中高压板翅式换热器的设计与开发

板翅式换热器高精度翅片冲压成型机的创新设计随着工业生产的不断发展和提高，板翅式换热器的需求量也越来越大。

然而，在生产过程中，由于翅片的精度要求较高，在现有的冲压成型机中往往难以满足这一需求。

因此，本文将介绍一种高精度翅片冲压成型机的创新设计，以满足生产线上对翅片精度的要求。

首先，该设计的机体采用高强度的钢结构，具有稳定的机身结构和较大的承载力。

在机体内部，采用先进的液压系统和PLC控制系统，能够有效地实现机体的运行和翅片成型的准确度。

同时，翅片成型的模具也采用了先进的三维打印技术制造，可有效提高翅片的精度和生产效率。

其次，在翅片成型的过程中，该机还采用了自适应规划技术。

通过对翅片成型时的应力和变形情况进行实时监测和分析，机器能够自动控制翅片的成型过程，使得翅片的精度得到了进一步的提高。

这一技术的应用，有效地提高了机器的生产效率和生产速度。

最后，该机还加入了智能化的界面设计，方便用户对机器进行操作和监控。

通过智能化的界面设计，用户能够简单、直观地了解机器的运行状态和生产情况，做到了快速反应和问题排查。

综上所述，该高精度翅片冲压成型机的创新设计，实现了机身结构的稳定、液压系统和PLC控制系统的前沿技术运用，翅片成型模具制造的三维打印技术应用、自适应规划技术以及智能化的界面设计等多项技术的运用。

它的出现，将极大提高生产线上翅片成型的效率和精度，为现代工业生产提供了可靠的保障。

在该高精度翅片冲压成型机应用的过程中，涉及到了一系列的数据。

以下将具体列出这些数据，并进行分析。

1. 机体结构的承载力为200吨该数据表明，该机体结构采用了高强度的钢结构，具有很高的承载能力。

这样可以在成型过程中承受较大的压力，从而使得成型更加精准。

同时这样的承载能力也意味着，生产线上的工人可以更加安心，避免因机器的结构问题导致的安全事故。

2. 翅片成型的模具采用三维打印技术制造三维打印技术是近年发展起来的新技术，以其高效率、低成本、高精度的特点，已经广泛应用于各个领域。

翅片关键尺寸有高度i/和节距P (图3 )。翅 片 、封 条 、隔
板 通 过 真 空 钎 焊 形 成 通 道 ，翅 片 与 封 条 高 度 公 差 的 一 致
性是保证真空钎焊质量的基础。因此在高压翅片试制时
根 据 封 条 的 高 度 偏 差 调 整 翅 片 成 型 模 具 ，使 翅 片 偏 差 与
封 条 的 偏 差 一 致 ，这 样 有 利 于 装 配 间 隙 的 一 致 性 。
图2 单个翅片受力图
图3 翅片结构图
以单个翅型来分析[1]，其受力如图2所 示 。钎焊接头所
能承受的力为F1:
xcr F x= {p + t- 2 r )xb ^;
翅片所能承受的力为F2:
图1 翅片表达形式
7 J 单位面积翅数法
当 翅 片 厚 度 艮 小 时 ，冲压成型后翅片截面为长方形
截 面 ，钎焊接头强度恒大于翅片本身的强度，设计时只考
二 是 翅 片 材 料 回 弹 。如 果 是 第 一 种 情 况 造 成 齿 侧 角 偏 大 ，
则考 虑 修 整 模 具 ，减小间隙量;第二种情况可通过增加整
形刀具的方法控制。
r 齿顶圆角半径 与 材 料 厚 度 有 关 ，需要避免的是刀具
P 虑 翅 片 本 身 的 强 度 ，可 用 单 位 面 积 翅 数 法 确 定 翅 片 节 距 或翅片厚度L
1
P ( T 一
翅〇
式中:〇■为翅片破断应力，M P a 为 翅片节距，m m 为翅片
厚 度 ，mm;^^为翅片材料的实测抗拉强度，MPa。
随着翅 片 厚 度 £的 增 大 ，冲压 成型时形成齿顶圆角
法设计髙压翅片是科学的。
关 键 词 ：高压板翅式换热器;翅片；受力平衡

