一种螺旋板翅式换热器及其制作方法与流程

一种螺旋板翅式换热器及其制作方法，属于热交换装置技术领域。

背景技术：

板翅式换热器是一种传热效率高、轻巧牢靠、适应性大、经济性好的换热器，广泛应用于石油、车辆、航空、化工、制冷系统、原子能等多个领域中，所以被认为最有发展前途的新型热交换设备之一。板翅式换热器的基本结构是由隔板，封条，翅片和导流片组成的。其中翅片承担了主要的传热任务和主要的承压任务。板翅式换热器在使用时，如果要提高换热效果，需要延长液体在换热器内的流动时间，即延长换热器的流道，这样会带来换热器体积增大，占用空间大的问题。

螺旋板换热器是由两张平行的金属板卷制成两个螺旋形通道，冷热流体之间通过螺旋板壁进行换热的换热器。它具有传热性能好、自清洗功能、价格低廉、纯逆流流动最大限度提高对数平均温差。但它的缺点是检修困难，如发生内圈螺旋板破裂，便会使整台设备报废，所以要提高其强度。换热介质的流动是靠泵、压缩机等驱动体驱动的，如果流动阻力大则消耗的功率也大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结合了板翅式换热器和螺旋板换热器的优点、强度高、换热效果好的螺旋板翅式换热器及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该螺旋板翅式换热器，包括圆柱状的换热器壳体以及换热器壳体内的芯体，其特征在于：所述的芯体内设有隔板，并通过隔板分隔成两个流道，两个流道均为螺旋状，至少一个流道内设有翅片，换热器壳体外设有与流道连通的进液管和出液管；

翅片为锯齿状，翅片的弯折部与流道内壁固定连接，翅片上设有导流孔。

优选的，所述的翅片由截面为正弦波形的钢板弯折而成，翅片的弯折线与正玄波的X轴平行，导流孔设置在翅片的波峰与波谷。

优选的，所述的翅片截面每相邻两个波峰之间的距离为1~4mm。

优选的，所述的翅片截面每相邻两个波峰之间的距离为3mm。

优选的，所述的翅片的每个弯折部两侧的钢板的夹角为0°~30°。

优选的，所述的翅片的每个弯折部两侧的钢板的夹角为20 °。

一种上述螺旋板翅式换热器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，对钢板和隔板下料，在钢板上钻导流孔后对钢板冲压，形成翅片；

步骤2，对隔板和翅片进行清洗，清洗完成后烘干；

步骤3，将翅片的弯折部上涂钎料，将两个隔板分别放置在翅片两侧并与翅片的弯折部紧密接触；

步骤4，将组装好翅片和隔板进行浸渍钎焊，形成翅片单元；

步骤5，对多个翅片单元焊接成长条状并进行探伤，并通过卷床卷制成芯体；

步骤6，将芯体、换热器壳体、进液管和出液管进行组装。

优选的，步骤2中所述的清洗依次包括超声波清洗、水洗、酸洗、高压水清洗，其中超声波清洗以水基清洗剂为清洗液。

优选的，步骤4中所述的组装好的翅片和隔板放置在支撑架上进行浸渍钎焊；

支撑架包括框架以及水平放置在框架上的多块承载板，每相邻的两承载板间隔设置，承载板和框架上均涂有耐高温涂料。

与现有技术相比，本发明的螺旋板翅式换热器及其制作方法所具有的有益效果是：

1、本螺旋板翅式换热器结合了板翅式换热器和螺旋板换热器的优点，翅片取代了螺旋板翅式换热器的定距柱，大大提高了螺旋板的刚性、稳定性及强度，而且翅片大大增加了传热面积，相对于普通的螺旋板式换热器大大增加了传热效率；导流孔增加了液体的流动性，从而使液体的温度保持均一，进一步提高了换热效率。

2、翅片由截面为正弦波形的钢板弯折而成，即提高了换热效率，又提高了承压强度；导流孔设置在波峰或波谷处，有效的破坏了液体流动的边界层，促进了流体横向充分混合，起到了强化传热的效果，传热性能提高5%~8%。

3、每相邻的两个波峰之间的距离为1~4mm时具有较好的力学性能，且当每相邻两个波峰之间的距离为3mm时，其弹性模量提高约3.7%，屈服强度提高约4.6%，相比于传统的波纹翅片，该翅片提高了传热效率，增强了承压强度。

