CN106802103A - 一种内外翅片复合管及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内外翅片复合管及其加工方法，所述内外翅片复合管包括基管以及设在所述基管内表面的若干三维内翅片，所述三维内翅片为根部大顶部小的弧形翅片，所述三维内翅片沿翅片的周切线方向倾斜；三维内翅片相对于现有的光滑内表面和内螺纹表面，三维内翅片高度比内螺纹表面相比得到大幅的增大，使得三维内翅片的换热表面显著增加；同时，三维内翅片和基管之间不存在接触热阻，因此内外翅片复合管的传热性能得到显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及高效传热管技术领域，尤其涉及一种内外翅片复合管及其加工方法。
背景技术
当前，世界面临越来越严重的能源问题，节能减排是缓解能源短缺的有效措施。在《国家重点支持的高新技术领域（2016年修订）》中，“工业节能技术”被列为重点支持领域。管壳式换热器广泛应用于空调、制冷、石油、化工、核能等领域，量大面广，其传热性能直接影响工业领域的能耗水平。翅片管是换热器的核心元件，其性能的好坏决定了换热器的性能，如何获取高效节能翅片管是广泛关注的问题。
目前，工业上翅片管一般采用套片和绕片方式设置翅片，这种装配方式使得翅片和基管之间存在接触热阻，传热性不能达到最优。现在有翅片管结构通常设置为光滑内表面，或是如说明书附图一所示的内螺纹表面，但是现有翅片管的内螺纹高度较低，换热面积一般，对流体边界扰动有限等缺点，翅片管的传热性能也不能达到最优。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种换热表面积显著增加、翅片和基管之间不存在接触热阻、传热性能显著提高、传热效果好的内外翅片复合管及其加工方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种内外翅片复合管，包括基管以及设置在所述基管内表面上的若干三维内翅片，所述三维内翅片为根部大顶部小的弧形翅片，所述三维内翅片沿翅片的周切线方向倾斜。
作为上述方案的进一步改进，所述三维内翅片在基管的内表面上沿轴向成列设置，每列均设置有若干片相同大小的三维内翅片，每列三维内翅片之间均匀隔开。
作为上述方案的进一步改进，三维内翅片的翅高为0. 35mm～0.65m。
作为上述方案的进一步改进，每列有24～60个三维内翅片前后均匀排列，每列三维内翅片的前后间距为0.45～2.2mm。
作为上述方案的进一步改进，基管的周向有26～60列三维内翅片均匀排列，每列三维内翅片在圆周上的间距为0.8～1.8mm。
作为上述方案的进一步改进，所述三维内翅片沿圆周切线方向的倾斜角度范围为0～45度。
作为上述方案的进一步改进，所述三维内翅片在基管的内表面以一定的螺旋角度分布，其螺旋角范围为23～50度。
作为上述方案的进一步改进，所述基管的外表面设有螺纹外翅片。
一种内外翅片复合管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在基管内安装入芯轴，所述芯轴上连接有螺纹芯头，将装配好的基管放入三辊轧机内，三辊轧机的轧辊上设置有外螺纹；
2）三个轧辊同步径向下压基管的外表面，使得螺纹芯头滚压基管的内表面，在基管内表面形成内螺纹沟槽，同时基管的外表面在轧辊滚压下形成外螺纹翅片；
3）利用加工刀具沿基管的内表面犁切并挤压内螺纹沟槽，将连续的内螺纹沟槽沿轴向切断，切断后的内翅片沿基管的内表面轴向按列均匀间隔分布。
本发明的有益效果：
本发明一种内外翅片复合管及其加工方法，三维内翅片相对于现有的光滑内表面和内螺纹表面，三维内翅片高度比内螺纹表面相比得到大幅的增大，使得三维内翅片的换热表面显著增加；同时，三维内翅片和基管之间不存在接触热阻，因此内外翅片复合管的传热性能得到显著提高；而且内翅片的加工方法简单易操作，使得本发明的技术手段实施简便，三维内外翅片复合管传热效果高，适用于批量生产，便于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得的其他设计方案和附图：
图1为现有的内螺纹翅片管的结构示意图；
图2为现有的内螺纹翅片管的径向截面示意图；
图3为本发明较佳实施例的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例的径向截面示意图；
图5为本发明较佳实施例加工过程示意图；
图6为本发明较佳实施例与现有技术的换热性能对比示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
参照图1至图6，一种内外翅片复合管，包括基管1以及设在所述基管内表面的若干三维内翅片2，所述基管1的外表面设有螺纹外翅片3，所述三维内翅片2为根部大顶部小的弧形翅片，所述三维内翅片2沿翅片的周切线方向倾斜。所述三维内翅片2在基管1的内表面上沿轴向成列设置，每列均设置有若干片相同大小的三维内翅片2，每列三维内翅片2之间均匀隔开。三维内翅片2均匀分隔设置在基管1的内表面上，三维内翅片2的表面粗糙处理，三维内翅片2的高度和换热面积比起普通的连续式螺纹得到了大大提升，能够大大提高复合管的传热效果。
