一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，包括设置有壳程流体进口接管和壳程流体出口接管的换热器壳体、设置有板程流体进口和板程流体出口的波纹板换热本体，所述波纹板换热本体位于所述换热器壳体内，所述的换热器壳体及波纹板换热本体的横截面均呈椭圆形，所述波纹板换热本体的两侧对称设置有将换热器壳体与波纹板换热本体之间的空隙上下分割为壳程流体出口腔室和壳程流体入口腔室的导流块，所述的壳程流体进口接管和壳程流体出口接管设置于椭圆形换热器壳体的长半径方向上。本发明具有低温差传热、低压降、适应能力较强、换热面积灵活等优点，不易变形、结构紧凑、体积小、安全方便，是一种高效的传热设备。
【专利说明】
一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器
技术领域
[0001]本发明涉及一种板板壳式换热器，尤其涉及一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器。
【背景技术】
[0002]板壳式换热器是以薄板作为传热元件的一种新型换热器，它主要由换热本体和壳体两部分组成。将冲压成型的单板片角孔接触处经激光焊接在一起，构成一组换热器板对。形状相同的板片但是波纹高度不同的椭圆形的板组再经焊接成换热器的本体。板壳式换热器因为结构紧凑、传热系数大、耐高温、高压、不易结垢、低温差传热、低压降、密封不使用垫圈等各种优点广泛的应用于化学工业、制冷、制药、电力以及石化等行业。随着换热器技术的革新，板式换热器逐渐的取代了传统的管壳式换热器。但是由于板式换热器的密封问题，所以存在普遍的使用在低压范围，密封问题限制其压力和温度的使用范围，并且板式换热器的流道分布不均匀，流动效果不佳，以及壳体流量不足时引起的回流现象，对传热介质属性的选择等缺点，也推动了新型换热器的发展。目前存在的一些全焊接的板壳式换热器大多数使用的是矩形板片作为传热元件，传热出现不均衡，并且由于传热中的温差以及普通的焊接，长期的温差应力和振动，使得板片失效情况严重且板片的分布不均匀也造成了换热面的浪费。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种密封性能良好耐高压的带小鼓泡的椭圆形波纹板板壳式换热器。
[0004]本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，包括设置有壳程流体进口接管和壳程流体出口接管的换热器壳体、设置有板程流体进口和板程流体出口的波纹板换热本体，所述波纹板换热本体位于所述换热器壳体内，所述的换热器壳体及波纹板换热本体的横截面均呈椭圆形，所述波纹板换热本体的两侧对称设置有将换热器壳体与波纹板换热本体之间的空隙上下分割为壳程流体出口腔室和壳程流体入口腔室的导流块，所述的壳程流体进口接管和壳程流体出口接管设置于椭圆形换热器壳体的长半径方向上，所述板程流体进口和板程流体出口对称地垂直设置于波纹板换热本体的同一端的长半径方向上。
[0005]本方案通过设置椭圆形传热元件，克服波纹板换热本体传热不均衡的问题，低温差传热，低压降，适应能力较强，减少无法产生逆流换热的无效换热区域面积，提高换热效率、减少传热元件体积；同时，因所述板程流体进口和板程流体出口设置于波纹板换热本体的同一端，而不是分别位于波纹板换热本体的两端，因此加工方便，同时，这样换热器壳体的后端密封平板就无需加工孔，成为一块完整的盲板，有利于提高换热器壳体的机械强度，降低工艺难度。
[0006]进一步地，所述的换热器壳体的前端设置有椭圆形前端密封法兰盖，后端焊接设置有椭圆形后端密封平板，共同形成密封的压力容器，所述前端密封法兰盖沿长半径方向对称设置有两个分别连接板程流体进口和板程流体出口的板程流体进口接管、板程流体出口接管。换热器壳体后端通过后端密封平板与壳体焊接密封，减少因开孔造成的应力集中，加强壳体的强度。
[0007]进一步地，所述波纹板换热本体包括若干沿波纹板换热本体长度方向平行排列的板对，相邻板对之间沿外边缘进行焊接，所述的板对包括两片椭圆形波纹板片，同一板对的两片波纹板片沿长半径方向对称设置有两个直径相同的角孔，两片椭圆形波纹板片在角孔处通过焊接形成板对。椭圆形的波纹板片及板对设计，可减少原有矩形或圆形传热元件无法产生逆流换热的无效换热区域面积，提高换热效率、减少传热元件体积。
