专利名称：波纹形锅炉管板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热水锅炉用管板，尤其是涉及一种波纹形锅炉管板。
背景技术：
锅炉是工农业生产及人民群众生活中不可或缺的重要设备，随着国民经济 的迅速发展和人民群众生活水平的不断提高，锅炉的使用量在迅速增加。在热 水锅炉中，大量使用锅壳式水火管结构，因此不可避免的要选择使用管板，而 高温区域的管板，由于介质质量流速较低，无法得到充分的换热冷却，在过强 的热辐射下很容易在管板上形成过冷沸腾，造成传热恶化，管板温度升高；同 时也加快了在高温区接近水一侧管板结垢速度，形成的结垢层又进一步阻碍了 换热，加剧了汽化结垢，从而使管板温度进一步提高。形成的汽泡或汽膜离开 管板表面后，管板再一次经受被低温水急剧冷却的过程，这种过程反复不断， 就形成交变热应力。这是一个恶性循环过程，在高温高压作用下，最终导致高 温区管板出现疲劳裂纹，轻则影响锅炉正常运行，使锅炉被迫停炉检修，影响 锅炉的安全运行，增加了锅炉维修费用，重则使锅炉的运行存在重大安全隐患， 造成重大事故。据不完全统计锅炉管板裂纹事故，占该类锅炉受压部件事故的 30%左右。
常用的防止锅炉管板裂纹的方法有以下几种(1)增大高温区管板处介质 质量流速，加强热量交换；(2)强化水质处理工作，防止管板结垢；(3)烟管 端装陶瓷套管，避免管端过热；(4)敷设硅酸铝纤维外加铸铁板对管板进行绝 热；(5)烟管和管板采用先胀后焊组装工艺。
锅炉的设计者和使用者采用的以上方法解决高温区管板上过冷沸腾问题，只能起到延缓管板裂纹的时间，不能从根本上解决问题，同时由于结构条件的 限制，收效甚微。比如(1)增大高温区管板处介质质量流速。由于高温区管 板处于介质流动的"死角"处，介质流速的提高将受到很大限制；(2)强化水 质处理工作，防止管板结垢。强化水质处理只能对高温区管板的结垢和壁温升
高起延缓作用，并不能起降低作用，更不能解决其过冷沸腾问题。(3)烟管端
装陶瓷套管。避免了烟管与管端过热，但不能避免管板其它位置过热，且陶瓷
套管容易烧碎，又不便于清洁。(4)敷设硅酸铝纤维外加铸铁板对管板进行绝
热。不但使锅炉换热面积减少，影响锅炉供热量，而且必须采用耐热铸铁板,
成本较高，同时也会因热胀冷縮而开裂脱落。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能解决上述问题的波纹形锅炉管 板，它能有效地解决锅炉高温区管板裂纹问题，提高锅炉运行的可靠性和安全 性，降低锅炉的维修成本和锅炉运行的事故率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案
一种波纹形锅炉管板，包括管板，管板上有圆孔，其中，管板的近水侧表
面上设置有M个凹陷区和N个凸出区，M、 N为自然数，M>1， N》1， M个 凹陷区和N个凸出区交错设置，M个凹陷区表面平滑，N个凸出区表面平滑， M个凹陷区与N个凸出区圆滑过渡。
本发明是这样实现的，所述的凹陷区的谷底与凸出区的顶端的高度差不大 于5mmQ
本发明可以是这样实现的，所述的凹陷区与凸出区连接成波纹状曲面。
本发明的有益效果是
现有的锅炉管板，两面均为平面，很容易在管板接近水的一侧，即管板的近水侧形成过冷沸腾，造成传热恶化。本发明在管板近水侧的表面上设置了凹 陷区和凸出区，增大了管板近水侧的表面积，也即增大了管板与锅炉中水的换 热面积，可将管板吸收的热量，沿管板厚度方向传递给离管板的近水侧表面
0~5mm厚度范围内的水，从而使管板得到可靠冷却，避免了管板的超温，能 有效改善高温区管板与锅炉水的热量交换，有效防止过冷沸腾。
