高效管內(nèi)表面單支沖刷清洗系統(tǒng)研制

摘 要：針對(duì)目前商用空調(diào)高效換熱管生產(chǎn)制造過程中內(nèi)表面殘留油污、清洗劑、鈍化劑以及雜質(zhì)多的問題，通過自主設(shè)計(jì)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，利用信號(hào)集成控制單支清洗、鈍化設(shè)備替代人工成捆浸泡法，實(shí)現(xiàn)了高效換熱管內(nèi)表面單支自動(dòng)清洗、鈍化的目的。高效管內(nèi)表面單支沖刷清洗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效換熱管的全自動(dòng)化單支清洗，解放了生產(chǎn)力;與人工成捆浸泡法相比，采用該系統(tǒng)后管內(nèi)清潔度（即表面殘留污物總量）≤30 mg/m2。

關(guān)鍵詞：高效管;自動(dòng)化;單支清洗;清潔度

0 ? ?引言

高效換熱管是指能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)外流體換熱的換熱元件[1]。空調(diào)制冷行業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了高效換熱管的快速發(fā)展。高效換熱管為商用空調(diào)的主要換熱零部件，在整個(gè)換熱系統(tǒng)里起著承壓、換熱及不同介質(zhì)間的隔離作用，對(duì)商用空調(diào)的換熱效率起著決定性作用。在使用過程中，對(duì)高效換熱管內(nèi)表面清潔度要求極高，若存在油污、雜質(zhì)等，會(huì)進(jìn)入換熱系統(tǒng)，從而造成系統(tǒng)腐蝕，產(chǎn)生漏孔、壓縮機(jī)損壞等質(zhì)量隱患。

目前在高效換熱管加工制造行業(yè)，管內(nèi)表面是采用人工成捆浸泡方式進(jìn)行清洗、鈍化，自動(dòng)化程度低;此外，由于高效換熱管為細(xì)長管，人工操作易導(dǎo)致管內(nèi)清洗、鈍化不完全，清洗后管內(nèi)殘留油污、清洗劑、鈍化劑，且雜質(zhì)較多，清洗質(zhì)量狀態(tài)不受控，最終可能造成剩余殘留物質(zhì)進(jìn)入商用空調(diào)換熱系統(tǒng)，引發(fā)質(zhì)量安全事故。本文主要通過自主設(shè)計(jì)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，利用信號(hào)集成控制單支清洗、鈍化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效換熱管內(nèi)表面單支自動(dòng)清洗、鈍化，并提升高效換熱管管內(nèi)清潔度。

1 ? ?行業(yè)現(xiàn)狀

針對(duì)高效換熱管的清洗，目前業(yè)內(nèi)普遍采用人工成捆浸泡法，同時(shí)利用超聲波清洗機(jī)在銅合金的高效管表面進(jìn)行超聲波振動(dòng)清洗，目的是清洗掉表面的污物與氧化物[2]。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，是由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的。

超聲波清洗機(jī)的原理是通過安裝在清洗液中的超聲波振盒將超聲波輻射到清洗液，受到超聲波輻射的液體中的微氣泡能夠在聲波的作用下保持振動(dòng)。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，氣泡就會(huì)迅速膨脹，然后又突然閉合，在此過程中，氣泡閉合的瞬間會(huì)產(chǎn)生沖擊波，使氣泡周圍產(chǎn)生壓力及局部調(diào)溫，這種超聲波空化所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使它們分化于溶液中。

超聲空化（Ultrasonic Cavitation）是指當(dāng)液體中有強(qiáng)度超過該液體空化閾的超聲波傳播時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，存在于液體中的微小泡核在超聲波的作用下被激活[3]，小氣泡隨著超聲振動(dòng)而逐漸生長和增大，然后瞬間破滅和分裂，分裂后的氣泡再繼續(xù)生長和破滅，表現(xiàn)為微泡的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過程[4]。超聲空化對(duì)污垢的直接反復(fù)沖擊，一方面能破壞污物在被清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物層的疲勞破壞而被剝離。氣體型氣泡的振動(dòng)對(duì)固體表面進(jìn)行擦洗，污物層一旦有縫可鉆，氣泡立即“鉆入”振動(dòng)，使污物層脫落。