[0008]进一步地，所述的波纹板片为人字形波纹板，同一板对的两块波纹板片设有方向相反的人字形波纹，两种波纹的交叉点就形成接触点，这样还可消除振动，并且在促进湍流和热交换的同时，消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。
[0009]进一步地，所述的波纹板片两面均匀设置有若干深度不一的鼓泡。板片之间的触点以及波纹上的小鼓泡，利于流体分布均匀，同时相对于平板有较强的变形能力，故可以缓解由介质之间由温差而造成的应力进行补偿，使波纹板片应力分布均匀，能够有效的缓解由于温差应力和流体冲击振动引起的变形。
[0010]进一步地，所述板对之间、波纹板片的角孔之间采用激光焊接方式进行焊接。激光焊接是将高强度的激光束辐射到金属表面，通过激光与金属的相互作用，使得金属融化形成焊接，总而言之，利用激光脉冲对微小区域内产生的高温将金属的分子结构打乱，分子重新排列使得两块金属的分子融为一体形成焊接，与普通焊接相比，拥有更高的强度和硬度。激光焊接的后的热影响区比较小，母材受损的区域也越小，焊接质量更加好，不仅解决了传统板式和管壳式换热器的密封问题，能够承受更加高的压力，比一般的板壳式换热器承压能力能增加l_2MPa。
[0011]进一步地，位于波纹板换热本体前端的板对的角孔直径最小，其余板对的角孔直径沿波纹板换热本体长度方向向后逐渐递增。不同直径的角孔在焊接后形成由前先后、由小逐渐扩大的变径板程流道，使流体分布均匀。
[0012]进一步地，所述壳程流体入口腔室内设置有紧贴所述波纹板换热本体的入口分流板，所述的入口分流板上均匀设置有若干与各板对缝隙相匹配的弧形孔，所述的入口分流板的两边固定焊接在导流块上。入口分流板保证壳程流体流入壳程流体入口腔室时更加均匀的分布，并且可以减缓壳程流体对焊接角孔的直接冲击。
[0013]进一步地，各个弧形孔的宽度由入口分流板的中间向两端逐渐增大。因为靠近壳体入口的缝隙比较容易流入，所以相对的减小开度，而远离入口处的流量和压力都相对入口小了，所以增加开度，以便保证流体分布均匀。
[0014]相比现有技术，本发明具有低温差传热、低压降、适应能力较强等优点，可减少无法产生逆流换热的无效换热区域;换热面积灵活，可通过串联增加换热长度，满足不同的工况的工艺要求;微小曲折的多流道具有换热效率高、不易结垢，维护成本低等优点；板片之间的触点以及波纹上的小鼓泡，使板片应力分布均匀，能够有效的缓解温差和振动引起的变形;整个装置结构紧凑、体积小、安全方便、维护方便，是一种高效的传热设备。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例的椭圆形波纹板板壳式换热器结构爆炸结构示意图。
[0016]图2为图1中A-A剖视图。
[0017]图3为入口分流器结构示意图。
[0018]图4为本发明实施例的椭圆形波纹板板壳式换热器波纹板焊接示意图。
[0019]图5为本发明实施例的椭圆形波纹板板壳式换热器波纹板结构示意图。
[0020]图6为图5中A处放大的鼓泡分布不意图。
[0021 ]图7为本发明实施例的椭圆形波纹板板壳式换热器流体流动示意图。
[0022]图中所示为:1-板程流体进口接管;2-前端密封法兰盖;3-波纹板换热本体;4-壳程流体进口接管;5-换热器壳体;6-后端密封平板;7-板程流体出口接管;8-导流块;9-壳程流体出口接管；I O-板程流体进口 ； 11-板程流体出口 ； 12-壳程流体入口腔室；13-波纹板片；131-小鼓泡；132-角孔;14-壳程流体出口腔室；15-板程入口流道;16-板程出口流道;17-板片外缘焊接处;18-角孔焊接处;19-入口分流板。
【具体实施方式】
[0023]下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0024]如图1和图2所示，一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，包括设置有壳程流体进口接管4和壳程流体出口接管9的换热器壳体5、设置有板程流体进口 10和板程流体出口 11的波纹板换热本体3，所述波纹板换热本体3位于所述换热器壳体5内，所述的换热器壳体5及波纹板换热本体3的横截面均呈椭圆形，所述波纹板换热本体3的两侧对称设置有将换热器壳体5与波纹板换热本体3之间的空隙上下分割为壳程流体出口腔室14和壳程流体入口腔室12的导流块8，所述导流块8不仅有分隔壳程流体腔室的作用，还有一定的固定作用，如固定波纹板换热本体3与换热器壳体5之间相对位置等;所述的壳程流体进口接管4和壳程流体出口接管9设置于椭圆形换热器壳体5的长半径方向上，所述板程流体进口 10和板程流体出口 11对称地垂直设置于波纹板换热本体3的同一端的长半径方向上。
