专利名称：一种翅片管换热器组装方法
技术领域：
本发明涉及换热装置技术领域，尤其涉及应用于一种翅片管换热器的组装方法。
背景技术：
目前，在冶金、动力、石化、空调等行业中，为了强化换热效果或者达到使换热器高效紧凑的目的，翅片管换热器得到了广泛的推广和应用。换热器在设计、制造、使用过程中，要保证壳程介质、管程介质、外部环境介质三者之间的相互密封隔离，在保证换热器功能性要求的前提下，换热器相关部件设计、制造、组装工艺的选择对控制整个换热器成本、缩短换热器制造工时、方便换热器现场安装维护具有很大的作用。通常，翅片管换热器主要由翅片管组、管板、外壳及其他附属件构成。制作时，换热器外壳和翅片管组分别制作，翅片管组和管板组装后整体放入外壳中完成整个换热器的组装。同时，针对冶金、动力、石化行业的一些大型换热器，为保证运输和现场安装方便，对换热器的紧凑性和重量也提出了更高的要求。目前的翅片管换热器将外壳和翅片管组分别制造的方案存在如下缺憾:(I)外壳作为换热器的一部分仅仅起到隔离壳程介质与环境介质、支撑换热器整体重量的作用，却占据了换热器总重量的较大比重，优化外壳设计在换热器减重方面具有较大的潜力；(2)外壳的存在使得换热器的外形尺寸大型化，使得换热器部分空间仅仅产生导流作用而没有换热作用，外壳尺寸的优化可以使得换热器更紧凑、安装空间更小；(3)管板未充分利用，目前高端翅片管换热器管板一般为不锈钢材质，材料硬度、强度较高，管板仅仅起到固定、支撑翅片管组的作用显然还远远不够，如何最大限度的利用管板也是换热器研究的一个方向；(4)换热器部件较多，给制造、组装带来不便；(5)换热器部分零部件设计不尽合理，给组装、安装带来不便。综上，目前的翅片管换热器存在较大的优化空间，通过优化换热器部件个数、优化换热器部件设计方案，使得换热器组成部件少量化、组装方便化、重量轻质化、尺寸紧凑化方面仍具有很大的探索空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种结构简单，在保证换热器正常功能性要求的前提下，通过优化换热器部件组装方案，使得换热器组成部件少量化、组装方便化、重量轻质化、尺寸紧凑化，缩短组装工时，降低成本投入的翅片管换热器组装方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种翅片管换热器组装方法，该换热器主要包括翅片管组、管板、侧板、端面法兰、进出口管道及其集管和支管、封头保护壳、封头，组装过程如下:
(I)首先将翅片管组整体制作，预先打压，其次采用锯齿形切割方法制作管板，并将翅片管组和管板进行装配，之后将封头和翅片管组的进出口进行焊接，然后将进出口管道的支管焊接于封头。翅片管组和管板之间不焊接，且后部翅片管保护壳留有间隙，可保证翅片管受热变形后有足够的伸缩空间；
(2)管板的上下部分别与端面法兰焊接，前后管板分别焊接有封头保护壳，前封头保护壳一边与管板焊接，一边与封头焊接，后封头保护壳则直接焊接在管板上。管板两侧分别有两块侧板，侧板与管板和封头保护壳通过焊接连接在一起。管板、前后封头保护壳、两块侧板通过焊接组成一个密闭的腔体，该腔体将换热器壳程介质和环境介质进行隔离，代替原来单独制作换热器外壳来隔离壳程介质和环境介质的方案。(3)将进出口集管与进出口支管进行焊接，之后焊接换热器进出口管道和法兰，完成整个换热器的组装。在上述方案中，本换热器管板采用锯齿形管板，该锯齿形管板结构上包括三部分:上直板、中间多孔板、下直板，其中上、下直板与中间多孔板的连接位置处于封头保护壳与管板的焊接位置之内，保证该连接位置处于前后封头保护壳的包覆之内，以增强管板强度。下料时可将三部分分别下料也可整板下料然后切割为三部分，一般推荐采用分别下料以减少切割工作量。将中间多孔板按照需要钻孔后自垂直于长度方向沿孔中心线将其切割为若干锯齿型管板。