專利名稱：一種固定管板式換熱器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種換熱器及其制造方法，尤其是一種大直徑管板(管板直徑大于Im)的固定管板式換熱器及其制造方法。
背景技術(shù)：
在化工、食品、制藥等行業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常要將高溫物料流體冷卻、低溫物料流體加熱，這些過程一般都要通過換熱器設(shè)備來完成，其中，固定管板式換熱器就是一種。固定管板式換熱器具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、工作方便、占用空間小、制造材料范圍廣以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是在高壓、高溫大型換熱器中固定管板式換熱器優(yōu)勢(shì)明顯。 固定管板式換熱器的主要部件為列管和管板，其中，列管主要起到物料流體輸送作用，每一臺(tái)設(shè)備中按需設(shè)置有幾十根，多則數(shù)百根的列管；管板起到支承列管的作用，同時(shí)又兼作法蘭。由于管板兩端常接觸到不同溫度的物料，這些都會(huì)影響到管板的強(qiáng)度，因此，管板與列管排列結(jié)構(gòu)和焊接方式非常重要。2009年18期的《金屬加工(熱加工)》中第50 51頁公開了現(xiàn)有的固定管板式換熱器中，管板與列管常見的幾種焊接方式，如文中所述，出于防止焊縫泄漏的考慮，如圖I所示，焊接并采用將列管向下伸出管板一截的結(jié)構(gòu)最為可靠。但上述結(jié)構(gòu)亦存在以下不足之處
I、管板的強(qiáng)度不足時(shí)，僅采用增加管板厚度的方式來提升管板的強(qiáng)度、防止管板變型，而管板厚度增加以后，會(huì)導(dǎo)致成本增加，難于加工鉆孔，吸熱、放熱速度慢，加熱、冷卻耗時(shí)長(zhǎng)等諸多問題，因此，如何通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提高管板強(qiáng)度，是人們一直渴望解決但始終未能獲得成功的技術(shù)難題。2、由于高出管板的列管之間無法完全拼接，相鄰的列管之間存在間隙區(qū)域，物料在圖I中α所示的間隙區(qū)域內(nèi)流動(dòng)性較差，物料很容易堆積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種管板與列管之間連接穩(wěn)定、強(qiáng)度更高的固定管板式換熱器及其制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案
一種固定管板式換熱器，包括上管板，下管板，以及設(shè)置在上管板和下管板上的若干個(gè)安裝孔，上管板和下管板之間固定設(shè)置有列管，所述列管貫穿安裝孔，所述列管位于下管板底面下方的部分為承重管段，所述承重管段的外形為喇叭口狀，所述承重管段底部的外徑大于承重管段頂部的外徑，相鄰兩個(gè)承重管段的底部固定連接。采用這樣的結(jié)構(gòu)，通過將列管底部的承重管段外擴(kuò)成喇叭口狀、并將其底部固定連接以后，相鄰兩個(gè)承重管段構(gòu)成三角形支撐的結(jié)構(gòu)，不僅焊接牢靠、強(qiáng)度高，而且采用三角形支撐的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，并在不增加管板厚度的情況下提高管板的承重能力。優(yōu)選的，所述承重管段的底部外形為六邊形。采用這樣的結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)承重管段底部的鄰邊彼此平行并距離更短，焊接時(shí)焊縫更窄，整體強(qiáng)度更高。優(yōu)選的，所述承重管段的外形沿軸向由圓形漸變?yōu)榱呅?，所述承重管段的頂部外形為圓形。采用這樣的結(jié)構(gòu)，可減少應(yīng)力集中情況，且更便于外擴(kuò)加工。優(yōu)選的，所述承重管段的底部外形為承重管段的頂部外形的外切六邊形。采用這樣的結(jié)構(gòu)，加工量時(shí)形變小、加工難度小。優(yōu)選的，所述相鄰兩個(gè)承重管段的底部具有公共邊，所述相鄰兩個(gè)承重管段的底部通過所述公共邊固定連接。采用這樣的結(jié)構(gòu)，連接的間隙區(qū)域小，強(qiáng)度更大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。優(yōu)選的，所述相鄰兩個(gè)承重管段的公共邊焊接密封，位于邊緣的承重管段與外圍的封頭焊接密封。采用這樣的結(jié)構(gòu)，易于將兩個(gè)承重管段穩(wěn)固連接并密封，位于其底部的物料不會(huì)反沖至承重管段之間的間隙內(nèi)，從而避免了物料在其中流動(dòng)性差而容易堆積的問題。優(yōu)選的，所述下管板上相鄰的兩個(gè)安裝孔之間的間距相等。采用這樣的結(jié)構(gòu)，列管等間距填充設(shè)置于管板的平面區(qū)域內(nèi)，不僅受熱均勻，而且有利于其承重管段底部連接，各連接處強(qiáng)度均勻。一種上述固定管板式換熱器的制造方法，包括以下幾個(gè)步驟
