哈雷釬焊板式換熱器
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                板式換熱器密封墊片的模具設計方法

                點擊:2101 日期:[ 2014-04-26 21:40:01 ]
                                         板式換熱器密封墊片的模具設計方法                                 李翔宇 嚴 勇     (1·廣州機械科學研究院密封研究所 廣東廣州510700; 2·無錫職業技術學院 江蘇無錫214121)     摘要:介紹了板式換熱器密封墊片產品的特點,設計了一種實用的橡膠材料模具結構,并探討了板式換熱器密封墊片材料的選擇。設計的模具采用鑲塊設計,模具制造周期短,提高了生產效率。     關鍵詞:橡膠模具;密封墊片;板式換熱器     中圖分類號: TB42 文獻標識碼: B 文章編號:0254-0150 (2007) 6-132-2     板式換熱器是由不銹鋼或鈦合金板壓制的具有W形或人字形波紋的換熱沖壓板片,在板片上固定密封墊片,然后疊裝在一起,用加緊螺栓緊固而成的一種換熱裝置。工作流體分別在板片間形成的窄小而曲折的通道中交錯流過,冷熱流體依次通過流道,靠密封墊片和隔層墊片將流體分開,并通過此板片進行熱量交換。     板式換熱器具有以下特點:     (1)結構緊湊,在傳熱量相當的條件下,所占空間僅為管殼式換熱器的1/2~1/3。同時,板式換熱器只需松開夾緊螺栓即可在原空間范圍內接觸到換熱板的全部表面,拆裝很方便。     (2)由于板片組中流動的介質在較低雷諾數(Re)時,就能形成湍流,而且光滑的板片上不易生成污垢,因此有非常高的傳熱效率,在一般的水與水熱交換中,板式換熱器的傳熱系數能達到5 000W / (m2·℃)以上,比管殼式換熱器要高3~8倍。     (3)由于傳熱系數高,流量比特性優異加上完全逆向流動,傳熱溫差可以選用得很低,因此非常適合于低位能熱量的回收,采用單臺板式換熱器達到90%以上的熱回收率在經濟上是可行的。     (4)只有板片邊緣暴露于大氣中,熱損失極小,不需保溫。適應性好,易調整,通過改變板片數目和組合方式即可調節換熱能力,與變化的熱負荷相匹配。     (5)使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而成,金屬耗量低,當使用耐蝕材料時,投資成本明顯低于其它的換熱器。對于非腐蝕性的介質,其價格也具有絕對的競爭力。     因此,板式換熱器是一種高效、節能、節約投資的先進的換熱設備,目前已廣泛應用于電力、化工、冶金、食品、造藥等多個行業。板式換熱器的密封墊片一旦失效,就會發生泄漏,整個換熱設備就要停機維修,所以密封墊片是這個設備的重要元件之一。     1 板式換熱器密封墊片的結構特點     板式換熱器板片按其換熱介質流動形式分為單邊流和對角流2種,相對應地,板式換熱器密封墊片按換熱介質流動形式分為單邊流和對角流2種(見圖1)。單邊流是指從換熱板右邊角孔流進的換熱介質最后從右邊的角孔流出,同樣地,從左邊角孔流進的換熱介質最后從左邊的角孔流出。對角流就是指換熱流體從右邊角孔流進而從左邊角孔流出,或者從左邊角孔流進的流體則從右邊角孔流出,呈現對角線的流動方式。從換熱效率來說,對角流方式優于單邊流,但是采用單邊流方式成本相對較低,所以在能滿足換熱效率的情形下,一般采用單邊流形式。                   板式換熱器密封墊片根據在換熱板片上的安裝方式,可以分為3種形式(見圖2)。                    (1)直接粘貼式,就是在密封墊片上涂抹密封膠后,將其直接粘在換熱板片的安裝槽中。     (2)膠釘鑲嵌式,就是換熱板片上設計了裝配孔,在密封墊片的邊上設計有膠釘,將密封墊片放入安裝槽后,將膠釘鑲嵌在裝配孔中。     (3)扣裝式,就是在密封墊片的邊上設計有扣釘,用扣釘將密封墊片扣裝在換熱板片上。     對于以上3種方式,粘貼式密封墊片結構簡單,加工最為容易,但安裝和拆卸相對麻煩。鑲嵌式和扣裝式密封墊片結構復雜,加工較為麻煩,但安裝和拆卸相對容易。     板式換熱器密封墊片按產品剖面形狀分為對稱形和非對稱形,對稱形一般應用于對角流的板片,上下密封面均為平面,沿水平面對稱,可正反安裝。非對稱形的地面為平面,上密封面可以是平面、曲面、斜面等。     