一種螺旋板翅式換熱器及其制作方法，屬于熱交換裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

板翅式換熱器是一種傳熱效率高、輕巧牢靠、適應(yīng)性大、經(jīng)濟(jì)性好的換熱器，廣泛應(yīng)用于石油、車輛、航空、化工、制冷系統(tǒng)、原子能等多個領(lǐng)域中，所以被認(rèn)為最有發(fā)展前途的新型熱交換設(shè)備之一。板翅式換熱器的基本結(jié)構(gòu)是由隔板，封條，翅片和導(dǎo)流片組成的。其中翅片承擔(dān)了主要的傳熱任務(wù)和主要的承壓任務(wù)。板翅式換熱器在使用時，如果要提高換熱效果，需要延長液體在換熱器內(nèi)的流動時間，即延長換熱器的流道，這樣會帶來換熱器體積增大，占用空間大的問題。

螺旋板換熱器是由兩張平行的金屬板卷制成兩個螺旋形通道，冷熱流體之間通過螺旋板壁進(jìn)行換熱的換熱器。它具有傳熱性能好、自清洗功能、價格低廉、純逆流流動最大限度提高對數(shù)平均溫差。但它的缺點(diǎn)是檢修困難，如發(fā)生內(nèi)圈螺旋板破裂，便會使整臺設(shè)備報廢，所以要提高其強(qiáng)度。換熱介質(zhì)的流動是靠泵、壓縮機(jī)等驅(qū)動體驅(qū)動的，如果流動阻力大則消耗的功率也大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)合了板翅式換熱器和螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)、強(qiáng)度高、換熱效果好的螺旋板翅式換熱器及其制作方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該螺旋板翅式換熱器，包括圓柱狀的換熱器殼體以及換熱器殼體內(nèi)的芯體，其特征在于：所述的芯體內(nèi)設(shè)有隔板，并通過隔板分隔成兩個流道，兩個流道均為螺旋狀，至少一個流道內(nèi)設(shè)有翅片，換熱器殼體外設(shè)有與流道連通的進(jìn)液管和出液管；

翅片為鋸齒狀，翅片的彎折部與流道內(nèi)壁固定連接，翅片上設(shè)有導(dǎo)流孔。

優(yōu)選的，所述的翅片由截面為正弦波形的鋼板彎折而成，翅片的彎折線與正玄波的X軸平行，導(dǎo)流孔設(shè)置在翅片的波峰與波谷。

優(yōu)選的，所述的翅片截面每相鄰兩個波峰之間的距離為1~4mm。

優(yōu)選的，所述的翅片截面每相鄰兩個波峰之間的距離為3mm。

優(yōu)選的，所述的翅片的每個彎折部兩側(cè)的鋼板的夾角為0°~30°。

優(yōu)選的，所述的翅片的每個彎折部兩側(cè)的鋼板的夾角為20 °。

一種上述螺旋板翅式換熱器的制作方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，對鋼板和隔板下料，在鋼板上鉆導(dǎo)流孔后對鋼板沖壓，形成翅片；

步驟2，對隔板和翅片進(jìn)行清洗，清洗完成后烘干；

步驟3，將翅片的彎折部上涂釬料，將兩個隔板分別放置在翅片兩側(cè)并與翅片的彎折部緊密接觸；

步驟4，將組裝好翅片和隔板進(jìn)行浸漬釬焊，形成翅片單元；

步驟5，對多個翅片單元焊接成長條狀并進(jìn)行探傷，并通過卷床卷制成芯體；

步驟6，將芯體、換熱器殼體、進(jìn)液管和出液管進(jìn)行組裝。

優(yōu)選的，步驟2中所述的清洗依次包括超聲波清洗、水洗、酸洗、高壓水清洗，其中超聲波清洗以水基清洗劑為清洗液。

優(yōu)選的，步驟4中所述的組裝好的翅片和隔板放置在支撐架上進(jìn)行浸漬釬焊；

支撐架包括框架以及水平放置在框架上的多塊承載板，每相鄰的兩承載板間隔設(shè)置，承載板和框架上均涂有耐高溫涂料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的螺旋板翅式換熱器及其制作方法所具有的有益效果是：

