CN102297623A - 螺旋扁平形换热管及其在线制管加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋扁平形换热管，至少包括管体，所述管体合围形成一介质通道；所述管体具有扁平形横截面并且所述管体的第二端围绕所述管体的轴线相对所述管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。本发明还提供了上述螺旋扁平形换热管的在线制管加工工艺。本发明成本低，制造便利，换热效率高，适用于石油、化工、化肥、锅炉、制药、食品、电力、核能、环保、供热等多种行业中用作高效换热器或换热设备的用管。

Description

螺旋扁平形换热管及其在线制管加工工艺

技术领域

本发明涉及金属管加工技术领域，尤其涉及一种用于换热器等换热设备的螺旋扁平形换热管。本发明还涉及前述螺旋扁平形换热管的加工工艺。

背景技术

按GB/T24590-2009《高效换热器用特型管》标准，我国现行的换热器用高效特型管共分为四大类型，分别为T型槽管、波纹管、内波外螺纹管、内槽管。它们最大的共同点在于：都是通过冷加工工艺在金属基管(直光管)上制造加工出来的换热管。

如图1所示，现有技术中的T型槽管，在金属基管1的外壁上通过冷加工形成密集的螺旋状T型凹槽11。T型槽管按结构形式可分为：I型，管外壁呈T型槽道，管内壁表面光滑；II型，管外壁呈T型槽道，管内壁表面呈波纹状。

如图2所示，现有技术中的波纹管，在金属基管1上通过冷加工形成管内、外表面均呈波纹状11的换热管。

如图3所示，现有技术中的内波外螺纹管，在金属基管1上通过冷加工形成管外壁呈螺纹11、管内壁呈波纹状12的换热管。

如图4所示，现有技术中的内槽管，在金属基管1的内壁通过冷加工形成凹槽11的换热管。内槽管按结构形式可分为：I型，轴向凹槽；II型，螺旋状凹槽。

上述四大类换热管与未经冷加工直接用作换热管的金属直光管相比，因为在金属基管上具有冷加工所形成的槽形、波形等，强化了传热效果，因此有效地提高了换热管的换热面积和换热效率，故被称为换热器用“高效”换热管。

上述这四大类换热管都是以无缝金属直光管作为基管通过冷加工成型的，其冷加工工艺主要是对无缝金属直光管做形状的变化。进一步地，这四大类换热管都是在无缝金属直光管的内、外壁上进行冷加工，加工幅度受管壁厚度所限，因此难以再大幅度地提高换热面积。

现有技术中的换热管在做热交换时，水、油、气等换热介质在换热管内流通，借助于换热管壁实现与换热管外的其他介质之间交换热量的技术目的。在热交换过程中，靠近换热管管壁区域的换热介质所进行的热交换比较充分，换热效率较高；而远离换热管管壁、位于换热管中心区域的换热介质的热交换并不充分，因此现有技术中的上述换热管虽经过一定改进，但整体换热效率仍较低。

并且，现有技术中的换热管在生产、使用过程中还存在以下几点明显的不足：

1、受制于冷加工设备的规格限制，换热管成品在规格、长度等方面均受到很大的局限；

2、由于有冷加工步骤，原材料的损耗较大；

3、由于冷加工过程复杂，导致产品的加工精度参差不齐；

4、冷加工工艺的检验方法和检验手段难以保证成品质量；

5、受加工工艺限制，制管效率不高；

6、这四大类换热管大多具有特殊的外型，给换热器设备的制作诸如对波纹管、外槽管的折流板的处置带来许多不便；

7、这四大类换热管都经过冷加工，管体上存有残余应力，在介质通过时会形成湍流，强化了换热管的局部腐蚀，因此对换热器设备的使用寿命造成了一定的负面影响。

现有技术中的换热管由于上述原因，进入了一个技术瓶颈，换热面积、换热效率难以再大幅度提高，制约了换热器的发展，难以满足市场的需求。

因此，本领域的技术人员一直致力于开发一种换热效率高的换热管及其加工工艺。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种换热效率高的螺旋扁平形换热管。

为实现上述目的，本发明提供了一种螺旋扁平形换热管，至少包括管体，所述管体合围形成一介质通道；所述管体具有扁平形横截面并且所述管体的第二端围绕所述管体的轴线相对所述管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。

