CN104864759A - 一种板翅式换热元件及其焊接装置 - Google Patents

一种板翅式换热元件及其焊接装置 Download PDF

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祁晓晖
梁志远
裴渐强
陈国熹
王云刚
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Abstract

本发明一种板翅式换热元件及其焊接装置，该板翅式换热元件由基管以及焊接在基管上的若干层板翅组成，每一层板翅均由12块两种或同种高度规格的板翅相互间隔30°布置，使该换热元件横截面边沿轮廓为正六边形或正十二边形；该板翅式换热元件焊接装置主要由焊接手、步进旋转电机以及翅片伺服机构组成；该板翅式换热元件不仅可以实现烟气的纵向冲刷，而且结构简单，大大简化了焊接加工过程，焊接效率显著提高，同时，板翅式扩展受热面极大地强化了换热效果；专门用于加工该板翅式换热元件的焊接装置，其结构简单，成本低廉，运行可靠，实现该种板翅式换热元件的高效率焊接。

Description

一种板翅式换热元件及其焊接装置
技术领域
本发明涉及一种换热元件及其焊接装置，具体涉及一种板翅式换热元件及其焊接装置。
背景技术
强化传热主要有三种方法：增大平均温差以强化传热、增加单位体积内传热面积以强化传热和提高对流换热系数以强化传热。其中增大平均温差的方法主要通过改变冷热介质温度的方式实现，但这种方法通常由于生产要求及经济性的限制而不易实现，所以增加单位体积内传热面积与提高对流换热系数为强化传热的主要研究方向。
目前，为了增加单位体积内传热面积与提高对流换热系数，提出了众多具有强化传热功效的换热元件，如针翅管、螺旋翅片管、H型翅片管等，上述管型不但均通过扩展受热面增加了单位体积内的传热面积，而且通过强化烟气扰动提高了对流换热系数。但其中，螺旋翅片管和H型翅片管均只能应用于烟气的横向冲刷，只有针翅管既适合横向冲刷，又适合烟气纵向冲刷。因此，针翅管被广泛应用于锅炉中被烟气横向冲刷和纵向冲刷的换热场合。但是，针翅管由于其特殊的结构，即基管外有许多长、短圆杆状针翅，等间距地沿周向和纵向交错或顺序排列，且呈倾斜角或垂直地焊于基管上，导致其实际焊接加工过程极其复杂，焊接速度低，焊接效率较为低下。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种板翅式换热元件及其焊接装置，该板翅式换热元件允许烟气纵向冲刷，通过将板翅沿径向焊接在基管表面形成扩展受热面，从而有效增加单位体积内传热面积，并且通过板翅对烟气造成强烈扰动，有效增大冲刷烟气的湍动度，从而提高对流换热系数；另一方面，不同于针翅的板翅结构大大简化了实际焊接加工过程，同时结合专门用于焊接该板翅式换热元件的新型焊接装置，使得该板翅式换热元件的焊接效率大大提高。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种板翅式换热元件，包括基管4以及焊接在基管4上的若干层板翅3；所述板翅3的翅平面通过所述基管4的轴线沿径向分布；每一层的板翅3均由十二块两种高度规格的翅片相互间隔均匀布置，使得该换热元件横截面轮廓为正六边形，或每一层的板翅3均由十二块同种高度规格的翅片沿基管4周向均匀分布，使得该换热元件横截面轮廓为正十二边形，多个换热元件置于烟管之中形成基管为水管的内翅强化管组。
不同层的板翅3的排列方式为顺列布置或错列布置。
所述板翅3表面为光面或带有沿基管4轴向的纵向沟槽、肋状突起或柱状凸起的不规则表面。
所述板翅3的高度在25mm～45mm之间变化以适应不同的温度水平，长度在40mm～100mm之间变化以适应不同的尺寸和焊接效率要求，壁厚在2mm～10mm之间变化以适应不同的基管和板翅接触面积要求。
所述板翅3与基管4接触焊接的面加工出若干锯齿状边沿8，以增大焊接时的接触电阻。
上述所述板翅式换热元件的焊接装置，包括夹持在所述基管4一端带动基管4按一定角度旋转以及沿导轨9进行前、后运动动作的步进旋转电机5，焊接基管4上左边的板翅的左翅片焊接手1和左翅片伺服机构2，焊接与左边的板翅相对的右边的板翅的右翅片焊接手6和右翅片伺服机构7，所述左翅片伺服机构2和右翅片伺服机构7分别通过左翅片焊接手1和右翅片焊接手6施加焊接需要的压力。
所述左翅片焊接手1和右翅片焊接手6因通电发热及焊接热传递需要进行水冷却，以保持焊接的连续工作状态。
焊接板翅3时，基管4为水平式放置。
本发明和现有技术相比较，有益效果在于：
1)该板翅式换热元件的加工速率较针翅管有了大幅度的提升。相比于针翅管的缓慢的点面焊接加工过程，板翅式快速的线面焊接结构简单，大大简化了焊接加工过程。焊接同样长度的管材，板翅式的线性焊接次数远远低于针翅式的逐点焊接次数，使得焊接时间大大缩短，极大提高了焊接生产效率和劳动生产率。
2)该板翅式换热元件具有优越的传热性能。板翅的扩展受热面大大增加了换热面积，而且有效破坏了冲刷光管表面流体的边界层，增加流体的湍流度，极大提高了板翅侧的换热系数，强化了换热效果。
