CN102562308A - 一种小型高效回热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型高效回热器，包括：接头、内壁和换热芯体组件，其中，所述换热芯体组件由多个散热片单元冲制成型和集约组焊而成。本发明采取了上述技术方案以后，具有加工容易的技术优点，并且，该方案在实践之中具有较好的应用效果。此外，本发明还公开了一种小型高效回热器的制造方法。

Description

一种小型高效回热器及其制造方法

技术领域

本发明属于机械工程燃气轮机回热器制造技术，涉及不锈钢箔带散热片冲压、成型焊接技术。尤其涉及一种微电站用原表面式回热器制造方法。

背景技术

回热器是一种气-气型换热器，能够实现回热循环，通常安装在燃气轮机(以下简称燃机)上，将来自压气机的空气加热，然后进入燃烧室，这样，吸收的预热就能代替部分燃料，达到提高燃机热效率，节省燃料消耗，改善经济性的目的。

回热器可分为表面式和再生式两类，表面式回热器又可分为管式、板式、板翅式和原表面式(新型板式)几种不同结构，可以用在小型燃机的有回转再生式回热器、板翅式和原表面式三种结构。

小型燃机是指功率为2000kw以下的燃机，按照燃机特点，又可分为200kw以下，200-500Kw，500kw以上三个档，本发明讨论的原表面式(新型板式)高效回热器是安装在30kw微型燃气轮机发电站用的回热器(简称微电站回热器)。

原表面式回热器是80年代发展起来的一种新型的具有空间传热曲面的紧凑高效回热器，与板翅式回热器相比，主要区别在于它通过一次传热表面进行传热，结构上好似没有隔板，紧靠翅片积垒而成的板翅式的回热器。这种回热器具有高效传热表面，单位体积的传热面积更大，约达3000m2/m3，重量轻，体积小，维修便利，回热度高，可达90％以上，工作压力0.6Mpa，工作温度620℃。其缺点是由于高回热度要求流道水里直径小，要求母材很薄，小于0.1mm，生产难度大，价格贵，板型母线呈空间曲线，冲制难度也大，压损大，更易堵塞，同时流道进出口接口段设计加工较困难，国内尚未查到生产此类回热器的厂家。

回热器的作用主要是从能源有效利用和经济性的角度来评价，它能把燃机排放的高温气体(500～650℃)一部分热量，回收给经过压气机压缩的空气而进入燃烧室，从而节约能源，减少污染。最主要是能够提高燃机的热效率，减少燃料消耗。

但是，现有的回热器的流道形状和散热片的材料、厚度各种各样，而其效果也是各有不同。

发明内容

本发明针对现有技术的确缺点，提供了一种小型高效回热器，所述回热器具有加工容易的优点。此外，本发明还公开了一种小型高效回热器的制造方法。

根据本发明的第一目的，本发明提供了一种小型高效回热器，其具体技术方案如下：

一种小型高效回热器，包括：接头、内壁和换热芯体组件，所述换热芯体组件由多个散热片单元冲制成型和集约组焊而成。

进一步地，优选的结构是，所述散热片单元由封条组件、CW型波纹板和导流片分别组焊而成，其中，所述CW型波纹板包括凹版和凸版，且所述CW型波纹板厚度为0.1mm。

进一步地，优选的结构是，所述散热单元设有168个散热单元，其中，所述凹形和凸型CW型波纹板分别设有168片，其中，所述封条组件中的内封条组件、内封条、上封条边条、下封条边条各设有168件，此外，所述导流片设有672件。

此外，本发明还提供了一种小型高效回热器的制造方法，包括：

A、压制CW型波纹板；

B、裁边，将CW型波纹板四周剪裁整齐；

C、将裁整齐的CW型波纹板四周压平；

D、配套，将回热器所要组焊的零件配全；

E、定位焊；F、微束氩弧焊；G、压平，包括：用平板夹住，将焊好的组件压平；H、压型，用模具将零件压成设计所需形状；

I、单元打压，并对散热单元打压，其中，对散热单元补焊不超过两次；

J、组焊，采用微束氩弧焊将所有的散热片单元组焊为一体；

K、组件打压，将焊接成型的回热器放在夹具打压，其中压力：1MPa，保压20分钟。

其中，所述CW型波纹板由厚度为0.1mm的不锈钢箔0Cr18Ni11Nb，通过模具冲压而成。

此外，在步骤A中，对所述不锈钢箔的油压机的吨位选取200吨。

进一步地，所述步骤E中，包括：

点焊下封条垫条，用酒精清洗并吹干垫条，将垫条与波纹板下封条边对齐，并夹紧，用储能点焊机定位6点；

点焊下封条边条，两件，下封条中条一件及内封条组合件一件；条组合件一件；对其并夹紧，用储能电焊机定位。

进一步地，所述步骤F中，采取微束氩弧焊、预留余量法复合焊接工艺，具体包括：

用焊机匀速焊接，其中，基值电流：50A，气体延时：10S，脉冲关闭，焊接时不加焊丝。

本发明采取了上述技术方案以后，具有加工容易的技术优点，并且，该方案在实践之中具有较好的应用效果。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。

