楊繼宏

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

郭傳東

（中石油東北煉化工程有限公司吉林機(jī)械制造分公司)

螺旋折流板的加工方法

楊繼宏*

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

郭傳東

（中石油東北煉化工程有限公司吉林機(jī)械制造分公司)

螺旋折流板換熱器已成為目前換熱器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，螺旋折流板的加工制造更是其中的主要工作。分析了螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)，介紹了螺旋折流板的加工方法，設(shè)計(jì)了螺旋折流板加工所用的三種工裝，即平臺(tái)劃線工裝、鉆孔工裝和立車工裝。

螺旋折流板 加工方法 工裝 換熱器 劃線 鉆孔 車削

0 前言

螺旋折流板換熱器的提出基于這樣一種思想：通過改變殼程折流板的布置，使殼程流體呈連續(xù)的螺旋狀流動(dòng)。因此,理想的折流板布置應(yīng)該為連續(xù)的螺旋曲面。但是，螺旋曲面加工困難，而且換熱管與折流板的配合也較難實(shí)現(xiàn)?？紤]到加工上的方便,采用一系列的扇形平面板 (稱之為螺旋折流板)替代曲面相間連接，在殼側(cè)形成近似螺旋面，使殼程流體產(chǎn)生近似連續(xù)螺旋狀流動(dòng)。一般來說，出于加工方面的考慮，一個(gè)螺距取 2～4塊折流板為宜，圖1所示為一個(gè)螺距4塊折流板的管束。

近年來，我國(guó)石化工業(yè)的工藝裝置已經(jīng)越來越多地采用螺旋折流板換熱器。應(yīng)用螺旋折流板換熱器能夠解決弓形折流板換熱器中殼程流體呈 “Z”字形錯(cuò)流，因垂直弓形折流板結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的殼程壓力降大，存在占換熱面積約五分之二的三角死區(qū)、污垢沉積嚴(yán)重、換熱效率低、運(yùn)行周期短等問題,且具有較好的抗腐蝕性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,殼程采用螺旋折流板結(jié)構(gòu)較采用垂直弓形折流板結(jié)構(gòu)確實(shí)具有減少殼程流體壓力降及換熱效率高的優(yōu)勢(shì)。

圖1 螺旋折流板換熱器

1 零件結(jié)構(gòu)及其加工難點(diǎn)分析

2010年中石油東北煉化工程有限公司吉林機(jī)械制造分公司生產(chǎn)的試驗(yàn)項(xiàng)目換熱器中，就有3臺(tái)U形管螺旋折流板換熱器，其加工難點(diǎn)就是螺旋折流板的加工，螺旋傾角分別為7°、13°、25°。螺距為4塊折流板的安裝距離，每塊投影為90°的扇形折流板和殼程軸線呈一定角度首尾相接依次擺放,相鄰兩塊折流板的直邊在頂部交錯(cuò)對(duì)接排列,兩塊相鄰折流板間形成三角形空間，所以每塊折流板的管孔實(shí)際上與折流板平面不是垂直的,而是具有一定夾角 （螺旋傾角），如圖1所示。對(duì)于這種管孔，采用一般的鉆孔方法無法對(duì)其進(jìn)行加工。基于這種情況，我們制作了平臺(tái)劃線、鉆削、車削工序相應(yīng)的工裝。工裝上放置折流板的平面與設(shè)備中折流板的裝配角度是一致的，鉆頭垂直下鉆，它的方向?qū)嶋H上就是換熱管的方向，這樣一來，折流板的鉆孔問題就解決了。該換熱器換熱管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，折流板層數(shù)較多，因此制造難度比較大。在制造過程中，首先應(yīng)設(shè)計(jì)合理的工裝方案，先從小角度開始制作，以便重復(fù)利用材料，然后采取正確的工藝措施加工，這樣才能保證該換熱器制造的順利進(jìn)行。

2 螺旋折流板加工中三種工裝的設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)劃線工裝

為了使螺旋折流板的管孔加工達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求，保證管孔符合設(shè)備裝配的需要，我們首先制作了按其投影方向用來引導(dǎo)鉆頭施鉆的鉆模（見圖2），并在平臺(tái)劃線工序制造了便于螺旋傾角劃線的定位工裝 （見圖3）。經(jīng)裝配固定，使鉆模與水平面成相應(yīng)的螺旋傾斜角，利用劃針劃制底座和鉆模的螺旋傾角加工線和找正線。然后，利用立式車床對(duì)底座和鉆模的螺旋傾角度截面進(jìn)行車削（見圖4），加工出用于約束螺旋折流板傾斜角度的基準(zhǔn)平面，以使鉆孔工序的加工能順利進(jìn)行，從而大幅度提高平臺(tái)劃線工序的施工精度。