3)该板翅式换热元件可以实现烟气在基管外板翅的纵向冲刷。
4)该板翅式换热元件的焊接装置结构简单，成本低廉，运行可靠，焊接效率较高。
附图说明
附图1是本发明一种板翅式换热元件的一种优选实施例的结构简图。
附图2是本发明一种板翅式换热元件的一种优选实施例的剖面图(边沿轮廓为正六边形)。
附图3是本发明一种板翅式换热元件的一种优选实施例的剖面图(边沿轮廓为正十二边形)。
附图4是本发明一种板翅式换热元件焊接装置的一种优选实施例的结构简图。
图中，1.左翅片焊接手，2.左翅片伺服机构，3.板翅，4.基管，5.步进旋转电机，6.右翅片焊接手，7.右翅片伺服机构，8.板翅锯齿状边沿，9.导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种板翅式换热元件，包括基管4以及焊接在基管4上的若干层板翅3；所述板翅3的翅平面通过所述基管4的轴线沿径向分布。如附图2所示，每一层的板翅3均由十二块两种高度规格的翅片相互间隔均匀布置，使得该换热元件横截面轮廓为正六边形，多种换热元件组合在一起形成水管管束；或如图3所示，每一层的板翅3均由十二块同种高度规格的翅片沿基管4周向均匀分布，使得该换热元件横截面轮廓为正十二边形，可以置于烟管之中形成基管为水管的内翅强化管组。
不同层的板翅3的排列方式可以为顺列布置，也可以为错列布置。
所述板翅3表面可以是光面或带有沿基管轴向的纵向沟槽、肋状突起或柱状凸起的不规则表面，不规则表面以获得表面传热强化。
所述板翅3相邻板翅之间的板翅平面夹角为30度。
所述板翅3的高度在25mm～45mm之间变化以适应不同的温度水平，长度在40mm～100mm之间变化以适应不同的尺寸和焊接效率要求，壁厚在2mm～10mm之间变化以适应不同的基管和板翅接触面积要求。
所述板翅3与基管4接触焊接的面加工出若干锯齿状边沿8，以增大焊接时的接触电阻。
如图4所示，一种板翅式换热元件焊接装置，包括夹持在所述基管4一端带动基管4按一定角度旋转以及沿导轨9进行前、后运动动作的步进旋转电机5，焊接基管4上左边的板翅的左翅片焊接手1和左翅片伺服机构2，焊接与左边的板翅相对的右边的板翅的右翅片焊接手6和右翅片伺服机构7，所述左翅片伺服机构2和右翅片伺服机构7分别通过左翅片焊接手1和右翅片焊接手6施加焊接需要的压力。
焊接板翅3时，基管4为水平式放置。
所述左翅片焊接手1和右翅片焊接手6因通电发热及焊接热传递需要进行水冷却，以保持焊接的连续工作状态。
本发明一种板翅式换热元件焊接装置工作过程如下：
步进旋转电机5旋转头夹持所述基管4的一端，将基管4送到待焊接指定位置，然后进行以下步骤：
对于具有两种高度规格翅片的板翅式换热元件：
1.所述左翅片伺服机构2和右翅片伺服机构7将已加工好的高翅片各自分别递给所述左翅片焊接手1和右翅片焊接手6；
2.左翅片焊接手1和右翅片焊接手6分别夹持各自高翅片，在基管4同时完成一次焊接并退回原位；
3.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度；
4.所述左翅片伺服机构2和右翅片伺服机构7将已加工好的矮翅片各自分别递给所述左翅片焊接手1和右翅片焊接手6；
5.左翅片焊接手1和右翅片焊接手6分别夹持各自矮翅片，在基管4同时完成一次焊接并退回原位；
6.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～5步骤；
7.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～5步骤；
8.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，并带动基管4沿导轨9前进一定距离；
重复以上1～8步骤。
对于具有同种高度规格翅片的板翅式换热元件：
1.所述左翅片伺服机构2和右翅片伺服机构7将已加工好的翅片各自分别递给所述左翅片焊接手1和右翅片焊接手6；
2.左翅片焊接手1和右翅片焊接手6分别夹持各自翅片，在基管4同时完成一次焊接并退回原位；
3.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～2步骤；
4.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～2步骤；
5.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～2步骤；
6.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～2步骤；
7.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，重复以上1～2步骤；
8.由步进旋转电机5带动基管4顺时针旋转30度，并带动基管4沿导轨9前进一定距离；
重复以上1～8步骤。