锯齿型管板和翅片管进行组装时，首先按照多孔板切割顺序将其中一块锯齿型管板固定，然后将整体制作、预先打压的翅片管放入锯齿型管板缺口处，之后将相邻的锯齿型管板与之对接并点焊固定，顺次放置翅片管和锯齿型管板直至完成所有翅片管装配。待与翅片管组装配完毕后，将多孔板与上下直板打坡口双面连续密封焊接成整体。至此完成管板和翅片管的装配过程。在上述方案中，所述的封头保护壳为一钢板折弯结构，下料时整块钢板下料，然后根据需要折弯成型，最后在折弯钢板上切割出矩形区域。组装时，封头保护壳上部、下部分别与管板焊接，中间矩形切割区域与封头焊接，两侧与换热器侧板焊接。采用上述技术方案后的有益效果是:
(1)组成换热器的零部件数量较少，不需要单独制作换热器外壳，整个换热器重量轻、结构紧凑、组装方便；
(2)翅片管整体制作，预先打压，避免了翅片管组装过程中产生的高难度焊接，降低翅片管组装过程中可能出现的风险，减少了焊接量，降低了制造组装难度；
(3)封头保护壳独特的设计方案使得其与换热器整体组装简单易行，切割下来的材料形状规则，尺寸较大，可另外加以利用，增大了材料使用效率。降低了设计、制造、组装复杂度，降低了材料使用量，缩短了制造工时；
(4)管板采用独特的锯齿形结构，管板分别下料，减少了切割工作量，同时有利于充分利用现有不规则或小尺寸材料，节约成本。切割后的锯齿板具有较小的长宽比，锯齿板具有较强的抗弯曲变形能力。
图1为本发明方案示意 图2为图1的俯视 图3为图1的A-A视 图4为原有的锯齿形管板切割方案； 图5为本发明采用的锯齿形管板切割方案；
图6为本发明采用的封头保护壳方案；
图7为本发明封头保护壳与换热器装配示意 图8为原有的封头保护壳方案；
图9为原有的封头保护壳与换热器装配示意图。图中:1-壳程进口管道，2-进口集管，3-进口支管，4-进口封头，5-前封头保护壳，6-下端面法兰、8-上端面法兰，7-后封头保护壳，9-后管板、12-前管板，10-侧板，11-翅片管组，13-出口封头，14-出口支管，15-出口集管，16-壳程出口管道，17-上直板，18-多孔板、19-下直板。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，对本发明作进一步的说明:
如图1图2图3所示，该换热器主要包括:壳程进口管道1、壳程出口管道16、进口集管
2、出口集管15、进口支管3、出口支管14、进口封头4、出口封头13、前封头保护壳5、后封头保护壳7、下端面法兰6、上端面法兰8、翅片管组11、后管板9、前管板12、侧板10。后管板9和前管板12为不锈钢材质，并设计为的锯齿形结构。前封头保护壳5为一钢板折弯结构，钢板上切割出一块矩形区域，前封头保护壳5 —端焊接于前管板12上，中间矩形切割区域和进口封头4、出口封头13焊接。组装过程如下:
(1)首先将翅片管组11整体制作，预先打压，其次采用锯齿形切割方法制作后管板9和前管板12,并将翅片管组11和后管板9、前管板12进行装配,之后将进口封头4、出口封头13和翅片管组11的进出口进行焊接，然后将进口支管3和出口支管14分别焊接于进口封头4和出口封头13 ;翅片管组11和后管板9、前管板12之间不焊接，且后封头保护壳7留有间隙，可保证翅片管组11受热变形后有足够的自由伸缩空间；
(2)将后管板9、前管板12的上下部分别与上端面法兰8、下端面法兰6焊接，然后在后管板9和前管板12上分别焊接封头保护壳，前封头保护壳5 —边与前管板12焊接，一边与封头焊接，后封头保护壳7则直接焊接在后管板9上。管板两侧分别有两块侧板10，侧板10与管板和封头保护壳通过焊接连接在一起。使前后管板、前后封头保护壳、两块侧板通过焊接组成一个密闭的腔体，该腔体将换热器壳程介质和环境介质进行隔离，代替原来单独制作换热器外壳来隔离壳程介质和环境介质的方案。(3)将进口集管2、出口集管15分别与进口支管3、出口支管14进行焊接，之后焊接壳程进口管道1、壳程出口管道16和法兰，完成整个换热器的组装。