CN103575149A - 一种板管式波纹板束 - Google Patents

Abstract

一种板管式波纹板束，包括波纹板片，两张波纹板片对扣形成板管，两两板管对扣并在其间焊接镶条构成板叠，在板叠的上下端面固接上、下压紧板构成板束，所述波纹板片上设有传热区和导流区，导流区置于传热区的两侧；传热区波纹流线为人字形，导流区波纹流线为直角折线，其波纹截面形状为半圆形或半椭圆形。本发明将传热区的波纹流线设计为人字形，将导流区的波纹流线设计为直角折线。目的是利用波纹板片的上述结构使流体产生扰动，使其流动状态变为紊流，通过流体流动方式的改变，以提高板束的换热效率。为了提高其承压能力，将波纹板片截面形状设计为半圆形或椭圆形。通过上述技术手段的实施，使本发明同时兼具了板式和管壳式热交换器的优点。

Description

一种板管式波纹板束

技术领域

本发明属于机械设计与制造技术领域，涉及一种波纹板束的制作方法，特别是涉及一种板管式波纹板束的制作方法。该发明可应用于石油石化、核电热电等行业的热交换器上。

背景技术

热交换器是石油、石化炼制加工过程所不可缺少的设备之一，其主要功能是进行热量交换，它具有节能减排的突出优点。目前普遍使用的热交换器主要有板式热交换器和管壳式热交换器两种，管壳式热交换器的特点是承压能力强，板式热交换器的特点是换热效率高。两种热交换器的设计均为基于压差进行。为便于制造，管壳式热交换器的换热管壁厚一般不小于2.0mm，相对管径较小的换热管，管壳式热交换器的承压能力较高。而板式热交换器的板片较薄一般小于1.0mm，板片之间一般不采取固定连结的方式，相邻板片自由接触，内腔空间较大，因而承压能力较低。同样出于制造便利之考虑，管壳式热交换器的换热管一般为直管，流体在换热管中的流动以层流为主，由于缺乏外界因素的干扰，层与层之间不发生物质的交换，因而流体的换热面积不存在增大的现象，加之较厚的管壁，因而换热效率较差。而板式热交换器由于波纹板片上沟槽纵横、此起彼伏，流体受波纹板片的影响以紊流流动的方式为主，加之波纹板片较薄、接触面积大，因而换热效率较高。可见，对传统热交换器而言，其承压能力和换热效率是一对矛盾体，只能在二者之间取舍，无法同时兼具二者的优点。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种板管式波纹板束，在具有良好换热性能的前提条件下，兼具较高的承压能力，同时可适用于高粘性、易结晶、易堵塞介质的换热。

本发明所采用的技术方案：一种板管式波纹板束，包括波纹板片，两张波纹板片对扣形成板管，两两板管对扣并在其间焊接镶条构成板叠，在板叠的上下端面固接上、下压紧板构成板束，所述波纹板片上设有传热区和导流区，导流区置于传热区的两侧；传热区波纹流线为人字形，导流区波纹流线为直角折线，其波纹截面形状为半圆形或半椭圆形。

本发明将传热区的波纹流线设计为人字形，将导流区的波纹流线设计为直角折线。目的是利用波纹板片的上述结构使流体产生扰动，使其流动状态变为紊流，通过流体流动方式的改变，以提高板束的换热效率。为了提高其承压能力，将波纹板片截面形状设计为半圆形或椭圆形。通过上述技术手段的实施，使本发明同时兼具了上述两种热交换器的优点。

附图说明

图1为本发明板管式热交换器波纹板束总装图；

图2为本发明板管式热交换器波纹板束局部示意图；

图3为本发明的板管式热交换器波纹板束流程示意图；

图4为本发明的波纹板片；

图5为本发明波纹板片功能划分区示意图；

图6为本发明板束制造过程所涉及的旋转对成轴示意图；

图7为本发明制造的波纹板片局部结构示意图；

图8为本发明制造的波纹板管局部结构示意图；

图9为本发明制造的波纹板叠局部结构示意图。

附图编号

序号   名称        序号 名称

1001   传热区      1    上压紧板

1002   导流区      2    下压紧板

1003   导流区      3    侧出口

1004   导流区      4    侧出口

1005   导流区      5    主出口

201    X对称轴     6    镶条

202    Y对称轴     7    波纹板片

10001  甲流体入口  302  横向左导管

10002  甲流体出口  303  纵向导管

20001  乙流体入口  304  波谷

20002  乙流体出口  305  波峰

301    横向右导管  306  弯管

具体实施方式

一种板管式波纹板束主要部件由波纹板片7、上下压紧板1、2、镶条6等构成。其上设有甲、乙流体的出入口。波纹板片由薄金属板轧制而成，波纹板片分为传热区和导流区，导流区波纹流线为直角折线或人字形，为了使流体产生扰动传热区波纹流线设计为人字形，为了提高承压能力将波纹截面形状设计为半圆形。板管由两张波纹板片对扣焊接而成，波纹板片之间的间隙即为乙流体的流通通道，其波纹截面形状为圆形的管状通道。两个板管对扣，在其间焊接镶条，新形成的间隙即为甲流体的流通通道，重复以上步骤，构成板叠。在板叠的上下面焊接压紧板，即可形成的本发明所述的板束。

