專利名稱：一種板翅式換熱器的封頭擋板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于板翅式換熱器封頭的擋板，屬于板翅式換熱器物流分配優(yōu)化、傳熱強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是通過對擋板位置、擋板厚度以及開孔孔徑的優(yōu)化分析，得到了一種具有普遍適用性的板翅式換熱器封頭的擋板結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
引起板翅式換熱器物流分配不均勻的主要因素是不合理的封頭結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)型封頭出口通道的尺寸以及出口通道相對入口管的位置對封頭物流分配有著重要影響。針對封頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)有二次封頭和加裝打孔檔板兩種思路，二次封頭結(jié)構(gòu)可以使物流分配均勻性和換熱效能得到提高，但是由于性能提高有限，并且造成封頭結(jié)構(gòu)整體外形的增大，工程中應(yīng)用較少。加裝打孔擋板改善封頭物流分配特性的關(guān)鍵在于擋板開孔的排布，錯(cuò)排開孔擋板結(jié)構(gòu)得到了極大的關(guān)注和研究，該結(jié)構(gòu)可以顯著改善封頭物流分配特性，提高換熱效率，但是該結(jié)構(gòu)開孔排布復(fù)雜且過密，降低了擋板的強(qiáng)度，增加了設(shè)計(jì)加工的難度，工程應(yīng)用現(xiàn)狀不佳；將打孔擋板加工成曲面能夠在一定程度上提高物流分配的均勻性，但是曲面造成了通孔的變形，降低了擋板的強(qiáng)度，加工以及安裝的困難導(dǎo)致其難以推廣。對封頭擋板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，不但要能夠提高物流分配均勻性，而且還要簡單易于加工，因此提出一種新型的擋板結(jié)構(gòu)顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種板翅式換熱器的封頭擋板，該擋板能夠有效的改善封頭內(nèi)部的物流分配情況，從而提高換熱器性能，且易于加工，簡單實(shí)用。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是所述的封頭擋板包含流體入口管和弧形封頭，矩形擋板安裝在弧形封頭弧形結(jié)構(gòu)的1/2處，擋板厚度推薦值為I 3_。擋板上開有按特定方式排布的通孔，所述通孔的直徑為入口管管徑的1/5，橫向和縱向孔間距均為通孔直徑的1/2。擋板上的通孔排布分為三個(gè)特征區(qū)域入口管投影區(qū)，投影外圍區(qū)和兩側(cè)對稱區(qū)。在入口管投影區(qū)，入口管在擋板上投影的圓周上均勻地排布有6個(gè)通孔，投影的圓上縱向兩端各開一個(gè)通孔，余下四個(gè)通孔以縱向?yàn)檩S兩側(cè)對稱分布；投影外圍區(qū)的通孔分成橫排和縱列兩類，橫排通孔在縱向中心軸兩側(cè)對稱分布3個(gè)，縱列通孔在橫向中心軸兩側(cè)對稱排布至擋板邊緣，二者最外側(cè)通孔相互重合，因此橫排通孔縱向位置和縱列通孔橫向位置得以相互確定；兩側(cè)對稱區(qū)通孔縱向成列排布，根據(jù)橫向中心軸上排布通孔與否分為中央開孔列和中央無孔列兩個(gè)特征列，中央開孔列橫向中心軸上排布有通孔，中央無孔列的通孔排布比投影外圍區(qū)的縱列兩端各減少一個(gè)通孔，中央開孔列與投影外圍區(qū)的縱列在橫向上間隔一個(gè)孔間距，中央開孔列的橫向位置增加一個(gè)孔間距得到中央無孔列的橫向位置，所述兩個(gè)特征列上的通孔在橫向交替分布至擋板邊緣，形成兩側(cè)區(qū)域通孔的交錯(cuò)分布。對于工程應(yīng)用中入口管和弧形封頭尺寸各不相同的封頭，本發(fā)明提供的擋板結(jié)構(gòu)不需要重新分析流場進(jìn)行通孔排布的設(shè)計(jì)，擋板安裝位置、擋板厚度、通孔孔徑以及孔間距均保持不變，通孔排布形式基本相同；但是投影外圍區(qū)橫排通孔數(shù)量需要根據(jù)封頭尺寸具體分析，當(dāng)入口管管徑過小時(shí)，縱向上入口管投影的圓至擋板邊緣距離過大，應(yīng)增加橫排通孔排數(shù)，相反的取消橫排通孔，僅保留縱列通孔，從而保證本技術(shù)方案擋板結(jié)構(gòu)的高效實(shí)用。本發(fā)明與傳統(tǒng)封頭擋板相比具有的有益效果是1.本發(fā)明根據(jù)傳統(tǒng)封頭物流分配的特點(diǎn)提出的擋板結(jié)構(gòu)，采用一種通孔直徑，簡單實(shí)用，有效的改善了封頭內(nèi)部的物流分配情況；2.本擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)是根據(jù)封頭結(jié)構(gòu)尺寸來定義的，具有普遍適用性，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)，對于改善板翅式換熱器的換熱性能方面具有重要作用；3.本發(fā)明提高了換熱器的運(yùn)行可靠性，擴(kuò)展了適用范圍，特別是對于多相流動換熱以及晃動條件下的換熱具有明顯的優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明的封頭結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明提出的封頭擋板結(jié)構(gòu)。圖3是封頭擋板結(jié)構(gòu)通孔排布分區(qū)圖。圖4是擋板不同安裝位置下的封頭流量標(biāo)準(zhǔn)偏差對比圖。圖5是擋板不同厚度下的封頭流量標(biāo)準(zhǔn)偏差對比圖。圖6是通孔不同孔徑下的封頭流量標(biāo)準(zhǔn)偏差對比圖。圖7是采用不同擋板結(jié)構(gòu)的封頭流量標(biāo)準(zhǔn)偏差對比圖。圖中，1 一入口管；2 —弧形封頭；3 —擋板；4 一入口管投影圓；5-縱向中心軸；6-橫向中心軸；7_入口管投影區(qū)；8_投影外圍區(qū)；9_兩側(cè)對稱區(qū)10-中央開孔列；11_中央無孔列。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)工作原理更加清晰明了，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參見圖1，依本發(fā)明的技術(shù)方案，一種適用于板翅式換熱器封頭的擋板結(jié)構(gòu)，矩形擋板3安裝在封頭弧形結(jié)構(gòu)2的1/2處，擋板厚度推薦值為I 3mm，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)流體性質(zhì)、雷諾數(shù)和氣液比等參數(shù)適當(dāng)增減。如圖2和圖3所示，擋板3上分布有多個(gè)通孔，所述通孔的直徑為入口管I管徑的1/5，橫向和縱向孔間距均為通孔直徑的1/2。擋板3上的通孔排布分為三個(gè)特征區(qū)域入口管投影區(qū)7，投影外圍區(qū)8和兩側(cè)對稱區(qū)9。在入口管投影區(qū)7，入口管I在擋板3上投影的圓周上均勻地排布有6個(gè)通孔，投影的圓上縱向兩端各開一通孔，余下四個(gè)通孔以縱向?yàn)檩S兩側(cè)對稱分布；在投影外圍區(qū)8，通孔分成橫排和縱列兩類，橫排通孔在縱向中心軸兩側(cè)對稱分布3個(gè)，縱列通孔在橫向中心軸兩側(cè)對稱排布至擋板邊緣，二者最外側(cè)通孔相互重合，因此橫排通孔縱向位置和縱列通孔橫向位置得以相互確定；在兩側(cè)對稱區(qū)9，通孔縱向成列排布，根據(jù)橫向中心軸上排布通孔與否分為兩個(gè)特征列，根據(jù)橫向中心軸上排布通孔與否分為中央開孔列10和中央無孔列11兩個(gè)特征列，中央開孔列10的橫向中心軸上排布有通孔，中央無孔列11的通孔排布比投影外圍區(qū)8的縱列兩端各減少一個(gè)通孔，中央開孔列10與投影外圍區(qū)8的縱列在橫向上間隔一個(gè)孔間距，中央開孔列10的橫向位置增加一個(gè)孔間距得到中央無孔列11的橫向位置，所述兩個(gè)特征列通孔在橫向交替分布至擋板邊緣，形成兩側(cè)區(qū)域通孔的交錯(cuò)分布。對于工程應(yīng)用中入口管和弧形封頭尺寸各不相同的封頭，本發(fā)明提供的擋板結(jié)構(gòu)不需要重新分析流場進(jìn)行通孔排布的設(shè)計(jì)，擋板安裝位置、擋板厚度、通孔孔徑以及孔間距均保持不變，通孔排布形式基本相同。但是投影外圍區(qū)橫排通孔數(shù)量需要根據(jù)封頭尺寸具體分析，從而保證本技術(shù)方案擋板結(jié)構(gòu)的高效實(shí)用，當(dāng)入口管管徑過小時(shí)，縱向上入口管投影的圓至擋板邊緣距離過大，應(yīng)增加橫排通孔排數(shù)，相反的取消橫排通孔，僅保留縱列通孔。為了說明本發(fā)明提出的新型擋板結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，利用流體力學(xué)模擬軟件對擋板的性能進(jìn)行了模擬。圖4、圖5和圖6是通過模擬得到的結(jié)果，揭示的分別是擋板結(jié)構(gòu)在不同安裝位置、不同厚度、通孔不同孔徑的情況下，封頭流量標(biāo)準(zhǔn)偏差的對比柱狀圖，流量標(biāo)準(zhǔn)偏差值越小封分配均勻性越好。參見圖4，擋板位于1/2處的流量標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯低于擋板位于1/3處和2/3處，此時(shí)擋板上方的渦流分配作用和擋板下方的緩沖作用共同效果達(dá)到最佳，封頭物流分配均勻
