CN108106469A - 一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及换热器 - Google Patents

一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及换热器，包括隔板、翅片、封条、导流片等组件，还包括宽平直翅片段和窄平直翅片段构成的均流部，所述宽平直翅片段和所述窄平直翅片段交错排列，相邻两个翅片段互相错开一定距离，保证新形成的夹层通道中，每隔一定间距有一个翅片壁面重合形成抗晃荡重合翅片壁面。本发明包括新型抗晃荡板翅式换热器翅片组件的板翅式换热器在倾斜位置工作时，通道内的两相流体受重力影响朝某一方向偏移，但是被重合翅片壁面所阻挡，分布较为均匀，更有效地利用了换热器内换热面积，改善了流道内两相流体分布不均匀导致换热器性能下降的问题，从而提高了摇晃工况下的板翅式换热器性能。

Description

一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及换热器
技术领域
本发明涉及低温换热技术领域，尤其涉及一种用于海上大型液化天然气装置中的配有抗摇晃功能的锯齿翅片的板翅式换热器。
背景技术
板翅式换热器是天然气中广泛应用的低温换热器。该换热器由通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成夹层，称之为通道，将这样的夹层根据流体类别按照不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心。冷热流体通过板片和翅片进行热量交换。
当板翅式换热器应用于海上浮式平台时，由于受到风浪的影响，换热器会随平台一同运动，这些运动导致气液分配不均匀，从而损失了大部分换热面积，使得换热器换热性能下降。横摇为主要的海上晃荡运动形式之一，在横摇的过程中，海上浮式平台将长时间处于倾斜状态，致使换热器整体倾斜，在重力的影响下，板翅式换热器通道内两相冷剂中的液体会通过两排错开的锯齿形翅片间隙朝着重力方向偏移，致使板翅式换热器内冷剂流体分布不均匀，整个板翅式换热器的换热性能下降。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及换热器，通过交替使用两种不同宽度的平直翅片段，使得相邻翅片段向左或向右偏移一定的距离形成锯齿结构通道，同时通过窄平直翅片与宽平直翅片宽度比例与排布方式的耦合，在翅片中形成连续抗晃荡的重合翅片壁面，改善采用普通锯齿形翅片的板翅式换热器在摇动情况下因流体分布不均匀导致性能下降的问题，从而提升了倾斜晃荡状态下板翅式换热器的换热性能。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过新型抗晃荡锯齿式翅片组件及其应用，减弱和改善海上浮式平台倾斜、导致换热器整体倾斜时，受重力的影响，板翅式换热器通道内液体朝着重力方向偏移，致使板翅式换热器内冷剂流体分布不均匀，整个板翅式换热器的换热性能下降。
为实现上述目的，针对板翅式换热器在晃动时，在重力作用下，进入翅片流道的两相流体通过两排错开的锯齿翅片空隙流动偏移导致分布不均的问题，本发明提供了一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及应用了该组件的板翅式换热器，该板翅式换热器翅片组件包括隔板、翅片、封条、导流片，翅片、导流片以及封条设置在相邻两隔板间，形成夹层通道；所述夹层通道根据流体类别按照不同方式叠置起来，钎焊成一个整体组成板束，冷热流体通过板片和所述翅片进行热量交换；
所述板翅式换热器翅片组件还包括均流部，所述均流部使用两种不同尺寸的平直翅片段(宽平直翅片段和窄平直翅片段)，所述宽平直翅片段和所述窄平直翅片段是交错排列的。
进一步地，宽平直翅片段和窄平直翅片段的相邻两个翅片段向左或向右偏移、相互错开，形成锯齿结构，以保证两组翅片段存在抗晃荡重合翅片壁面，且重合翅片的间距是固定的。
同时通过翅片尺寸宽度比例与排布方式的耦合，在翅片中形成连续抗晃荡的重合翅片壁面，当板翅式换热器倾斜时，两相流体进入板翅式换热器通道中，液相流体受重力影响朝某一方向偏移时，会被抗晃荡重合翅片壁面阻隔，从而避免了两相流体分布不均匀，优化了板翅式换热器横摇时通道内的流体分布，改善了倾斜晃荡状态下板翅式换热器的换热性能。
进一步地，窄平直翅片段与宽平直翅片段的长度与高度是相等的。
再进一步地，冷剂流体夹层通道截面的长度是由设计通道的尺寸决定的，宽度是由所述抗晃荡重合翅片的间距决定的。
进一步地，窄平直翅片通道截面的长度和宽平直翅片段通道截面的长度相等。
进一步地，窄平直翅片通道截面的宽度与宽平直翅片通道截面宽度为1:2～4:5，即：
式中：d1-窄平直翅片的宽度，d2-宽平直翅片的宽度。
