螺旋折流板换热器制造技术

螺旋折流板换热器制造技术

摘要：介绍了螺旋折流板换热器的结构特点、制造工艺、施工过程中的难点、关键部件的加工及制造。

关键词：换热器；螺旋折流板；制造工艺

管壳式换热器是当前工业生产中应用最广泛的传热设备。目前，国内外绝大

多数在役的管壳式换热器还在采用垂直弓形折流板结构，但其存在流动死区大，

壳程流动阻力大，易积垢，换热器整体传热效率低，使用周期短，还容易诱发管

束的振动噪音等不足。

螺旋折流板换热器是由连续螺旋状的准扇形板及其支持的换热管束构成的拟

螺旋流动系统。流体在壳体内平稳螺旋流动，彻底改变了弓形折流板换热器的流

体流动方式和流场分布，减薄了传热管表面滞流底层的厚度, 提高了传热膜系数，消除了弓形折流板的传热死区，使壳程的传热状态大为改善。

1 螺旋折流板换热器的结构

螺旋折流板换热器的结构型式来源于输送物料的搅龙。螺旋折流板换热器都

是采用断续的近似螺旋结构,即采用若干块四分之一壳程横截面的扇形板组装成

螺旋状,每片折流板与穿过其上的换热管斜交。在螺旋折流板换热器内,介质自壳

层进口向出口呈螺旋状推进, 由此产生的离心力提高了流体的湍流程度,也避免

了大角度折返带来的压力损失。

2 制造工艺

2.1 折流板结构形式及加工难点分析

螺旋折流板换热器，采用若干块壳程横截面的扇形板与壳体轴线以某一安装

夹角（螺旋倾角）呈连续螺旋状排列，每块螺旋折流板在壳体横截面上的投影都

为圆面，相邻两块折流板首尾搭接，每片折流板与穿过其上的换热管斜交，其螺

旋倾角分别为7°、10°、13°、25 °，螺距为每4块折流板的间距之和，示

意图如图1。

图

1

图2

由于管孔与折流板的板面之间有夹角, 如果直接将折流板固定到机床操作平

台上是无法对其进行钻孔的。基于这种情况, 我们作了平台划线、钻削、车削工

序相应的工装胎具，假定胎具上放置折流板后的上平面与机床的钻头之间形成的

夹角等于管孔与折流板板面之间的夹角，那么钻头垂直下钻, 它的钻削方向实际

上就是换热管的方向, 此钻孔精度控制难度比较大。在制造过程中应通过设计合

理的工装方案先从小角度开始制作以便重复利用工装材料, 采取正确的工艺措施, 才能保证螺旋折流板的顺利加工。

2.2 螺旋折流板的加工

2.2.1下料

将扇形折流板按照实际尺寸每边加25 mm余量制作样板，根据样板在钢板上

划线后用半自动切割机切割，切割后清除坯料表面的氧化皮和毛刺并校平。扇形

折流板分为A、B、C、D 4种类型，必须将同一类型的折流板分为一组进行点固

焊后整体加工。由于扇形折流板与壳体横截面成一定的倾斜角，因此，不能按照

弓形折流板的排列方式进行点固焊。需根据倾斜角度在平台上先焊好定位板，然

后依次将折流板摆放在定位板上，用卡具压紧后沿周边点焊固定。应注意每组经

点固焊后统一加工的折流板数量不宜太多，以10～12块为宜，且每组总厚度不

宜超过120 mm，否则折流板钻孔后底层尺寸不易保证，也不易钻透。

2.2.2平台划线工装

为了使螺旋折流板的管孔加工达到设计图纸的技术要求，保证管孔符合设备

装配的需要，我们首先制作了按其投影方向用来引导钻头的施钻的钻模并在平台

划线工序制造了便于螺旋倾角划线的定位工装，经装配固定，使钻模与水平面成

相应的螺旋倾斜角，利用划针划制底座和钻模的螺旋倾角加工和找正线，然后，

利用立式车床对底座和钻模的螺旋倾角度截面进行车削，加工出用于约束螺旋折

流板倾斜角度的基准平面，使钻孔工序的加工得以顺利进行，从而大幅度提高了

平台划线工序的施工精度。

2.2.3钻孔工装

由于折流板的管孔实际上与折流板平面不是垂直的, 而是具有一定夹角。对

于这种管孔, 常规钻孔工艺是无法施钻的，钻孔无疑是螺旋折流板加工的难点，

保证折流板的管孔位置是提高换热器装配精度的关键，为此我们采取了一些方法

来保证管孔的位置精度。对车削好的钻模和底座进行划线，确定螺旋折流板在钻

模胎具上的合理放置位置，在此过程中需预留折流板外圆车削加工余量。划线结

束后，为了能够把点焊成摞的折流板准确地固定在钻模和底座之间，我们采取在

钻模和底座划线处分别焊接限位挡块的方法，对折流板的转动、滑动等自由度进

行约束，确定待钻折流板的放置位置，使工件装夹牢固可靠，从而保证了每摞折

流板的钻孔角度一致（图 2）

2.2.4立车工装

为了更好地提高管板和折流板管孔的相对位置精度，保证立车工序的施工过

程高效、便捷。我们制作了针对螺旋折流板外圆加工的专用夹具。主要由下管板、角度底座、中心轴、角度套管、加强筋板通过机构组焊构成（图3）。

在此工装中，下管板按换热器实际管板加工而成，夹具的每根双头螺栓在装夹过程中均经下管板和折流板相应管孔加以预紧，从而大大提高了管板与折流板管孔之间的相对位置精度，从而保证了车削工序的顺利进行。

图

3

图4

由于立车的加工特性要求工装具有一定的刚性和强度保证，为了提高折流板装夹的可靠性，利用成型钢板和筋板通过焊接制作了角度底座。

两个角度筋板使折流板的装夹面呈相应的螺旋倾角，从而解决了折流板的角度装夹精度。为了控制工装的装配精度，加工出定位中心轴，中心轴限制住了下管板的中心孔与角度底座定位孔（即折流板挡管孔处）的平移，从而使折流板的外圆加工精度得到了更好的保证。

加工过程中因为螺旋折流板的使用角度与水平面成一定夹角，螺栓的预紧十分困难，为了更好地提高预紧力，消除不安全因素，制作角度套管，用于补偿由折板的角度因素造成的高度差，从而保证了足够高螺栓预紧力（图4 ）。

2.3 管束组装

组装管束时：①用卡具将固定管板固定在专用台架上，然后将拉杆拧入固定管板。②根据图样规定的第一层螺旋折流板间距，将定距管组穿入拉杆。③分别组装对应钢印号的四块折流板及定距管组，成螺旋形依次组装其他折流板。④拧紧拉杆螺母，穿折流板相连重叠区的换热管，调整折流板，穿入其他换热管。穿管顺序为先下排后上排，管子伸出固定管板约IOO ram。换热管穿完后用卡具将