程度最好。參見圖5，由入口管進(jìn)入的流體通過擋板后流向被強(qiáng)制整流，直接進(jìn)入中間四個(gè)通道，擋板越厚整流作用越明顯；但擋板過薄，會導(dǎo)致中間通道的流量過小，兩側(cè)通道的流量過大，流量分配不均勻性反而增加。擋板厚度I 3_時(shí)，流量標(biāo)準(zhǔn)偏差都低于O. 30，整流作用強(qiáng)度以及封頭物流分配均勻程度適宜，推薦采用；實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)流體性質(zhì)、雷諾數(shù)和氣液比等參數(shù)適當(dāng)增減。參見圖6，開孔孔徑為入口管徑的1/5的情況下流量標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小，封頭物流分配均勻性最佳。孔徑過大會導(dǎo)致大部分流體從擋板中間位置流出，直接進(jìn)入中間四個(gè)通道；而孔徑過小會造成中間通道的流量小于兩側(cè)通道的流量，物流分配同樣不均勻；開孔孔徑為入口管徑的1/5時(shí)，物流在中間通道和兩側(cè)通道之間得到了合理分配。圖7揭示的是不同封頭結(jié)構(gòu)下的流量標(biāo)準(zhǔn)偏差對比圖，由圖7可知，C型封頭的流量標(biāo)準(zhǔn)偏差值最低，物流分配均勻性最佳。圖中，A —傳統(tǒng)型封頭，B —錯(cuò)排孔板型封頭，C 一采用本發(fā)明技術(shù)方案的封頭。
權(quán)利要求
1.一種板翅式換熱器的封頭擋板，其特征是，在封頭弧形結(jié)構(gòu)(2)的1/2處安裝排布有通孔的矩形擋板(3)，所述擋板(3)上所開通孔的直徑為入口管(I)管徑的1/5，橫向和縱向孔間距均為孔徑的1/2，擋板(3)的厚度為l_3mm。
2.如權(quán)利要求1所述的板翅式換熱器的封頭擋板，其特征在于，入口管(I)在擋板上投影的圓周(4)上均勻排布有6個(gè)通孔，投影的圓上縱向兩端各開一個(gè)通孔，余下四個(gè)通孔在縱向中心軸(5)兩側(cè)對稱分布。
3.如權(quán)利要求1所述的板翅式換熱器的封頭擋板，其特征在于，所述通孔按橫排和縱列兩種形式分布，橫排通孔在縱向中心軸(5)兩側(cè)對稱分布3個(gè)，縱列通孔在橫向中心軸(6)兩側(cè)對稱排布至擋板邊緣，二者最外側(cè)通孔相互重合，因此橫排通孔縱向位置和縱列通孔橫向位置得以相互確定。
4.如權(quán)利要求1所述的板翅式換熱器的封頭擋板，其特征在于，通孔縱向成列排布，根據(jù)橫向中心軸上排布通孔與否分為中央開孔列(10)和中央無孔列(11)兩個(gè)特征列，中央開孔列(10)的橫向中心軸上排布有通孔，中央無孔列(11)的通孔排布比投影外圍區(qū)(8)的縱列兩端各減少一個(gè)通孔，中央開孔列(10)與投影外圍區(qū)(8)的縱列在橫向上間隔一個(gè)孔間距，中央開孔列(10)的橫向位置增加一個(gè)孔間距得到中央無孔列(11)的橫向位置，所述兩個(gè)特征列上的通孔在橫向交替分布至擋板邊緣，形成兩側(cè)區(qū)域通孔的交錯(cuò)分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種板翅式換熱器的封頭擋板，封頭包含流體入口管和弧形封頭，擋板安裝在弧形封頭弧形結(jié)構(gòu)的1/2處，擋板厚度推薦為1～3mm，擋板上分布有多個(gè)通孔，通孔的直徑為入口管管徑的1/5，橫向和縱向孔間距均為孔徑的1/2，擋板上的通孔排布分為三個(gè)特征區(qū)域入口管投影區(qū)，投影外圍區(qū)，兩側(cè)對稱區(qū)。本發(fā)明根據(jù)傳統(tǒng)封頭物流分配的特點(diǎn)提出一種擋板結(jié)構(gòu)，采用一種通孔直徑，簡單、實(shí)用，有效的改善了封頭內(nèi)部的物流分配情況，并且擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)是根據(jù)封頭結(jié)構(gòu)尺寸來定義的，具有普遍適用性，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)，對于改善板翅式換熱器的換熱性能方面具有重要作用。
文檔編號F28F9/22GK103017591SQ20131001325
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者王武昌, 李玉星, 季鵬, 朱建魯, 胡其會 申請人:中國石油大學(xué)(華東)