超聲波清洗在高效換熱管生產(chǎn)制造中的缺點(diǎn)：（1）噪聲大。超聲波清洗機(jī)產(chǎn)生的雜音有70 dB左右，員工長期操作此機(jī)器會(huì)對(duì)聽力有所影響。（2）穿透力強(qiáng)。員工長期處于超聲波環(huán)境中會(huì)對(duì)身體造成不良影響。（3）自動(dòng)化率低。需要人工將管材進(jìn)行捆扎、浸泡、計(jì)時(shí)與取出，自動(dòng)化率低。（4）機(jī)器壽命不穩(wěn)定。產(chǎn)品材料、工作環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)等因素都會(huì)影響到超聲波清洗機(jī)的壽命，導(dǎo)致超聲波清洗機(jī)的頻率或振子發(fā)生衰減，影響清洗質(zhì)量。

鑒于此，本文通過自主設(shè)計(jì)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，利用信號(hào)集成控制單支清洗、鈍化設(shè)備替代人工成捆浸泡法，實(shí)現(xiàn)高效換熱管內(nèi)表面單支自動(dòng)清洗、鈍化的目的。

2 ? ?系統(tǒng)構(gòu)成

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成包括輸送鏈1、伺服電機(jī)2、上料機(jī)構(gòu)3、清洗站4、漂洗站5、鈍化站6、管內(nèi)吹掃7以及PLC電控柜，可以相互進(jìn)行交互式通信，并統(tǒng)一集成控制，如圖1所示。

本文通過設(shè)計(jì)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效換熱管的單支自動(dòng)上料;采用伺服電機(jī)控制輸送鏈，實(shí)現(xiàn)高效換熱管單支前進(jìn)清洗、漂洗、鈍化;并采用清洗劑、清水、鈍化劑、壓縮空氣依次對(duì)管內(nèi)進(jìn)行壓力沖刷清洗、漂洗、鈍化及吹掃。清洗、鈍化后管內(nèi)清潔度（即表面殘留污物總量）≤30 mg/m2。同時(shí)，清洗站內(nèi)設(shè)計(jì)循環(huán)過濾結(jié)構(gòu)，清洗液可多次循環(huán)使用。

2.1 ? ?自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)1、頂料氣缸2、擋料氣缸3、頂升氣缸4、上料架5、預(yù)上料區(qū)6、待清洗鈍化區(qū)7、限料擋板8組成，如圖2所示。

自動(dòng)上料過程如下：

（1）首先根據(jù)待清洗高效換熱管規(guī)格，調(diào)整擋料氣缸3的行程及位置，使預(yù)上料區(qū)6預(yù)留出1支高效換熱管直徑的位置，實(shí)現(xiàn)單支上料;調(diào)整限料擋板8與待清洗鈍化區(qū)7的間隙，防止出現(xiàn)待清洗鈍化區(qū)內(nèi)高效換熱管疊料現(xiàn)象。

（2）將高效換熱管上料至上料架5中，上料架5內(nèi)感應(yīng)器感應(yīng)到物料后，頂升氣缸4開始頂升上料架5，當(dāng)高度到達(dá)預(yù)上料區(qū)6位置時(shí)，高效換熱管單支下滑進(jìn)入預(yù)上料區(qū)6。

（3）隨后，上料架5下降回到原始位置。同時(shí)，擋料氣缸3行程收縮，放行預(yù)上料區(qū)6內(nèi)的高效換熱管，高效換熱管沿斜面下滑進(jìn)入待清洗鈍化區(qū)7。

（4）頂料氣缸2單支頂升高效換熱管，落入輸送鏈上，如圖3所示。

（5）高效換熱管落到輸送鏈之后，伺服電機(jī)啟動(dòng)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)輸送鏈帶著高效換熱管前進(jìn)（待清洗鈍化區(qū)有物料時(shí)，步進(jìn)前進(jìn)1支管的位置，當(dāng)待清洗鈍化區(qū)無物料時(shí)，連續(xù)前進(jìn)至清洗位置）。

