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壓力機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器，板式冷卻器計(jì)算選型
換熱器的強(qiáng)度和傳熱速率的計(jì)算
換熱器的主要作用是利用汽輪機(jī)做功后的蒸汽加熱供暖用的循環(huán)水，從而使蒸汽冷卻后變成水再回用。現(xiàn)行使用的熱網(wǎng)換熱器一般都采用管殼式結(jié)構(gòu)，常用的換熱管為冷拔鋼管。由于熱網(wǎng)系統(tǒng)中的循環(huán)水只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的軟化和過(guò)濾處理，所以極易在換熱器的換熱管內(nèi)壁結(jié)垢，這樣就大大降低了傳熱效率，通常半年至一年設(shè)備就要清理一次。用波紋換熱管制造熱網(wǎng)換熱器，極大地改善了管內(nèi)結(jié)垢狀況，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行使用，效果良好。
1 用波紋管制造熱網(wǎng)換熱器的依據(jù)
1.1 流體在管子內(nèi)外的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)兩側(cè)流體之間傳熱的影響
1.1.1 流體在管子內(nèi)的流動(dòng)型態(tài)
通常當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)可分為層流、湍流和過(guò)渡流三種流動(dòng)狀態(tài)。每種流動(dòng)狀態(tài)都會(huì)在靠近管壁處形成邊界層（邊界層又分為層流、湍流、過(guò)渡流三種流動(dòng)狀態(tài)）。這是因?yàn)榱黧w具有粘滯性、潤(rùn)濕性的結(jié)果，即使是湍流邊界層，在靠近管壁面仍存在一極薄的滯流內(nèi)層，此層內(nèi)流體的流動(dòng)仍為層流。
1.1.2 流體在換熱器管間的流動(dòng)狀況
通常采用的列管式換熱器都帶有折流擋板，流體在管間流動(dòng)時(shí)，流向和流速均不斷變化，因而在Re(雷諾準(zhǔn)數(shù))>100時(shí)即可能(推薦：太陽(yáng)能)達(dá)到湍流，所以一般按湍流考慮。
1.1.3 無(wú)相變的流體在管子內(nèi)外的傳熱情況
在管兩側(cè)緊貼壁面的滯流內(nèi)層中，沿壁面的法線方向上沒(méi)有對(duì)流傳熱，該方向上熱量的傳遞僅為流體的熱傳導(dǎo)。由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，使滯流內(nèi)層中的導(dǎo)熱熱阻就很大。假設(shè)管壁兩側(cè)的流體為湍流流動(dòng)，在管壁兩側(cè)的湍流主體中，因流體質(zhì)點(diǎn)劇烈混合并充滿旋渦，所以湍流主體中的溫度差（溫度梯度）極小，各處溫度基本相同。在湍流主體和滯流內(nèi)層之間的緩沖層中，熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱均起作用，在該層內(nèi)溫度發(fā)生緩慢的變化。如圖1所示。若管壁兩側(cè)的流體為層流流動(dòng)，則在層流主體中，沿壁面的法線方向上的熱量傳遞只是流體的熱傳導(dǎo)，詳情可參考滯流內(nèi)層中的傳熱情況。
從以上分析可知，對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在滯流內(nèi)層中，因此減薄滯流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的重要途徑。
1.1.4 波紋管內(nèi)外兩側(cè)流體（外側(cè)的流體有相變）之間的傳熱分析。
在波紋管內(nèi)側(cè)，當(dāng)流體由縮徑處進(jìn)入擴(kuò)徑處時(shí)會(huì)發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，此時(shí)在擴(kuò)徑處產(chǎn)生流體空白區(qū)，一部分流體會(huì)倒流回來(lái)填充空白區(qū)，這樣在擴(kuò)徑腔內(nèi)產(chǎn)生流向相反的兩種流體，即而形成旋渦，如圖2所示。由于旋渦的存在，加劇了流體質(zhì)點(diǎn)之間的碰撞，極大地破壞了邊界層和滯流內(nèi)層，使其厚度減薄，減少了滯流內(nèi)層的熱阻，同時(shí)減輕了污垢在管內(nèi)壁的沉積，這樣就大大地提高了內(nèi)側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。
