CN102528295A - 一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法，首先按照螺旋折流板换热器的设计方案在换热器横截面上建立ξoη直角坐标系，确定扇形折流板各管孔和轮廓的投影位置坐标和尺寸；然后在原材料平板上表面建立xoy直角坐标系，其y轴与η轴重合，x轴与ξ轴的夹角等于扇形折流板的倾斜角，根据映射转换原理，扇形折流板各管孔和轮廓弧形边的切割线轨迹为椭圆或椭圆弧线段，所有y方向的长度尺寸都不变，而所有x方向的长度尺寸都等于ξ方向的长度尺寸除以倾斜角的余弦；由此确定扇形折流板各管孔和轮廓的切割线轨迹并利用激光切割机的倾斜激光光束切割。本发明方案加工扇形折流板尺寸精确，节省材料，缩短生产周期，有利于推广应用。

Description

一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法

技术领域

本发明涉及一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法。

背景技术

螺旋折流板换热器具有高效、低阻、防结垢、防振动破坏等优点，被认为是管壳式换热器最高效最合理的壳侧强化传热方式，但是由于其扇形折流板在换热器内呈倾斜状布置，扇形折流板上的传热管孔和拉杆孔和构成扇形折流板轮廓的一条弧形边的表面与折流板平面的夹角并非是90°直角，因此加工比较复杂。

目前螺旋折流板换热器扇形折流板的传热管孔、拉杆孔和扇形折流板的轮廓弧形边所采用的加工方法是对每一种角度和尺寸规格配备一套带倾斜角β的工装夹具，将一叠扇形折流板倾斜地夹紧固定在夹具中，再在钻床上钻管孔和在立车上加工轮廓弧形边。工装夹具准备时间长，费用高，且该方法加工倾斜的传热管孔和拉杆孔时位置容易发生偏移，造成换热器装配时传热管穿管困难，特别是大倾斜角的折流板更难加工，如果间隙放大则影响换热器效率，阻碍了螺旋折流板换热器的普及应用。

发明内容

本发明提供一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法，本发明采用可倾斜光束的激光切割机来加工螺旋折流板换热器扇形折流板。

本发明采用如下技术方案：

一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法，所述扇形折流板在换热器横截面上投影的形状为准扇形，所述准扇形的轮廓由一段圆弧及两段直线线段构成，所述准扇形以三分之一或四分之一圆为基础，将准扇形的两段直线线段外移并使两段直线线段均位于换热器管排的间隔中，两段直线线段均平行于各自相邻的管排的中心连线，两段直线线段的一端分别与圆弧的起始点和终止点相接，两段直线线段的另一端相接并形成直线线段相交点，所述直线线段相交点位于以圆弧中点和圆弧的曲率中心为端点的直线线段延长线上，具体步骤如下：

步骤1以准扇形的圆弧曲率中心为原点o、以圆弧中点和圆弧的曲率中心构成的直线为η轴，在换热器横截面上建立ξoη直角坐标系，根据螺旋折流板换热器既定的布管设计及结构设计方案，得到ξoη直角坐标系下的各个传热管孔和拉杆孔的圆心坐标和半径、准扇形的圆弧曲率中心及曲率半径和起、终点坐标，以及两条直线线段相交点坐标；

步骤2取一原材料平板，将原材料平板装夹在激光切割机的工作台上，在原材料平板的上平面建立xoy直角坐标系，使xoy直角坐标系的原点o和纵坐标轴y与ξoη直角坐标系的原点o和纵坐标轴η重合，且xoy直角坐标系的横坐标轴与ξoη直角坐标系的横坐标轴夹角等于工作状态的扇形折流板的倾斜角β，夹角指向符合螺旋折流板换热器的螺旋旋向要求，并将激光切割机激光光束与原材料平板上表面法线方向的夹角调整为扇形折流板的倾斜角β，激光光束垂直于ξoη直角坐标系平面；