更进一步地，宽平直翅片宽度、窄平直翅片宽度与重合翅片的间距满足如下关系:
(d1+dm)×a＝(d2+dm)×b＝x
式中：d1-窄平直翅片的宽度，d2-宽平直翅片的宽度，x-重合翅片的间距，dm-翅片壁面厚度，a、b-非零正整数。
进一步地，本发明提供一种包括上述板翅式换热器翅片组件的板翅式换热器，该换热器中宽平直翅片段和窄平直翅片段均由铝板或不锈钢板加工而成，与换热器壳体材质保持一致。
再进一步地，宽平直翅片段和是窄平直翅片段的板片厚度根据换热器壳体内的实际工作压力决定。
更进一步地，宽平直翅片段的长度、宽度和高度由换热器尺寸决定的。
在本发明的较佳实施方式中，本发明的板翅式换热器包括壳体、锯齿翅片板束，特别是还包括抗晃荡锯齿翅片均流部，该抗晃荡锯齿翅片均流部包括：宽平直翅片段和窄平直翅片段，宽平直翅片段由铝板或者不锈钢板加工而成，与换热器壳体材质保持一致。由于壳体内通常是大于2MPa的高压空间，板片厚度需要根据换热器实际压力决定；宽平直翅片段的长度和高度是由具体换热器的尺寸决定的；每个板束通道的截面长度是由设计通道的尺寸决定的，宽度是由抗晃荡重合翅片的间距决定的。
窄平直翅片段也是由不锈钢板加工而成的，与换热器壳体材质保持一致。由于壳体内通常是大于2MPa的高压空间，板片的厚度需要根据实际压力决定；窄平直翅片段的长度、高度和宽平直翅片段的长度、高度是相等的；窄平直翅片通道截面的长度和宽平直翅片段通道截面的长度是相等的。
宽平直翅片段和窄平直翅片段交错排列，相邻两个翅片段错开一定距离，保证新形成的通道中，每隔一定间距有一个翅片壁面重合形成抗晃荡翅片壁面。
在本实施方式的板片实际排列中，窄平直翅片通道截面的宽度d1与宽平直翅片通道截面宽度d2符合如下比例：
宽平直翅片宽度d2、窄平直翅片宽度d1与重合翅片的间距x须满足如下关系：
(d1+dm)×a＝(d2+dm)×b＝x
板翅式换热器实际应用在倾斜的工况下时，通道内的两相流体受重力影响会朝某一方向偏移，但是这种偏移会被重合翅片壁面所阻挡，从而使得换热器中冷剂流体的分布较为均匀，换热器性能得以改善。
与一般的锯齿形板翅式换热器比较，本发明中利用适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件的板翅式换热器通过交替使用两种不同宽度的平直翅片段，使得相邻翅片段向左或向右偏移一定的距离形成锯齿结构通道，同时通过窄平直翅片与宽平直翅片宽度比例与排布方式的耦合，在翅片中形成连续抗晃荡的重合翅片壁面，更有效地利用了换热器内换热面积，改善采用普通锯齿形翅片的板翅式换热器在摇动情况下因流体分布不均匀导致性能下降的问题，提升了倾斜晃荡状态下板翅式换热器的换热性能。
以下将结合附图对本发明的构思、具体组件及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件一个较佳实施例的三维示意图；
图2是图1的剖视简图；
图3是实施例1翅片宽度、重合翅片间距和翅片厚度关系示意图；
图4是一般锯齿翅片换热器倾斜状况下冷剂流体分布示意图；
图5是本发明包括适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件的换热器倾斜状况下冷剂流体分布示意图。
其中：1-均流部，11-宽平直翅片段，12-窄平直翅片段，13-重合翅片壁面，111-宽平直翅片宽度，121-窄平直翅片宽度，14-板片(翅片壁面)厚度，15-重合翅片的间距，2-板翅式换热器，21-板翅式换热器壳体，3-冷剂流体。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例1
如图1、图2所示，本发明的适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件，包括：宽平直翅片段11和窄平直翅片段12，宽平直翅片段11和窄平直翅片段12交错排列，相邻两个翅片段错开一定距离，保证新形成的通道中，每隔一定间距有一个翅片壁面重合形成抗晃荡翅片壁面13。
如图3所示，窄平直翅片12通道截面的宽度121与宽平直翅片11通道截面宽度111成一定比例，一般取1:2到4:5，即：
式中：d1-窄平直翅片2的宽度121，d2-宽平直翅片1的宽度111。
在板片实际排列中，宽平直翅片11的宽度111(d2)、窄平直翅片12的宽度121(d1)、板片(翅片壁面)的厚度14(dm)与重合翅片13的间距15(x)需满足如下关系:
(d1+dm)×a＝(d2+dm)×b＝x
式中：d1-窄平直翅片12的宽度121，d2-宽平直翅片11的宽度111，x-重合翅片13的间距15，dm-板片(翅片壁面)厚度14，a-非零正整数，b-非零正整数。
