CN106002094A - 一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，包括以下步骤：先绘制螺旋折流板的垂直投影图，然后根据螺旋角确定螺旋折流板的倾斜角α，再根据倾斜角α绘制螺旋折流板的平面加工图；用激光切割机按照平面加工图进行精确切割；将切割完成后的螺旋折流板按要求折弯或分割成小块的折流板，并按要求组装；组装完成后，各小块螺旋折流板通过电焊用点焊的方式焊接在一起，形成壳程的螺旋流道。本发明采用计算机设计，激光加工，不需采用模具，可快速准确地获得斜面上满足穿管要求的管孔，制作周期短，制得的产品形状标准,误差小，质量可靠，没有内应力存在，不会变形，对换热管的支撑不会起到负面影响，提高了产品的抗振性能，使用寿命大幅度提高。

Description

一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺

技术领域

本发明涉及管壳式换热器管板加工制造技术，尤其是一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺。

背景技术

换热器是过程工业中的一种常见设备，被广泛应用于化工、石化、医药、冶金等领域，它使两种或多种流体之间进行能量交换。换热器结构型式多样，其中管壳式换热器因为结构简单、传热性能较好、设计加工工艺成熟以及适应性强等特点而广为应用，其中又以壳程采用弓形折流板支撑结构居多。

传统的弓形折流板换热器存在一些缺点：壳程流体曲折流动，流场分布不均匀，弓形平板折流板背风侧易造成流动死区；壳程流动阻力较大，设备能耗较大；对于含有杂质和易结垢的介质，易引起污垢沉积，缩短了换热器的使用周期。

为了克服传统的弓形折流板换热器流动死区的问题，随后开发了螺旋折流板换热器。螺旋折流板换热器将折流板布置成近似的螺旋面，使换热器中的壳侧流体实现近似螺旋状流动，不会出现弓形折流板换热器内的流动死区，减低壳侧的压降，同时可以缓解污垢沉积问题。理想的螺旋折流板为连续的螺旋曲面，但是由于连续螺旋曲面的加工制造非常困难，而且在曲面折流板上进行管孔加工较难实现，很难与换热管准确配合。考虑到加工上的方便，故采用一系列的椭圆扇形平板替代螺旋曲面。

从综合性能上看，用螺旋折流板支撑结构可以克服弓形折流板结构存在的阻力大、死角多、易积垢等缺陷；但现有的各种螺旋折流板换热器，壳程三角区存在不同程度的漏流，出现壳程流体短路的情况，传热效果低，且污垢沉积的改善效果不明显。

因此，针对常规螺旋折流板换热器漏液的情况，中国石化开发了双螺旋换热器，西安交通大学开发了螺旋搭接板换热器。与常规单螺旋折流板相比，改善三角区的漏流现象，提高传热效果；与弓形折流板型式相比，改善折流板背风侧的流动状态，减少流动死区和污垢沉积现象。

螺旋折流板是管壳式换热器中的一个重要部件，不管是常规螺旋板加工或者改进的螺旋搭接板加工，都存在要在斜面上形成垂直孔的问题，现已知国内螺旋折流板的制造工艺有两种：

一种是拼接法，需要根据螺旋角制造冲制或台钻磨具，保证在斜面上制造出斜孔，将金属圆板片倾斜安装在模具上，进行冲制或钻制各管孔，然后将圆片剖切成三至四片，再经相拼并铆接而成，这是目前最为常见的一种方法，但是这种制造方法需要制作模具，同时多块螺旋折流板不能同时加工，加工精度难以保证，为后续的穿管制造较多麻烦。如果不是一种直径，一种倾斜角度下的批量生产，需要制作冲孔或钻孔模具，加工成本高，加工周期长。

如果没有倾斜的模具，只能在平面上冲孔或钻孔，为了在斜面上形成可以垂直穿管的孔，需要在平面上冲或钻相对较大的圆孔，采用这种方法穿管后，必然会形成较大的管孔和管之间的间隙，一般不建议采用这种加工方法。

