波纹薄型热板性能及设计优化策略

波纹薄型热板性能及设计优化策略

赵光亮  徐君锋  周玉宇

浙江精工新能源装备有限公司  312030

摘要：针对瓦楞纸板的整个生产线当中，烘干机主要是对单面类型瓦楞纸板及其面纸开展粘合处理、加热固化和最终定型等操作，进而获取所需瓦楞纸板。热板在其中主要起到生胶糊化方面的作用，确保纸板可以满足粘合强度方面的要求，并将纸板烘干。热板结构传统形式以箱体式的热板为主。箱体式的热板面板总体厚度往往相对较厚，箱体内部蒸汽热量向着热板表面部位的传输距离相对较远，总体效率明显偏低，会严重浪费蒸汽。在这一背景下，波纹薄型热板产品被研发生产出来，弥补传统热板产品的不足。鉴于此，本文主要对波纹薄型热板性能和设计优化实施策略进行总结分析，旨在为业内人士提供实践参考。

关键词：热板性能；波纹薄型；设计优化；实施策略；

0前言

在瓦楞纸板的生产过程当中，箱体结构形成往往比较常用，但是由于它呈较大体重，钢板用量大，存在比较高的材料利用成本，所以，需要研究应用更具适用性的纸板产品。那么，在加工制造先进技术持续应用发展的今天，出平板式的薄型热板逐渐被推广应用开来。为确保波纹薄型热板的自身性能更加满足实际需求，则对其性能和设计优化实施策略进行分析探讨较为必要。

1 波纹薄型热板结构

如图1，焊接式多通道波纹薄型热板总体结构。该薄形面板和波纹底板经由焊接相连，形成若干加热腔，饱和蒸汽从2个不同进汽口直接进入所设蒸汽导槽中，再分布至各加热腔当中，加热薄形面板之后，冷凝水逐渐回至蒸汽导槽中，经由回水口顺利排出。

图1 波纹薄型热板总体结构示意图

2 性能分析与其设计优化实施策略

2.1优化进汽口及回水口的位置

为确保热板不同位置温度分布均匀，则在进汽口（x0，y0）仅设有1个情况下，进汽口和各加热点位相距方差S2基本达到最小，最小值为min（S2）。热板处于生产线宽方向位置尺寸定义为W，走纸方向维持尺寸定义为L，面板不同位置和进汽口的间距为：

（2-1）

上述算式当中的x/y分别可以描述为：，。求解min（S2）过程中，对应（x0，y0）点位为进汽口最佳位置。借助Matlab数值完成求解计算之后，即可获取x0=0，y0=0条件可满足要求。有进汽口条件之下，正中间为进汽口最佳位置。各蒸汽路径对应末端位置设回水口，可以为顺利排出冷凝水提供便利条件[1]。故而，中间位置应当设1个进汽口，针对两侧位置需对应设置1个回水口。进汽口设置较多情况下，各加热点位蒸汽来自不同进汽口。各进汽口内部蒸汽到所设加热点位之后，蒸汽向着不同方向运动，漩涡形成后，致使流动不畅，冷凝水形成，且排出困难，这对加热效果所造成影响较大。为防止各进汽口向着不同方向流动，致使漩涡形成，则以1个进汽口之下所获取计算结果为参照，将进汽口均匀分布于中间竖直位置，在两侧位置分别设置回水口，如此便能够顺利排出冷凝水。

