專利名稱：內(nèi)花紋管熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種內(nèi)花紋管熱交換器，屬于機(jī)械裝備工程中列管式熱交換專用設(shè)備 的高效換熱節(jié)能設(shè)備。具體可用于石油煉制與化工、煤化工、化肥、空調(diào)、空冷、電力設(shè)施 裝備等等的熱交換要求上，包括給介質(zhì)加熱或冷卻等應(yīng)用方式。
2背景技術(shù)：
列管式管殼換熱器、加熱爐和空冷器是應(yīng)用廣泛的熱交換器， 一般由管束與殼體、管箱 等組成，換熱器制造工藝成熟，安全性高，在換熱設(shè)備中是關(guān)鍵的能耗設(shè)備。長(zhǎng)期以來(lái)，人 們利用無(wú)縫直管以及由其作為基管進(jìn)一步制作的高效換熱管強(qiáng)化換熱取得了很好的效果，包 括螺紋管、螺旋管、翅片管、波節(jié)管、表面多孔管等，但是利用有縫管內(nèi)表面上的花式紋路 來(lái)制作高效換熱管并應(yīng)用到換熱設(shè)備中基本還是一片空白。
這里說(shuō)的有縫管，不是說(shuō)鋼管上有裂縫，而是說(shuō)鋼管上有焊縫，有縫管是由鋼帶巻合攏 成圓而對(duì)其接口焊接而得。
(1)傳統(tǒng)高效換熱管熱交換器的結(jié)構(gòu)功能
列管式熱交換器的換熱管表面是光滑的話，在某些條件下流體介質(zhì)容易在光滑表面形成 層流，影響介質(zhì)與管壁表面的換熱效果。
目前，國(guó)內(nèi)石油化工等裝置熱交換用的列管式高效換熱管都是無(wú)縫直管，以無(wú)縫直管作 為基管的高效換熱管強(qiáng)化換熱取得了很好的效果，在基管外表面進(jìn)一步加工，通過(guò)模具滾壓 可制作出螺紋管、螺旋管、波節(jié)管，通過(guò)工裝組焊可制作出高頻焊纏繞翅片管，通過(guò)工裝軋 制可制作出鋁翅片管，通過(guò)涂料燒結(jié)可制作出表面多孔管等，成排的高效換熱管通過(guò)支持板 支持，兩端穿進(jìn)管板的管孔中與管板相連接，保證接頭的密封性和強(qiáng)度，即可成為一臺(tái)管束， 通過(guò)管束與管箱的隔板組合，可以把換熱管分成幾個(gè)流程，以便介質(zhì)在換熱管內(nèi)來(lái)回流動(dòng)， 延長(zhǎng)換熱路程，增加換熱時(shí)間，充分與管外的殼程介質(zhì)換熱。管束與殼體、管箱等組裝起來(lái) 即構(gòu)成如圖1所示的一臺(tái)列管式換熱器。
如果管內(nèi)是冷介質(zhì)，管外是強(qiáng)制對(duì)流的煙氣，則組成一個(gè)加熱爐。如果管內(nèi)是熱介質(zhì)， 管外是強(qiáng)制對(duì)流的空氣，則組成冷卻器而不是加熱爐，但均是熱交換器的一種。
(2)傳統(tǒng)高效換熱管熱交換器存在的問(wèn)題
由于傳統(tǒng)高效換熱管是以無(wú)縫直管作為基管進(jìn)行加工， 一般是在其外表面加工花紋，只能強(qiáng)化管外表面與熱交換器殼程介質(zhì)的換熱效果，無(wú)法強(qiáng)化管內(nèi)表面與管程介質(zhì)的換熱效果。 本來(lái)，任何一根內(nèi)外表面光滑的鋼管的外表面積就大于內(nèi)表面積(1()0^)%，這里f和r分別
是換熱管的壁厚和內(nèi)孔半徑，對(duì)于廣泛使用的截面規(guī)格為^25x2.5的換熱管，外表面積就大
于內(nèi)表面積25%，也就是說(shuō)，即便不對(duì)管外表面進(jìn)行換熱強(qiáng)化，管外表面的換熱效果也比管 內(nèi)表面的換熱效果好(當(dāng)然，還與管內(nèi)外的介質(zhì)種類、流態(tài)等有關(guān))。由此可見(jiàn)，管內(nèi)表面換 熱效果的提高已成為管外表面換熱效果起作用的前提之一，管內(nèi)表面的換熱效果已成管束換 熱效率的瓶頸和制約因素。
其二，帶內(nèi)螺紋的無(wú)縫管已有生產(chǎn)應(yīng)用，但是由于管內(nèi)空間窄，在無(wú)縫管內(nèi)加工各種花 紋特別困難，目前，帶內(nèi)花紋的無(wú)縫管的花紋樣式十分單調(diào)。
