一种高翅片热交换管的加工方法

1、一种高翅片热交换管的加工方法，其特征在于它包括以下步骤：
A)按要求选取管体；
B)配备三组各由开槽模、直翅片成型模、波纹翅片成型模所构成的组 合模具；
C)将选取的管体置于三辊旋轧机上；
D)将三组组合模具分别固定到三辊旋轧机的三根滚模轴上，并且围绕 于管体；
E)驱动三辊旋轧机工作，由滚模轴携三组组合模具同步旋转而对管体的 外壁成型出外翅片并且使所成型出的外翅片整体向两侧交替偏移成波浪形， 得到翅高为5-20mm、翅距为2-5mm、波浪数在圆周上的个数为3-10个的高 翅片热交换管。
2、根据权利要求1所述的高翅片热交换管的加工方法，其特征在于步骤 A)中所述的管体为经过热处理的牌号为TP2或T2铜管，并且该铜管的抗 拉强度为230-240MPa、延伸率≥40％、HV值在40-50之间、晶粒度≥ 0.02mm。
3、根据权利要求1所述的高翅片热交换管的加工方法，其特征在于步骤 B)中所述的组合模具的开槽模、直翅片成型模分别为圆盘形刀模，所述的 波纹翅片成型模由第一、第二模瓣相配合构成，呈圆盘状，第一、第二模瓣 上彼此交替设置有凹缘和凸缘，第一模瓣上的凸缘与第二模瓣上的凹缘相配 合，第二模瓣上的凸缘与第一模瓣上的凹缘相配合。
4、根据权利要求3所述的高翅片热交换管的加工方法，其特征在于所述 的凹缘和凸缘位于第一、第二模瓣的边缘部位，凹缘的形状为半球状凹缘， 而凸缘的形状为半球状凸缘。
5、根据权利要求3所述的高翅片热交换管的加工方法，其特征在于所 述的凹缘的形状为半圆柱状凹缘，所述的凸缘的形状为半圆柱状凸缘。

技术领域\n本发明涉及一种高翅片热交换管，应用于空冷器或散热器上，作为诸如 气-气、气-水、气-油的强化热交换部件，并且还涉及高翅片热交换管的 加工方法，属于热交换部件及制造技术领域。\n背景技术\n高翅片管通常指翅片高度为5-15mm的翅片管，一般用铝管、钢-铝管、 钢-不锈钢管等单金属管或复合金属管滚轧而成，其肋化面积为光管的5-12 倍，主要用于强化气体侧的传热，一般总传热系数较光管提高50-100％，广 泛用于食品干燥、制药、化工、石油化工空气冷却以及其它行业。\n应用于上述领域的热交换管在专利文献中可较多地见诸，例如 US2667337公开了一种波纹形绕片管，其结构是由金属圆管和螺旋状翅片组 成，翅片上形成有波纹，波纹从外缘向内延伸一段距离并且宽度和深度逐渐 减小直至消失。这种结构所存在的欠缺之一，由于螺旋状的翅片是通过焊接 而结合到圆管上的，因此，时常会出现翅片与圆管管体之间的分离现象，故 使用上的耐久性差，使用寿命短；之二，翅片与圆管管体之间的焊点部位会 增大接触热阻而影响换热性能；之三，由于是分体制作后构为一体的，因此 工序步骤多，制作时间长。\n又，CN2144290Y公告了一种高效翅片传热管，该传热管的内外表面均 轧制螺旋形沟槽，并在管外表面的螺旋形沟槽内压焊翅片带形成高翅片，翅 片带为花瓣式或波纹式翅片带，该技术方案同存US2667337之不足。\n及，CN2657842Y披露了一种高翅片换热管制作装置，按照其教导仅能 加工出平直形的高翅片，而平直形翅片对换热效果的改善积极意义甚微。\n还，US4337824教导了一种复合翅片管，采用三辊轧机一次成型在管外 轧出翅片(高度2.8mm)和管内螺旋状波纹槽，首先，其所得到的换热管为低 翅片管；其次，翅片为直翅；再有，按照其说明书描述及附图展示是无法使 人们领悟出在金属圆管管外获得花瓣状或称波浪形的翅片的，即无法得到换 热效果理想的换热管。\n再，CN2326929Y揭示了一种复合式换热管，由钢管管体外壁复合纯铝 整体高翅片管构成，对复合在钢管管体外壁上的纯铝管上的翅片采用精轧构 成，翅高为12-14mm，虽属高翅片管范畴，但这种结构所造成的材料消耗较 大，而且得到的翅片为平直翅。\n且，CN2740988Y公诸了热交换器用铜合金无缝高翅片管，采用三辊轧 机旋轧成型，翅片高度可达20mm，虽属高翅片管范畴，但翅片结构为平直形， 见图1所示，在管体1外加工有平直的外翅片2，管体1内构成有内翅片3。\n业界所知，只有既满足翅片高度5-15mm的程度，又体现翅片整体形状 呈花瓣形或波浪形的高翅片换热管，才是得以获得极致的管外换热面积的可 选之举，而并不是也不应当是单纯地一味长化翅片高度，因为冗长的平直翅 片会致使流体流过翅片表面的距离过长，速度和温度边界层较厚而影响换热 性能，在上述公开的文献中，除了US2667337所推荐之结构外，其余专利技 术方案都存在这种弊端。然而，由于US2667337是将另行制作的螺旋状翅片 焊接到金属圆管上的，因此存在着所述的三处不足，从而构成了结构上的一 大缺憾。