较佳地，所述管体的两端分别具有直管段。

较佳地，所述介质通道为长边绕扁平形中心逐步扭转的扭曲形通道。

较佳地，所述管体为金属焊管。

本发明的螺旋扁平形换热管采用扁平形的横截面，将现有技术中横截面积比较大的中间换热区缩小，与侧边换热区的横截面积接近或相同，改善了介质通道内中间换热区的换热效率，从而提高了整个螺旋扁平形换热管的换热效率。

尤其是，本发明还通过将管体的第二端围绕管体的轴线相对管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。由于扁平形的长边区域和短边区域具有不同的换热效率，当换热介质在本发明的换热管的管体内部流动时，由于管体的上述特殊形状，换热介质在管体内会有一个前行的同时翻滚的流动轨迹，将位于长边区域和短边区域的换热介质不断交换，大大提高了换热管的换热效率。

因此本发明的螺旋扁平形换热管在整体换热效率上大致为现有换热管的数倍，要大大高于现有的换热管。

本发明还首次采用焊管为原材料，而焊管的成本比现有技术中用作换热管原材料的无缝管的成本至少低20％左右，因而本发明大幅度地降低了换热管的制造成本。

本发明的螺旋扁平形换热管，具有结构简单，成本低，制造便利等有益效果，适用于石油、化工、化肥、锅炉、制药、食品、电力、核能、环保、供热等多种行业中用作高效换热器或换热设备的用管。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、加工方便、产品质量性能可靠的生产上述螺旋扁平形换热管的加工工艺。

为实现上述目的，本发明还提供了上述任一所述的螺旋扁平形换热管的在线制管加工工艺，至少包括以下步骤：

步骤一，获得一金属圆管；

步骤二，将所述金属圆管放置入辊机；

步骤三，受一系列的扁平形压模挤压后，所述金属圆管形成扁平横截面，获得作为中间产品的扁平形换热管；

步骤四，将步骤三获得的所述扁平形换热管的第二端围绕所述扁平形换热管的轴线相对其第一端扭转一设定角度，获得一具有螺旋形管壁的螺旋扁平形换热管。

较佳地，所述设定角度的大小与扁平形换热管的长度相关。

较佳地，所述扁平形横截面为所述金属圆管经过压制加工获得的连续的冷轧加工面。

较佳地，所述金属圆管为金属焊管。

本发明中的扁平形模具在设计时必须考虑一下因素：1、螺旋扁平形模具的结构设计中不应留有尖锐角的存在，以防止换热管在使用时所存在的应力集中造成的管壁裂纹。2、扁平形管壁要与换热管的直径与壁厚相匹配。3、扁平形要与换热设备的设计与使用要求相适应。4、增加换热管的最佳换热面积和换热效率是螺旋扁平形模具设计的出发点。

本发明的螺旋扁平形换热管的在线压制工艺应遵循以下要求：1、螺旋扁平形换热管的产品质量标准应严格按相关热交换器用焊管质量标准要求实施；2、螺旋扁平形换热管的焊缝必须100％涡流检测合格，100％水压试验合格；3、螺旋扁平形换热管应进行高温回火定型，严防产品形状回弹；4、螺旋扁平形换热管应通过在线热处理，消除热处理挤压残余应力；5、螺旋扁平形换热管的在线压制模具应具有开启闭合功能，可根据顾客需求在焊管两端留有足够长的圆光管段，以利换热管制造；6、螺旋扁平形换热管的内外表面异形位置均无尖锐角或棱角存在。

本发明的加工工艺与现有技术中换热管加工工艺相比，由于没有大量的冷加工作业，无需大量冷加工作业场地、专门冷加工设备和专业技术工人，节省了一次投资费用和生产制造成本，因而大幅地降低了换热管的生产成本，提高了制造效率，具有稳定的加工质量。

由于没有冷加工，本发明的螺旋扁平形换热管大幅降低了原材料的消耗，还由于没有大量冷加工的残余应力和较光滑的内外表，本发明的螺旋扁平形换热管抗腐蚀能力和抗结垢能力明显优于现有工艺所生产的产品。

由于大量使用焊管作为扁平形管的原材料，焊管的生产成本本身就比无缝管低达20％。还由于焊管固有特性的有效发挥，其换热管扁平形尺寸可以数倍于用无缝管生产出来的特型管，其换热面积和换热效率大大高于“高效换热管用特型管”。

