[发明专利]一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机的设计方法

摘要

本发明属于PCHE换热器领域，具体涉及一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机的设计方法，包括如下步骤，确定试验样机的流道单元厚度、流道半径、中间肋宽度和边肋宽度，确定流道单元的个数以及流道单元结构尺寸S3，随机设定单个流道单元上流道的初始个数，随机设定流道单元初始结构尺寸S1、S2、S4和S5，设定上盖板、下盖板的初始厚度。本发明的有益效果是：该PCHE换热器芯体结构极限载荷的试验样机的设计方法消除了其他功能结构芯体结构承载能力的影响，通过该方法所设计出的试验样机能够精确的测出待验PCHE换热器芯体结构的极限载荷，为PCHE换热器芯体结构的工程设计提供参考，同时该试验样机结构简单、经济实用。

主权项

1.一种PCHE换热器芯体结构设计试验样机的设计方法，其特征在于，所述试验样机包括自上而下依次布置的上盖板(1)、流道系统和下盖板(3)；所述流道系统包括一个或者多个自上而下依次贴合的流道单元(2)，所述流道单元(2)包括两侧的端板区域(21)和中间的流道区域(22)，所述端板区域(21)上设有缺口，所述流道区域(22)两端分别位于缺口内且流道区域(22)与缺口底部之间留有间隙(23)；顶部流道单元(2)的端板区域(21)的上板面与上盖板(1)、底部流道单元(2)的端板区域(21)的下板面与下盖板(1)分别连接在一起，所述端板区域(21)、流道区域(22)与上盖板(1)、下盖板(3)共同形成腔体；所述端板区域(21)中设有连通腔体的通孔，所述流道区域(22)沿长度方向设有多条相互平行的凹槽(221)，相邻凹槽(221)之间具有中间肋(222)，位于流道区域(22)宽度方向两侧的凹槽(221)各有一条边肋(223)，所述中间肋(222)、边肋(223)与相邻的流道区域(22)下表面或者上盖板(1)连接在一起，，所述凹槽(221)与相邻流道区域(22)下表面或者上盖板(1)共同形成流道，所述流道两端分别与腔体连通；所述试验样机还包括介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)和试验压力测量管二(6)，所述介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)分别与流道系统中的一侧端板区域(21)上的通孔连接，所述实验压力测量管二(6)与流道系统中的另一侧端板区域(21)上的通孔连接；任一所述端板区域(211)均由围合成凹槽状的封板部分(211)和两个翼板部分(212)构成，所述封板部分(211)呈矩形状；两所述翼板部分(212)的底边与所述封板部分(211)的同一侧宽边相连为一体，且所述翼板部分(212)沿着封板部分(211)的窄边方向的中线对称分布；S1：所述封板部分(211)的窄边方向的宽度；S2：流道区域(22)与任一翼板部分(212)的焊接长度；S3：缺口的沿流道长度方向的宽度；S4：翼板部分(212)的沿垂直于流道长度方向的宽度；S5：流道区域(22)的去掉两端与翼板部分(212)的焊接长度的长度；其特征在于，包括如下步骤，步骤1、确定所述流道单元(2)的厚度、流道半径、中间肋宽度和边肋宽度，确定流道单元(2)的个数以及流道单元(2)结构尺寸S3，随机设定单个流道单元(2)上流道的初始个数，随机设定流道单元(2)初始结构尺寸S1、S2、S4和S5，设定上盖板(1)、下盖板(3)的初始厚度；步骤2、在步骤1所确定和设定的试验样机基础上，通过改变单个流道单元(2)中的流道个数，在待试验验证的PCHE换热器设计压力荷载作用下计算并比较流道单元(2)处于中间位置处的流道所承受的应力情况，直至应力变化幅度小于设定值，从而确定此时流道单元(2)中流道的数量为最终数量；步骤3、在步骤2所确定和设定的试验样机基础上，通过改变流道单元(2)结构尺寸S2的大小，在待试验验证的PCHE换热器设计压力荷载作用下计算并比较端板区域(21)与流道区域(22)连接处的应力情况，直至应力变化幅度小于设定值，从而确定流道单元(2)最终结构尺寸S2；步骤4、在步骤3所确定和设定的试验样机基础上，计算试验样机的极限载荷，并对在极限载荷下试验样机的应力分布和变形进行分析确定结构破坏所发生的部位，若破坏发生在腔体沿着流道长度方向的端面，则增加流道单元(2)结构尺寸S1的大小，若破坏发生在腔体沿着流道长度方向的侧面，则增加流道单元(2)结构尺寸S4的大小，若发生在腔体的上、下面，则增加试验样机上盖板(1)、下盖板(3)的厚度，直至在极限载荷下腔体不发生破坏，从而确定流道单元(2)最终结构尺寸S1、S4以及上盖板(1)、下盖板(3)的最终厚度；步骤5、在步骤4所确定和设定的试验样机基础上，通过改变流道单元(2)结构尺寸S5，计算试验样机的极限荷载变化趋势，直至极限荷载变化幅度小于设定值，从而确定流道单元(2)最终结构尺寸S5；步骤6、在步骤5所确定和设定的试验样机基础上，确定介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)和试验压力测量管二(6)的最小内径，计算试验样机的极限荷载，并以此极限载荷作为设计载荷，根据压力容器设计标准确定介质入口接管(4)、试验压力测量管一(5)和试验压力测量管二(6)的最终壁厚。