由于管板近水侧有凹陷区和凸出区，使紧贴管板表面的一层水在上升的过 程中产生前后左右扰动，大大提高换热系数，使热传递速度加快，避免了管板 升温及裂纹的产生。同时由于在管板近水侧表面加工出凹陷区和凸出区，管板 的厚度不均匀，因此管板近水侧表面的温度会有高有低，在管板近水侧表面难 以形成完整的沸腾膜或者其形成的沸腾膜厚度会严重不均匀，运行中极易破 碎，避免了沸腾膜产生或过大而使管板局部过热和疲劳损坏。同时，由于管板 近水侧表面上凸出区和凹陷区的存在，水在上升的过程中，紧贴管板表面的水 将必须以前后左右扰动的方式向上运动，这样就能比较有效的防止沸腾膜的产 生或者能有效地将己产生的沸腾膜撕破。再者，由于管板近水侧表面上凹凸状 区域的存在，增加了管板与锅炉中水的接触面积，可将管板吸收的热量沿管板 厚度方向传递给离管板近水侧表面0~5mm厚度范围内的水，从而使管板得到 可靠冷却，避免了管板超温。
本发明能从根本上解决中热水锅炉运行中高温区管板裂纹问题，提高锅 炉运行的可靠性和安全性，降低锅炉的维修成本和事故率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐 述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显 而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可 以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图l是本发明的结构示意图； 图2是本发明图1的A—A剖视图； 图3是本发明图1的B—B剖视图； 图4是本发明图2的局部放大图； 图5是本发明实施例2的结构示意图； 图6是本发明实施例3的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述 实施例1
如图l、图2和图3所示，本发明包括一种锅炉管板，管板1上有圆孔2， 管板1近水侧表面上加工出了M个凹陷区3和N个凸出区4，管板l呈凹凸 不平状，M、 N为自然数，M》1， N》1。凹陷区3和凸出区4交错设置，凹 陷区3和凸出区4均表面平滑，无尖角或棱角，凹陷区3与凸出区4圆滑过渡。
在本实施例中，凹陷区3和凸出区4连接成波纹状曲面，图4所示为图2的 局部放大图，凹陷区3的谷底6与凸出区4的顶端5的高度差为5mm。 M个 凹陷区3和N个凸出区4均为圆滑的曲面，凹陷区3的最小壁厚小于凸出区4 的最小壁厚。
本发明采用冷压加工或热压加工的方法在管板l近水侧表面上加工出凹凸 不平状波纹，M个凹陷区3和N个凸出区4均为平滑的曲面，无棱角，凹陷 区3与凸出区4圆滑过渡，交错连接成波纹状曲面，整个管板l近水侧表面上 的波纹均圆滑过渡，无尖角或棱角。在实际应用中，可以根据锅炉管板l的直 径相应调整M个凹陷区3和N个凸出区4的数量，M与N的数量越多，锅炉管板1上的波纹越密集，反之，M与N数量越少，锅炉管板1上的波纹越 稀少。可以根据锅炉管板1的厚度相应调整凹陷区3的谷底6与凸出区4的顶 端5之间的高度差，以管板l基准厚度，即波纹底部至管板1外侧平面厚度， 满足《锅壳锅炉受压元件强度计算》标准要求为限。
本发明的工作原理在锅炉运行中锅筒内近管板1的水由于自然升力加强 制升力由下向上运动，由于管板l的近水侧被加工成凹凸不平状，管板l的厚 度将是不均匀的，因此管板1近水侧表面的温度将有高有低，在管板l近水侧 表面难以形成完整的沸腾膜或者其形成的沸腾膜厚度将严重不均匀，在运行中 极易破碎。同时，由于管板1近水侧表面上凸出区4和凹陷区3的存在，水在 上升的过程中，紧贴管板1表面的水将必须以前后左右扰动的方式向上运动， 这样就能有效的防止沸腾膜的产生或者能有效地将已经产生的沸腾膜撕破。再 者，由于管板l近水侧表面上凹凸状区域的存在，增加了管板l与锅炉中水的 接触面积，可将管板1吸收的热量沿管板1厚度方向传递给离管板1近水侧表 面0 5mm厚度范围内的水，从而使管板l得到可靠冷却，避免了管板l超温。
