摘要：板式换热器的广泛应用加速了我国板式换热器行业的迅速发展。然而目前我国的板式换热器结构设计与发达国家之间仍存在着一定的差距，鉴于此，本文对板式换热器结构设计的要点进行了总结分析，以供参考。

关键词：板式换热器；结构设计； 框架；传热板；密封垫

前言：

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，主要由框架和板片两部分组成。框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成，而板片则是由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。因其结构复杂，必须要正确选准构件，合理设计，才能使得其功能的发挥可靠、高效。

1.框架结构的设计

1.1 框架结构的组成

板式换热器主要由下列部件组成：两个垂直构件，即尾部支持和固定支持，具有四个流体连接头或接管；顶部和底部的导杆架设在两个垂直构件之间，为板组导向、定位；另有一可动构件讲板组压紧在固定构件上；夹紧部件，其作用是将固定构件和移动构件夹紧。

夹紧部件通常有两类：

（1）拉杆

用一定数量的拉杆t把固定和可移动构件夹紧。除了板片和它们的流道中容纳的工质重量外，尾部支撑、顶部和底部的导杆处于无应力状态。

（2）压榨式

用两个支持在尾部支撑的紧固丝杆，施加压紧载荷于可移动构件上，丝杆本身受到应力作用，顶部和底部的连杆也受到了应力作用。这是一种较为昂贵和不稳定的结构，因为紧固丝杆处于受压状态，但其安装、拆卸较为容易，并可进一步利用动力紧固装置，如电动或液压装置使操作更加便利。

1.2 框架受力分析

应力和应变是框架设计中应考虑的重要因素，因为过度的变形会降低作用在密封垫上的压力，造成泄漏。当板片组合尺寸减小，单个密封垫的影响增加，这一问题将变得更加显著。因此，在框架设计中应对以下主要载荷给予充分的考虑：（1）头盖、随动版和尾部支撑，由于流体压力和紧固载荷造成的应力和变形；（2）在拉杆中的拉伸应力和紧固丝杆中的压缩应力；（3）顶部承载导杆的刚度，顶部承载杆必须承受板片和它们的流道里面容纳的工质重量，并使板片不与底部导杆接触；（4）顶部导杆的横向强度应保证板组在侧方向的稳定性。

1.3 框架的破坏载荷

在对框架结构进行设计时，还要考虑到框架的破坏载荷。框架的破坏载荷由三部分组成：（1）流体压力载荷p，它是运行压力和密封垫内板片投影面积的函数；（2）密封垫载荷r，可以相当于一个软弹簧；（3）板片之间金属与金属接触载荷m，在紧固的最后阶段起到相当于硬弹簧的作用。

流体压力载荷p的作用，会引起框架结构和紧固机构的某些变形，从而减少了载荷r和m，因此，总载将小于荷p+m+r。

另外，压力差的存在对多段装置也将会有一的影响，如果某一段的压力比另一段高得多，低压段将在不平衡载荷下被压缩，并减少高压段的密封能力。低压段尺寸比高压段大的越多，其影响就越为显著。但是，良好的设计是可以避免这类弊病的。通常情况下，板式换热器需要按照高于最大工作压力50%的试验压力设计。

2.传热板的设计要点

2.1 波纹板

（1）人字形波纹

人字形波纹是在板上压出与板间距相同深度的人字形槽，相邻板片上的倾斜角相反，在组装后，波纹十字相交，并提供大量的x型接触点，这些接触点维持板片间的间隙，并保证其支持与机械强度，是薄板片能承受较高的工作压力。人字纹深度较浅，易于压制，以及它对热扰动的适应性等优点，使其成为当前应用较广的人字纹沟槽形式之一。

（2）梯形波

该类型的横向波纹大于板片间距，其波纹与相邻板片上的波纹紧密配合，板间的间隙靠压在波纹波峰和波腹中的陷窝来维持。由于接触点较少而波纹深度较人字纹大，故这种梯形波纹要求较厚的板材，且工作压力较低，因而不易被较大的固体颗粒堵塞。

板式换热器需要承受很大的压力，这种压力除了引起衬垫密封问题外，在仅仅存在一侧流体的情况下，可能导致板片截面上相当大的不均匀载荷，因此，对波纹板的设计，除由热特性决定波纹截面外，还必须保证在最大压差下，能维持板间正确的流动间隙。波纹板的强度决定于下列各项：①两相邻波纹板之间接触点的载荷；②波纹板内部的应力及变位；③被压制成型的板片材料的性能，包括温度对相应部位的强度影响；④板片坯料的厚度等。

2.2 密封压力和板片的支撑

除了波纹外，板片的其它部分未被支撑的区域，都不足以承受压力差所造成的严重的挠曲。必须特别注意密封垫的支撑，板片的任何局部挠曲都将减少密封垫的载荷，因而降低其密封性能。另外，对于承受板片载荷的框架和连接器，在任何相互接触的区域，同样必须给出足够的支撑。

2.3 盲孔

在一组板片中，大多数板片四角上的孔口连接构成流体通道，然而，一个流程末尾的板孔会形成盲孔，这种盲孔必须经受一个压差，其数值为单板压降的二倍。因此，一定直径的孔口，要求采取某种形式的加固，这种加固可以采取压出肋条的形式，在遇到较大的板片时，可以在孔口处焊上加厚的圆盘。

3.密封垫的设计及其性能

3.1 密封垫的截面

密封垫的截面必须与密封垫沟槽吻合，因其常有尖顶的外形，所以其设计要考虑到变形量，大约为未压缩厚度的20%-30%，这样就足以保证一个组合件的负荷足够大并克服内部泄露，不会导致板片局部变形。

3.2 机械性能

机械性能会受到温度的影响，热变质的程度是时间的函数，必须使其达到最小限度，所以在设计过程中，需要对以下问题重点考虑：（1）永久压缩变形量在某一给定温度下，给定的时间间隔内，施加于密封垫的压缩变形维持不变，这个变形百分率称为永久压缩变形；（2）热时效（热老化）造成的机械性能，如拉伸强度极限和硬度等的变化最小。下载本文