换热器拆装综合实验台的制作方法

本实用新型涉及实验教学设备，具体涉及一种换热器拆装综合实验台。

背景技术：

目前，各大高校以及社会在学生实践能力上要求：各专业学生在学好既定专业课知识的同时，应联系本专业在社会生产中的发展规律和生产实际情况，注重专业动手能力的培养与综合素质的提高。如今，换热器在化工、轻工、冶金、食品、制药、化纤等工业中的应用非常普遍；随着现代工业和科学技术的发展，机械手的运用，使得工业中机械化和自动化程度有了进一步提高；无损检测技术也日益受到各个工业领域和科研技术部门的重视，在产品质量控制中得到普遍的认同，对设备在运行中的检查维护也起到举足轻重的作用。机械相关专业学生课程中有很大篇幅讲述换热器相关知识，无损检测课程中也会安排一部分实验教学。然而现有的大部分换热器装置为以工业用为目的而设计生产，或尺寸较大、不适合实验室放置，或结构固定、无法直接观察基本组件；现进行的多种无损检测实验多以某一零部件开展，学生无法直接思考联系到机械的检查以及工业运用，同时，无损检测过程中，会涉及射线等检测方式，若长时间近距离的接触，会对实验人员身体健康产生危害；运用自动化程度较高的机械手拆装零部件，让学生深入认识了解自动化在工业中运用的同时减小实验强度，对教学活动的顺利开展，学生动手、理解学习以及适应现代工业发展，日后尽快适应工作环境产生有益的帮助。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提出一种针对教学实验，利用机械手实验台自动化拆装管式换热器，更换不同的管套，对比换热效果，满足对管式换热器结构及其零部件充分认识学习，同时能够开展无损检测实验的换热器拆装综合实验台。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案为：包括用于放置管式换热器的检测放置台，检测放置台上设置有机械手臂，以及支撑机械手臂分别在X、Y、Z轴方向运动的X轴轨道支架、Y轴轨道支架和Z轴轨道支架；所述管式换热器包括筒体，筒体的两端均设置有封头，封头上设有换热液体出入口，筒体上设置有拉杆，筒体内设置有若干个换热管，封头与若干换热管连通构成第一路换热通道；所述筒体的侧壁上开设有两个接管及接管法兰，接管及接管法兰上设有换热液体出入口，筒体内设置有若干折流板，折流板与筒体内壁间设有通道，相邻折流板与筒体内壁间的通道连通，接管及接管法兰与该通道连通构成第二路换热通道。

所述换热管沿筒体轴线相互平行等距设置。

所述接管及接管法兰设置在筒体的对角位置侧壁上。

所述折流板沿垂直筒体轴线方向相互平行等距设置。

所述封头通过管板与换热管连接，管板上开设有若干个通孔，每个通孔与一个换热管连接。

所述管板上的通孔呈矩形排列或环形排列。

所述通孔的截面呈圆形、五边形或八边形。

所述管板与封头间设置有垫片，且封头与筒体通过法兰连接。

所述检测放置台上设置有两个机械手臂，机械手臂连接有电源、控制系统和驱动系统，所述控制系统采用ST公司的STM8单片机，并通过串口UART与外部显示设备进行通讯；所述驱动系统采用步进电机驱动机械手臂。

所述筒体和封头的外侧壁上设有用于进行无损检测教学实验的焊接焊缝。

与现有技术相比，本实用新型通过检测放置台放置管式换热器，利用机械手臂对管式换热器进行机械化拆装操作，利用X轴轨道支架、Y轴轨道支架和Z轴轨道支架能够使机械手臂在X、Y、Z轴自由运动，同时实现升降、伸缩、旋转等动作，使机械手臂的运动工作区域覆盖整个检测放置台，实验时对管式换热器进行零部件的更换实现不同换热效果的实验，同时机械手臂亦能够用于夹持机械运送零部件进行无损检测，本实用新型在实验室中就能够满足学生对换热器认识的需求，节省外出参观教学经费，节约外出参观时间，换热器各零部件齐全并可拆卸组装，利于学生深入了解其结构及性质，除此之外机械手实验台配套实现整个过程的自动化，并可辅助用于无损检测实验，即安全又方便了各检测方法的实施。

进一步，本实用新型的管式换热器配备有多套不同分布形式及大小的换热管与管板的套装，能够自行选择对比不同套装换热效果，对比分析换热管性能，探索工作原理。

进一步，管式换热器的零部件中设置了各种焊接焊缝，能够同时用于无损检测实验的开展，利于教学中各种不同的检测方式发挥利用。

附图说明

图1为本实用新型管式换热器的结构示意图；

图2、3、4、5为本实用新型管板的结构示意图；

图6为本实用新型实验台的结构示意图；

其中：1-封头；2-螺栓螺母；3-垫片；4-管板；5-接管及接管法兰；6-筒体；7-折流板；8-换热管；9-拉杆；10-Z轴轨道支架；11-X轴轨道支架；12-Y轴轨道支架；13-机械手臂；14-管式换热器；15-检测放置台。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型作进一步的解释说明。