1、本螺旋板翅式換熱器結(jié)合了板翅式換熱器和螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)，翅片取代了螺旋板翅式換熱器的定距柱，大大提高了螺旋板的剛性、穩(wěn)定性及強(qiáng)度，而且翅片大大增加了傳熱面積，相對于普通的螺旋板式換熱器大大增加了傳熱效率；導(dǎo)流孔增加了液體的流動性，從而使液體的溫度保持均一，進(jìn)一步提高了換熱效率。

2、翅片由截面為正弦波形的鋼板彎折而成，即提高了換熱效率，又提高了承壓強(qiáng)度；導(dǎo)流孔設(shè)置在波峰或波谷處，有效的破壞了液體流動的邊界層，促進(jìn)了流體橫向充分混合，起到了強(qiáng)化傳熱的效果，傳熱性能提高5%~8%。

3、每相鄰的兩個波峰之間的距離為1~4mm時具有較好的力學(xué)性能，且當(dāng)每相鄰兩個波峰之間的距離為3mm時，其彈性模量提高約3.7%，屈服強(qiáng)度提高約4.6%，相比于傳統(tǒng)的波紋翅片，該翅片提高了傳熱效率，增強(qiáng)了承壓強(qiáng)度。

4、每個彎折部兩側(cè)的鋼板具有一定的傾斜角，能夠大大提高翅片的傳熱效率，在夾角為0°~30°之間的翅片中，夾角為20°的翅片具有最好的傳熱效果。

5、本制作方法工藝簡單，制作難度低，由于焊縫數(shù)量多、焊縫長度長，釬焊很好地滿足了焊接要求，并且釬焊加熱均勻、迅速、溫度控制較為準(zhǔn)確，適合大批量生產(chǎn)。

6、有機(jī)溶劑一般具有揮發(fā)性、易燃性和毒性，相比于普通的物理去油，水基清洗劑具有使用安全、污染少、清洗成本低、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點(diǎn)，還能增加清洗質(zhì)量；酸洗能夠除去氧化物；而水洗和高壓水清洗能夠分別將翅片和隔板上的水基清洗劑和酸除去。

7、支撐架方便組裝好的翅片和隔板的放置，框架和承載板上均涂有耐高溫涂料，能夠避免在釬焊過程中承載板與翅片或者隔板粘結(jié)，使用方便。

附圖說明

圖1為螺旋板翅式換熱器的立體示意圖。

圖2為芯體的仰視示意圖。

圖3為芯體的主視示意圖。

圖4為圖3中A處的局部放大圖。

圖5為板翅的立體示意圖。

圖中：1、換熱器殼體 2、進(jìn)液管 3、進(jìn)液法蘭盤 4、出液管 5、出液法蘭盤 6、芯體 7、流道 8、翅片 801、導(dǎo)流孔 9、隔板。

具體實(shí)施方式

圖1~5是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1~5對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

一種螺旋板翅式換熱器，包括圓柱狀的換熱器殼體1以及換熱器殼體1內(nèi)的芯體6，芯體6內(nèi)設(shè)有隔板9，并通過隔板9分隔成兩個流道7，兩個流道7均為螺旋狀，至少一個流道7內(nèi)設(shè)有翅片8，換熱器殼體1外設(shè)有與流道7連通的進(jìn)液管2和出液管4；

翅片8為鋸齒狀，翅片8的彎折部與流道7內(nèi)壁固定連接，翅片8上設(shè)有導(dǎo)流孔801。

本螺旋板翅式換熱器結(jié)合了板翅式換熱器和螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)，翅片8取代了螺旋板翅式換熱器的定距柱，大大提高了螺旋板的剛性、穩(wěn)定性及強(qiáng)度，而且翅片8大大增加了傳熱面積，相對于普通的螺旋板式換熱器大大增加了傳熱效率；導(dǎo)流孔801增加了液體的流動性，從而使液體的溫度保持均一，進(jìn)一步提高了換熱效率。