其三，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在管外表面加工花紋的過(guò)程管外徑的精度控制有難度，直徑尺寸 偏差會(huì)影響其與中間支持板管孔、兩端管板管孔的配合精度。如果直徑偏小，管子與管孔間 的間隙太大，管子在殼程介質(zhì)沖擊下易振動(dòng)損壞，更嚴(yán)重的是影響管頭的密封性。如果直徑 偏大，管子與管孔間沒(méi)有間隙，管子穿不進(jìn)管孔，與支持板、管板無(wú)法裝配成管束。
再有，以無(wú)縫直管作為基管進(jìn)行再加工，增加了工序和成本。有縫鋼管在國(guó)內(nèi)換熱器上
的應(yīng)用己有近二十年的歷史，GB151—1999《管殼式換熱器》的"附錄C換熱管用奧氏體不銹
鋼焊接鋼管"，是在GB/T 12771_1991《流體輸送用不銹鋼焊接管件》的基礎(chǔ)上，增加了用
于換熱管的技術(shù)要求而制訂的。有縫鋼管成形后再在其外表面加工花紋的過(guò)程可能會(huì)對(duì)縱焊
縫有不良影響，因此很少在成形后的有縫管外表面加工花紋。
由此可見(jiàn)，結(jié)合傳統(tǒng)高效換熱管存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，具有很強(qiáng)的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是關(guān)于一種內(nèi)花紋管熱交換器，目的在于克服現(xiàn)有高效換熱管技術(shù)的缺點(diǎn)與 不足，提高管束組裝質(zhì)量，降低高效換熱器的制造成本。其關(guān)鍵零部件換熱管是一種管內(nèi)表 面帶花紋的有焊縫鋼管，有焊縫鋼管的制造成本較無(wú)縫鋼管要低，而且制造有焊縫鋼管的原 材料由經(jīng)過(guò)軋制的薄鋼板開料得來(lái)，質(zhì)量易保證。制造有縫管的巻圓成形鋼帶在巻圓前先經(jīng) 過(guò)模具滾壓出所需的花紋樣式，再把滾壓有花式的一面巻成鋼管的內(nèi)表面即可?；y及其排 列樣式是多種多樣的，包括凸點(diǎn)、凹點(diǎn)、釘齒、針孔、波紋、橫紋、斜紋、直紋、棱形等等， 花式還包括管內(nèi)表面全部帶有花紋或部分帶有花紋或間斷帶有花紋，以及它們的各種組合。 這些花紋與換熱管是一個(gè)整體相連的，而不是鑲上去的。內(nèi)花紋管的材料可以是鋼鐵黑色金 屬，可以是單相不銹鋼或雙相不銹鋼，也可以是銅、鋁等有色金屬或其合金，還可以是鈦、鋯等貴金屬或其合金。
.由于U形管也是列管式換熱器的常見(jiàn)形式之一，在內(nèi)花紋直管縱縫焊接及校圓完成后， 可把內(nèi)花紋直管彎制成內(nèi)花紋彎管，彎制時(shí)既可冷彎，也可熱彎，視管材及其規(guī)格尺寸而定。 在內(nèi)花紋管成形后，通過(guò)對(duì)縱焊縫的無(wú)損檢測(cè)和耐壓試驗(yàn)，即可成為滿足有關(guān)技術(shù)要求的換 熱管。
內(nèi)表面帶各種花紋的有縫管及其簡(jiǎn)便的制造工藝是本發(fā)明的最大特色。與傳統(tǒng)的無(wú)縫鋼 管或有縫鋼管相比，管內(nèi)表面的換熱面積顯著擴(kuò)大，管內(nèi)流體在花紋的干擾下產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊 流，這兩方面均可改善管內(nèi)表面的換熱狀況，從而提高熱效率，節(jié)約能源。
傳統(tǒng)高效換熱管已在各種煉油、化工、化肥、空冷等熱交換器中廣泛長(zhǎng)久地應(yīng)用，并且產(chǎn) 生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。內(nèi)花紋管這種新的結(jié)構(gòu)原理及制造技術(shù)，必將也產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 近幾年來(lái)，隨著原油劣質(zhì)化及能源危機(jī)，國(guó)家加強(qiáng)對(duì)節(jié)能減排的管理，企業(yè)在挖潛增效中對(duì) 高效換熱新技術(shù)及其應(yīng)用非常重視，這為該項(xiàng)專利技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的條件。