4、每个弯折部两侧的钢板具有一定的倾斜角，能够大大提高翅片的传热效率，在夹角为0°~30°之间的翅片中，夹角为20°的翅片具有最好的传热效果。

5、本制作方法工艺简单，制作难度低，由于焊缝数量多、焊缝长度长，钎焊很好地满足了焊接要求，并且钎焊加热均匀、迅速、温度控制较为准确，适合大批量生产。

6、有机溶剂一般具有挥发性、易燃性和毒性，相比于普通的物理去油，水基清洗剂具有使用安全、污染少、清洗成本低、经济效益高的优点，还能增加清洗质量；酸洗能够除去氧化物；而水洗和高压水清洗能够分别将翅片和隔板上的水基清洗剂和酸除去。

7、支撑架方便组装好的翅片和隔板的放置，框架和承载板上均涂有耐高温涂料，能够避免在钎焊过程中承载板与翅片或者隔板粘结，使用方便。

附图说明

图1为螺旋板翅式换热器的立体示意图。

图2为芯体的仰视示意图。

图3为芯体的主视示意图。

图4为图3中A处的局部放大图。

图5为板翅的立体示意图。

图中：1、换热器壳体 2、进液管 3、进液法兰盘 4、出液管 5、出液法兰盘 6、芯体 7、流道 8、翅片 801、导流孔 9、隔板。

具体实施方式

图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。

一种螺旋板翅式换热器，包括圆柱状的换热器壳体1以及换热器壳体1内的芯体6，芯体6内设有隔板9，并通过隔板9分隔成两个流道7，两个流道7均为螺旋状，至少一个流道7内设有翅片8，换热器壳体1外设有与流道7连通的进液管2和出液管4；

翅片8为锯齿状，翅片8的弯折部与流道7内壁固定连接，翅片8上设有导流孔801。

本螺旋板翅式换热器结合了板翅式换热器和螺旋板换热器的优点，翅片8取代了螺旋板翅式换热器的定距柱，大大提高了螺旋板的刚性、稳定性及强度，而且翅片8大大增加了传热面积，相对于普通的螺旋板式换热器大大增加了传热效率；导流孔801增加了液体的流动性，从而使液体的温度保持均一，进一步提高了换热效率。

具体的：如图1所示：进液管2设置在换热器壳体1的一侧，进液管2有两个，且竖向间隔设置。两个进液管2伸进换热器壳体1的一端分别与两个流道7连通。出液管4设置在换热器壳体1的上方，出液管4也有两根，两根出液管4伸进换热器壳体1的一端分别与两个流道7连通。

两个进液管2的外端均设有进液法兰盘3，两个出液管4上均设有出液法兰盘5，在使用时方便与管道连接。

如图2~4所示：两个流道7均为与换热器壳体1同轴的螺旋状，且靠近外沿的流道7内设有翅片8，翅片8的弯折部与流道7的内壁固定连接，且翅片8的弯折部为与流道7相配合的螺旋状。

如图5所示：翅片8的弯折部两侧的钢板的夹角为20°，此时传热效果最好。翅片8的弯折部两侧的钢板的夹角还可以为0~30°范围内的其他值。

翅片8由截面为正弦波形的钢板弯折而成，翅片8的弯折线与正玄波的X轴平行，即提高了换热效率，又提高了承压强度。导流孔801设置在翅片8的波谷和波峰处，有效的破坏了液体流动的边界层，促进了流体横向充分混合，起到了强化传热的效果，传热性能提高5%~8%。位于波峰处的导流孔801的连线与位于波谷处的导流孔801的连线平行，与导流孔801成多列排列相比，传热性能提高约14%。

翅片8每相邻的两个波峰之间的距离为3mm时，翅片8的弹性模量提高约3.7%，屈服强度提高约4.6%，相比于传统的波纹翅片，该翅片提高了传热效率，增强了承压强度。每相邻的两波峰之间的距离还可以为1~4mm范围内的其他值。

该螺旋板翅式换热器在使用时，需要换热的介质从有翅片8的流道7流过，提供热量的介质从没有翅片8的流道7流过，由于带有翅片8的流道7传热面积大，能够大大提供换热效率。