另一种是铸造法，将连续的螺旋曲面适当分段铸造成形后，在车床上车削加工，然后夹持在倾斜的钻模上，分别钻各管孔，最后对接而成。分段铸造、机加工和倾斜钻孔，不仅其制造工序繁杂，制造成本增高，而且质量控制困难，目前基本没有采用这种方法的。

鉴于上述缺陷，本发明提出一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，采用平面二维激光切割机，迅速在平面上加工垂直椭圆形孔或半椭圆与半圆组合形孔，满足穿管要求，无需制造模具，制造成本低，制造周期短，目前市场竞争力强，满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有换热器螺旋折流板制造过程中存在的问题，提供一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，采用平面二维精确激光割的方法，迅速获得倾斜面上满足穿管要求的管孔，无需制造磨具，且能满足使用要求，同时又能降低成本，缩短制造周期，降低制造费用，市场竞争力强。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中包括以下步骤：

(1)首先，根据带有详细换热管分布尺寸信息的管板尺寸图确定绘制螺旋折流板的垂直投影图，然后根据螺旋角确定螺旋折流板的倾斜角α，再根据倾斜角α计算出螺旋折流板的平面图外形尺寸及平面图上的开孔形状和尺寸，并绘制螺旋折流板的平面加工图；

(2)其次，将螺旋折流板的平面加工图直接导入激光切割机的控制电脑中，将原材料板材置于激光切割机工作平台上，按平面加工图进行精确切割；

(3)再次，将切割完成后的螺旋折流板按要求折弯，然后按要求组装；

(4)最后，组装完成后，各螺旋折流板通过电焊用点焊的方式焊接在一起，形成壳程的螺旋流道。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中，步骤(1)所述平面图上的开孔形状为椭圆形或半椭圆与半圆的组合形。

前述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中，步骤(1)平面加工图上的开孔尺寸在计算尺寸上放大0.25-3mm。

前述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中，步骤(1)平面加工图上的开孔尺寸在计算尺寸上放大1-1.5mm。

前述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中，步骤(2)切割完成后所有的螺旋折流板外形尺寸及开孔形状和尺寸完全相同。

前述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中，步骤(2)所述的激光切割机为二维平面激光切割机。切割时激光切割头垂直于原材料板材。

前述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其中，步骤(3)将切割完成后的螺旋折流板折弯成搭接螺旋折流板，或折成阶梯螺旋折流板。

本发明的加工方法主要通过前期的精确计算，转化为平面加工图，在激光切割平台完成加工制造，精确度高，配合紧密，完全满足各类螺旋折流板的加工制造要求。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，借由上述技术方案，本发明一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

(1)本发明采用平面计算设计，平面加工，快速准确地获得倾斜面上满足穿管要求的管孔，制造工艺简单可靠，制作周期短，制得的产品形状标准,质量可靠。

(2)本发明不需采用模具，所有的折流板统一按照一张图纸采用激光加工，误差在0.1mm，显然其工艺手段更为先进，其孔径和孔距便于控制在标准范围内，尺寸精度高，装配方便。

(3)本发明采用计算机设计，激光加工，没有内应力存在，不会变形，对换热管的支撑不会起到负面影响，从而提高了产品的抗振性能，使用寿命大幅度提高。

综上所述，本发明一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明圆缺椭圆螺旋折流板的倾斜侧视图。

图2是本发明圆缺椭圆螺旋折流板的俯视图。

图3是本发明圆缺椭圆螺旋折流板的垂直投影图。

图4是本发明圆缺椭圆螺旋折流板切割状态的示意图。

【主要元件符号说明】

1：圆缺椭圆螺旋折流板 2：管孔

3：垂直投影图中的圆缺椭圆螺旋折流板 4：垂直投影图中的管孔

5：激光束

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，包括以下步骤：

(1)首先，根据带有详细换热管分布尺寸信息的管板尺寸图确定绘制螺旋折流板的垂直投影图，然后根据螺旋角确定螺旋折流板的倾斜角α，再根据倾斜角α计算出螺旋折流板的平面图外形尺寸及平面图上的开孔形状和尺寸，并绘制螺旋折流板的平面加工图；

