一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，包括設(shè)置有殼程流體進口接管和殼程流體出口接管的換熱器殼體、設(shè)置有板程流體進口和板程流體出口的波紋板換熱本體，所述波紋板換熱本體位于所述換熱器殼體內(nèi)，所述的換熱器殼體及波紋板換熱本體的橫截面均呈橢圓形，所述波紋板換熱本體的兩側(cè)對稱設(shè)置有將換熱器殼體與波紋板換熱本體之間的空隙上下分割為殼程流體出口腔室和殼程流體入口腔室的導(dǎo)流塊，所述的殼程流體進口接管和殼程流體出口接管設(shè)置于橢圓形換熱器殼體的長半徑方向上。本發(fā)明具有低溫差傳熱、低壓降、適應(yīng)能力較強、換熱面積靈活等優(yōu)點，不易變形、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安全方便，是一種高效的傳熱設(shè)備。
【專利說明】
一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種板板殼式換熱器，尤其涉及一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]板殼式換熱器是以薄板作為傳熱元件的一種新型換熱器，它主要由換熱本體和殼體兩部分組成。將沖壓成型的單板片角孔接觸處經(jīng)激光焊接在一起，構(gòu)成一組換熱器板對。形狀相同的板片但是波紋高度不同的橢圓形的板組再經(jīng)焊接成換熱器的本體。板殼式換熱器因為結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱系數(shù)大、耐高溫、高壓、不易結(jié)垢、低溫差傳熱、低壓降、密封不使用墊圈等各種優(yōu)點廣泛的應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、制冷、制藥、電力以及石化等行業(yè)。隨著換熱器技術(shù)的革新，板式換熱器逐漸的取代了傳統(tǒng)的管殼式換熱器。但是由于板式換熱器的密封問題，所以存在普遍的使用在低壓范圍，密封問題限制其壓力和溫度的使用范圍，并且板式換熱器的流道分布不均勻，流動效果不佳，以及殼體流量不足時引起的回流現(xiàn)象，對傳熱介質(zhì)屬性的選擇等缺點，也推動了新型換熱器的發(fā)展。目前存在的一些全焊接的板殼式換熱器大多數(shù)使用的是矩形板片作為傳熱元件，傳熱出現(xiàn)不均衡，并且由于傳熱中的溫差以及普通的焊接，長期的溫差應(yīng)力和振動，使得板片失效情況嚴(yán)重且板片的分布不均勻也造成了換熱面的浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種密封性能良好耐高壓的帶小鼓泡的橢圓形波紋板板殼式換熱器。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，包括設(shè)置有殼程流體進口接管和殼程流體出口接管的換熱器殼體、設(shè)置有板程流體進口和板程流體出口的波紋板換熱本體，所述波紋板換熱本體位于所述換熱器殼體內(nèi)，所述的換熱器殼體及波紋板換熱本體的橫截面均呈橢圓形，所述波紋板換熱本體的兩側(cè)對稱設(shè)置有將換熱器殼體與波紋板換熱本體之間的空隙上下分割為殼程流體出口腔室和殼程流體入口腔室的導(dǎo)流塊，所述的殼程流體進口接管和殼程流體出口接管設(shè)置于橢圓形換熱器殼體的長半徑方向上，所述板程流體進口和板程流體出口對稱地垂直設(shè)置于波紋板換熱本體的同一端的長半徑方向上。
[0005]本方案通過設(shè)置橢圓形傳熱元件，克服波紋板換熱本體傳熱不均衡的問題，低溫差傳熱，低壓降，適應(yīng)能力較強，減少無法產(chǎn)生逆流換熱的無效換熱區(qū)域面積，提高換熱效率、減少傳熱元件體積；同時，因所述板程流體進口和板程流體出口設(shè)置于波紋板換熱本體的同一端，而不是分別位于波紋板換熱本體的兩端，因此加工方便，同時，這樣換熱器殼體的后端密封平板就無需加工孔，成為一塊完整的盲板，有利于提高換熱器殼體的機械強度，降低工藝難度。
