CN102227271B - 结构化波纹式填料的制造方法和装置及该类波纹式填料 - Google Patents

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Abstract

按照本发明的方法，通过交替地朝向彼此和远离彼此移动的两个对置的模具块体(11、12)以连贯的步伐弯折和冲压带材，这些模具块体具有不与波纹的两个表面配合的有纹路结构的有效表面(11、12)，且带材(17)的表面在实施弯折和冲压之前被织构化。本发明可用于常压蒸馏塔。

Description

结构化波纹式填料的制造方法和装置及该类波纹式填料
技术领域
本发明涉及一种由穿孔或未穿孔的条带状薄板材料制造结构化波纹填料的方法，该波纹填料的总体表面(surface générale)用机械方法形成纹路结构(织构，texturée)，和基本上通过沿着具有主取向的线平行于带材的边缘移动一重复的(仿形)轮廓而形成，该线相对于带材的边缘倾斜并在其长度的至少一部分上可以是或者可以不是直线。 
本发明还涉及用这种方法制造的波纹式填料。 
背景技术
交叉波纹式填料用于不同设备——包括仅用于单相的混合器和用于在两种流体之间热交换和/或质量传递的装置。特殊的应用是蒸馏，特别是常压蒸馏。 
填料由若干模块或“叠片”组成，其中每个模块或叠片由一垛在两个交替的方向上倾斜地形成波纹的带材形成。这些带材可穿孔或者未穿孔，并由光滑或有纹路结构的薄板制成，通常是用金属制成。一些例子在GB-A-1 004 046和CA-A-1 095 827中已说明。 
在蒸馏塔的情况下，带材位于竖直的任意平面中，各模块相对于下一个模块绕塔的轴线大体转动90°。 
在FR-A-2820654中说明的制造方法利用若干模具块来将金属条弯折和冲压成用于结构化波纹式填料的穿孔或未穿孔的薄板。 
该方法的变型目前被用于制造一种填料——该填料的表面用机械方法形成纹路结构以例如形成压花表面。 
用机械方法形成有纹路结构的填料在US-A-4740334，US-A-4981621， EP-A-0190435，US-A-4604247，US-A-2004135270，EP-A-0807462和US-A-4296050中公开。 
发明内容
本发明的目的是使得可以以特别经济的方式工业生产这些波纹(板)，更一般地，允许生产具有不同形状母线的、以机械方法形成有纹路结构的波纹(板)。 
填料成本的大部分可归因于原材料的价格。所使用的基体材料是铝、铜和不锈钢。这些金属材料随着时间推移变得越来越贵。简单的解决方案是减少填料的厚度。为了保持足够刚性的结构而同时减小厚度，将带材的表面通过例如压花进行织构化，因此改善其在弯折之后的惯性。织构化是使平带材变形而包含大量可以具有不同形状(包括金字塔形、锥形、半球形和筒形)的凸起部和凹陷部。这种解决方案还使得可以生产具有很低密度的填料(具有较高的波纹高度)而保持同样的带材厚度。 
可以两种不同方式应用压花方法。 
为此，提供一种方法用于由穿孔或未穿孔的条带状薄板材料制造具有若干峰和谷的结构化波纹式填料，该填料的总体表面基本上通过沿着该表面平行于带材的边缘遵循一导向线绵延一重复的轮廓而形成，该导向线的主取向相对于带材的边缘倾斜，并且该导向线在其长度的至少一部分上可以是或可以不是直线，在该方法中通过两个交替地朝向彼此和远离彼此移动的对置的模具块以连贯的步伐弯折和冲压带材，这些模具块具有带有大致正弦形横断面的表面，该表面包括弯曲的有效表面，其特征在于：该弯曲的有效表面通过凹形表面以这种方式联接，使得当模具块朝向彼此移动时，它们仅与带材的某些部分——优选地与待形成波纹的峰和谷的部分——接触；带材的表面在实施弯折和冲压之前被织构化。 
优选地： 
-有效表面是凹形的； 
-模具块中的至少一个包括至少一个有纹路结构的表面，该表面用于赋 予带材纹路结构； 
-在实施弯折和冲压之前，优选地在表面被织构化之前(如果穿孔不是与弯折和冲压同时实施)，对带材进行穿孔； 
-所述波纹(板)是交叉波纹式填料。 
本发明还提出一种用于使用这种方法的装置，该装置包括：两个对置的弯折和冲压用的模具块，它们的母线可以具有或可以不具有至少一个非直线部分；用于使这些模具块产生朝向彼此和远离彼此的交替相对运动的机构；和用于当模具块处于打开位置时使条带状薄板材料在模具块之间以连贯的步伐前进的机构；及用于给带材穿孔的机构和/或位于模具块的上游的表面织构化机构。 
按照本发明的另一方面，提供一种交叉波纹式填料，该交叉波纹式填料具有多个堆垛的波纹薄板，各板基本上相同，但以这种方式定向使得相邻板的波纹相互交叉，而所述板中的至少一些具有纹路结构，其特征在于，具有纹路结构的板在每个峰线和/或每个谷线的内侧和/或外侧上基本上是光滑的，并在每个板的位于峰线和谷线之间的侧边的至少一部分中具有纹路结构，所述板通过如权利要求1-5之一所述的方法制造。 
一般，各峰如果事先已被织构化的话，则它们不是完全光滑的，这是因为保留了某些压花标记。 
优选地，板的具有光滑表面(或基本上是光滑的，例如具有弄平的纹路结构)的一部分占板的20％-50％，板的其余50％-80％是有纹路结构的。 
优选地，光滑部分在波纹的峰线和谷线周围由带材形成。 
附图说明
下面将参照附图说明本发明的实施例，其中： 
图1示出从侧面观察的根据本发明所形成的波纹(板)； 
图2是根据本发明所形成的波纹(板)的透视图； 
图3示出用于制造这种波纹(板)的两个弯折和冲压用的模具块的横断面； 
图4和图7是波纹(板)在制造期间的剖视图； 
图5是本发明的方法的另一个不同方案的示意图；
