專利名稱：蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及能源技術(shù)中的管殼式換熱器，具體涉及一種蜂窩型結(jié)構(gòu)交 換器。
背景技術(shù)：
換熱器是在動力、冶金、制冷、煉油、化工、航空、原子能、醫(yī)藥等工業(yè) 部門中廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備。隨著能源問題的日漸突顯，要求在滿足 熱量交換的前提下，盡可能縮小設(shè)備體積，即提高設(shè)備的緊湊性，進(jìn)而減輕設(shè) 備重量，節(jié)約材料，并相應(yīng)地減少占地面積。由此，高效換熱器應(yīng)運(yùn)而生。在 有些應(yīng)用領(lǐng)域，對換熱設(shè)備的尺寸和重量有著特殊的要求，因而體積微小、單 位體積換熱面積很大的超緊湊式換熱器已經(jīng)成為當(dāng)前換熱設(shè)備生產(chǎn)發(fā)展的必 需。該結(jié)構(gòu)屬于管殼式換熱器領(lǐng)域。由于管殼式換熱器技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)高度可 靠且其適應(yīng)面非常廣泛，因此其產(chǎn)量和應(yīng)用至今仍在工業(yè)生產(chǎn)中占有很重要的 地位，目前管殼式換熱器以傳統(tǒng)列管式換熱器為主，雖然相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對傳 統(tǒng)列管式換熱器的設(shè)計制造技術(shù)有部分補(bǔ)充和完善，但并沒有突破性進(jìn)展，其 使用局限性反而越來越突出，具體主要表現(xiàn)在以下幾個方面
(1) 單位體積換熱面積小，緊湊性差。由于安裝緣故，管束中管子之間不 能緊密排列。雖然列管式換熱器的體積大，但總的換熱面積小，因此經(jīng)濟(jì)效果 差。
(2) 傳熱系數(shù)小，效率低。傳熱系數(shù)是衡量換熱器性能的一個重要指標(biāo)。 經(jīng)過大量的研究改進(jìn)，雖然列管式換熱器的傳熱系數(shù)有所提高，但都是以增大 壓力損失為代價的，總體而言效率還是很低。
(3) 可靠性差。高流速下容易產(chǎn)生管束振動，使管子破裂，損壞設(shè)備的
礎(chǔ)與管路，同時產(chǎn)生噪音，難以通過理論計算對振動進(jìn)行有的控制與預(yù)防。雖 然在工程應(yīng)用方面也開發(fā)了一些新的抗振結(jié)構(gòu)，但效果并不理想。
(4) 生產(chǎn)周期長，金屬耗量大。傳統(tǒng)列管式換熱器的管束由上千根管子組 成，管板直徑可達(dá)3 5m，厚幾十厘米，鉆削精度和光潔度要求也比較嚴(yán)格。采 用數(shù)控鉆床，鉆孔周期也要25天左右，生產(chǎn)周期較長;切屑量可達(dá)幾噸甚至幾十 噸，材料浪費(fèi)比較大。
(5) 組裝、檢修、維護(hù)困難。管與孔、管束與殼體之間的間隙很小，管束 的組裝、管束與殼體的套裝等都要求圓度或直度偏差較小，難度較大。管與管 之間距離較小，不易安放檢測儀器，無法檢測和維護(hù)局部危險部位。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)列管模式的缺點(diǎn)，提供一種具有蜂窩 仿生結(jié)構(gòu)的正六面體形換熱器。
本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn) 一種蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，包括殼體和管束，殼體上設(shè)有流體進(jìn)口和流體出口， 殼體兩端分別設(shè)有管箱，管箱上設(shè)有管束流體進(jìn)口和出口，所述殼體呈正六邊 形截面形狀，所述管束由多個短蜂窩管束與長蜂窩管束組成蜂窩管束芯，長蜂 窩管束與短蜂窩管束毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束與短蜂窩管束的壁厚為0.2
2mm，長蜂窩管束兩端分別與管箱內(nèi)的進(jìn)口和出口連通。
為進(jìn)一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述長蜂窩管束通過隔板連接裝置進(jìn)行連 接，隔板連接裝置包括隔板、隔板條、邊壓條和密封條，采用可拆式緊密連接。