[0025]所述的换热器壳体5的前端设置有椭圆形前端密封法兰盖2，后端焊接设置有椭圆形后端密封平板6，共同形成密封的压力容器，所述前端密封法兰盖2沿长半径方向对称设置有两个分别连接板程流体进口 10和板程流体出口 11的板程流体进口接管1、板程流体出口接管7。换热器壳体5后端通过后端密封平板6与壳体焊接密封，端密封平板6为一整块盲板，可减少因开孔造成的应力集中，加强壳体的强度。
[0026]如图4和图5所示，所述波纹板换热本体3包括若干沿波纹板换热本体3长度方向平行排列的板对，相邻板对之间沿外边缘进行焊接，所述的板对包括两片椭圆形波纹板片13，同一板对的两片波纹板片13沿长半径方向对称设置有两个直径相同的角孔132，两片椭圆形波纹板片13在角孔132处通过焊接形成板对。
[0027]所述的波纹板片13为人字形波纹板，同一板对的两块波纹板片13设有方向相反的人字形波纹，两种波纹的交叉点就形成接触点，这样还可消除振动，并且在促进湍流和热交换的同时，消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。
[0028]如图6所示，所述的波纹板片13两面均匀设置有若干深度不一的小鼓泡131。板片之间的触点以及波纹上的小鼓泡，利于流体分布均匀，同时相对于波纹板片13有较强的变形能力，故可以缓解由介质之间由温差而造成的应力进行补偿，使波纹板片13的应力分布均匀，能够有效的缓解由于温差应力和流体冲击振动引起的变形。
[0029]所述板对之间、波纹板片的角孔132之间采用激光焊接方式进行焊接。激光焊接是将高强度的激光束辐射到金属表面，通过激光与金属的相互作用，使得金属融化形成焊接，总而言之，利用激光脉冲对微小区域内产生的高温将金属的分子结构打乱，分子重新排列使得两块金属的分子融为一体形成焊接，与普通焊接相比，拥有更高的强度和硬度。激光焊接的后的热影响区比较小，母材受损的区域也越小，焊接质量更加好，不仅解决了传统板式和管壳式换热器的密封问题，能够承受更加高的压力，比一般的板壳式换热器承压能力能增加 l-2MPa。
[0030]如图7所示，位于波纹板换热本体3前端的板对的角孔132直径最小，其余板对的角孔132直径沿波纹板换热本体3长度方向向后逐渐递增，形成喇叭状通道，不同直径的角孔在焊接后形成由小逐渐扩大的变径板程流道，板程入口处的角孔132直径小，因此流体压力较大，而逐渐变大的喇叭状变径流道使流体相对板程入口处的压力逐渐变小，这样可以使流体由于压差流入远离入口的板程处，充分的换热，入口处小角孔还可以控制入口流量，远离入口的大角孔能够使流体有更大的流动空间，从而实现流体的均匀分布。
[0031]如图2和图3所示，所述壳程流体入口腔室14内设置有紧贴所述波纹板换热本体3的入口分流板19，所述的入口分流板19上均匀设置有若干与各板对焊缝相对应的弧形孔，所述的入口分流板19的两边固定焊接在导流块8上。可以看出，入口分流板19的横截面形状与所述波纹板换热本体3横截面形状相一致，采用具有一定厚度的金属板，设置入口分流板19是因为壳体入口的流体是从壳程流体进口接管4直接进入壳程流体入口腔室12，接着是从板对之间的缝隙里流动换热，此时，因壳程流体进口接管4设置在换热器壳体5的中部，壳程流体从换热器壳体5的中间进入，可能出现流体聚积，对角孔132的焊接部位造成交到的冲击力；同时，因中部位置的壳程流体容易进入板对之间的缝隙，而远离中部的板对之间的缝隙可能流体分布不那么均匀，甚至是达不到，出现一些流体流不到的“干涸区”。基于上述因离壳程接管距离不同，流体可能分布不均匀的问题，本实施例增设入口分流板19就可以将壳程流体进口接管4的壳程流体在壳程流体入口腔室12中通过弧形孔分配均匀后再流入各板对之间的缝隙中，从而既有利于流体分配均匀，又能减少对角孔132的直接冲击。
