【正文】 的性能特點 雖然人們進行多方研究，以求提高工作壓力和工作溫度，但沒有獲得突破；而只是在產(chǎn)品大型化、使用工況多樣化方面取得了一定進展，這就是現(xiàn)已可以制造的大型板式換熱器和采用各種耐腐蝕材料制造的板式換熱器。 ALFALAVAL 公司生產(chǎn) 的 Lamalla 板式換熱器就是屬于全焊接式板式換熱器。焊接在一起的板間通道走壓力較高的流體，用墊片密封的板間通道走壓力較低的流體，所以這種板式換熱器提高了其中一側(cè)的工作壓力。為了承受這種較大的密封壓緊力和熱膨脹力，框架和墊片必須有足夠的強度。壓縮石棉墊片由于含橡膠量甚少，和橡膠墊片比幾乎是無彈性的，因此需要較高的密封壓緊力。對橡膠墊片除要求抗介質(zhì)腐蝕外，還應(yīng)保證下列機械性能： 抗張強度： 580 10 Pa?? 相對伸長： 200%? 邵氏硬度： 65 80 永久變形： 20%? 增減量：%)15%(15 ?? 壓縮變形： 10%? 上述橡膠墊片有不耐有機溶劑 腐蝕的缺點。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 墊片材料廣泛采用天然橡膠、腈橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠和氟化橡 以下，最高不超過膠等。加之板片在制造過程中，有時發(fā)生翹曲，也可造成泄漏。板式換熱器由于密封周邊長，需用墊片量大，在使用過程中需要頻繁拆卸和清洗，泄漏的可能性很大。板式換熱器是通過壓板壓緊墊片，達到密封。從板式換熱器結(jié)構(gòu)分析，密封周邊的長度 ( m)將是換熱面積 ( 2m )的 6～ 8 倍，超過了任何其它類型的換熱器。 (1)便于裝卸墊片的板片 (2)用于冷凝器的板片 (3)用于蒸發(fā)器 的板片 (4)板管式板片 (5)雙層板片 (6)石墨材料板片 (7)寬窄通道的板片 密封墊片 板式換熱器的密封墊片是一個關(guān)鍵的零件。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 圖 26 大人字角板片（ H 板）和小人字角板片（ L 板） 以及三種組合的 H、 M、 L 流道示圖 圖 27 H、 M、 L 流道性能示圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 為了提高板式換熱器工作壓力和工作溫度，全 焊式和半焊式板式換熱器得到了發(fā)展，前者釬焊而成，是不可拆卸的板式換熱器，雖然提高了工作壓力和工作溫度，但喪失了板式換熱器的一些優(yōu)點；后者則每兩張板片焊接在一起成為焊接單元，然后組裝起來，焊接單元之間用墊片密封，這樣焊接單元中的流道可承受較高的溫度和壓力，但不能拆卸，焊接單元之間的流道，能承受的壓力、溫度仍和一般的板式換熱一樣。國外把大人字角的板片稱為 H 板片 (硬板 Hard plate)，小人字角的板片稱為 L板片 (軟板 Soft plate)一臺板式換熱器可全部用 H 板片組裝或全部用 L板片組裝，也有有將 H 板片和 L 板片相間組裝、分段組 裝，這樣組裝的板式換熱器性能介于前兩者之間，在某種意義上來說，相當于第三種性能的板片，稱之為 M 板片， (混合 ?板片其實是圖 26 和圖 27 表示了組裝情況及其相應(yīng)的性能。反之人字角 ? 小的板片傳熱系數(shù)和流體阻力都低些，圖25 是人字角對傳熱影響的曲線示圖。 常用板片如 24 所示： 圖 24 兩種常用板片示圖 （ a）人字波紋板；（ b）水平平直波紋板 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 對于人字形波紋板片，人 字角 ? 的大小對傳熱和流體阻力影響甚大。從板式換熱器出現(xiàn)以來，人們構(gòu)思出各種形式的波紋板片，以求得換熱效率高、流體阻力低、承壓能力大的波紋板片。分析以上的結(jié)構(gòu)和零部件的組成，可見其零部件品種少，且通用性極強，這十分有利于成批生產(chǎn)及使用維修。板片按設(shè)計的數(shù)量和順序安放在固定壓緊板和活動壓緊板之間，然后用壓緊螺柱和螺母壓緊，上、下導(dǎo)桿起著定位和導(dǎo)向作用。應(yīng)用于乳品等食品行業(yè)中的板式換熱器，常有兩種以上的介質(zhì)換熱，所以要設(shè)置中間隔板，中間隔板的數(shù)量視換熱介質(zhì)的數(shù)量而定，另外山于工作壓力不高，又需經(jīng)常拆卸清洗，所以常采用頂桿式。 圖 22 流程組合方 式 由于單流程并聯(lián)式流程的結(jié)構(gòu)簡單，所以本設(shè)計初選單流程并聯(lián)式流程組合方式進行設(shè)計計算。+M從圖可見，墊片不僅起到密封作用，還起到流體在板間流動的導(dǎo)向作用。 