CN1023086C - 制造换热器的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明的设备包括一条散热筋(7)的支承带(3)、在支承带(3)旁边的散热筋(7)同步带(6)、一个散热筋(7)供给装置(8)以及一个熔束焊接装置(11)(激光束，电子束)，该装置从剖分管(10)内侧把剖分管与贴在其外表面的散热筋(7)焊接在一起。剖分管(10)加筋以后与另一个加筋剖分管(10)沿其长力(27)焊接组合成换热管。这些换热管可以单个的或作为换热器成组地进行镀锌处理。

Description

本发明旨在提出一种制造换热器的方法以及实现这一方法的设备。

由DE-PE3419734专利人们已熟悉了一种换热器，用这种换热器能够使气体和液体之间，或者在气体和冷凝蒸汽之间进行热交换。这种换热器主要是用来冷却空气或借助于空气使蒸汽冷凝。

钢质的散热筋通常采用热浸镀锌处理与钢质换热管相联接。这种散热筋是在相应的设备上由板料或带料冲压而成并沿轴向移至换热管上。随后在浸浴池中进行镀锌处理，这不仅可以对换热管和散热筋起到防护作用，同时也使换热管与散热筋间产生金属结合。

在外部热交换介质的流动方向上换热管截面基本上呈细长的椭园形。在换热管两端的管座之间至少要并排布置一列换热管。换热管端部被压入或焊入管座。在管座旁边还设置了使换热管与管座稳定连接的支撑结构。

以往在换热器的制造中，冲切散热筋并将其移至换热管上的整 个机械过程必须具有很高的精度，以使换热管与散热筋尽可能紧密地联接，为此就需要相当高的费用。此外由于散热筋要被移到换热管上，同时则产生了从换热管截面冲切下的相当多一部分材料，它们因无法再使用而成为废料。

如果对单个换热管进行镀锌处理，则需首先将其端部压扁再进行焊接密封。这样可以仅对其外表面进行酸洗和钝化，而对其内表面则不进行镀锌处理。为此同样需要较高的费用。换热管镀锌处理后，必须将压扁并焊死的端部去掉，这也需付出额外的加工费用，并造成了材料的浪费。

接着还要将单独的换热管借助已提及的支撑结构组合成换热器，这些支撑构件通过其长度起到支撑作用。

在已知的换热器生产中需要较高的加工费用及较长的加工过程。此外为保护换热管的镀锌表面在换热器装配时免受损伤，需采取适当的措施，这就给加工过程增加了难度。

由于管内低压和/或管外过压的影响，作用在细长换热管大面积管壁上的力是很大的。如果管截面超过某一确定的细长比，且又没有采取适当的措施加以支撑，就会导致管壁压扁。为此人们曾建议在管内设置至少一个横板，以支撑住管壁。

本发明的目的在于克服上述的缺陷，不仅提出一种制造换热器的工艺方法，而且提出实现这一工艺方法的设备。依照这种方法可以制造沿外部热交换介质流动方向呈细长状换热管的换热器，同时 又可以通过经济而有效的措施避免出现大面积的管壁压扁。

为此本发明提供一种由带筋换热管构成换热器的制造方法，该换热管在外部热交换介质流动方向上的尺寸通常要大于它的高度尺寸，在这一制造方法中，单独制造的散热筋连续送到换热管上，加筋后的换热管要进行镀锌处理，该方法的特征在于：

首先加工出具有L形横截面的散热筋，再根据换热管的长度确定散热筋数量，散热筋板之间保持确定的平等间隔，散热筋脚与剖分管的外表面相接触;

而后，散热筋与剖分管以同样的速度沿剖分管的纵向移动，并通过在剖分管整个宽度范围内与剖分管和散热筋的送进方向成斜角往复移动的熔焊束（激光束、电子束），熔焊束从剖分管内壁射出，使之互相焊接在一起;

接着把两个加筋的剖分管沿它们的长边组焊成一个换热管，这样构成的换热管最后进行镀锌处理。

此外还提供一种由带筋换热管构成换热器的制造方法，该换热管在外部热交换介质流动方向上的尺寸通常要大于它们高度尺寸，在这一制造方法中，单独制造的散热筋连续送到换热管上，加筋后的换热管要进行镀锌处理，该方法的特征在于：