圖1是一臺(tái)典型的列管式浮頭換熱器，由換熱管1組成管束2，再與殼體3、管箱4等 組成整體；
圖2至圖7是一巻鋼帶展開的一段表面所顯示的部分花紋，在這些花紋圖形中，圖2具 有鋼帶寬度方向兩邊的留白5和長(zhǎng)度方向的留白6及7，圖3至圖7的花紋圖形則沒(méi)有留白。 圖2是針孔花紋，由于較大面積和較短路徑的換熱效應(yīng)，針孔處易形成熱核； 圖3是波紋花紋；
圖4是橫紋花紋，類似在無(wú)縫管外表面加工的波紋管或螺紋管； 圖5是斜紋花紋，類似在無(wú)縫管外表面加工的螺旋管或螺紋管； 圖6是直紋花紋，類似在無(wú)縫管外表面加工的縱向翅片管； 圖7是棱形花紋；
圖8是內(nèi)花紋管的制造過(guò)程示意圖9是對(duì)圖8中的一副花紋滾壓模具作進(jìn)一步示說(shuō)明的示意圖； 圖10是一段有縫內(nèi)橫紋管的成品示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1
如圖8所示，制造有縫管的成巻鋼帶8在巻圓前先展開并經(jīng)過(guò)壓花模具上模9和下模10 滾壓出所需要的花紋樣式11，再把滾壓有花式的一面通過(guò)若干對(duì)成形滾輪12巻成有縫鋼管 13的內(nèi)表面，通過(guò)焊接設(shè)備14把縱縫接口 15焊透，再經(jīng)修整和檢測(cè)即制造出有縫內(nèi)花紋管。
圖9所示的壓花模具是一對(duì)滾輪，上模9外圓制作成凸模，下模10是一件外圓光滑的輪， 但是下模的兩端設(shè)置有直徑稍大的輪緣16，輪緣16的作用是保證鋼帶8在受滾壓后不向鋼 帶寬度方向變形，以免影響鋼帶寬度方向兩側(cè)的平直度，保證縱逢組對(duì)接口的均勻性和緊密 性。
通過(guò)設(shè)計(jì)上模9上的花紋分布寬度，可控制鋼帶上壓花的分布寬度，從而調(diào)整鋼帶寬度 方向兩邊的留白寬度，以保證縱縫焊接質(zhì)量。
通過(guò)調(diào)整控上模9定時(shí)壓緊和松開上的循環(huán)動(dòng)作時(shí)間間隔，可控制鋼帶上壓花的分布長(zhǎng) 度，從而調(diào)整鋼帶長(zhǎng)度方向兩端的留白長(zhǎng)度，以保證有縫管兩斷與管板的組對(duì)脹接或焊接質(zhì) 量。上模9的壓緊和松開動(dòng)作可由磁吸副實(shí)現(xiàn)，時(shí)間間隔則由時(shí)間繼電器來(lái)控制，調(diào)整通電 時(shí)間的長(zhǎng)短，即可控制壓花段鋼帶的長(zhǎng)度。但是上模9的壓緊力要精心調(diào)節(jié)，如果壓緊力太 大，則會(huì)壓薄鋼帶，也就是管壁的厚度減??；如果壓緊力太小，則上模9的凸模壓進(jìn)鋼帶表 面太淺，起不到應(yīng)有的壓花作用。
把成排的內(nèi)花紋有縫管與支持板、管板組成管束，再與殼體、管箱等組裝起來(lái)即構(gòu)成如 圖1所示的一臺(tái)列管式換熱器。
實(shí)施例2
本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1:磁吸副頻繁動(dòng)作易損壞，為減少由于維
修更換易損件造成的停車停工，可以設(shè)置偏心凸輪代替磁吸副實(shí)現(xiàn)上模9的壓緊和松開循環(huán) 動(dòng)作。凸輪偏心處轉(zhuǎn)到上模9處時(shí)，施加給上模9一個(gè)最大的滾壓力，這樣，偏心凸輪的外 圓周長(zhǎng)需要與所制作的管長(zhǎng)度一致。因?yàn)槠耐馆喰枰R達(dá)驅(qū)動(dòng)，該實(shí)施例2與實(shí)施例1相 比，哪個(gè)更節(jié)約電能，哪個(gè)更降低制造成本，要視具體綜合分析確定。
實(shí)施例3
本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他同實(shí)施例1:對(duì)于不同的花式組合，可在同一對(duì)滾壓 模上實(shí)現(xiàn)，也可分開在一前一后的兩對(duì)滾壓模上實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例4
