CN107782192B - 一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，包括管基体、螺旋锯齿内翅片、螺旋锯齿外翅片、间槽凸齿、宫格翅片、阶梯翅片、三角形顶齿。宫格翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧宫格翅片交错分布；阶梯翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧且位于宫格翅片外侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧阶梯翅片交错分布，且同侧的阶梯翅片与宫格翅片交错分布；宫格翅片的内侧、螺旋锯齿外翅片、管基体、间槽凸齿之间围成蒸发腔，宫格翅片的外侧、螺旋锯齿外翅片、阶梯翅片之间围成强化腔，蒸发腔和强化腔之间通过缺口连通。本发明能提高蒸发和冷凝两种工况的传热效率，属于强化传热管技术领域。

Description

一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管
技术领域
本发明涉及强化传热管，尤其涉及一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管。
背景技术
随着经济的高速发展，能源短缺问题愈发严峻。强化传热技术作为重要的节能手段,对于解决能源问题具有重要的意义,在石油、化工、电力、核能、制冷等领域得到了广泛的应用。换热管是强化传热技术的核心传热元件,其主要特征在于在管的内外表面加工出一定的表面结构,以扩展传热面或提高传热系数,从而提高传热效率。
而在制冷空调领域，既能实现制冷也能实现供暖的热泵机组备受欢迎。随着工业发展的需要，满液式的热泵机组应用越来越多，这就要求换热管在蒸发和冷凝方面都要有较高的性能。目前强化传热技术主要以外翅片管作为换热管，但这些外翅片管只能单方面的强化蒸发或冷凝，蒸发管强化冷凝的效果远低于冷凝管，冷凝管强化蒸发的效果远低于蒸发管这是由于蒸发和冷凝对强化传热表面的结构要求不一样，蒸发管要求有更多的沸腾核心，而冷凝管要求使液膜尽可能薄。所以热泵冷热水机组，无论是采用蒸发管还是冷凝管作为换热管，其在某一工况下的性能都会有所影响。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种能同时强化蒸发性能和冷凝性能的蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管。该阶梯宫格内外翅片管能应用于蒸发器以及冷凝器之中，作为两用管使用，为热泵机组的发展提供了关键的条件。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，包括管基体、螺旋锯齿内翅片、螺旋锯齿外翅片、间槽凸齿、宫格翅片、阶梯翅片、三角形顶齿；螺旋锯齿内翅片在管基体的内壁，螺旋锯齿外翅片在管基体的外壁，轴向方向上两相邻的螺旋锯齿外翅片之间形成间槽，间槽凸齿位于管基体的外壁且位于间槽内，三角形顶齿位于螺旋锯齿外翅片的外侧顶部；宫格翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧宫格翅片交错分布，从而在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，宫格翅片之间形成交错分布的缺口；阶梯翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧且位于宫格翅片外侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧阶梯翅片交错分布，且同侧的阶梯翅片与宫格翅片交错分布，相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，阶梯翅片的轴向方向上具有间隙；宫格翅片的内侧、螺旋锯齿外翅片、管基体、间槽凸齿之间围成蒸发腔，宫格翅片的外侧、螺旋锯齿外翅片、阶梯翅片之间围成强化腔，蒸发腔和强化腔之间通过缺口连通。
间槽凸齿沿着间槽的中心线间隔均匀分布，间槽凸齿为矩形齿或梯形齿，间槽凸齿的高度为0.05-0.20mm；每个圆周上间槽凸齿的数量为50-150个。