上述螺旋板翅式换热器的制作方法包括如下步骤：

步骤1，对钢板和隔板9下料，在钢板上钻导流孔801后对钢板冲压，形成翅片8。

将隔板9和钢板按照尺寸切断，然后在钢板上钻导流孔801，钻孔后对钢板冲压成翅片8。

步骤2，对隔板9和翅片8进行清洗，清洗完成后烘干。

先隔板9和翅片8放入称有清洗液的清洗槽内清洗，超声波由清洗槽的地步辐射至清洗液内进行清洗。清洗液为水基清洗剂，普通的物理去油用的是有机溶剂溶解油渍，而有机溶剂一般具有挥发性、易燃性和毒性，相比于普通的物理去油，水基清洗剂具有使用安全、污染少、清洗成本低、经济效益高的优点，并且水基清洗剂提高了清洗质量，超声波具有高质量、全方位的特点，所以水基清洗剂作为清洗液的超声波清洗具有很好的清洗效果。

以水基清洗剂作为清洗液的超声波清洗完成后，在对隔板9和翅片8进行水洗，将隔板9和翅片8上的水基清洗剂洗净，避免水基清洗剂对后续的清洗造成影响。

将水基清洗剂洗净之后，再将隔板9和翅片8进行酸洗，除去隔板9和翅片8上的氧化物。待酸洗完成后，再对隔板9和翅片8进行高压水清洗，从而将隔板9和翅片8上的酸完全冲洗干净，避免剩余的酸对隔板9和翅片8造成腐蚀。清洗完成后，对隔板9和翅片8进行烘干。

对隔板9和翅片8进行清洗时，具体清洗工艺如下：

（1）以水基清洗剂作为清洗液的超声波清洗时间为3-5min，水基清洗剂温度为50-60度，目的是可以达到最好的清洗效果；

（2）水洗3次，目的是除去表面的清洗液；

（3）酸洗两次，第一次为1-2min，第二次为2-3min。原因第一步酸洗处理后不能完全除尽氧化膜，表面附着一层灰色膜，光泽较差，必须经过第二步酸洗；

（4）高压水清洗5-10min，完全清除表面的酸；

（5）烘干。

步骤3，将翅片8的弯折部上涂钎料，将两个隔板9分别放置在翅片8两侧并与翅片8的弯折部紧密接触。

将翅片8的弯折部外侧涂上钎料，然后在翅片8的两侧分别放置一个隔板9，并使隔板9与翅片8的弯折部紧密接触，将组装好的隔板9和翅片8放置在支撑架上。

支撑架包括框架以及框架上的承载板，承载板有水平设置的多块，每相邻的承载板之间间隔设置，且间距稍大于组装好的隔板9和翅片8的高度。框架和承载板上均涂有耐高温涂料，避免在钎焊 过程中与翅片8和隔板9发生粘结。

步骤4，将组装好翅片8和隔板9进行浸渍钎焊，形成翅片单元。

钎焊炉的钎料浴槽中装有熔盐，钎料浴槽中的盐多由钎剂组成。将支撑架连通支撑架上组装好的翅片8以及隔板9放入钎料浴槽中，并浸入盐浴中，并在盐浴中加热焊接。这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确，适合于大批量生产和大型构件的焊接。由于焊缝数量多、焊缝长度长，所以特别适合用浸渍钎焊。

浸渍钎焊的具体工艺：这种钎焊方法，由于液体介质的热量大导热快，能迅速而均匀地加热焊接，钎焊过程是持续的，时间一般不超过2分钟，因此生产效率高，焊件变形，晶粒大小和脱碳等现象都不显著。焊接过程中液体介质不仅隔绝空气，而且保护焊件不受氧化，并且溶液温度能精确地控制在 1~5℃的浮动范围内。

具体工艺如下：

（1）为减小热应力，将隔板和翅片缓慢加热到750度，时间为40min.；

（2）在750度下保温20分钟，目的是充分排除炉中结构在钎焊过程中挥发的杂质和气体；

（3）继续缓慢加热到钎焊温度（Tb）1050°C，时间为30min，为迅速均匀焊接做铺垫；

（4）进行浸渍钎焊，时间为1~2min；

（5）空冷。

步骤5，对多个翅片单元焊接成长条状并进行探伤，并通过卷床卷制成芯体6。

讲多个翅片单元焊接成长条形，然后对焊接后的翅片单元进行探伤。对焊缝100%进行x光探伤，经x光探伤后，按JB928-7焊缝射线探伤标准评为一级认为合格。将合格品放置在卷床上聚卷制成芯体。

步骤6，将芯体6、换热器壳体1、进液管2和出液管4进行组装。

将芯体6放入换热器壳体1内，然后安装进液管2和出液管4。安装好进液管2和出液管4后，分别在进液管2和出液管4的外漏端固定安装进液法兰盘3和出液法兰盘5，完成螺旋板翅式换热器的制作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。