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    金屬塔填料正犁削表面翅化技術
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    金屬塔填料正犁削表面翅化技術

    2019-08-18      閱讀:
    介紹了金屬帶材表面的正犁削翅成形原理及翅化共軛環塔填料的加工過程,分析了在鋁帶材表面上形成規則翅片的犁削條件,測試比較了翅化共軛環與光滑共軛環的壓降損失和傳質單元高度。結果表明,成翅形狀和高度主要取決于刀具幾何參數及犁切。共軛環填料翅化后,在噴淋密度為 40~100m3/(m2·h)時,單位填料層壓降損失平均增加 l6.3%,而傳質單元高度則平均降低 l8.3%。共軛環填料翅化后較適合 于在中等噴淋密度下操作。

    塔填料在石油化工等領域的應用非常廣泛 , 布不均以及填料難以在表面形成表層湍流等問題,經過近百年的發展,塔填料已從初的焦碳、卵石等 因此,通過填料表面特征的改性 (如通過噴沙 、壓花、發展到現在的以英特洛克斯散堆填料波紋板填料 滾花或化學氧化法處理等使表面糙化)來強化填料,填料為代表的高效填料。通過化填料的宏觀幾何 性能已逐漸引起了研究者的重視 。 。金屬管材的結構來進一步提高填料的綜合性能相當困難,這是犁削翅化是華南理工大學近年開發的金屬表面功能因為改進宏觀結構較難解決填料塔中常出現的壁 化技術,在高效換熱器的翅化管加工等方面有成功流、偏流和溝流效應造成氣液兩相在填料層表面分 應用 。文中介紹了華南理工大學開發的金屬板(帶 )材正犁削翅加工技術,并將該技術用于金屬塔填料的表面翅化.測試 比較了翅化表面填料和光滑表面填料的流體力學和傳質性能。
     
    1 金屬帶材表面翅化加工裝置翹化盤屬塔填料的加工分為金屬帶材的正犁削翅化與填料的模具沖切成形 2個過程。實驗選用的金屬帶為 0.6mm厚鋁材,其翅化過程在普通刨床B6050B上進行。鋁材在橡膠圈、導向桿和滾輪等引導下經過刨床,由刨床上的刀具對帶材進行翅加工,見圖 l。實驗所用的特殊單齒刀具見圖 2,該刀具的兩切削刃具有對稱性,同時參與切削,從而使加工出的翅片也具有對稱性。刀具的材料為高速鋼WI8Cr4V.工業生產時可采用相同結構和材質的多齒刀具。以本實法形成的翅位于刀具的正前方,放稱之為正犁削。

    金屬塔填料正犁削表面翅化技術
    2 翅成形過程殛翅化塔填料性能分析
     
    2.1 鋁材翅成形過程
     
    正犁削翅加工涉及切削和塑性變形 2個領域,它通過切削與擠壓以無屑加工方式形成翅 實驗中鋁帶材的翅是在犁削過程中逐漸長大的,其加工是間歇性的非連續過程,翅形成過程包括刀具導人、犁切堆積和成翅 3個 階段。在導人階段.刀具從距 帶材表面一定高度處以旋擺方式導人,直至與帶材表面接觸而進入犁切堆積階段。在該階段刀尖先接觸帶材表面并且不斷犁人,刀具參與切削的切削刃長度隨之。與此同時金屬沿前刀面流出.隨著刀具的犁入。被犁起的金屬越來越多,翅高隨之.顯然翅片的高度是由該階段決定的。當犁切達到大時,被犁起的金屬因擠壓而隆起形成翅.此時退出刀具,翅片被牢固地嵌在帶材上。
     
    加工好的翅化鋁帶材外觀見圖 3,放大的翅片剖面見圖 4。所形成翅片的高度為 0.35~0.45lIn。實驗表明,影響正犁削翅加工成翅形狀和高度的主要因素是刀具參數和犁切。刀具參數主要有前角和成翅夾角等,前角的大小影響刀具的鋒利程度、強度以及刀具參與切削的切削刃長度。前角越大,刀具切削刃長度越大,但刀具強度也隨之降低,且擠壓效果變差,因此該值不能太大,一般為 l0。一35。,實驗中采用的刀具前角為 l0a。成翅夾角對犁削 的翅片寬度有直接影響,成翅夾角大,形成的翅片寬度亦大,犁削過程中的犁削力也就,薄板(帶 )材容易變形,推薦成翅夾角在 50~~90。,實驗 中取 600。在犁削過程中,犁切決定翅片的高度,犁切增加,翅片高度隨之增加,通常犁切比板厚小0 15mm.這樣既能獲得較大的翅高度,又可基本保持填料的機械強度:
    金屬塔填料正犁削表面翅化技術
    圖 4 鋁帶材上翅剖面放大圖
     