在本实施例中，采用锯齿形管板，该锯齿形管板结构上包括三部分:上直板17、中间多孔板18、下直板19，其中上直板17、下直板19与多孔板18的连接位置处于封头保护壳与管板的焊接位置之内，保证该连接位置处于前后封头保护壳的包覆之内，以增强管板强度。下料时将三部分分别下料以减少切割工作量。将多孔板18按照需要钻孔后自垂直于长度方向沿孔中心线将其切割为若干锯齿型管板。锯齿型管板和翅片管进行组装时，首先按照多孔板18切割顺序将其中一块锯齿型管板固定，然后将整体制作、预先打压的翅片管放入锯齿型管板缺口处，之后将相邻的锯齿型管板与之对接并点焊固定，顺次放置翅片管和锯齿型管板直至完成所有翅片管装配。待与翅片管组装配完毕后，将多孔板18与上下直板打坡口双面连续密封焊接成整体。在本实施例中，所述的前封头保护壳5为一钢板折弯结构，下料时整块钢板下料，然后根据需要折弯成型，最后在折弯钢板上切割出矩形区域。组装时，封头保护壳上部、下部分别与管板焊接，中间矩形切割区域与封头焊接，两侧与侧板10焊接。本发明实施例主要特点在于:
(1)换热器不需要单独制作外壳，充分利用管板。目前常见的换热器一般都单独制作外壳，翅片管组和管板组装完毕后放入外壳中，外壳仅仅起到隔离壳程介质与环境介质、支撑换热器整体重量的作用，却占据了换热器总重量的较大比重，外壳的存在使得换热器的重量、外形尺寸、材料消耗都有不同程度的增加，这与换热器的发展趋势:组成部件少量化、组装方便化、重量轻质化、尺寸紧凑化存在一定的矛盾，本发明的设计思路较好的符合了这种趋势；
(2)独特的锯齿形管板结构，使得翅片管能整体制作，预先打压。为了保证翅片管能整体制作，预先打压，目前一般的锯齿形管板方案(图4)为:管板整板下料，按照要求钻孔，然后直接自垂直于长度方向沿孔中心线将管板切割为若干锯齿形板。该方法整体切割工作量大。且由于多次切割，与翅片管组装后的管板强度较差，一般通过周围焊接筋板的方法增加其强度，增加了材料用量和焊接量。切割后的锯齿板重新组装后板面平直度无法保证，换热器投入使用后管板易产生弯曲变形，影响换热器使用效果和寿命。本换热器锯齿形管板(图5)结构上包括三部分:上直板、中间多孔板、下直板，下料时三部分分别下料，将中间多孔板按照需要钻孔后自垂直于长度方向沿孔中心线将其切割为若干锯齿形板，采用本换热器管板设计方案(图5)后，管板整体切割工作量有所减少，组装后的管板强度可以保证，不需要外加筋板，既美观大方又减少了材料使用量和焊接工作量，切割后的锯齿板具有较大的长宽比，锯齿板具有较强的抗弯曲变形能力，组装后的管板平面度易于保证，管板受力均匀，使用中不易变形；
(3)封头保护壳独特的结构设计，可以降低材料使用量、组装焊接量、制造工时。本换热器封头保护壳(图6)为一钢板折弯结构，下料时整块钢板下料，然后根据需要折弯，最后在折弯钢板上切割出矩形区域。组装时，保护壳上部、下部分别与管板焊接，中间矩形切割区域与封头焊接，两侧与换热器侧板焊接(图7)。目前常见的保护壳设计方案为在折弯后的钢板上钻若干圆孔(图8)，钻孔后的保护壳分别与管板、各支管、侧板焊接固定(图9)。该方案需要的保护壳下料量较大，切割钻孔工序繁琐且加工工作量较大，保护壳加工余料尺寸较小，可再利用价值不大。同时由于此方案中保护壳与集管进行环焊焊接，施焊空间较小，焊接工艺要求较高，焊接工作量大、难度高。采用本发明后的保护壳下料量明显减少，保护壳切割区域为两块矩形区域，切割工作量小、难度低，保护壳加工余料形状规则、尺寸较大，可利用价值较高。本发明实施后，保护壳直接与封头焊接，不再与集管焊接，基本不需要考虑施焊空间限制，焊接难度低，焊接工作量相对较小，切割下来的余料形状规则且尺寸较大，可再利用价值较高。本换热器的工作过程如下:壳程介质和管程介质呈交错流动。壳程介质进出口分别为换热器的两个端面法兰，在翅片管外流动，参与换热。