2.2结构优化及仿真分析

在加热板中心位置设进汽导槽，并把回水导槽设于加热板的两侧位置。为确保均匀分布蒸汽于加热板各处，则蒸汽导槽处可以设若干进汽口。蒸汽导槽位置的进汽口实际设置数量可以从1~8实施Fluent计算分析，表1为结果数据。入口数量越少，表面温差就相对越大，加热分布的均匀性就更差，反之情况则更好。但入口数量越大情况下，进汽导槽就会更具复杂程度，增加焊接作业量。入口增至4h，漩涡尺寸及表面温差整体下降明显，入口数量及结构总体复杂性相对适宜[2]。故而，设置4个进汽口，此方案之下，虽然漩涡总体尺寸缩小明显，但漩涡面积较大，漩涡数量相比优化实施之前无显著改善。产生漩涡，这可能因各进汽口内部蒸汽到相应加热点位置，蒸汽向着不同方向流动，形成了互相对冲。在进汽口中心位置可以考虑增设挡板，防止各进汽口会存在蒸汽干扰情况，减少漩涡的形成数量。4个进汽口位置均增设挡板之后开展Fluent计算分析，获取图2~图3中显示结果。上表面部位温差达到3.5 ℃条件下，与增设挡板之前相比，改善显著，流场漩涡形成数量减少。故而，通过增设挡板，实现4个进汽口总体的优化，可促使纸板加热满足均匀性要求，为纸板质量提供保障。

表1 各进汽口设置数量不同条件下结构优化仿真结果数据汇总

图2 结构优化过后流场情况示意图

图3 结构优化过后温度场情况示意图

2.3测试分析

优化过后的各进汽口，均增设有挡板，以该结构为基础，试制热板，制备出21块，利用生产线开展替换测试。优化设计过后，结构整个面板部位厚度约为10 mm，呈较小高度，与箱体式传统热板钢材相比，不但用量较少，且这种平板式的薄型热板整个侧面部位需要加工制造小直径整个幅宽的通孔，通过焊接形式便可达到结构优化目的。故而，优化设计之后整个结构成本造价明显低于其他热板。如图4~图5，为蒸汽压力达到0.90MPa及0.75MPa不同条件之下，热板实操侧及驱动侧面的温度变化情况。结合实测结果，便可获取图6中既有方案和优化方案之下热板表面部位的温差情况。既有方案当中最小及最大温差分别是1 ℃、36 ℃；优化方案实施之后，最小及最大温差分别是0.1 ℃、6.9 ℃。最小及最大温差分别改善达到90%、81.8%。从中可发现，优化结构之下可对热板加热总体均匀性起到良好的改善作用

[3]。因客户所处生产条件存在差异，以至于既有方案现场测试作业中的蒸汽压力达到0.9 MPa。优化方案之下测得蒸汽压力则为0.75 MPa。越高的蒸汽压力之下，热值就相对越高，对实现均匀加热比较有利。此次测试结果中可见，越低蒸汽压力之下，热板表面部位温差就相对更小，优化结构能可对热板加热总体均匀性起到显著改善作用。

图4 既有方案之下操作侧和驱动侧之间温度变化曲线图

图5 优化方案之下操作侧和驱动侧之间温度变化曲线图

图6 既有方案和优化方案之下热板表面部位的温差变化曲线图

3 结束语

综上，性能优化过后波纹薄型热板主要是实行焊接加工，相比薄型热板通用产品，成本造价相对较低。考虑到结构总体复杂性和加工量，此次决定对4个进汽口总体结构予以合理优化，如适当增设挡板，对入口蒸汽起到阻隔作用，减少整个流场范围漩涡的形成数量；通过现场开展试制及其测试工作还了解到，性能优化过后，热板加热将会更具均匀性。得到优化之后，该波纹薄型的加热板自身加热效率得以提升，产品成本得以节约，纸板加热总体均匀性及纸板质量方面提升良好。可见这种优化设计方案具有良好的经济可行性，可联系实际予以有效落实下去。

参考文献：

[1]马欣桐.冲缝波纹板型和波纹丝网型太阳能空气集热器性能研究[D].天津大学,2019.

[2]苗庆伟,由世俊,张欢,等.一种冲孔波纹板渗透型空气集热器性能优化研究[J].太阳能学报, 2016, 37(10):8.

[3]邹汉生,周庆,田辉国,等.一种多通道焊接式波纹薄型热板:CN201811425820.X[P].CN109341320A.2024.