8.0MPa高压铝制板翅式换热器的开发
嵇训达
【期刊名称】《杭氧科技》
【年(卷),期】1995(000)004
【摘要】介绍了8.0MPa 高压铝制板翅式换热器,按ASME规范进行设计制造时遇到的问题和解决的方法。

并对其技术水平及应用前景作了分析。

图1表3。

【总页数】4页(P1-4)
【作者】嵇训达
【作者单位】杭州制氧机集团有限公司第一空分设备厂技术科
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.5
【相关文献】
1.高温高压铝制板翅式换热器的设计 [J], 梁维好;王明志;孔翔
2.8.0MPa高压铝制板翅式换热器的开发 [J], 嵇训达
3.高压铝制板翅式换热器的钎焊技术 [J], 黄安庭
4.酸碱清洗在铝制板翅式换热器制造中的应用 [J], 徐兴军; 徐小勤
5.铝制板翅式换热器导流结构的优化设计 [J], 倪艮丹
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Байду номын сангаас
见表2,冷、热流体热负荷一温度变化如图2所示。 从图1、表2中可以看出，换热器已在ASPEN HYSYS软件模拟中处于热平衡，其平均温差为6.65七,
总的热负荷值为13301.81 kW, UA值为2000.25 kW/七，最小温差为3.75七，而且从图2中可以发现，冷、 热流体热负荷一温度变化曲线较为平缓，说明流体之间换热均匀，热损失较少。
流体C出 流体B出
、\z
流体C进
流体B进
流体A进
流体A出
换热器 图1 ASPEN HYSYS软件物性
模拟平衡
表2 ASPEN HYSYS软件物性模拟结果
整个换热器的性能参数
热负荷/kW
热损/kW
冷损/kW
值 / ( UA
kW/t )
最小温差氏
13301.81 424.84 0 2000.25 3.75
表1高压板翅式换热器设计参数
A 10.4 -45/65 362100 35/-7.165 9.172/9.103 1/0.9852
69
B 8.5 -45/65 342200 -15.42/31.25 7.373/7.304 0.9936/1 69
C 4.8 -45/65 19900 -23.54/18.33 4.069/4.000 0.6759/0.764 69
基于ASPEN HYSYS软件成功模拟出的流体物性数据，采用杭氧自主研发设计的传热设计软件进行传 热设计，计算结果满足换热器的热负荷和阻力降等工艺要求。
• 55 •
4板翅式换热器的结构设计
板翅式换热器主要部件包括芯体、封头、接管、支座等。芯体主要由传热翅片、隔板、封条、导流 片等零件组合而成。因此，在对高压板翅式热换器设计时，不仅要合理选取各主要承压元件的材料，更 应该对高压板翅式热换器的结构进行合理设计。 4.1材料选取

