專利名稱：橢圓形螺旋換熱管及其在線制管加工工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬管加工技術領域，尤其涉及一種用于換熱器等換熱設備的橢圓形螺旋換熱管。本發(fā)明還涉及前述橢圓形螺旋換熱管的加工工藝。
背景技術：
按GB/TM590-2009《高效換熱器用特型管》標準，我國現(xiàn)行的換熱器用高效特型管共分為四大類型，分別為T型槽管、波紋管、內波外螺紋管、內槽管。它們最大的共同點在于都是通過冷加工工藝在金屬基管(直光管)上制造加工出來的換熱管。如圖1所示，現(xiàn)有技術中的T型槽管，在金屬基管1的外壁上通過冷加工形成密集的螺旋狀T型凹槽11。T型槽管按結構形式可分為1型，管外壁呈T型槽道，管內壁表面光滑；II型，管外壁呈T型槽道，管內壁表面呈波紋狀。如圖2所示，現(xiàn)有技術中的波紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管內、外表面均呈波紋狀11的換熱管。如圖3所示，現(xiàn)有技術中的內波外螺紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管外壁呈螺紋11、管內壁呈波紋狀12的換熱管。如圖4所示，現(xiàn)有技術中的內槽管，在金屬基管1的內壁通過冷加工形成凹槽11 的換熱管。內槽管按結構形式可分為1型，軸向凹槽；II型，螺旋狀凹槽。上述四大類換熱管與未經(jīng)冷加工直接用作換熱管的金屬直光管相比，因為在金屬基管上具有冷加工所形成的槽形、波形等，強化了傳熱效果，因此有效地提高了換熱管的換熱面積和換熱效率，故被稱為換熱器用“高效”換熱管。上述這四大類換熱管都是以無縫金屬直光管作為基管通過冷加工成型的，其冷加工工藝主要是對無縫金屬直光管做形狀的變化。進一步地，這四大類換熱管都是在無縫金屬直光管的內、外壁上進行冷加工，加工幅度受管壁厚度所限，因此難以再大幅度地提高換熱面積?，F(xiàn)有技術中的換熱管在做熱交換時，水、油、氣等換熱介質在換熱管內流通，借助于換熱管壁實現(xiàn)與換熱管外的其他介質之間交換熱量的技術目的。在熱交換過程中，靠近換熱管管壁區(qū)域的換熱介質所進行的熱交換比較充分，換熱效率較高；而遠離換熱管管壁、 位于換熱管中心區(qū)域的換熱介質的熱交換并不充分，因此現(xiàn)有技術中的上述換熱管雖經(jīng)過一定改進，但整體換熱效率仍較低。并且，現(xiàn)有技術中的換熱管在生產(chǎn)、使用過程中還存在以下幾點明顯的不足1、受制于冷加工設備的規(guī)格限制，換熱管成品在規(guī)格、長度等方面均受到很大的局限；2、由于有冷加工步驟，原材料的損耗較大；3、由于冷加工過程復雜，導致產(chǎn)品的加工精度參差不齊；4、冷加工工藝的檢驗方法和檢驗手段難以保證成品質量；5、受加工工藝限制，制管效率不高；
6、這四大類換熱管大多具有特殊的外型，給換熱器設備的制作諸如對波紋管、外槽管的折流板的處置帶來許多不便；7、這四大類換熱管都經(jīng)過冷加工，管體上存有殘余應力，在介質通過時會形成湍流，強化了換熱管的局部腐蝕，因此對換熱器設備的使用壽命造成了一定的負面影響?，F(xiàn)有技術中的換熱管由于上述原因，進入了一個技術瓶頸，換熱面積、換熱效率難以再大幅度提高，制約了換熱器的發(fā)展，難以滿足市場的需求。因此，本領域的技術人員一直致力于開發(fā)一種換熱效率高的換熱管及其加工工藝。

發(fā)明內容
有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種換熱效率高的橢圓形螺旋換熱管。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種橢圓形螺旋換熱管，至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；所述管體具有橢圓形橫截面。較佳地，所述橢圓形橫截面的內表面由橢圓表面形成。較佳地，所述橢圓形橫截面為所述管體經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。較佳地，所述管體的兩端分別具有直管段。較佳地，所述管體為金屬焊管。較佳地，所述介質通道為橢圓形。