热器的总长930毫米。设定了下列的边界条件：进出口的给定流量、管壁的恒定温度、壳体内侧的表层温度。管板及折流板时绝热边界。

圖为数值模型

这种数值模拟表征了流场之中的真实状态。从设定好的高压区直至对应着的低压区，根据换热器设定出来模拟体系。模拟体系考虑了逆向泄漏，但是这类泄漏并不太大。这是因为，邻近区段的折流板叠合，阻挡了逆向泄漏。由数值模拟得到的计算结果表明换热效率比常用的弓形换热器有较大提升。

二、可行性分析

（一）单相特性的换热体系

电厂常见的油冷却装置，都采纳了惯用的立式框架。油体经由壳侧，水体经由管侧。采用螺旋折流板后，油侧范畴的换热系数被提升，压降被适当缩减，提升了总体冷却能力。从这种角度看，采纳周向的这类换热途径，能够缩减必备面积，缩减压降。油侧的容积偏小，折流板布设的总倾斜角应被设定成10°。

管壳式换热器，管侧的清洗方法包含胶球清洗、塑料片清洗。对比手动清洗，这些清洗方法凸显了费用低、便于修护这样的优势，常被用户采纳。壳侧布设的螺旋通道，强化了传热管的传热特性，缩减换热面积。这种布设方式，省掉了费用偏高的管材原材，延长材料寿命，缩减泵体耗费的总功耗。这促进了节能，提升了运行效率。

（二）给水加热体系

电厂低压加热器占地面积较大；与此同时，还应预留一定的管路长度，占用很多空间。水平布设的抽取管路，并不便于操作。此外，汽轮机配有高大厂房，通常布设了机械起吊装置。这种状态之下，若能采纳新的立式框架，即可缩减原有的占地又节省了费用。这种新式搭配结构简易，不用增加导向滚轮等配件。它节省了更换设备的工作量，促进电站可用小时数的提升。

螺旋折流板换热器特有的基础之上，可以添加冷凝器。折流板设定好的导向之下，蒸汽携带着的液滴渐渐聚集在螺旋流道的外壳内侧。倾斜架构的折流板，能够固定传热管，抑制住蒸汽喘流引起的传热管振荡。它把传热管分隔为多个较短管段，建构了排液盘。扇形折流板下游的折叠边缘处设置了挡液装置，配有缺口裂隙。这种新式架构能引导壳侧通道中的凝结液体，让它们聚集在外壳内侧。这样液体会顺畅流入底侧液囊，传热管表层附带着的液体薄膜被缩减，强化了传热及凝结。

三、加工折流板

折流板与壳体、管路交接位置带有一定的倾角。这种折流板与传热管交汇处，存在较大的加工难度。这是因为，若钻孔方位出现偏差，会干扰后续的穿管步骤。对于此，适合采购配套数控钻床铣床，以便妥善加工。但这样会使加工过程变得复杂，阻碍了后续的工艺推广。

为化解这一难题，可采用新型的激光切割机加工扇形和圆形的折流板。激光切割方式，提升了加工速率，费用较低。这类新技术，彻底替换了常用的成套模具。它从根本上为普及螺旋折流板换热器提供了基础。

四、筛选测验实例

初始时段的蒸气流速被拟定为每秒钟10米；不凝结气体拟定了3%这一质量分数。蒸气的表层温度、壁面温度有着偏大的差值。螺旋折流板、筛选的弓形板，都均匀布设了周边方位的液膜。液膜沿着衔接的折流板渐渐变厚。遇有折流板时，液体会被排至底侧方位的液囊。

经过对比可知，弓形的传统折流板，液膜薄厚也有着周期变化的倾向。但它固有的疏液特性却并不优良。对比倾角可知，15°的这类螺旋板，性能超出其他倾角折流板。螺旋折流板的液膜会随着初始的倾角减小而渐渐变小。此外，螺旋折流板经过长期使用，也没有覆盖污垢，保持洁净。

结语

螺旋折流板这种新式换热器，减少了必备配件，便于制造安装。换热器寿命延长，不易结出污垢。采用激光切割，简化制造流程，便于推广。借助倾斜的疏液作用、螺旋的离心分离，可以使传热管表面液膜减薄。换热器占到的空间很少，带有构架简易这样的优势。换热系数被提升，可被逐渐推广。

参考文献

[1]刘娇洋，江楠.螺旋折流板换热器的研究进展[J].石油化工设备技术，2009（02）：43-48+21.

[2]汲水，杜文静，程林.双壳程连续螺旋折流板换热器的数值模拟[J].工程热物理学报，2010（04）：651-654.

[3]陈世醒，张克铮，张强.螺旋折流板换热器的开发与研究（Ⅰ）——高粘度流体下的中试研究[J].抚顺石油学院学报，2008（03）：32-36.