一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机制造技术

本发明专利技术属于PCHE换热器领域，具体涉及一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机，所述试验样机包括自上而下依次布置的上盖板、流道系统和下盖板；所述流道系统包括一个或者多个流道单元，所述流道单元包括两侧的端板区域和中间的流道区域，所述端板区域上设有缺口，所述流道区域两端分别位于缺口内且流道区域与缺口底部之间留有间隙，所述端板区域上、下板面分别与上盖板、下盖板连接在一起，所述间隙与上盖板、下盖板共同形成腔体。本发明专利技术的有益效果是：通过结构简单、经济实用的试验样机准确测定PCHE换热器芯体结构的极限载荷，为PCHE换热器芯体结构的设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机
本专利技术属于PCHE换热器领域，具体涉及一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机。
技术介绍
PCHE换热器是一种近年来发展起来的新型紧凑式换热器。这种换热器具有结构紧凑、换热效率高、耐高温、耐高压等优点，在LNG浮式储存和再汽化领域，核电、火电等布雷顿循环发电领域，制氢、储氢和充氢等领域将会有广泛的应用。但目前针对这种类型的换热器并没有相应的结构设计标准，尤其是芯体结构部分，目前只能根据简化模型公式或有限元的方法对芯体结构的应力进行计算并参照传统压力容器的设计思路(包括焊接接头系数取值、安全系数的取值以及应力评定方法等)对芯体结构进行设计，但PCHE换热器芯体结构与传统的压力容器设备不管在制造工艺还是结构形式上都有很大的差别。综上所述，PCHE换热器芯体结构应力计算方法和计算模型以及设计思路的合理性都有待进一步确认。
技术实现思路
为保证PCHE换热器芯体结构的安全性并兼顾其经济性，本专利技术提供了一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机，为PCHE换热器芯体结构的设计提供参考。本专利技术提供了如下的技术方案：一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机，所述试验样机包括自上而下依次布置的上盖板、流道系统和下盖板；所述流道系统包括一个或者多个自上而下依次贴合的流道单元，所述流道单元包括两侧的端板区域和中间的流道区域，所述端板区域上设有缺口，所述流道区域两端分别位于缺口内且流道区域与缺口底部之间留有间隙；顶部流道单元的端板区域的上板面与上盖板、底部流道单元的端板区域的下板面与下盖板分别连接在一起，，所述端板区域、流道区域与上盖板、下盖板共同形成腔体；所述端板区域中设有连通腔体的通孔，所述流道区域沿长度方向设有多条相互平行的凹槽，相邻凹槽之间具有中间肋，位于流道区域宽度方向两侧的凹槽各有一条边肋，所述中间肋、边肋与相邻的流道区域下表面或者上盖板连接在一起，所述凹槽与相邻流道区域的下表面或者上盖板共同形成流道，所述流道两端分别与腔体连通；所述试验样机还包括介质入口接管、试验压力测量管一和试验压力测量管二，所述介质入口接管、试验压力测量管一分别与流道系统中的一侧端板区域上的通孔连接，所述试验压力测量管二与流道系统中的另一侧端板区域上的通孔连接。优选的，所述试验样机还包括用于位移测量的位移测量传感器，所述位移测量传感器固定在上盖板或者下盖板外表面中心处。优选的，同一流道单元中的两端板区域和流道区域通过在同一张板片上蚀刻成型或机加工成型，相邻的流道单元之间以及流道系统分别与上盖板、下盖板之间通过扩散焊一次性焊接成整体。优选的，所述介质入口接管、试验压力测量管一和试验压力测量管二均通过全焊透的方式焊接在端板区域通孔处。优选的，端板上所述缺口两侧的板面宽度S4至少为中间肋宽度的10倍优选的，所述边肋的宽度为0.5倍中间肋宽度加上1-3倍的流道加工精度。本专利技术的有益效果是：通过结构简单、经济实用的试验样机准确测定PCHE换热器芯体结构的极限载荷，为PCHE换热器芯体结构的设计提供参考。附图说明图1是试验样机结构示意图；图2是流道单元结构示意图一；图3是流道单元局部放大图；图4是流道单元结构示意图二；图5是试验样机中流道单元处于中间位置处的流道所承受的应力值与流道数量的关系图；图6是端板缺口与流道板连接处的应力值与流道单元结构尺寸S2大小的关系图；图7是上盖板、下盖板厚度为1.5mm时，试验样机在极限荷载下的应力分布及变形情况；图8是上盖板、下盖板厚度为1.5mm时，试验样机在极限荷载下的应力分布及变形情况；图9是试验样机极限荷载与流道单元结构尺寸S5大小的关系；图10是介质入口接管、压力测量管一和压力测量管二的应力分布及应力评定位置图。附图中标记的含义如下：1-上盖板2-流道单元21-端板区域22-流道区域221-凹槽222-中间肋223-边肋3-下盖板4-介质入口接管5-压力测量管一6-压力测量管二7-位移测量传感器具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做具体说明。某PCHE换热器芯体为例，其流道单元厚度位1.5mm，流道半径为0.9mm，中间肋宽为0.4mm，设计压力为21.3MPa，芯体结构材料为S30408奥氏体不锈钢，以该PCHE换热器为例，说明其芯体结构极限载荷试验样机的设计方法。