不会很高 (对于高压流体与低压流体换热的高压换
热器) , 且多采用多孔形翅片 , 阻力损失一般对流
体的均匀分配影响很大 , 流体的偏流问题比较严
重 , 应引起足够的重视 , 并适当增加设计余量 ; 而
对于低压侧流体 , 由于流速相对于低压换热器流速
较高 , 流体的阻力损失相应增大 , 从而使流体在板
压板翅式换热器有时也采用多程流 。流道的布置方
式有两种 : 其一是单叠布置 , 即 1 个热流体通道与
1 个冷流体通道相间布置 ; 其二是复叠布置 , 即 2
个冷流体通道与 1 个热流体通道相间或者 2 个热流
体通道与 1 个冷流体通道相间布置 。对于高压板翅
式换热器 , 这两种流道布置方式都可运用 , 但需根
只是其中传导距离 l 应取为翅片高度 hf 。其中复叠 的两个通道只有一半的隔板表面作为一次表面 , 而 另一半亦应作为二次表面参加传热 , 其相应的效率 ηb 按式 (7) 计算 :
ηb = ch
1 ( ml)
(7)
315 气流均匀分配问题
对于高压板翅式换热器的高压侧流体 , 由于流
体的压力较高 , 流体在板翅式换热器中的流速一般
因子 ( j ) 方面考虑 , 多数情况下会选择锯齿形翅
片 , 这样在流体传热计算中就很难设计板式的外形
尺寸 (计算长度不匹配) , 同时翅片选择不当也给
制造带来很多问题 。
经过杭氧技术人员的努力研究 , 终于克服了这
一设计上的难关 。对于高压流道采用最先进的高密
度多孔形翅片 , 以增加其传热面积并尽量增大其传
( Designing Institute , Hangzhou Hangyang Stock Co1 , Ltd1 , 388 Dongxin Road , Hangzhou 310004 ,

,
,
有力 推动 了板翅式换热 器 的技术进 步
在我 国
。
,
铝制
: 板翅式换热器 由杭州制氧机集 团有 限公 司 ( 以下 简称
0 杭氧) 等在 2 世 纪 印 年代中期 开发
.
成功
展
,
使我 国成为 继英 国
、
美 国和 日本 之后第 四个 能够生 产这种 换 热器 的国家 但杭氧当时
<
设计 生产 的铝 制板翅式换热 器 多 以 低压 换热 器 为 主 ( 尤其是 内压 缩 流程 的不 断成熟 和应 用
,
、 ,
2 OMP a
)
。
随 着 空 分 流程 的不 断 发
。
要 求板 翅 式换 热器 的设计 压 力 必 须提高
。
尤其进
,
人 2 世 纪 8 年代 以来 0 0 承 受中 器
,
随着我 国 内地 和 沿海 油 田 的不 断开 发 和石 油 化 工 行 业 的快 速发 展
由于 国内无 法 制 造 中
、 , 、
某 一 内压 缩 流程 空分 设备 主换热 器 的运行 参 数 少 友 2
表
2
某 一 内压缩流 程 空分设 备主换 热器运行 参数 高 压 空气
8 3 众)7 7C 8 2 3
.
流 体 名你 你 流量/
咬 3 m
}
高 压 氧气 气
“ …6 3幻 二 …0 二 5 画
.
污氮气 气
.
h
设计
计 算方 法
、
特 点及 应 用 前 景作 简单介 绍
关抽词 : 高压板 翅式换 热 器 ; 芯 体
1
:
翅片 ; 流道

01
高效传热表面
研究新型的板翅式换热器表面材料和结构，以提高传热效率。
02
强化传热技术
探索新型的强化传热技术，如振动、旋转、超声波等，以减小传热热阻。
工业领域应用
板翅式换热器在石油、化工、制药等领域有广泛应用，市场前景广阔。
新能源领域应用
随着新能源产业的发展，板翅式换热器在太阳能、风能等领域的应用逐渐增多。
《板翅式换热器》PPT课件
目录
板翅式换热器简介板翅式换热器的应用板翅式换热器的设计与优化板翅式换热器的制造与维护板翅式换热器的发展趋势与展望
01
CHAPTER
板翅式换热器简介
板翅式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，广泛应用于化工、石油、食品等领域。
定义
具有传热效率高、结构紧凑、轻巧、流体阻力小等优点，能够满足各种不同的换热需求。
CHAPTER
板翅式换热器的制造与维护
选择合适的材料，如不锈钢、铜等，确保质量合格。
准备原材料
对板片和翅片进行切割、清洗、加工，确保尺寸和形状符合设计要求。
加工板片和翅片
将板片和翅片按照设计要求进行组对，并进行焊接，确保结构牢固。
组对与焊接
对制造完成的换热器进行质量检测和性能试验，确保符合标准要求。
环保领域应用
随着环保意识的提高，板翅式换热器在废水处理、烟气治理等领域的应用逐渐受到关注。
03
02
01
新型材料与制造技术
研究新型的板翅式换热器材料和制造技术，以提高其性能和降低成本。
多场耦合传热机理
深入研究多场耦合下的传热机理，以提高板翅式换热器的传热性能。
系统优化与集成
研究板翅式换热器的系统优化与集成，以提高其整体性能和应用范围。

