蜂窝螺旋板换热器螺旋板凹坑结构强度研究.pdf

设计计算
蜂窝螺旋板换热器螺旋板凹坑结构强度硏究
宋虎堂,李培宁,王辰,周帼彦,轩福贞
(华东理工大学,上海200237)
摘要:通过对蜂窝紧凑结枃螺漩板换热器蜂窝板凹坑结构强度的硏究,将一个受力结构十分复杂
的蜂窝螺旋板简化为可进行カ学分析的物理模型,提出了2套蜂窝螺旋板结构强度设计计算方法,
并给出了这种结构板的失效机理及失效形恋,为工程应用提供了有效的手段。
关键词:螺旋板换热器;蜂窝式;结构强度;极限载荷
中图分类号:19051.5;T0S0.2文献标识码:A文章编号:1(001-4837(2010)05-0015-06
doi:10.3969/j.issa.1001-4837.2010.05.004
Study on the Concave Pit Structural Strength of Dimple Spiral Plate
for Honeycomb Type Spiral Plate Exchangers
SONG Hu-tang, L Pei -ning, WANG Chen, ZHOU Guo-yan, XUAN Fu-zhen
( East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China
Abstract: By studying on the structural strength of dimple spiral plate, the complex stressed structure can
be simplified as an analyzable mechanical model. And then, two kinds of design method are proposed for
calculating the structural strength of dimple spiral plate. The destructive mechanism of the dimple plate is
studied. This method provides effective means for engineering application
Key words: spiral plate heat exchanger; structural strength honeycomb type; ultimate loa
引言
蜂窝螺旋板之间受力状态分析
蜂窝紧凑结构螺旋板换热器是新开发的一种
蜂窝螺旋板换热器和普運螺旋板换热器不同
高效、紧凑结构换热器,具有独特的结构特点的是层板间是通过成千上万只凹坑相互贴紧的。
及优越的性能,它与常规螺旋板换热器的主要区在工作状态下,一通道为低压介质(以涂黑通道
别是内部蜂窝螺旋板结构,蜂窝螺旋板实际的受表示),另一通道为高压介质,如图1所示。由于
力情况是很复杂的,至今未见有关此结构的强度介质压力作用,两相邻半径的高压介质的流体将
分析和计算方法的报道
迫使低压介质两侧的2层板贴压得更紧,而高压
文中的目的是通过对蜂窝螺旋板换热器各层介质两侧板的贴合程度将有所松弛。因螺旋板螺
螺旋板之间受力分析,取得蜂窝螺旋板强度分析旋半径远大于板间距及板厚,可以将图1中涂黑
用受力简化力学模型,探寻这种结构强度设计计部分的蛇状螺旋板展开成图2所示的双板力学模
算方法。
型,且平板结构受力比圆筒形危险,这种简化研
CPVT
蜂窝螺旋板换热器螺旋板凹坑结构强度研究
Vol27.No52010
究是偏于安全的。
上板的1个局部单元,单元与单元之间是紧密相
连的,所以计算时正方形单元板的所有边缘的边
低压
高压
界条件应是转角为零;F为另一板对它的作用力,
板在该处的挠度为零,无F作用的板边的位移
即挠度)则没有约束,是自由的。
?」蜂窝螺旋板换热器示意
上板
2下板
图2蜂窝紧湊鑚构螺旋板的双板力学模型
层板的受力状态可以简化为:相互叠放在
(a)蜂窝受内压的上板
起的2块蜂窝平板组合件,设组合件的上、下板的
阴影部分表示下板对上板的反作用力)
外侧均承受高压介质的压力,两板间的低压介质
压力为零。虽然实际工况中,由于高压介质两侧
的板不可能相互完全脱离接触,但由于卷制中所
产生的接触压力比介质压力所产生的压紧力要大
得多,因而忽略这部分接触力不会对板强度的受
力分析产生明显的影响。设低压介质压力等于
零,可以获得较保守的强度计算结果。在工作压
力作用下,两板相互压紧在一起,上下板所有凹坑
均向下凸出,对凹坑向下的上板来说,凹坑承受的
是高压侧介质的内压,而凹坑的顶部受到相应的
反作用力,如图3(a)所示;对凹坑向下的下板来
说,凹坑承受的是高压介质外压,上板对下板的反
作用力作用于板平面上,方向是向下的,如图3
(b)蜂窝受外压的下板
(b)所示。这里仅给出一个蜂窝单元结构的板模
(阴影部分表示上板对下板的反作用力)
型受力情况,而且是最恶劣的受力情况,以便于进
图3蜂窝紧凑螺旋板换热器蜂窝单元的上下板
行保守的力分析和强度计算。但应注意的是:图
的单板受力模型
3(a)及(b)均是将凹坑蜂窝的中心放在单元模型
下板与上板略有不同,以图3(b)为例,4个
的中心。以图3(a)为例,如凹坑中心距为L,则凹坑中心分别置于模型的4个角,每个角上只绘
板上受的压力p所产生的载荷等于pZ2,上板受到出14的蜂窝,图中仅示出了上板蜂窝顶对下板
下板的反作用力也必然等于ル2;如与下板接触作用力F的中心处于下板几何中心处的情况。
的蜂窝顶面积为x2,则均布的反力F4,从由于上下板是螺旋绕制的,缠绕半径不同且不断
变化,如果挠板长度的方向与图中的垂直线方向
而可以进行上板的有限元分析。由于该模型仅是一致,作用力F的中心位置应是沿竖的中心线不