本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管采用橢圓形的橫截面，將現(xiàn)有技術中橫截面積比較大的中間換熱區(qū)縮小，與周邊換熱區(qū)的橫截面積接近或相同，改善了介質通道內中間換熱區(qū)的換熱效率，從而提高了整個橢圓形螺旋換熱管的換熱效率。因此本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管在整體換熱效率上大致為現(xiàn)有換熱管的數(shù)倍，要大大高于現(xiàn)有的換熱管。本發(fā)明還首次采用焊管為原材料，而焊管的成本比現(xiàn)有技術中用作換熱管原材料的無縫管的成本至少低20%左右，因而本發(fā)明大幅度地降低了換熱管的制造成本。本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管，具有結構簡單，成本低，制造便利等有益效果，適用于石油、化工、化肥、鍋爐、制藥、食品、電力、核能、環(huán)保、供熱等多種行業(yè)中用作高效換熱器或換熱設備的用管。本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡單、加工方便、產(chǎn)品質量性能可靠的生產(chǎn)上述橢圓形螺旋換熱管的加工工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了上述任一橢圓形螺旋換熱管的在線制管加工工藝，至少包括以下步驟步驟一，獲得一金屬圓管；步驟二，將所述金屬圓管放置入輥機；步驟三，受一系列的橢圓形螺旋壓模擠壓后，所述金屬圓管形成橢圓橫截面，獲得所述橢圓形螺旋換熱管。較佳地，所述步驟一中，所述金屬圓管為焊管。較佳地，所述橢圓形橫截面的內表面由橢圓表面形成。較佳地，所述橢圓形橫截面為所述金屬圓管經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工
本發(fā)明中的橢圓形模具在設計時必須考慮一下因素1、橢圓形螺旋模具的結構設計中不應留有尖銳角的存在，以防止換熱管在使用時所存在的應力集中造成的管壁裂紋。 2、橢圓形管壁要與換熱管的直徑與壁厚相匹配。3、橢圓形要與換熱設備的設計與使用要求相適應。4、增加換熱管的最佳換熱面積和換熱效率是橢圓形螺旋模具設計的出發(fā)點。本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管的在線壓制工藝應遵循以下要求1、橢圓形螺旋換熱管的產(chǎn)品質量標準應嚴格按相關熱交換器用焊管質量標準要求實施；2、橢圓形螺旋換熱管的焊縫必須100%渦流檢測合格，100%水壓試驗合格；3、橢圓形螺旋換熱管應進行高溫回火定型，嚴防產(chǎn)品形狀回彈；4、橢圓形螺旋換熱管應通過在線熱處理，消除熱處理擠壓殘余應力；5、橢圓形螺旋換熱管的在線壓制模具應具有開啟閉合功能，可根據(jù)顧客需求在焊管兩端留有足夠長的圓光管段，以利換熱管制造；6、橢圓形螺旋換熱管的內外表面異形位置均無尖銳角或棱角存在。本發(fā)明的加工工藝與現(xiàn)有技術中換熱管加工工藝相比，由于沒有大量的冷加工作業(yè)，無需大量冷加工作業(yè)場地、專門冷加工設備和專業(yè)技術工人，節(jié)省了一次投資費用和生產(chǎn)制造成本，因而大幅地降低了換熱管的生產(chǎn)成本，提高了制造效率，具有穩(wěn)定的加工質量。由于沒有冷加工，本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管大幅降低了原材料的消耗，還由于沒有大量冷加工的殘余應力和較光滑的內外表，本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管抗腐蝕能力和抗結垢能力明顯優(yōu)于現(xiàn)有工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品。由于大量使用焊管作為橢圓形管的原材料，焊管的生產(chǎn)成本本身就比無縫管低達 20%。還由于焊管固有特性的有效發(fā)揮，其換熱管橢圓形尺寸可以數(shù)倍于用無縫管生產(chǎn)出來的特型管，其換熱面積和換熱效率大大高于“高效換熱管用特型管”。