文章详细
NEWS DETAIL
板式换热器板片及密封垫的选用
板式换热器是一种高效、节能的换热设备,具有传热系数高、结构紧凑、耗材少、形式多样、便于维修等诸多优点,应用领域逐渐扩大,已广泛应用于机械、电力、冶金、化工、轻纺、饮料、城镇供热等行业和领域,表现出很强的竞争力。
板式换热器以金属板片(一般厚度为0 5～1 0mm)为换热元件,由不锈钢、工业纯钛或其他材料的薄板压制而成。通常用模具将板片压制成各种槽型或波纹形,既可以增大板片的刚度,以防止板片受压时变形,也增强了流体的湍流程度,增加了换热面积。每个板片的四角各开有一孔,板片四周以及孔的周围压有密封垫片槽,并根据需要在孔的周槽中放置有垫片,起到允许流体或阻止流体进入板面之间通道的作用。若将数个板片按照换热要求依次排列在支架上,并用固定压紧板和活动压紧板由压紧螺杆压紧,在相邻的板片间就形成了流体通道,借助板片四角的孔口与垫片．
1、板片的组合形式
根据对板式换热器的市场调研,我国板式换热器生产厂家设计的板型主要以纵向人字形波纹为主。人字形波纹分为横向人字形波纹和纵向人字形波纹。流体在以上两种形式的板片构成的通道内流动时都能形成网状流动,但其流动阻力和传热系数各不相同。当采用横向人字形波纹板片时,流体在经过板片间形成的通道时比较顺畅,流动阻力很小,压力降非常低,但其换热系数也要比纵向人字形波纹的板片稍低一些,因此比较适用于低流速、高粘度、流量比较大的场合。当采用纵向人字形波纹的板片(其波纹夹角为120°)时,流体在板片间形成的通道流过时极易产生湍流,换热系数高,因而可以产生比较理想的换热效果,其主要缺点是压力降比较大,因而只适用于压力不太大的情况,不适用粘度高、流动阻力要求低的场合。
2、板片的结构形式
板片作为板式换热器的关键元件,其结构设计合理与否将直接影响到板片的传热性能、阻力降以及整机的承压能力。目前已存在百余种核心结构,其主要波纹形式有:人字形波纹(包括横向人字形波纹和纵向人字形波纹)、水平波纹、竖直波纹、斜波纹等。我国生产的板式换热器的板片结构形式,绝大多数是以人字形波纹为主,属于典型的网状流动板型结构,其特点是在板间构成的流体通道中,错列地布满了触点,流体在这些触点间环绕流动形成螺旋形的前进轨道,从而产生强烈的扰动。如果加大流体的流动程度,可以减少层流底层的厚度,有效提高无相变的对流换热系数,从而达到增大传热系数的目的。实验证明:对于水介质,当雷诺数Re=20～200,流速为0 2～0 5m/s时,流体即进入湍流状态,已具有很高的传热系数。为此,在板片上均匀、错落地布置触点,并适当减小间距,除了可以大大加强板片的整体刚度,还可以承受较大的压差。
3、板片的密封结构分析
在板式换热器设计中,板片的整体结构与密封强度有十分密切的关系,合理的密封结构设计不仅能够提高板片的刚度,提高板式换热器的耐压性能,也能保证良好的密封性。密封结构是由板片的密封槽和密封垫片构成的,密封垫片的性能(物理性能、化学性能和工艺性能)、密封槽形式、密封垫片的压缩比是密封设计的三大要素。
目前,国内外各种板型密封槽的设计均采用平面形式,如图3a所示。其优点是板片加工成型简单、密封垫片结构简单、易于粘结、密封垫片在密封槽内的稳定性好。但也存在不利之处,例如在粘接密封垫片与密封槽时,对位必须相当准确,不允许有偏移,否则在夹紧时,密封垫片会脱离密封槽而失去密封的效果。针对此种情况,本文对密封槽形式做了大量的研究和试验,研制出一种新型结构形式,其密封垫片在组装时稳定性好,定位准,提高了密封槽部位的刚度,降低了装配过程中的夹紧力,降低了板片的变形程度。多年使用结果表明,该密封槽形式效果甚佳,有较大推广价值．
4、密封垫片
密封垫片是板式换热器的重要组成部分,在装配时先用粘接剂将垫片贴牢在板片的密封槽中,而在孔的周槽中根据流体流动的需要来放置垫片,从而起到允许或阻止流体进入板片之间通道的作用,达到热交换的目的。密封垫片的材料、结构形式及压缩比直接关系到板式换热器的密封效果。目前常用的密封垫片的材料有合成橡胶和石棉橡胶两大类。合成橡胶常用的有丁腈橡胶、三元乙丙橡胶和氟橡胶。合成橡胶密封垫片的物理性能指标主要有工况条件下的永久压缩变形和扯断伸长率,橡胶密封胶垫的硬度指标则应根据密封槽的形式及压缩量而定。
密封垫片的结构形式也有很多种,其截面形式大致有矩形、梯形、六边形、五边形等。常用的形式有两大类型:一种形式,其密封垫片横截面的上部为尖形的;另一种形式,其上部为平面。前者是通过尖端至中部的尺寸差来增加密封垫片的变形程度,其结构设计实际上仍然是平面密封,而非线性密封,因为板片的密封槽底部是平面,当板片密封槽底部平面有缺陷时,这种结构能抵消一些。后者设计的目的是为了减少密封垫片的压缩量,其压紧形式为平面压紧。其主要缺点是在板片装配过程中,板片容易错位,夹紧力过大,容易造成板片变形等。通过分析研究和试验．示密封槽相对应的垫片截面,使装配更加简单,也提高了板片的承压能力。一般以密封垫片的压缩量与其原始厚度之比即压缩比作为密封垫片的设计依据。根据多年设计经验以及对国内外大量板式换热器密封结构的分析,笔者认为压缩比掌握在20%～25%之间比较理想。