具體的：如圖1所示：進(jìn)液管2設(shè)置在換熱器殼體1的一側(cè)，進(jìn)液管2有兩個，且豎向間隔設(shè)置。兩個進(jìn)液管2伸進(jìn)換熱器殼體1的一端分別與兩個流道7連通。出液管4設(shè)置在換熱器殼體1的上方，出液管4也有兩根，兩根出液管4伸進(jìn)換熱器殼體1的一端分別與兩個流道7連通。

兩個進(jìn)液管2的外端均設(shè)有進(jìn)液法蘭盤3，兩個出液管4上均設(shè)有出液法蘭盤5，在使用時方便與管道連接。

如圖2~4所示：兩個流道7均為與換熱器殼體1同軸的螺旋狀，且靠近外沿的流道7內(nèi)設(shè)有翅片8，翅片8的彎折部與流道7的內(nèi)壁固定連接，且翅片8的彎折部為與流道7相配合的螺旋狀。

如圖5所示：翅片8的彎折部兩側(cè)的鋼板的夾角為20°，此時傳熱效果最好。翅片8的彎折部兩側(cè)的鋼板的夾角還可以為0~30°范圍內(nèi)的其他值。

翅片8由截面為正弦波形的鋼板彎折而成，翅片8的彎折線與正玄波的X軸平行，即提高了換熱效率，又提高了承壓強(qiáng)度。導(dǎo)流孔801設(shè)置在翅片8的波谷和波峰處，有效的破壞了液體流動的邊界層，促進(jìn)了流體橫向充分混合，起到了強(qiáng)化傳熱的效果，傳熱性能提高5%~8%。位于波峰處的導(dǎo)流孔801的連線與位于波谷處的導(dǎo)流孔801的連線平行，與導(dǎo)流孔801成多列排列相比，傳熱性能提高約14%。

翅片8每相鄰的兩個波峰之間的距離為3mm時，翅片8的彈性模量提高約3.7%，屈服強(qiáng)度提高約4.6%，相比于傳統(tǒng)的波紋翅片，該翅片提高了傳熱效率，增強(qiáng)了承壓強(qiáng)度。每相鄰的兩波峰之間的距離還可以為1~4mm范圍內(nèi)的其他值。

該螺旋板翅式換熱器在使用時，需要換熱的介質(zhì)從有翅片8的流道7流過，提供熱量的介質(zhì)從沒有翅片8的流道7流過，由于帶有翅片8的流道7傳熱面積大，能夠大大提供換熱效率。

上述螺旋板翅式換熱器的制作方法包括如下步驟：

步驟1，對鋼板和隔板9下料，在鋼板上鉆導(dǎo)流孔801后對鋼板沖壓，形成翅片8。

將隔板9和鋼板按照尺寸切斷，然后在鋼板上鉆導(dǎo)流孔801，鉆孔后對鋼板沖壓成翅片8。

步驟2，對隔板9和翅片8進(jìn)行清洗，清洗完成后烘干。

先隔板9和翅片8放入稱有清洗液的清洗槽內(nèi)清洗，超聲波由清洗槽的地步輻射至清洗液內(nèi)進(jìn)行清洗。清洗液為水基清洗劑，普通的物理去油用的是有機(jī)溶劑溶解油漬，而有機(jī)溶劑一般具有揮發(fā)性、易燃性和毒性，相比于普通的物理去油，水基清洗劑具有使用安全、污染少、清洗成本低、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點(diǎn)，并且水基清洗劑提高了清洗質(zhì)量，超聲波具有高質(zhì)量、全方位的特點(diǎn)，所以水基清洗劑作為清洗液的超聲波清洗具有很好的清洗效果。

以水基清洗劑作為清洗液的超聲波清洗完成后，在對隔板9和翅片8進(jìn)行水洗，將隔板9和翅片8上的水基清洗劑洗凈，避免水基清洗劑對后續(xù)的清洗造成影響。

將水基清洗劑洗凈之后，再將隔板9和翅片8進(jìn)行酸洗，除去隔板9和翅片8上的氧化物。待酸洗完成后，再對隔板9和翅片8進(jìn)行高壓水清洗，從而將隔板9和翅片8上的酸完全沖洗干凈，避免剩余的酸對隔板9和翅片8造成腐蝕。清洗完成后，對隔板9和翅片8進(jìn)行烘干。

