二介质四通道螺旋板式换热器几何设杨家平，顾永干，王清栋（合肥通用机械研究院，合肥230031）摘要对二介质四通道螺旋板式换热器的几何设计进行了计算分析，并给出了相应的设计计算方法和公式。关键词螺旋板式换热器；四通道；不等通道；设计计算：TQ051.5；TH122文献标识码：A：1009-3281（2014）02-0034-0041930年瑞典的Rosemblad最早提出螺旋板式换热器的结构，1932年以此人命名的Rosemblad公司成批生产此种换热器[1]，并申请了专利。此后，世界许多国家相继设计制造了螺旋板式换热器，并应用于化工、石油、冶金、机械、医药、酿造、印染及公共采暖设施等各种场合。螺旋板式换热器具有体积小、效率高、制造简单、成本低、能进行低温差热交换等优点，近年来在国内各行业中具有广泛的应用。目前，国内生产的绝大多数螺旋板式换热器为二介质二通道结构，由于螺旋板宽度有一定的限制，即使采用不等通道结构，也难以满足两种介质流量或黏度差异特别大时的换热问题。为此，二介质四通道螺旋板式换热器就有了发展应用的空间，也催生了其设计制造技术的问世。文献[3]所述情况）。两种换热介质同时在两个螺旋通道内流动并参与有效换热的情况则称为二介质四通道螺旋板式换热器（如图2所示）。图2二介质四通道结构Fig.2Thestructureofthetwomediumfour-channel图3给出了二介质四通道螺旋板式换热器的内部螺旋体结构简图，换热器的两种换热介质分别在1多通道螺旋板式换热器四个通道：b、b、b、b中流动换热。其中，b、b1234为一种介质；b3、b4为另一种介质。12在以往的文献资料中介绍的螺旋板式换热器多为由两张钢板卷制而成的二介质二通道螺旋板式换热器[1-4]，即同一换热介质只在一个螺旋通道内流动并参与有效换热的螺旋板式换热器（如图1所示，即图3二介质四通道结构Fig.3Thestructureofthetwomediumfour-channel收稿日期：2012-09-22作者简介：杨家平（1988—），男，安徽合肥人，助理工程师。主要从事压力容器设计、制造、安装工作。图1二介质二通道结构Fig.1Thestructureofthetwomediumtwo-channel2014年4月杨家平，等.二介质四通道螺旋板式换热器几何设计·35·1.1几何尺寸计算在以往的文献资料中，大多数的讨论都是二介质二通道螺旋板式换热器几何尺寸的设计计算，文献[3]中也只给出了二介质二通道螺旋板式换热器的几何设计。笔者对二介质四通道螺旋板式换热器的螺旋板几何尺寸计算进行了计算分析，并给出了相应的计算方法和公式。当通道宽度为b1、b2、b3、b4，板厚为δ，中心圆半径为R的具体数值确定后，e1、e2以及螺旋板的起点角βn的值也相应确定。为方便讨论，假设螺旋板的终点落在中心隔板（所在的平面）上，如终点位置不落在中心隔板（所在的平面）上，可单独计算最后一段螺旋板的相关参数再进行合并计算。假设第n块螺旋板的起点角为βn（°），且0≤βn≤180°，如图3所示，设点P、Q、M、N分别为第1块、第2块、第3块、第4块螺旋板与以中心为O的想象胎膜直径d(d=2R)所构成的中心圆的交点，且点P、Q、M、N表征各自所在螺旋板的起点，线段O1P表征r1，线段O1M表片r3，起始圆心皆为O1；线段O2Q表征r2，线段O2N表征r4，起始圆心皆为O2。此时，角度（∠PO1P、∠QO2Q、∠MO1O2、∠NO2O1）定义为βn，如图3所示，则β1=β2=0；b1+b3+2δ2b2+b4+2δ2e=；e=12（2）螺旋板有效换热面积：A=（L+L+L+L）H×10-6YY1Y2Y3Y4Y（3）螺旋板宽度：H=H+aY（4）换热器螺旋板通道截面积：AT1=b1HY×10；AT2=b2HY×10；AT3=b3HY×10；AT4=b4HY×10（5）螺旋板圈数（为简便起见，利用βn=0时，LB1得出公式）-6-6-6-6b1+b2+b3+b4+4δ-2r-δb1+b2+b3+b4+4δ+4(b1+b2+b3+b4+4δ)LB122r+δ-+2112πNB=b1+b2+b3+b4+4δ（9）换热器螺旋通道长度LTn：（6）各通道螺旋板内半径rn：r1=R+e1；r2=R+e2；r3=r1-b1-δ；r4=r2-b2-δ（7）螺旋板的起点角：β1=β2=0；①第一块螺旋板（起始半径为r）与第三块螺旋1板（起始半径为r）之间构成了通道一（b）；通道一（b）311的圈数为：NB-，计算时按补全的圈数（NB）算，β3=β'=cos-1；最后再扣除补全部分的长度；β4=β''=cos-1②第二块螺旋板（起始半径为r）与第四块螺2...