步骤3将ξoη直角坐标系下的各个传热管孔和拉杆孔的圆心坐标和半径、准扇形的圆弧曲率中心及曲率半径和起、终点坐标，以及直线线段相交点坐标向xoy直角坐标系映射，转化为xoy直角坐标系下的对应尺寸和位置坐标，得到：

各个传热管孔和拉杆孔的圆被转变为椭圆，各个传热管椭圆孔和拉杆椭圆孔的椭圆中心横坐标x值分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的圆心横坐标ξ值除以倾斜角β的余弦，各个传热管椭圆孔和拉杆椭圆孔的椭圆中心纵坐标y值分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的圆心纵坐标η值；各个传热管椭圆孔和拉杆椭圆孔的椭圆半长轴分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的半径除以倾斜角β的余弦且长轴为x轴方向，各个传热管椭圆孔和拉杆椭圆孔的椭圆半短轴分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的半径且短轴为y轴方向；

准扇形的圆弧被转化为一段椭圆弧，对应于准扇形椭圆弧的椭圆中心为原点o、其半长轴等于准扇形圆弧的曲率半径除以倾斜角β的余弦且长轴为x轴方向，其半短轴等于准扇形圆弧的曲率半径且短轴为y轴方向；准扇形椭圆弧的起、终点的横坐标分别等于准扇形圆弧的起、终点的横坐标除以倾斜角β的余弦，准扇形椭圆弧的起、终点的纵坐标分别等于准扇形圆弧的起、终点的纵坐标；xoy直角坐标系下两条直线线段相交点坐标等于ξoη直角坐标系下直线线段相交点坐标；

步骤4根据步骤3得到的xoy直角坐标系下的各个传热管椭圆孔和拉杆椭圆孔的椭圆圆心坐标和半长轴、半短轴，准扇形的椭圆弧的椭圆中心坐标和起、终点坐标，椭圆的半长轴、半短轴，以及两条直线线段相交点坐标，在原材料平板的上表面上形成各个传热管椭圆孔和拉杆椭圆孔、准扇形的椭圆弧及直线线段的切割轨迹，最后，对原材料平板实施切割，得到螺旋折流板换热器的扇形折流板。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①采用本发明方案后可以在大张平板上套裁加工扇形折流板，无需对扇形折流板配套工装夹具，可加快生产周期，而且采用本发明方案加工的扇形折流板管孔和轮廓边的尺寸和定位精确，粗糙度适当，加上辅助去毛刺修整工艺后可以满足折流板的使用要求。

②既适合于批量生产，也适合于单件换热器，同一产品编制的切割程序储存后可反复使用。

③折流板的材料、厚度都适合于激光切割机的应用范围；激光切割的精度较高、速度较快，激光切割的成本目前已经大大降低，成为广泛应用的普通下料手段，本发明集下料和加工于一体的方案还因无需留加工余量而节省材料。

附图说明

图1是本发明实施例的扇形折流板倾斜状态的主视图；

图2是本发明实施例的扇形折流板倾斜状态的投影俯视图；

图3是本发明实施例的扇形折流板切割状态示意图的主视图；

图4是本发明实施例的扇形折流板切割状态示意图的俯视图。

具体实施方式

参见图1至图4，一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法，所述扇形折流板1在换热器横截面上投影的形状为准扇形，所述准扇形的轮廓由一段圆弧及两段直线线段构成，所述准扇形以三分之一或四分之一圆为基础，将准扇形的使两段直线线段外移并使两段直线线段均位于换热器管排的间隔中，两段直线线段均平行于各自相邻的管排的中心连线，两段直线线段的一端分别与圆弧的起始点和终止点相接，两段直线线段的另一端相接并形成直线线段相交点，所述直线线段相交点位于以圆弧中点和圆弧的曲率中心为端点的直线线段延长线上，具体步骤如下：