2.2 ? ?單支清洗設(shè)備

清洗站主要由夾緊裝置1、沖刷噴頭2、行程氣缸3、水箱4、清洗泵5、過濾網(wǎng)6、加液泵7組成，如圖4所示（漂洗站、鈍化站、管內(nèi)吹掃結(jié)構(gòu)與清洗站類似）。

清洗、漂洗、鈍化、吹掃過程如下：

（1）當(dāng)高效換熱管前進(jìn)至清洗位置時(shí)，夾緊氣缸啟動(dòng)，帶動(dòng)夾緊裝置1夾緊高效換熱管，同時(shí)行程氣缸3推動(dòng)沖刷噴頭2進(jìn)入高效換熱管管口處（單次清洗12支高效管）。

（2）清洗泵5啟動(dòng)，通過沖刷噴頭2對(duì)高效換熱管管內(nèi)進(jìn)行5 min沖刷清洗。當(dāng)水箱4內(nèi)液體少于設(shè)定值時(shí)，加液泵7啟動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)液。

（3）隨后高效換熱管進(jìn)入漂洗站、鈍化站以及管內(nèi)吹掃（采用壓縮空氣對(duì)管內(nèi)吹掃），操作步驟同上，首先沖刷清洗管內(nèi)殘留油污，再將管內(nèi)清洗劑等漂洗干凈，然后對(duì)管內(nèi)進(jìn)行鈍化處理，最后將管內(nèi)液體吹掃干凈（過程中所用的清洗劑、清水、鈍化劑可回流，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾重復(fù)使用）。

（4）重復(fù)以上步驟，實(shí)現(xiàn)高效換熱管的單支連續(xù)清洗、鈍化。

2.3 ? ?管內(nèi)清潔度

（1）實(shí)驗(yàn)材料：長度大于1.5 m的管材，試樣長度不應(yīng)小于1.5 m;長度小于或等于1.5 m的管材，試樣長度即為成品管材長度。

（2）內(nèi)表面清潔度測(cè)量方法：將試樣管一端堵塞，并灌入適量的溶劑，再將另一端堵塞，把管子放在水平支架上滾動(dòng)或充分振蕩，以便徹底清洗，取下管端頭，將溶劑倒入一個(gè)重量已知、清潔的容器（坩堝蒸發(fā)盤或燒杯均可）中，將容器置入一個(gè)低溫的電爐或蒸汽槽上，使溶劑蒸發(fā)至干（注意不要讓容器過熱，以免導(dǎo)致殘余物碳化）。然后將容器置入一個(gè)100～110 ℃的烘箱內(nèi)烤10 min，取出后放在一個(gè)干燥器中冷卻，再稱出重量。應(yīng)用同樣測(cè)定量的溶劑進(jìn)行空白液的測(cè)定，將殘余物試樣重量減去空白液試樣的重量，算出每平方米管子表面上的殘余物克數(shù)。

（3）國標(biāo)《熱交換器用銅及銅合金無縫翅片管》（GB/T 19447—2013）要求管材表面殘留污物總量應(yīng)≤320 mg/m2，而采用此高效管單支沖刷清洗系統(tǒng)，實(shí)際測(cè)量管內(nèi)表面殘留污物總量≤30 mg/m2，不到國標(biāo)要求的1/10，嚴(yán)格保證了高效換熱管的生產(chǎn)質(zhì)量。

3 ? ?結(jié)語

本文通過對(duì)高效換熱管單支沖刷清洗系統(tǒng)的研制，實(shí)現(xiàn)了高效換熱管生產(chǎn)制造過程中單支管內(nèi)表面自動(dòng)清洗、鈍化。利用此系統(tǒng)代替業(yè)內(nèi)人工清洗、鈍化方式，提高了高效換熱管制造行業(yè)的自動(dòng)化率;管內(nèi)表面殘留污物總量≤30 mg/m2，提升了高效換熱管管內(nèi)清潔度;同時(shí)，高效換熱管生產(chǎn)合格率、成品率亦得到提高。因此，此系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景與較高的行業(yè)市場價(jià)值。

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收稿日期：2021-05-20

作者簡介：戴恩成（1994—），男，山東人，碩士研究生，研究方向：高效換熱管設(shè)計(jì)加工制造。