CN113405396B - 连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热器设计相关技术领域，其公开了一种连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器，所述装置包括旋转基座、滚压组件和驱动组件，其中：滚压组件包括布置于旋转基座上方的双层滚压筒和多个单层滚压筒，双层滚压筒和多个单层滚压筒呈环形布置，双层滚压筒和多个单层滚压筒的两端均设有高度调节机构，双层滚压筒以及多个单层滚压筒的布置高度依次降低；旋转基座上表面设置有固定件，用于固定连续螺旋折流基板的一端；驱动组件固定于旋转基座的下表面，用于驱动旋转基座旋转。本申请可以实现任意螺距连续螺旋折流基板的设计，结构简单，精度高。

Description

连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器

技术领域

本发明属于换热器设计相关技术领域，更具体地，涉及一种连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器。

背景技术

换热器是石油化工、能源动力、冶金、生物制药等工业领域中广泛使用的重要设备之一，管壳式换热器由于其结构简单、加工难度系数小等特点在换热设备总量中所占比例最大，主要包括热管束和外侧壳体两部分，通过管束的壁面进行换热。

螺旋折流板换热器是一种取代传统弓型折流板换热器的新型换热器，采用连续的螺旋折流板或非连续的螺旋折流板使壳程流体呈螺旋流向前流动。螺旋流增强了流体的湍流程度，强化了传热，降低了换热器内流体的返混；换热器内形体阻力减小，壳程压降降低，螺旋流消除了折流板间的流动死区，降低壳程压降。但连续螺旋折流板在加工和安装上存在很大难度，如连续螺旋折流板在每根换热管处的开孔角度都不相同导致难以安装，因此一般采用非连续螺旋折流板，但其存在中间漏流的现象。目前研究表明，为了解决漏流问题最有效的方式还是采用连续螺旋折流板，中国专利CN202010558873X提出了一种拉伸方法加工连续螺旋折流基板，但该方法所制造的基板存在内弧侧严重变形、螺旋面翘曲、内外高度不一致、成品率低等诸多问题，而且对材料的均匀性要求比较高，若材料不均匀例如掺杂有杂质则会出现断裂，导致换热器中的流动极大偏离设计。因此，亟需设计一种可以实现连续螺旋折流基板加工的装置，以实现高性能连续螺旋折流基板的加工。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器，可以实现任意螺距连续螺旋折流基板的设计，结构简单，精度高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于连续螺旋折流基板加工的装置，所述装置包括旋转基座、滚压组件和驱动组件，其中：所述滚压组件包括布置于所述旋转基座上方的双层滚压筒和多个单层滚压筒，所述双层滚压筒和多个单层滚压筒呈环形布置，所述双层滚压筒和多个单层滚压筒的两端均设有高度调节机构，双层滚压筒以及多个单层滚压筒的布置高度依次降低；所述旋转基座上表面设置有固定件，用于固定连续螺旋折流基板的一端；所述驱动组件固定于所述旋转基座的下表面，用于驱动所述旋转基座旋转。

优选地，所述高度调节机构包括多个液压杆以及高度控制单元，所述双层滚压筒和每个单层滚压筒的两端设于所述液压杆端部，所述高度控制单元用于控制多个液压杆的高度，以实现多个液压杆的独立或联合控制。

优选地，所述双层滚压筒以及每个单层滚压筒的一端与所述液压杆轴连，另一端与所述液压杆可拆卸连接，或者所述双层滚压筒以及每个单层滚压筒的两端均与所述液压杆可拆卸连接。

优选地，所述装置还包括加热组件，用于对连续螺旋折流基板进行加热。

优选地，所述加热组件为激光加热器或红外加热器。

优选地，所述驱动组件为齿轮、皮带或转轴中的一种。

优选地，所述双层滚压筒的数量为两个，两个所述双层滚压筒相邻紧挨设置且高度相同。

优选地，所述单层滚压筒的数量为3个，所述双层滚压筒和3个单层滚压筒呈环形均匀布置，所述双层滚压筒的高度为H，3个单层滚压筒的高度依次为3/4H、1/2H和1/4H。

按照本发明的另一个方面，提供了一种采用上述用于连续螺旋折流基板加工的装置的加工的连续螺旋折流基板，所述基板的内径为100～500mm，所述基板的外径与内径之比为2∶1～10∶1。

按照本发明的再一个方面，提供了一种采用上述的连续螺旋折流基板的换热器，包括多个所述连续螺旋折流基板，多个所述连续螺旋折流基板通过铆接的方式两两端部连接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器具有如下有益效果：

