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直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器
發布時間:2021-01-15 16:38:45瀏覽次數:

直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器組裝過程

圖1:管板零件圖直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖1)

 圖2:U形管零件圖螺旋折流板管殼式換熱器

圖3:拉桿尾部雙螺母固定圖螺旋折流板管殼式換熱器

圖4:螺旋折流板組裝圖螺旋折流板管殼式換熱器

圖5:螺旋折流板穿第一根U形管圖螺旋折流板管殼式換熱器

圖6:螺旋折流板穿第一排U形管圖螺旋折流板管殼式換熱器

圖7:螺旋折流板U形管換熱器管束圖螺旋折流板管殼式換熱器

世界第一臺?

中國第一臺?世界第一臺?我們不敢斷言,畢竟該產品從1925年概念模型的提出到直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器產品問世,歷時了95年。這期間,無數專家、學者不斷的探索與創新,產品一直在改進和優化,但均未達到理想結構。那理想結構是什么呢?應該同時具備以下幾個特點(也是幾大技術難點):

1. 螺旋面為直紋曲面(圖8:直紋曲面螺旋折流板成形圖)螺旋折流板管殼式換熱器

2. 螺旋折流板從旋轉中心到外徑為一個整體,中間無斷開
3.直紋曲面螺旋折流板開孔前處處連續

4. 曲面各處法向等厚(圖9:直紋曲面螺旋折流板等厚示意圖)

5.無論螺旋折流板外直徑多么大,中心孔螺旋線都趨向于直線(圖10:直紋曲面螺旋折流板中心孔螺旋線趨向于直線)螺旋折流板管殼式換熱器

6. 折流板管孔在管板平面上的投影為正圓形,且靠近中軸線處的大傾斜角度位置也嚴格按尺寸開孔(難度極大)(圖11:折流板管孔在管板平面上的投影為正圓形)螺旋折流板管殼式換熱器

7. 管孔大小尺寸符合GB/T 151標準(圖12:螺旋折流板管孔尺寸公差要求)螺旋折流板管殼式換熱器

8. 能夠滿足快速加工不同材料、不同直徑、不同厚度、不同螺距、不同布管的完美直紋曲面螺旋折流板換熱器的需求。

截止2020年12月21日,除了公司外,還沒有發現第二家企業或研究機構生產出同時滿足以上特點的螺旋折流板換熱器,所以我們認為,公司做出了一臺完美直紋曲面連續螺旋折流板換熱器。

公司已經對該產品和技術進行了多維知識產權保護。


直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器的價值和意義:
  • 應用場合

        ▲可替代所有單殼層管殼式換熱器
  • 管殼式換熱器市場容量

        ▲中國市場容量大于500億/年
        ▲中國有2萬多家換熱器公司(天眼查),至少有一半涉及管殼式換熱器
        ▲世界市場容量大于1500億/年
  • 性能數據

圖13:螺旋折流板換熱器與弓形折流板換熱器性能對比螺旋折流板管殼式換熱器

這么優異的性能數據,為什么沒有大面積工業化?因為之前全世界還沒有人能夠做出完美直紋曲面的連續螺旋折流板換熱器。

直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器的科研探索歷程:

1) 1925年Colston提出了連續螺旋折流板油冷器,因為受到加工能力的限制,沒有實現工業應用。(Colston R.Oil cooler[p]. United States,1522866,1925)

2) 1968年Lee提出階梯螺旋式連續螺旋折流板結構,但是仍未解決加工困難。(Lee Ms. Helical baffle means in a tubular heat exchanger[P]. United States, 3400758,1968
3) 1987年HIsao Shibuya提出了連續螺旋折流板的模具壓制方法,由于模具極其復雜,之后未見后續報道(Shibuya H,Kunitachi. Mehtod of manufacturing baffles for shell and tube type heat exchangers[P]. United States,4697321,1987)
4) 21世紀初,國內外學者提出了搭接方式的螺旋折流板結構,并進行了研究與生產。
5) 2005年西安交通大學王秋旺老師提出了連續螺旋折流板的“單周期連續螺旋折流板”加工方法,是一個巨大的進步。
6) 百年來,專家學者們艱難地加工了一些連續螺旋折流板管殼式換熱器,進行了一些應用和科研,但是由于加工艱難,成本過高,均未能夠工業批量化生產。
7) 2019.5.22 公司提出了連續螺旋折流板的加工方法,并申請了發明專利(實質審查階段)。螺旋折流板結構模型1925年就提出,因加工困難未能實現工業化批量生產,公司解決加工困難的問題,可實現工業化批量生產,是加工方法的突破。
8)2020年8月,公司突破數個技術難題,加工出了一件完美直紋曲面螺旋折流板,是零的突破。
9) 2020年12月,公司制作出了一臺完美直紋曲面連續螺旋折流板換熱器。

 

市面上現有各種非理想結構螺旋折流板:

  • 塑料結構,開模加工,產品規格尺寸單一,無法滿足工業上每臺換熱器的直徑,管徑都不一樣的實際需求,再加上塑料產品不耐高溫,故它僅適用于制冷行業小尺寸的定型換熱器。

圖14:塑料螺旋折流板直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖13)

  • 中心管結構,損失了換熱面積,改變了管板受力。

圖15:帶中心管螺旋折流板直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖14)

  • 內外分層結構(有圓筒隔離),損失了換熱面積,加工復雜,后期清洗難度大。

圖16:多層結構螺旋折流板換熱器(有圓筒隔離)直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖15)

  • 內外分層結構(無圓筒隔離),加工復雜,后期清洗難度大,內層傳熱效率低。

圖17:多層結構螺旋折流板換熱器(無圓筒隔離)多層結構螺旋折流板換熱器(無圓筒隔離)

  • 多片組合型,假螺旋且不連續,流體阻力有下降,傳熱效率不理想

圖18:多片組合型螺旋折流板換熱器(搭接結構、假螺旋)直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖17)

  • 螺旋板式換熱器,不屬于管殼結構。不適合高溫、高壓、易燃、易爆、有毒和有害等場合

圖19:螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器

近似產品、非螺旋折流板、非換熱器:

絞龍,主要用于螺旋輸送或螺旋攪拌,加工技術非常成熟、,應用非常廣。加工方法主要為用鋼帶在模具上輥壓成型,該加工方法生產的產品有2大特點:1.)螺旋葉片外徑越大,內徑就越大;2.)螺旋葉片從內徑到外徑厚度線性減薄,減薄量接近板厚的1/2。

圖20:絞龍直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖19)

圖21:絞龍葉片直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖20)

圖22:螺旋輸送機直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖21)

2021年4月7日,宜化化機成功引進“連續螺旋折流板管殼式換熱器”相關技術,并獲得長期獨占許可授權。該技術成果的引進與轉化,將實現連續螺旋折流板換熱器產品的批量生產,從而推動換熱器智能制造,進而推動壓力容器智能制造,進一步提升宜化化機品牌形象,增強核心競爭力,促進企業轉型升級,實現高質量發展。

直紋曲面連續螺旋折流板管殼式換熱器(圖22)


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