[發明專利]一種PCHE換熱器芯體結構設計試驗樣機的設計方法

有效

• 申請號: 201811407477.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109614667B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 陳永東;姚志燕;吳曉紅;于改革;劉孝根
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺;李偉

1.一種PCHE換熱器芯體結構設計試驗樣機的設計方法，其特征在于，所述試驗樣機包括自上而下依次布置的上蓋板(1)、流道系統和下蓋板(3)；

所述流道系統包括一個或者多個自上而下依次貼合的流道單元(2)，所述流道單元(2)包括兩側的端板區域(21)和中間的流道區域(22)，所述端板區域(21)上設有缺口，所述流道區域(22)兩端分別位于缺口內且流道區域(22)與缺口底部之間留有間隙(23)；頂部流道單元(2)的端板區域(21)的上板面與上蓋板(1)、底部流道單元(2)的端板區域(21)的下板面與下蓋板(1)分別連接在一起，所述端板區域(21)、流道區域(22)與上蓋板(1)、下蓋板(3)共同形成腔體；

所述端板區域(21)中設有連通腔體的通孔，所述流道區域(22)沿長度方向設有多條相互平行的凹槽(221)，相鄰凹槽(221)之間具有中間肋(222)，位于流道區域(22)寬度方向兩側的凹槽(221)各有一條邊肋(223)，所述中間肋(222)、邊肋(223)與相鄰的流道區域(22)下表面或者上蓋板(1)連接在一起，所述凹槽(221)與相鄰流道區域(22)下表面或者上蓋板(1)共同形成流道，所述流道兩端分別與腔體連通；

所述試驗樣機還包括介質入口接管(4)、試驗壓力測量管一(5)和試驗壓力測量管二(6)，所述介質入口接管(4)、試驗壓力測量管一(5)分別與流道系統中的一側端板區域(21)上的通孔連接，所述試驗 壓力測量管二(6)與流道系統中的另一側端板區域(21)上的通孔連接；

任一所述端板區域(211)均由圍合成凹槽狀的封板部分(211)和兩個翼板部分(212)構成，所述封板部分(211)呈矩形狀；兩所述翼板部分(212)的底邊與所述封板部分(211)的同一側寬邊相連為一體，且所述翼板部分(212)沿著封板部分(211)的窄邊方向的中線對稱分布；

S1：所述封板部分(211)的窄邊方向的寬度；

S2：流道區域(22)與任一翼板部分(212)的焊接長度；

S3：缺口的沿流道長度方向的寬度；

S4：翼板部分(212)的沿垂直于流道長度方向的寬度；

S5：流道區域(22)的去掉兩端與翼板部分(212)的焊接長度的長度；

其特征在于，包括如下步驟，

步驟1、確定所述流道單元(2)的厚度、流道半徑、中間肋寬度和邊肋寬度，確定流道單元(2)的個數以及流道單元(2)結構尺寸S3，隨機設定單個流道單元(2)上流道的初始個數，隨機設定流道單元(2)初始結構尺寸S1、S2、S4和S5，設定上蓋板(1)、下蓋板(3)的初始厚度；

步驟2、在步驟1所確定和設定的試驗樣機基礎上，通過改變單個流道單元(2)中的流道個數，在待試驗驗證的PCHE換熱器設計壓力荷載作用下計算并比較流道單元(2)處于中間位置處的流道所承受的應力情況，直至應力變化幅度小于設定值，從而確定此時流道單元(2)中流道的數量為最終數量；

步驟3、在步驟2所確定和設定的試驗樣機基礎上，通過改變流道單元(2)結構尺寸S2的大小，在待試驗驗證的PCHE換熱器設計壓力荷載作用下計算并比較端板區域(21)與流道區域(22)連接處的應力情況，直至應力變化幅度小于設定值，從而確定流道單元(2)最終結構尺寸S2；

步驟4、在步驟3所確定和設定的試驗樣機基礎上，計算試驗樣機的極限載荷，并對在極限載荷下試驗樣機的應力分布和變形進行分析確定結構破壞所發生的部位，若破壞發生在腔體沿著流道長度方向的端面，則增加流道單元(2)結構尺寸S1的大小，若破壞發生在腔體沿著流道長度方向的側面，則增加流道單元(2)結構尺寸S4的大小，若發生在腔體的上、下面，則增加試驗樣機上蓋板(1)、下蓋板(3)的厚度，直至在極限載荷下腔體不發生破壞，從而確定流道單元(2)最終結構尺寸S1、S4以及上蓋板(1)、下蓋板(3)的最終厚度；

步驟5、在步驟4所確定和設定的試驗樣機基礎上，通過改變流道單元(2)結構尺寸S5，計算試驗樣機的極限荷載變化趨勢，直至極限荷載變化幅度小于設定值，從而確定流道單元(2)最終結構尺寸S5；

步驟6、在步驟5所確定和設定的試驗樣機基礎上，確定介質入口接管(4)、試驗壓力測量管一(5)和試驗壓力測量管二(6)的最小內徑，計算試驗樣機的極限荷載，并以此極限載荷作為設計載荷，根據壓力容器設計標準確定介質入口接管(4)、試驗壓力測量管一(5)和試驗壓力測量管二(6)的最終壁厚。