螺旋橢圓形換熱管的製作方法

2023-04-27 17:36:41 1

專利名稱：螺旋橢圓形換熱管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及金屬管加工技術領域，尤其涉及一種用於換熱器等換熱設備的螺旋橢圓形換熱管。
背景技術：
按GB/TM590-2009《高效換熱器用特型管》標準，我國現行的換熱器用高效特型管共分為四大類型，分別為T型槽管、波紋管、內波外螺紋管、內槽管。它們最大的共同點在於都是通過冷加工工藝在金屬基管(直光管)上製造加工出來的換熱管。如圖1所示，現有技術中的T型槽管，在金屬基管1的外壁上通過冷加工形成密集的螺旋狀T型凹槽11。T型槽管按結構形式可分為I型，管外壁呈T型槽道，管內壁表面光滑；II型，管外壁呈T型槽道，管內壁表面呈波紋狀。如圖2所示，現有技術中的波紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管內、外表面均呈波紋狀11的換熱管。如圖3所示，現有技術中的內波外螺紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管外壁呈螺紋11、管內壁呈波紋狀12的換熱管。如圖4所示，現有技術中的內槽管，在金屬基管1的內壁通過冷加工形成凹槽11 的換熱管。內槽管按結構形式可分為I型，軸向凹槽；II型，螺旋狀凹槽。上述四大類換熱管與未經冷加工直接用作換熱管的金屬直光管相比，因為在金屬基管上具有冷加工所形成的槽形、波形等，強化了傳熱效果，因此有效地提高了換熱管的換熱面積和換熱效率，故被稱為換熱器用「高效」換熱管。上述這四大類換熱管都是以無縫金屬直光管作為基管通過冷加工成型的，其冷加工工藝主要是對無縫金屬直光管做形狀的變化。進一步地，這四大類換熱管都是在無縫金屬直光管的內、外壁上進行冷加工，加工幅度受管壁厚度所限，因此難以再大幅度地提高換熱面積。現有技術中的換熱管在做熱交換時，水、油、氣等換熱介質在換熱管內流通，藉助於換熱管壁實現與換熱管外的其他介質之間交換熱量的技術目的。在熱交換過程中，靠近換熱管管壁區域的換熱介質所進行的熱交換比較充分，換熱效率較高；而遠離換熱管管壁、 位於換熱管中心區域的換熱介質的熱交換並不充分，因此現有技術中的上述換熱管雖經過一定改進，但整體換熱效率仍較低。並且，現有技術中的換熱管在生產、使用過程中還存在以下幾點明顯的不足1、受制於冷加工設備的規格限制，換熱管成品在規格、長度等方面均受到很大的局限；2、由於有冷加工步驟，原材料的損耗較大；3、由於冷加工過程複雜，導致產品的加工精度參差不齊；4、冷加工工藝的檢驗方法和檢驗手段難以保證成品質量；5、受加工工藝限制，制管效率不高；[0016]6、這四大類換熱管大多具有特殊的外型，給換熱器設備的製作諸如對波紋管、外槽管的折流板的處置帶來許多不便；7、這四大類換熱管都經過冷加工，管體上存有殘餘應力，在介質通過時會形成湍流，強化了換熱管的局部腐蝕，因此對換熱器設備的使用壽命造成了一定的負面影響。現有技術中的換熱管由於上述原因，進入了一個技術瓶頸，換熱面積、換熱效率難以再大幅度提高，制約了換熱器的發展，難以滿足市場的需求。因此，本領域的技術人員一直致力於開發一種換熱效率高、結構簡單的換熱管。