图6更详细地示出图5的方法步骤；和 
图8是根据本发明的常压蒸馏塔的一部分的示意图。 
具体实施方式
图1中以侧视图示出的波纹(板)1是弯折形成规则波纹的薄金属板。波纹(板)1的重复的轮廓为带弯曲边9的锯齿形，具有带最小可能半径的上峰6和下峰7。 
凸起部3和凹陷部5至少在波纹的斜面中形成。凸起部和凹陷部的形状相同，使得从带材的一侧(面)看的凸起部3当从带材的另一侧(面)看时变成凹陷部。 
波纹(板)1由薄的平(坦)金属条用装置A通过简单的弯折和冲压制成，该装置A包括两个对置的模具块亦即下模具块11和上模具块12，所述下模具块11和上模具块12交替地朝向彼此和远离彼此移动。 
每个模具块都具有两个伸向另一个模具块的齿，它们分别用标号13-14和15-16表示，所有齿都具有相同的高度。各齿通过凹形表面联接并布置成相互穿插。 
填料可在其整个表面上具有纹路结构或者仅在表面的某些部分上例如仅在波纹的斜面上具有纹路结构。在该第二种情况下，最初地进行织构化，例如在带材的整个表面上压花，此后，用下部和上部成形模具块将平带材弯折和冲压。在各峰和谷处，该纹路结构减少或甚至消除：例如，在压花的情况下，尖端或凹陷部在波纹的弯折和冲压期间被弄平。其中波峰未被织构化的这种织构化形式允许在各带材之间提供规则的恒定接触。这使得液体分布更规则、更均匀。 
如果在峰部折痕中这种“粗糙度”消除，则在交叉波纹式填料的峰部处液体不会过度受扰：这限制了液滴被填料上方逆流流动的气体分离或夹带的风险。 
在凹陷部分中这种结构化的消除还防止液体在“死”区——也就是在与气体很少有接触的地方过量积聚(毛细管现象)。 
本发明的可能的改进涉及这种织构化在板上的取向和排列。已知液体在板上的自然流动遵循具有最大梯度的线路(在WO-A-0304148中已说明)。如果希望形成在板上流动的液体膜的扰动，则能以如下合适的方式排列或调整所述板的这些局部变形是有益的： 
-在开槽的情况下，线路应垂直于具有最大梯度的线路； 
-在局部变形如凸起部及类似物的情况下，这些局部变形应这样排列，使得存在一与具有最大梯度的线路垂直的排列。 
织构化密度是平带材的总表面的5％-30％。 
对具有高度为3-12mm的波纹来说，压花的凸起部或凹陷部的高度的变化范围为从0.3mm到1.5mm。 
图3示出弯折和冲压设备的模具块11、12的横断面。与现有技术相比，这些模具块没有直边缘，但每个模具块都具有其横断面至少基本上是正弦形的边缘，这些边缘的齿相互穿插。 
如图4中示意性地示出的，事先已被压花的初始带材17通过前进机构平行于这些边缘朝箭头F的方向逐步地前进，而模具块相互间隔开，前进的步伐等于波纹的节距。在每次前进之后，使各模具块朝向彼此推进并使金属变形，该变形不充满模具块之间的整个空间，因为待形成波纹斜面的金属通过凹处49与齿分开。仅波纹的峰部与齿接触。 
因此，峰部的纹路结构被齿弄平。可选地，可安排以这样的方式进行压花，使得金属的待形成峰部的区域未被压花。 
如所已知的，带材17可在被弯折之前在位于装置A的上游的分开的穿孔工位中或是在该装置的位置处被穿孔。 
波纹1因而可在其边缘附近具有一稍微减小的高度，这并不会导致在最终填料模块中形成任何特定的缺点。按照本发明，在冲孔之后，弯折、成形和冲压用一个工具进行。见图5，在这种情况下，用于弯折、成形和冲压的工具在型面侧上有凸起部和凹陷部。 
因此，通过这种类型的模具块快速、经济和可靠地制造波纹。 
图5的变型方案示出其中在弯折的上游实施结构的织构化的情况。 
为此，在弯折和冲压工位A的上游设一工位B用于使金属带材的表面织构化。更具体地，该变型方案可适用于穿孔波纹。在这种情况下，如所示，工位B设在穿孔工位C与弯折和冲压工位A之间，金属退火工位(未示出)可设在工位B和C之间或在工位A和B之间。 
显然，本发明使得可以用压花薄板制造带有不同形式波纹的波纹填料，且这样能改善所形成的交叉波纹式填料的性能。 
图6示出具有用于形成穿孔的针的穿孔工位C、压花工位B及弯折和冲压工位。 
如图6中示意性地示出的，有形成压花波纹的第二种方法。在这种情况下，不具有压花的初始带材17通过一前进机构平行于这些边缘朝箭头F的方向逐步地前进，而模具块11、12相互间隔开，前进的步伐等于波纹的节距。在每次前进之后，使各模具块朝向彼此移动并使金属变形。第一齿包括开口(未示出)，压机的运动迫使金属进入所述开口，以便形成压花的凸起部和凹陷部。模具块的至少一个上齿或下齿必须具有开口，但优选地上下齿都包括开口。第二齿以图4所示方法相同的方式形成而具有凹处49。因此带材的金属并未充满模具块之间的整个空间，这是因为待形成波纹斜面的金属通过凹处49与齿分开。仅是波纹的峰部与齿接触。 
本发明的可能的改进涉及板上这种纹路结构的取向和排列。已知，液体在板上的流动遵循具有最大梯度的线路(在WO-A-0304148中已说明)。如果希望形成在板上流动的液体膜的扰动，则能用如下合适的方式安排或调整所述板的这些局部变形是有益的： 
-在开槽的情况下，线路应垂直于具有最大梯度的线路； 
-在局部变形(例如凸起部)的情况下，这些局部变形应以这样的方式布置，使得存在有一与具有最大梯度的线路垂直的排列。 
图8示出常压蒸馏塔20的一部分，包括放置在塔的筒形外壳22中的蒸馏区段21。蒸馏区段21由交叉波纹式填料形成，该交叉波纹式填料本 身由一垛填料模块23形成。每个模块23由一垛波纹(板)1形成，每个波纹(板)1都位于大体竖直的平面中，由弯折的带材17定尺剪切并且波纹的大体方向在一个波纹和下一个波纹之间倒转，各边缘水平地定位。每个模块23都相对于下一个模块绕塔的竖直轴线X-X转动90°。 

