CN203163560U

CN203163560U - 一种大型板翅式换热器

Info

Publication number: CN203163560U
Application number: CN 201320091477
Authority: CN
Inventors: 李建明; 卢建灿; 朱鸣陆; 陆国明
Original assignee: Suzhou Sanchuan Heat Exchanger Co Ltd
Current assignee: Suzhou Sanchuan Heat Exchanger Co Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2023-02-28

Abstract

一种大型板翅式换热器，包含有并列布置的若干层流体通道，每层流体通道由翅片、导流片、隔板和封条组成，所述流体通道在侧面开设有流体的进出口，所述进出口处的通道与翅片处的通道之间通过90度的转弯通道进行连接和连通，所述90度的转弯通道由隔板、封条以及三至五段导流片依次拼接构成，其中，第一段导流片的一端位于进出口处，第一段导流片的另一端与第二段导流片的一端连接，第二段导流片的另一端与第三段导流片的一端连接，以此类推，最后一段导流片的另一端与翅片连接；自进出口处的通道方向起至翅片处的通道方向止，所述90度的转弯通道中，经各段导流片拼接后转角之和为90度。本实用新型解决了现有技术中大型板翅式换热器体积较大的问题。

Description

一种大型板翅式换热器

技术领域

本实用新型涉及一种板翅式换热器，具体涉及一种应用于石油、化工以及能源制造领域使用的大型板翅式换热器。

背景技术

随着行业竞争加剧，性能好而又轻巧的产品更能赢得市场，同样，对于大型板翅式换热器来说，只有将大型板翅式换热器做小做好，才能提高市场竞争力。

现有技术中，参见我国国家能源局推荐的行业标准NB/T47006-2009（JB/T4757）《铝制板翅式热交换器》第3.3节，术语和定义，热交换器（即换热器）是由板束、封头、接管及支座等附件组成，其中板束由各流体的通道按需要依次叠置，钎焊成一体。每个通道由隔板（或侧板）、翅片1（或导流片）、封条2等零件组成（参见附图1~3所示），每层通道在特定的方向上都设有流体的进出口6。板翅式换热器在设计时对流体进口和出口之间的压力降有要求，进口和出口之间的压力降越小越好。研究表明，对压力降产生较大影响的因素包括以下两方面：1、板翅式换热器包括导流段和直通部分，流体在导流段，特别是90度转弯的导流段，压力损失较大，压力降较大；2、压力降与流体的阻力直接相关，而流体的阻力与通道的宽窄有关，宽则阻力小，窄则阻力大，即换热通道宽则压力降大，窄则压力降小，也就是说，板翅式换热器体积变小，则压力降变大。因此，当流体进口和出口之间的压力降确定后，要想将大型板翅式换热器做小，我们可以考虑减小导流段的压力降来补偿因减小体积而增大的压力降。

发明内容

本实用新型提供一种大型板翅式换热器，其目的是要解决现有技术中大型板翅式换热器在流体进口和出口之间的压力降确定后体积较大的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种大型板翅式换热器，包含有并列布置的若干层流体通道，每层流体通道由翅片、导流片、隔板和封条组成，所述流体通道在侧面开设有流体的进出口，所述进出口处的通道与翅片处的通道之间通过90度的转弯通道进行连接和连通，其创新在于：所述90度的转弯通道由隔板、封条以及三至五段导流片依次拼接构成，其中，第一段导流片的一端位于进出口处，第一段导流片的另一端与第二段导流片的一端连接，第二段导流片的另一端与第三段导流片的一端连接，以此类推，最后一段导流片的另一端与翅片连接；自进出口处的通道方向起至翅片处的通道方向止，所述90度的转弯通道中，经各段导流片拼接后转角之和为90度，其中，每段导流片与其相邻的导流片相比转角角度大于或等于10度且小于或等于50度，以此构成多次、小角度转弯的90度的转弯通道。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，每层流体通道包括导流段和直通部分，在流体通道侧面开设有流体的进出口的情况下，导流段对应90度的转弯通道，直通部分对应所述翅片。