图1是本发明的一种小型高效回热器的结构示意图；

图2是本发明之中的CW型波纹板的冲压模具的示意图；

图3是本发明之中的微束氩弧焊的方法示意图；

图4是本发明之中的微束氩弧焊的方法示意图；

具体实施方式

其中，图1是本发明的一种小型高效回热器的结构示意图；如图所示，所述小型高效回热器，包括：接头、内壁和换热芯体组件，所述换热芯体组件由多个散热片单元冲制成型和集约组焊而成。

其中，所述散热片单元由封条组件、CW型波纹板和导流片分别组焊而成，其中，所述CW型波纹板包括凹版和凸版，且所述CW型波纹板厚度为0.1mm。

并且，所述散热单元设有168个散热单元，其中，所述凹形和凸型CW型波纹板分别设有168片，其中，所述封条组件中的内封条组件、内封条、上封条边条、下封条边条各设有168件，此外，所述导流片设有672件。

进一步地，根据本发明，本发明所采取的CW型波纹板是一种新型的具有空间传热曲面的紧凑高效散热片，其它是通过CW型波纹板表面进行传热，结构上没有隔板，仅靠波纹板与封条组成回热器，具有高效传热表面，单位体积的传热面积最大，重量轻、体积小、散热度高。

但是，现有技术中，由于其本身的特殊结构要求，回热度要求流道直径小，要求母材薄，生产难度大，价格贵，CW型波纹板为0.1mm，母线呈空间曲线，因深度比例大无法用滚压方法实现，因结构特点为曲线拉伸，也无法用模压实现。

根据申请人的经过大量的论证与试验，最终确定采用冲压折叠方式实现，其中，由于板型母线呈空间曲线，冲制难度大，更易拉裂，压损大，同时冲压模具设计复杂，维修困难，模具寿命短。这种CW型波纹板国外生产厂家极少，国内尚在进行探索。

其中，申请人经过多次试验，设计出图2所示的冲压模板，包括：动阳模21、定阳模23和上冲头22，下冲头24和阴模25，其中，在设计模具时要考虑：模具设计结构、模具材料、寿命、维修、模具本身的可加工性、经济性。

例如，在模具材料的选择上，由于用一般模具料Crl2、CrWMn可以满足硬度要求，但韧度差，工作时容易炸裂或折损，模具使用寿命短。

因此，发明人经过试验后选定用65Mn。并进行硬度试验确定HRC43-45，此材料在冲压过程中不易炸裂、折损、变形，可以达到硬度、韧度的要求。

此外，针对模具机械加工工艺上，由于阳模与冲头热处理后才可机械加工(先机械加工再热处理会发生变形)。因硬度高、精度高加工中心、雕刻加工方法无法满足技术要求。因此，必须进行分体机械加工，由钼线切割进行分体加工，冲头厚度仅为0.8mm厚。紧固件不能进行组装。如进行焊接易产生变形，冲头损坏后不能进行维修，只能报废阳模与冲头。

在实施例中，用环氧树脂将阳模与冲头进行高压夹具粘接，粘接强度经过试验可以满足工作要求。在维修时经过高温可以拆卸，维修方便，经济性好。

此外，阴模热处理后才可机械加工。因硬度高、精度高，冲头厚度仅为0.4mm厚。加工中心、雕刻加工方法无法满足技术要求，无法进行整体加工。

并且，阳模拆分为阳模体与下冲头，加工完成后进行组装。用顶板、低熔点合金进行浇注固定、软模压间隙定位、切割、喷砂倒角。

本发明，采用以上工艺解决了加工过程中的难点，模具通过使用鉴定了冲压模具设计的合理性，模具下冲头寿命可达到15000次左右，上冲头可达到50000次左右。模具维修方便、经济，符合项目要求。

此外，回热器由组焊好的168个单元组件，在内筒外壁按渐开线方式排列，随之进行组合焊接，共2022个零件组焊在一起。

目前，国内、外在焊接回热器过程中均遇到难题，由于散热片太薄(仅0.1mm)，焊缝多达1011条，包括先进的电子束焊、激光焊、真空钎焊、氩弧焊、超声波焊、储能缝焊都不能完成这种结构下焊缝，没有好的解决方法。