[0006]進一步地，所述的換熱器殼體的前端設(shè)置有橢圓形前端密封法蘭蓋，后端焊接設(shè)置有橢圓形后端密封平板，共同形成密封的壓力容器，所述前端密封法蘭蓋沿長半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個分別連接板程流體進口和板程流體出口的板程流體進口接管、板程流體出口接管。換熱器殼體后端通過后端密封平板與殼體焊接密封，減少因開孔造成的應(yīng)力集中，加強殼體的強度。
[0007]進一步地，所述波紋板換熱本體包括若干沿波紋板換熱本體長度方向平行排列的板對，相鄰板對之間沿外邊緣進行焊接，所述的板對包括兩片橢圓形波紋板片，同一板對的兩片波紋板片沿長半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個直徑相同的角孔，兩片橢圓形波紋板片在角孔處通過焊接形成板對。橢圓形的波紋板片及板對設(shè)計，可減少原有矩形或圓形傳熱元件無法產(chǎn)生逆流換熱的無效換熱區(qū)域面積，提高換熱效率、減少傳熱元件體積。
[0008]進一步地，所述的波紋板片為人字形波紋板，同一板對的兩塊波紋板片設(shè)有方向相反的人字形波紋，兩種波紋的交叉點就形成接觸點，這樣還可消除振動，并且在促進湍流和熱交換的同時，消除了由于疲勞裂縫引起的內(nèi)部泄漏。
[0009]進一步地，所述的波紋板片兩面均勻設(shè)置有若干深度不一的鼓泡。板片之間的觸點以及波紋上的小鼓泡，利于流體分布均勻，同時相對于平板有較強的變形能力，故可以緩解由介質(zhì)之間由溫差而造成的應(yīng)力進行補償，使波紋板片應(yīng)力分布均勻，能夠有效的緩解由于溫差應(yīng)力和流體沖擊振動引起的變形。
[0010]進一步地，所述板對之間、波紋板片的角孔之間采用激光焊接方式進行焊接。激光焊接是將高強度的激光束輻射到金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，使得金屬融化形成焊接，總而言之，利用激光脈沖對微小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的高溫將金屬的分子結(jié)構(gòu)打亂，分子重新排列使得兩塊金屬的分子融為一體形成焊接，與普通焊接相比，擁有更高的強度和硬度。激光焊接的后的熱影響區(qū)比較小，母材受損的區(qū)域也越小，焊接質(zhì)量更加好，不僅解決了傳統(tǒng)板式和管殼式換熱器的密封問題，能夠承受更加高的壓力，比一般的板殼式換熱器承壓能力能增加l_2MPa。
[0011]進一步地，位于波紋板換熱本體前端的板對的角孔直徑最小，其余板對的角孔直徑沿波紋板換熱本體長度方向向后逐漸遞增。不同直徑的角孔在焊接后形成由前先后、由小逐漸擴大的變徑板程流道，使流體分布均勻。
[0012]進一步地，所述殼程流體入口腔室內(nèi)設(shè)置有緊貼所述波紋板換熱本體的入口分流板，所述的入口分流板上均勻設(shè)置有若干與各板對縫隙相匹配的弧形孔，所述的入口分流板的兩邊固定焊接在導(dǎo)流塊上。入口分流板保證殼程流體流入殼程流體入口腔室時更加均勻的分布，并且可以減緩殼程流體對焊接角孔的直接沖擊。
[0013]進一步地，各個弧形孔的寬度由入口分流板的中間向兩端逐漸增大。因為靠近殼體入口的縫隙比較容易流入，所以相對的減小開度，而遠離入口處的流量和壓力都相對入口小了，所以增加開度，以便保證流體分布均勻。
[0014]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有低溫差傳熱、低壓降、適應(yīng)能力較強等優(yōu)點，可減少無法產(chǎn)生逆流換熱的無效換熱區(qū)域;換熱面積靈活，可通過串聯(lián)增加換熱長度，滿足不同的工況的工藝要求;微小曲折的多流道具有換熱效率高、不易結(jié)垢，維護成本低等優(yōu)點；板片之間的觸點以及波紋上的小鼓泡，使板片應(yīng)力分布均勻，能夠有效的緩解溫差和振動引起的變形;整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安全方便、維護方便，是一種高效的傳熱設(shè)備。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例的橢圓形波紋板板殼式換熱器結(jié)構(gòu)爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為圖1中A-A剖視圖。
