中高压板翅式换热器的设计与开发
板翅式换热器高精度翅片冲压成型机的创新设计
板翅式换热器高精度翅片冲压成型机的创新设计随着工业生产的不断发展和提高，板翅式换热器的需求量也越来越大。
然而，在生产过程中，由于翅片的精度要求较高，在现有的冲压成型机中往往难以满足这一需求。
因此，本文将介绍一种高精度翅片冲压成型机的创新设计，以满足生产线上对翅片精度的要求。
首先，该设计的机体采用高强度的钢结构，具有稳定的机身结构和较大的承载力。
在机体内部，采用先进的液压系统和PLC控制系统，能够有效地实现机体的运行和翅片成型的准确度。
同时，翅片成型的模具也采用了先进的三维打印技术制造，可有效提高翅片的精度和生产效率。
其次，在翅片成型的过程中，该机还采用了自适应规划技术。
通过对翅片成型时的应力和变形情况进行实时监测和分析，机器能够自动控制翅片的成型过程，使得翅片的精度得到了进一步的提高。
这一技术的应用，有效地提高了机器的生产效率和生产速度。
最后，该机还加入了智能化的界面设计，方便用户对机器进行操作和监控。
通过智能化的界面设计，用户能够简单、直观地了解机器的运行状态和生产情况，做到了快速反应和问题排查。
综上所述，该高精度翅片冲压成型机的创新设计，实现了机身结构的稳定、液压系统和PLC控制系统的前沿技术运用，翅片成型模具制造的三维打印技术应用、自适应规划技术以及智能化的界面设计等多项技术的运用。
它的出现，将极大提高生产线上翅片成型的效率和精度，为现代工业生产提供了可靠的保障。
在该高精度翅片冲压成型机应用的过程中，涉及到了一系列的数据。
以下将具体列出这些数据，并进行分析。
1. 机体结构的承载力为200吨该数据表明，该机体结构采用了高强度的钢结构，具有很高的承载能力。
这样可以在成型过程中承受较大的压力，从而使得成型更加精准。
同时这样的承载能力也意味着，生产线上的工人可以更加安心，避免因机器的结构问题导致的安全事故。
2. 翅片成型的模具采用三维打印技术制造三维打印技术是近年发展起来的新技术，以其高效率、低成本、高精度的特点，已经广泛应用于各个领域。
高压翅片的开发
板 通 过 真 空 钎 焊 形 成 通 道 ，翅 片 与 封 条 高 度 公 差 的 一 致
性是保证真空钎焊质量的基础。因此在高压翅片试制时
根 据 封 条 的 高 度 偏 差 调 整 翅 片 成 型 模 具 ，使 翅 片 偏 差 与
封 条 的 偏 差 一 致 ，这 样 有 利 于 装 配 间 隙 的 一 致 性 。
图2 单个翅片受力图
图3 翅片结构图
以单个翅型来分析[1]，其受力如图2所 示 。钎焊接头所
能承受的力为F1:
xcr F x= {p + t- 2 r )xb ^;
翅片所能承受的力为F2:
图1 翅片表达形式
7 J 单位面积翅数法
当 翅 片 厚 度 艮 小 时 ，冲压成型后翅片截面为长方形
截 面 ，钎焊接头强度恒大于翅片本身的强度，设计时只考
二 是 翅 片 材 料 回 弹 。如 果 是 第 一 种 情 况 造 成 齿 侧 角 偏 大 ，
则考 虑 修 整 模 具 ，减小间隙量;第二种情况可通过增加整
形刀具的方法控制。
r 齿顶圆角半径 与 材 料 厚 度 有 关 ，需要避免的是刀具
P 虑 翅 片 本 身 的 强 度 ，可 用 单 位 面 积 翅 数 法 确 定 翅 片 节 距 或翅片厚度L
1
P ( T 一
翅〇
式中:〇■为翅片破断应力，M P a 为 翅片节距，m m 为翅片
厚 度 ，mm;^^为翅片材料的实测抗拉强度，MPa。
随着翅 片 厚 度 £的 增 大 ，冲压 成型时形成齿顶圆角
法设计髙压翅片是科学的。
关 键 词 ：高压板翅式换热器;翅片；受力平衡
8.0MPa高压铝制板翅式换热器的开发
8.0MPa高压铝制板翅式换热器的开发
嵇训达
【期刊名称】《杭氧科技》
【年(卷),期】1995(000)004
【摘要】介绍了8.0MPa 高压铝制板翅式换热器,按ASME规范进行设计制造时遇到的问题和解决的方法。
并对其技术水平及应用前景作了分析。
图1表3。
【总页数】4页(P1-4)
【作者】嵇训达
【作者单位】杭州制氧机集团有限公司第一空分设备厂技术科
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.5
【相关文献】
1.高温高压铝制板翅式换热器的设计 [J], 梁维好;王明志;孔翔