Claims (7)

1.一种由穿孔或未穿孔的薄板材料带材（17）制造结构化波纹式填料（1）的方法，该结构化波纹式填料（1）具有峰和波纹，该波纹的总体表面基本上由沿着该总体表面平行于带材的边缘遵循一导向线绵延一重复的轮廓而产生，该导向线具有相对于带材的边缘倾斜的主取向，并在其长度的至少一部分上可以是直线或者可以不是直线，其中通过两个交替地朝向彼此和远离彼此移动的对 置的模具块（11、12）以连贯的步伐弯折和冲压带材，这些模具块具有带大致正弦形横断面的表面，该表面包括弯曲的有效表面，其特征在于，该弯曲的有效表面通过凹形表面（49）以这种方式联接，使得当所述模具块朝向彼此移动时，所述模具块仅与带材的某些部分接触，在实施弯折和冲压之前对带材（17）的表面进行织构化。 
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效表面是凹形的。 
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述模具块（11、12）中的至少一个包括至少一个有纹路结构的用来赋予带材（17）纹路结构的表面。 
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在实施弯折和冲压之前对带材（17）进行穿孔。 
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述结构化波纹式填料（1）是交叉波纹式填料。 
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述模具块朝向彼此移动时，所述模具块仅与带材的待形成波纹的峰和谷的那部分接触。 
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在表面进行织构化之前对带材（17）进行穿孔——如果该织构化不与弯折和冲压同时进行的话。 
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