[0017]圖3為入口分流器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明實施例的橢圓形波紋板板殼式換熱器波紋板焊接示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明實施例的橢圓形波紋板板殼式換熱器波紋板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為圖5中A處放大的鼓泡分布不意圖。
[0021 ]圖7為本發(fā)明實施例的橢圓形波紋板板殼式換熱器流體流動示意圖。
[0022]圖中所示為:1-板程流體進口接管;2-前端密封法蘭蓋;3-波紋板換熱本體;4-殼程流體進口接管;5-換熱器殼體;6-后端密封平板;7-板程流體出口接管;8-導(dǎo)流塊;9-殼程流體出口接管；I O-板程流體進口 ； 11-板程流體出口 ； 12-殼程流體入口腔室；13-波紋板片；131-小鼓泡；132-角孔;14-殼程流體出口腔室；15-板程入口流道;16-板程出口流道;17-板片外緣焊接處;18-角孔焊接處;19-入口分流板。
【具體實施方式】
[0023]下面通過具體實施例對本發(fā)明的目的作進一步詳細(xì)地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0024]如圖1和圖2所示，一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，包括設(shè)置有殼程流體進口接管4和殼程流體出口接管9的換熱器殼體5、設(shè)置有板程流體進口 10和板程流體出口 11的波紋板換熱本體3，所述波紋板換熱本體3位于所述換熱器殼體5內(nèi)，所述的換熱器殼體5及波紋板換熱本體3的橫截面均呈橢圓形，所述波紋板換熱本體3的兩側(cè)對稱設(shè)置有將換熱器殼體5與波紋板換熱本體3之間的空隙上下分割為殼程流體出口腔室14和殼程流體入口腔室12的導(dǎo)流塊8，所述導(dǎo)流塊8不僅有分隔殼程流體腔室的作用，還有一定的固定作用，如固定波紋板換熱本體3與換熱器殼體5之間相對位置等;所述的殼程流體進口接管4和殼程流體出口接管9設(shè)置于橢圓形換熱器殼體5的長半徑方向上，所述板程流體進口 10和板程流體出口 11對稱地垂直設(shè)置于波紋板換熱本體3的同一端的長半徑方向上。
[0025]所述的換熱器殼體5的前端設(shè)置有橢圓形前端密封法蘭蓋2，后端焊接設(shè)置有橢圓形后端密封平板6，共同形成密封的壓力容器，所述前端密封法蘭蓋2沿長半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個分別連接板程流體進口 10和板程流體出口 11的板程流體進口接管1、板程流體出口接管7。換熱器殼體5后端通過后端密封平板6與殼體焊接密封，端密封平板6為一整塊盲板，可減少因開孔造成的應(yīng)力集中，加強殼體的強度。
[0026]如圖4和圖5所示，所述波紋板換熱本體3包括若干沿波紋板換熱本體3長度方向平行排列的板對，相鄰板對之間沿外邊緣進行焊接，所述的板對包括兩片橢圓形波紋板片13，同一板對的兩片波紋板片13沿長半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個直徑相同的角孔132，兩片橢圓形波紋板片13在角孔132處通過焊接形成板對。
[0027]所述的波紋板片13為人字形波紋板，同一板對的兩塊波紋板片13設(shè)有方向相反的人字形波紋，兩種波紋的交叉點就形成接觸點，這樣還可消除振動，并且在促進湍流和熱交換的同時，消除了由于疲勞裂縫引起的內(nèi)部泄漏。