步骤1以准扇形的圆弧曲率中心为原点o、以圆弧中点和圆弧的曲率中心构成的直线为η轴，在换热器横截面上建立ξoη直角坐标系，根据螺旋折流板换热器既定的布管设计及结构设计方案，得到ξoη直角坐标系下的各个传热管孔和拉杆孔的圆心坐标和半径、准扇形的圆弧曲率中心及曲率半径和起、终点坐标，以及两条直线线段相交点坐标；

步骤2取一原材料平板，将原材料平板装夹在激光切割机的工作台上，在原材料平板的上平面建立xoy直角坐标系，使xoy直角坐标系的原点o和纵坐标轴y与ξoη直角坐标系的原点o和纵坐标轴η重合，且xoy直角坐标系的横坐标轴与ξoη直角坐标系的横坐标轴夹角等于工作状态的扇形折流板1的倾斜角β，夹角指向符合螺旋折流板换热器的螺旋旋向要求，并将激光切割机激光光束2与原材料平板上表面法线方向的夹角调整为扇形折流板的倾斜角β，激光光束2垂直于ξoη直角坐标系平面；

步骤3将ξoη直角坐标系下的各个传热管孔和拉杆孔的圆心坐标和半径、准扇形的圆弧曲率中心及曲率半径和起、终点坐标，以及直线线段相交点坐标向xoy直角坐标系映射，转化为xoy直角坐标系下的对应尺寸和位置坐标，得到：

各个传热管孔和拉杆孔的圆被转变为椭圆，各个传热管椭圆孔1-1-1和拉杆椭圆孔1-1-2的椭圆中心横坐标x值分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的圆心横坐标ξ值除以倾斜角β的余弦，各个传热管椭圆孔1-1-1和拉杆椭圆孔1-1-2的椭圆中心纵坐标y值分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的圆心纵坐标η值；各个传热管椭圆孔1-1-1和拉杆椭圆孔1-1-2的椭圆半长轴分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的半径除以倾斜角β的余弦且长轴为x轴方向，各个传热管椭圆孔1-1-1和拉杆椭圆孔1-1-2的椭圆半短轴分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的半径且短轴为y轴方向；

准扇形的圆弧被转化为一段椭圆弧1-2-1，对应于准扇形椭圆弧1-2-1的椭圆中心为原点o、其半长轴等于准扇形圆弧的曲率半径除以倾斜角β的余弦且长轴为x轴方向，其半短轴等于准扇形圆弧的曲率半径且短轴为y轴方向；准扇形椭圆弧1-2-1的起、终点的横坐标分别等于准扇形圆弧的起、终点的横坐标除以倾斜角β的余弦，准扇形椭圆弧1-2-1的起、终点的纵坐标分别等于准扇形圆弧的起、终点的纵坐标；xoy直角坐标系下两条直线线段1-2-1相交点坐标等于ξoη直角坐标系下直线线段相交点坐标；

步骤4根据步骤3得到的xoy直角坐标系下的各个传热管椭圆孔1-1-1和拉杆椭圆孔1-1-2的椭圆圆心坐标和半长轴、半短轴、准扇形的椭圆弧1-2-1的椭圆中心坐标和起、终点坐标，椭圆的半长轴、半短轴，以及两条直线线段1-2-2相交点坐标，在原材料平板的上表面上形成各个传热管椭圆孔1-1-1和拉杆椭圆孔1-1-2、准扇形的椭圆弧1-2-1及直线线段1-2-2的切割轨迹，最后，对原材料平板实施切割，得到螺旋折流板换热器的扇形折流板1。

Claims (1)

1.一种螺旋折流板换热器扇形折流板的加工方法，其特征在于，所述扇形折流板(1)在换热器横截面上投影的形状为准扇形，所述准扇形的轮廓由一段圆弧及两段直线线段构成，所述准扇形以三分之一或四分之一圆为基础，将准扇形的两段直线线段外移并使两段直线线段均位于换热器管排的间隔中，两段直线线段均平行于各自相邻的管排的中心连线，两段直线线段的一端分别与圆弧的起始点和终止点相接，两段直线线段的另一端相接并形成直线线段相交点，所述直线线段相交点位于以圆弧中点和圆弧的曲率中心为端点的直线线段延长线上，具体步骤如下：