首先加工出U形横截面的散热筋，并根据换热管的长度确定散热筋的数量，散热筋板之间保持确定的平行间隔，散热筋脚与一个剖分管的外表面相接触;

而后，散热筋与剖分管以同样的速度沿剖分管的纵向移动，并通过一个在剖分管整个宽度范围内与剖分管和散热筋的送进方向成斜角往复移动的熔焊束（激光束、电子束），熔焊束从剖分管内壁射出，使之相互焊接在一起;

加筋后的剖分管被翻转180°，使空着的散热筋脚与另一个剖分管的外表面相接触，已加筋的剖分管与这第二个部分管一起以同样的速度纵向移动，通过一个在第二个剖分管的整个宽度范围内往复移动的熔焊束使空着的散热筋脚与第二个剖分管焊接在一起，其运动轨迹与剖分管的送进方向成一斜角，随后将这个由散热筋连接的联接单元与另一个相同的联接单元沿其长边焊接组合为换热管，该换热管最后进行镀锌处理。

本发明还提供实现上述方法的设备，包括：一个绕水平轴不间断循环运转的支承带，具有一个水平输送面，支承带侧面是围绕垂直轴与支承带同步不间断运转的同步带，支承带的一端设置了散热筋供给装置，该装置通过离合器至少与一个同步带相连，在支承带的运行方向（LR）上，筋片供给装置的后面设置了剖分管的送入机构，在支承带的另一端是熔焊束（激光束、电子束）的相应装置，该装置发出的熔焊束与支承带的运行方向（LR）成斜角往复移动。

换热管镀锌处理以前，通过管壁与散热筋紧固连接，使管壁可靠地加固。为此，采用了激光束焊接工艺或能达到此种工艺要求的类似方法。为使焊接过程中不出现缺陷，本发明的散热筋上增设了 一个短小的底脚，并要求散热筋脚与剖分管外表面尽可能实现平面接触。在保持散热筋脚贴放于剖分管的外表面的情况下，使熔焊束在剖分管的内表面横向移动焊接，直至由于剖分管和散热筋与熔焊束的相对运动，使得每个散热筋脚在多处与剖分管牢固地连接起来。

散热筋大大加固了剖分管的外表面（管壁），即便是对特别窄长的换热管也可以有效地起到加固作用，而其制造费用又是低廉的。这种方法可以根据独有的热力学计算迅速地并相对便宜地按最佳截面形状制造换热管。需要提及的是，由于使用的散热筋数量很大，传统的固定方式受到了生产费用的限制（一个典型的包括约50个10米长带筋换热管的大型换热管组，每个带筋管需设置约8000个散热筋）。

一个剖分管的所有散热筋穿过熔焊束的影响区以后，这种加筋剖分管便与另一个用同样方式生产的加筋剖分管相组合，并沿其长边拼焊成为一个换热管。

散热筋可以单独制造并依次供给待加筋的剖分管。但也可以用波形带材构成散热筋，并将其焊接在剖分管上。

这种换热管可以单个地或与其它换热管集为一组进行镀锌处理。在这个过程中可以给管端装上无孔法兰，再进行酸洗和钝化。而后将单个或成组换热管放入浸浴池中镀锌。

本发明的方法采用了U形散热筋，通过散热筋并采用熔焊束 工艺把两个剖分管耦合为一个联接单元。而后将这个单元与另一个同样的联接单元沿剖分管长边通过焊接拼合为一列换热管组。

在这种情况下与前面述及的实施方式相同，首先将U形散热筋焊接在一个剖分管的外表面。在保持散热筋脚贴放到剖分管外壁面的状态下，使熔焊束在剖分管的内壁作横向移动，直至由于剖分管和散热筋与熔焊束的相对运动，使得每个散热筋脚在多处与剖分管牢固地焊接在一起。而后为把另一个剖分管与这个已加筋的剖分管连接起来，需要把第二个剖分管放到散热筋的另一端空着的筋脚上，并借助于熔焊束把两者焊接在一起。

