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板式换热器密封垫片的模具设计方法点击：2447 日期：[ 2014-04-26 21:40:01 ] |
| 板式换热器密封垫片的模具设计方法 李翔宇 严 勇 (1·广州机械科学研究院密封研究所 广东广州510700; 2·无锡职业技术学院 江苏无锡214121) 摘要:介绍了板式换热器密封垫片产品的特点,设计了一种实用的橡胶材料模具结构,并探讨了板式换热器密封垫片材料的选择。设计的模具采用镶块设计,模具制造周期短,提高了生产效率。 关键词:橡胶模具;密封垫片;板式换热器 中图分类号: TB42 文献标识码: B 文章编号:0254-0150 (2007) 6-132-2 板式换热器是由不锈钢或钛合金板压制的具有W形或人字形波纹的换热冲压板片,在板片上固定密封垫片,然后叠装在一起,用加紧螺栓紧固而成的一种换热装置。工作流体分别在板片间形成的窄小而曲折的通道中交错流过,冷热流体依次通过流道,靠密封垫片和隔层垫片将流体分开,并通过此板片进行热量交换。 板式换热器具有以下特点: (1)结构紧凑,在传热量相当的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3。同时,板式换热器只需松开夹紧螺栓即可在原空间范围内接触到换热板的全部表面,拆装很方便。 (2)由于板片组中流动的介质在较低雷诺数(Re)时,就能形成湍流,而且光滑的板片上不易生成污垢,因此有非常高的传热效率,在一般的水与水热交换中,板式换热器的传热系数能达到5 000W / (m2·℃)以上,比管壳式换热器要高3~8倍。 (3)由于传热系数高,流量比特性优异加上完全逆向流动,传热温差可以选用得很低,因此非常适合于低位能热量的回收,采用单台板式换热器达到90%以上的热回收率在经济上是可行的。 (4)只有板片边缘暴露于大气中,热损失极小,不需保温。适应性好,易调整,通过改变板片数目和组合方式即可调节换热能力,与变化的热负荷相匹配。 (5)使用一次冲压成型的波纹板片装配而成,金属耗量低,当使用耐蚀材料时,投资成本明显低于其它的换热器。对于非腐蚀性的介质,其价格也具有绝对的竞争力。 因此,板式换热器是一种高效、节能、节约投资的先进的换热设备,目前已广泛应用于电力、化工、冶金、食品、造药等多个行业。板式换热器的密封垫片一旦失效,就会发生泄漏,整个换热设备就要停机维修,所以密封垫片是这个设备的重要元件之一。 1 板式换热器密封垫片的结构特点 板式换热器板片按其换热介质流动形式分为单边流和对角流2种,相对应地,板式换热器密封垫片按换热介质流动形式分为单边流和对角流2种(见图1)。单边流是指从换热板右边角孔流进的换热介质最后从右边的角孔流出,同样地,从左边角孔流进的换热介质最后从左边的角孔流出。对角流就是指换热流体从右边角孔流进而从左边角孔流出,或者从左边角孔流进的流体则从右边角孔流出,呈现对角线的流动方式。从换热效率来说,对角流方式优于单边流,但是采用单边流方式成本相对较低,所以在能满足换热效率的情形下,一般采用单边流形式。 板式换热器密封垫片根据在换热板片上的安装方式,可以分为3种形式(见图2)。 (1)直接粘贴式,就是在密封垫片上涂抹密封胶后,将其直接粘在换热板片的安装槽中。 (2)胶钉镶嵌式,就是换热板片上设计了装配孔,在密封垫片的边上设计有胶钉,将密封垫片放入安装槽后,将胶钉镶嵌在装配孔中。 (3)扣装式,就是在密封垫片的边上设计有扣钉,用扣钉将密封垫片扣装在换热板片上。 对于以上3种方式,粘贴式密封垫片结构简单,加工最为容易,但安装和拆卸相对麻烦。镶嵌式和扣装式密封垫片结构复杂,加工较为麻烦,但安装和拆卸相对容易。 板式换热器密封垫片按产品剖面形状分为对称形和非对称形,对称形一般应用于对角流的板片,上下密封面均为平面,沿水平面对称,可正反安装。非对称形的地面为平面,上密封面可以是平面、曲面、斜面等。 2 板式换热器密封垫片的模具设计 2·1 板式换热器密封垫片尺寸的确定 由于板式换热器多是由国外进口,没有密封垫片的标准尺寸,所以对进口样件尺寸的准确测量是进行模具设计和加工的前提。