實用新型內容有鑑於現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種換熱效率高的螺旋橢圓形換熱管。為實現上述目的，本實用新型提供了一種螺旋橢圓形換熱管，至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；所述管體具有橢圓形橫截面並且所述管體的第二端圍繞所述管體的軸線相對所述管體的第一端扭轉一設定角度而形成螺旋形管壁。較佳地，所述管體的兩端分別具有直管段。較佳地，所述介質通道為長軸繞橢圓形中心逐步扭轉的扭曲形通道。較佳地，所述管體為金屬焊管。本實用新型的螺旋橢圓形換熱管採用橢圓形的橫截面，將現有技術中橫截面積比較大的中間換熱區縮小，與周邊換熱區的橫截面積接近或相同，改善了介質通道內中間換熱區的換熱效率，從而提高了整個螺旋橢圓形換熱管的換熱效率。尤其是，本實用新型還通過將管體的第二端圍繞管體的軸線相對管體的第一端扭轉一設定角度而形成螺旋形管壁。由於橢圓形的長軸區域和短軸區域具有不同的換熱效率，當換熱介質在本實用新型的換熱管的管體內部流動時，由於管體的上述特殊形狀，換熱介質在管體內會有一個前行的同時翻滾的流動軌跡，將位於長軸區域和短軸區域的換熱介質不斷交換，大大提高了換熱管的換熱效率。因此本實用新型的螺旋橢圓形換熱管在整體換熱效率上大致為現有換熱管的數倍，要大大高於現有的換熱管。本實用新型還首次採用焊管為原材料，而焊管的成本比現有技術中用作換熱管原材料的無縫管的成本至少低20%左右，因而本實用新型大幅度地降低了換熱管的製造成本。本實用新型的螺旋橢圓形換熱管，具有結構簡單，成本低，製造便利等有益效果， 適用於石油、化工、化肥、鍋爐、製藥、食品、電力、核能、環保、供熱等多種行業中用作高效換熱器或換熱設備的用管。本實用新型還提供了上述任一所述的螺旋橢圓形換熱管的在線制管加工工藝，至少包括以下步驟步驟一，獲得一金屬圓管；步驟二，將所述金屬圓管放置入輥機；步驟三，受一系列的橢圓形壓模擠壓後，所述金屬圓管形成橢圓橫截面，獲得作為中間產品的橢圓形換熱管；[0034]步驟四，將步驟三獲得的所述橢圓形換熱管的第二端圍繞所述橢圓形換熱管的軸線相對其第一端扭轉一設定角度，獲得一具有螺旋形管壁的螺旋橢圓形換熱管。較佳地，所述設定角度的大小與橢圓形換熱管的長度相關。較佳地，所述橢圓形橫截面為所述金屬圓管經過壓制加工獲得的連續的冷軋加工較佳地，所述金屬圓管為金屬焊管。本實用新型中的橢圓形模具在設計時必須考慮一下因素1、螺旋橢圓形模具的結構設計中不應留有尖銳角的存在，以防止換熱管在使用時所存在的應力集中造成的管壁裂紋。2、橢圓形管壁要與換熱管的直徑與壁厚相匹配。3、橢圓形要與換熱設備的設計與使用要求相適應。4、增加換熱管的最佳換熱面積和換熱效率是螺旋橢圓形模具設計的出發點。本實用新型的螺旋橢圓形換熱管的在線壓制工藝應遵循以下要求1、螺旋橢圓形換熱管的產品質量標準應嚴格按相關熱交換器用焊管質量標準要求實施；2、螺旋橢圓形換熱管的焊縫必須100%渦流檢測合格，100%水壓試驗合格；3、螺旋橢圓形換熱管應進行高溫回火定型，嚴防產品形狀回彈；4、螺旋橢圓形換熱管應通過在線熱處理，消除熱處理擠壓殘餘應力；5、螺旋橢圓形換熱管的在線壓制模具應具有開啟閉合功能，可根據顧客需求在焊管兩端留有足夠長的圓光管段，以利換熱管制造；6、螺旋橢圓形換熱管的內外表面異形位置均無尖銳角或稜角存在。本實用新型與現有技術中換熱管加工工藝相比，由於沒有大量的冷加工作業，無需大量冷加工作業場地、專門冷加工設備和專業技術工人，節省了一次投資費用和生產製造成本，因而大幅地降低了換熱管的生產成本，提高了製造效率，具有穩定的加工質量。由於沒有冷加工，本實用新型的螺旋橢圓形換熱管大幅降低了原材料的消耗，還由於沒有大量冷加工的殘餘應力和較光滑的內外表，本實用新型的螺旋橢圓形換熱管抗腐蝕能力和抗結垢能力明顯優於現有工藝所生產的產品。由於大量使用焊管作為橢圓形管的原材料，焊管的生產成本本身就比無縫管低達 20%。還由於焊管固有特性的有效發揮，其換熱管橢圓形尺寸可以數倍於用無縫管生產出來的特型管，其換熱面積和換熱效率大大高於「高效換熱管用特型管」。與熱套制管加工工藝比較，本實用新型減少了焊管的二次加工流程，省卻了熱套加工的線外熱處理設備，由於在線連續生產作業，其生產效率大約為現有工藝近十倍，使制管成本更加低廉，制管效率更快。