2 板式換熱器密封墊片的模具設計     2·1 板式換熱器密封墊片尺寸的確定     由于板式換熱器多是由國外進口,沒有密封墊片的標準尺寸,所以對進口樣件尺寸的準確測量是進行模具設計和加工的前提。首先要判斷密封墊片的結構形式,確認是單邊流還是對角流,確認墊片在板片上的安裝形式是粘貼式、鑲嵌式還是扣裝式,確認密封墊片剖面是對稱形還是非對稱形。然后再測量樣件尺寸,其中幾個角孔的中心距是最為關鍵的尺寸,一定要準確。確定了密封墊片的全部尺寸后,最好能進行紙樣核對,以確保密封墊片的尺寸符合板片的安裝尺寸。     2·2 板式換熱器密封墊片材料收縮率的確定     板式換熱器密封墊片都是采用橡膠材料。橡膠的收縮率的確定對于整個模具設計是相當關鍵的。但橡膠的收縮率是一個變量,橡膠的種類不同收縮率的范圍就不同,即使是同一種膠料,受膠料的硬度、硫化溫度、硫化時間、硫化壓力以及產品尺寸的大小的影響,橡膠收縮率的取值也是不盡相同的。所以,在設計模具之前,要根據墊片的工作條件先確定適用而經濟的橡膠材料,再根據產品的尺寸和硫化條件確定膠料的收縮率。在條件允許的情況下,可以選擇用既定材料生產一件和樣件尺寸相近的密封墊片,測量其收縮率,核對所定的收縮率是否正確,以保證產品尺寸的精確性。     2·3 板式換熱器密封墊片的模具結構                    針對板式換熱器密封墊片的結構,密封墊片模具一般采用兩開模、開放式結構(見圖3)。但隨著產品規格的增大(產品長度尺寸在1 500 mm以上),由于加工問題密封墊片模具從整體式向拼接式發展。模具上、下模的精確定位靠定位銷和導套來實現。對于密封墊片的扣釘以及產品上的日期、材料標志一般都采用鑲塊式設計,便于加工。     3 板式換熱器密封墊片材料的選擇     板式換熱器密封墊片常用材料有丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、氟橡膠、氫化丁腈橡膠。     3·1 丁腈橡膠     丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經乳液共聚而成的聚合物。丁腈橡膠以其優異的耐油性而著稱,同時還具有良好的耐磨性、耐老化性及氣密性,但不適于磷酸脂系列液壓油及含極壓添加劑的齒輪油。常用于板式換熱器密封墊片生產的配方有N302、N308等。     3·2 三元乙丙橡膠     三元乙丙橡膠耐老化、耐臭氧、耐侯、耐熱性好,可在150℃下使用。電絕緣性好,吸水性小,耐化學藥品,耐水蒸氣性能優良,沖擊彈性高,適用于磷酸酯系難燃性液態油中工作,但不適用于礦物系潤滑油和液壓油。常用于板式換熱器密封墊片生產的配方有OE024、E106等。     3·3 氟橡膠     氟橡膠具有高度的化學穩定性、優異的耐高溫性、極好的耐天候老化性能和耐臭氧性能,對氣體的溶解度比較大,但擴散速度卻比較小,所以總體表現出來的透氣性也小。但是其耐低溫性能不好,耐輻射性能較差,且價格昂貴,工藝性差。常用于板式換熱器密封墊片生產的配方有F305、F106等。     3·4 氫化丁腈橡膠     氫化丁腈橡膠是由丁腈橡膠進行特殊加氫處理而得到的一種高度飽和的彈性體。氫化丁腈橡膠具有良好的耐油性能(對燃料油、潤滑油、芳香系溶劑耐抗性良好);并且由于其高度飽和的結構,使其具良好的耐熱性能,優良的耐化學腐蝕性能(對氟利昂、酸、堿具有良好的抗耐性),優異的耐臭氧性能,較高的抗壓縮永久變形性能;同時氫化丁腈橡膠還具有高強度、高撕裂性能、耐磨性能優異等特點,是綜合性能極為出色的橡膠之一。     板式換熱器的使用廣泛,介質從普通水到高粘度的非牛型液體;從含固體小顆粒的物料到含有少量纖維的物料;從水蒸氣到各種氣體;從無腐蝕性到強腐蝕性的各種介質均能處理。板式換熱器墊片材料的選取必須根據介質的使用工況確定。     4·結束語     介紹了板式換熱器墊片模具的設計,該模具在設計時為了方便加工,采用鑲塊設計。整體模具設計合理,模具制造周期短,提高了生產效率,降低了生產成本。該模具在使用過程中操作簡單,能穩定生產出合格的產品。 參考文獻 【1】虞福榮.橡膠模具實用手冊[M].北京:化學工業出版社, 1996. 【2】彭建聲,秦曉剛.模具技術問答機械[M].北京:機械工業出版社, 1994. 【3】模具設計手冊編寫組.模具設計手冊[M].北京:機械工業出版社, 1996.
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