[0028]如圖6所示，所述的波紋板片13兩面均勻設(shè)置有若干深度不一的小鼓泡131。板片之間的觸點以及波紋上的小鼓泡，利于流體分布均勻，同時相對于波紋板片13有較強的變形能力，故可以緩解由介質(zhì)之間由溫差而造成的應(yīng)力進行補償，使波紋板片13的應(yīng)力分布均勻，能夠有效的緩解由于溫差應(yīng)力和流體沖擊振動引起的變形。
[0029]所述板對之間、波紋板片的角孔132之間采用激光焊接方式進行焊接。激光焊接是將高強度的激光束輻射到金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，使得金屬融化形成焊接，總而言之，利用激光脈沖對微小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的高溫將金屬的分子結(jié)構(gòu)打亂，分子重新排列使得兩塊金屬的分子融為一體形成焊接，與普通焊接相比，擁有更高的強度和硬度。激光焊接的后的熱影響區(qū)比較小，母材受損的區(qū)域也越小，焊接質(zhì)量更加好，不僅解決了傳統(tǒng)板式和管殼式換熱器的密封問題，能夠承受更加高的壓力，比一般的板殼式換熱器承壓能力能增加 l-2MPa。
[0030]如圖7所示，位于波紋板換熱本體3前端的板對的角孔132直徑最小，其余板對的角孔132直徑沿波紋板換熱本體3長度方向向后逐漸遞增，形成喇叭狀通道，不同直徑的角孔在焊接后形成由小逐漸擴大的變徑板程流道，板程入口處的角孔132直徑小，因此流體壓力較大，而逐漸變大的喇叭狀變徑流道使流體相對板程入口處的壓力逐漸變小，這樣可以使流體由于壓差流入遠離入口的板程處，充分的換熱，入口處小角孔還可以控制入口流量，遠離入口的大角孔能夠使流體有更大的流動空間，從而實現(xiàn)流體的均勻分布。
[0031]如圖2和圖3所示，所述殼程流體入口腔室14內(nèi)設(shè)置有緊貼所述波紋板換熱本體3的入口分流板19，所述的入口分流板19上均勻設(shè)置有若干與各板對焊縫相對應(yīng)的弧形孔，所述的入口分流板19的兩邊固定焊接在導(dǎo)流塊8上。可以看出，入口分流板19的橫截面形狀與所述波紋板換熱本體3橫截面形狀相一致，采用具有一定厚度的金屬板，設(shè)置入口分流板19是因為殼體入口的流體是從殼程流體進口接管4直接進入殼程流體入口腔室12，接著是從板對之間的縫隙里流動換熱，此時，因殼程流體進口接管4設(shè)置在換熱器殼體5的中部，殼程流體從換熱器殼體5的中間進入，可能出現(xiàn)流體聚積，對角孔132的焊接部位造成交到的沖擊力；同時，因中部位置的殼程流體容易進入板對之間的縫隙，而遠離中部的板對之間的縫隙可能流體分布不那么均勻，甚至是達不到，出現(xiàn)一些流體流不到的“干涸區(qū)”?；谏鲜鲆螂x殼程接管距離不同，流體可能分布不均勻的問題，本實施例增設(shè)入口分流板19就可以將殼程流體進口接管4的殼程流體在殼程流體入口腔室12中通過弧形孔分配均勻后再流入各板對之間的縫隙中，從而既有利于流體分配均勻，又能減少對角孔132的直接沖擊。
[0032]本實施例的波紋板換熱本體3是根據(jù)換熱量需要由若干個帶小鼓泡131的波紋板片13焊接而成，波紋板換熱本體3兩側(cè)由一對對稱的導(dǎo)流塊8與波紋板換熱本體3焊接成一個整體后，放置于換熱器殼體5中，從而使波紋板換熱本體3與換熱器殼體5之間形成殼程流體入口腔室12以及殼程流體出口腔室14(見圖2);本實施例的板程流體通過板程流體進口接管I進入，從而在板程流體進口 1內(nèi)進入板程的板程入口流道15，為了使流體分布均勻，板程入口流道15的直徑中間大、向兩端逐漸遞減，進入板程入口流道15的流體在焊接好的各個板對帶小鼓泡131的兩片波紋板13之間流動;經(jīng)過各板對的兩波紋板13之間換熱流動的流體最后經(jīng)過板程的板程出口流道16，經(jīng)由板程流體出口 11，最后經(jīng)過板程流體出口接管7流出，完成板程的一個換熱周期;殼程流體通過殼程流體進口接管4進入換熱器殼體5中的殼程流體入口腔室12中，然后再進入到各個板對之間的縫隙中，與各板對內(nèi)的板程流體在波紋板換熱本體中間隔的逆向流動，接著匯入殼程流體出口腔室14，最后經(jīng)殼程流體出口接管9流出，相比現(xiàn)有的板殼式換熱器，因所述板程流體進口 10和板程流體出口 11設(shè)置于波紋板換熱本體3的同一端，而不是分別位于波紋板換熱本體3的兩端，因此加工方便，同時，這樣換熱器殼體5的后端密封平板6就無需加工孔，成為一塊完整的盲板，有利于提高換熱器殼體5的機械強度，降低工藝難度。(見圖7)。