[0032]本实施例的波纹板换热本体3是根据换热量需要由若干个带小鼓泡131的波纹板片13焊接而成，波纹板换热本体3两侧由一对对称的导流块8与波纹板换热本体3焊接成一个整体后，放置于换热器壳体5中，从而使波纹板换热本体3与换热器壳体5之间形成壳程流体入口腔室12以及壳程流体出口腔室14(见图2);本实施例的板程流体通过板程流体进口接管I进入，从而在板程流体进口 1内进入板程的板程入口流道15，为了使流体分布均匀，板程入口流道15的直径中间大、向两端逐渐递减，进入板程入口流道15的流体在焊接好的各个板对带小鼓泡131的两片波纹板13之间流动;经过各板对的两波纹板13之间换热流动的流体最后经过板程的板程出口流道16，经由板程流体出口 11，最后经过板程流体出口接管7流出，完成板程的一个换热周期;壳程流体通过壳程流体进口接管4进入换热器壳体5中的壳程流体入口腔室12中，然后再进入到各个板对之间的缝隙中，与各板对内的板程流体在波纹板换热本体中间隔的逆向流动，接着汇入壳程流体出口腔室14，最后经壳程流体出口接管9流出，相比现有的板壳式换热器，因所述板程流体进口 10和板程流体出口 11设置于波纹板换热本体3的同一端，而不是分别位于波纹板换热本体3的两端，因此加工方便，同时，这样换热器壳体5的后端密封平板6就无需加工孔，成为一块完整的盲板，有利于提高换热器壳体5的机械强度，降低工艺难度。(见图7)。
[0033]本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，包括设置有壳程流体进口接管和壳程流体出口接管的换热器壳体、设置有板程流体进口和板程流体出口的波纹板换热本体，所述波纹板换热本体位于所述换热器壳体内，其特征在于:所述的换热器壳体及波纹板换热本体的横截面均呈椭圆形，所述波纹板换热本体的两侧对称设置有将换热器壳体与波纹板换热本体之间的空隙上下分割为壳程流体出口腔室和壳程流体入口腔室的导流块，所述的壳程流体进口接管和壳程流体出口接管对称设置于椭圆形换热器壳体外壁中间且位于椭圆形换热器壳体横截面的长半径方向上，所述板程流体进口和板程流体出口对称地垂直设置于波纹板换热本体的同一端的长半径方向上。2.根据权利要求1所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:所述的换热器壳体的前端设置有椭圆形前端密封法兰盖，后端焊接设置有椭圆形后端密封平板，所述前端密封法兰盖沿长半径方向对称设置有两个分别连接板程流体进口和板程流体出口的板程流体进口接管、板程流体出口接管。3.根据权利要求1所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:所述波纹板换热本体包括若干沿波纹板换热本体长度方向平行排列的板对，相邻板对之间沿外边缘进行焊接，所述的板对包括两片椭圆形波纹板片，同一板对的两片波纹板片沿长半径方向对称设置有两个直径相同的角孔，两片椭圆形波纹板片在角孔处通过焊接形成板对。4.根据权利要求3所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:所述的波纹板片为人字形波纹板，同一板对的两块波纹板片设有方向相反的人字形波纹。5.根据权利要求3所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:所述的波纹板片两面均匀设置有若干深度不一的小鼓泡。6.根据权利要求3所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:所述板对之间、波纹板片的角孔之间采用激光焊接方式进行焊接。7.根据权利要求3至6中任一项所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:位于波纹板换热本体前端的板对的角孔直径最小，其余板对的角孔直径沿波纹板换热本体长度方向向后逐渐递增。8.根据权利要求3所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:所述壳程流体入口腔室内设置有紧贴所述波纹板换热本体的入口分流板，所述的入口分流板上均匀设置有若干与各板对缝隙相匹配的弧形孔，所述的入口分流板的两边固定焊接在导流块上。9.根据权利要求8所述的耐高压的椭圆形波纹板板壳式换热器，其特征在于:各个弧形孔的宽度由入口分流板的中间向两端逐渐增大。
【文档编号】F28D9/00GK105865235SQ201610274679
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】罗小平, 甘兵, 周建阳, 冯振飞, 吴迪, 张霖, 李海燕, 邓聪, 谢鸣宇, 郭峰
【申请人】华南理工大学