所述蜂窩長蜂窩管束與隔板通過脹接、釬焊固定、脹接加焊接或者可拆密封 連接。
兩端管箱與殼體均為可拆式連接?？刹鹗竭B接為殼體兩端均焊有法蘭，隔板
夾持在兩法蘭之間，通過螺栓固定。
所述蜂窩管束芯外沿與殼體的間隙小于3mm。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型創(chuàng)造具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1) 該實用新型的金屬材質(zhì)的薄板厚度為0.2 2mm，由于板片厚度很薄， 故傳熱系數(shù)K大。例如在該換熱器內(nèi)，水對水的傳熱系數(shù)可達(dá)1500 3700w/m2.。C。
(2) 單位體積換熱面積大，緊湊性好。蜂窩結(jié)構(gòu)邊長小(一般為2 10mm)， 結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積所提供的傳熱面為100 380m2/m3;而管殼式換熱器只有 40 150 m2/m3。本實用新型克服了傳統(tǒng)列管式換熱器管束中管子之間不能緊 密排列，體積大，但總的換熱面積小，因此經(jīng)濟(jì)效果差的缺點(diǎn)。
(3) 生產(chǎn)周期短，金屬耗量小。該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)模壓成型，節(jié)省內(nèi)部組裝， 及多種加工工藝，沒有切屑量。通該設(shè)備具有組裝方便的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，操作靈活 性大，檢修清洗也方便。
(4) 蜂窩結(jié)構(gòu)，以最少的耗材，創(chuàng)造最強(qiáng)的幾何結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。 有較強(qiáng)的支撐作用，允許操作壓強(qiáng)也較高，可達(dá)5MPa。同時由于蜂窩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 使內(nèi)部換熱結(jié)構(gòu)形成一個剛性整體，高流速下不會產(chǎn)生振動。
(5) 該換熱設(shè)備，內(nèi)芯是具有整體結(jié)構(gòu)的蜂窩狀管束組成，蜂窩框架夾緊組 輕而剛度強(qiáng)，該設(shè)備正六面體結(jié)構(gòu)比三面體、四面體、圓柱等多種幾何集合體 更耐壓、耐拉。


圖l為本實用新型蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中長蜂窩管束與短蜂窩管束連接關(guān)系示意圖3是圖1中A-A向剖視圖4是圖1中B-B向剖視圖； 圖5是圖4中隔板條放大示意圖； 圖6是圖4中邊壓條放大示意圖； 圖7是圖4中C—C向剖視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實用新型 的實施方式不限于此。
如圖1所示， 一種蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器包括殼體10和管束，殼體10上設(shè)有流 體進(jìn)口 2和流體出口 9，殼體10兩端分別設(shè)有管箱8，管箱8上設(shè)有管束流體 進(jìn)口 7和出口 1，殼體IO呈正六邊形截面形狀。所述管束由多個短蜂窩管束3 與長蜂窩管束4組成蜂窩管束芯12，蜂窩管束芯12外沿與殼體10的間隙小于 3mm。長蜂窩管束4兩端分別與管箱8內(nèi)的進(jìn)口7和出口 l連通。
如圖2所示，長蜂窩管束4與短蜂窩管束3毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束4 與短蜂窩管束3的壁厚為l.Omm，該壁厚可選取0.2 2mm之間任意厚度值。
如圖3所示，長蜂窩管束4通過隔板連接裝置11進(jìn)行連接，隔板連接裝置 11包括隔板條13、邊壓條14和密封條15，采用可拆式緊密連接，具體是隔板 條13與長蜂窩管束4長出的部分間隔組配，中間涂有密封膠，密封條15填封 在邊壓條14的凹槽內(nèi)，隔板條13裝配在邊壓條14中，通過密封條15的受力 變形實現(xiàn)密封。
