中央空調用干式蒸發(fā)器防泄漏的技術改進

張勝文

（北京市國中景山壓力容器制造有限公司，北京 100040）

中央空調用干式蒸發(fā)器防泄漏的技術改進

張勝文

（北京市國中景山壓力容器制造有限公司，北京 100040）

對導致原干式蒸發(fā)器出現(xiàn)泄漏的原因進行了分析，并從設計和加工工藝兩方面對其進行了技術改進，生產(chǎn)試驗和用戶使用的結果表明，改進后的干式蒸發(fā)器從根源上徹底解決了原干式蒸發(fā)器存在的泄漏問題，滿足了用戶的使用要求，提高了產(chǎn)品質量和可靠性。

中央空調；干式蒸發(fā)器；泄漏；技術改進

臥式殼管蒸發(fā)器是對液體載冷劑進行冷卻的一種常用蒸發(fā)器，主要有滿液式和干式兩大類型式。干式蒸發(fā)器主要用于氟利昂制冷系統(tǒng)中，其外形和結構雖然與滿液式蒸發(fā)器基本相同，但具有以下優(yōu)點：制冷劑在管內(nèi)流動，充液量少；制冷劑流速較高，潤滑油容易返回壓縮機；冷量損失少；傳熱管不致發(fā)生凍結等[1～3]。為此，在離心式和螺桿式冷水機組這兩種型式的中央空調系統(tǒng)主機中，干式蒸發(fā)器被廣泛采用。

干式蒸發(fā)器是北京市國中景山壓力容器制造有限公司生產(chǎn)經(jīng)營的一種主流產(chǎn)品。公司原來生產(chǎn)的干式蒸發(fā)器為雙管板箱式結構，其換熱管束為直管形式。用戶在使用過程中，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器直管與管板連接部位出現(xiàn)了泄漏情況，只得停機檢修。這給用戶帶來很大的維修工作量，又影響了設備的正常使用，造成了巨大的直接和間接經(jīng)濟損失。

為了排除故障，筆者從結構設計和加工工藝兩方面對其進行了分析研究，找出了故障原因，并結合生產(chǎn)試驗進行了技術改進，從根源上徹底解決了原干式蒸發(fā)器存在的泄漏問題。

1 原干式蒸發(fā)器泄露原因的分析研究

原干式蒸發(fā)器的技術參數(shù)如表1所示，結構如圖1所示。蒸發(fā)器為雙管板結構，筒體兩端各設一塊固定式管板。其換熱管束為直管，兩端分別插入管板孔中，并通過機械脹管的方式與管板連結。

通過對出現(xiàn)泄漏情況的干式蒸發(fā)器進行維修檢查與解體分析發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)泄露點是由管板與Φ16×1.2換熱管的脹接部位產(chǎn)生裂紋或細微縫隙導致的。

表1 干式蒸發(fā)器的技術參數(shù)

圖1 原干式蒸發(fā)器結構圖

結合多年的工作經(jīng)驗與相關理論知識對此現(xiàn)象進行分析[4～11]，導致干式蒸發(fā)器出現(xiàn)泄漏的原因可能有兩種：一是由于空調用冷水機組在運行過程中，蒸發(fā)器內(nèi)溫度的反復變化造成銅質換熱管束與鋼質殼體的熱脹冷縮程度有很大差異，由此產(chǎn)生的強大熱應力使換熱管與管板脹接部位發(fā)生微細裂紋并逐步延伸擴展，直至形成泄漏縫隙；二是由于對換熱管與管板進行機械脹接時，存在過脹現(xiàn)象，導致?lián)Q熱管管端過薄，制冷劑與載冷劑的高速流動使得管口失穩(wěn)，并逐漸產(chǎn)生裂紋，形成泄漏縫隙。

2 干式蒸發(fā)器的技術改進

根據(jù)上述原干式蒸發(fā)器泄漏原因的分析，要從根源上徹底解決此泄漏問題，應從設計和加工工藝兩方面對其進行技術改進。

2.1 干式蒸發(fā)器的設計改進

原干式蒸發(fā)器為雙管板與直換熱管結構，內(nèi)部溫度反復變化時會產(chǎn)生的強大熱應力，使脹接部位出現(xiàn)泄漏。若在設計時就將其結構形式進行改進，改用圖2所示單管板與U型換熱管結構，即可很好地消除熱應力，避免泄露。