對隔板9和翅片8進(jìn)行清洗時，具體清洗工藝如下：

（1）以水基清洗劑作為清洗液的超聲波清洗時間為3-5min，水基清洗劑溫度為50-60度，目的是可以達(dá)到最好的清洗效果；

（2）水洗3次，目的是除去表面的清洗液；

（3）酸洗兩次，第一次為1-2min，第二次為2-3min。原因第一步酸洗處理后不能完全除盡氧化膜，表面附著一層灰色膜，光澤較差，必須經(jīng)過第二步酸洗；

（4）高壓水清洗5-10min，完全清除表面的酸；

（5）烘干。

步驟3，將翅片8的彎折部上涂釬料，將兩個隔板9分別放置在翅片8兩側(cè)并與翅片8的彎折部緊密接觸。

將翅片8的彎折部外側(cè)涂上釬料，然后在翅片8的兩側(cè)分別放置一個隔板9，并使隔板9與翅片8的彎折部緊密接觸，將組裝好的隔板9和翅片8放置在支撐架上。

支撐架包括框架以及框架上的承載板，承載板有水平設(shè)置的多塊，每相鄰的承載板之間間隔設(shè)置，且間距稍大于組裝好的隔板9和翅片8的高度?？蚣芎统休d板上均涂有耐高溫涂料，避免在釬焊 過程中與翅片8和隔板9發(fā)生粘結(jié)。

步驟4，將組裝好翅片8和隔板9進(jìn)行浸漬釬焊，形成翅片單元。

釬焊爐的釬料浴槽中裝有熔鹽，釬料浴槽中的鹽多由釬劑組成。將支撐架連通支撐架上組裝好的翅片8以及隔板9放入釬料浴槽中，并浸入鹽浴中，并在鹽浴中加熱焊接。這種方法加熱均勻、迅速、溫度控制較為準(zhǔn)確，適合于大批量生產(chǎn)和大型構(gòu)件的焊接。由于焊縫數(shù)量多、焊縫長度長，所以特別適合用浸漬釬焊。

浸漬釬焊的具體工藝：這種釬焊方法，由于液體介質(zhì)的熱量大導(dǎo)熱快，能迅速而均勻地加熱焊接，釬焊過程是持續(xù)的，時間一般不超過2分鐘，因此生產(chǎn)效率高，焊件變形，晶粒大小和脫碳等現(xiàn)象都不顯著。焊接過程中液體介質(zhì)不僅隔絕空氣，而且保護(hù)焊件不受氧化，并且溶液溫度能精確地控制在 1~5℃的浮動范圍內(nèi)。

具體工藝如下：

（1）為減小熱應(yīng)力，將隔板和翅片緩慢加熱到750度，時間為40min.；

（2）在750度下保溫20分鐘，目的是充分排除爐中結(jié)構(gòu)在釬焊過程中揮發(fā)的雜質(zhì)和氣體；

（3）繼續(xù)緩慢加熱到釬焊溫度（Tb）1050°C，時間為30min，為迅速均勻焊接做鋪墊；

（4）進(jìn)行浸漬釬焊，時間為1~2min；

（5）空冷。

步驟5，對多個翅片單元焊接成長條狀并進(jìn)行探傷，并通過卷床卷制成芯體6。

講多個翅片單元焊接成長條形，然后對焊接后的翅片單元進(jìn)行探傷。對焊縫100%進(jìn)行x光探傷，經(jīng)x光探傷后，按JB928-7焊縫射線探傷標(biāo)準(zhǔn)評為一級認(rèn)為合格。將合格品放置在卷床上聚卷制成芯體。

步驟6，將芯體6、換熱器殼體1、進(jìn)液管2和出液管4進(jìn)行組裝。

將芯體6放入換熱器殼體1內(nèi)，然后安裝進(jìn)液管2和出液管4。安裝好進(jìn)液管2和出液管4后，分別在進(jìn)液管2和出液管4的外漏端固定安裝進(jìn)液法蘭盤3和出液法蘭盤5，完成螺旋板翅式換熱器的制作。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。