2.8.0MPa高压铝制板翅式换热器的开发 [J], 嵇训达
3.高压铝制板翅式换热器的钎焊技术 [J], 黄安庭
4.酸碱清洗在铝制板翅式换热器制造中的应用 [J], 徐兴军; 徐小勤
5.铝制板翅式换热器导流结构的优化设计 [J], 倪艮丹
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基于ASPEN软件的高压板翅式换热器设计研究
Байду номын сангаас
见表2,冷、热流体热负荷一温度变化如图2所示。 从图1、表2中可以看出，换热器已在ASPEN HYSYS软件模拟中处于热平衡，其平均温差为6.65七,
总的热负荷值为13301.81 kW, UA值为2000.25 kW/七，最小温差为3.75七，而且从图2中可以发现，冷、 热流体热负荷一温度变化曲线较为平缓，说明流体之间换热均匀，热损失较少。
流体C出 流体B出
、\z
流体C进
流体B进
流体A进
流体A出
换热器 图1 ASPEN HYSYS软件物性
模拟平衡
表2 ASPEN HYSYS软件物性模拟结果
整个换热器的性能参数
热负荷/kW
热损/kW
冷损/kW
值 / ( UA
kW/t )
最小温差氏
13301.81 424.84 0 2000.25 3.75
表1高压板翅式换热器设计参数
A 10.4 -45/65 362100 35/-7.165 9.172/9.103 1/0.9852
69
B 8.5 -45/65 342200 -15.42/31.25 7.373/7.304 0.9936/1 69
C 4.8 -45/65 19900 -23.54/18.33 4.069/4.000 0.6759/0.764 69
基于ASPEN HYSYS软件成功模拟出的流体物性数据，采用杭氧自主研发设计的传热设计软件进行传 热设计，计算结果满足换热器的热负荷和阻力降等工艺要求。
• 55 •
4板翅式换热器的结构设计
板翅式换热器主要部件包括芯体、封头、接管、支座等。芯体主要由传热翅片、隔板、封条、导流 片等零件组合而成。因此，在对高压板翅式热换器设计时，不仅要合理选取各主要承压元件的材料，更 应该对高压板翅式热换器的结构进行合理设计。 4.1材料选取
51cysb_高压板翅式换热器的设计开发
不会很高 (对于高压流体与低压流体换热的高压换
热器) , 且多采用多孔形翅片 , 阻力损失一般对流
体的均匀分配影响很大 , 流体的偏流问题比较严
重 , 应引起足够的重视 , 并适当增加设计余量 ; 而
对于低压侧流体 , 由于流速相对于低压换热器流速
较高 , 流体的阻力损失相应增大 , 从而使流体在板
压板翅式换热器有时也采用多程流 。流道的布置方
式有两种 : 其一是单叠布置 , 即 1 个热流体通道与
1 个冷流体通道相间布置 ; 其二是复叠布置 , 即 2
个冷流体通道与 1 个热流体通道相间或者 2 个热流
体通道与 1 个冷流体通道相间布置 。对于高压板翅
式换热器 , 这两种流道布置方式都可运用 , 但需根
只是其中传导距离 l 应取为翅片高度 hf 。其中复叠 的两个通道只有一半的隔板表面作为一次表面 , 而 另一半亦应作为二次表面参加传热 , 其相应的效率 ηb 按式 (7) 计算 :
ηb = ch
1 ( ml)
(7)
315 气流均匀分配问题
对于高压板翅式换热器的高压侧流体 , 由于流
体的压力较高 , 流体在板翅式换热器中的流速一般
因子 ( j ) 方面考虑 , 多数情况下会选择锯齿形翅
片 , 这样在流体传热计算中就很难设计板式的外形
尺寸 (计算长度不匹配) , 同时翅片选择不当也给
制造带来很多问题 。
经过杭氧技术人员的努力研究 , 终于克服了这
一设计上的难关 。对于高压流道采用最先进的高密
度多孔形翅片 , 以增加其传热面积并尽量增大其传
( Designing Institute , Hangzhou Hangyang Stock Co1 , Ltd1 , 388 Dongxin Road , Hangzhou 310004 ,
高压板翅式换热器的设计开发
,
有力 推动 了板翅式换热 器 的技术进 步
在我 国
。
,
铝制
: 板翅式换热器 由杭州制氧机集 团有 限公 司 ( 以下 简称
0 杭氧) 等在 2 世 纪 印 年代中期 开发
.