兩端管箱8與殼體10均為可拆式連接。具體是殼體10兩端均焊有法蘭5， 隔板ll夾持在兩法蘭之間，通過螺栓6固定。 l.隔板的制造
隔板條的毛坯可以是鋼板的及復(fù)合的。當(dāng)采用單一材料不能同時抵抗兩側(cè)
換熱介質(zhì)的腐蝕時，必須采用雙金屬板。它的制造方法主要是模壓、切割等。 保證與蜂窩管束的幾何配合。隔板條的加工是隔板制造過程中主要的一個環(huán)節(jié)， 應(yīng)盡可能地滿足以下要求
① 保證孔的位置及尺寸精度，如隔板條的幾何對中、同心度及加工的光潔 度等；
② 隔板條加工切面與隔板平面垂直；
③ 隔板與密封面垂直；
④ 如果存在隔板槽應(yīng)與隔板中心線對稱。
此外，為了保證隔板的同心度可將幾塊隔板疊合起來一起切加工。
2. 蜂窩換熱管束的制造
對金屬箔進(jìn)行表面處理，需要經(jīng)過堿洗除油、硝酸光化、磷酸陽極化，烘 干、浸底膠烘干，涂芯條膠后再烘干以及芯條膠熱壓固化，再加上金屬蜂窩結(jié) 構(gòu)件的熱壓固化。
3. 殼體的制造
蜂窩式換熱器殼體與通用方形壓力容器的筒節(jié)的制造成型一樣，可分為冷 和熱兩種加工方法。當(dāng)鋼板厚度超過2.5mm，應(yīng)當(dāng)選用熱法；對于普通的換熱 器如果沒有特殊的要求， 一般屬于常低壓容器，所用鋼板較薄，所以選用冷法 即可。
作為換熱器的殼體，由于殼體內(nèi)部要裝入較長的管束，管束上要有防摩擦 設(shè)計，與殼體內(nèi)壁間的裝配間隙一般不大于3mm;殼體不直度不大于殼體長度 的1/1000;殼體內(nèi)壁焊縫要求帶墊板焊，保持內(nèi)壁平整。
彎巻成型常在專用的折彎機(jī)、巻板機(jī)上進(jìn)行，鋼板在巻板機(jī)上輥壓加工時， 需要注意鋼板縱向邊緣嚴(yán)格與滾筒軸線保持平行，輥壓成型以后的圓筒立即點(diǎn)
焊。焊接可以采用手工電弧焊或埋弧自動焊，并按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。并且要注意 接管不開在焊縫上，并應(yīng)與其相連接的內(nèi)表面平齊。
在換熱器的制造過程中，保證管束與隔板的密封緊固連接是非常重要。如 果連接的質(zhì)量不好，會導(dǎo)致冷、熱流體會滲漏在一起，還有可能在溫差應(yīng)力和 管程與殼程壓差的作用下，管束與隔板連接拉脫。連接的方法由于換熱器的使 用條件、加工條件的不同，主要有脹接、釬焊固定、脹接加焊接，可拆密封連 接等。
(1) 脹接
應(yīng)用脹接應(yīng)注意脹管率應(yīng)適當(dāng)；隔板的硬度應(yīng)比管束端部度高HB20 30， 產(chǎn)生必要的彈性恢復(fù)，保證脹接強(qiáng)度；管子與隔板結(jié)合面必須光潔；脹接一般 采用專用脹管機(jī)機(jī)械脹管等方法。
(2) 釬焊固定
焊接加工簡便，連接強(qiáng)度好，更能保證嚴(yán)密性，在高溫高壓、或深冷時也 能保證連接處的緊密性與抗拉脫能力。
(3) 脹接加焊接
脹接與焊接都有其各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，尤其是在高溫高壓下，管端接頭面 臨著極其苛刻的工作環(huán)境，單獨(dú)的采用脹接或焊接都不能滿足要求，這就需要 采用脹接加焊接的方法。脹接加焊接，不僅能提高連接處的抗疲勞性能，還可 消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命命。
(4) 可拆密封連接
可拆密封連接加工、安裝簡便，利用結(jié)合面加裝密封材料，連接密封好， 更能保證嚴(yán)密性，不同的密封材質(zhì)在高溫高壓、或深冷時也能保證連接處的緊 密性與抗拉脫能力。
本實用新型蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器自成一體，可以于GB151—99設(shè)計的結(jié)構(gòu)、 零部件尺寸相配合。可以替換使用同種類型的間壁式換熱器，尤其是使用在流 速小，有明顯誘導(dǎo)振動、空間要求緊湊、換熱面積大的場合適用。本結(jié)構(gòu)在換 熱器中工作時，管內(nèi)外分別通有兩種不同的介質(zhì)，這兩種介質(zhì)通過管壁進(jìn)行換 熱，增加的傳熱面積提高了換熱器的換熱量，而蜂窩式間壁很薄，提高了傳熱 系數(shù)。