在波紋管外側(cè)，由于波紋管表面的凸起和凹陷改變了冷凝液膜的薄厚分布，如圖3所示。在擴(kuò)徑處外部液膜厚度極薄，此處對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光滑管外部凝結(jié)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)，在縮徑處外部液膜厚度較厚，該處對(duì)流傳熱系數(shù)較光滑管外部凝結(jié)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)略小一些，不過(guò)總的平均對(duì)流傳熱系數(shù)比光滑管大得多。
1.2 換熱器總傳熱系數(shù)K0值的計(jì)算及其影響因素
以管子外壁為基準(zhǔn)的列管換熱器的總傳熱系數(shù)K0值按如下公式計(jì)算
Ko為總傳熱系 W/(m2.℃)
ai為管內(nèi)側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)數(shù) W/(m2.℃)
a0為管內(nèi)側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)數(shù) W/(m2.℃)m2。
b為管壁厚度℃ m
di為管內(nèi)徑 m
do為管外徑 m
dm為管中徑 m
Rsi為管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻 m2.℃/W
Rso為管外側(cè)的污垢熱 m2.℃/W
λ為管子導(dǎo)熱系數(shù) W/(m2.℃)
一般(管壁熱阻)較小，Rso(蒸汽側(cè)污垢熱阻)也不大，這兩項(xiàng)對(duì)Ko值的影響不明顯，因此ai、ao、Rsi是決定Ko值的主要因素。當(dāng)ai、ao增大Rsi減小時(shí)Ko值增大，反之Ko值則減小。
對(duì)于波紋管式換熱器，ai、ao較大，Rsi很小，可使波紋管換熱器總傳熱系數(shù)Ko為光滑管換熱器Ko的兩倍多。
1.3 總傳熱系數(shù)Ko對(duì)換熱器傳熱速率的影響
換熱器的傳熱速率可用如下公式計(jì)算
Q=KoSo△tm
Q為傳熱速 W
K0率為總傳熱系數(shù)（以管外壁為基準(zhǔn)） W/(m2.℃)m2
So為傳熱面積（以管外壁為基準(zhǔn)) m2
當(dāng)△tm不變（冷熱流體進(jìn)出口溫度不變）、So也不變時(shí)，Q與Ko成正比。
對(duì)于波紋管式換熱器，在△tm、So相同的情況下，傳熱速率比光滑管換熱器的傳熱速率大一倍多，即換熱器的處理量增大一倍多。
2 波紋管式熱網(wǎng)換熱器的設(shè)計(jì)
2.1 管殼式熱網(wǎng)換熱器的型式選擇
采用浮頭式結(jié)構(gòu)，可有效地消除管子與殼體之間的溫差應(yīng)力，還可以利用原換熱器的殼體和上下管箱部分。如圖4所示。
1.上管箱2.殼體3.管系4.下管箱5.浮頭蓋
2.2 熱網(wǎng)換熱器波紋管型式的選取
用于熱網(wǎng)換熱器的波紋管主要有兩種型式。如圖5、圖6所示
波紋管具有穿管容易、更換管方便的優(yōu)點(diǎn)，有利于設(shè)備的檢修。圖6中的波紋管具有排管間距小的優(yōu)點(diǎn)，在保證設(shè)備傳熱面積不變的情況下，可使設(shè)備體積減小、重量減輕從而降低制造成本。本設(shè)計(jì)因排管空間所限，故采用圖6型式。
2.3 波紋管折流板(兼支撐板）形式的選擇
本加熱器采用單弓形折流板并兼支撐板。
支撐板的厚度一定要大于波紋管的波距，否則當(dāng)支撐板處在波紋管縮徑處時(shí)，如圖7,會(huì)因管子與孔之間間隙過(guò)大而出現(xiàn)管子振顫現(xiàn)象，影響設(shè)備使用壽命。為此折流板可設(shè)計(jì)成如下三種形式
折流板制造容易，但由于板整體加厚使得重量較大。圖9、圖10中的折流板重量較輕，但加工制造較復(fù)雜。
為減輕設(shè)備重量，本設(shè)計(jì)的折流板采用圖10所示的形式。
2.4 換熱管與管板的連接形式的選擇
本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)度脹加密封焊的連接形式，脹管長(zhǎng)度為50mm,脹管率為7%,并在管孔中開兩道寬3mm,深0.6的槽，焊接方法為氬弧焊，方式為自熔。
2.5 換熱器管架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
采用若干短槽鋼與折流板間用螺栓連接形式，增強(qiáng)了管架的總體剛性。如圖4中所示。
3 結(jié)論
1.波紋管換熱器比光滑管換熱器具有更高的傳熱系數(shù)。
2.波紋管換熱器具有不易在管壁結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)。
3.波紋管換熱器比原換熱器重量輕、成本低。目前，我們研制的波紋管式熱網(wǎng)換熱器已在內(nèi)蒙古伊敏電廠投入使用，運(yùn)行良好。
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