如图4所示，在横摇的过程中，海上浮式平台将长时间处于倾斜状态，致使板翅式换热器2整体倾斜，在重力的影响下，板翅式换热器2通道内两相冷剂中的液体3会通过两排错开的锯齿形翅片11和12的间隙朝着重力方向偏移，致使板翅式换热器2内冷剂流体3分布不均匀，整个板翅式换热器的换热性能下降。
如图5所示，本发明中适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件及应用了该组件的板翅式换热器2在实际应用时，由于由于应用了均流部1，重合翅片壁面13将全部两相流体板束通道分为若干个相互独立的两相流体板束通道，在板翅式换热器2倾斜工作的情况下，通道内的两相流体3受重力影响朝某一方向偏移，但是被重合翅片壁面13所阻挡，分布较为均匀，从而改善了换热器性能。
本发明的宽平直翅片段11由铝板或不锈钢板加工而成，与板翅式换热器2的壳体21材质保持一致，由于换热器2的壳体21内是大于2MPa的高压空间，板片厚度14需要根据实际压力决定；宽平直翅片段11的长高由具体板翅式换热器2的尺寸决定；每个通道截面长度由设计通道大小决定，宽度由抗晃荡重合翅片的间距决定。
本发明的窄平直翅片段12由铝板或不锈钢板加工而成，与板翅式换热器2的壳体21材质保持一致，由于板翅式换热器2的壳体21内是大于2MPa的高压空间，板片厚度14需要根据实际压力决定；窄平直翅片段12的长度、高度和宽平直翅片段11相等；窄平直翅片段12通道截面的长度和宽平直翅片段11通道截面的长度相等。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于摇晃工况的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，包括隔板、翅片、封条、导流片，所述翅片、导流片以及封条设置在相邻两隔板间，形成夹层通道；所述夹层通道叠置起来，钎焊成一个整体组成板束，冷热流体通过板片和所述翅片进行热量交换；
所述板翅式换热器翅片组件还包括均流部，所述均流部包括宽平直翅片段和窄平直翅片段，所述宽平直翅片段和所述窄平直翅片段是交错排列的。
2.如权利要求1所述的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，所述宽平直翅片段和所述窄平直翅片段的相邻两个翅片段是相互错开排布的，通过窄平直翅片与宽平直翅片宽度比例与排布方式的耦合，以保证两组翅片段存在抗晃荡重合翅片壁面，且重合翅片的间距是固定的。
3.如权利要求1所述的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，所述窄平直翅片段与所述宽平直翅片段的长度与高度是相等的。
4.如权利要求1所述的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，所述夹层通道截面的长度由设计通道大小决定，宽度由所述抗晃荡重合翅片的间距决定。
5.如权利要求4所述的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，所述窄平直翅片通道截面的长度和所述宽平直翅片段通道截面的长度相等。
6.如权利要求5所述的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，所述窄平直翅片通道截面的宽度与宽平直翅片通道截面宽度为1:2～4:5，即：
<mrow> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>&amp;Element;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>~</mo> <mfrac> <mn>4</mn> <mn>5</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：d1-窄平直翅片的宽度，d2-宽平直翅片的宽度。
7.如权利要求1所述的板翅式换热器翅片组件，其特征在于，所述宽平直翅片宽度、窄平直翅片宽度与重合翅片的间距满足如下关系:
(d1+dm)×a＝(d2+dm)×b＝x
式中：d1-窄平直翅片的宽度，d2-宽平直翅片的宽度，x-重合翅片的间距，dm-翅片壁面厚度，a、b-非零正整数。
8.一种包括权利要求1～7任一项所述板翅式换热器翅片组件的板翅式换热器，其特征在于，所述板翅式换热器还包括换热器壳体，所述宽平直翅片段和所述窄平直翅片段均由铝板或不锈钢板加工而成，与所述换热器壳体材质保持一致。
9.如权利要求8所述的板翅式换热器，其特征在于，所述宽平直翅片段和所述窄平直翅片段的板片厚度根据所述换热器壳体内的实际工作压力决定。
10.如权利要求8所述的板翅式换热器，其特征在于，所述宽平直翅片段的长度、宽度和高度由所述换热器的尺寸决定。
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