強(qiáng)制式脹管技術(shù)研究與應(yīng)用

【摘要】文章主要介紹了強(qiáng)制式脹管設(shè)備在空調(diào)制冷行業(yè)的研究與應(yīng)用，通過(guò)對(duì)空調(diào)器翅片管式熱交換器強(qiáng)制脹管后螺紋參數(shù)、換熱效率、機(jī)械性能等前后變化進(jìn)行研究，論證了強(qiáng)制式脹管在空調(diào)器翅片管式熱交換器上應(yīng)用的可行性。

【關(guān)鍵詞】強(qiáng)制式；脹管；無(wú)收縮；換熱器

強(qiáng)制式脹管工藝源于日本（即無(wú)收縮脹管工藝），因國(guó)外技術(shù)壟斷，進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，使用時(shí)專利費(fèi)用較高等原因，國(guó)內(nèi)空調(diào)行業(yè)一直未能應(yīng)用。近年來(lái)隨著中國(guó)制造行業(yè)的崛起，人工成本的增加，空調(diào)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，銅管原材料價(jià)格的日益上漲，空調(diào)的生產(chǎn)制造成本成為企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家開始研究無(wú)收縮脹管工藝。

一、技術(shù)原理

目前國(guó)內(nèi)空調(diào)行業(yè)的熱交換器都采用有收縮脹管形式生產(chǎn)，脹管時(shí)由于脹球尺寸大于銅管內(nèi)徑，脹管后銅管的內(nèi)徑增大，與翅片接觸緊密，提高熱交換器換熱效率。因普通脹管脹后銅管內(nèi)徑增大，銅管橫截面積增大，在等體積的情況下，銅管的長(zhǎng)度就會(huì)用來(lái)補(bǔ)償橫截面積的增大，銅管產(chǎn)生收縮，即通常所說(shuō)的銅管收縮率。一般空調(diào)行業(yè)的內(nèi)螺紋銅管收縮率為3%-4%，因此內(nèi)螺紋銅管脹后會(huì)有3%-4%的損耗。

內(nèi)螺紋銅管收縮率如表1：

表1 各規(guī)格內(nèi)螺紋管收縮率

規(guī)格銅管壁厚Wt脹后收縮率

∮70.434﹪

∮7.940.434﹪

∮9.520.473﹪

無(wú)收縮脹管工藝是一種強(qiáng)制的脹管技術(shù)，通過(guò)脹管機(jī)專用夾具將兩器組件管口、U管底部夾緊后脹管，采用壁厚補(bǔ)償銅管內(nèi)徑擴(kuò)大的方式，保證脹管后銅管長(zhǎng)度無(wú)收縮的加工工藝。因脹管后銅管內(nèi)徑及螺紋參數(shù)產(chǎn)生變化，無(wú)收縮脹管后需要對(duì)熱交換器換熱性能、系統(tǒng)壓力、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)等性能進(jìn)行驗(yàn)證。

二、研究與應(yīng)用

1.脹球選取

根據(jù)銅管換熱系數(shù)公式，銅管外表面換熱效率遠(yuǎn)高于內(nèi)表面，且銅管與翅片接觸的緊密程度對(duì)換熱影響較大，因此我們要保證熱交換器換熱效率，優(yōu)先保證U形管外徑尺寸。為保證熱交換器U管外徑，需對(duì)脹管機(jī)脹球尺寸進(jìn)行選取。

根據(jù)公式：

V有-V無(wú)=0.02V有

S有*L1-S無(wú)*L1 =0.02S有*L1

π*（（D有+2Wt）/2） *（D有+2Wt）/2）- π（D無(wú)/2*D無(wú)/2）

=0.98*π*（（D有+2Wt）/2） *（D有+2Wt）/2）-

0.98*π（D有/2*D有/2）

式中：D有為普通脹管機(jī)脹球直徑，mm；D無(wú)為無(wú)收縮脹管脹球直徑，mm；Wt為內(nèi)螺紋管壁厚。

通過(guò)以上公式計(jì)算出無(wú)收縮脹球直徑D無(wú)，根據(jù)理論計(jì)算、金相數(shù)據(jù)、整機(jī)性能測(cè)試，最終選定脹球直徑如表2：

表2 各規(guī)格脹球尺寸有收縮與無(wú)收縮對(duì)比

規(guī)格有收縮直徑無(wú)收縮直徑

∮76.646.73

∮7.947.577.61

∮9.529.079.11

2.脹管實(shí)驗(yàn)

無(wú)收縮脹管脹管后銅管壁厚減薄，換熱器的理論耐壓力降低。因脹管后銅管拉伸、拉薄，銅管產(chǎn)生的加工硬化加強(qiáng)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的疲勞破裂機(jī)率增大。為驗(yàn)證無(wú)收縮脹管后銅管相關(guān)機(jī)械性能，我們對(duì)脹后銅管進(jìn)行了金相、耐壓試驗(yàn)、脈沖試驗(yàn)等，對(duì)整機(jī)進(jìn)行定頻掃頻、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)等試驗(yàn)。

①金相對(duì)比試驗(yàn)

由銅管脹管后金相齒形試驗(yàn)觀察，無(wú)收縮脹管后螺紋齒形完整，與普通脹管機(jī)脹管后齒形無(wú)明顯變化。

測(cè)試無(wú)收縮與普通脹管后內(nèi)螺紋底壁厚、齒高、總壁厚、齒頂角、銅管外徑等參數(shù)數(shù)據(jù)，各項(xiàng)參數(shù)均在合格范圍之內(nèi)，脹后數(shù)據(jù)對(duì)比見表3（以∮9.52規(guī)格內(nèi)螺紋管為例）：

表3 有收縮與無(wú)收縮脹管后銅管參數(shù)對(duì)比

無(wú)收縮脹管后內(nèi)外徑變大，整體換熱面積增大，但因選擇較大脹球進(jìn)行脹管，齒頂角有相對(duì)增大，總體考慮換熱效率增加。

3.焓差試驗(yàn)

根據(jù)壓焓p—h圖（見圖一）分析，由于無(wú)收縮脹管采用脹頭大于普通脹頭，無(wú)收縮蒸發(fā)器U形管內(nèi)、外徑加大，導(dǎo)致蒸發(fā)器整體換熱面積加大，可適當(dāng)增大吸氣過(guò)熱度，在壓焓圖中，1a點(diǎn)變化到1b點(diǎn)，焓差值由q1變化到q2，焓差值加大，即制冷量加大。

為了驗(yàn)證無(wú)收縮脹管后換熱器換熱能力變化，分別在1P、1.5P、2P、3P、5P等多種主流機(jī)型上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整相關(guān)參數(shù)，在整機(jī)各項(xiàng)配置不變的情況下滿足相關(guān)性能要求。主要參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)如表4：

表4 強(qiáng)制式脹管與普通脹管換熱器焓差測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)

由數(shù)據(jù)分析，因強(qiáng)制式脹管換熱器換熱面積增大，整機(jī)換熱能力有所提高，額定制熱、額定制冷、能效比等參數(shù)，優(yōu)于普通脹管換熱器。

4.其它驗(yàn)證

脈沖試驗(yàn)20萬(wàn)次、定頻掃頻、耐壓等試驗(yàn)驗(yàn)證合格。

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)強(qiáng)制式脹管換熱器的焓差、機(jī)械性能、螺紋金相等各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，強(qiáng)制式脹管滿足使用要求。脹頭尺寸變大，整機(jī)換熱性能也會(huì)變化，變化曲線為倒V字型。