Claims (8)

1.一种板翅式换热元件，其特征在于：包括基管(4)以及焊接在基管(4)上的若干层板翅(3)；所述板翅(3)的翅平面通过所述基管(4)的轴线沿径向分布；每一层的板翅(3)均由十二块两种高度规格的翅片相互间隔均匀布置，使得该换热元件横截面轮廓为正六边形，或每一层的板翅(3)均由十二块同种高度规格的翅片沿基管(4)周向均匀分布，使得该换热元件横截面轮廓为正十二边形，多个换热元件置于烟管之中形成基管为水管的内翅强化管组。
2.根据权利要求1所述的一种板翅式换热元件，其特征在于：不同层的板翅(3)的排列方式为顺列布置或错列布置。
3.根据权利要求1所述的一种板翅式换热元件，其特征在于：所述板翅(3)表面为光面或带有沿基管(4)轴向的纵向沟槽、肋状突起或柱状凸起的不规则表面。
4.根据权利要求1所述的一种板翅式换热元件，其特征在于：所述板翅(3)的高度在25mm～45mm之间变化以适应不同的温度水平，长度在40mm～100mm之间变化以适应不同的尺寸和焊接效率要求，壁厚在2mm～10mm之间变化以适应不同的基管和板翅接触面积要求。
5.根据权利要求1所述的一种板翅式换热元件，其特征在于：所述板翅(3)与基管(4)接触焊接的面加工出若干锯齿状边沿(8)，以增大焊接时的接触电阻。
6.权利要求1所述板翅式换热元件的焊接装置，其特征在于：包括夹持在所述基管(4)一端带动基管(4)按一定角度旋转以及沿导轨(9)进行前、后运动动作的步进旋转电机(5)，焊接基管(4)上左边的板翅的左翅片焊接手(1)和左翅片伺服机构(2)，焊接与左边的板翅相对的右边的板翅的右翅片焊接手(6)和右翅片伺服机构(7)，所述左翅片伺服机构(2)和右翅片伺服机构(7)分别通过左翅片焊接手(1)和右翅片焊接手(6)施加焊接需要的压力。
7.根据权利要求6所述的焊接装置，其特征在于：所述左翅片焊接手(1)和右翅片焊接手(6)因通电发热及焊接热传递需要进行水冷却，以保持焊接的连续工作状态。
8.根据权利要求6所述的焊接装置，其特征在于：焊接板翅(3)时，基管(4)为水平式放置。
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