汽车空调冷凝器的设计开发与应运

1、高压板翅式换热器的设计开发与应运柳红霞毛央平(杭州杭氧股份有限公司设计院，浙江省杭州市东新路388号310004)摘要：随着空分行业和石油化工行业的快速发展，中、高压板翅式换热器需求日趋增多，应用范围日趋广泛。文章主要就高压板翅式换热器的发展、结构、设计计算方法、特点及应用前景作了简单介绍。关键词：高压板翅式换热器；芯体；翅片；流道中图分类号：TB6575文献标识码：A1板翅式换热器的发展现状板翅式换热器首先应用于汽车和航空工业，20世纪50年代开始在空分设备中应用。冶金、化学工业对空分设备的大量需求，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公司(以下简称：杭

2、氧)等在20世纪60年代中期开发成功，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(20MPa)。随着空分技术的不断发展，尤其是内压缩流程的不断成熟和应用，要求板翅式换热器的设计压力提高。尤其进入20世纪80年代以来，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，承受中、高压的板翅式换热器应用日趋广泛，由于国内无法制造中、高压力的板翅式换热器，当时我国用于大型空分设备和石油化工设备中的中、高压板翅式换热器全部依赖进口。1992年杭氧从美国Sw公司引进大型真空钎焊炉的同时，引进了该公司的设计程序和工艺文件。通过

3、技术引进，使杭氧在板翅式换热器制造技术上不仅能生产低压换热器，而且还能生产高压换热器，为我国产品进入国际市场提供了技术保证。同时，经过设计人员的努力研发，杭氧中、高压板翅式换热器的设计和制造技术有了很大的发展和完善，技术更加成熟，制造工艺更加完善。到目前为止，杭氧生产的中、高压板翅式换热器(38MPa以上)已有200多台，且运行情况良好，从未发生过安全事故。2高压板翅式换热器整体结构高压板翅式换热器芯体由隔板、翅片和封条3部分组成。在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称之为通道。对于高压板翅式换热器，由于承受的压力较高，隔板与翅片、封条的钎焊要求也比较高，隔板的复合层要比低压换热器隔板

4、的复合层厚，封条的宽度也需相应增加。按，ASME规范第卷第一分册uG一101的规定，凡容器或容器部件的强度难以准确计算时，其最大许用工作压力可按试样爆破压力来确定。板翅式换热器芯体由于结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能进行无损检测和其他检查，也无法做强度核算，所以只能通过试样的爆破试验来确定。按ASME规范规定，试样的爆破试验压力应是最大许用工作应力的35倍，且以翅片母材拉伸断裂为合格标准。对于高压板翅式换热器，其翅片的最大许用工作压力相应提高。为了达到这一要求，应选择性能较好的翅片材料，同时增加翅片的厚度。杭氧最常用的两种高压翅片特性参数见表1。3设计计算31高压翅片的选择高压板翅式

5、换热器由于流体的压力很高，杭氧在设计时一般都选用多孔形翅片。随着空分设备设计水平的不断提高及内压缩流程和高压板翅式换热器在石油化工行业中的普遍应用，高压板翅式换热器的设计越来越复杂，流体之间的压力等级往往差别很大，这给翅片的选择造成了一定的难度。某一内压缩流程空分设备主换热器的运行参数见表2。从表2可知高压流体的工作压力很高，而低压流体的工作压力又很低。显然对于高压流体只能选择多孔形翅片(到目前为止，国内还生产不出最大许用工作压力在80MPa以上的铝制锯齿形翅片)；而对于低压流体，从翅片的传热面积及翅片的传热因子()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

6、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热因子；对于低压流道采用节距较大的锯齿形翅片以降低其阻力损失，同时适当增加低压翅片的翅片厚度，以提高整个芯体的刚性，提高钎焊的成功率。32流道布置板翅式换热器可以通过流道的不同组合，布置成逆流、错流、顺流和多程流等多种形式。对于高压板翅式换热器，杭氧一般都采用逆流，多股流高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

7、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，但需根据具体情况来确定。33高压板翅式换热器中表面传热系数及流体阻力的准则关系34翅片效率与表面效率高压板翅式换热器的翅片效率与表面效率由于流道布置方式的不同，其计算方法也有区别。341单叠布置的翅片效率与表面效率342复叠布置的翅片效率与表面效率复叠布置中的单个通道的翅片效率及表面效率的计算方法与单叠布置的相同。复叠布置中复叠通道应按下述方法处理。有效传热面为：只是其中传导距离z应取为翅片高度h。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

8、加传热，其相应的效率玑按式(7)计算：35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，从而使流体在板翅式换热器中更为均匀地流动，达到最好的换热效果。4高压板翅式换热器的特点(1)传热效率高。由于翅片对流体的扰动，使边界层不断破裂，从而具有很大的表面传热系数；同时由于铝具有很强的导热性、高密度翅片