與熱套制管加工工藝比較，本發(fā)明的在線制管工藝減少了焊管的二次加工流程， 省卻了熱套加工的線外熱處理設備，由于在線連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，其生產(chǎn)效率大約為現(xiàn)有工藝近十倍，使制管成本更加低廉，制管效率更快。并且，在線制管在成品的長度方面還具有不可比擬的優(yōu)勢。由于在線制管為連續(xù)加工，理論上，只要輔以一個后續(xù)的切割工步，在線制管所生產(chǎn)獲得的本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管可以滿足客戶的各種長度要求。由于在線作業(yè)生產(chǎn)的自動控制、產(chǎn)品質量穩(wěn)定、加工尺寸精度高于現(xiàn)有工藝產(chǎn)品質量水平。本發(fā)明的加工工藝與現(xiàn)有高效換熱器用特型管加工技術從制管設備成本上比較， 現(xiàn)有的換熱管生產(chǎn)必須要有的專門機加工、冷加工設備。而本發(fā)明的加工工藝只需要在現(xiàn)有制管設備上對模具等做簡單改造，增加多組橢圓形螺旋壓模，就可以在線壓制形成所期望的各種橢圓形管。通過在線熱處理機構，消除橢圓形螺旋換熱管在線加工殘留的應力，以增加對抗應力腐蝕的能力；同時通過在線熱處理機構，消除橢圓形螺旋換熱管的變形回彈， 獲得形狀穩(wěn)定，幾何尺寸符合規(guī)定要求的橢圓形螺旋換熱管。因此，本發(fā)明的加工工藝減少了廠房和場地的投資，具有投資省、場地占用面積不需擴大，見效快，生產(chǎn)效率高等有益效果，其生產(chǎn)效率大約為現(xiàn)有工藝的數(shù)倍，大大高于現(xiàn)有的換熱管的加工工藝。


圖1是現(xiàn)有技術中一種T型槽管的結構示意圖；圖2是現(xiàn)有技術中一種波紋管的結構示意圖；圖3是現(xiàn)有技術中一種內波外螺紋管的結構示意圖；圖4是現(xiàn)有技術中一種內槽管的結構示意圖；圖5是本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管的實施例1的橫截面結構示意圖；圖6圖5的外表面結構示意圖；圖7是本發(fā)明的在線制管加工工藝中管體的壓制流程設備示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。實施例1 如圖5所示，本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管1為一具有一定長度的金屬焊管，如奧氏體不銹鋼焊管、碳素鋼焊管、鈦及鈦合金焊管、鎳及鎳合金焊管，或奧氏體-鐵素體雙相鋼
焊管等。圖5所示為其橫截面形狀，管體2的內表面為光滑表面。如圖6所示，管體1的外表面為螺旋形。管體2的內部形成換熱介質流通的介質通道3。管體2具有橢圓形橫截面，將介質通道3劃分為兩個側邊換熱區(qū)31及一中間換熱區(qū)32。兩個側邊換熱區(qū)31的橫截面積分別與中間換熱區(qū)32的橫截面積大致相同。本文中，所述的“大致相同”并不要求嚴格的相同。只要使中間換熱區(qū)32的橫截面積不大于側邊換熱區(qū)31的橫截面積的3倍，或不小于側邊換熱區(qū)31的橫截面積的1/3 即可。具體地，本實施例中的管體2是由一圓形的金屬焊管采用壓制加工工藝形成，橢圓面為管體2經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。圓弧的轉角要有一定弧度，根據(jù)管體2直徑的不同，優(yōu)選地采用轉角半徑為2-10 毫米。這樣避免了尖銳角的存在。從橫截面形狀上看，本實施例中管體2的內表面是由橢圓表面形成，這樣的橢圓形螺旋換熱管1在做熱交換時，兩個端部周邊換熱區(qū)31和一個中間換熱區(qū)32的換熱效率都比較高，特別是中間換熱區(qū)32內的換熱介質也充分地參與到換熱過程里，大大地提高了橢圓形螺旋換熱管1的換熱效率。如本實施例中的管體2，其有益效果在于，不僅可以大幅度地提高橢圓形螺旋換熱管1的換熱面積，提高了橢圓形螺旋換熱管1的換熱效率；還可以加大中間換熱區(qū)32內換熱介質的流量和流速，也提高了橢圓形螺旋換熱管1的換熱效率。本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管還由于制管成型后沒有冷加工，因此內部結構應力基本消除，抗結垢性、耐蝕性更好。