步骤1以准扇形的圆弧曲率中心为原点o、以圆弧中点和圆弧的曲率中心构成的直线为η轴，在换热器横截面上建立ξoη直角坐标系，根据螺旋折流板换热器既定的布管设计及结构设计方案，得到ξoη直角坐标系下的各个传热管孔和拉杆孔的圆心坐标和半径、准扇形的圆弧曲率中心及曲率半径和起、终点坐标，以及两条直线线段相交点坐标；

步骤2取一原材料平板，将原材料平板装夹在激光切割机的工作台上，在原材料平板的上平面建立xoy直角坐标系，使xoy直角坐标系的原点o和纵坐标轴y与ξoη直角坐标系的原点o和纵坐标轴η重合，且xoy直角坐标系的横坐标轴与ξoη直角坐标系的横坐标轴夹角等于工作状态的扇形折流板(1)的倾斜角β，夹角指向符合螺旋折流板换热器的螺旋旋向要求，并将激光切割机激光光束(2)与原材料平板上表面法线方向的夹角调整为扇形折流板的倾斜角β，激光光束(2)垂直于ξoη直角坐标系平面；

步骤3将ξoη直角坐标系下的各个传热管孔和拉杆孔的圆心坐标和半径、准扇形的圆弧曲率中心及曲率半径和起、终点坐标，以及直线线段相交点坐标向xoy直角坐标系映射，转化为xoy直角坐标系下的对应尺寸和位置坐标，得到：

各个传热管孔和拉杆孔的圆被转变为椭圆，各个传热管椭圆孔(1-1-1)和拉杆椭圆孔(1-1-2)的椭圆中心横坐标x值分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的圆心横坐标ξ值除以倾斜角β的余弦，各个传热管椭圆孔(1-1-1)和拉杆椭圆孔(1-1-2)的椭圆中心纵坐标y值分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的圆心纵坐标η值；各个传热管椭圆孔(1-1-1)和拉杆椭圆孔(1-1-2)的椭圆半长轴分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的半径除以倾斜角β的余弦且长轴为x轴方向，各个传热管椭圆孔(1-1-1)和拉杆椭圆孔(1-1-2)的椭圆半短轴分别等于各个传热管孔和拉杆孔圆的半径且短轴为y轴方向；

准扇形的圆弧被转化为一段椭圆弧(1-2-1)，对应于准扇形椭圆弧(1-2-1)的椭圆中心为原点o、其半长轴等于准扇形圆弧的曲率半径除以倾斜角β的余弦且长轴为x轴方向，其半短轴等于准扇形圆弧的曲率半径且短轴为y轴方向；准扇形椭圆弧(1-2-1)的起、终点的横坐标分别等于准扇形圆弧的起、终点的横坐标除以倾斜角β的余弦，准扇形椭圆弧(1-2-1)的起、终点的纵坐标分别等于准扇形圆弧的起、终点的纵坐标；xoy直角坐标系下两条直线线段(1-2-1)相交点坐标等于ξoη直角坐标系下直线线段相交点坐标；

步骤4根据步骤3得到的xoy直角坐标系下的各个传热管椭圆孔(1-1-1)和拉杆椭圆孔(1-1-2)的椭圆圆心坐标和半长轴、半短轴，准扇形的椭圆弧(1-2-1)的椭圆中心坐标和起、终点坐标，椭圆的半长轴、半短轴，以及两条直线线段(1-2-2)相交点坐标，在原材料平板的上表面上形成各个传热管椭圆孔(1-1-1)和拉杆椭圆孔(1-1-2)、准扇形的椭圆弧(1-2-1)及直线线段(1-2-2)的切割轨迹，最后，对原材料平板实施切割，得到螺旋折流板换热器的扇形折流板(1)。

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