汽車空調(diào)冷凝器的設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)運(yùn)

1、高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)運(yùn)柳紅霞毛央平(杭州杭氧股份有限公司設(shè)計(jì)院，浙江省杭州市東新路388號310004)摘要：隨著空分行業(yè)和石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，中、高壓板翅式換熱器需求日趨增多，應(yīng)用范圍日趨廣泛。文章主要就高壓板翅式換熱器的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、特點(diǎn)及應(yīng)用前景作了簡單介紹。關(guān)鍵詞：高壓板翅式換熱器；芯體；翅片；流道中圖分類號：TB6575文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1板翅式換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀板翅式換熱器首先應(yīng)用于汽車和航空工業(yè)，20世紀(jì)50年代開始在空分設(shè)備中應(yīng)用。冶金、化學(xué)工業(yè)對空分設(shè)備的大量需求，有力推動(dòng)了板翅式換熱器的技術(shù)進(jìn)步。在我國，鋁制板翅式換熱器由杭州制氧機(jī)集團(tuán)公司(以下簡稱：杭

2、氧)等在20世紀(jì)60年代中期開發(fā)成功，使我國成為繼英國、美國和日本之后第四個(gè)能夠生產(chǎn)這種換熱器的國家。但杭氧當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的鋁制板翅式換熱器多以低壓換熱器為主(20MPa)。隨著空分技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是內(nèi)壓縮流程的不斷成熟和應(yīng)用，要求板翅式換熱器的設(shè)計(jì)壓力提高。尤其進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著我國內(nèi)地和沿海油田的不斷開發(fā)和石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，承受中、高壓的板翅式換熱器應(yīng)用日趨廣泛，由于國內(nèi)無法制造中、高壓力的板翅式換熱器，當(dāng)時(shí)我國用于大型空分設(shè)備和石油化工設(shè)備中的中、高壓板翅式換熱器全部依賴進(jìn)口。1992年杭氧從美國Sw公司引進(jìn)大型真空釬焊爐的同時(shí)，引進(jìn)了該公司的設(shè)計(jì)程序和工藝文件。通過

3、技術(shù)引進(jìn)，使杭氧在板翅式換熱器制造技術(shù)上不僅能生產(chǎn)低壓換熱器，而且還能生產(chǎn)高壓換熱器，為我國產(chǎn)品進(jìn)入國際市場提供了技術(shù)保證。同時(shí)，經(jīng)過設(shè)計(jì)人員的努力研發(fā)，杭氧中、高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有了很大的發(fā)展和完善，技術(shù)更加成熟，制造工藝更加完善。到目前為止，杭氧生產(chǎn)的中、高壓板翅式換熱器(38MPa以上)已有200多臺，且運(yùn)行情況良好，從未發(fā)生過安全事故。2高壓板翅式換熱器整體結(jié)構(gòu)高壓板翅式換熱器芯體由隔板、翅片和封條3部分組成。在相鄰兩隔板之間放置翅片及封條，組成一夾層，稱之為通道。對于高壓板翅式換熱器，由于承受的壓力較高，隔板與翅片、封條的釬焊要求也比較高，隔板的復(fù)合層要比低壓換熱器隔板

4、的復(fù)合層厚，封條的寬度也需相應(yīng)增加。按，ASME規(guī)范第卷第一分冊uG一101的規(guī)定，凡容器或容器部件的強(qiáng)度難以準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)，其最大許用工作壓力可按試樣爆破壓力來確定。板翅式換熱器芯體由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，釬焊縫的檢查受到結(jié)構(gòu)限制，不可能進(jìn)行無損檢測和其他檢查，也無法做強(qiáng)度核算，所以只能通過試樣的爆破試驗(yàn)來確定。按ASME規(guī)范規(guī)定，試樣的爆破試驗(yàn)壓力應(yīng)是最大許用工作應(yīng)力的35倍，且以翅片母材拉伸斷裂為合格標(biāo)準(zhǔn)。對于高壓板翅式換熱器，其翅片的最大許用工作壓力相應(yīng)提高。為了達(dá)到這一要求，應(yīng)選擇性能較好的翅片材料，同時(shí)增加翅片的厚度。杭氧最常用的兩種高壓翅片特性參數(shù)見表1。3設(shè)計(jì)計(jì)算31高壓翅片的選擇高壓板翅式