圖2 U型管干式蒸發(fā)器

改進后的U型管干式蒸發(fā)器中，U型換熱管束的管口一端全部固定在單管板上，彎管一端全部為自由端，且彎管端與蒸發(fā)器殼體端板留有足夠距離，保證任何時刻不能有接觸。由此，蒸發(fā)器內(nèi)部溫度變化時換熱管束與管板的脹接部位不會再產(chǎn)生熱應力，杜絕了裂紋及縫隙的生成，避免了泄漏。

2.2 干式蒸發(fā)器的加工工藝改進

改進后的U型管干式蒸發(fā)器換熱管采用紫銅管，與碳鋼管板連接時不易焊接，用機械脹接法較好。為了保證干式蒸發(fā)器的質量和性能，保證空調機組運行過程中不會產(chǎn)生泄漏，還需要在管孔加工、換熱管與管板的脹接、換熱管的矯直與切斷等加工制造環(huán)節(jié)上進行工藝改進。

2.2.1 管孔凹槽加工工藝改進

干式蒸發(fā)器在加工制造過程中，需要保證換熱管與管板連接部位滿足設計和使用要求，即連接牢固、密封性好，有足夠的連接強度和抗拉強度，否則在溫差變化以及管程與殼程壓差的作用下，換熱管與管板連接部位可能產(chǎn)生松動，從而形成泄漏縫隙。

圖3 管板管孔與凹槽示意圖

我公司生產(chǎn)的型號為RZ1000V2Y的干式蒸發(fā)器中，換熱管直徑為Φ9.52mm，材質為紫銅管，管板厚度為38mm，材質為Q345R。管板上管孔與凹槽的尺寸、公差、表面粗糙度，如圖3所示。

干式蒸發(fā)器管板孔槽加工時，管徑較小，管板布管密集，如圖4所示，原鉆孔和鏤槽的機床又難以達到圖樣設計精度要求。

圖4 管板布管尺寸圖

為了保證脹接質量，管板上采用了兩道凹槽。但這兩道凹槽的加工工藝要求很高，特別是凹槽深0.5mm，與管孔同軸度0.05mm，我公司原有設備很難達到這種加工精度要求，且直徑Φ9.52mm的鏤槽刀國內(nèi)沒有生產(chǎn)廠家，制造相當困難，因此幾次工藝試驗均告失敗。最后通過多方查詢，購置了英國生產(chǎn)的專用鏤槽裝置。

2.2.2 換熱管與管板的脹接工藝改進

干式蒸發(fā)器的U型換熱管與管板的連接采用機械脹接的方式。脹接的方法是將脹管器插入管口內(nèi)徑，順時針旋轉，將管端部脹大，使管端局部產(chǎn)生塑性變形，同時管板孔也被脹大，產(chǎn)生彈性變形。當退出脹管器后，管板產(chǎn)生彈性恢復，使管外壁與管板孔的接觸面產(chǎn)生很大擠壓力，實現(xiàn)換熱管與管板牢固結合，達到密封的目的，并且保證在使用中也不會泄露。

脹接工藝的關鍵在于掌握合適的脹接程度，不要欠脹和過脹。特別要注意的是，過脹會使管壁減薄量增大，甚至發(fā)生裂紋，且過脹后不能修復，整根紫銅管將報廢。因此，根據(jù)反復計算和工藝模擬試驗的結果，筆者得出了最佳脹度為1%～1.9%的結論，這時可以大大提高脹接質量，降低銅管廢品率。為了更好地保障脹接質量，我公司又從日本購買了圖5所示的專業(yè)數(shù)控脹管調節(jié)機和脹管器，以便根據(jù)脹接力大小自動調節(jié)扭矩大小，達到換熱管與管板的密封要求。