宫格翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类三角翅片，宫格翅片的上顶面为一平面；在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，相邻侧宫格翅片的轴向长度相加等于此处间槽的宽度；每个圆周上，螺旋锯齿外翅片一侧的宫格翅片的数量为80-150个。
蒸发腔的截面形状为类正五边形；每个间槽中的缺口为两行间隔分布的矩形孔，矩形孔的轴向长度为此处间槽宽度的1/3～1/2。
阶梯翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类直角梯形台翅片，阶梯翅片的上顶面为一平面，侧面为弧形面；在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，相邻侧阶梯翅片的轴向长度相加等于此处间槽的宽度1/2～2/3；在每个圆周上，螺旋锯齿外翅片一侧的阶梯翅片的数量与宫格翅片的数量相等，为80-150个。
阶梯翅片的上顶面比宫格翅片的上顶面高0.1-0.2mm。
三角形顶齿在螺旋锯齿外翅片的顶部间隔分布，三角形顶齿的深度为0.1-0.4mm；在每个圆周上，三角顶齿的数量为50-150个。
螺旋锯齿内翅片为管基体的内壁沿左旋或右旋螺纹方向间断分布的梯形台锯齿；螺纹的头数为2～32头，螺纹槽深度为0.20～0.40mm，梯形台锯齿的下底面面积为0.04～0.16mm2，高为0.15～0.35mm。
间槽凸齿沿着间槽的中心线间隔均匀分布；宫格翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类三角翅片，宫格翅片的上顶面为一平面；蒸发腔的截面形状为类正五边形，每个间槽中的缺口为两行间隔分布的矩形孔；阶梯翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类直角梯形台翅片，阶梯翅片的上顶面为一平面，侧面为弧形面；三角形顶齿在螺旋锯齿外翅片的顶部间隔分布；螺旋锯齿内翅片为管基体的内壁沿左旋或右旋螺纹方向间断分布的梯形台锯齿。
宫格翅片、阶梯翅片为用刀具从外侧向内侧挤压成形制得。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.间槽凸齿增大了管基体与工质的接触面积，同时间槽凸齿的粗糙表面为蒸发过程提供了更多的泡核沸腾核心，能促进蒸发过程的进行。
2.宫格翅片和阶梯翅片组成的封闭层，将螺旋锯齿外翅片的间槽分为类正五边形的蒸发腔和上强化腔，蒸发腔贴近于管基体，能形成较大的过热度，同时蒸发腔的类五边形形状存在较多的泡核沸腾核心，从而很大程度的强化了蒸发性能；而蒸发腔顶部的矩形孔能促进液体工质进入蒸发腔，同时有利于蒸发产生的气体工质离开蒸发腔。
强化腔具有较大的传热表面，且三角顶齿能够使冷凝液膜受表面张力作用而充分的铺展开，很好的促进冷凝液膜的减薄，减小了传热阻力，从而强化了冷凝性能。
3.管基体内表面的螺旋锯齿内翅片不但提供了较大传热面积，且能促进管内工质产生扰动，增强管内的对流，进而强化蒸发和冷凝性能。
4.本发明内外翅片的形状和尺寸参数可以根据管基体的尺寸及应用的工况进行调整，从而达到较优的性能，使用范围广泛。
5.蒸发腔，能促进蒸发过程的进行，从而强化蒸发性能；强化腔，较大程度的增加了传热面积，提高了传热效率；矩形孔的设置，在冷凝工况时，有利于冷凝液的导流，在蒸发工况时，有利于液体进入蒸发腔；三角形顶齿，能促进冷凝液膜的减薄，减小传热热阻；螺旋锯齿内翅片能够增大了管内传热面积，促进管内流体的扰动，增强对流换热。这一系列改进的结合，使强化蒸发过程的结构同时能强化冷凝过程，使强化冷凝性能的结构能一定程度的提高蒸发效率，从而使得传热管能同时大大的提高蒸发传热性能和冷凝性能。应用于制冷设备及热泵机组时，传热管可根据设备实际工况需要，在蒸发管和冷凝管间随时切换，并保持上佳的传热性能。
附图说明
图1是一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的结构示意图。
图2是一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的轴向剖视图。