与热套制管加工工艺比较，本发明的在线制管工艺减少了焊管的二次加工流程，省却了热套加工的线外热处理设备，由于在线连续生产作业，其生产效率大约为现有工艺近十倍，使制管成本更加低廉，制管效率更快。

并且，在线制管在成品的长度方面还具有不可比拟的优势。由于在线制管为连续加工，理论上，只要辅以一个后续的切割工步，在线制管所生产获得的本发明的螺旋扁平形换热管可以满足客户的各种长度要求。

由于在线作业生产的自动控制、产品质量稳定、加工尺寸精度高于现有工艺产品质量水平。

本发明的加工工艺与现有高效换热器用特型管加工技术从制管设备成本上比较，现有的换热管生产必须要有的专门机加工、冷加工设备。而本发明的加工工艺只需要在现有制管设备上对模具等做简单改造，增加多组螺旋扁平形压模，就可以在线压制形成所期望的各种扁平形管。通过在线热处理机构，消除螺旋扁平形换热管在线加工残留的应力，以增加对抗应力腐蚀的能力；同时通过在线热处理机构，消除螺旋扁平形换热管的变形回弹，获得形状稳定，几何尺寸符合规定要求的螺旋扁平形换热管。

因此，本发明的加工工艺减少了厂房和场地的投资，具有投资省、场地占用面积不需扩大，见效快，生产效率高等有益效果，其生产效率大约为现有工艺的数倍，大大高于现有的换热管的加工工艺。

附图说明

图1是现有技术中一种T型槽管的结构示意图；

图2是现有技术中一种波纹管的结构示意图；

图3是现有技术中一种内波外螺纹管的结构示意图；

图4是现有技术中一种内槽管的结构示意图；

图5是本发明的螺旋扁平形换热管的实施例1的横截面结构示意图；

图6图5的左视结构示意图；

图7是本发明的在线制管加工工艺中管体的压制流程设备示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

实施例1：

如图5所示，本发明的螺旋扁平形换热管1为一具有一定长度的金属焊管，如奥氏体不锈钢焊管、碳素钢焊管、钛及钛合金焊管、镍及镍合金焊管，或奥氏体-铁素体双相钢焊管等。

图5所示为其横截面形状，具有扁平形横截面，管体2的内表面为光滑表面。

图6所示，管体2自身为螺旋形，并且管体2的第二端22围绕管体2的轴线，相对管体2的第一端21扭转一设定角度，而形成螺旋形管壁。

管体2的内部形成换热介质流通的介质通道3。

管体2具有扁平形横截面，将介质通道3划分为两个侧边换热区31及一中间换热区32。两个侧边换热区31的横截面积分别与中间换热区32的横截面积大致相同。

本文中，所述的“大致相同”并不要求严格的相同。只要使中间换热区32的横截面积不大于侧边换热区31的横截面积的3倍，或不小于侧边换热区31的横截面积的1/3即可。

具体地，本实施例中的管体2是由一圆形的金属焊管采用压制加工工艺形成，扁平面为管体2经过压制加工获得的连续的冷轧加工面。

圆弧的转角要有一定弧度，根据管体2直径的不同，优选地采用转角半径为2-10毫米。这样避免了尖锐角的存在。

从横截面形状上看，本实施例中管体2的内表面是由扁平表面形成，这样的螺旋扁平形换热管1在做热交换时，两个端部侧边换热区31和一个中间换热区32的换热效率都比较高，特别是中间换热区32内的换热介质也充分地参与到换热过程里，大大地提高了螺旋扁平形换热管1的换热效率。

尤其是，本发明还通过将管体的第二端22围绕管体2的轴线相对管体的第一端21扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。具体地，例如对一米长的换热管，管体扭转的设定角度可以是30°至180°；对六米长的换热管，该设定角度可以是360°至1080°。上述数据并不是对本发明的限定。该设定角度的大小还可与换热介质的流动性有关。

由于扁平形的长边区域(与侧边换热区31基本重合)和短边区域(与中间换热区32基本重合)具有不同的换热效率，当换热介质在本发明的换热管的管体内部流动时，由于管体的上述特殊形状，换热介质在管体内会有一个前行的同时翻滚的流动轨迹，将位于长边区域和短边区域的换热介质不断交换，大大提高了换热管的换热效率。