1.本申请采用高度依次降低依次双层滚压筒以及多个单层滚压筒可以实现基板弯度的均匀变化，进而实现基板从平板到螺旋结构的平缓过渡，制作过程柔和，不会出现局部拉伸应力，适用于多种材料，对材料的成分容忍度高，极大的扩大了应用范围。

2.通过液压杆控制双层滚压筒和单层滚压筒的高度，其一可以提供较大的力矩，实现高硬度基板的制作需求，其二可以实现精准的高度控制。

3.双层滚压筒以及每个单层滚压筒的一端与液压杆轴连，另一端与液压杆可拆卸连接，或者双层滚压筒以及每个单层滚压筒的两端均与液压杆可拆卸连接，实现基板的快速装卸。

4.加热组件可以对基板进行加热，使得待处理基板软化更加快速实现弯曲定型，提高制作效率，非常适合于工业应用。

5.本申请的双层滚压筒的数量优选为2个，单层滚压筒的数量优选为3个，既可以实现基板螺旋的要求又不至于装置过于复杂，经济性较好。

6.本申请的换热器采用多个连续螺旋折流基板通过铆接而成不存在漏流现象，单位压降换热系数明显升高，换热效果高。

附图说明

图1是用于连续螺旋折流基板加工的装置的斜视图；

图2是用于连续螺旋折流基板加工的装置的主视图；

图3是采用用于连续螺旋折流基板加工的装置加工的连续螺旋折流基板的俯视图；

图4是采用用于连续螺旋折流基板加工的装置加工的连续螺旋折流基板的主视图；

图5是采用连续螺旋折流基板的换热器的单位压降传热系数示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

100-旋转基座；

200-滚压组件：

210a，210b-双层滚压筒；220-单层滚压筒；230-高度调节机构；231-高度控制单元；

300-驱动组件；

a-圆环基板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种用于连续螺旋折流基板加工的装置，所述装置包括旋转基座100、滚压组件200和驱动组件300。

旋转基座100上表面设置有固定件，用于固定连续螺旋折流基板。该固定件与连续螺旋折流基板可拆卸连接，例如，螺钉连接或卡接等。

驱动组件300固定于所述旋转基座100的下表面，用于驱动所述旋转基座100的旋转，例如可以为齿轮、皮带或转轴等，通过电机或手动驱动。

滚压组件200包括布置于所述旋转基座上方的双层滚压筒210a，210b和多个单层滚压筒220，所述双层滚压筒210a，210b和多个单层滚压筒220呈环形布置，所述双层滚压筒210a，210b和多个单层滚压筒220的两端均设有高度调节机构230，双层滚压筒210a，210b以及多个单层滚压筒220的布置高度依次降低。

进一步优选的，所述高度调节机构230包括多个液压杆以及高度控制单元231，所述双层滚压筒和每个单层滚压筒的两端设于所述液压杆端部，所述高度控制单元用于控制多个液压杆的高度，以实现多个液压杆的独立或联合控制。

进一步优选的，所述双层滚压筒以及每个单层滚压筒的一端与所述液压杆轴连，使得双层滚压筒或单层滚压筒可以在液压杆上转动，另一端与所述液压杆可拆卸连接，或者所述双层滚压筒以及每个单层滚压筒的两端均与所述液压杆可拆卸连接，以便于待处理基板的装卸。

所述双层滚压筒和多个单层滚压筒呈环形均匀布置。本公开实施例中，所述双层滚压筒的数量为两个，两个所述双层滚压筒相邻紧挨设置且高度相同，所述单层滚压筒的数量为3个，所述双层滚压筒和3个单层滚压筒呈环形均匀布置，所述双层滚压筒的高度为H，3个单层滚压筒的高度依次为3/4H、1/2H和1/4H。

装置还包括加热组件，用于对连续螺旋折流基板进行加热。所述加热组件为激光加热器或红外加热器，在应用过程中可以通过调节激光加热器或红外加热器的功率调节热流密度，进而实现对不同性能基板的软化，使得基板更易成形，提高了成形效率和成形精度。

以两个双层滚压筒和3个单层滚压筒为例，对本申请中的用于连续螺旋折流基板加工的装置的使用方法作如下介绍：

S1：将用于加工成连续螺旋折流基板的圆环基板a，沿径向切开，切口的一边通过固定件固定在旋转基座的表面，另一边设于双层滚压筒中间；

为保证加工质量，圆环基板a的内径为100～500mm之间，外径与内径之比为2∶1～10∶1。

S2：调整第一双层滚压筒和多个单层滚压筒的高度，使得第一双层滚压筒和多个单层滚压筒的高度依次降低；第二双层滚压筒的高度可根据其与双层滚压筒的距离与抬起高度进行预先粗调节，然后在基座旋转过程中进行精细调节；

