三分螺旋折流板斜日字电加热器结构设计及程序编制

论文总字数：23430字

摘 要

电加热器是工业工程中的常用设备，大功率集束式电加热器通常采用多层环状布置U型电加热管，并以弓形折流板支撑管束，存在着传热系数低、体积大等缺点，所需要的电加热器传热面积就比较大。本次毕业设计将三分螺旋折流板换热器技术应用于集束式电加热器，完成9、27、63、117、189、279根U型电加热器管的系列化布管方案设计，并根据所确定的布管方案的投影图之螺旋折流板的几何尺寸、倾斜角转换为三分扇形折流板激光切割的下料坐标方案，拉杆和套管设计。毕业设计的主要工作是根据 “斜日字”布管方案对折流板进行布管并对下料图进行结构设计，绘制1至6圈，倾斜角度10至45度的折流板下料坐标图，该图纸可以为生产单位展示所要制作的折流板详细参数，方便制造，方便用户选型。最后编制相应计算程序，并结合实际项目的集束式电加热器设计对所编制的程序进行验证。

关键词：螺旋折流板电加热器；弓形折流板电加热器；C ；下料方案

Structural design and computational code programming for trisection helical baffled shell-and-tube electric heater with one-plus-two U-tube units

Abstract

Electric heater is the commonly used equipment in industrial engineering. Large scale cluster-type electric heater usually adopts multi-circular U-shaped electric heating tubes, and segmental baffle plates. However, the segmental baffle plates have lots of defects such as low heat transfer coefficient, large size and big heat transfer areas. This graduation design completes the design of trisection helical baffled shell-and-tube electric heater with one-plus-two U-tube units. Complete 9, 27, 63, 117, 189, 279 U-tube units design, and according to the plan of tube layout from the projection geometry dimension diagram of spiral baffle plates, angles into laser cutting diagrams for trisection helical baffle coordinate solution, rod and spacing tube design. Focuses to draw 1 to 6 layers, tilt angle from 10 to 45 degrees in the folded baffle plate material coordinates, the drawings can clearly display the production units to be manufactured of the baffle plate with parameters, is convenient for manufacture and user’s selection. At last, the program is compiled and the program is verified by the design of the heater in real application.

Keywords：Helical baffled electric heater, segmental electric heater, blanking scheme

主要符号表

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………… Ⅱ

主要符号表 ……………………………………………………………………… III

1. 绪论 ………………………………………………………………………1

1.1 引言 …………………………………………………………………1

1.2螺旋折流板电加热器的发展现状 …………………………………………1

1.2.1弓形折流板与螺旋折流板性能比较

1.2.2 斜日字布管三分螺旋折流板电加热器

1.3软件环境简介 ……………………………………………………………4

1.4 本文的研究目的和主要研究内容 ………………………………………4

1. 三分螺旋折流板电加热器……………………………………………………5

2.1三分螺旋折流板方案的基本特征 ……………………………………5

2.2分隔方案 ………………………………………………………………5

2.3 螺旋折流板折平方案 ………………………………………………6

第三章 三分螺旋折流板“斜日字”电加热器结构设计 ……………………………8

3.1 U型管管型设计 ………………………………………………………8

3.2 U型管“斜日字”布局设计 …………………………………………9

3.3 U型管“斜日字”下料方案设计 ……………………………………21

3.4 U型管“斜日字”具体下料方案设计的特点 …………………………24

第四章 程序界面简介 ……………………………………………………………25

4.1程序设计语言与类库简介 ……………………………………………25

4.1.1 Visual C 语言简介

4.1.1 Microsoft Foundation Classes类库简介

4.2参数输入界面和模型参数计算界面 …………………………………25

4.3具体实际操作 …………………………………………………………27

结论 …………………………………………………………………………………28

致谢 …………………………………………………………………………………29

参考文献（References） ……………………………………………………………30

第一章 绪论

1.1 引言

电加热器不仅作为不可缺少的工艺设备，在动力、化工、炼油、制冷等工业中起到关键的作用，而且在金属消耗和投资方面占有不少的比重。在能源、冶金、建筑、医药、航天等工业部门中电加热器同样被应用的相当广泛。电加热器不仅可以保证工程设备的正常运转，而且在动力消耗和投资方面在整个工程中占有重要份额。因此，电加热器的换热效果与能源消耗有着密不可分的联系。在全球能源短缺、国家提倡节能减排的背景下，合理的设计与使用电加热器与能源的节约和开发有着紧密联系。

管壳式电加热器由于结构简单、传热效果好、设计加工工艺成熟以及适应性强等特点占据较大比例。管壳式电加热器由电加热器的壳体、管板、电加热管束和折流板（挡板）等部件组成。壳体大多都是圆筒形的，内部装有电加热管束，电加热管通常为U型管，管束的一端被固定在管板上，另一端是自由端。进行换热的为电加热管和被加热介质，被加热介质为流体，主要的介质种类为水、加热油、空气等等。为提高能源利用率、增加管壳式电加热器的传热量，主要有两种方向的强化传热手段，一种是通过加翅片等方式强化U型电热管的传热，另一种则是针对电加热器的壳程结构的研究。壳体内安装若干折流板是强化壳程传热效果的一种方式。

传统的管壳式电加热器大多采用弓形折流板，流体在壳侧流动时容易产生流动死角，壳程的传热系数低，易结垢，流体阻力大，并且当流体横向流过管束时，还容易使管子产生流体诱导振动， 破坏管子与管板连接的可靠性。鉴于弓形折流板的这些缺点，从改变折流板布置方式的角度，产生了螺旋形折流板电加热器的改进结构。在上世纪末螺旋折流板（挡板）换热器作为一种新的热交换设备被广泛的使用， 并在近几年里得到了比较广泛的普及和推广。

借鉴螺旋折流板换热器的成果，应用于螺旋折流板电加热器中，此时面临着U型电加热管的排列问题，也会影响电加热器的效率，如何将U型电加热管均匀、整齐的排列在管壳式电加热器中是必须考虑的。同时，螺旋折流板的倾斜角度和形状同样也会影响电加热器的性能和结构成本。

1.2 螺旋折流板电加热器的发展现状

由于螺旋折流板电加热器尚未有其他研究者涉及，故先讨论螺旋折流板换热器的发展现状。理论上的螺旋折流板是曲面，其设计和制造过程更加复杂，一种由捷克Lutcha等人发明的1/4螺旋折流板换热器方案被广泛关注。然而,在技术秘密的影响下, 国外已经发表的相关研究主要是角度强化传热和流动的影响比较，很少涉及实质性结构特点的内容。近十年来国内学者和业内同行,也大量的进行理论研究和实际应用，获得了一系列成果。近年来的研究主要是优化螺旋折流板的倾斜角和改进折流板的结构和连接方式，使螺旋折流板拥有消除壳程流动死区，降低壳程流动压力损失的作用；并有效抑制污垢的形成和破坏等优良性能的抑制管束的振动。

目前螺旋折流板主要有两种切割方法。传统方式是先制作模具，然后利用模具在倾斜折流板上钻孔和加工圆弧；另一种方法是利用激光切割加工折流板。第一种方法对每一种规格都需要制作相应的模具，工装准备比较复杂。而采用第二种切割方案则比较简单， 特别是对于薄板只需要采用垂直激光束进行切割，成本低，效率高，一次编程可以反复调用，使螺旋折流板的加工方法得到升级。

在四分之一螺旋折流板问世后，未见有国内外同行就四分之一螺旋折流板方案中不适合正三角形排列布管的问题进行质疑。而针对以上问题，陈亚平老师提出了三分螺旋折流板换热器方案 [3]。

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