氦气检漏仪
测试设备爆破试验台
测试设备冷热冲击试验台
冷热冲击试验台
测试设备脉冲试验台 脉冲试验台
0~3,0-50
测试设备风洞试验
风洞试验
§ 板翅式换热器的计算
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。
制造过程包括零件准备、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(1)
生产流程(2)
生产流程(3)
生产设备
先进的真空 钎焊设备
生产设备
翅片冲压
剪板
生产设备
数控加工
自动焊机
清洗（）
装配、焊接、检验 、、
§ 板翅式换热器的测试
测试试验气密性试验
测试设备氦气检漏仪
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!
二、 板翅式换热器应用
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 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 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 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
工程机械风冷式油换热器 风冷式气冷却器
液压传动液压油冷却器
空分主换热器

板翅式换热器设计在设计板翅式换热器时，首先需要确定散热片的尺寸。

散热片的尺寸直接决定了换热面积的大小，进而影响着换热效果。

要确定散热片的尺寸，可以通过换热需求来计算出所需的换热面积。

根据换热面积和散热片的布置方式，可以确定每个散热片的尺寸和数量。

其次，在确定散热片尺寸的基础上，需要考虑换热介质的流速。

流速的选择需要综合考虑热传导系数、散热片的结构和工况要求等因素。

一般来说，流速越大，传热系数越大，但过高的流速也会增加阻力和能耗。

因此，需要在满足传热要求的前提下，选择一个合适的流速。

然后，需要考虑板翅式换热器的传热系数。

传热系数是指单位面积上换热量与温度差之比。

传热系数的大小与散热片的材料和几何形状有关。

一般来说，散热片越薄，传热系数越大，但散热片过薄会导致其强度不足，从而影响使用寿命。

因此，在设计中需要权衡散热片的厚度和传热系数的大小。

除了上述因素外，还需要考虑钢板之间的间距和翅片的形状。

钢板之间的间距直接影响换热介质的流动情况。

一般来说，间距越小，热交换效果越好，但过小的间距会增加阻力和清洗困难。

翅片的形状也会影响换热效果，不同的翅片形状对流动阻力和传热能力有着不同的影响。

最后，在设计板翅式换热器时，还需要进行实验验证和数值模拟。

通过实验验证可以对设计结果进行验证和调整，确保换热器的换热效果符合设计要求。

数值模拟可以对板翅式换热器进行流体力学和传热分析，从而优化设计方案。

综上所述，设计板翅式换热器需要考虑散热片尺寸、流速、传热系数、间距和翅片形状等多个因素。

通过综合考虑这些因素，可以设计出符合要求的高效换热器。

板翅式换热器设计
Plate-fin Heat Exchanger
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、 绪论
1 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。
❖ 灵活性及适应性大：
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。
（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 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
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。
板翅式换热器结构图
2 翅片作用及类型
（1）作用
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。