2.2 鉆孔工裝

由于折流板的管孔實(shí)際上與折流板平面不是垂直的,而是具有一定夾角。對(duì)于這種管孔，常規(guī)鉆孔工藝是無法施鉆的，鉆孔無疑是螺旋折流板加工的難點(diǎn)。保證折流板的管孔位置是提高換熱器裝配精度的關(guān)鍵，為此我們采取了一些方法來保證管孔的位置精度。對(duì)車削好的鉆模和底座進(jìn)行劃線，確定螺旋折流板在鉆模胎具上的合理放置位置，在此過程中需預(yù)留折流板外圓車削加工余量。劃線結(jié)束后，為了能夠把點(diǎn)焊成摞的折流板準(zhǔn)確地固定在鉆模和底座之間，我們采取在鉆模和底座劃線處分別焊接限位擋塊的方法，對(duì)折流板的轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)等自由度進(jìn)行約束 （見圖5），確定待鉆折流板的放置位置，使工件裝夾牢固可靠，從而保證了每摞折流板的鉆孔角度一致 （見圖6）。

圖2 施鉆的鉆模

圖3 劃線定位工裝

圖4 具有斜面的工裝

2.3 立車工裝

為了更好地提高管板和折流板管孔的相對(duì)位置精度，保證立車工序的施工過程高效、便捷，我們制作了針對(duì)螺旋折流板外圓加工的專用夾具。該專用夾具主要由下管板、角度底座、中心軸、角度套管、加強(qiáng)筋板等構(gòu)成，如圖7所示。

圖5 鉆模上的限位擋塊

圖6 工裝與折流板

圖7 專用夾具結(jié)構(gòu)

在此工裝中，下管板按換熱器實(shí)際管板加工而成，夾具的每根雙頭螺栓在裝夾過程中均經(jīng)下管板和折流板相應(yīng)管孔加以預(yù)緊，從而大大地提高了管板與折流板管孔之間的相對(duì)位置精度，保證了車削工序的順利進(jìn)行 （見圖8）。

由于立車的加工特性，要求工裝具有一定的剛性和強(qiáng)度。為了提高折流板裝夾的可靠性，利用成型鋼板和筋板通過焊接制作了角度底座 （見圖9）。

兩個(gè)角度筋板使折流板的裝夾面呈相應(yīng)的螺旋傾角，從而解決了折流板的角度裝夾精度。

為了控制工裝的裝配精度，加工出定位中心軸（見圖10），中心軸限制住了下管板的中心孔與角度底座定位孔 （即折流板擋管孔處）的平移，從而使折流板的外圓加工精度得到了更好的保證。

圖8 立車用專用夾具

圖9 角度底座

圖10 定位中心軸

圖11 角度套管

加工過程中因?yàn)槁菪哿靼迮c水平面成一定夾角 （使用角度），螺栓的預(yù)緊十分困難。為了更好地提高預(yù)緊力，消除不安全因素，制作了角度套管（見圖11），用于補(bǔ)償由折流板的角度因素造成的高度差，從而保證了足夠高的螺栓預(yù)緊力（見圖12）。

圖12 螺栓預(yù)緊

3 結(jié)語

螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)新穎、制造難度大、技術(shù)要求高。在制造過程中，由于采取了合理的制造工藝，并嚴(yán)格控制每道工序的施工，利用CAD設(shè)計(jì)了多組工裝，直觀明了，解決了該設(shè)備的管束制造難點(diǎn)，使該設(shè)備的制造按標(biāo)準(zhǔn)及圖紙的技術(shù)要求得以順利進(jìn)行，各項(xiàng)檢查結(jié)果均滿足裝配要求。

[1]GB 151—1999.管殼式換熱器 [S].

[2]金躍，王學(xué)，李明義.連續(xù)性螺旋折流板式換熱器的制造 [J].石油煉制與化工，2002（8）.

Machining Process of Helical Baffle

Yang Jihong Guo Chuandong

Heat exchanger with helical baffle has become a hot point in research of heat exchanger,and the manufacture of helical baffle is a key work.Analyzes the structure of heat exchanger with helical baffle,introduces the machining process of helical baffle,and designs 3 tooling methods of helical baffle processing,namely platform scribing tooling,drilling tooling and vertical lathe tooling.

Helical baffle;Machining process;Tooling;Heat exchanger;Scribing;Drilling;Lathe cutting

TQ 050.6

2012-04-25）

*楊繼宏，男，1970年生，碩士，副教授。吉林市，132021。