折流板是提高换热器工效的重要部件。传统换热器中最普遍应用的是弓型折流板， 由于存在流阻与压降大、有流动滞止死区、易结垢、传热的平均温差小、振动条件下容易失效等缺陷， 近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难， 目前所采用的螺旋折流板， 一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接， 形成近似的螺旋面。

在折流时， 流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板， 在相同工况下， 这样的折流板( 被称为非连续型螺旋折流板) 可减少压降45%左右， 而总传热系数可提高20%～30%。在相同热负荷下， 可大大减小换热器尺寸[1]。

虽然非连续型螺旋折流板的加工技术比较成熟， 在石油化工行业也已得到推广应用，但仍存在诸多不足之处。例如， 扇形板连接处呈非光滑的锐角过渡， 对轴向运动的流体存在反压， 流体通过时的突然转向会造成能量损失，在螺旋角较大时能耗更严重; 相邻两片扇形板空间对接时， 必须附加角接板才能填补缝隙( 如图1)， 既废工废料， 又增大了流体阻力。相比之下， 具有理想螺旋曲面的连续型螺旋折流板有着更好的传热与流动特性[2]， 但在实际应用时必须首先解决其加工难题。梁旭琴与金跃等就有管束螺旋折流板的加工问题， 分别在文献[1，2] 中作了介绍。

经过反复试验， 笔者在为某公司开发的“利用渔船尾气余热的海水淡化设备”的加热器中， 成功制造并应用了一种无管束螺旋折流板。

1 结构与工艺方案

1.1 结构特点

采用连续型螺旋折流板，使加热尾气从进口到出口以螺旋流的方式冲刷壳体，在径向形成连续的速度梯度和径向湍流。既提高了传热工效，又降低了流阻。在不影响柴油机正常工况的情况下，可有效提高淡水产量。由于连续的螺旋流动，对于固体颗粒含量高的柴油机尾气，可有效减少颗粒沉积[3];在船体剧烈摇晃时，加热器仍能保持稳定的工态。如图2所示，加热器主要由壳体与折流板构成，折流板上没有管束穿过。

1.2 工艺方案

在一个导程内，折流板由两片螺旋板对接而成，相比于扇形板，明显减少了焊接接口数量;多片螺旋板连续对接后，就构成了一个完整的螺旋型折流板;经过表面修整后，与壳体焊接总成。每片螺旋板由二分之一椭圆形板在专用胎具上，经过板金加工与机加工而成型。

2 制造工艺

2.1 胎具制作

螺旋折流板的加工需要专用胎具， 如图3所示，包括钣金加工、切削加工与焊接加工胎具。在螺旋折流板的加工中， 胎具制作是技术难点。

本文所引用的螺旋面的生成母线在轴截面内，相应的胎具模板的螺旋面方程为：

式中，ξ(t)为母线上任一点在标架e3向的分量; "Ф为参数; p为螺旋常数， p=S/2 π; D为胎具模板投影圆直径： 对于机加工胎具， D=D0; 对于钣金加工胎具，D=D1， D1=D0+δ1， D0为壳体内径， δ1为加工余量， 取(8～10) mm。

在数控铣床上加工出胎具的螺旋面后， 采用膜贴法测出钣金加工胎具的螺旋面面积S1， 以此作为下料尺寸计算依据。

2.2 下料

(1) 下料尺寸计算 下料形状为1/2椭圆。设椭圆的投影圆直径为D2， 长半轴为a， 短半轴为b， 折流板的螺旋角为α(36°～40°) 则椭圆方程为：

已知S1，通过迭代运算或解微分方程， 首先求解D2， 再分别求解a和b。

(2) 下料根据椭圆参数 首先采用作图法制作样板， 再比照样板在厚度为1.5 mm的钢板上划线，然后用半自动切割机切割下料， 最后清除坯料表面毛刺。

2.3 成型

(1) 钣金加工 将坯料沿定位柱置于胎具模板上， 在固定上端两点之后进行钣金加工。当坯料完全贴紧模板时， 折流板螺旋面便形成。

(2) 铣削加工 由于变形的非均匀性， 钣金成型的螺旋板需要通过铣削加工而去除加工余量。将(4～6) 片螺旋板重叠之后， 固定在机加工胎具模板

上， 首先铣削加工直边， 再以直边为定位基准加工曲边。

2.4 焊接

为保证连接后螺旋面的连续性， 焊接加工也需要有专门胎具， 可在钣金胎具的定位柱上安装限位套( 如图3) 作为焊接胎具。焊接加工分为如下几个步骤：(1)逐次取两片螺旋板， 在胎具模板的中间部位进行点焊对接;(2) 将对接后螺旋板逐次进行点焊串接， 以构成一个完整的螺旋型折流板;(3) 对所有连接部位进行补焊强化; (4) 对焊缝与曲边进行修整后， 与壳体焊接总成。

3 结语

笔者在为北部湾某科技公司开发的海水淡化设备中， 应用了这种螺旋折流板。利用400马力的渔船柴油机尾气余热， 在3.5 m2加热面积上， 平均每小时可产淡水120 kg。本文所介绍的方法， 在石油、化工、能源等部门均有实用价值。