2 主要技术创新点 板翅式换热器高精度翅片自动成形生产的相关工艺及多项
技术填补了国内外空白，同时该项目成套技术装备已获得国家 多项专利授权。主要有以下技术创新点：
（1）理论及试验方法创新：此前板料弯曲成形回弹研究 中，采用V型和U型试验方法，大都针对钢铁材料。对3003、 3004铝合金薄板N型折弯机理和回弹试验的研究尚属首次。利 用有限元数值模拟方法对N型、M型或W型复合折弯成形机理及
回弹过程进行深入系统研究，其边界受限和约束复杂，分析难 度大，这是前人未曾进行的工作，研究成果填补了有关开模条 件下薄板复杂结构件的复合成形理论方面的空白[1]。
（2）成形工艺技术创新：本项研究首次提出M型或W型复 合折弯工艺方法，其成形过程是材料纤维方向的多重受限折弯及 齿宽方向约束错列剪裁的三维复合成形过程，主要采用了以下 技术：①多刀技术－使传统的翅片单齿单次成形变为单齿多次成 形，无须二次挤压整形工艺就能保证翅片节距的一致性，解决了 翅片翅形精度及节距精度难以保证的技术难题；②整体刀片技 术－研制出整体模具刀片，解决了单齿组合刀片精度低、强度 低、寿命短、安装烦琐的问题；③复合成形技术－在折弯成形基 础上附加了塑性整形技术，翅片齿顶形成一定面积的平面，大大 增加了翅片的钎焊强度；④固定式脱模技术－设计了固定脱模结 构，解决已有的浮动脱模引起的精度不稳定问题。
1 实施效果 通过本项研究，进一步完善了铝合金薄板复合弯曲成形理
论内涵和主要技术，创新了板翅式换热器高精度翅片成形技术 和工艺。研究结果已全部用于提升复杂翅片的制造技术水平， 该技术及关键制造设备填补了国内空白，具有自主知识产权。 项目组开发的板翅式换热器高精度翅片自动成形生产线已在项 目合作企业宁波宁创自动化设备有限公司实现了定型生产，系 列翅片成形机已通过FIVES公司法国总部的技术检测和生产试 验并率先出口法国和德国，项目技术水平和使用效果在国内 外获得一致好评，得到了用户的高度评价。在不到两年时间内 该生产线已成功推广55条，目前国内四川川空股份有限责任公 司、开封空分集团有限责任公司、杭州中泰过程设备有限责任 公司等企业都在使用本项目技术设备。杭州杭氧集团有限公司 等企业已与项目合作公司达成批量引进的意向。本项目的开发 成功，使我国实现了大型、特大型中高压空分设备重大技术装备 的国产化，极大地提升我国板翅式换热器制造行业的核心国际竞 争力，使我国由空分设备大国向空分设备强国迈进。同时为实现 工业升级转型，打造低碳绿色的节约型可持续发展社会做出了贡 献。本项目开发的薄板成形技术和翅片成形技术及设备也可应用 于其他工业领域，如汽车覆盖件新型吸震材料，多孔结构吸声、 吸波材料，家用空调、汽车空调新型换热器制造等领域。

Ｈｕ Ｍｉｎｇｈｕｉ，Ｌｏｕ Ｒｏｎｇ
（Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｈａｎｇｙａｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｐｌａｔｅ－Ｆｉｎ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｆａｃｔｏｒｙ，ⅣＤ．７９９，Ｘｉａｎｇｆｕ Ｒｏａｄ， Ｑｉｎｇｓｈａｎｈｕ Ｓｕｂ－ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｌｉｎ’ａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１３０５，Ｚｈｅ－－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｌｕｍ ｉｎｕｍ ｐｌａｔｅ－－ｆｉｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｍ ａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｏｍ ｅ ｃｈｅｍ ｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ·－ ｓｉｚｅｄ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ，ｃｏａｌ—ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｏｌｄ ｂｏｘ．Ｈｅｒｅ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｈａｎｇｙａｎｇ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｔｅ—ｆ ｉｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｏｕｔｌｉｎｅｄ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｂａｓｅ ｆｏｒ Ｈａｎｇｙａｎｇ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｔｅ— ｆｉｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｂｏｖｅ １０ Ｍ Ｐａ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｔｅ—ｆｉｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｌａｔｅ—ｆ ｉｎ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；Ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｆｉｎ；Ｂｒａｚｉｎｇ；Ｒｅｓｅａｒｃｈ
收稿 日期 ：２０１７—０９－２５ 作 者简 介 ：胡 明辉 ，男 ，１９７２年 生 ，高级 工程 师 ，１９９５年 毕业 于甘 肃 工业 大学 （现 兰州 理工 大学 ）化 工设 备与 机 械专业 ，现 为 杭州杭 氧股 份有 限公 司板式 厂 厂长 。