板式换热器以金属板片(一般厚度为0 5～1 0mm)为换热元件,由不锈钢、工业纯钛或其他材料的薄板压制而成。通常用模具将板片压制成各种槽型或波纹形,既可以增大板片的刚度,以防止板片受压时变形,也增强了流体的湍流程度,增加了换热面积。每个板片的四角各开有一孔,板片四周以及孔的周围压有密封垫片槽,并根据需要在孔的周槽中放置有垫片,起到允许流体或阻止流体进入板面之间通道的作用。若将数个板片按照换热要求依次排列在支架上,并用固定压紧板和活动压紧板由压紧螺杆压紧,在相邻的板片间就形成了流体通道,借助板片四角的孔口与垫片．
1、板片的组合形式
根据对板式换热器的市场调研,我国板式换热器生产厂家设计的板型主要以纵向人字形波纹为主。人字形波纹分为横向人字形波纹和纵向人字形波纹。流体在以上两种形式的板片构成的通道内流动时都能形成网状流动,但其流动阻力和传热系数各不相同。当采用横向人字形波纹板片时,流体在经过板片间形成的通道时比较顺畅,流动阻力很小,压力降非常低,但其换热系数也要比纵向人字形波纹的板片稍低一些,因此比较适用于低流速、高粘度、流量比较大的场合。当采用纵向人字形波纹的板片(其波纹夹角为120°)时,流体在板片间形成的通道流过时极易产生湍流,换热系数高,因而可以产生比较理想的换热效果,其主要缺点是压力降比较大,因而只适用于压力不太大的情况,不适用粘度高、流动阻力要求低的场合。
2、板片的结构形式
板片作为板式换热器的关键元件,其结构设计合理与否将直接影响到板片的传热性能、阻力降以及整机的承压能力。目前已存在百余种核心结构,其主要波纹形式有:人字形波纹(包括横向人字形波纹和纵向人字形波纹)、水平波纹、竖直波纹、斜波纹等。我国生产的板式换热器的板片结构形式,绝大多数是以人字形波纹为主,属于典型的网状流动板型结构,其特点是在板间构成的流体通道中,错列地布满了触点,流体在这些触点间环绕流动形成螺旋形的前进轨道,从而产生强烈的扰动。如果加大流体的流动程度,可以减少层流底层的厚度,有效提高无相变的对流换热系数,从而达到增大传热系数的目的。实验证明:对于水介质,当雷诺数Re=20～200,流速为0 2～0 5m/s时,流体即进入湍流状态,已具有很高的传热系数。为此,在板片上均匀、错落地布置触点,并适当减小间距,除了可以大大加强板片的整体刚度,还可以承受较大的压差。
3、板片的密封结构分析
在板式换热器设计中,板片的整体结构与密封强度有十分密切的关系,合理的密封结构设计不仅能够提高板片的刚度,提高板式换热器的耐压性能,也能保证良好的密封性。密封结构是由板片的密封槽和密封垫片构成的,密封垫片的性能(物理性能、化学性能和工艺性能)、密封槽形式、密封垫片的压缩比是密封设计的三大要素。
目前,国内外各种板型密封槽的设计均采用平面形式,如图3a所示。其优点是板片加工成型简单、密封垫片结构简单、易于粘结、密封垫片在密封槽内的稳定性好。但也存在不利之处,例如在粘接密封垫片与密封槽时,对位必须相当准确,不允许有偏移,否则在夹紧时,密封垫片会脱离密封槽而失去密封的效果。针对此种情况,本文对密封槽形式做了大量的研究和试验,研制出一种新型结构形式,其密封垫片在组装时稳定性好,定位准,提高了密封槽部位的刚度,降低了装配过程中的夹紧力,降低了板片的变形程度。多年使用结果表明,该密封槽形式效果甚佳,有较大推广价值．
4、密封垫片
密封垫片是板式换热器的重要组成部分,在装配时先用粘接剂将垫片贴牢在板片的密封槽中,而在孔的周槽中根据流体流动的需要来放置垫片,从而起到允许或阻止流体进入板片之间通道的作用,达到热交换的目的。密封垫片的材料、结构形式及压缩比直接关系到板式换热器的密封效果。目前常用的密封垫片的材料有合成橡胶和石棉橡胶两大类。合成橡胶常用的有丁腈橡胶、三元乙丙橡胶和氟橡胶。合成橡胶密封垫片的物理性能指标主要有工况条件下的永久压缩变形和扯断伸长率,橡胶密封胶垫的硬度指标则应根据密封槽的形式及压缩量而定。
密封垫片的结构形式也有很多种,其截面形式大致有矩形、梯形、六边形、五边形等。常用的形式有两大类型:一种形式,其密封垫片横截面的上部为尖形的;另一种形式,其上部为平面。前者是通过尖端至中部的尺寸差来增加密封垫片的变形程度,其结构设计实际上仍然是平面密封,而非线性密封,因为板片的密封槽底部是平面,当板片密封槽底部平面有缺陷时,这种结构能抵消一些。后者设计的目的是为了减少密封垫片的压缩量,其压紧形式为平面压紧。其主要缺点是在板片装配过程中,板片容易错位,夹紧力过大,容易造成板片变形等。通过分析研究和试验．示密封槽相对应的垫片截面,使装配更加简单,也提高了板片的承压能力。一般以密封垫片的压缩量与其原始厚度之比即压缩比作为密封垫片的设计依据。根据多年设计经验以及对国内外大量板式换热器密封结构的分析,笔者认为压缩比掌握在20%～25%之间比较理想。
公网安备:31011402008786号