該換熱設(shè)備可廣泛應(yīng)用于小型制冷設(shè)備。其中的蜂窩流道可以形成很細(xì)小的 流道，它良好的尺寸匹配對整個換熱系統(tǒng)的性能有著重要影響。尤其是在制冷 領(lǐng)域，針對目前細(xì)管內(nèi)制冷劑兩相流特性的研究大多基于兩相流的均相流模型， 并且大多忽略了實際存在的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，以絕熱細(xì)管為研究對象，建立了兩相 流漂移數(shù)學(xué)模型，同時考慮制冷劑流動過程中的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，通過對制冷劑熱 力性質(zhì)、熱力狀態(tài)參數(shù)和熱力過程的計算，實現(xiàn)了絕熱細(xì)管的數(shù)值計算;搭建了 絕熱細(xì)管兩相流特性研究實驗裝置，其實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值計算結(jié)果具有較好的吻
權(quán)利要求1、蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，包括殼體(10)和管束，殼體(10)上設(shè)有流體進(jìn)口(2)和流體出口(9)，殼體(10)兩端分別設(shè)有管箱(8)，管箱(8)上設(shè)有管束流體進(jìn)口(7)和出口(1)，其特征在于所述殼體(10)呈正六邊形截面形狀，所述管束由多個短蜂窩管束(3)與長蜂窩管束(4)組成蜂窩管束芯(12)，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)的壁厚為0.2～2mm，長蜂窩管束(4)兩端分別與管箱(8)內(nèi)的進(jìn)口(7)和出口(1)連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，其特征在于所述長蜂窩管束 (4)通過隔板連接裝置(11)進(jìn)行連接，隔板連接裝置(11)包括'#隔板條(13)、邊壓條(l爭)和密封條(1S')，隔板條(13)與長蜂窩管爽4形出的 部分間隔組配，中間涂有密封膠，密封條(15)填封在邊壓條(14)的凹槽內(nèi)，隔板 條(13)裝配在邊壓條14)中，通過密封條(15)的受力變形實現(xiàn)密封。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，其特征在于長蜂窩管束(4) 與隔板(13)通過脹接、釬焊固定、脹接加焊接或者可拆密封連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，其特征在于兩端管箱與殼體 均為可拆式連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，其特征在于可拆式連接為殼體 (10)兩端均焊有法蘭(5)，隔板(11)夾持在兩法蘭之間，通過螺栓(6)固定。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器，其特征在于蜂窩管束芯(12) 外沿與殼體(10)的間隙小于3mm。
專利摘要本實用新型公開了一種蜂窩型結(jié)構(gòu)交換器。該交換器殼體(10)呈正六邊形截面形狀，管束由多個短蜂窩管束(3)與長蜂窩管束(4)組成蜂窩管束芯(12)，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)的壁厚為0.2～2mm，長蜂窩管束(4)兩端分別與管箱(8)內(nèi)的進(jìn)口(7)和出口(1)連通。該交換器傳熱單位體積換熱面積大，緊湊性好，系數(shù)K大，克服了傳統(tǒng)列管式換熱器管束中管子之間不能緊密排列，體積大，但總的換熱面積小，因此經(jīng)濟(jì)效果差的缺點(diǎn)。該設(shè)備還具有組裝方便的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，操作靈活性大，檢修清洗也方便。
文檔編號F28F1/02GK201003912SQ20072004749
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者劉飛龍, 靜 李, 閆軍威 申請人:華南理工大學(xué)