S3：启动驱动组件对旋转基座进行旋转得到连续螺旋折流基板，如图3和图4所示。

将多个上述连续螺旋折流基板通过铆接的方式两两端部连接即可得到可以用于换热器内部的连续折流板。例如可以在基板切口两侧开矩形口并沿径向打孔，制作连接板，采用铆接工艺，连接成多块螺旋折流基板为整体。

本申请另一方面提供了一种采用上述加工装置加工的连续螺旋折流基板，所述基板的内径为100～500mm，所述基板的外径与内径之比为2∶1～10∶1。

本申请的再一方面提供了一种采用上述连续螺旋折流基板的换热器，其包括多个所述连续螺旋折流基板，多个所述连续螺旋折流基板通过铆接的方式两两端部连接。

若换热器直径为200mm，内径100mm以内采用弓形折流板，100mm～200mm内采用连续螺旋折流基板，采用DN19mm的换热管并采用常见的三角形布置，若再减小内径或外径，会导致布管困难，达到换热效果。因此，不建议再减小内径，设置内径下限为100mm，内外径比值的上限为1：2。

若设计换热器直径为5000mm(一般直径2400mm已属于大型换热器，大于2400mm的换热器较小采用)，内径500mm以内采用弓型折流板，500mm-5000mm采用连续螺旋折流基板。若采用较小的螺旋角20°，连续螺旋折流基板的中径延展量达6.5％，连续螺旋折流基板的内径延展量则达到32.5％。若换热器采用304不锈钢(延展性为40％)，将导致连续螺旋折流基板的内径处变形量大、减薄严重，因此加工质量和强度都难以保证。因此，设置内径上限为500mm，内外径比值的下限为1：10。

若换热器直径为2400mm，内径400mm以内采用弓型折流板，400mm-2400mm采用连续螺旋折流基板，内外径比为1：6。采用螺旋角25°，连续螺旋折流基板的中径延展量达10％，连续螺旋折流基板的内径延展量则达到30％。此时换热器的传热效率之比为1.486，已达到极限传热效率之比的97.2％。即可有效提高传热效率，又保证加工质量。

采用本申请的连续螺旋折流基板的换热器的漏流现象得到改善，并将其单位压降传热系数明显高于弓形折流板换热器的单位压降传热系数，约为弓形折流板换热器的1.5倍。如图5所示，从图中可以看出，当内外径比为1：2时，外部为连续螺旋折流基板内部为弓形折流板的组合换热器的换热系数相当于纯弓形折流板换热器的1.375倍，1：10时为1.495接近于极限值1.5。

综上所述，本申请提供了一种连续螺旋折流基板、用于其加工的装置及换热器，可以实现任意螺距连续螺旋折流基板的设计，结构简单，精度高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于连续螺旋折流基板加工的装置，其特征在于，所述装置包括旋转基座、滚压组件和驱动组件，其中：

所述滚压组件包括布置于所述旋转基座上方的双层滚压筒和多个单层滚压筒，所述双层滚压筒和多个单层滚压筒呈环形布置，所述双层滚压筒和多个单层滚压筒的两端均设有高度调节机构，双层滚压筒以及多个单层滚压筒的布置高度依次降低；

所述旋转基座上表面设置有固定件，用于固定连续螺旋折流基板的一端；

所述驱动组件固定于所述旋转基座的下表面，用于驱动所述旋转基座旋转。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高度调节机构包括多个液压杆以及高度控制单元，所述双层滚压筒和每个单层滚压筒的两端设于所述液压杆端部，所述高度控制单元用于控制多个液压杆的高度，以实现多个液压杆的独立或联合控制。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述双层滚压筒以及每个单层滚压筒的一端与所述液压杆轴连，另一端与所述液压杆可拆卸连接，或者所述双层滚压筒以及每个单层滚压筒的两端均与所述液压杆可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括加热组件，用于对连续螺旋折流基板进行加热。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述加热组件为激光加热器或红外加热器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动组件为齿轮、皮带或转轴中的一种。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双层滚压筒的数量为两个，两个所述双层滚压筒相邻紧挨设置且高度相同。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单层滚压筒的数量为3个，所述双层滚压筒和3个单层滚压筒呈环形均匀布置，所述双层滚压筒的高度为H，3个单层滚压筒的高度依次为3/4H、1/2H和1/4H。

9.一种采用权利要求1～8任意一项所述用于连续螺旋折流基板加工的装置的加工的连续螺旋折流基板，其特征在于，所述基板的内径为100～500mm，所述基板的外径与内径之比为2∶1～10∶1。

10.一种采用权利要求9所述的连续螺旋折流基板的换热器，其特征在于，包括多个所述连续螺旋折流基板，多个所述连续螺旋折流基板通过铆接的方式两两端部连接。