圖 21 板式換熱器的基本構(gòu)造 流程組合 為了使流體在板束之間按一定的要求流動，所有板片的四角均按要求沖孔，墊片按要求粘貼，然后有規(guī)律地排列起來，形成流體的通道，稱為流程組合。采用局部組合通道內(nèi)的可視化及傳熱機理研究方法來推算整個板片的傳熱及流阻特性對開發(fā)板片有一定的指導(dǎo)意義。對傳熱單元的傳熱實驗 E? M Sparrow 采用的是恒壁溫加熱法，但國內(nèi)的實驗技術(shù)較難實現(xiàn)，一般呆用大電流恒熱流法。天津大學(xué)趙鎮(zhèn)南根據(jù)聯(lián)箱和分流聯(lián)葙流量分布解，對流量非均勻分布導(dǎo)致板式換熱器單相液一寢換熱和冷凝換熱時的傳熱性能變化作了模擬計算和深入分析，指出單相換熱時，若冷、熱流體進出口位于同一測，各分支通道的傳熱量嚴重不均勻，但整機總傳熱量變化不大；當進出口分別位于換熱器兩側(cè)時，傳熱分布的非均勻性會明顯改善，但總傳熱量會比流量均勻分布時明顯降低；作為冷凝器使用時，流量的非均勻分布同樣導(dǎo)致蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 其傳熱性能的變化， 這時熱負荷的分布狀況將王要受允許壓降分配規(guī)律的制約。許淑惠、周明連等對板式換熱器進行壓力分布和阻力特性進行了研究，他們通過兩種形式板片的實驗給出不同雷諾數(shù)下兩種板型：不同雷諾數(shù)下的壓差分布及各種通道中的流阻與比數(shù)的關(guān)系式，同時運用流型顯示的方法揭示影響板式換熱器入口流體分布和壓力損失的原因。如趙鎮(zhèn)南對板式換熱器速度場進行了研究，他發(fā)現(xiàn)了板式換熱器速度場的流動情況與 所研究的相一致。 1967 年，蘭州石油機械研究所不同波紋板片做了對比實驗，肯定了人字形波紋的優(yōu)點，并在 1971 年制造了我國第一臺人字形波紋板片的板式換熱器，單片換熱面積為 2m ，這對我國板式換熱器采用波紋形式的決策起了重要作用 。 1965 年，蘭州石油化工機械廠設(shè)計、制造了單板換熱面積為 2m 的水平平直波紋板片的板式換熱器，這也是我國生產(chǎn)的第一臺板式換熱器，供造紙廠、維尼綸廠使用。在 1954 年，公司研究成功 EX2 型板片；現(xiàn)在，該公司有水平平直波紋板和人字形波紋板兩種。 公司的板式換熱器，一般工作壓力為，最小的單板換熱面積為 2m 、最大的單板換熱面積為 2m 。公司早期生產(chǎn)截球形波紋片（ sigma20），因性能欠佳已不再生產(chǎn)。 GEA AHLBORN 的板式換熱器技術(shù)特性如 表 12： 表 12 GEA AHLBORN 公司主要板式換熱器技術(shù)特性 型號 板片 最高工作壓 力(MPa ) 最高工作溫 (C?) 最大流量 (hm/3) 波紋型式 外形尺寸長 X 寬(mm) 單板換熱面積（2m） FreeFlow 157 一列弧形 670X250 — — 5 159 二列弧形 1065X330 — — 15 161 三列弧形 — — — 30 Varitherm 4P 縱人字形 510X128 260 15 10 縱人字形 781X213 250 35 20 縱 /橫人字形 992X336 250 100 40 縱 /橫人字形 1392X424 250 220 402 縱 /橫人字形 654X424 250 220 405 縱 /橫人字形 1091X424 250 220 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 80 縱 /橫人字形 1754X610 250 500 805 縱 /橫人字形 1194X610 250 500 130 縱 /橫人字形 2195X810 250 1500 1306 縱 /橫人字形 1635X810 250 1500 1309 縱 /橫人字形 2021X810 250 1500 注：縱 /橫人字形，指有縱向人字形和橫向人字形兩種波紋板片。顯而易見，這種板片的承壓能力較低。前者抗壓能力差，后者為人字形波紋片。 （ 3） GEA AHLBORN 公司。公司在 1960 年就采用了人字形波紋板片； 1970 年發(fā)展了釘焊板式換熱器； 1980 年對葉片的邊緣做了改造，以增強抗壓能力。 APV 公司換熱器產(chǎn)品情況如表 11： 表 11 APV 公司主要的板式換熱器 板式換熱器型 號 最高工作 壓 力 ( MPa) 單板換熱 面、 積 (2m) 半片外型尺寸 長 X 寬 ( mmX ) 單臺最多 板 片 數(shù) 長管尺寸 （ mm） SR1 570X210 150 38 HMB 1114X318 187 51 SR35 1152X392 414 75 R40 1150X445 409 102,127,152 R55 1156X416 362 102 R56 1156X416 350 102 R106 1984X712 427 300 R235 2739X1107 729 400 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 （ 2） ALFALAVAL 公司。