如图3所示，一种板管式波纹板束设有甲流体入口10001、甲流体出口10002、乙流体入口20001、乙流体出口20002。

其中波纹板片7为本发明的核心元器件，如图4所示，根据其所发挥功能的不同，波纹板片7可划分为传热区1001和导流区，导流区置于传热区1001的两侧并分为上、下导流区，具体由上右导流区1002、下右导流区1003、上左导流区1004及下左导流区1005，其中上左导流区1004和上右导流区1002对称布置，下左导流区1005和导下右流区1003对称布置。

波纹板片7由薄金属板轧制而成，波纹截面形状为半圆形。导流区波纹流线为直角折线或人字形；当导流区波纹折线为人字形时，其和传热区的人字形波纹折线方向相互垂直；下导流区之直角折线或人字形由横向左导管302和纵向导管303以及弯管306构成，上导流区之直角折线由横向右导管301和纵向导管303以及弯管306构成。

为便于制造安装，本发明设置如图6所示的对称轴，横轴为X对称轴201，纵轴为Y对称轴202。

沿X对称轴201方向，各导流区之导管等间距分布，下导流区之横向左导管302的波峰305与上导流区之横向右导管301的波谷304相对齐。同理该部位的波谷304与彼部位的波峰305相对齐。沿Y对称轴202方向，上下导流区之纵向导管303等间距布置。

同样为了描述方便，本发明将相邻两个波峰间的距离设定为一个波程，沿Y对称轴202方向，上下导流区宽度相差半个波程。

传热区波纹流线为人字形，人字形形状的设置是为了诱导流体发生扰动，以增强其传热能力。

冲压成型的两张波纹板片7叠放在一起，将上面的一张波纹板片7沿Y对称轴202旋转180°后，对扣焊接在一起，形成如图8所示的板管。两张波纹板片7之间的空隙（即截面为圆的折线孔，在板管侧面形成侧出口3、4）为乙流体流通的通道，呈独立的圆管状。为了适应更高压力工况的需要，两张波纹板片7通过焊接的形式将相对的两个表面结合在一起。组装成型的两个板管叠放在一起，将上面的一个板管沿X对称轴201旋转180°后，对扣在一起，两个板管的之间，在长边所在位置焊接镶条6，短边上形成的开口为主出口5，形成甲流体的出入口。重复以上步骤，形成如图9所示的板叠。两个板管之间的空隙为甲流体流通的通道，介质流动过程中流通截面积不发生变化，由于有以上步骤波峰、波谷及波程的考虑，即使甲流体为高粘性、易结晶或易堵塞介质，也能保证其无障碍流动，而且实现了甲流体的扰动流动。最后在板叠的上下表面焊接压紧板即可形成如图1所示的板束。

以下具体说明本发明构思下产生的三种产品。

实施例1

一种板管式波纹板束如图1～9所示，由波纹板片7、上压紧板1、下压紧板2、镶条6等构成。

如图3所示本发明一种板管式波纹板束设有甲流体入口10001、甲流体出口10002、乙流体入口20001、乙流体出口20002。

其中波纹板片7为本发明板束的核心元器件，如图4所示，根据其所发挥功能的不同，波纹板片7可划分为传热区1001、导流区1002、导流区1003、导流区1004及导流区1005，其中导流区1004和导流区1002呈左右对称布置，导流区1005和导流区1003呈左右对称布置。以下为便于描述将导流区1005、导流区1003统称为下导流区，将导流区1004、导流区1002统称为上导流区。

波纹板片7由薄金属板轧制而成，波纹截面形状为半圆形。导流区波纹流线为直角折线或人字形；当导流区波纹折线为人字形时，其和传热区的人字形波纹折线方向相互垂直；下导流区之直角折线或人字形由横向左导管302和纵向导管303以及弯管306构成，上导流区之直角折线或人字形由横向右导管301和纵向导管303以及弯管306构成。