a、在下管板上的安裝孔內(nèi)穿入列管，并在下管板底面的下方預(yù)留一段列管；
b、將沖模設(shè)置于列管的下方，并向上沖壓使列管自底部外擴(kuò)；
C、重復(fù)步驟a、步驟b，直至各安裝孔內(nèi)均安裝好列管、并將各列管底端均沖壓呈喇叭口狀；
d、將彼此相鄰的列管的底部通過焊接密封。采用這樣的方法制造固定管板式換熱器，焊接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與管板焊接后的列管可輔助管板承重，整體強(qiáng)度更優(yōu)；同時(shí)，由于列管的底部通過焊接密封，物料不會(huì)進(jìn)入到管板底面以下的列管的間隙之間，從而避免了該間隙區(qū)域內(nèi)物料流動(dòng)性差所導(dǎo)致的物料堆積、加熱過度等問題。優(yōu)選的，所述步驟a之前，在下管板上用天然氣切割的方法加工出所述安裝孔。采用天然氣切割加工安裝孔，具有切割效率高、操作簡(jiǎn)便的有益效果。優(yōu)選的，所述步驟b之前，將位于下管板底面下方的列管加熱至100°C 550°C。采用這樣的方法在沖壓前對(duì)列管進(jìn)行加熱軟化，有利于提高沖壓加工的成品率，并提高列管壽命。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下
I、由于承重管段呈喇叭口狀設(shè)置，區(qū)別與現(xiàn)有的僅在承重管段的頂部與下管板焊接加固的方式，彼此相鄰的承重管段的底部還焊接固定在一起，因此，焊接強(qiáng)度更加好、連接更牢靠。2、區(qū)別于現(xiàn)有的僅以管板承載列管、熱介質(zhì)液以及物料的重量的方式，承重管段在下管板的下方構(gòu)成三角形斜撐的形式托起管板并輔助管板承重，在不增加管板厚度的前提下提高了裝置整體承重能力，避免了管板厚度增加所帶來的諸多缺陷。3、由于承載列管的底部均通過焊接密封，封頭內(nèi)的物料無法流入至相鄰的承載列管之間的間隙區(qū)域內(nèi)，從而避免了物料進(jìn)入其中以后因流動(dòng)性較差、物料堆積于間隙中的情況。
4、采用上述方法制造固定管板式換熱器，焊接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與管板焊接后的列管可輔助管板承重，整體強(qiáng)度更優(yōu)；同時(shí)，由于列管的底部通過焊接密封，物料不會(huì)進(jìn)入到管板底面以下的列管的間隙之間，從而避免了該間隙區(qū)域內(nèi)物料流動(dòng)性差所導(dǎo)致的物料堆積、加熱過度等問題。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中管板與列管焊接結(jié)構(gòu)的示意圖2為本發(fā)明中列管與管板連接結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明中列管與管板連接結(jié)構(gòu)的另一視向的立體結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明中列管與管板連接結(jié)構(gòu)的主視圖5為本發(fā)明中列管與管板連接結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖6為本發(fā)明中列管與管板連接結(jié)構(gòu)的仰視圖7為本發(fā)明中固定管板式換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明中固定管板式換熱器的又一實(shí)施方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記如下上管板一Ia ;下管板一Ib ;安裝孔一2 ;列管一3 ;承重管段一3a ；加強(qiáng)管段一3b ;公共邊一4 ;封頭一5 ;殼體一6 ;熱介質(zhì)進(jìn)口一7 ;熱介質(zhì)出口一8。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以下實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出的各種變化均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例I