目前 APV 公司生產(chǎn)的板式換熱器波紋多屬人字形波紋，最大單板換熱面積為 2m，單臺換熱器最大流量為2500h/3。 Seligman 設(shè)計的板式換熱器板片為塞里格曼溝道板。 APV 公司的 Richard Seligman 博士于 1923 年就成功設(shè)計了第一臺工業(yè)性的板式換熱器。最著名的廠家有英國 APV 公司、瑞典 ALFALAVAL 公司、德國 GEA 公司、美國 OMEXEL 公司、日本日阪制作所等。由于 人們對板式換熱器工作原理、熱力計算、校驗等不熟悉的原因，使得板式換熱器在開發(fā)到應(yīng)用的時間跨度上，花費了較多的時間。我國板式換熱器的制造廠家有四五十家、年產(chǎn)各種板式換熱器數(shù)千臺計，但是我國蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 的板式換熱器的應(yīng)用遠不及國外，這與人們對板式換熱器的了解程度、使用習(xí)慣以及國內(nèi)產(chǎn)品的水平有關(guān)。 華南理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等高等院校和科研單位，也對板式換熱器的換熱、流體阻力理論或工程應(yīng)用方面 作了很多有益的工作。 天津大學(xué)對板式換熱器的兩相流換熱及其流體主力計算進行了大量的研究，得出考慮因素比較全面的換熱計算公式。 河北工學(xué)院就板式換熱器的流體阻力問題進行了研究，認為只有當板片兩側(cè)的壓差相等或壓差很小時 ，板片以自身的剛性使板間距保持在設(shè)計值上，否則板片會發(fā)生變形，致使板間距發(fā)生變化，出現(xiàn)受壓通道和擴張通道。 清華大學(xué)于八十年代初期，對板式換熱器的換熱、流體阻力和優(yōu)化等方面進行了理論研究，認為板式換熱器的換熱，以板間橫向繞流作為換熱物理模型，該校還對板式換熱器的熱工性能評價指標及板式換熱器的計算機輔助設(shè)計進行了研究。 1983 年，蘭州石油機械研究所組織了板式換熱器技術(shù)交流會，對板片的制造材料 、板片波紋型式、單片換熱面積、板式換熱器的應(yīng)用等方面進行了討論，促進了我國板式換熱器的發(fā)展。八十年代初期，該廠又引進了 公司的板式換熱器制造技術(shù)，增加了板式換熱器的品種。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 我國設(shè)計制造應(yīng)用情況 我國板式換熱器的研究、設(shè)計、制造，開始于六十年代。初期的板片是銑制的溝道板，至三四十年代，才用薄金屬板壓制成波紋板，相繼出現(xiàn)水平平直波紋、階梯形波紋、人字形波紋等形式繁多的波紋片。 近幾十年來，板式換熱器的技術(shù)發(fā)展，可以歸納為以下幾個方面。綜上所述，在 21 世紀的上半個世紀之間，作為解決我國能源和環(huán)境問題的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的內(nèi)容是從一次能源轉(zhuǎn) 移至二次能源、三次能源的高效率化；各階段利用技術(shù)的先進性和效率的提高；需求的平衡和能源的供給、消耗系統(tǒng)的改善等。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，板式換熱器正不斷完善，應(yīng)用也日趨廣泛。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 板式換熱器今后的發(fā)展趨勢是：提高操作溫度和操作壓力，加大處理量，擴大使用范圍，研制采用新的結(jié)構(gòu)材料的制造工業(yè)，而研制新的墊片材料易提高其使用溫度和使用壓力，將是其中的重點。這是由于早期扳片的單板面積較小，不能組成單臺面積較大的換熱器，所以只能用 于處理物料流量較小的場合，隨著單板面積的增大，能組成的單臺板式換熱器的面積也相應(yīng)增大。因為從設(shè)計到制造成功一定波形的板片需要有較大的投資和較長的時間，所以一般生產(chǎn)工廠不輕易改變板片的被形。一般一個廠只生產(chǎn)有限幾種尺寸的板片。至于現(xiàn)在，世界上能生產(chǎn)板式換熱器的工廠已經(jīng)很多了，主要的生產(chǎn)廠不下三、四十個。 由于板式換熱器在制造上和使用上都有一些獨特之處，所以在工業(yè)上一經(jīng)使用成功之后就發(fā)展很快。近十年 來，板式換熱器發(fā)展很迅速，