2、上述方案中，所述进出口是每层流体通道的进口或出口。

本实用新型设计原理及有益效果是：流体流动转弯时的局部阻力损失的通用计算公式：

h_r=k_r×v²×ρ/2

其中： k_r为局部阻力系数；v为流动速度；ρ为流体密度。

流体在改变流向时会产生如下损失：流体正面冲击管壁而产生能量损失；回流区的扰动损失；流动转向及收缩时的内部损失等。典型代表为急转90度弯头的局部损失。由实验得知，阻力系数k_r值和转向角α、d/ρ(d为管径或当量直径，ρ为转弯的曲率半径)及流路通道壁是否光滑、粗糙等因素有关。表1为k_r值和转向角α及流路粗糙度的关系，表2为k_r值和d/ρ的关系。

表1

α	5	10	15	30	45	60	90
								光管k_r	0.02	0.03	0.04	0.13	0.24	0.47	1.13
粗管k_r	0.03	0.04	0.06	0.17	0.31	0.58	1.20

表2

d/ρ	0.25	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
								k_r	0.131	0.14	0.16	0.206	0.294	0.44	0.66

由表1可以看出：无论光管还是粗管（粗管指流路通道壁粗糙的管），把大角度的转弯改成几次小角度的转弯后，会显著降低局部阻力系数k_r。例如，90度的光管弯头：一次转弯完成时其局部阻力系数k_r=1.13，分成二次转弯每次转45度，则其局部阻力系数k_r=2×0.24=0.48，分成三次转弯每次转30度，则其局部阻力系数k_r=3×0.13=0.39。分成二次转弯每次转45度的局部阻力系数为一次90度转弯的局部阻力系数的0.425倍，即0.48/1.13=0.425，分成三次转弯每次转30度的局部阻力系数为一次90度转弯的局部阻力系数的0.345倍，即0.39/1.13=0.345。如果分成二次转弯完成，而每次转的角度不等，如第一次转30度，第二次转60度，或如第一次转60度，第二次转30度，则其局部阻力系数k_r=0.13+0.47=0.60，该情况的阻力系数为等角度的45度二次转弯情况的局部阻力系数的1.25倍。因此转弯的角度越小，其综合局部阻力系数越小。同样，由表2可以看出另一个问题：即管径和转弯时的曲率半径的比值d/ρ越小，则局部阻力系数越小。因此，在等管径的情况下，转弯的曲率半径应越大越好。

在板翅式换热器中，流体需90度转弯是常见的现象。如最常见的板翅式换热器的侧面开口流体通道结构就是典型的例子（参见附图1~3所示）。附图1是典型的一次完成90度的转弯结构，该结构中导流片虽然使用了二块，但没充分发挥应有的作用，是所有结构形式中转弯阻力最大的结构形式。附图2是典型的流体通过二次转弯完成90度转弯的结构，且该结构是二次转弯的最佳的结构形式，即45度等角度转弯，该结构中导流片由A型导流片和C型导流片构成，A型导流片对应图中靠近进出口的一块导流片，该导流片一底边为封条的厚度， C型导流片为与翅片连接的导流片，为梯形部分，即。附图3是流体进入板翅式换热器以后，经一次转弯就完成了流体的分配任务，转弯结构的效果介于附图1和附图2之间。附图2为三种转弯结构中最佳的一种形式，为了更充分的分析这种结构形式各个几何尺寸之间的关系，把附图2的结构进行细化，参见附图4所示：a为导流片入口开口宽度，b为封条2宽度，Wi为板翅式换热器有效宽度，∠p为45度，L为A型导流片长度。由附图4可以看出，凡是流体二次45度转角完成90度转弯的板翅式换热器，它的A型导流片和C型导流片的尺寸都可以固定：因为a、Wi、b为已知尺寸，所以A型导流片长度尺寸L：L=Wi+b-a。而C型导流片的尺寸也都是已知的，即三条直角边分别为：Wi，a，a，则另一条边也是确定的。本实用新型在现有技术基础上使导流片包括三至五段导流片，将直角转弯分成三次小角度转弯，从而减小流体在直角转弯处的阻力，从而可以在流体进口和出口之间的压力降确定后能够将大型板翅式换热器体积做小。