如圖2至圖7所示，本實(shí)施例固定管板式換熱器，包括設(shè)置于殼體6內(nèi)部的上管板Ia和下管板Ib,殼體6的上方設(shè)置有熱介質(zhì)出口 8,殼體6的下方設(shè)置有熱介質(zhì)進(jìn)口 7,上管板Ia和下管板Ib上均設(shè)置有若干個(gè)安裝孔2，上管板Ia和下管板Ib之間固定設(shè)置有列管3，列管3的數(shù)量與安裝孔2的數(shù)量相同、并且各列管3均貫穿相應(yīng)的安裝孔2，列管3與上管板la、以及下管板Ib的上表面和下表面均焊接固定、密封，列管3位于下管板Ib底面下方的部分為承重管段3a，承重管段3a的外形為喇叭口狀，承重管段3a底部的外徑大于承重管段3a頂部的外徑，即承重管段3a整體由頂至底逐漸外擴(kuò)的上小下大的結(jié)構(gòu)，或類似于錐形的其他結(jié)構(gòu)。相鄰兩個(gè)承重管段3a的底部固定連接，在承重管段3a底部增加這樣的焊接結(jié)構(gòu)以后，列管3之間、以及列管3與管板之間的連接強(qiáng)度得到提高，因此連接更為牢固；并由于底部固定以后，與相鄰兩個(gè)承重管段3a的斜邊一同構(gòu)成三角形支撐結(jié)構(gòu)，能承載更高的重量，在不增加管板厚度的情況下提高管板的承重能力。其中，所述承重管段3a的頂部外形為圓形，即為列管3自身的外形，所述承重管段3a的底部的外形為六邊形，即承重管段3a的底部外截面呈六邊形狀，所述承重管段3a的外形沿軸向自頂向下由圓形漸變?yōu)榱呅?，通過較為連續(xù)的曲率，減少了應(yīng)力集中現(xiàn)象。此處，所述承重管段3a的底部六邊形為承重管段3a的頂部圓形的外切六邊形，易于加工，且其整體受力情況更優(yōu)，相鄰兩個(gè)承重管段3a底部的鄰邊彼此平行，最優(yōu)選的，相鄰兩個(gè)承重管段3a的底部完全貼合形成公共邊4，相鄰兩個(gè)承重管段3a的底部通過所述公共邊4固
5定連接，在承重管段3a底部的平面內(nèi)，若干個(gè)承重管段3a在底部拼接成蜂窩狀，并固定后形成一體，本實(shí)施例中，相鄰兩個(gè)承重管段3a的公共邊4通過環(huán)縫焊接連接并密封，由于相鄰兩個(gè)承重管段3a之間的夾縫小，因此在焊接時(shí)焊縫窄，降低了焊接難度，并提高了其整體連接強(qiáng)度。在其余實(shí)施方式中，亦可采用鉚接等其他形式進(jìn)行將兩個(gè)相鄰的承重管段3a通過其公共邊4、或鄰近該公共邊4的配合面進(jìn)行固定連接。還可以通過焊接的方式，使相鄰的承重管段3a底部形成密封的整體，避免物料通過相鄰的承重管段3a之間的連接縫隙滲透入承重管段3a與下管板Ib之間的空隙中。此處，最優(yōu)的，將位于邊緣的承重管段3a與外圍的封頭5焊接密封，使得承重管段3a底面與封頭5之間形成如圖7中承重管段3a下方陰影區(qū)域所示的隔離層，防止封頭5內(nèi)的液態(tài)物料滲入至承重管段3a與下管板Ib之間的空隙中；并且，將位于外圍的承重管段3a與封頭5的內(nèi)壁焊接以后，還可以進(jìn)一步承受來自于下管板Ib的壓力，進(jìn)一步提高下管板Ib的承重能力。為了保證承重管段3a底部六邊與其相鄰的承重管段3a的一邊間距相等，下管板Ib上相鄰兩個(gè)安裝孔2的間距相等，列管3等間距填充設(shè)置于下管板Ib的平面區(qū)域內(nèi)，不僅受熱均勻，而且有利于其承重管段3a底部連接，各連接處強(qiáng)度均勻，由于列管3通常豎向設(shè)置于殼體6內(nèi)部，因此上管板Ia的若干個(gè)安裝孔2位置與下管板Ib的安裝孔2位置一一對(duì)應(yīng)。一種上述固定管板式換熱器的制造方法，包括以下幾個(gè)步驟
a、在下管板Ib上的安裝孔2內(nèi)穿入列管3，并在下管板Ib底面的下方預(yù)留一段列管3，用以加工成喇叭口狀的承重管段3a;本步驟中，下管板Ib上的安裝孔2采用天然氣切割的方法加工而成；
b、將沖模設(shè)置于列管3的下方，將位于下管板Ib底面下方的列管3加熱至100°C 550°C以后，向上沖壓使列管3自底部外擴(kuò)；其中，沖模的外形與待加工形成的喇叭口狀的承重管段3a相適配，例如，為了加工成底部外截面呈六邊形狀、頂部外截面呈圓形的承重管段3a時(shí)，可采用六棱錐型、或六棱柱形狀的沖模進(jìn)行沖壓；若要將承重管段3a沖壓成其他的形狀，可按需調(diào)整沖模的形狀，在此就不再贅述。C、重復(fù)步驟a、步驟b，直至各安裝孔2內(nèi)均安裝好列管3、并將各列管3底端均沖壓呈喇叭口狀的承重管段3a ；
d、將彼此相鄰的列管3的底部通過焊接密封；
e、將位于邊緣的承重管段3a與其周邊的封頭5內(nèi)壁焊接密封。實(shí)施例2
如圖8所示，為了進(jìn)一步提升固定管板式換熱器的強(qiáng)度，上管板Ia與列管3的連接方式亦采用類似于下管板Ib與列管3相似的連接方式，具體如下
在列管3位于上管板Ia頂面上方的部分為加強(qiáng)管段3b，加強(qiáng)管段3b的外形為喇叭口狀，加強(qiáng)管段3b頂部的外徑大于加強(qiáng)管段3b底部的外徑，即加強(qiáng)管段3b整體由自底向頂逐漸外擴(kuò)的上大下小的節(jié)誒狗，類似于錐形或漏斗狀，彼此相鄰的兩個(gè)加強(qiáng)管段3b的頂部固定連接，上管板Ia的頂部增設(shè)這樣的結(jié)構(gòu)以后，列管3之間、以及列管3與上管板Ia之間的連接強(qiáng)度得到提高，連接更為穩(wěn)固，并且在上管板Ia通過加強(qiáng)管段3b固定以后，彼此相鄰、并連為一體的加強(qiáng)管段3b構(gòu)成三角形支撐結(jié)構(gòu)，提高上管板Ia承載物料的能力。