如此构成的换热管组其优点在于，当进行镀锌处理的各种操作时可以保护薄弱的散热筋不至损坏。

另一个优点是在两个相邻的换热管之间仅有一排散热筋，这就进一步提高了制造的经济性。

在以上描述的工艺方法范围内还有一种可能性，就是把U形散热筋同时焊在两个相邻的剖分管上。为此就必须在两个剖分管内壁从两个相反的方向用熔焊束焊接，以便将两个剖分管与散热筋相连接。

在这种情况下，散热筋同样可以单个制造或者由波形带材构成。

在以上叙述的方案中采用的是具有一定长度的剖分管与相应数量的散热筋相连接，但是如果以不定的长度生产加筋剖分管，并 根据需要量切取，也同样符合本发明的基本思想，从经济性上说也是有重大价值的。

散热筋上的间隔保持架的尺寸应使其不仅可以有效地隔开散热筋，并由此避免因管壁载荷而使细长的散热筋发生扭曲，而且可以在散热筋脚旁边留出一定的空间，在镀锌处理时管壁与筋座之间可形成一个空缝状的间隙过渡区，以利于改善热交换效果。

间隔保持架通常是梯形的，它们沿散热筋板长度方向和高度方向均匀地或不均匀地配置。也可能有其它形式的保持架，只要它能在散热筋板表面产生涡流，因为这有利于改善热传递。

散热筋也可以相对于剖分管的纵向倾斜固定。这有助于降低换热器冷却介质侧的次级损耗。在这种情况下，对于外部热交换介质来说散热筋某种程度上起到了导向叶片的作用。

本发明所涉及的装置，原理上是没有自身的动力机组的。也就是说无论是支承带、同步带、还是散热盘的供给装置均没有自身的电机驱动装置，仅仅在待加筋的剖分管上施加了一个拉力。这个拉力通过已焊接在一个剖分管上的散热筋作用到侧边的散热筋同步带上，而后又通过至少在一个同步带和散热筋供给装置之间的离合器影响散热筋的供给节拍。通过这种方式能够可靠地使所有运动部件保持同步运行，并由此保证散热筋能够准确地在剖分管上定位。当然本发明并不排除在必要时至少为一个部件配备动力装置。

按照本发明，支承带应围绕水平轴不间断的循环运转，支承带一 端有一个散热筋供给装置。散热筋可以来自冲床以及振动排料槽，它们通过供给装置按照一定节拍落到支承带的输送面上，并随即移动到位于侧面的同步带作用区。同步带不仅完成使散热筋向前移动，而且可准确地保证散热筋之间的距离以及它们的垂直位置。散热筋供给装置的延伸方向通常是与支承带的运行方向成直角。

沿支承带的运动方向在供给装置的后面是一个剖分管送入机构。借助这个机构可使一个剖分管的外表面与向上放置的散热筋脚相接触。该剖分管与一个已经在确定的拉力作用下向前移动的剖分管相连接，这种连接要满足一定的抗拉和抗压要求。通过这种方式与剖分管相接触的散热筋以同样的速度随剖分管移动。

在焊接装置的区域内，从剖分管内壁借助于熔焊束的焊接使散热筋脚与剖分管连接起来。因为熔焊束相对于支承带的运行方向是按一定的偏斜角度强制往复移动，所以从整个剖分管的纵向看便形成了某种之字形的焊缝。它可以保证使每个散热筋脚多次通过一条斜焊缝与剖分管连接起来。采用熔焊束焊接的另一个优点是在散热筋放到剖分管上后，熔焊束可以从剖分管的内侧射出。在这一侧形成焊接所必要的保护气罩要比在另一侧散热筋脚范围容易得多。

支承带、同步带、送入装置、筋片供给装置和焊接装置等的运行均与承受拉力的剖分管的送进速度有关。因此所有这些部件的运转均源于施加到剖分管上的拉力。由此可用最简单的方式，并且本身不必拥有动力装置便可以保证实现一个完全同步的制造过程。由 于它们是同步的共同运动，也可以为以上各部件中的某一个配备动力装置。