成功
展
,
使我 国成为 继英 国
、
美 国和 日本 之后第 四个 能够生 产这种 换 热器 的国家 但杭氧当时
<
设计 生产 的铝 制板翅式换热 器 多 以 低压 换热 器 为 主 ( 尤其是 内压 缩 流程 的不 断成熟 和应 用
,
、 ,
2 OMP a
)
。
随 着 空 分 流程 的不 断 发
。
要 求板 翅 式换 热器 的设计 压 力 必 须提高
。
尤其进
,
人 2 世 纪 8 年代 以来 0 0 承 受中 器
,
随着我 国 内地 和 沿海 油 田 的不 断开 发 和石 油 化 工 行 业 的快 速发 展
由于 国内无 法 制 造 中
、 , 、
某 一 内压 缩 流程 空分 设备 主换热 器 的运行 参 数 少 友 2
表
2
某 一 内压缩流 程 空分设 备主换 热器运行 参数 高 压 空气
8 3 众)7 7C 8 2 3
.
流 体 名你 你 流量/
咬 3 m
}
高 压 氧气 气
“ …6 3幻 二 …0 二 5 画
.
污氮气 气
.
h
设计
计 算方 法
、
特 点及 应 用 前 景作 简单介 绍
关抽词 : 高压板 翅式换 热 器 ; 芯 体
1
:
翅片 ; 流道
《板翅式换热器》课件
01
高效传热表面
研究新型的板翅式换热器表面材料和结构，以提高传热效率。
02
强化传热技术
探索新型的强化传热技术，如振动、旋转、超声波等，以减小传热热阻。
工业领域应用
板翅式换热器在石油、化工、制药等领域有广泛应用，市场前景广阔。
新能源领域应用
随着新能源产业的发展，板翅式换热器在太阳能、风能等领域的应用逐渐增多。
《板翅式换热器》PPT课件
目录
板翅式换热器简介板翅式换热器的应用板翅式换热器的设计与优化板翅式换热器的制造与维护板翅式换热器的发展趋势与展望
01
CHAPTER
板翅式换热器简介
板翅式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，广泛应用于化工、石油、食品等领域。
定义
具有传热效率高、结构紧凑、轻巧、流体阻力小等优点，能够满足各种不同的换热需求。
CHAPTER
板翅式换热器的制造与维护
选择合适的材料，如不锈钢、铜等，确保质量合格。
准备原材料
对板片和翅片进行切割、清洗、加工，确保尺寸和形状符合设计要求。
加工板片和翅片
将板片和翅片按照设计要求进行组对，并进行焊接，确保结构牢固。
组对与焊接
对制造完成的换热器进行质量检测和性能试验，确保符合标准要求。
环保领域应用
随着环保意识的提高，板翅式换热器在废水处理、烟气治理等领域的应用逐渐受到关注。
03
02
01
新型材料与制造技术
研究新型的板翅式换热器材料和制造技术，以提高其性能和降低成本。
多场耦合传热机理
深入研究多场耦合下的传热机理，以提高板翅式换热器的传热性能。
系统优化与集成
研究板翅式换热器的系统优化与集成，以提高其整体性能和应用范围。
板翅式换热器的设计
测试设备爆破试验台
测试设备冷热冲击试验台
冷热冲击试验台
测试设备脉冲试验台 脉冲试验台
0~3,0-50
测试设备风洞试验
风洞试验
§ 板翅式换热器的计算
换热器的计算分二种情况： 1.设计计算：设计一个新的换热器，以确 定所需的换热面积。客户提供的要求越细， 反复修改的次数会越少，所设计的结果就 会越接近客户的要求。 2.校核计算：对己有或己选定了换热面积 的换热器，根据所提供的参数要求，核算 它是否能满足相应的参数要求。
制造过程包括零件准备、板束组装、钎焊和封 头接管氩弧焊接等工序。
工艺过程如下图所示。
生产流程(1)
生产流程(2)
生产流程(3)
生产设备
先进的真空 钎焊设备
生产设备
翅片冲压
剪板
生产设备
数控加工
自动焊机
清洗（）
装配、焊接、检验 、、
§ 板翅式换热器的测试
测试试验气密性试验
测试设备氦气检漏仪
设计计算例子
校核计算例子
客户需要提供的参数如下表：
提供客户计算书的格式
Thank you!