並且，在線制管在成品的長度方面還具有不可比擬的優勢。由於在線制管為連續加工，理論上，只要輔以一個後續的切割工步，在線制管所生產獲得的本實用新型的螺旋橢圓形換熱管可以滿足客戶的各種長度要求。由於在線作業生產的自動控制、產品質量穩定、加工尺寸精度高於現有工藝產品質量水平。本實用新型與現有高效換熱器用特型管加工技術從制管設備成本上比較，現有的換熱管生產必須要有的專門機加工、冷加工設備。而本實用新型只需要在現有制管設備上對模具等做簡單改造，增加多組螺旋橢圓形壓模，就可以在線壓制形成所期望的各種橢圓形管。通過在線熱處理機構，消除螺旋橢圓形換熱管在線加工殘留的應力，以增加對抗應力腐蝕的能力；同時通過在線熱處理機構，消除螺旋橢圓形換熱管的變形回彈，獲得形狀穩定，幾何尺寸符合規定要求的螺旋橢圓形換熱管。因此，本實用新型減少了廠房和場地的投資，具有投資省、場地佔用面積不需擴大，見效快，生產效率高等有益效果，其生產效率大約為現有工藝的數倍，大大高於現有的換熱管的加工工藝。

圖1是現有技術中一種T型槽管的結構示意圖；圖2是現有技術中一種波紋管的結構示意圖；圖3是現有技術中一種內波外螺紋管的結構示意圖；圖4是現有技術中一種內槽管的結構示意圖；圖5是本實用新型的螺旋橢圓形換熱管的實施例1的橫截面結構示意圖；圖6圖5的左視結構示意圖；圖7是本實用新型中管體的壓制流程設備示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特徵和效果。實施例1 如圖5所示，本實用新型的螺旋橢圓形換熱管1為一具有一定長度的金屬焊管，如奧氏體不鏽鋼焊管、碳素鋼焊管、鈦及鈦合金焊管、鎳及鎳合金焊管，或奧氏體一鐵素體雙相鋼焊管等。圖5所示為其橫截面形狀，具有橢圓形橫截面，管體2的內表面為光滑表面。圖6所示，管體2自身為螺旋形，並且管體2的第二端22圍繞管體2的軸線，相對管體2的第一端21扭轉一設定角度，而形成螺旋形管壁。管體2的內部形成換熱介質流通的介質通道3。管體2具有橢圓形橫截面，將介質通道3劃分為兩個側邊換熱區31及一中間換熱區32。兩個側邊換熱區31的橫截面積分別與中間換熱區32的橫截面積大致相同。本文中，所述的「大致相同」並不要求嚴格的相同。只要使中間換熱區32的橫截面積不大於側邊換熱區31的橫截面積的3倍，或不小於側邊換熱區31的橫截面積的1/3 即可。具體地，本實施例中的管體2是由一圓形的金屬焊管採用壓制加工工藝形成，橢圓面為管體2經過壓制加工獲得的連續的冷軋加工面。圓弧的轉角要有一定弧度，根據管體2直徑的不同，優選地採用轉角半徑為2-10 毫米。這樣避免了尖銳角的存在。從橫截面形狀上看，本實施例中管體2的內表面是由橢圓表面形成，這樣的螺旋橢圓形換熱管1在做熱交換時，兩個端部周邊換熱區31和一個中間換熱區32的換熱效率都比較高，特別是中間換熱區32內的換熱介質也充分地參與到換熱過程裡，大大地提高了螺旋橢圓形換熱管1的換熱效率。尤其是，本實用新型還通過將管體的第二端22圍繞管體2的軸線相對管體的第一端21扭轉一設定角度而形成螺旋形管壁。具體地，例如對一米長的換熱管，管體扭轉的設定角度可以是30°至180° ；對六米長的換熱管，該設定角度可以是360°至1080°。上述數據並不是對本實用新型的限定。該設定角度的大小還可與換熱介質的流動性有關。由於橢圓形的長軸區域(與側邊換熱區31基本重合)和短軸區域(與中間換熱區32基本重合)具有不同的換熱效率，當換熱介質在本實用新型的換熱管的管體內部流動時，由於管體的上述特殊形狀，換熱介質在管體內會有一個前行的同時翻滾的流動軌跡，將位於長軸區域和短軸區域的換熱介質不斷交換，大大提高了換熱管的換熱效率。