根據(jù)客戶需要，本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管的整體長度可以在0米至十數(shù)米之間選取。當然，如果合理配置熱處理爐，本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管的整體長度還可以在任意長度，而不受限于冷加工設備的規(guī)格。實施例2 本實施例的橢圓形螺旋換熱管與上述實施例的結構基本相同，都包括一管體，所不同之處在于，本實施例中，在管體的兩端，還分別具有直管段。直管段與橢圓螺旋段應圓滑過渡，不能急劇變形。具有直管段得橢圓形螺旋換熱管在換熱設備的裝配加工中具有更好的裝配性及密封性能。實施例3 本發(fā)明的橢圓形螺旋換熱管1的在線制管加工工藝，至少包括步驟一，獲得管體2。本實施例中，管體2為金屬焊管，其橫截面內部由橢圓表面形成。結合圖7所示， 管體2通過壓制加工工藝獲得。壓制設備主要包括一系列的支架401、402、403，各支架上分別設置有上輥411、 412、413及下輥421、422、423，在管體2的兩側還分別設置有一系列的左輥、右輥(圖中未示出)。各錕上都設置或形成有一系列逐步變形的橢圓形螺旋壓模，這些橢圓形壓模上均具有螺旋形的紋路。通過四側擠壓逐步變形，獲得橢圓形的螺旋管體2。在管體2壓弧成形的過程中，轉角避免了尖銳角的存在。在其他實施例中，還可以通過少量的冷加工，使橢圓形螺旋換熱管的兩端端面與其軸線垂直，并清除切口毛刺。在其他實施例中，還可以將管體的兩端部預留為直管段。在線加工設備的主體為現(xiàn)有技術，只是根據(jù)橢圓形螺旋換熱管的形狀需要，按照常規(guī)方法設計了一系列的橢圓形螺旋壓模。因此本發(fā)明的上述加工方法，可以用于加工本發(fā)明中任一實施例中的橢圓形螺旋換熱管，均具有相同的有益效果。綜上所述，本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種橢圓形螺旋換熱管，至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；其特征在于所述管體具有橢圓形橫截面，所述管體具有螺旋形外表面。
2.如權利要求1所述的橢圓形螺旋換熱管，其特征在于所述橢圓形橫截面的內表面由橢圓表面形成。
3.如權利要求2所述的橢圓形螺旋換熱管，其特征在于所述橢圓形橫截面為所述管體經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。
4.如權利要求1所述的橢圓形螺旋換熱管，其特征在于所述管體的兩端分別具有直管段。
5.如權利要求1至4任一所述的橢圓形螺旋換熱管，其特征在于所述管體為金屬焊管。
6.如權利要求1至4任一所述的橢圓形螺旋換熱管，其特征在于所述介質通道為橢圓形。
7.上述任一權利要求所述的橢圓形螺旋換熱管的在線制管加工工藝，其特征在于至少包括以下步驟步驟一，獲得一金屬圓管； 步驟二，將所述金屬圓管放置入輥機；步驟三，受一系列的橢圓形螺旋壓模擠壓后，所述金屬圓管形成橢圓橫截面，獲得所述橢圓形螺旋換熱管。
8.如權利要求7所述的加工工藝，其特征在于所述步驟一中，所述金屬圓管為焊管。
9.如權利要求7所述的加工工藝，其特征在于所述橢圓形橫截面的內表面由橢圓表面形成。
10.如權利要求9所述的加工工藝，其特征在于所述橢圓形橫截面為所述金屬圓管經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橢圓形螺旋換熱管，至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；所述管體具有橢圓形橫截面，所述管體具有螺旋形外表面。本發(fā)明還提供了上述橢圓形螺旋換熱管的在線制管加工工藝。本發(fā)明成本低，制造便利，適用于石油、化工、化肥、鍋爐、制藥、食品、電力、核能、環(huán)保、供熱等多種行業(yè)中用作高效換熱器或換熱設備的用管。
文檔編號B21C37/15GK102297626SQ20111015259
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權日2011年6月8日
發(fā)明者孔祥鋒 申請人:上海科米鋼管有限公司