图3是一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的局部俯视图。
图4是一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的三角形顶齿的俯视图。
图5是一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的螺旋锯齿内翅片的结构示意图。
图6是满液式蒸发器的结构示意图。
图7为一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的加工过程示意图。
其中，1为管基体，2为间槽凸齿，3为宫格翅片，4为阶梯翅片，5为三角形顶齿，6为螺旋锯齿内翅片，7为蒸发腔，8为强化腔，9为矩形孔，10为制冷剂入口，11为制冷剂出口，12为载冷剂入口，13为载冷剂出口，14为均液板，15为管板。2-1为金属管，2-2为右旋梯形螺纹芯柱，2-3为左旋梯形螺纹芯柱，2-4为螺旋外翅片轧刀，2-5为整形刀片，2-6为槽齿刀，2-7为挤压齿切刀，2-8为挤压平切刀，2-9为压花刀，2-10为调整垫片。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，包括管基体、螺旋锯齿内翅片、螺旋锯齿外翅片、间槽凸齿、宫格翅片、阶梯翅片、三角形顶齿。
螺旋锯齿内翅片在管基体的内壁，螺旋锯齿外翅片在管基体的外壁，轴向方向上两相邻的螺旋锯齿外翅片之间形成间槽，间槽凸齿位于管基体的外壁且位于间槽内，三角形顶齿位于螺旋锯齿外翅片的外侧顶部；宫格翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧宫格翅片交错分布，从而在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，宫格翅片之间形成交错分布的缺口；阶梯翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧且位于宫格翅片外侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧阶梯翅片交错分布，且同侧的阶梯翅片与宫格翅片交错分布，相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，阶梯翅片的轴向方向上具有间隙；宫格翅片的内侧、螺旋锯齿外翅片、管基体、间槽凸齿之间围成蒸发腔，宫格翅片的外侧、螺旋锯齿外翅片、阶梯翅片之间围成强化腔，蒸发腔和强化腔之间通过缺口连通。
本实施例换热管材料为铜，外径为19mm，壁厚为1.15mm，在三辊斜轧机上进行加工成形，内外翅片结构一次成形；螺旋锯齿外翅片的厚度为0.15mm，高为1.0mm。
间槽凸齿分布于螺旋锯齿外翅片的间槽底部，沿间槽的中心线间隔均匀分布，其形状为矩形，间槽凸齿的高度为0.10mm；每个圆周上间槽凸齿的数量为100个。
宫格翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类三角翅片，其上顶面为一平面；在同一间槽左右两侧的宫格翅片交错分布，其轴向长度相加等于该处间槽的距离0.508mm；在每个圆周上，螺旋锯齿外翅片一侧面的宫格翅片的数量为100个。
阶梯翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片的侧壁的类直角梯形台翅片，在同一间槽的左右阶梯翅片交错分布，其轴向长度相加为0.338mm；在每个圆周上，螺旋锯齿外翅片的一侧面阶梯翅片的数量与宫格翅片的数量相等，均为100个。
阶梯翅片的上顶面比宫格翅片的上顶面高出0.2mm；螺旋锯齿外翅片的同一侧面上的宫格翅片和阶梯翅片交错分布。
宫格翅片、阶梯翅片组成封闭层，将相邻两个螺旋锯齿外翅片之间的间槽分为上下两部分。宫格翅片的下底面、阶梯翅片的下底面、间槽凸齿与相邻两个螺旋锯齿外翅片共同组成蒸发腔，其能促进蒸发过程的进行，从而强化蒸发性能；宫格翅片的上顶面、阶梯翅片的上顶面、三角形顶齿与相邻两个螺旋锯齿外翅片共同组成上强化腔，较大程度的增加了传热面积，提高了传热效率。