参见图1，本实用新型的管式换热器14包括筒体6，筒体6的两端均设置有封头1，筒体6和封头1的外侧壁上设有用于进行无损检测教学实验的焊接焊缝，封头1上设有换热液体出入口，筒体6上设置有拉杆9，筒体6内沿筒体轴线相互平行等距设置有若干个换热管8，封头1通过管板4与换热管8连接，管板4与封头1间设置有垫片3，且封头1与筒体6通过法兰连接，参见图2～图5，管板4上开设有若干个通孔，管板4上的通孔呈矩形排列或环形排列，通孔的截面呈圆形、五边形或八边形，每个通孔与一个换热管8连接，封头1与若干换热管8连通构成第一路换热通道；筒体6的对角位置侧壁上开设有两个接管及接管法兰5，接管及接管法兰5上设有换热液体出入口，筒体6内沿垂直筒体轴线方向相互平行等距设置有若干折流板7，折流板7与筒体6内壁间设有通道，相邻折流板7与筒体6内壁间的通道连通，接管及接管法兰5与该通道连通构成第二路换热通道。

参见图6，本实用新型的实验台包括用于放置管式换热器14的检测放置台15，检测放置台15上设置有两个机械手臂13，以及支撑机械手臂13分别在X、Y、Z轴方向运动的X轴轨道支架11、Y轴轨道支架12和Z轴轨道支架10，机械手臂13连接有电源、控制系统和驱动系统，控制系统采用ST公司的STM8单片机，并通过串口UART与外部显示设备进行通讯；驱动系统采用步进电机驱动机械手臂13。

封头1通过铸造与焊接成形，与筒体相连接管法兰有十二个孔，通过螺栓螺母2与筒体6连接，二者之间是垫片3，确保密封，管板4安装在筒体6中，筒体6的上接管上为法兰，方便连接安装，同时也是换热液体的出入口，筒体6内部为换热管8、折流板7和拉杆9。换热器工作时，一种液体从一端封头进入，另一端封头出；另一种换热液体从筒体6左下的接管进入，从右上的接管流出。

管式换热器14的所有组件均可完全拆卸组装，同时，本实验台配备有4套可替换的管板和对应的换热管，如图所示。图2、图3两种管板对应两种不同的换热管分布方式，同为32个管孔，分布方式不同，换热效果不同；图3、图4、图5三种管板中管孔分布方式相同，却对应三种不同的管道，图3为圆孔，图4为八边形，图5为五边形；学生实验时，可根据实际情况拆换不同的管板和换热管，对比分析换热管性能探索工作原理。

管式换热器的筒体6、封头1上有大量焊接焊缝，设备形状简单，表面有一定光洁度，适合做射线检测(RT)、超声波检测(UT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)、等无损检测教学实验。

如图6所示为机械手实验台示意图，其电气系统由三部分构成：电源系统、控制系统、驱动系统。电源系统为系统提供和转换各种所需的电压和电流，控制系统是整个系统的大脑，为各个运行动作发出指令，为各个信号采集做出反应，运用ST公司的STM8单片机作为系统主CPU，通过串口UART与外部显示设备进行通讯；驱动系统主要用来驱动步进电机和2个机械手臂13，将管式换热器放置在检测零件放置台15上，2个机械手臂13通过Z轴轨道支架10，X轴轨道支架11，Y轴轨道支架12调整位置，机械手工作区域可以覆盖整个放置台，实验过程中，将图1所示管式换热器整体放置在放置台15上，利用2个机械手臂13可同时工作，实现自动化拆装换热器零部件，同时，拆分下来的零件也可继续利用机械手夹持、抓紧送往配合无损检测。同时，通过机械手夹持零件相关位置运送并固定在检测仪器前，避免实验人员身体部位接触，减少实验误差的同时避免检测对人体的伤害。

管式换热器14由封头1、垫片3、管板4、筒体6、换热管8等组成，拥有此类换热器全部零件，所有零件均可拆分组装，配备有多套可供选择的换热管及管板套装，其整体和各零部件均可用于无损检测实验，再加上一种拥有依靠现代步进驱动技术实现的多方位运动系统的机械手实验台配合，可实施换热器零部件自动化拆装，亦可用于夹持、机械运送零部件无损检测，适用并利于各种无损检测实验方法的实施。管式换热器14尺寸较小，可放置于检测放置台15上，适合实验室放置，管式换热器各零件均可拆分，学生可拆装了解内部结构，直观观察各零件，利于对设备的深刻认识学习。管式换热器配备有多套不同分布形式及大小的换热管与管板的套装，学生可自行选择对比不同套装换热效果。管式换热器各零部件中设置了各种焊接焊缝，可同时用于学生无损检测实验的开展，利于教学中各种不同的检测方式发挥利用。

机械手臂13依靠现代步进驱动技术的多方位运动系统设计而成，装有2个机械手臂，配合支架可实现X、Y、Z轴的自由运动，运动工作区域覆盖整个工作台。机械手臂13大小适中，适合实验室放置，并适合将上述管式换热器放置在工作台上进行机械化拆装，整个过程可实现自动化。机械手臂13拆装零部件后可用于夹持、机械运送以及零部件位置的调整，方便各种无损检测实验方法的实施。

机械手臂13与可拆分组装的管式换热器14配套实验，实现实验过程机械化的同时，满足学生对换热器内部结构的认识，无损检测实验过程中机械手臂的利用，避免人为因素对实验结果影响的同时也减少实验对实验学生的伤害。

本实用新型在实验室中就可满足学生对换热器认识的需求，节省外出参观教学经费，节约外出参观时间，换热器各零部件齐全并可拆卸组装，同时拥有多套可更换的换热器管板及换热管套装的一系列特点利于学生深入了解其结构及性质，除此之外机械手实验台配套实现整个过程的自动化，并可辅助用于无损检测实验，即安全又方便了各检测方法的实施。