    2.2 翅化塔靖料成形過程及性能分析
     
    實驗終目的是在近年開發的共軛環塔填料的基礎上 ’,研制開發翅化 的共軛環塔填料。共軛環塔填料相當于將階梯環沿軸向對半剖開,然后將其中的一半倒轉 i80。連接而成。每個半圓形椅件中間又有 1個半環形肋片.除起加強筋的作用外 ,還可增加傳質表面積和填料相互重疊。共軛環的大特點是其結構的對稱性,在塔中,填料間或填料與塔壁間均為點接觸,不會發生重疊套臺現象 散堆時會取定向排列.故 又帶有規整填料的一些特點,有較好的流體力學和傳質性能。翅化共軛環塔填料的成形分沖切料槽、異向彎曲和終彎曲 3個階段 。先用沖切模在翅化表面鋁帶材上沖切所需的切槽,再用異向彎曲模將沖切出的帶有切槽的翅化鋁帶材進行異向彎曲,后用終彎曲模完成共軛肋片的成形。
     
    在 0300mm的玻璃塔中進行填料性能測試,實驗介質是空氣和富氧水,測定方法是在裝有共軛環填料或翅化共軛環填料的解吸塔中,將空氣與富氧水逆流接觸,使氧從富氧水中解吸出來。翅化共軛環填料的尺寸規格為 40mm×038mm×0.6mm (高度 ×直徑 ×厚度)。通過測定填料層兩端的壓差和氧濃度,計算出單位高度填料層壓降 Aplz和25c傳質單元高度日札,測定原理同文獻 [5],測定結果見表 1和表 2。

    從表 1看出 ,翅化填料單位高度填料層壓降比相應光滑填料的單位高度填料層壓降有所。在40~100m /(m ·h)噴淋密度內,翅化填料單位高度填料層壓降比光滑填料單位高度填料層壓降平均增加 16.3%(13.7% ~18.3%),這是由于翅化填料表面粗糙度較大,了流體運動的摩擦阻力造成的。
     
    從表 2可以看出 ,填料翅化后,各噴淋密度下其傳質效率有不同程度提高,在 L=40m3,(m ·h)時,翅化填料的傳質單元高度可減少 29.5%,而L:100m /(m ·h)時只降低8.2%,表明光滑共軛環填料翅化后較適合于在中等噴淋密度下操作。在 L 為40~100m /(m2·h)內,翅化填料的傳質單元高度平均減少l8.3%。與現有的噴沙、壓花、滾花或化學法表面糙化處理不同,以正犁削翅加工技術制得的翅化填料,其表面翅相當尖銳,具有誘導、互擾、使大液滴破碎為小液滴和促進液體再分布的作用,且流體可在較低的流速下在幾乎所有的翅周圍形成特定范圍的表面湍流。而傳統的噴沙、壓花、滾花或化學法處理的填料表面粗糙度雖有增加,但凹凸表面過渡十分平滑,液滴流過時較難破碎,而且流體仍較難在較低速度下形成表面湍流。表面無紋路的光滑填料則只能在填料的拐角、棱邊等少數局部區域形成局部湍流,使氣液混合程度、均勻性及傳質效率受到很大影響。另一方面,翅化共軛環填料的表面積也
    加比光滑共8軛環3 填7 料有較大程度地提高。這些因素可能就是翅化8 共9軛8 環填料的傳質效率比光滑共軛環填料大幅增加的主● 要3 原因。
     
     3 結語  
     正犁削翅成形技術可用于金屬翅化塔填料的加工,翅的形成是 1個 間歇性的非連續過程,包括刀具導入、犁切堆積和成翅 3個階段,影響正犁削翅加工成翅形狀和高度的主要因素是刀具結構參數和犁切。對以正犁削方法加工出的翅化共軛環填料進行性能測試,并與光滑表面共軛環填料進行比較,結果表明在噴淋密度為 40~100m /(m2·h)時,翅化填料比光滑填料的單位高度填料層壓降平均增加16.3%,而傳質單元高度則平均降低了18.3%,共軛環填料翅化后較適合于在中等噴淋密度下操作。
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