折流杆换热器的计算机辅助概念设计方法

  折流杆换热器作为一种新型的高效、低阻、防振动和低积垢的管壳式换热器［１，２］，目前在化工、炼油、食品以及热能动力等行业的用途日益扩大。因此，研究折流杆换热器的结构计算原理，采用计算机进行辅助设计越来越显得重要。
    与折流板换热器不同，在进行折流杆换热器的工艺计算、达到给定的性能指标要求以及限定管长度或限定壳程直径的情况下进行布管时，管板上的管子布置、计数与壳程折流圈和折流杆结构尺寸都有很大关系，需要顾及到与折流杆有关的各种因素，如折流杆在折流圈上的分布，折流杆的长度和方向，管子的排列形式（正三角形、转三角形、正方形）。另外，在工艺计算中，为了达到给定的传热任务和压力降指标，一般要进行迭代计算，而每一次试算都要重新进行壳程的结构设计和布管，手工计算繁琐费时，也容易产生人为的计算错误。笔者从便于进行计算机辅助结构快速概念设计的角度，对影响设计计算效率的折流杆换热器中计算机自动布管的算法进行了研究，进而研究了利用计算机软件进行壳程结构整体三维造型问题。根据所提出的算法，可以进行单程或多程管壳式折流杆换热器计算机壳程结构方案设计，利用与现有的计算机软件共享数据，可以实现二维布管图的直接输出，从而在进行计算机工艺设计计算过程中，可以直观检查布管图和壳程结构设计的中间结果，在适当建立若干标准数据库的条件下，采用三维实体造型软件（如Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ，ＡｎｓｙｓＰｒｅｐｏｓｔ，Ｐｒｏ／ｅ，ＵＧ／ＣＡＤ等）输出整个折流杆换热器结构方案的三维概念设计模型，用于设计方案评估和结构装配干涉检查，减少设计错误，从而提高设计效率。
    １　基本计算原理
    从折流杆换热器的壳程结构看，壳程的数个折流圈相互转动规定的角度固定在纵向支持杆上，一般在正方形或三角形布管的情形，每４个折流圈完成对管子的一次完整的支持，而三角形布管甚至可以采用６个折流圈完成对管子的完整支撑。因此，要进行正确的布管，首先应保证壳程的管子受到支撑，从而应当正确地选择折流杆的尺寸。又由于管子是支撑在折流杆网上的，因此确定了折流圈、杆的尺寸和分程及内件的布置情况，则管子在管板上的布置情况就完全确定了。
    一般在进行折流杆换热器的工艺计算时，根据给定的工艺参数进行的计算往往需要通过试算来确定壳程的总体结构尺寸参数，如壳程内径、传热面积（管子总数和长度）、折流