2.2.3 換熱管的矯直與切斷工藝改進

干式蒸發(fā)器采用的Φ9.52×0.4mm紫銅管為整卷圓盤料供貨，加工制造蒸發(fā)器時需要自行矯直和切斷。切管下料時，要保證不破壞管的圓度和表面質量，管端面不能有毛刺，換熱管長度要一致，生產(chǎn)效率要高。

圖5 日本進口脹管機

由于當時矯直切管設備昂貴，為了降低成本，又要保證工藝要求，筆者研制了簡易矯直切管機。首先，采用三套矯正輪，分120°，三個方向均布，將管固定；其次，按紫銅管外徑公差大小配置滾輪，保證銅管不會損壞；笫三，切管時采用高速鋼鋸片刀，保證平穩(wěn)、安全、快速。這套自行研制的矯直切管機，經(jīng)生產(chǎn)使用證明，完全滿足了加工質量和加工效率的要求。

3 改進后干式蒸發(fā)器的試驗與生產(chǎn)應用

我公司對經(jīng)過設計和工藝改進后的干式蒸發(fā)器進行了性能試驗，并模擬了實際應用條件，結果表明改進后的蒸發(fā)器具有體積小、重量輕、密封性能好等優(yōu)點，沒有出現(xiàn)泄漏情況。

批量生產(chǎn)以后，經(jīng)過訂單用戶“阿爾西制冷集團公司”的驗收和使用也表明，我公司生產(chǎn)的干式蒸發(fā)器完全達到了使用要求。此后，阿爾西制冷集團公司一直使用我公司生產(chǎn)的蒸發(fā)器和冷凝器。多年來的實踐證明，我公司的蒸發(fā)器和冷凝器質量好，徹底解決了泄漏的問題，用戶也因此對我公司產(chǎn)品給予了高度評價與肯定。

4 結束語

經(jīng)過改進后的干式蒸發(fā)器，從結構設計原理方面徹底消除了泄漏的根源，從加工制造工藝方面使產(chǎn)品質量得到了提高與保障，滿足了生產(chǎn)與使用要求，并經(jīng)受住了試驗與實際應用的雙重考驗。這些技術改進方法不但為中央空調系統(tǒng)主機用干式蒸發(fā)器的設計與加工提供了可靠的依據(jù)，也可以推廣到其他類型的換熱器設計與生產(chǎn)工藝中。

[1]尉遲斌.實用制冷與空調工程手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2001:172-181.

[2]陳沛霖，岳孝方.空調與制冷技術手冊[M].上海:同濟大學出版社，1990:790-798.

[3]董天祿.離心式/螺桿式制冷機組及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002:227-240.

[4]JBT4750-2003，制冷裝置用壓力容器[S].

[5]GB151-99，管殼式換熱器[S].

[6]GB150-98，鋼制壓力容器[S].

[7]質技監(jiān)局鍋發(fā)[1999]154號，壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

[8]張百福.空調制冷設備維修手冊[M].北京：新時代出版社，1996.

[9]王海峰，馬鳳麗，桑芝富.先脹后焊連接中焊接對脹接連接強度的影響[J].壓力容器，2010，27(12):13-20.

[10]翟金輝，鮑彬彬，徐敏霞，等.壓力容器用304不銹鋼封頭直邊段開裂失效分析[J].壓力容器，2011，28(12):54-58.

[11]羅彩霞，梅 瑛，許志珍.高壓容器筒體與封頭連接處有限元分析及優(yōu)化[J].壓力容器，2011，28(8):35-38,43.

Technical Im provementof Leakproof on Dry Expansion Evaporator for CentralAir Conditioning System

ZHANGSheng-wen
(BeijingGuozhong Jingshan Pressure VesselManufacturing Co.，Ltd.，Beijing 100040，China)

The reason of leading to leakage of theoriginaldry expansion evaporator isanalyzed.Technical improvements in design and processing technic are carried out.The results of production testing and consumers'using indicate that the improved dry type evaporator has completely eliminated the problem of leakage and the new evaporators havemet the consumers'requirements.Thequality and reliability ofproductsare also improved.

centralair conditioning system；dry expansion evaporator；leak；technical improvement

TB657.5

B

1672-545X（2014）04-0162-03

；2014-01-03

張勝文（1968—），男，北京人，工程師，本科，從事機械設計工作。