板翅式换热器设计首先是板翅式换热器的换热原理。

板翅式换热器通过将换热器管道外表面铺设一层细小的金属翅片，来增加换热面积。

当换热介质在管道中流动时，通过翅片与管壁之间的热传导和对流传热，将热量从介质传递到翅片上，再由翅片传递到周围空气中。

由于翅片的导热性能好且热传导距离短，所以能够大大提高换热效率。

接下来是板翅式换热器的结构设计。

板翅式换热器通常由一组平行排列的管道和其外表面附着的翅片组成。

在设计时，需要考虑到换热器的传热面积、流体流动路径、翅片的形状和厚度等因素。

传热面积的大小直接影响换热器的换热效率，通常可以通过增加管道长度、增加翅片数量或增加翅片高度来增加传热面积。

流体流动路径的设计需要保证流体均匀分布，并且能够充分接触到管壁的翅片，以提高传热效果。

翅片的形状和厚度选择需要考虑到翅片的强度和导热性能，一般可以采用蜂窝状或矩形形状的翅片来增加换热面积。

最后是板翅式换热器的性能优化。

为了提高换热器的换热效率，可以从以下几个方面进行优化。

首先是选择合适的翅片材料，通常优选导热性能好、强度高、耐腐蚀性强的材料。

其次是优化翅片的形状和厚度，通过改变翅片形状的角度和翅片的厚度，可以提高翅片的导热性能和传热面积。

此外，优化流体流动路径也是提高换热器性能的关键。

通过改变管道的布局方式和添加导流板等措施，可以使流体均匀分布并充分接触到翅片，提高传热效果。

综上所述，板翅式换热器是一种高效的换热设备。

在设计中需要考虑换热原理、结构设计以及性能优化等方面的因素，以提高换热器的换热效率。

随着科技的不断进步，板翅式换热器的设计和制造技术也将不断提高，为各个领域的换热需求提供更加高效的解决方案。

和 材 料选 用 ，板 翅 式 换 热器 同样 可 以用 于 高 温 高 压 工 况 下 。现 以 国 内某 乙烯 项 目的 甲烷 冷 却 器 为
应力逐步降低 ，特别是在 １ ０ ０ ℃以上 ，材料 的许用
例，阐述高温高压力
换 热器 为逆 流 换 热 形 式 ， 由于 工 作 时 甲烷 进 口温 度 有 可 能 出现温 度 瞬 间上 升 到一 百 多 摄 氏度 的情 况 ，故 热流 体 的设 计温 度 最 终取 为 １ ５ ０ ℃ 。 由 于假 设 温 度 的提 高 ，极 端情 况下 ， 换热 器 热 端 冷
热流体 的温度分别为２ １ ． ５ ℃和 １ ５ ０ ℃，经过简化传
Ｊ ４ 一 ■ 论文广场
一
石 油 和 化 工 设 备
２ ０ １ ３ 年第１ ６ 卷
高温高压铝制板翅式换热器 的设计
梁维好 ，王明志，孔翔
（ 杭州杭 氧股份有 限公司 ，浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ４ ）
［ 摘 要］介绍 了高温高压板翅式换热器的设计特点，阐述了高温高压工况下，在不超过铝材使用 温度时，只要对板翅式换热器进 行合理的结构设计和材料选用，同样可以用来替代管 壳式换热器，缩小设备体积 ，满足装置大型化的工艺流程要求。
空气分离、乙烯 、丙烯等烯烃 、天然气处理 、液 化天 然气 、液 氮洗 等领 域 的低 温分 离装 置 中。
随着 化 工 装 置 的大 型 化 发 展和 化 工 工 艺 的高 温 、 高 压 化 趋 向， 高温 、高 压 换 热器 越 来 越 多地 被 广 泛 使 用 。此 类 换 热 器 一 般 以管 壳 式换 热 器 居 多，铝制板翅式换热器十分罕见 。这是因为 ，用 来 制 作 换 热器 的铝 材 在 常 温 或 低温 下虽 能保 持 良 好 的 材 料 性 能 ，但 随着 温 度 的升 高 ，材 料 的许 用