蒸发腔为类正五边形形状，其上部有间隔分布的矩形孔，该孔的轴向长度为0.17mm，一个圆周上共有100个矩形孔，在冷凝工况时，有利于冷凝液的导流；在蒸发工况时，有利于液体进入蒸发腔。
螺旋锯齿外翅片的顶部间隔均分布有100个深度为0.2mm的三角形顶齿，能促进冷凝液膜的减薄，减小传热热阻。
螺旋锯齿内翅片，为管基体内表面上沿左旋或右旋螺纹方向间断分布的梯形台锯齿；螺纹的头数为8头，螺纹槽深度为0.3mm，梯形台锯齿的下底面积为0.09mm2，高为0.25mm；螺旋锯齿内翅片能够增大了管内传热面积，促进管内流体的扰动，增强对流换热。
图6为一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管应用在满液式蒸发器中。本发明的两用换热管通过胀接法或者焊接法安装在管板上，制冷剂从制冷剂入口进入蒸发器壳侧，经过均液板，吸热蒸发后的气体制冷剂从制冷剂出口流出蒸发器，蒸发器里的制冷剂完全浸没两用换热管；冷水从一侧的载冷剂入口进入两用换热管内，经过两次管程的冷却，从同一侧的载冷剂出口离开蒸发器。
本发明的蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管很大程度的增加了传热面积，提供了较多的有利于蒸发过程的泡核沸腾核心，且其蒸发腔提高了蒸发的过热度，从而提高了满液式蒸发器的换热效率。
一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具为：
包括用于在金属管外表面成形出外翅片结构的轧制挤压成形组合刀具、用于在金属管内表面成形出内翅片结构的右旋梯形螺纹芯柱和左旋梯形螺纹芯柱；轧制挤压成形组合刀具包括沿着轴向依次设置的螺旋外翅片轧刀、整形刀片、槽齿刀、挤压齿切刀、挤压平切刀和压花刀，还包括调整轧制挤压成形组合刀具中各刀件轴向间距的调整垫片；螺旋外翅片轧刀和整形刀片为通过挤压加工出螺旋外翅片和间槽结构的圆环形刀具，槽齿刀为在间槽内加工出间槽凸齿的圆环形刀具，挤压齿切刀为通过挤压成形在间槽两侧壁加工出宫格翅片的圆环形刀具，挤压平切刀为通过挤压成形在间槽两侧壁且在宫格翅片外侧加工出阶梯翅片的圆环形刀具，压花刀为在外翅片结构的外侧顶部加工出三角形顶齿的圆环形刀具。调整垫片为圆形垫片。螺旋外翅片轧刀的数量为多个，多个螺旋外翅片轧刀和整形刀片按照外径从小到大依次排列。槽齿刀的外周作用面为具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面。挤压齿切刀为梯形直齿轮式刀片。挤压平切刀的作用面为外圆光平面。压花刀为三角形直齿轮式刀片。
一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管的制作方法为：
步骤一：加工成形开始，六个螺旋外翅片轧刀依次作用在金属管外表面上，第一个螺旋外翅片轧刀先挤压出高度较低的螺旋外翅片，直到第六个螺旋外翅片轧刀作用完成后，最终成形出一定高度的螺旋外翅片；与此同时右旋梯形螺纹芯柱作用在金属管内表面上，成形出螺纹沟槽结构。
步骤二：已成形的螺旋外翅片，经过整形刀片修整作用，其表面结构更为规整。
步骤三：金属管受到具有矩形沟槽间断均匀分布的圆弧面的槽齿刀挤压作用，在螺旋外翅片的间槽底部挤压成形出间断分布的矩形凸齿。
步骤四：挤压齿切刀作用在相邻螺旋外翅片的相对的两侧面上，其梯形直齿往下挤压，在间槽中成形出均匀间隔分布的宫格翅片。
步骤五：相邻螺旋外翅片相对的侧面上未经挤压齿切刀挤压的部分，在挤压平切刀的作用下，挤压出与宫格翅片交错分布的阶梯翅片；与此同时，左旋梯形螺纹芯柱作用在内表面上的螺纹沟槽上，打断螺纹凸起部分结构，成形出螺纹锯齿内翅片。