一种极有利的筋片供给装置实施形式是在垂直放置的排筋槽的下端至少设置一个分料齿轮。这个分料齿轮的作用是使筋脚朝上的散热筋准确地平稳地落到支承带的输送面上。该散热筋立即由压紧机组沿支承带纵向施放的压缩空气推压到在此之前已经落到支承带上的散热筋旁。分料齿轮至少与一个同步带利用离合器联接，这样通过离合器的相应动作便可以顺利地实现在剖分管上，比如在其末端不设散热筋的要求，以便在两个剖分管拼焊为换热管后，能使其端部固定到管座里。

推入机构的输送装置是垂直于支承带运行方向动作的。输送装置的构成可以有多种方案，例如横向输送带，它可以把剖分管推移到由同步带强制运动的散热筋上。当然采用一种将剖分管从上面放到散热筋上的输送装置也是可行的。

为了使熔束焊接过程中尽可能减小散热筋脚与剖分管外表面之间的间隙。在熔焊束移动平面的两侧设置了球面压紧导板。也就是说，借助于球面压紧导板使每个剖分管在熔焊束的范围内直接受到必要的压力，使其能够与支承带上的散热筋压紧。

与此相应还为球面压紧导板设置了反向支承。这种辊式压紧托座复盖了整个熔焊束的工作区。

下面借助于附图描述的实施例对本发明进行详细地说明。

图1，生产加筋剖分管设备的立体示意图，该剖分管是制造换热管的半成品;

图2，图1所示设备的纵剖面;

图3，图2所示设备Ⅲ-Ⅲ处剖面图;

图4，加筋剖分管局部纵剖面的放大图;

图5，图4中箭头Ⅴ方向的顶视图;

图6，图4中箭头Ⅵ所示方向上一个散热筋的局部视图;

图7，图1所示设备的一个改型示意图;

图8，一截两侧带有散热筋的换热管立体示意图;

图9，由散热筋连接二个剖分管构成的联接单元的立体示意图;

图10，一个换热器的立体图;

图11，采用两种不同实施形式的空气冷却表面的冷凝器的前视图。

从图1到图3表示了一种制造加筋剖分管10的设备1。该设备1包括了一个围绕水平轴2不间断循环运转的支承带3，其具有水平输送面4。支承带3两侧是为散热筋7设备的围绕垂直轴5与支承带同步不间断运转的同步带6（仅表示了一条同步带6）。在支承带端部是一个散热筋7的供给装置8。从支承带3的运行方向LR看，在供给装置8的后面布置了提供未加筋剖分管10的送入机构。在支承带3的另一端配备了激光焊接装置11。相对于支承带3运 行方向LR垂直布置的筋片供给装置8则与支承带3的水平轴2相平行。

散热筋7的供给装置8包括一个带有锥形入口13的垂直排筋槽12、两个位于排筋槽12下端支承带3两侧的分料齿轮14（仅表示了一个），以及一台可用压缩空气D加载的压紧机组15。由相应冲床生产的横截面呈L形的散热筋7（可参见图4和图6）以散热筋脚16向上的方位落入排筋槽12，而后由分料齿轮14凭借其园周上的拨齿17按预定的节拍把散热筋放到支承带3的输送面4上。当分料齿轮14和散热筋7脱离接触后，由压紧机组15给出的压缩空气D便将这个散热筋吹向在其之前已落到支承带3上的散热筋7。

距筋片供给装置8一定距离以外在支承带3的两侧配置了同步带6，它处在散热筋的高度范围内并带有侧槽18。侧槽18的形状尺寸应尽可能使其做到与散热筋板19无间隙啮合。

在支承带3的运行方向LR上距筋片供给装置8一定距离以外是在图9中详细说明的剖分管10的送入机构9。这个仅仅示意性表示的送入机构9通过适当的输送装置20将内表面21朝上的剖分管10送到经同步带6定位的散热筋7上面，以使剖分管10的外表面22与散热筋脚16保持平面接触。

沿支承带3的运行方向LR与送入机构9相邻的是激光焊接装置11。激光焊接装置11包括了一个与支承带3运行方向LR倾 斜的垂直激光束23，该激光束在剖分管10的整个宽度范围内往复强制运动。激光束23的两侧配置了球面压紧导板24（图1中仅表示了一个），它们作用是保证在激光束23的工作区内使剖分管10的外表面22可靠地压紧在散热筋脚16上。