如本實施例中的管體2，其有益效果在於，不僅可以大幅度地提高螺旋橢圓形換熱管1的換熱面積，提高了螺旋橢圓形換熱管1的換熱效率；還可以加大中間換熱區32內換熱介質的流量和流速，也提高了螺旋橢圓形換熱管1的換熱效率。進一步地，還提高了管體 2內不同區域的換熱介質的交換，大大提高了換熱效率。本實用新型的螺旋橢圓形換熱管還由於制管成型後沒有冷加工，因此內部結構應力基本消除，抗結垢性、耐蝕性更好。根據客戶需要，本實用新型的螺旋橢圓形換熱管的整體長度可以在0米至十數米之間選取。當然，如果合理配置熱處理爐，本實用新型的螺旋橢圓形換熱管的整體長度還可以在任意長度，而不受限於冷加工設備的規格。實施例2 本實施例的螺旋橢圓形換熱管與上述實施例的結構基本相同，都包括一管體，所不同之處在於，本實施例中，在管體的兩端，還分別具有直管段。直管段與橢圓螺旋段應圓滑過渡，不能急劇變形。具有直管段得螺旋橢圓形換熱管在換熱設備的裝配加工中具有更好的裝配性及密封性能。本實用新型的螺旋橢圓形換熱管1，其在線制管加工工藝，至少包括步驟一，獲得管體2。本實施例中，管體2為金屬焊管，其橫截面內部由橢圓表面形成。結合圖7所示， 管體2通過壓制加工工藝獲得。步驟二中，壓制設備主要包括一系列的支架401、402、403，各支架上分別設置有上輥411、412、413及下輥421、422、423，在管體2的兩側還分別設置有一系列的左輥、右輥 (圖中未示出)。各錕上都設置或形成有一系列逐步變形的螺旋橢圓形壓模。步驟三，通過一系列的橢圓形壓模擠壓後，獲得作為中間產品的橢圓形換熱管2。在管體2壓弧成形的過程中，轉角避免了尖銳角的存在。步驟四(未做圖示)，將步驟三獲得的所述橢圓形換熱管2的第二端22圍繞所述橢圓形換熱管的軸線相對其第一端21扭轉一設定角度，獲得一具有螺旋形管壁的螺旋橢圓形換熱管。在其他實施例中，還可以通過少量的冷加工，使螺旋橢圓形換熱管的兩端端面與其軸線垂直，並清除切口毛刺。在其他實施例中，還可以將管體的兩端部預留為直管段。[0087]在線加工設備的主體為現有技術，只是根據螺旋橢圓形換熱管的形狀需要，按照常規方法設計了一系列的螺旋橢圓形壓模。因此本實用新型可以用於加工本實用新型中任一實施例中的螺旋橢圓形換熱管， 均具有相同的有益效果。綜上所述，本說明書中所述的只是本實用新型的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本實用新型的權利要求保護範圍之內。
權利要求1.一種螺旋橢圓形換熱管，至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；其特徵在於所述管體具有橢圓形橫截面並且所述管體的第二端圍繞所述管體的軸線相對所述管體的第一端扭轉一設定角度而形成螺旋形管壁。
2.如權利要求1所述的螺旋橢圓形換熱管，其特徵在於所述管體的兩端分別具有直管段。
3.如權利要求1所述的螺旋橢圓形換熱管，其特徵在於所述介質通道為長軸繞橢圓形中心逐步扭轉的扭曲形通道。
4.如權利要求1至3任一所述的螺旋橢圓形換熱管，其特徵在於所述管體為金屬焊管。
專利摘要本實用新型公開了一種螺旋橢圓形換熱管，至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；所述管體具有橢圓形橫截面並且所述管體的第二端圍繞所述管體的軸線相對所述管體的第一端扭轉一設定角度而形成螺旋形管壁。本實用新型成本低，製造便利，換熱效率高，適用於石油、化工、化肥、鍋爐、製藥、食品、電力、核能、環保、供熱等多種行業中用作高效換熱器或換熱設備的用管。
文檔編號F28F13/00GK202109802SQ20112019171
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者孔祥鋒 申請人:上海科米鋼管有限公司