9、具有更小的当量直径，使得高压板翅式换热器具有很高的传热效率。(2)承受压力高，降低能耗。以往高压换热器大多采用绕管式换热器，因绕管式换热器的单位体积传热面积小，换热器的温差较大，使小温差换热难以实现。空分设备是耗能较大的设备，对于大型钢铁企业而言每年的耗电量很可观，一般占其总耗电量的12，而换热器的温差每减小1oC，能耗可降低约2。而高压板翅式换热器由于可以承受80MPa以上的压力，且传热效果好，热端温差甚至可以小于2oC，其节能效果十分明显。(3)结构紧凑。由于翅片具有扩展的二次表面，使得板翅式换热器的比表面积可达10002500m2m3。(4)设备轻巧，适应性大。5应用前景近年来铝制板翅式

10、换热器在我国发展很快，在不断吸取国外先进技术的条件下，生产工艺更趋成熟，产品质量显著提高，检验手段更加完善，杭氧生产的板翅式换热器的使用寿命一般都在20年左右。经济发展推动着空分行业的进步，也推动着高压铝制板翅式换热器的发展和前进，目前杭氧生产的高压板翅式换热器已经广泛应用于空分及石油化工行业，而且大量出口到美国等发达国家。杭氧高压板翅式换热器的设计与制造水平已达到20世纪90年代末期国际先进水平，为参与国际竞争奠定了坚实的基础。随着科学技术的不断进步和高压板翅式换热器翅片形式及翅片材料的不断开发，高压板翅式换热器将在更多行业中发挥更大的作用。参考文献：1嵇训达8OMPa高压铝制板翅式换热器的

11、开发J杭州机械，1996(3)：1-42张祉韦占，石秉三制冷及低温技术M北京：机械工业出版社，19813化学工业部第四设计院主编深冷手册下册M化学工业出版社，1979 附录资料：不需要的可以自行删除透水混凝土工艺流程一、透水混凝土地坪简介：透水混凝土地坪系统是一种多孔、轻质、无细骨料混凝土，由粗骨料表面包覆一层胶结料相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透水、透气和质量轻的特点；透水混凝土作为环境负荷减少型混凝土，具有与普通混凝土不同的特点即容重小、水毛细现象不显著、透水性大，胶结材料用量少、施工简单、绿色环保型和生态型的道路材料；透水混凝土地坪整体美观，透水效果良好，雨水收集充分，具

12、有良好的经济效益和生态环境效益，同时透水混凝土具有吸声降噪、抗洪涝灾害、缓解城市的“热岛效应”等作用；对于恢复不断遭受破坏的生态环境是一种创造性的材料，将对人类的可持续发展做出贡献。 二、透水混凝土地坪的性能及其优点：吸收车辆行驶时产生的噪音，创造安静舒适的生活和交通环境；雨天防止路面积水和夜间路面反光，提高了车辆、行人的通行舒适性与安全性；增加城市可透水、透气面积，加强混凝土内部水份与地表和空气的热量交换，有效调节城市气候，降低地表温度，有利于缓解城市“热岛现象”；它能够增加渗入地表的雨水，缓解地下水位急剧下降等一些城市的生态环境问题。透水混凝土地坪整体性强，使用寿命长，近似于普通混凝土的使

13、用年限；同时又弥补了透水砖的整体性差、高低不平、易松动、使用周期短等不足。透水混凝土地坪拥有系列经典的色彩搭配方案，能够配合设计师的创意及业主的特殊要求，实现不同环境、不同风格和个性要求的装饰创意，是其它地面材料无法比拟的。透水性混凝土地坪适用于市政、园林、公园、人行道、体育场馆、停车场、小区、商业广场和文化设施等地面领域的理想选择。三、透水混凝土的工艺流程及基层处理：1、工艺流程图：2、基层处理：a、根据施工现场的条件结合图纸及透水混凝土的结构进行开挖土方，放出边线桩，对不同路段采取不同的施工方法。b、路槽达到设计标高后，用平地机整平，刮出路拱，并预留压实量，最后用压路机压实，填土压实作业采

14、用重型振动压路机、按照先轻、后重的方法分层压实，按照填土压实密实度标准进行碾压。压实前进行检查并确认填土层厚度、平整度和含水量符合要求后，才能进行碾压。压路机碾压不到的地方采用小型压实机械夯实，做到压实均匀，没有漏压、死角，然后检查压实度，等待铺筑级配砂石。四、级配砂石垫层的施工：填筑流程及方法：流程：采用“三阶段、四区段、八流程”施工流程组织施工。方法：采用挖掘机装填料，自卸汽车运输，推土机摊铺，平地机整平，压路机压实，核子密度仪检测密实度。施工：路基按平行线控制填土标高，分层进行摊铺，松铺厚度不大于300mm。（级配的厚度根据图纸及设计要求而定）每层、每侧填料铺设宽度超过填层设计宽度200