5、換熱器由于流體的壓力很高，杭氧在設(shè)計(jì)時(shí)一般都選用多孔形翅片。隨著空分設(shè)備設(shè)計(jì)水平的不斷提高及內(nèi)壓縮流程和高壓板翅式換熱器在石油化工行業(yè)中的普遍應(yīng)用，高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，流體之間的壓力等級往往差別很大，這給翅片的選擇造成了一定的難度。某一內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備主換熱器的運(yùn)行參數(shù)見表2。從表2可知高壓流體的工作壓力很高，而低壓流體的工作壓力又很低。顯然對于高壓流體只能選擇多孔形翅片(到目前為止，國內(nèi)還生產(chǎn)不出最大許用工作壓力在80MPa以上的鋁制鋸齒形翅片)；而對于低壓流體，從翅片的傳熱面積及翅片的傳熱因子()方面考慮，多數(shù)情況下會選擇鋸齒形翅片，這樣在流體傳熱計(jì)算中就很難設(shè)計(jì)板式的外形

6、尺寸(計(jì)算長度不匹配)，同時(shí)翅片選擇不當(dāng)也給制造帶來很多問題。經(jīng)過杭氧技術(shù)人員的努力研究，終于克服了這一設(shè)計(jì)上的難關(guān)。對于高壓流道采用最先進(jìn)的高密度多孔形翅片，以增加其傳熱面積并盡量增大其傳熱因子；對于低壓流道采用節(jié)距較大的鋸齒形翅片以降低其阻力損失，同時(shí)適當(dāng)增加低壓翅片的翅片厚度，以提高整個(gè)芯體的剛性，提高釬焊的成功率。32流道布置板翅式換熱器可以通過流道的不同組合，布置成逆流、錯(cuò)流、順流和多程流等多種形式。對于高壓板翅式換熱器，杭氧一般都采用逆流，多股流高壓板翅式換熱器有時(shí)也采用多程流。流道的布置方式有兩種：其一是單疊布置，即1個(gè)熱流體通道與1個(gè)冷流體通道相間布置；其二是復(fù)疊布置，即2個(gè)冷

7、流體通道與1個(gè)熱流體通道相間或者2個(gè)熱流體通道與1個(gè)冷流體通道相間布置。對于高壓板翅式換熱器，這兩種流道布置方式都可運(yùn)用，但需根據(jù)具體情況來確定。33高壓板翅式換熱器中表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及流體阻力的準(zhǔn)則關(guān)系34翅片效率與表面效率高壓板翅式換熱器的翅片效率與表面效率由于流道布置方式的不同，其計(jì)算方法也有區(qū)別。341單疊布置的翅片效率與表面效率342復(fù)疊布置的翅片效率與表面效率復(fù)疊布置中的單個(gè)通道的翅片效率及表面效率的計(jì)算方法與單疊布置的相同。復(fù)疊布置中復(fù)疊通道應(yīng)按下述方法處理。有效傳熱面為：只是其中傳導(dǎo)距離z應(yīng)取為翅片高度h。其中復(fù)疊的兩個(gè)通道只有一半的隔板表面作為一次表面，而另一半亦應(yīng)作為二次表面參

8、加傳熱，其相應(yīng)的效率璣按式(7)計(jì)算：35氣流均勻分配問題對于高壓板翅式換熱器的高壓側(cè)流體，由于流體的壓力較高，流體在板翅式換熱器中的流速一般不會很高(對于高壓流體與低壓流體換熱的高壓換熱器)，且多采用多孔形翅片，阻力損失一般對流體的均勻分配影響很大，流體的偏流問題比較嚴(yán)重，應(yīng)引起足夠的重視，并適當(dāng)增加設(shè)計(jì)余量；而對于低壓側(cè)流體，由于流速相對于低壓換熱器流速較高，流體的阻力損失相應(yīng)增大，從而使流體在板翅式換熱器中更為均勻地流動(dòng)，達(dá)到最好的換熱效果。4高壓板翅式換熱器的特點(diǎn)(1)傳熱效率高。由于翅片對流體的擾動(dòng)，使邊界層不斷破裂，從而具有很大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；同時(shí)由于鋁具有很強(qiáng)的導(dǎo)熱性、高密度翅片