板翅式换热器的研究与应用进展板翅式换热器的研究始于20世纪40年代。

随着材料科学和制造工艺的发展，板翅式换热器的设计和制造技术不断改进。

传统的板翅式换热器通常采用铝合金作为主要材料，因其具有良好的热导性能和机械强度。

然而，近年来，随着高温、高压工况的出现，需要更高性能的换热器材料。

因此研究人员开始关注其他材料，如钛合金、不锈钢和镍合金等。

这些材料具有更高的抗腐蚀性和耐高温性能，能够适应更为苛刻的工况。

此外，板翅式换热器的翅片结构也得到了改进。

传统的翅片结构是平面形状，为了增加传热表面积和提高换热效率，研究人员开始尝试设计不同形状的翅片，如波状、锯齿状和楔形翅片等。

这些新型翅片结构能够有效地扩大传热表面积，提高换热效率。

另外，板翅式换热器的流体动力学特性也是研究的重点之一、流体经过板翅式换热器时会产生阻力损失，同时，由于局部翅片结构的存在，会导致流动不均匀、分流和回流等现象。

因此，研究人员利用数值模拟方法进行流体动力学研究，优化换热器的流体动力学性能。

在实际应用中，板翅式换热器被广泛应用于化工、能源、电力等领域。

例如，在制造业中，板翅式换热器常用于冷却、加热和回收废热的工艺中。

在能源领域，板翅式换热器被用于燃气轮机和核电站的蒸汽发生器中，提高能量利用效率。

此外，板翅式换热器也被广泛应用于空调、汽车和航空航天等领域，以满足不同的冷却和加热需求。

然而，板翅式换热器在应用过程中仍然存在一些挑战。

例如，由于结构复杂，清洁起来相对困难，需要花费较长时间和精力。

此外，由于传统的板翅式换热器结构较为脆弱，易受到杂质的损坏和侵蚀。

因此，研究人员正努力改进换热器的结构和材料，提高其可靠性和使用寿命。

总之，板翅式换热器作为一种高效的传热设备，在研究和应用方面取得了显著进展。

随着材料科学和制造工艺的不断发展，板翅式换热器的性能将会得到进一步改善。

相信在未来，板翅式换热器将在各个领域得到更广泛的应用。

我国是世界上对错列锯齿翅片复合成形技术探索较早的国 家，1975 年开封空分设备厂技术员设计了一种翅片冲床，此前 只有利用该设备可以制造错列锯齿翅片。由于该技术设备存在 生产效率低（低于 60 次/分钟）、精度差且不稳定（高度偏差＞ ±0.03mm,节距误差≥ 3%、翅侧垂直度α ＞5°，长度方向还 常存在扇形弯曲）、幅宽小（最大只能生产 450mm）、柔性低 （只能生产少数几种翅型）。刀具寿命低、成本高。调模要求 高、难度大，往往要经过数周反复多次的试模，才能冲出符合基 本要求的翅片。通常要花费大量的人力、物力和财力反复修模、 试模来修正和补偿回弹。在使用中经常出现断刀、翅片断裂或构 连等现象。由于翅片成形整体精度差，因此在翅片与隔板的钎焊 中焊接虚点多，隔板和翅片的焊接结合强度低，制成的板翅式换 热器成品率低，不能用于中高压使用场合，目前已很难适应现代 换热器企业对高压、高效、节能的复杂翅片生产要求。因此找到 一种可靠的方法和手段揭示错列锯齿翅片的复合成形原理，分析 影响成形质量的主要因素，准确确定成形工艺参数，预测并控制 回弹，以此指导刀模具及专用翅片成形设备的设计制造，已成为 目前行业中十分紧迫的任务。