管程介质经管程入口进入后，首先进入集管，之后经与集管相连的若干支管(可保证介质分配均匀)进入封头内，然后经上下两排翅片管入口进入翅片管内，通过翅片管管壁和管外翅片与壳程介质进行换热，翅片管在管板上的排列呈交错布置(图3)，可保证所有翅片管均匀换热，换热后的管程介质经管程出口流出，管程出口的结构设置和管程入口段相同，仅存在介质流向不同。本发明实施例整个翅片管换热器达到了组成部件少量化、组装方便化、重量轻质化、尺寸紧凑化的要求。降低了换热器材料使用量，缩短了制造工时，对整个换热器的成本投入的降低大大有利。本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种翅片管换热器组装方法，该换热器主要包括翅片管组、管板、侧板、端面法兰、进出口管道及其集管和支管、封头保护壳、封头，组装过程如下: 首先将翅片管组整体制作，预先打压，其次采用锯齿形切割方法制作管板，并将翅片管组和管板进行装配，之后将封头和翅片管组的进出口进行焊接，然后将进出口管道的支管焊接于封头；翅片管组和管板之间不焊接，且后部翅片管保护壳留有间隙，可保证翅片管受热变形后有足够的伸缩空间； 将管板的上下部分别与端面法兰焊接，同时在前后管板分别焊接封头保护壳，前封头保护壳一边与管板焊接，一边与封头焊接，后封头保护壳则直接焊接在管板上； 然后在管板两侧分别设置两块侧板，将侧板与管板和封头保护壳通过焊接连接在一起，使得管板、前后封头保护壳、两块侧板通过组成一个密闭的腔体，该腔体将换热器壳程介质和环境介质进行隔离； 将进出口集管与进出口支管进行焊接，之后焊接换热器进出口管道和法兰，完成整个换热器的组装。
2.如权利要求1所述的翅片管换热器组装方法，其特征在于:所述的锯齿形切割方法制作管板，其管板结构包括三部分:上直板、中间多孔板、下直板，下料时将三部分分别下料，将中间多孔板按照锯齿形切割路线钻孔后，自垂直于长度方向沿孔中心线将其切割为若干锯齿型管板；其中上、下直板与中间多孔板的连接位置处于封头保护壳与管板的焊接位置之内，保证该连接位置处于前后封头保护壳的包覆之内，以增强管板强度。
3.如权利要求1或2所述的翅片管换热器组装方法，其特征在于:所述的管板和翅片管进行组装时，首先按照多孔板切割顺序将其中一块锯齿型管板固定，然后将整体制作、预先打压的翅片管放入锯齿型管板缺口处，之后将相邻的锯齿型管板与之对接并点焊固定，顺次放置翅片管和锯齿型管板直至完成所有翅片管装配，待与翅片管组装配完毕后，将多孔板与上下直板打坡口双面连续密封焊接成整体。
4.如权利要求1所述的翅片管换热器组装方法，其特征在于:所述的封头保护壳制作时，采用一钢板折弯结构，下料时整块钢板下料，然后进行折弯成型，最后在折弯钢板上切割出矩形区域；组装时，封头保护壳上部、下部分别与管板焊接，中间矩形切割区域与封头焊接，两侧与侧板焊接。
全文摘要
本发明提供一种翅片管换热器组装方法。其步骤为首先将翅片管组整体制作，预先打压，其次采用锯齿形切割方法制作管板，并将翅片管组和管板进行装配，之后将封头和翅片管组的进出口进行焊接；将管板的上下部分别与端面法兰焊接，同时在前后管板分别焊接封头保护壳；然后在管板两侧分别设置两块侧板，将侧板与管板和封头保护壳通过焊接连接在一起；将进出口集管与进出口支管进行焊接，之后焊接换热器进出口管道和法兰，完成整个换热器的组装。本方法通过优化换热器部件组装方案，使得换热器组成部件少量化、组装方便化、重量轻质化、尺寸紧凑化，缩短组装工时，降低成本投入。
文档编号B23P15/26GK103212962SQ201310107088
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者许学成, 徐少春 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司