本发明方案中主要采用微束氩弧焊、预留余量法复合焊接工艺。其中，图3和图4是本发明之中的微束氩弧焊的方法示意图。其中，图3之中，包括：波纹板31、夹紧手柄32、定位支架33、夹紧块34和下封条垫条35。

经过研究试验，终于完成了回热器的焊接，并经过燃机装机考核，完全达到设计要求性能，这项技术填补了国内空白。

以下针对本发明的一个实施例的具体步骤进行说明，其中，所述步骤具体包括：

步骤1，压制CW型波纹板：选取厚度为0.1mm的不锈钢箔0Cr18Ni11Nb，用模具冲压成型为CW型波纹板，油压机吨位：200吨。行程不限。

步骤2，裁边，将CW型波纹板四周剪裁整齐。

步骤3，压型如图所示，将裁整齐的CW型波纹板四周按要求压平。

步骤4，配套，将回热器所要组焊的零件配全。

步骤5，定位焊。

其中，定位焊内容：点焊下封条垫条。用酒精清洗并吹干垫条。将垫条与波纹板下封条边对齐，并夹紧，用储能点焊机定位6点。

在步骤5，其中，焊接内容：波纹板与下边条，垫条氩弧焊。

具体包括：点焊下封条边条，两件，下封条中条一件及内封条组合件一件。条组合件一件。对其并夹紧，用储能电焊机定位。

步骤6，微束氩弧焊，焊机：TIG180，匀速焊接，基值电流：50A，气体延时：10S，脉冲关闭，焊接时不加焊丝。

步骤7，压平，用平板夹住，50吨压力机，将焊好的组件压平。

步骤8，压型，用专用模具将零件压成设计所需形状。50吨压力机。

步骤9，单元打压，并对散热单元打压试验，压力：1MPa，保压20分钟。允许补焊两次。

步骤9，组焊，将168个散热片单元组焊为一体。采用微束氩弧焊。

步骤10，组件打压，将焊接成型的回热器放在专用夹具打压，压力：1MPa，保压20分钟。不允许通道串压，外部泄露。分流均匀，流道通畅，外观整洁。

本发明采取了上述技术方案以后，具有加工容易的技术优点，并且，该方案在实践之中具有较好的应用效果。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种小型高效回热器，包括：接头、内壁和换热芯体组件，其特征在于，所述换热芯体组件由多个散热片单元冲制成型和集约组焊而成。

2.根据权利要求1所述的小型高效回热器，其特征在于，所述散热片单元由封条组件、CW型波纹板和导流片分别组焊而成，其中，所述CW型波纹板包括凹版和凸版，且所述CW型波纹板厚度为0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的小型高效回热器，其特征在于，所述散热单元设有168个散热单元，其中，所述凹形和凸型CW型波纹板分别设有168片，其中，所述封条组件中的内封条组件、内封条、上封条边条、下封条边条各设有168件，此外，所述导流片设有672件。

4.一种小型高效回热器的制造方法，其特征在于，包括：

A、压制CW型波纹板；

B、裁边，将CW型波纹板四周剪裁整齐；

C、将裁整齐的CW型波纹板四周压平；

D、配套，将回热器所要组焊的零件配全；

E、定位焊；F、微束氩弧焊；G、压平，包括：用平板夹住，将焊好的组件压平；H、压型，用模具将零件压成设计所需形状；

I、单元打压，并对散热单元打压，其中，对散热单元补焊不超过两次；

J、组焊，采用微束氩弧焊将所有的散热片单元组焊为一体；

K、组件打压，将焊接成型的回热器放在夹具打压，其中压力：1MPa，保压20分钟。

5.根据权利要求4所述的小型高效回热器的制造方法，其特征在于，所述CW型波纹板由厚度为0.1mm的不锈钢箔0Cr18Ni11Nb，通过模具冲压而成。

6.根据权利要求5所述的小型高效回热器的制造方法，其特征在于，在步骤A中，对所述不锈钢箔的油压机的吨位选取200吨。

7.根据权利要求4所述的小型高效回热器的制造方法，其特征在于，所述步骤E中，包括：

点焊下封条垫条，用酒精清洗并吹干垫条，将垫条与波纹板下封条边对齐，并夹紧，用储能点焊机定位6点；

点焊下封条边条，两件，下封条中条一件及内封条组合件一件；条组合件一件；对其并夹紧，用储能电焊机定位。

8.根据权利要求1所述的小型高效回热器的制造方法，其特征在于，所述步骤F中，采取微束氩弧焊、预留余量法复合焊接工艺，具体包括：

用焊机匀速焊接，其中，基值电流：50A，气体延时：10S，脉冲关闭，焊接时不加焊丝。

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