附图说明

附图1为现有的大型板翅式换热器的侧面开口流体通道的导流片的结构一的示意图；

附图2为现有的大型板翅式换热器的侧面开口流体通道的导流片的结构二的示意图；

附图3为现有的大型板翅式换热器的侧面开口流体通道的导流片的结构三的示意图；

附图4为附图2中的导流片的几何尺寸图；

附图5为本实用新型实施例大型板翅式换热器的侧面开口流体通道的导流片的结构示意图；

附图6为附图5中的导流片的几何尺寸图。

以上附图中：1、翅片；2、封条；3、第一段导流片；4、第二段导流片；5、第三段导流片；6、进出口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种大型板翅式换热器

参见附图5所示，包含有并列布置的若干层流体通道，每层流体通道由翅片1、导流片、隔板和封条2组成，所述流体通道在侧面开设有流体的进出口6，所述进出口6处的通道与翅片1处的通道之间通过90度的转弯通道进行连接和连通，所述90度的转弯通道由隔板、封条2以及三段导流片依次拼接构成，其中，第一段导流片3的一端位于进出口6处，第一段导流片3的另一端与第二段导流片4的一端连接，第二段导流片4的另一端与第三段导流片5的一端连接，第三段导流片5的另一端与翅片1连接；自进出口6处的通道方向起至翅片1处的通道方向止，所述90度的转弯通道中，经各段导流片拼接后转角之和为90度，其中，每段导流片与其相邻的导流片相比转角角度等于30度，即第二段导流片4相对第一段导流片3的转角为30度，第三段导流片5相对第二段导流片4的转角为30度，而翅片1相对第三段导流片5转角为30度，以此构成三次、小角度转弯的90度的转弯通道。

参见附图6所示，本实施例通过三次转弯30度完成一次90度转弯的情况：三次转弯是在附图4二次转弯的基础上，把C型导流片fdej再分成二片，即本实施例第一段导流片3对应附图4中二次转弯的A型导流片，第二段导流片4和第三段导流片5对应 C型导流片fdej分得的两块，以下会分析第一段导流片3、第二段导流片4和第三段导流片5的尺寸：