实施例2
如图5所示，在本实施例中，管板1上有圆孔2，管板l的近水侧表面采 用冷压或热压的方法加工成凹凸状波纹，波纹的形状与实施例l相比，其不同 之处在于整个管板1近水侧表面上的波纹呈曲线分布，有一定的弯曲度。M、 N值的大小以及凹陷区3的谷底与凸出区4的顶端之间的高度差均与实施例1 的要求相同。
实施例3
如图6所示，在本实施例中，管板1上有圆孔2，管板l近水侧表面上加 工了M个凹陷区3和N个凸出区4，M个凹陷区3和N个凸出区4交错设置，其形状为流线形，整个管板l近水侧表面上的凹凸状波纹平滑过渡。凹陷区3
的谷底与凸出区4的顶端的高度差为3mm。 M个凹陷区3和N个凸出区4均 为圆滑的曲面，凹陷区3的最小壁厚小于凸出区4的最小壁厚。管板l近水侧 表面上凹凸状区域的存在，增加了管板l与锅炉中水的接触面积，可将管板l 吸收的热量沿管板1厚度方向传递给离管板1近水侧表面0 3rnrn厚度范围内 的水，从而使管板l得到可靠冷却，避免了管板l超温。
在实际应用中，可以根据锅炉管板1的直径相应调整M个凹陷区3和N 个凸出区4的数量，根据锅炉管板1的厚度调整凹陷区3的谷底与凸出区4的
顶端之间的高度差，以管板l基准厚度，即波纹底部至管板1外侧平面厚度， 满足《锅壳锅炉受压元件强度计算》标准要求为限。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，本发明 不局限于上述实施例中例举的波纹形状，同样适用于在锅炉的管板上加工成的 其他凹凸形状的锅炉管板，以不增加管板近水侧表面热水上升阻力为原则，如 瓦楞形，波浪形、曲线型等形状的管板，本领域普通技术人员对本发明的技术 方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范 围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种波纹形锅炉管板，包括管板(1)，管板(1)上有圆孔(2)，其特征在于管板(1)近水侧表面上设置有M个凹陷区(3)和N个凸出区(4)，M、N为自然数，M≥1，N≥1，M个凹陷区(3)和N个凸出区(4)交错设置，M个凹陷区(3)表面平滑， N个凸出区(4)表面平滑，M个凹陷区(3)与N个凸出区(4)圆滑过渡。
2. 按照权利要求1所述的波纹形锅炉管板，其特征在于所述的凹 陷区(3)的谷底(6)与凸出区(4)的顶端(5)的高度差不大于5mm。
3. 按照权利要求2所述的波纹形锅炉管板，其特征在于所述的凹 陷区(3)与凸出区(4)连接成波纹状曲面。
全文摘要
本发明公开了一种波纹形锅炉管板，包括管板，管板上有圆孔，其中，管板近水侧表面上设置有M个凹陷区和N个凸出区，M、N为自然数，M≥1，N≥1，M个凹陷区和N个凸出区交错设置，M个凹陷区表面平滑，N个凸出区表面平滑，M个凹陷区与N个凸出区圆滑过渡。本发明在管板的近水侧表面上设置了凹凸状波纹，增大了管板近水侧的表面积，改善了高温区管板与锅炉水的热量交换，有效防止过冷沸腾，解决了锅炉高温区管板裂纹问题，提高了锅炉运行的可靠性和安全性，降低了锅炉的维修成本和锅炉运行的事故率。
文档编号F24H9/00GK101539332SQ20091006476
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者张海田, 曹浩远, 明 李, 杨西廷, 霍光明, 高元端 申请人:张海田;杨西廷