首先要判断密封垫片的结构形式,确认是单边流还是对角流,确认垫片在板片上的安装形式是粘贴式、镶嵌式还是扣装式,确认密封垫片剖面是对称形还是非对称形。然后再测量样件尺寸,其中几个角孔的中心距是最为关键的尺寸,一定要准确。确定了密封垫片的全部尺寸后,最好能进行纸样核对,以确保密封垫片的尺寸符合板片的安装尺寸。 2·2 板式换热器密封垫片材料收缩率的确定 板式换热器密封垫片都是采用橡胶材料。橡胶的收缩率的确定对于整个模具设计是相当关键的。但橡胶的收缩率是一个变量,橡胶的种类不同收缩率的范围就不同,即使是同一种胶料,受胶料的硬度、硫化温度、硫化时间、硫化压力以及产品尺寸的大小的影响,橡胶收缩率的取值也是不尽相同的。所以,在设计模具之前,要根据垫片的工作条件先确定适用而经济的橡胶材料,再根据产品的尺寸和硫化条件确定胶料的收缩率。在条件允许的情况下,可以选择用既定材料生产一件和样件尺寸相近的密封垫片,测量其收缩率,核对所定的收缩率是否正确,以保证产品尺寸的精确性。 2·3 板式换热器密封垫片的模具结构 针对板式换热器密封垫片的结构,密封垫片模具一般采用两开模、开放式结构(见图3)。但随着产品规格的增大(产品长度尺寸在1 500 mm以上),由于加工问题密封垫片模具从整体式向拼接式发展。模具上、下模的精确定位靠定位销和导套来实现。对于密封垫片的扣钉以及产品上的日期、材料标志一般都采用镶块式设计,便于加工。 3 板式换热器密封垫片材料的选择 板式换热器密封垫片常用材料有丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、氢化丁腈橡胶。 3·1 丁腈橡胶 丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液共聚而成的聚合物。丁腈橡胶以其优异的耐油性而著称,同时还具有良好的耐磨性、耐老化性及气密性,但不适于磷酸脂系列液压油及含极压添加剂的齿轮油。常用于板式换热器密封垫片生产的配方有N302、N308等。 3·2 三元乙丙橡胶 三元乙丙橡胶耐老化、耐臭氧、耐侯、耐热性好,可在150℃下使用。电绝缘性好,吸水性小,耐化学药品,耐水蒸气性能优良,冲击弹性高,适用于磷酸酯系难燃性液态油中工作,但不适用于矿物系润滑油和液压油。常用于板式换热器密封垫片生产的配方有OE024、E106等。 3·3 氟橡胶 氟橡胶具有高度的化学稳定性、优异的耐高温性、极好的耐天候老化性能和耐臭氧性能,对气体的溶解度比较大,但扩散速度却比较小,所以总体表现出来的透气性也小。但是其耐低温性能不好,耐辐射性能较差,且价格昂贵,工艺性差。常用于板式换热器密封垫片生产的配方有F305、F106等。 3·4 氢化丁腈橡胶 氢化丁腈橡胶是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高度饱和的弹性体。氢化丁腈橡胶具有良好的耐油性能(对燃料油、润滑油、芳香系溶剂耐抗性良好);并且由于其高度饱和的结构,使其具良好的耐热性能,优良的耐化学腐蚀性能(对氟利昂、酸、碱具有良好的抗耐性),优异的耐臭氧性能,较高的抗压缩永久变形性能;同时氢化丁腈橡胶还具有高强度、高撕裂性能、耐磨性能优异等特点,是综合性能极为出色的橡胶之一。 板式换热器的使用广泛,介质从普通水到高粘度的非牛型液体;从含固体小颗粒的物料到含有少量纤维的物料;从水蒸气到各种气体;从无腐蚀性到强腐蚀性的各种介质均能处理。板式换热器垫片材料的选取必须根据介质的使用工况确定。 4·结束语 介绍了板式换热器垫片模具的设计,该模具在设计时为了方便加工,采用镶块设计。整体模具设计合理,模具制造周期短,提高了生产效率,降低了生产成本。该模具在使用过程中操作简单,能稳定生产出合格的产品。 参考文献 【1】虞福荣.橡胶模具实用手册[M].北京:化学工业出版社, 1996. 【2】彭建声,秦晓刚.模具技术问答机械[M].北京:机械工业出版社, 1994. 【3】模具设计手册编写组.模具设计手册[M].北京:机械工业出版社, 1996. |
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