二、 板翅式换热器应用
空气分离装置 可逆式换热器，冷凝蒸发器，液化器， 液氮和液态空气过冷器；
石油化工 在天然气的液化、分离装置，及合成氨工 业中逐步获得应用；
动力机械 内燃机车散热器，汽车散热器、挖掘机 循环油冷却器和压缩机空冷器、油冷器，动力传动液 压系统油散热器 原子能和国防工业 氢液化器和氮液化器。
机车水冷式中冷器
风冷式换热器
压缩机风冷式油、气换热器
工程机械风冷式油换热器 风冷式气冷却器
液压传动液压油冷却器
空分主换热器
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职称论文
题目：中高压板翅式换热器的设计与开发单位：XXXXXXXXXXX
姓名：XXX
二零一五年六月
中高压板翅式换热器的设计与开发
XXX
（X X X X X X X X X）
【论文摘要】本文提出了低、中、高压板翅式换热器分类意见，介绍了中高压板翅式换热器设计特点，阐述了采用真空钎焊制造中、高压板翅式换热器工艺的特殊措施。
并以低压板式换热器制造成功实践说明采用特殊工艺措施是正确的、可行的。
同时介绍了中高压换热器的应用前景。
关键词：中高压板翅式换热器真空钎焊翅片封条流道空分装夹
一、板翅式换热器的发展现状
随着空分技术和机械行业的不断发展，板翅式换热器的应用也越来越广泛，要求板翅式换热器的设计压力也越来越高。
尤其进入20世纪80年代以来，随着我国内地和沿海油田的不断开发和石油化工行业的快速发展，承受中、高压的板翅式换热器应用日趋广泛，由于国内无法制造中、高压力的板翅式换热器，当时我国用于大型空分设备和石油化工设备中的中、高压板翅式换热器全部依赖进口。
板翅式换热器根据设计压力不同分为低压（3.0MPa以下），中压（3.0-6.4MPa）和高压（6.4-9.6MPa）。
低压板翅式换热器大多用于空分设备。
中、高压板翅式换热器用于空分液化设备，天燃气液化及分离设备，石油、天燃气化工设备及乙烯冷箱。
近年来随着真空钎焊技术的发展，相关的工艺也相对成熟起来，我公司又有多年低压板翅式换热器的设计和生产的成功经验，为开发中、高压板翅式换热器奠定了物质技术基础。
我公司生产的常规的板翅式换热器均能达到3.0Mpa以上的压力，且产品的使用状况良好。
二、高压板翅式换热器整体结构
高压板翅式换热器芯体由隔板、翅片和封条3部分组成。
在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称之为通道。
对于高压板翅式换热器，由于承受的压力较高，隔板与翅片、封条的钎焊要求也比较高，隔板的复合层要比低压换热器隔板的复合层厚，封条的宽度也需相应增加。
由于板翅式换热器芯体结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能进行无损检测和其他检查，也无法做强度核算，所以只能通过试样的爆破试验来确定产品的耐压强度。
按ASME规范规定，试样的爆破试验压力应是最大许用工作应力的3～5倍，且以翅片母材拉伸断裂为合格标准。
对于高压板翅式换热器，其翅片的最大许用工作压力相应提高。
为了达到这一要求，应选择性能较好的翅片材料，同时增加翅片的厚度。
我公司现有翅片型式有锯齿型、平直型和波纹型。
在中高压板翅式换热器翅片的选用时，应尽量避免采用锯齿型翅片。
