螺旋板式換熱器強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核
螺旋板換熱器操作時(shí),其相鄰兩通道的壓力往往是不相同的,兩側(cè)的壓力差就是作用在螺旋板上的載荷。當(dāng)螺旋板的曲率半徑遠(yuǎn)大于定距柱的間距時(shí),計(jì)算螺旋板的應(yīng)力與位移問(wèn)題就簡(jiǎn)化成一個(gè)有一系列點(diǎn)支撐的板的彎曲問(wèn)題,再根據(jù)螺旋板的特點(diǎn)加以修正得出其強(qiáng)度和剛度計(jì)算公式。
(1)螺旋板:螺旋板同時(shí)受到內(nèi)壓和外壓的作用,需要考慮其內(nèi)壓強(qiáng)度問(wèn)題及外壓穩(wěn)定性問(wèn)題。有定距柱支撐的螺旋板在凸面受壓的情況下,當(dāng)達(dá)到臨界壓力時(shí),螺旋板將喪失穩(wěn)定性。螺旋板失穩(wěn)將產(chǎn)生如下不良后果:螺旋板通道局部變窄,甚至堵塞,阻力急劇上升;在內(nèi)、外壓反復(fù)作用下,螺旋板產(chǎn)生裂縫;螺旋板失穩(wěn)的大變形波及換熱器端部,使端面密封失效。螺旋板校核時(shí)的計(jì)算壓力應(yīng)取條件最苛刻的工況,即可能出現(xiàn)的******壓差,除非能保證設(shè)備在整個(gè)過(guò)程中兩通道的壓差不大于一定數(shù)值,也可以將該數(shù)值作為計(jì)算壓力。
(2)定距柱:可用定距泡代替定距柱,使用定距泡將使應(yīng)力集中減小,應(yīng)力分布較為均勻,其缺點(diǎn)是繞度較大、剛度較差。
(3)內(nèi)圈板與支撐環(huán):一般內(nèi)圈板厚度應(yīng)不小于螺旋板厚度,必要時(shí)可以采用過(guò)渡段加厚的型式。內(nèi)圈板受內(nèi)壓和外壓的作用,校核外壓時(shí)應(yīng)考慮支撐環(huán)的慣性矩是否滿足最小慣性矩要求從而起到加強(qiáng)作用減小計(jì)算外壓長(zhǎng)度。
螺旋板式換熱器的制造工序過(guò)程大致如下:放樣、下料-拼接-無(wú)損檢測(cè)-焊定距柱-卷制螺旋體-焊接螺旋通道-裝配-金加工-總裝-壓力試驗(yàn)-后處理-成品出廠。
在制造過(guò)程中,有以下幾點(diǎn)值得注意:
(1)螺旋板:螺旋板板面的缺陷如硬折波紋、鐮刀彎,以及下料的板邊(國(guó)內(nèi)一般是氣割)質(zhì)量對(duì)對(duì)螺旋體的卷制有較大影響。拼板的對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè),且必須采用全焊透結(jié)構(gòu),對(duì)接焊縫的余高應(yīng)及時(shí)磨平,防止板面翹曲及使用中的應(yīng)力腐蝕。
(2)定距柱:定距柱一端應(yīng)有1~2X45°的倒角很重要,因?yàn)槎ň嘀鶖?shù)量很多且螺旋板板面不可能完全平整,定距柱與螺旋板點(diǎn)焊時(shí)難免有少數(shù)定距柱發(fā)生歪斜,其周邊若沒(méi)有倒角,很容易割傷螺旋板;定距柱高度偏差應(yīng)為正偏差0~0.3mm,因?yàn)槿绻ň嘀庸び胸?fù)偏差存在,螺旋體卷制成形時(shí),定距柱與螺旋體之間不能切實(shí)貼合,甚至有成排的定距柱沒(méi)有支撐螺旋板,削弱了定距柱增強(qiáng)螺旋體強(qiáng)度和剛度的作用;由于螺旋板較薄,定距柱與螺旋板點(diǎn)焊時(shí)應(yīng)特別注意控制焊接質(zhì)量,保證螺旋體卷制時(shí)不脫落,要注意引弧和收弧時(shí)不要造成板面咬肉現(xiàn)象發(fā)生,且定距柱點(diǎn)焊完畢后一定要仔細(xì)檢查缺陷,及時(shí)補(bǔ)救,以免造成設(shè)備完工后泄漏維修帶來(lái)的麻煩。
(3)圓鋼:螺旋板式換熱器端面密封用圓鋼一般都是幾根圓鋼銜接來(lái)填充一個(gè)螺旋通道,圓鋼硬折處應(yīng)校直,表面的浮銹應(yīng)清除;圓鋼直徑大于14mm時(shí),其剛性較大,螺旋體卷制過(guò)程中內(nèi)圈與胎膜貼合不好,此時(shí)圓鋼始端的退火長(zhǎng)度以大于500mm為宜;圓鋼也可用板條替代。
(4)中心隔板:中心隔板的尺寸小了會(huì)影響與螺旋板的焊接質(zhì)量,大了會(huì)增大介質(zhì)流動(dòng)的局部阻力,其寬度的允許偏差應(yīng)嚴(yán)格控制,一般0-1mm;中心隔板與螺旋板的連接處是螺旋板式換熱器的重要安全隱患,無(wú)法返修,因此一定要控制好其焊接質(zhì)量,為了消除加載和卸載的周期性作用對(duì)焊縫的損壞,可采用改進(jìn)型的中心隔板結(jié)構(gòu)(5)支撐環(huán):支撐環(huán)與內(nèi)圈板(中心管)的緊密貼合,起到加強(qiáng)內(nèi)圈板強(qiáng)度與剛度的作用,為了保證它們之間的貼合,支撐環(huán)半徑最好根據(jù)內(nèi)圈板(中心管)的實(shí)測(cè)內(nèi)徑制作,有條件時(shí)應(yīng)將支撐環(huán)與內(nèi)圈板完全焊牢。