三维内翅片2的翅高为0. 35mm～0.65m，每列有24～60个三维内翅片2均匀排列，每列三维内翅片2在圆周上的间距为0.45～2.2mm，每列有26～60个三维内翅片2均匀排列，每列三维内翅片2在圆周上的间距为0.8～1.8mm。
所述三维内翅片2沿圆周切线方向的倾斜角度范围为0～45度,所述三维内翅片2在基管1的内表面以一定的螺旋角度分布，其螺旋角范围为23～50度。
图1与图2现有内螺纹表面的翅片管示意图，可以看出现有翅片管由基管和内螺纹沟槽构成，内齿的齿形呈梯形结构，与管体轴线夹角为45度，内齿的高度为0.36mm，齿顶角为48度，整个内螺纹沟槽为连续的，这种结构换热面积一般，对流体边界扰动有限。
进一步参照图3与图4，三维内翅片2的翅形饱满，并竖立分布在基管内表面上，本实施例中的复合管轴向每列设有42个三维内翅片2，三维内翅片2的前后间距0.56mm，周向分布46个内翅片，周向间距为0.8mm，内翅片以42度螺旋角分布于基管内表面上。
从图4所示，三维内翅片2呈弧形结构，翅片根部大，翅片顶部细小，翅片顶部沿圆周切线方向往一边倾斜，三维内翅片2的高度为0.55mm，三维内翅片2的周向倾斜角度α为39度。根部大顶部小的弧形三维内翅片2能够提高翅片的强度，保证三维内翅片2加工和安装不会断裂，周向倾斜角使得三维内翅片2增大了顶部的换热面积，提高了传热效果。
图6为单管传热测试平台测试得到的三维内外翅片复合管的换热系数和水流速度关系图，图中是本发明三维内外翅片复合管与现有内螺纹翅片管换热性能对比，三角形曲线为本发明内翅片翅片管的换热系数曲线，方形曲线为现有内螺纹翅片管的换热系数曲线。实验测试表明，设置有三维内翅片2的复合管的传热性能比现有的内螺纹翅片管的换热传热性能提高了约23%。
一种内外翅片复合管的加工方法，包括以下步骤：1在基管1内安装入芯轴4，所述芯轴4上连接有螺纹芯头5，将装配好的基管1放入三辊轧机内，三辊轧机的轧辊7上设置有外螺纹；2三个轧辊7同步径向下压基管1的外表面，使得螺纹芯头5滚压基管1的内表面，在基管1内表面形成内螺纹沟槽，同时基管1的外表面在轧辊滚压下形成外螺纹翅片；3在芯轴4的螺纹芯头5前还套设有切刀8，芯轴4加工内螺纹沟槽同时，切刀8沿基管1的内表面犁切并挤压内螺纹沟槽，将连续的内螺纹沟槽沿轴向切断，切断后的内翅片沿基管1的内表面轴向按列均匀间隔分布。利用芯轴4还螺纹芯头5、切刀8的组装，在三辊轧机7的滚压下将三维内翅片2一次成型，大大提高了加工的速率，而且降低了生产成本，值得推广。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种内外翅片复合管，其特征在于：包括基管（1）以及设置在所述基管内表面上的若干三维内翅片（2），所述三维内翅片（2）为根部大顶部小的弧形翅片，所述三维内翅片（2）沿翅片的周切线方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的内外翅片复合管，其特征在于：所述三维内翅片（2）在基管（1）的内表面上沿轴向成列设置，每列均设置有若干片相同大小的三维内翅片（2），每列三维内翅片（2）之间均匀隔开。
3.根据权利要求1或2所述的内外翅片复合管，其特征在于：三维内翅片（2）的翅高为0.35mm～0.65m。
4.根据权利要求2所述的内外翅片复合管，其特征在于：每列有24～60个三维内翅片（2）前后均匀排列，每列三维内翅片（2）的前后间距为0.45～2.2mm。
5.根据权利要求2所述的内外翅片复合管，其特征在于：基管（1）的周向有26～60列三维内翅片（2）均匀排列，每列三维内翅片（2）在圆周上的间距为0.8～1.8mm。
6.根据权利要求1或2所述的内外翅片复合管，其特征在于：所述三维内翅片（2）沿圆周切线方向的倾斜角度范围为0～45度。
7.根据权利要求1或2所述的内外翅片复合管，其特征在于：所述三维内翅片（2）在基管（1）的内表面以一定的螺旋角度分布，其螺旋角范围为23～50度。
8.根据权利要求1所述的内外翅片复合管，其特征在于：所述基管（1）的外表面设有螺纹外翅片（3）。
9.一种内外翅片复合管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在基管（1）内安装入芯轴（4），所述芯轴（4）上连接有螺纹芯头（5），将装配好的基管（1）放入三辊轧机内，三辊轧机的轧辊（7）上设置有外螺纹；
2）三个轧辊（7）同步径向下压基管（1）的外表面，使得螺纹芯头（5）滚压基管（1）的内表面，在基管（1）内表面形成内螺纹沟槽，同时基管（1）的外表面在轧辊滚压下形成外螺纹翅片；
3）利用加工刀具沿基管（1）的内表面犁切并挤压内螺纹沟槽，将连续的内螺纹沟槽沿轴向切断，切断后的内翅片沿基管（1）的内表面轴向按列均匀间隔分布。
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