因为锯齿型翅片是切开的，削弱了承压能力，同时小节距厚翅片的锯齿型很难生产制造。
选用翅片规格的原则是压力越高节距越小，当节距小到工艺无法生产时，再用增加翅片厚度（节距放大）来满足设计压力的要求，即小节距厚翅片。
我公司常用的中压翅片特性参数见下表1：
表1
注：表中，h为翅片高；p为节距；t为翅片厚度。
我公司为三一重工多种机型上供应的板翅式散热器，经过主机厂验证其爆破压力均在5Mpa以上，属于中压板翅式换热器，所用的翅片即为序号1、2类型的翅片。
我公司为外贸产品制作的翅片承压能力更是达到了7Mpa，所用的翅片为序号3、4类型的翅片。
三、制造工艺
制造工艺的完善和可靠性是中、高板翅式换热器获得成功的关键所在。
首先要解决小节距厚翅片成型加工问题。
这就涉及冲模设计和如何考虑回弹率问题，对于不同规格的翅片回弹率各不一样，一般在5～10%范围内。
同时刀片的材质，热处理、尺寸精度都必须填重考虑才能制造出符合要求的翅片。
其次是钎焊夹具设计及正确使用。
钎焊夹具分两类---刚性夹具（大夹具）和柔性夹具（小夹具）。
我公司采用刚性夹具。
刚性夹具对生产中高压板翅式换热器有很大的适用性。
压紧力稍大不会引起板束体变形，有利于封条和隔板的钎接。
封头与芯体的焊接采用TIG手工氩弧焊。
该焊接方式焊缝金属纯度高，焊接性能好，有足够熔深能使根部和层间焊透，在中高压板翅式换热器生产中具有明显的优势。
同时对于强度层设置和通道排列也应认真考虑，对于中、高压板翅式的芯体的强度层（工艺层）上、下两方面
各设两层，将压力高的通道尽量做到越往中间排列越好利用承受较高的压力。
实践证明以上工艺措施是正确可行的。
四、高压板翅式换热器的特点
1、传热效率高
由于翅片对流体的扰动,使边界层不断破裂，从而具有很大的表面传热系数；同时由于铝具有很强的导热性、高密度翅片具有更小的当量直径，使得高压板翅式换热器具有很高的传热效率。
2、承受压力高，降低能耗。
以往高压换热器大多采用绕管式换热器，因绕管式换热器的单位体积传热面积小，换热器的温差较大，使小温差换热难以实现。
空分设备是耗能较大的设备，对于大型钢铁企业而言每年的耗电量很可观，一般占其总耗电量的12 % ，而换热器的温差每减小1℃，能耗可降低约2 %。
而高压板翅式换热器由于可以承受8MPa以上的压力，且传热效果好，热端温差甚至可以小于2℃，其节能效果十分明显。
3、结构紧凑
由于翅片具有扩展的二次表面，使得板翅式换热器的比表面积可达1000～2500m2/ m3。
4、设备轻巧，适应性大。
五、应用前景
应用前景近年来铝制板翅式换热器在我国发展很快，在不断吸取国外先进技术的条件下，生产工艺更趋成熟，产品质量显著提高，检验手段更加完善。
经济发展推动着空分行业和机械行业的进步，也推
动着高压铝制板翅式换热器的发展和前进，随着科学技术的不断进步和高压板翅式换热器翅片形式及翅片材料的不断开发，高压板翅式换热器将在更多行业中发挥更大的作用。
参考文献
［1］张祉祐，石秉三制冷与低温技术北京：机械工业出版社 1981 ［2］化学工业部第四设计院主编深冷手册下册化学工业出版社1979
［3］N B/T 47006-2009《铝制板翅式热交换器》
［4］嵇训达 8.0Mpa高压铝制板翅式换热器的开发杭州机械 1996。