为便于制造安装，本发明设置如图6所示的对称轴，横轴为X对称轴201，纵轴为Y对称轴202。

沿X对称轴201方向，各导流区之导管等间距分布，下导流区之横向左导管302的波峰305与上导流区之横向右导管301的波谷304相对齐。同理该部位的波谷304与彼部位的波峰305相对齐。沿Y对称轴202方向，上下导流区之纵向导管303等间距布置。

同样为了描述方便，本发明将相邻两个波峰间的距离设定为一个波程，沿Y对称轴202方向，上下导流区宽度相差半个波程。

传热区波纹流线为人字形，人字形形状的设置是为了诱导流体发生扰动，以增强其传热能力。

冲压成型的两张波纹板片7叠放在一起，将上面的一张波纹板片7沿Y对称轴202旋转180°后，对扣焊接在一起，形成如图8所示的板管。两张波纹板片7之间的空隙（即截面为圆的折线孔，在板管侧面形成侧出口3、4）为乙流体流通的通道，呈独立的圆管状。为了适应更高压力工况的需要，两张波纹板片7可通过焊接的形式将相对的两个表面结合在一起。组装成型的两个的板管叠放在一起，将上面的一个板管沿X对称轴201旋转180°后，对扣在一起，两个板管的之间，在长边所在位置焊接镶条6，短边上形成的开口为主出口5，重复以上步骤，形成如图9所示的板叠。两个板管之间的空隙为甲流体流通的通道，流通截面呈无触点的“矩形”或“正玄曲线”形，介质流动过程中流通截面积不发生变化，由于有以上步骤波峰、波谷及波程的考虑，即使甲流体为高粘性、易结晶或易堵塞介质，也能保证其无障碍流动，而且实现了甲流体的扰动流动。最后在板叠的上下表面焊接压紧板即可形成如图1所示的板束。

该实施例中乙流体在管状通道内扰动流动，乙流体为双侧进出板束单向流动，甲流体在板管外扰动流动，甲流体在板束内直进直出。甲乙流体的热量主要通过相邻的板片进行交换，由于纯逆流扰动流动因而提高了换热效率。

实施例2

波纹板片仅包含上导流区或下导流区和传热区1001，即乙流体的流通方式为单侧单向流的形式。制造板叠时，板管无需绕X对称轴201反转，但是需调整相邻板管X对称轴201方向的距离，使其相应横向左导管302间的距离相差半个波程。余同实施例1。

实施例3

波纹板片仅包含上左导流区1002、传热区1001以及下右导流区1005，或包含上右导流区1004、传热区1001以及下左导流区1003，使乙流体成双侧单向流的形式。当然该实施例的的波纹板片，其传热区的宽度与导流区的宽度应相等。且波纹板片形成的板管无法用同种板片对扣而成，需开发两幅模具。余同实施例2。

上述实施例的有益效果：由于波纹板片较薄，且两种介质均为纯逆流扰动流动，因而换热充分，故传热性能好。由于乙流体的流道截面为圆形，同时构成板管的两个波纹板片的触点为面面接触，因而承压能力高。板片、镶条、压紧板均为同种金属制造，易于焊接且焊缝质量可靠，同时由于板片为薄金属件制造，因而重量轻，结构紧凑，节省原材料，生产成本低，经济效益显著。

Claims (5)

1.一种板管式波纹板束，包括波纹板片，两张波纹板片对扣形成板管，两两板管对扣并在其间焊接镶条构成板叠，在板叠的上下端面固接上、下压紧板构成板束，其特征在于：所述波纹板片上设有传热区和导流区，导流区置于传热区的两侧；传热区波纹流线为人字形，导流区波纹流线为直角折线，其波纹截面形状为半圆形或半椭圆形。

2.根据权利要求1所述的一种板管式波纹板束，其特征在于：由两张所述的波纹板片对扣构成板管，该波纹板片之间的间隙为乙流体的流通通道，其波纹截面形状为圆形或椭圆形的管状通道。

3.根据权利要求1所述的一种板管式波纹板束，其特征为：在板管式波纹板束的端部各设一个开口，该开口为甲流体的出、入口；在板管式波纹板束的两个侧面、靠近板束端部位置均设开口，该开口分别为乙流体的出、入口。

4.根据权利要求1所述的一种板管式波纹板束，其特征为：在板管式波纹板束的端部各设一个开口，该开口为甲流体的出、入口；在板管式波纹板束的一个侧面、靠近板束两端设开口，该开口分别为乙流体的出、入口。

5.根据权利要求1所述的一种板管式波纹板束，其特征为：在板管式波纹板束的端部各设一个开口，该开口为甲流体的出、入口；在板管式波纹板束的两个侧面、靠近板束端部且呈对角的板束端部位置处设开口，该开口分别为乙流体的出、入口。

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