其余結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱實(shí)施例I。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做了詳細(xì)描述，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)還可以作出各種變化，這些變化均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固定管板式換熱器，包括上管板(Ia),下管板(lb)，以及設(shè)置在上管板(Ia)和下管板(Ib)上的若干個(gè)安裝孔(2)，上管板(Ia)和下管板(Ib)之間固定設(shè)置有列管(3)，所述列管(3)貫穿安裝孔(2)，其特征在于所述列管(3)位于下管板(Ia)底面下方的部分為承重管段(3a)，所述承重管段(3a)的外形為喇叭口狀，所述承重管段(3a)底部的外徑大于承重管段(3a)頂部的外徑，相鄰兩個(gè)承重管段(3a)的底部固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固定管板式換熱器，其特征在于所述承重管段(3a)的底部外形為六邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固定管板式換熱器，其特征在于所述承重管段(3a)的外形沿軸向由圓形漸變?yōu)榱呅?，所述承重管?3a)的頂部外形為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定管板式換熱器，其特征在于所述承重管段(3a)的底部外形為承重管段(3a)的頂部外形的外切六邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固定管板式換熱器，其特征在于所述相鄰兩個(gè)承重管段(3a)的底部具有公共邊(4)，所述相鄰兩個(gè)承重管段(3a)的底部通過所述公共邊(4)固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固定管板式換熱器，其特征在于所述相鄰兩個(gè)承重管段(3a)的公共邊(4)焊接密封，位于邊緣的承重管段(3a)與外圍的封頭焊接密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固定管板式換熱器，其特征在于所述下管板(Ia)上相鄰的兩個(gè)安裝孔(2)之間的間距相等。
8.—種如權(quán)利要求I至7中任一所述的固定管板式換熱器的制造方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟 在下管板(Ia)上的安裝孔(2)內(nèi)穿入列管(3)，并在下管板(Ia)底面的下方預(yù)留一段列管(3)； 將沖模設(shè)置于列管(3)的下方，并向上沖壓使列管(3)自底部外擴(kuò)； 重復(fù)步驟a、步驟b，直至各安裝孔(2)內(nèi)均安裝好列管(3)、并將各列管(3)底端均沖壓呈喇叭口狀； 將彼此相鄰的列管(3)的底部通過焊接密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固定管板式換熱器的制造方法，其特征在于所述步驟a之前，在下管板(Ia)上用天然氣切割的方法加工出所述安裝孔(2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固定管板式換熱器的制造方法，其特征在于所述步驟b之前，將位于下管板(Ia)底面下方的列管(3)加熱至100°C 550°C。
全文摘要
一種固定管板式換熱器，包括上管板，下管板，以及設(shè)置在上管板和下管板上的若干個(gè)安裝孔，上管板和下管板之間固定設(shè)置有列管，所述列管貫穿安裝孔，所述列管位于下管板底面下方的部分為承重管段，所述承重管段的外形為喇叭口狀，所述承重管段底部的外徑大于承重管段頂部的外徑，相鄰兩個(gè)承重管段的底部固定連接。采用這樣的結(jié)構(gòu)，通過將列管底部的承重管段外擴(kuò)成喇叭口狀、并將其底部固定連接以后，相鄰兩個(gè)承重管段構(gòu)成三角形支撐的結(jié)構(gòu)，不僅焊接牢靠、強(qiáng)度高，而且采用三角形支撐的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，并在不增加管板厚度的情況下提高管板的承重能力。
文檔編號(hào)B23P15/26GK102937385SQ20121040303
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者周祥 申請(qǐng)人:周祥