实施例1如图1-4所示，一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机，所述试验样机包括自上而下依次布置的上盖板1、流道系统和下盖板3；所述流道系统包括一个或者多个自上而下依次贴合的流道单元，所述流道单元2包括两侧的端板区域21和中间的流道区域22，所述端板区域21上设有缺口，所述流道区域22两端分别位于缺口内且流道区域22与缺口底部之间留有间隙23；顶部流道单元2的端板区域21的上板面与上盖板1、底部流道单元2的端板区域21的下板面与下盖板1分别连接在一起，所述端板区域21、流道区域22与上盖板1、下盖板3共同形成腔体；本专利技术的流道单元2可以设置为一个，也可以设置为多个，当设置成多个时，多个流道单元2并列设置并通过扩散焊焊接成一个整体；所述端板区域21中设有连通腔体的通孔，所述流道区域22沿长度方向设有多条相互平行的凹槽221，相邻凹槽221之间具有中间肋222，位于流道区域22宽度方向两侧的凹槽221各有一条边肋223，所述中间肋222、边肋223与相邻流道区域22下表面或者上盖板1连接在一起，所述凹槽221与相邻流道区域22下表面或者上盖板1共同形成流道，所述流道两端分别与腔体连通；所述试验样机还包括介质入口接管4、试验压力测量管一5和试验压力测量管二6，所述介质入口接管4、试验压力测量管一5分别与流道系统中的一侧端板区域21上的通孔连接，所述试验压力测量管二5与流道系统中的另一侧端板区域21上的通孔连接。在两侧各设一个压力测量管是为了避免流道内部堵塞而未被发现，在试验中只有两个压力测量管上的压力表压力一致才可以进行试验。实施例2在实施例1的基础上，所述试验样机还包括用于位移测量的位移测量传感器7，所述位移测量传感器7固定在上盖板1或者下盖板3外表面中心处，用于测量上盖板或下盖板外表面中心处位移。同一流道单元2中的两端板区域21和流道区域22通过在同一张板片上蚀刻成型或机加工成型，相邻的流道单元2之间以及流道系统分别与上盖板1、下盖板3之间通过扩散焊一次性焊接成整体。所述介质入口接管、压力测量管一和压力测量管二均通过全焊透的方式焊接在端板通孔处。端板上所述缺口两侧的板面宽度S4至少为中间肋宽度的10倍。所述边肋的宽度为0.5倍中间肋宽度加上1-3倍的流道加工精度。实施例3在实施例2的基础上，一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机的设计方法，包括如下步骤，任一所述端板区域211均由围合成凹槽状的封板部分211和两个翼板部分212构成，所述封板部分211呈矩形状；两所述翼板部分212的底边与所述封板部分211的同一侧宽边相连为一体，且所述翼板部分212沿着封板部分211的窄边方向的中线对称分布；S1：所述封板部分211的窄边方向的宽度；S2：流道区域22与任一翼板部分212的焊接长度；S3：缺口的沿流道长度方向的宽度；S4：翼板部分212的沿垂直于流道长度方向的宽度；S5：流道区域22的去掉两端与翼板部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机，其特征在于，所述试验样机包括自上而下依次布置的上盖板(1)、流道系统和下盖板(3)；所述流道系统包括一个或者多个自上而下依次贴合的流道单元(2)，所述流道单元(2)包括两侧的端板区域(21)和中间的流道区域(22)，所述端板区域(21)上设有缺口，所述流道区域(22)两端分别位于缺口内且流道区域(22)与缺口底部之间留有间隙(23)；顶部流道单元(2)的端板区域(21)的上板面与上盖板(1)、底部流道单元(2)的端板区域(21)的下板面与下盖板(1)分别连接在一起，所述端板区域(21)、流道区域(22)与上盖板(1)、下盖板(3)共同形成腔体；所述端板区域(21)中设有连通腔体的通孔，所述流道区域(22)沿长度方向设有多条相互平行的凹槽(221)，相邻凹槽(221)之间具有中间肋(222)，位于流道区域(22)宽度方向两侧的凹槽(221)各有一条边肋(223)，所述中间肋(222)、边肋(223)与相邻的流道区域(22)下表面或者上盖板(1)连接在一起，，所述凹槽(221)与相邻流道区域(22)下表面或者上盖板(1)共同形成流道，所述流道两端分别与腔体连通；所述试验样机还包括介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)和试验压力测量管二(6)，所述介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)分别与流道系统中的一侧端板区域(21)上的通孔连接，所述实验压力测量管二(6)与流道系统中的另一侧端板区域(21)上的通孔连接。...

【技术特征摘要】
1.一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机，其特征在于，所述试验样机包括自上而下依次布置的上盖板(1)、流道系统和下盖板(3)；所述流道系统包括一个或者多个自上而下依次贴合的流道单元(2)，所述流道单元(2)包括两侧的端板区域(21)和中间的流道区域(22)，所述端板区域(21)上设有缺口，所述流道区域(22)两端分别位于缺口内且流道区域(22)与缺口底部之间留有间隙(23)；顶部流道单元(2)的端板区域(21)的上板面与上盖板(1)、底部流道单元(2)的端板区域(21)的下板面与下盖板(1)分别连接在一起，所述端板区域(21)、流道区域(22)与上盖板(1)、下盖板(3)共同形成腔体；所述端板区域(21)中设有连通腔体的通孔，所述流道区域(22)沿长度方向设有多条相互平行的凹槽(221)，相邻凹槽(221)之间具有中间肋(222)，位于流道区域(22)宽度方向两侧的凹槽(221)各有一条边肋(223)，所述中间肋(222)、边肋(223)与相邻的流道区域(22)下表面或者上盖板(1)连接在一起，，所述凹槽(221)与相邻流道区域(22)下表面或者上盖板(1)共同形成流道，所述流道两端分别与腔体连通；所述试验样机还包括介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)和试验压力测量管二(6)，所述介...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永东，姚志燕，吴晓红，于改革，刘孝根，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34