(2)其次，将螺旋折流板的平面加工图直接导入二维平面激光切割机的控制电脑中，将原材料板材置于激光切割机工作平台上，按平面加工图进行精确切割，切割时激光切割头垂直于原材料板材，切割完成后所有的螺旋折流板外形尺寸及开孔形状和尺寸完全相同；

(3)再次，将切割完成后的螺旋折流板按要求折弯成搭接螺旋折流板，或折成阶梯螺旋折流板，然后按要求组装；

(4)最后，组装完成后，各螺旋折流板通过电焊用点焊的方式焊接在一起，形成壳程的螺旋流道。

较佳地，步骤(1)所述平面图上的开孔形状为椭圆形或半椭圆与半圆的组合形。

较佳地，步骤(1)所述平面加工图上的开孔尺寸在计算尺寸上放大0.25-3mm，优选1-1.5mm，在满足换热需求的情况下，方便穿管。

本发明所述的垂直投影图是实际折流板投影到平面的图形，其上面的开孔方位和尺寸与管板上开孔方位和尺寸相一致；平面加工图是实际折流板放平后，板边缘和孔边缘做恰当的放大和修改后的图形，按此图加工后就是实际的折流板，通过二维平面激光切割出垂直椭圆孔或者半椭圆与半圆组合孔，倾斜安装，满足穿管要求。

本发明将倾斜的折流板通过计算，按常规的计算方法经过换算得到平面加工图，采用二维平面激光切割机，按平面加工图垂直加工，得到满足要求的折流板，可以倾斜安装。

本发明的具体方案是这样的：根据螺旋折流板的螺旋角，确定螺旋板与换热线轴线交叉角度，根据角度可以计算出螺旋折流板平面放样的外形尺寸，然后分类确定倾斜面上有几类孔，根据管板的开孔方位图作垂直投影图，计算出每类孔在倾斜面上的外形尺寸，根据整板的外形尺寸、开孔方位和各类孔的外形尺寸绘制螺旋折流板的平面加工图，将平面加工图导入二维平面激光切割机的控制电脑中，取合适厚度的板材置于激光切割机上，按平面加工图制造，可以快速、精确的得到折流板，然后将折流板按要求倾斜，多板之间按要求组合在一起，既能满足穿管要求，同时管子和管孔之间间隙完全满足设计标准要求。

上述一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于其包括以下步骤：

(1)首先，根据带有详细换热管分布尺寸信息的管板尺寸图确定绘制螺旋折流板的垂直投影图，然后根据螺旋角确定螺旋折流板的倾斜角α，再根据倾斜角α计算出螺旋折流板的平面图外形尺寸及平面图上的开孔形状和尺寸，并绘制螺旋折流板的平面加工图；

(2)其次，将螺旋折流板的平面加工图直接导入激光切割机的控制电脑中，将原材料板材置于激光切割机工作平台上，按平面加工图进行精确切割；

(3)再次，将切割完成后的螺旋折流板按要求折弯，然后按要求组装；

(4)最后，组装完成后，各螺旋折流板通过电焊用点焊的方式焊接在一起，形成壳程的螺旋流道。

2.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(1)所述平面图上的开孔形状为椭圆形或半椭圆与半圆的组合形。

3.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(1)平面加工图上的开孔尺寸在计算尺寸上放大0.25-3mm。

4.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(1)平面加工图上的开孔尺寸在计算尺寸上放大1-1.5mm。

5.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(2)切割完成后所有的螺旋折流板外形尺寸及开孔形状和尺寸完全相同。

6.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(2)所述的激光切割机为二维平面激光切割机。

7.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(2)切割时激光切割头垂直于原材料板材。

8.如权利要求1所述的一种管壳式换热器螺旋折流板的制造工艺，其特征在于步骤(3)将切割完成后的螺旋折流板折弯成搭接螺旋折流板，或折成阶梯螺旋折流板。