15、mm，确保修整路基边后，路的边缘必须要有足够的压实度。五、透水混凝工艺流程：对各种施工机具做全面检查，经调试证明处于性能良好状态，机械数量足够，施工能力配套，重要机械宜有备用设备。如：搅拌机、混凝土滚平机、运输车、铲车、手推车、路面切割机、平铁锨、耙子、墩锤、手锤、铝合金杠尺、3m直尺、水准仪、经纬仪、钢尺、橡皮锤、小线等。1、 施工要点：a、测量放线b、应严格按照图纸设计要求布设控制线和轴线；c、开工测量：开工前测量人员首先熟悉图纸作好交接桩工作。对甲方提供导线点和水准点加固保护，进行栓桩，并作好点标记。 d、测量资料由专人负责，并及时对基线进行复核，如有较大的变化请监理工程师认可后使用。2

16、、模板支设：根据图纸设计要求结合现场实际条件放线支模板。使用竹胶板及钢模板支设直路模板时，背后要用木方做背楞，确保模板内侧及上表面成直线，支护钢筋嵌入基层深度不得少于200mm，内侧钢筋严禁高出模板上表面，支护钢筋间距不得大于500mm，待模板全部支完后必须重新检查一遍模板的平整度及标高。3、透水混凝土搅拌、运输：a. 现场搅拌站的建立原材料的堆放按照方便上料、最节省空间为原则进行放置。搅拌机占地约20m2，水泥、石子储备的数量至少为每天施工数量的3倍，各种助剂需有库房存放。搅拌站占地约300 m2。b. 现场搅拌工艺及运输计量：现场设置地磅。配合比严格按设计要求执行，每罐计量水泥按整袋进行设

17、计，石子用小推车称量，各种助剂在桶类容器里进行精确计量；为了计量快捷，可在第一次称量后在车、桶里画上明显标线，但每次仍须称量。 搅拌：将碎石、水泥和助剂放在搅拌机里进行搅拌1分钟左右后视拌合物的工作性适当加水，直到拌合物达到要求为止。运输：拌合物由工程车或手推出运至施工地点。4、透水混凝土铺筑：a. 基层处理：清扫基层表面，表面应无尘土、树枝、纸屑等杂物，并在摊铺前润湿基层表面。b. 布料：透水混凝土摊铺时应考虑振实预留高度。透水混凝土采用人工布料时，应用铁锹反扣，严禁抛掷。透水混凝土摊铺时间长于30min或遇大风天气时，现场混凝土要及时覆盖塑料布，防止透水混凝土水分过快散失。c. 振捣：素色

18、层透水混凝土布料完成后，用刮杠刮平，并用平板振捣器进行振捣，振捣完成后摊铺面层彩色透水混凝土或彩色露骨料透水混凝土，然后刮平，对缺料的地方及时补料，并用透水混凝土专用设备进行表面振捣及整平，直至与模板等高为止。d. 表面修整：对碾压后的路面应及时修饰透水混凝土的边角，对于缺料的部位应填料修整，对于较干部位可先均匀喷洒一层水，再加料修整。e. 透水混凝土露骨料时，在表面平整、密实度达到要求后对表面均匀的喷刷一遍清洗剂，然后覆盖塑料薄膜；在喷刷完成后68小时（根据天气情况而定）采用高压水枪对表面冲洗，冲洗时注意清洗剂必须要清洗干净但不能出现掉子等现象；f.养护：透水混凝土表面修整完毕后，应及时少量喷水并覆盖塑料薄膜进行养护，养护周期和普通混凝土相同，养护期间应在路面周围设置围挡，严禁上人，上车。5、路面切缝、填缝：透水混凝土路面养护5天后开始切割伸缩缝，相关要求如下：缩缝面层间距6m，缝宽5-8mm，缝深贯穿至整个面层；胀缝面层间距12m或18m，缝宽20-30mm，缝深贯穿至整个面层；伸缩缝基层间距6m，缝宽20-30，缝深贯穿至整个基层；与其它工作面（基础不同）、建筑立体交接处，设置沉降缝，缝宽15-20mm，缝深贯穿混凝土，达到级配砂石层；与路缘石的交接处同样设置横向胀缝，透水砼浇筑前采用4泡沫板对路缘石内立面进行粘贴。使用挤塑板对素色基层部分进行填充，彩色面层先采用泡沫