如本实施例中的管体2，其有益效果在于，不仅可以大幅度地提高螺旋扁平形换热管1的换热面积，提高了螺旋扁平形换热管1的换热效率；还可以加大中间换热区32内换热介质的流量和流速，也提高了螺旋扁平形换热管1的换热效率。进一步地，还提高了管体2内不同区域的换热介质的交换，大大提高了换热效率。

本发明的螺旋扁平形换热管还由于制管成型后没有冷加工，因此内部结构应力基本消除，抗结垢性、耐蚀性更好。

根据客户需要，本发明的螺旋扁平形换热管的整体长度可以在0米至十数米之间选取。当然，如果合理配置热处理炉，本发明的螺旋扁平形换热管的整体长度还可以在任意长度，而不受限于冷加工设备的规格。

实施例2：

本实施例的螺旋扁平形换热管与上述实施例的结构基本相同，都包括一管体，所不同之处在于，本实施例中，在管体的两端，还分别具有直管段。直管段与扁平螺旋段应圆滑过渡，不能急剧变形。

具有直管段得螺旋扁平形换热管在换热设备的装配加工中具有更好的装配性及密封性能。

实施例3：

本发明的螺旋扁平形换热管1的在线制管加工工艺，至少包括：

步骤一，获得管体2。

本实施例中，管体2为金属焊管，其横截面内部由扁平表面形成。结合图7所示，管体2通过压制加工工艺获得。

步骤二中，压制设备主要包括一系列的支架401、402、403，各支架上分别设置有上辊411、412、413及下辊421、422、423，在管体2的两侧还分别设置有一系列的左辊、右辊(图中未示出)。各锟上都设置或形成有一系列逐步变形的螺旋扁平形压模。

步骤三，通过一系列的扁平形压模挤压后，获得作为中间产品的扁平形换热管2。

在管体2压弧成形的过程中，转角避免了尖锐角的存在。

步骤四(未做图示)，将步骤三获得的所述扁平形换热管2的第二端22围绕所述扁平形换热管的轴线相对其第一端21扭转一设定角度，获得一具有螺旋形管壁的螺旋扁平形换热管。

在其他实施例中，还可以通过少量的冷加工，使螺旋扁平形换热管的两端端面与其轴线垂直，并清除切口毛刺。

在其他实施例中，还可以将管体的两端部预留为直管段。

在线加工设备的主体为现有技术，只是根据螺旋扁平形换热管的形状需要，按照常规方法设计了一系列的螺旋扁平形压模。

因此本发明的上述加工方法，可以用于加工本发明中任一实施例中的螺旋扁平形换热管，均具有相同的有益效果。

综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺旋扁平形换热管，至少包括管体，所述管体合围形成一介质通道；其特征在于：所述管体具有扁平形横截面并且所述管体的第二端围绕所述管体的轴线相对所述管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。

2.如权利要求1所述的螺旋扁平形换热管，其特征在于：所述管体的两端分别具有直管段。

3.如权利要求1所述的螺旋扁平形换热管，其特征在于：所述介质通道为长边绕扁平形中心逐步扭转的扭曲形通道。

4.如权利要求1至3任一所述的螺旋扁平形换热管，其特征在于：所述管体为金属焊管。

5.上述任一权利要求所述的螺旋扁平形换热管的在线制管加工工艺，其特征在于：至少包括以下步骤：

步骤一，获得一金属圆管；

步骤二，将所述金属圆管放置入辊机；

步骤三，受一系列的扁平形压模挤压后，所述金属圆管形成扁平横截面，获得作为中间产品的扁平形换热管；

步骤四，将步骤三获得的所述扁平形换热管的第二端围绕所述扁平形换热管的轴线相对其第一端扭转一设定角度，获得一具有螺旋形管壁的螺旋扁平形换热管。

6.如权利要求5所述的加工工艺，其特征在于：所述设定角度的大小与扁平形换热管的长度相关。

7.如权利要求5所述的加工工艺，其特征在于：所述扁平形横截面为所述金属圆管经过压制加工获得的连续的冷轧加工面。

8.如权利要求5至7任一所述的加工工艺，其特征在于：所述金属圆管为金属焊管。

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