3 结束语 通过板翅式换热器高精度翅片成形关键技术研究及其装备
开发，预计未来十年仅国内翅片折弯冲压机及配套模具和辅机的 市场规模约在2000台（套）以上，市场规模约15亿元人民币。利 用本项目技术开发的翅片高速折弯冲压机，可大幅降低我国空分 企业的生产成本，获得较大的经济效益，开发的成套制造设备还 可出口创汇，由此产生的直接和间接经济效益十分巨大。
引言 本论文就板翅式换热器高精度翅片成形关键技术进行了阐
述，涉及的关键技术为：①复杂型面高精度翅片有限元建模； ②翅片复合成形高精度数值模拟算法；③翅片回弹预测与控制 技术；④翅片成形设备动力学分析及优化设计。内容包括：翅 片的三维建模；3003、 3004 铝合金带材冲压性能试验；N 型、 M 型、W 型复合弯曲回弹试验；典型翅片成形及回弹过程数值 模拟；翅片回弹数值分析及回弹抑制；翅片成形设备和模具的 结构参数和工艺参数优化；回弹预测及模具刀齿型面补偿；翅 片高速成形设备的结构设计及动力学分析等。

1 设计1.1 热力计算板翅式换热器设计，主要包括设计计算和性能校核。

设计计算是在一定的工艺参数条件下，计算换热器所需传热面积(或有效长度)。

性能校核是在原设计工艺条件发生变化情况下，确定流体出口温度是否满足工艺要求。

多股流板翅式换热器传热计算是将几股热流体和冷液体分别拟合成相当的2股液体，把多股流换热简化成2股流换热，并按逐步热平衡法进行热力计算。

为使换热器同一横截面壁温尽可能接近，防止可能产生的温度交叉和热量内部损耗，在计算中必须对每一条通道作周密考虑。

若通道排列不当，易造成局部热量不平衡及换热器效率下降，将无法用纯粹增加换热面积的方法来补偿，这已被实践证明。

所以在设计过程中，通过对不同流道排列情况下传热计算，以局部热平衡偏差、允许阻力值和流道计算长度偏差为主要控制指标，达到优化设计目的。

1.2 强度设计由于板翅式换热器芯体结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能采用X射线无损检查，也不可能作强度核算。

美国锅炉及压力容器规范ASME第Ⅷ卷第一分册规定，凡容器或容器部件的强度难以准确计算以保证安全时，其最大许用工作压力可采用试件的爆破压力来确定。

我公司采用美国ASENSE软件包，通过有限元应力分析，确定以翅片、封条、隔板全尺寸的300mm×300mm3层流道的模拟试样爆破压力来决定最大许用工作压力。

规定试样爆破压力值应不低于设计压力的5倍，且以翅片拉伸断裂为合格。

其最大许用工作压力(设计压力)按下式确定：可见翅片材料实测拉伸强度越高，所得的最大许用工作压力则越低。

为得到翅片最大许用工作压力，翅片材料作退火处理，使拉伸强度达到或接近最小值。

不同材料翅片最大许用工作压力值见表1，翅片规格说明见图1。

表1 翅片最大许用工作压力值图1 翅片规格说明1.3 结构设计石油化工板翅式换热器多数是多股流多组分流体换热，流体在板束流道中的均匀分配是结构设计中1个重要问题，它直接影响换热器性能。

特别是对多组分两相流混合物，如果流体在流道中分布不均匀，使沸腾、冷凝在不同的气液平衡条件下进行，放热系数就会大不相同。