[0033]本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，包括設(shè)置有殼程流體進口接管和殼程流體出口接管的換熱器殼體、設(shè)置有板程流體進口和板程流體出口的波紋板換熱本體，所述波紋板換熱本體位于所述換熱器殼體內(nèi)，其特征在于:所述的換熱器殼體及波紋板換熱本體的橫截面均呈橢圓形，所述波紋板換熱本體的兩側(cè)對稱設(shè)置有將換熱器殼體與波紋板換熱本體之間的空隙上下分割為殼程流體出口腔室和殼程流體入口腔室的導(dǎo)流塊，所述的殼程流體進口接管和殼程流體出口接管對稱設(shè)置于橢圓形換熱器殼體外壁中間且位于橢圓形換熱器殼體橫截面的長半徑方向上，所述板程流體進口和板程流體出口對稱地垂直設(shè)置于波紋板換熱本體的同一端的長半徑方向上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:所述的換熱器殼體的前端設(shè)置有橢圓形前端密封法蘭蓋，后端焊接設(shè)置有橢圓形后端密封平板，所述前端密封法蘭蓋沿長半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個分別連接板程流體進口和板程流體出口的板程流體進口接管、板程流體出口接管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:所述波紋板換熱本體包括若干沿波紋板換熱本體長度方向平行排列的板對，相鄰板對之間沿外邊緣進行焊接，所述的板對包括兩片橢圓形波紋板片，同一板對的兩片波紋板片沿長半徑方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個直徑相同的角孔，兩片橢圓形波紋板片在角孔處通過焊接形成板對。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:所述的波紋板片為人字形波紋板，同一板對的兩塊波紋板片設(shè)有方向相反的人字形波紋。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:所述的波紋板片兩面均勻設(shè)置有若干深度不一的小鼓泡。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:所述板對之間、波紋板片的角孔之間采用激光焊接方式進行焊接。7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:位于波紋板換熱本體前端的板對的角孔直徑最小，其余板對的角孔直徑沿波紋板換熱本體長度方向向后逐漸遞增。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:所述殼程流體入口腔室內(nèi)設(shè)置有緊貼所述波紋板換熱本體的入口分流板，所述的入口分流板上均勻設(shè)置有若干與各板對縫隙相匹配的弧形孔，所述的入口分流板的兩邊固定焊接在導(dǎo)流塊上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耐高壓的橢圓形波紋板板殼式換熱器，其特征在于:各個弧形孔的寬度由入口分流板的中間向兩端逐漸增大。
【文檔編號】F28D9/00GK105865235SQ201610274679
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】羅小平, 甘兵, 周建陽, 馮振飛, 吳迪, 張霖, 李海燕, 鄧聰, 謝鳴宇, 郭峰
【申請人】華南理工大學(xué)