作为球面压紧导板24的反向支撑，在支承带3的下面设置了辊式压紧托座25。

支承带3、同步带6和筋片供给装置8的运行动力源是通过一个拉力ZK获得的，该拉力作用在位于激光焊接装置11范围内的剖分管10上。由送入机构9供给的后续剖分管10与位于激光焊接装置11范围的剖分管10相连接，但这种连接是能够以机械方式脱开的。

激光束23的运行方式、往复移动的速度以及位于激光焊接装置11范围内的剖分管10的送进速度应彼此协调（见图4和图5），以便每个散热筋脚16可以多处与剖分管10线形连接。图中26表示的是焊缝。

当一个剖分管10加筋完毕后便与其后面的剖分管10脱开，且与另一个已加筋的剖分管10按照图8所示的方式对焊两者的长边27，组成一个换热管28。这个换热管28可以单独的或与其它换热管组合后进行镀锌处理。

由图4和图6还可以看出，从散热筋板19上冲出的间隔保持架29需弯曲到与散热筋脚16平行的位置。间隔保持架29的长度 要大于散热筋座16的长度。通过这种方式可以在镀锌处理时使筋脚旁边形成凹槽形的区域30，以改善管壁32到散热筋脚16的热传递（图4）。间隔保持架29采用的是梯形。

由图1还可以看出，分料齿轮14通过一个离合器32与一条同步带6相连接。借助于这个离合器32，可以使筋片供给装置8与同步带6断开。这一措施的目的是在离合器脱开的时间内暂停供给散热筋7。这尤其适合于换热管28的末端，因为这一区段要与换热器34的管座33相连接（图10）。

图7所表示的是同步带6与支承带3相对配置的一种方案。在这种结构中散热筋7是倾斜于支承带3的运行方向LR固定在剖分管10上。为此筋片供给装置8也应当相对于支承带3的运行方向LR编转一个所要求的角度。相应于这个角度两个同步带6也需彼此纵向错开布置。

在图11中给出了一台空气冷却表面的冷凝器35，该冷凝器具有按屋顶形成布置的换热器34。图中的中心垂直平面MLE右侧描述的是一种结构形式，它的散热筋7相对于换热管的轴向完全成直角配置。中心垂直平面MLE的左侧是换热器34的另一种形式，在这种结构中散热筋7与换热管轴向的夹角已不是90°，籍此可以明显地降低冷却介质的次级损耗。这一点可以通过冷却气体的流线36直观地看出来。

由图9所示的结构形式可以看出，通过U形散热筋7′可以使 两个剖分管10彼此相连组合为一个联接单元37。这种联接单元37的制造方法与带有L形散热筋7的剖分管10的制造是一样的。而后再按照图8将这些单元组焊为换热管28。当散热筋7′焊接到一个剖分管10上以后，这个已加筋的剖分管10翻转180°，再利用图1所示的设备1使空着的散热筋脚16′与另一个剖分管10的外表面22相接触。已加筋的剖分管10与第二个剖分管10以同样的速度移动，通过作用于第二个剖分管10内壁的激光束使该剖分管的外表面22与空着的散热筋座16′焊接在一起。

这种联接单元37制造完毕后，只要沿着剖分管10的长边27彼此焊接起来，便可以将任意数量的此类联接单元37组合为一列换热管组。

图10所示的立体图是由数个并排布置的换热管28组成的换热器34。这些换热管的端部都固定在管座33中。这种换热器34可以采用依图8所示的换热管28，也可以采用由图9所示的联接单元37组成的换热管28。此种换热器可以整体地进行镀锌处理。

Claims (10)

1、一种由带筋换热管(28)构成换热器(34)的制造方法，该换热管在外部热交换介质流动方向上的尺寸通常要大于它的高度尺寸，在这一制造方法中，单独制造的散热筋(7)连续送到换热管(28)上，加筋后的换热管(28)要进行镀锌处理，该方法的特征在于：

