1、板翅式换热器设计板翅式换热器设计Plate-fin Heat Exchanger章节的主要内容章节的主要内容一、绪论二、板翅式换热器的应用三、板翅式换热器的结构四、板翅式换热器的制造流程五、板翅式换热器的测试方法六、换热器的设计计算一、一、绪论绪论1 1 发展概述发展概述 二十世纪三十年代，英国的马尔斯顿艾克歇尔瑟（Marston Excelsior）公司首次开发出铜及铜合金制板翅式换热器，并将其用作航空发动机散热器。此后，各种金属材料的板翅式换热器相继出现在工程应用中，唯以铝合金材料为主。我国是从60年代初期开始试制的。首先用于空分制氧，制成了第一套板翅式空分设备。近几年来，在产品结构、翅片
2、规格、生产工艺和设计、科研方面都有较大发展，应用范围也日趋广泛。2 2 优缺点优点优缺点优点v 传热效率高，温度控制性好 翅片的特殊结构，使流体形成强烈湍流，从而有效降低热阻，提高传热效率。其传热系数也比列管式换热器高5-10倍。传热效率与功耗比低，可精确控制介质温度。v 结构紧凑 传热面积密度可高达17300 m2/m3，一般为管壳式换热器的6-10倍，最大可达几十倍。v 轻巧，经济性好 翅片很薄，而结构很紧凑、体积小、又可用铝合金制造，因而重量很轻(可比管壳式换热器降低80%)，故成本低。v 可靠性高 全钎焊结构，杜绝了泄漏可能性。同时，翅片兼具传热面和支撑作用，故强度高。v 灵活性及适应
3、性大：1）两侧的传热面积密度可以相差一个数量级以上，以适应两侧介质传热的差异，改善传热表面利用率；2）可以组织多股流体换热(可达12股，这意味着工程、隔热、支撑和运输的成本消耗降低)，每股流的流道数和流道长都可不同；3）最外侧可布置空流道（绝热流道），从而最大限度地减少整个换热器与周围环境的热交换。2 2 优缺点缺点优缺点缺点v 流道狭小，容易引起堵塞而增大压降；当换热器结垢以后，清洗比较困难，因此要求介质比较干净。v 铝板翅式换热器的隔板和翅片都很薄，要求介质对铝不腐蚀，若腐蚀而造成内部串漏，则很难修补。v 板翅式换热器的设计公式较为复杂，通道设计十分困难，不利于手工计算；这也是限制板翅式换
4、热器应用的主要原因。二、二、板翅式换热器应用板翅式换热器应用空气分离装置空气分离装置 可逆式换热器，冷凝蒸发器，液化器，液氮和液态空气过冷器；石油化工石油化工 在天然气的液化、分离装置，及合成氨工业中逐步获得应用；动力机械动力机械 内燃机车散热器，汽车散热器、挖掘机循环油冷却器和压缩机空冷器、油冷器，动力传动液压系统油散热器原子能和国防工业原子能和国防工业 氢液化器和氮液化器。机车水冷式中冷器风冷式换热器压缩机风冷式油、气换热器风冷式气冷却器工程机械风冷式油换热器液压传动液压油冷却器空分主换热器机车风冷式油换热器冷凝蒸发器水冷式中冷器无油机换热器中冷器 真空泵用油冷却器 冷干机 冷干机 电厂用
5、风冷却器 3-2 3-2 板翅式换热器的结构板翅式换热器的结构 板翅式换热器由芯体、封头、接管和支座组成。热交换由芯体完成，因此最关键的部件是芯体。芯体由翅片、隔板、封条和导流片组成。1 1 基本结构基本结构板翅式换热器结构图2 2 翅片作用及类型翅片作用及类型 翅片是板翅式换热器最基本的元件，传热主要是依靠翅片来完成，一部分直接由隔板来完成。（1）作用（2）类型v 翅片有锯齿形、平直形、多孔形等多种结构型式，可根 据不同的操作条件来选择合适的翅片型式；v 翅片的扩展面和翅片对流体的扰流能力决定了热交换能力；v 因此板翅式换热器具有结构紧凑、轻巧及传热效率高等特点。而翅片传热不像隔板是直接传热
6、，故翅片有“二次表面”之称。翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板间的加强作用。平直翅片特点是有很长的带光滑壁的长方型翅片，传热与流动特性类似于流体在长圆型管道中的流动。锯齿翅片特点是流体的流道被冲制成凹凸不平，从而增加流体的湍流程度，强化传热过程，故被称为“高效能翅片”。多孔翅片是在平直翅片上冲出许多孔洞而成的，常放置于进出口分配段和流体有相变的地方。波纹翅片是在平直翅片上压成一定的波纹，促进流体的湍动，波纹愈密，波幅愈大，其传热性能愈好。百叶窗式翅片又称鳞片式翅片或切断式翅片，其特点是翅片上冲有等距离的百叶窗式的栅格，向内流道凸出，起到强化传热的作用。板翅式换热器有钎焊式和扩散焊两种基本
7、结合型式。大多数热交换工况采用的是真空钎焊的铝制板翅式换热器，对于腐蚀性较高的介质，有真空钎焊的不锈钢板翅式换热器和钛板翅式换热器。（3）代号各翅片均采用我国汉语拼音符号和数字统一表示：例：PZ 平直翅片 DK 多孔翅片 BY 百叶窗翅片 JC 锯齿翅片 BW 波纹翅片例：65PZ4203 表示:翅高6.5mm 平直翅片 节距（或翅片间距）4.2mm，厚度0.3mm 3 3 流动形式流动形式 通道以不同方式的叠置和排列可形成不同的流动形式错流逆流错逆流 板翅式换热器板翅式换热器的制造工艺的制造工艺 铝制板翅式换热器的整个制造过程都要求有极高的技术水平，严格的质量控制和检测措施。制造过程包括零件
8、准备、板束组装、钎焊和封头接管氩弧焊接等工序。工艺过程如下图所示。生产流程Flow(1)生产流程Flow(2)生产流程Flow(3)生产设备Equipment 先进的真空先进的真空 钎焊设备钎焊设备生产设备Equipment 翅片冲压 Extrude Fin剪板 Cut Plate生产设备Equipment数控加工自动焊机清洗（washing）装配、焊接、检验Assembly、Welding、Test 板翅式换热器板翅式换热器的测试的测试水压试验气密性试验爆破试验压力脉冲试验冷热交变试验风洞试验测试试验-气密性试验测试设备-氦气检漏仪氦气检漏仪 Helium leak test 测试设备-爆破
9、试验台WUXI JIALONG HEAT EXCHANGER STOCK COMPANY LTD冷热冲击试验台Thermo shock test Adaptability Test测试设备-冷热冲击试验台脉冲试验台Pulsation testFatigue Life Test03HZ,0-50bar 测试设备-脉冲试验台风洞试验Wind tunnel testPerformance Test测试设备-风洞试验 板翅式换热器板翅式换热器的计算的计算换热器的计算分二种情况：1.设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积。客户提供的要求越细，反复修改的次数会越少，所设计的结果就会越接近客户的要求。2.校核计算：对己有或己选定了换热面积的换热器，根据所提供的参数要求，核算它是否能满足相应的参数要求。设计计算例子校核计算例子客户需要提供的参数如下表：提供客户计算书的格式Thank you!