9、具有更小的當(dāng)量直徑，使得高壓板翅式換熱器具有很高的傳熱效率。(2)承受壓力高，降低能耗。以往高壓換熱器大多采用繞管式換熱器，因繞管式換熱器的單位體積傳熱面積小，換熱器的溫差較大，使小溫差換熱難以實(shí)現(xiàn)?？辗衷O(shè)備是耗能較大的設(shè)備，對于大型鋼鐵企業(yè)而言每年的耗電量很可觀，一般占其總耗電量的12，而換熱器的溫差每減小1oC，能耗可降低約2。而高壓板翅式換熱器由于可以承受80MPa以上的壓力，且傳熱效果好，熱端溫差甚至可以小于2oC，其節(jié)能效果十分明顯。(3)結(jié)構(gòu)緊湊。由于翅片具有擴(kuò)展的二次表面，使得板翅式換熱器的比表面積可達(dá)10002500m2m3。(4)設(shè)備輕巧，適應(yīng)性大。5應(yīng)用前景近年來鋁制板翅式

10、換熱器在我國發(fā)展很快，在不斷吸取國外先進(jìn)技術(shù)的條件下，生產(chǎn)工藝更趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，檢驗(yàn)手段更加完善，杭氧生產(chǎn)的板翅式換熱器的使用壽命一般都在20年左右。經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)著空分行業(yè)的進(jìn)步，也推動(dòng)著高壓鋁制板翅式換熱器的發(fā)展和前進(jìn)，目前杭氧生產(chǎn)的高壓板翅式換熱器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空分及石油化工行業(yè)，而且大量出口到美國等發(fā)達(dá)國家。杭氧高壓板翅式換熱器的設(shè)計(jì)與制造水平已達(dá)到20世紀(jì)90年代末期國際先進(jìn)水平，為參與國際競爭奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和高壓板翅式換熱器翅片形式及翅片材料的不斷開發(fā)，高壓板翅式換熱器將在更多行業(yè)中發(fā)揮更大的作用。參考文獻(xiàn)：1嵇訓(xùn)達(dá)8OMPa高壓鋁制板翅式換熱器的

11、開發(fā)J杭州機(jī)械，1996(3)：1-42張祉韋占，石秉三制冷及低溫技術(shù)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19813化學(xué)工業(yè)部第四設(shè)計(jì)院主編深冷手冊下冊M化學(xué)工業(yè)出版社，1979 附錄資料：不需要的可以自行刪除透水混凝土工藝流程一、透水混凝土地坪簡介：透水混凝土地坪系統(tǒng)是一種多孔、輕質(zhì)、無細(xì)骨料混凝土，由粗骨料表面包覆一層膠結(jié)料相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故具有透水、透氣和質(zhì)量輕的特點(diǎn)；透水混凝土作為環(huán)境負(fù)荷減少型混凝土，具有與普通混凝土不同的特點(diǎn)即容重小、水毛細(xì)現(xiàn)象不顯著、透水性大，膠結(jié)材料用量少、施工簡單、綠色環(huán)保型和生態(tài)型的道路材料；透水混凝土地坪整體美觀，透水效果良好，雨水收集充分，具

12、有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，同時(shí)透水混凝土具有吸聲降噪、抗洪澇災(zāi)害、緩解城市的“熱島效應(yīng)”等作用；對于恢復(fù)不斷遭受破壞的生態(tài)環(huán)境是一種創(chuàng)造性的材料，將對人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 二、透水混凝土地坪的性能及其優(yōu)點(diǎn)：吸收車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪音，創(chuàng)造安靜舒適的生活和交通環(huán)境；雨天防止路面積水和夜間路面反光，提高了車輛、行人的通行舒適性與安全性；增加城市可透水、透氣面積，加強(qiáng)混凝土內(nèi)部水份與地表和空氣的熱量交換，有效調(diào)節(jié)城市氣候，降低地表溫度，有利于緩解城市“熱島現(xiàn)象”；它能夠增加滲入地表的雨水，緩解地下水位急劇下降等一些城市的生態(tài)環(huán)境問題。透水混凝土地坪整體性強(qiáng)，使用壽命長，近似于普通混凝土的使