首先加工出具有L形横截面的散热筋(7)，再根据换热管(28)的长度确定散热筋的数量，散热筋板(19)之间保持确定的平行间隔，散热筋脚(16)与剖分管(10)的外表面(22)相接触；

而后，散热筋(7)与剖分管(10)以同样的速度沿剖分管的纵向移动，并通过在剖分管整个宽度范围内与剖分管(10)和散热筋(7)的送进方向成斜角往复移动的熔焊束(23)(激光束、电子束)，熔焊束从剖分管内壁射出，使之互相焊接在一起；

接着把两个加筋的剖分管(10)沿它们的长边(27)组焊成一个换热管(28)，这样构成的换热管(28)最后进行镀锌处理。

2、一种由带筋换热管（28）构成换热器（34）的制造方法，该换热管在外部热交换介质流动方向上的尺寸通常要大于它们高度尺寸，在这一制造方法中，单独制造的散热筋（7′）连续送到换热管（28）上，加筋后的换热管（28）要进行镀锌处理，该方法的特征在于：

首先加工出U形横截面的散热盘（7′），并根据换热管的长度确定散热筋的数量，散热筋板（19′）之间保持确定的平行间隔，散热筋脚（16′）与一个剖分管（10）的外表面（22）相接触;

而后，散热筋（7′）与剖分管（10）以同样的速度沿剖分管的纵向移动，并通过一个在剖分管整个宽度范围内与剖分管（10）和散热筋（7′）的送进方向成斜角往复移动的熔焊束（23）（激光束、电子束），熔焊束从剖分管内壁射出使之相互焊接在一起;

加筋后的剖分管（10）被翻转180°，使空着的散热筋脚（16′）与另一个剖分管（10）的外表面（22）相接触，已加筋的部分管（10）与这第二个剖分管（10）一起以同样的速度纵向移动，通过一个在第二个剖分管（10）的整个宽度范围内往复移动的熔焊束（23）使空着的散热筋脚（16′）与第二个剖分管（10）焊接在一起，该熔焊束作用在第二个剖分管的内壁（21），其运动轨迹与剖分管（10）的送进方向或一斜角，随后将这个由散热筋（7′）起连接作用的联接单元（37）与另一个相同的联接单元（37）沿其长边（27）焊接组合为换热管（28），该换热管最后进行镀锌处理。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

从散热筋板（19，19′）上冲出的间隔保持架（29），其长度尺寸大于散热筋脚（16，16′），并被弯曲到与散热筋脚（16，16′）平行的位置。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

散热筋（7，7′）以相对于换热管（28）纵向非90°的斜角固定。

5、一种实施权利要求1或2所述方法的设备，其特征在于：

一个绕水平轴（2）不间断循环运转的支承带（3）具有一个水平输送面（4），支承带（3）侧面是围绕垂直轴（5）与支承带同步不间断运转的同步带（6），支承带的一端设置了散热筋（7，7′）供给装置（8），该装置通过离合器（32）至少与一个同步带（6）相连，在支承带（3）的运行方向（LR）上，筋片供给装置（8）的后面设置了剖分管（10）的送入机构（9），在支承带（3）的另一端是熔焊束（激光束、电子束）的相应装置（11），该装置发出的熔焊束（23）与支承带（3）的运行方向（LR）成斜角往复移动。

6、根据权利要求5所述的设备，其特征在于：

支承带（3）、同步带（6）、筋片供给装置（8）、送入机构（9）和焊接装置（11）的运动状况均与受拉力（ZK）作用的剖分管（10）的送进速度有关。

7、根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于：

筋片供给装置（8）包括了一个垂直的排筋槽（12）、至少一个分料齿轮（14）以及一个可用压缩空气（D）加载的压紧机组（15）。

8、根据权利要求5所述的设备，其特征在于：

送入机构（9）具备一个垂直于支承带（3）的运行方向（LR）动作的输送装置（20）。

9、根据权利要求5所述的设备，其特征在于：

熔焊束（23）移动平面的两侧设置了球面压紧导板（24）。

10、根据权利要求5所述的设备，其特征在于：

焊接装置（11）具有一个位于支承带（3）下面的辊式压紧托座（25）。

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