步骤六：压花刀在螺旋外翅片的顶部进行滚压，从而成形出间隔分布的三角形顶齿；从而最终成形出蒸发冷凝两用的内外翅片管。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：包括管基体、螺旋锯齿内翅片、螺旋锯齿外翅片、间槽凸齿、宫格翅片、阶梯翅片、三角形顶齿；螺旋锯齿内翅片在管基体的内壁，螺旋锯齿外翅片在管基体的外壁，轴向方向上两相邻的螺旋锯齿外翅片之间形成间槽，间槽凸齿位于管基体的外壁且位于间槽内，三角形顶齿位于螺旋锯齿外翅片的外侧顶部；宫格翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧宫格翅片交错分布，从而在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，宫格翅片之间形成交错分布的缺口；阶梯翅片位于螺旋锯齿外翅片的两侧且位于宫格翅片外侧，同一螺旋锯齿外翅片的两侧阶梯翅片交错分布，且同侧的阶梯翅片与宫格翅片交错分布，相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，阶梯翅片的轴向方向上具有间隙；宫格翅片的内侧、螺旋锯齿外翅片、管基体、间槽凸齿之间围成蒸发腔，宫格翅片的外侧、螺旋锯齿外翅片、阶梯翅片之间围成强化腔，蒸发腔和强化腔之间通过缺口连通。
2.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：间槽凸齿沿着间槽的中心线间隔均匀分布，间槽凸齿为矩形齿或梯形齿，间槽凸齿的高度为0.05-0.20mm；每个圆周上间槽凸齿的数量为50-150个。
3.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：宫格翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类三角翅片，宫格翅片的上顶面为一平面；在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，相邻侧宫格翅片的轴向长度相加等于此处间槽的宽度；每个圆周上，螺旋锯齿外翅片一侧的宫格翅片的数量为80-150个。
4.按照权利要求3所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：蒸发腔的截面形状为类正五边形；每个间槽中的缺口为两行间隔分布的矩形孔，矩形孔的轴向长度为此处间槽宽度的1/3～1/2。
5.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：阶梯翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类直角梯形台翅片，阶梯翅片的上顶面为一平面，侧面为弧形面；在相邻螺旋锯齿外翅片的相邻侧，相邻侧阶梯翅片的轴向长度相加等于此处间槽的宽度1/2～2/3；在每个圆周上，螺旋锯齿外翅片一侧的阶梯翅片的数量与宫格翅片的数量相等，为80-150个。
6.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：阶梯翅片的上顶面比宫格翅片的上顶面高0.1-0.2mm。
7.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：三角形顶齿在螺旋锯齿外翅片的顶部间隔分布，三角形顶齿的深度为0.1-0.4mm；在每个圆周上，三角顶齿的数量为50-150个。
8.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：螺旋锯齿内翅片为管基体的内壁沿左旋或右旋螺纹方向间断分布的梯形台锯齿；螺纹的头数为2～32头，螺纹槽深度为0.20～0.40mm，梯形台锯齿的下底面面积为0.04～0.16mm2，高为0.15～0.35mm。
9.按照权利要求1所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：间槽凸齿沿着间槽的中心线间隔均匀分布；宫格翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类三角翅片，宫格翅片的上顶面为一平面；蒸发腔的截面形状为类正五边形，每个间槽中的缺口为两行间隔分布的矩形孔；阶梯翅片为垂直于螺旋锯齿外翅片侧壁的类直角梯形台翅片，阶梯翅片的上顶面为一平面，侧面为弧形面；三角形顶齿在螺旋锯齿外翅片的顶部间隔分布；螺旋锯齿内翅片为管基体的内壁沿左旋或右旋螺纹方向间断分布的梯形台锯齿。
10.按照权利要求9所述的一种蒸发冷凝两用的阶梯宫格内外翅片管，其特征在于：宫格翅片、阶梯翅片为用刀具从外侧向内侧挤压成形制得。
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