13、用年限；同時(shí)又彌補(bǔ)了透水磚的整體性差、高低不平、易松動(dòng)、使用周期短等不足。透水混凝土地坪擁有系列經(jīng)典的色彩搭配方案，能夠配合設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意及業(yè)主的特殊要求，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境、不同風(fēng)格和個(gè)性要求的裝飾創(chuàng)意，是其它地面材料無法比擬的。透水性混凝土地坪適用于市政、園林、公園、人行道、體育場館、停車場、小區(qū)、商業(yè)廣場和文化設(shè)施等地面領(lǐng)域的理想選擇。三、透水混凝土的工藝流程及基層處理：1、工藝流程圖：2、基層處理：a、根據(jù)施工現(xiàn)場的條件結(jié)合圖紙及透水混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開挖土方，放出邊線樁，對不同路段采取不同的施工方法。b、路槽達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用平地機(jī)整平，刮出路拱，并預(yù)留壓實(shí)量，最后用壓路機(jī)壓實(shí)，填土壓實(shí)作業(yè)采

14、用重型振動(dòng)壓路機(jī)、按照先輕、后重的方法分層壓實(shí)，按照填土壓實(shí)密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碾壓。壓實(shí)前進(jìn)行檢查并確認(rèn)填土層厚度、平整度和含水量符合要求后，才能進(jìn)行碾壓。壓路機(jī)碾壓不到的地方采用小型壓實(shí)機(jī)械夯實(shí)，做到壓實(shí)均勻，沒有漏壓、死角，然后檢查壓實(shí)度，等待鋪筑級配砂石。四、級配砂石墊層的施工：填筑流程及方法：流程：采用“三階段、四區(qū)段、八流程”施工流程組織施工。方法：采用挖掘機(jī)裝填料，自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)攤鋪，平地機(jī)整平，壓路機(jī)壓實(shí)，核子密度儀檢測密實(shí)度。施工：路基按平行線控制填土標(biāo)高，分層進(jìn)行攤鋪，松鋪厚度不大于300mm。（級配的厚度根據(jù)圖紙及設(shè)計(jì)要求而定）每層、每側(cè)填料鋪設(shè)寬度超過填層設(shè)計(jì)寬度200

15、mm，確保修整路基邊后，路的邊緣必須要有足夠的壓實(shí)度。五、透水混凝工藝流程：對各種施工機(jī)具做全面檢查，經(jīng)調(diào)試證明處于性能良好狀態(tài)，機(jī)械數(shù)量足夠，施工能力配套，重要機(jī)械宜有備用設(shè)備。如：攪拌機(jī)、混凝土滾平機(jī)、運(yùn)輸車、鏟車、手推車、路面切割機(jī)、平鐵锨、耙子、墩錘、手錘、鋁合金杠尺、3m直尺、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、鋼尺、橡皮錘、小線等。1、 施工要點(diǎn)：a、測量放線b、應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求布設(shè)控制線和軸線；c、開工測量：開工前測量人員首先熟悉圖紙作好交接樁工作。對甲方提供導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)加固保護(hù)，進(jìn)行栓樁，并作好點(diǎn)標(biāo)記。 d、測量資料由專人負(fù)責(zé)，并及時(shí)對基線進(jìn)行復(fù)核，如有較大的變化請監(jiān)理工程師認(rèn)可后使用。2

