螺旋折流板的加工方法

楊繼宏

（吉林電子信息職業技術學院）

郭傳東

（中石油東北煉化工程有限公司吉林機械制造分公司)

螺旋折流板的加工方法

楊繼宏*

（吉林電子信息職業技術學院）

郭傳東

（中石油東北煉化工程有限公司吉林機械制造分公司)

螺旋折流板換熱器已成為目前換熱器研究領域的熱點，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構，介紹了螺旋折流板的加工方法，設計了螺旋折流板加工所用的三種工裝，即平臺劃線工裝、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，使殼程流體呈連續的螺旋狀流動。因此,理想的折流板布置應該為連續的螺旋曲面。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現。考慮到加工上的方便,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，在殼側形成近似螺旋面，使殼程流體產生近似連續螺旋狀流動。一般來說，出于加工方面的考慮，一個螺距取 2～4塊折流板為宜，圖1所示為一個螺距4塊折流板的管束。

近年來，我國石化工業的工藝裝置已經越來越多地采用螺旋折流板換熱器。應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”字形錯流，因垂直弓形折流板結構導致的殼程壓力降大，存在占換熱面積約五分之二的三角死區、污垢沉積嚴重、換熱效率低、運行周期短等問題,且具有較好的抗腐蝕性能。試驗結果表明,殼程采用螺旋折流板結構較采用垂直弓形折流板結構確實具有減少殼程流體壓力降及換熱效率高的優勢。

圖1 螺旋折流板換熱器

1 零件結構及其加工難點分析

2010年中石油東北煉化工程有限公司吉林機械制造分公司生產的試驗項目換熱器中，就有3臺U形管螺旋折流板換熱器，其加工難點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對接排列,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。對于這種管孔，采用一般的鉆孔方法無法對其進行加工。基于這種情況，我們制作了平臺劃線、鉆削、車削工序相應的工裝。工裝上放置折流板的平面與設備中折流板的裝配角度是一致的，鉆頭垂直下鉆，它的方向實際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。該換熱器換熱管長度較長，折流板層數較多，因此制造難度比較大。在制造過程中，首先應設計合理的工裝方案，先從小角度開始制作，以便重復利用材料，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行。

2 螺旋折流板加工中三種工裝的設計

2.1 平臺劃線工裝

為了使螺旋折流板的管孔加工達到設計圖紙的技術要求，保證管孔符合設備裝配的需要，我們首先制作了按其投影方向用來引導鉆頭施鉆的鉆模（見圖2），并在平臺劃線工序制造了便于螺旋傾角劃線的定位工裝 （見圖3）。經裝配固定，使鉆模與水平面成相應的螺旋傾斜角，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，利用立式車床對底座和鉆模的螺旋傾角度截面進行車削（見圖4），加工出用于約束螺旋折流板傾斜角度的基準平面，以使鉆孔工序的加工能順利進行，從而大幅度提高平臺劃線工序的施工精度。

2.2 鉆孔工裝

由于折流板的管孔實際上與折流板平面不是垂直的,而是具有一定夾角。對于這種管孔，常規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。保證折流板的管孔位置是提高換熱器裝配精度的關鍵，為此我們采取了一些方法來保證管孔的位置精度。對車削好的鉆模和底座進行劃線，確定螺旋折流板在鉆模胎具上的合理放置位置，在此過程中需預留折流板外圓車削加工余量。劃線結束后，為了能夠把點焊成摞的折流板準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，對折流板的轉動、滑動等自由度進行約束 （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、加強筋板等構成，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 專用夾具結構

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

兩個角度筋板使折流板的裝夾面呈相應的螺旋傾角，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

加工過程中因為螺旋折流板與水平面成一定夾角 （使用角度），螺栓的預緊十分困難。為了更好地提高預緊力，消除不安全因素，制作了角度套管（見圖11），用于補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緊力（見圖12）。

圖12 螺栓預緊

3 結語

螺旋折流板換熱器結構新穎、制造難度大、技術要求高。在制造過程中，由于采取了合理的制造工藝，并嚴格控制每道工序的施工，利用CAD設計了多組工裝，直觀明了，解決了該設備的管束制造難點，使該設備的制造按標準及圖紙的技術要求得以順利進行，各項檢查結果均滿足裝配要求。

[1]GB 151—1999.管殼式換熱器 [S].

[2]金躍，王學，李明義.連續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。