本實(shí)施例除以下技術(shù)特征外，其他部分同實(shí)施例1:如果不必考慮內(nèi)花紋有縫管兩端的 留白，從而不必調(diào)整鋼帶長(zhǎng)度方向兩端的留白長(zhǎng)度，則可取消實(shí)施例1中的磁吸副和實(shí)施例 2中的偏心凸輪。
實(shí)施例5
在把內(nèi)花紋直管彎制成內(nèi)花紋彎管的過(guò)程中，無(wú)論是冷彎或熱彎，應(yīng)把縱焊縫放在彎曲 中性線的位置，盡量減少縱焊縫受拉伸延長(zhǎng)減薄或受壓縮起騶的缺陷。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例 的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、 簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.關(guān)于一種內(nèi)花紋管熱交換器，由換熱管與支持板、管板組成管束，管束再與殼體、管箱組成完整的整體，其特征是其關(guān)鍵零部件換熱管是一種管內(nèi)表面帶花紋的有焊縫鋼管，內(nèi)花紋管包括直的內(nèi)花紋管或彎曲的內(nèi)花紋管兩種，管的材料是金屬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是換熱管是有縱焊縫的有縫管， 而不是無(wú)縫鋼管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是有縱焊縫的換熱管其材料可 以是鋼鐵黑色金屬，可以是單相不銹鋼或雙相不銹鋼，也可以是有色金屬銅、鋁及其合金， 還可以是貴金屬鈦、鋯及其合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是換熱管內(nèi)表面上帶有花紋， 這些花紋與換熱管是一個(gè)整體相連的，而不是鑲上去的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是換熱管內(nèi)表面上的花紋及其 排列樣式是多種多樣的，包括凸點(diǎn)、凹點(diǎn)、釘齒、針孔、波紋、橫紋、斜紋、直紋、棱形， 花式還包括管內(nèi)表面全部帶有花紋或部分帶有花紋或間斷帶有花紋，以及它們的各種組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是鋼帶的花式可以布滿整條鋼 帶，也可以在鋼帶上靠近縱焊縫兩邊的地方留白不滾壓花式，還可以在鋼帶上靠近鋼管兩端 的一小段的地方留白不滾壓花式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是在內(nèi)花紋直管縱縫焊接及校 圓完成后，可把內(nèi)花紋直管彎制成內(nèi)花紋彎管。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于內(nèi)花紋管熱交換器，其關(guān)鍵零部件換熱管是一種管內(nèi)表面帶花紋的有焊縫鋼管，鋼帶在卷圓前先經(jīng)模具滾壓出所需的花式，再把有花式的一面卷成鋼管的內(nèi)表面，包括直的或彎曲的兩種內(nèi)花紋管?；y及其排列樣式多種多樣，包括凸點(diǎn)、凹點(diǎn)、釘齒、針孔、波紋、橫紋、斜紋、直紋、棱形，還包括管內(nèi)表面全部或間斷帶有花紋以及它們的組合，花紋與換熱管是一整體。管的材料可以是黑色金屬、單相不銹鋼或雙相不銹鋼，也可以是有色金屬、貴金屬或其合金。與傳統(tǒng)的無(wú)縫鋼管或有縫鋼管相比，管內(nèi)表面的換熱面積顯著擴(kuò)大，管內(nèi)流體在花紋的干擾下產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流，這兩方面均改善管內(nèi)表面的換熱狀況，由內(nèi)花紋管代替光滑管制造的熱交換器熱效率高。
文檔編號(hào)F28F21/08GK201378006SQ20092000320
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月4日
發(fā)明者陳孫藝 申請(qǐng)人:陳孫藝