16、、模板支設(shè)：根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件放線支模板。使用竹膠板及鋼模板支設(shè)直路模板時(shí)，背后要用木方做背楞，確保模板內(nèi)側(cè)及上表面成直線，支護(hù)鋼筋嵌入基層深度不得少于200mm，內(nèi)側(cè)鋼筋嚴(yán)禁高出模板上表面，支護(hù)鋼筋間距不得大于500mm，待模板全部支完后必須重新檢查一遍模板的平整度及標(biāo)高。3、透水混凝土攪拌、運(yùn)輸：a. 現(xiàn)場攪拌站的建立原材料的堆放按照方便上料、最節(jié)省空間為原則進(jìn)行放置。攪拌機(jī)占地約20m2，水泥、石子儲備的數(shù)量至少為每天施工數(shù)量的3倍，各種助劑需有庫房存放。攪拌站占地約300 m2。b. 現(xiàn)場攪拌工藝及運(yùn)輸計(jì)量：現(xiàn)場設(shè)置地磅。配合比嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，每罐計(jì)量水泥按整袋進(jìn)行設(shè)

17、計(jì)，石子用小推車稱量，各種助劑在桶類容器里進(jìn)行精確計(jì)量；為了計(jì)量快捷，可在第一次稱量后在車、桶里畫上明顯標(biāo)線，但每次仍須稱量。 攪拌：將碎石、水泥和助劑放在攪拌機(jī)里進(jìn)行攪拌1分鐘左右后視拌合物的工作性適當(dāng)加水，直到拌合物達(dá)到要求為止。運(yùn)輸：拌合物由工程車或手推出運(yùn)至施工地點(diǎn)。4、透水混凝土鋪筑：a. 基層處理：清掃基層表面，表面應(yīng)無塵土、樹枝、紙屑等雜物，并在攤鋪前潤濕基層表面。b. 布料：透水混凝土攤鋪時(shí)應(yīng)考慮振實(shí)預(yù)留高度。透水混凝土采用人工布料時(shí)，應(yīng)用鐵鍬反扣，嚴(yán)禁拋擲。透水混凝土攤鋪時(shí)間長于30min或遇大風(fēng)天氣時(shí)，現(xiàn)場混凝土要及時(shí)覆蓋塑料布，防止透水混凝土水分過快散失。c. 振搗：素色

18、層透水混凝土布料完成后，用刮杠刮平，并用平板振搗器進(jìn)行振搗，振搗完成后攤鋪面層彩色透水混凝土或彩色露骨料透水混凝土，然后刮平，對缺料的地方及時(shí)補(bǔ)料，并用透水混凝土專用設(shè)備進(jìn)行表面振搗及整平，直至與模板等高為止。d. 表面修整：對碾壓后的路面應(yīng)及時(shí)修飾透水混凝土的邊角，對于缺料的部位應(yīng)填料修整，對于較干部位可先均勻噴灑一層水，再加料修整。e. 透水混凝土露骨料時(shí)，在表面平整、密實(shí)度達(dá)到要求后對表面均勻的噴刷一遍清洗劑，然后覆蓋塑料薄膜；在噴刷完成后68小時(shí)（根據(jù)天氣情況而定）采用高壓水槍對表面沖洗，沖洗時(shí)注意清洗劑必須要清洗干凈但不能出現(xiàn)掉子等現(xiàn)象；f.養(yǎng)護(hù)：透水混凝土表面修整完畢后，應(yīng)及時(shí)少量噴水并覆蓋塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)周期和普通混凝土相同，養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)在路面周圍設(shè)置圍擋，嚴(yán)禁上人，上車。5、路面切縫、填縫：透水混凝土路面養(yǎng)護(hù)5天后開始切割伸縮縫，相關(guān)要求如下：縮縫面層間距6m，縫寬5-8mm，縫深貫穿至整個(gè)面層；脹縫面層間距12m或18m，縫寬20-30mm，縫深貫穿至整個(gè)面層；伸縮縫基層間距6m，縫寬20-30，縫深貫穿至整個(gè)基層；與其它工作面（基礎(chǔ)不同）、建筑立體交接處，設(shè)置沉降縫，縫寬15-20mm，縫深貫穿混凝土，達(dá)到級配砂石層；與路緣石的交接處同樣設(shè)置橫向脹縫，透水砼澆筑前采用4泡沫板對路緣石內(nèi)立面進(jìn)行粘貼。使用擠塑板對素色基層部分進(jìn)行填充，彩色面層先采用泡沫