在Wi、b、a三个尺寸已知后，首先从j点起，作与线段je成30度角的直线jc，再从d 点作与线段dc成30度角的直线交线段jc于m点，并使dm= jm。由此知：d点是要试凑而得到的，目的是使流体出A型导流片后先转角30度角，流经的距离dm等于第二次转角30度后流经的距离jm，而完成流体在导流片中的流动。连fm交线段je于g点，所述第二段导流片4对应四边型fdeg导流片，所述第三段导流片5对应三角形jfg导流片。以下是证明d点的位置：连接jd，由于∠edh=30°, ∠cje=30°，∠dej=90°，很容易得到∠jmd=150°，在三角形jdm中，三角形的二个边jm=md，所以∠mjd=∠mdj=15°，因此∠jdc=∠djg=45°，则je=de=a（a为导流片开口宽度）。同时，L=Wi+b- a，即附图6中的长度L与附图4中的长度L相同。由此可知：30度转弯三次的第一段导流片3和45度转弯二次的A型导流片是相同的，三次转弯仅仅是把二次转弯的C型导流片分成两块而已，而分法也很容易：在二次转弯的C型导流片fdej中，过j点作和je边成30°的直线jc，再过d点作和de边成30度的直线交jc线于m点，连接fm交je线于g点，则三角形jfg和四边形的fdeg导流片即是把二次转弯的C型导流片分成两块新的导流片尺寸。既然45度转弯二次的C型导流片尺寸是固定的，则30°转弯三次的第二段导流片4和第三段导流片5的尺寸也应该是固定的。下面通过计算分析求出第二段导流片4和第三段导流片5的尺寸：过m点作jf线的垂直线mk，过m点作jd线的垂线mn交dj于n点。在三角形jde中，jd=1.4142a ，则jn=0.7071a，∠mjn=15°，所以jm=jn/cos15°=0.7071a/0.9659=0.7321a，由于∠mjk=45°+15°=60°，由此可得：jk=jm×cos60°=0.5jm=0.366a，mk=0.866jm=0.866×0.7321a=0.634a，fk=Wi－0.366a，∠mfk=tg^-1(mk/fk)°=tg^-1[0.634a/(Wi－0.366a)]°，jg=Wi×tg(∠mfk)=Wi×(mk/fk)=Wi[0.366a/(Wi－0.336a)]， eg=a－jg=a－Wi[0.366a/(Wi-0.336a)]，综上，可以得到第二段导流片4的尺寸：四边形fdeg的二个直边：de=a；eg=a－Wi[0.366a/(Wi－0.336a)]，第三段导流片5的尺寸：三角形fgj的两个直边jf=Wi；jg=Wi[0.366a/(Wi－0.336a)]，其它各边都能通过三角函数得出。

对比附图4和附图6可以看出：本实施例的三次30°转弯比二次45°转弯流体流经附图4中C型导流片的面积正好扩大了三角形jdm的面积。而m点的位置当A型导流片的开口尺寸a确定以后，m点的位置是固定的，和板翅式换热器的宽度尺寸无关。第三段导流片5的短边尺寸jg是随板翅式换热器宽度尺寸Wi的增加而减少的。

由附图6可知：∠mfk=tg^-1(mk/fk)°=tg^-1[0.634a/(Wi－0.366a)] °，由于几何尺寸a和Wi不同，一般Wi要比a大二倍以上，如Wi=470mm，a=100mm。则∠mfk=tg^-1(63.4/433.4)=8.3°，因此可以看出：∠mfk很小，而此时∠dfg计算值为7.866°，这两个角都非常小。因此三次30°转弯的第二段导流片4和第三段导流片5的尖角都很尖，保存时要注意。

本实用新型导流片还可以包括第四段导流片或/和第五段导流片，即分不成四次转弯或五次转弯来实现90度转弯，这些方式理论上都是可以实现的，但实际上在附图6中的f点处会很难做到，因为四次转弯或五次转弯的尖角更尖，在制造、保存过程中都很容易损坏。

本实用新型中的两点是代表两点之间的长度，比如dm是指dm的线段长度，而dm= jm，是指线段dm等于线段jm。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种大型板翅式换热器，包含有并列布置的若干层流体通道，每层流体通道由翅片（1）、导流片、隔板和封条（2）组成，所述流体通道在侧面开设有流体的进出口（6），所述进出口（6）处的通道与翅片（1）处的通道之间通过90度的转弯通道进行连接和连通，其特征在于：所述90度的转弯通道由隔板、封条（2）以及三至五段导流片依次拼接构成，其中，第一段导流片（3）的一端位于进出口（6）处，第一段导流片（3）的另一端与第二段导流片（4）的一端连接，第二段导流片（4）的另一端与第三段导流片（5）的一端连接，以此类推，最后一段导流片的另一端与翅片（1）连接；自进出口（6）处的通道方向起至翅片（1）处的通道方向止，所述90度的转弯通道中，经各段导流片拼接后转角之和为90度，其中，每段导流片与其相邻的导流片相比转角角度大于或等于10度且小于或等于50度，以此构成多次、小角度转弯的90度的转弯通道。