\n发明内容\n本发明的任务是在于提供一种翅片与管壁之间无附加接触热阻的、可避 免因流体流过翅片表面的距离过于冗长而使速度和温度边界层变厚对换热性 能造成不利的、有助于提高管外气侧换热、使换热系数得到改善的高翅片热 交换管。\n本发明的任务还在于提供一种高翅片热交换管的加工方法，能保障翅片 与管体构为一个整体而无需另行将翅片焊接到管体上。\n本发明的任务是这样来完成的，一种高翅片热交换管，它包括管体和结 合在管体外壁上的外翅片，所述的外翅片在管体外壁直接以螺旋状朝管体的 轴线方向延伸，并且，外翅片的翅片整体向两侧交替偏移而构成波浪形。\n本发明所述的管体的内壁构成有内翅片，所述的内翅片呈螺旋状朝管体 轴线方向延伸。\n本发明所述的管体的内壁构成有凹槽，所述的凹槽呈螺旋状朝管体轴线 方向延伸。\n本发明所述的外翅片的高度为5-20mm，翅距为2-5mm，波浪形的波浪 数在圆周上为3-10个。\n本发明所述的内翅片与管体的中心线形成有螺旋角α，螺旋角α的度数 为20-50°，内翅片的高度为0.2-1.0mm。\n本发明的还一任务是这样来完成的，一种高翅片热交换管的加工方法， 它包括以下步骤：\nA)按要求选取管体；\nB)配备三组各由开槽模、直翅片成型模、波纹翅片成型模所构成的组合 模具；\nC)将选取的管体置于三辊旋轧机上；\nD)将三组组合模具分别固定到三辊旋轧机的三根滚模轴上，并且围绕于 管体；\nE)驱动三辊旋轧机工作，由滚模轴携三组组合模具同步旋转而对管体的 外壁成型出外翅片并且使所成型出的外翅片整体向两侧交替偏移成波浪形，得 到翅高为5-20mm、翅距为2-5mm、波浪数在圆周上的个数为3-10个的高翅 片热交换管。\n本发明的一个实施例中，步骤A)中所述的管体为经过热处理的牌号为 TP2或T2铜管，并且该铜管的抗拉强度为230-240MPa、延伸率≥40％、HV 值在40-50之间、晶粒度≥0.02mm。\n在本发明的另一个实施例中，步骤B)中所述的组合模具的开槽模、直翅 片成型模分别为圆盘形刀模，所述的波纹翅片成型模由第一、第二模瓣相配 合构成，呈圆盘状，第一、第二模瓣上彼此交替设置有凹缘和凸缘，第一模 瓣上的凸缘与第二模瓣上的凹缘相配合，第二模瓣上的凸缘与第一模瓣上的 凹缘相配合。\n在本发明的再一个实施例中，所述的凹缘和凸缘位于第一、第二模瓣的边 缘部位，凹缘的形状为半球状凹缘，而凸缘的形状为半球状凸缘。\n在本发明的又一个实施例中，所述的凹缘的形状为半圆柱状凹缘，所述的 凸缘的形状为半圆柱状凸缘。\n本发明的优点：在管体外壁直接构成波纹状高翅片，强化了管外气侧的换 热，使传热系数提高了10％；与已有技术中的绕片管相比，完全消除了管体 与翅片根部之间的接触热阻；波纹状高翅片的波纹形状由翅片与波纹形翅片 成型模相对运动的轨迹决定，波纹形状特殊，诱导气流沿管体半径方向趋向 于管体和背离管体流动，对气流的横向扰动大于现有技术；方法简单，只需 在已有技术的基础上设置相应的波纹翅片成型模，即能得到波纹状高翅片管， 因此不需要人为地将波纹翅片焊接到管体外。\n附图说明\n图1为已有技术中的平直高翅片管示意图。\n图2为本发明的高翅片热交换管示意图。\n图3为本发明的波纹翅片成型模的一实施例示意图。\n图4为本发明所述的三辊旋轧机的示意图。\n图5为图4的机头部分的结构图。\n图6为图5的剖视图。\n图7为图5的局部放大图。\n图8为本发明的高翅片热交换管与已有技术中的平直型高翅片管传热性 能对比图。\n具体实施方式\n实施例1：\n下面结合所给出的附图和具体实施例对本发明作进一步的叙述，以助于了 理解本发明，但并不构成对本发明的限制。\nA)选取经过热处理的牌号为TP2、抗拉强度为230-240MPa、延伸率≥40％、 HV值在40-50之间、晶粒度≥0.02mm的管体1，该管体1的外径为19mm、 内径为16.8mm；\nB)配备三组由图7所示的开槽模5、直翅片成型模6及波纹翅片成型模7 所构成的由图5所示的组合模具8，开槽模5犹如常见的切割片或称切割刀片， 用于对管体1外壁切割出槽，通常每组开槽模5有多枚或称多把，本实施例 选择为26枚，每组直翅片成型模6可由1-3把，本实施例选择3把，用于对由 开槽模5开出的平直翅片进行成型，而波纹翅片成型模7选择由图3所示的 结构，波纹翅片成型模7每组有一套，由图3所示的第一、第二模瓣7a、7b 组合而成，在第一、第二模瓣的彼此相对应的边缘部分交替加工有半球状的 凹缘和凸缘；\nC)将步骤A)所选取的管体1设置到由图4、图5所示意的三辊旋轧机的 机头10上，这里所说的三辊旋轧机优选采用由中国山东省青岛市青岛生建机 械厂生产的型号为ZC28-16型三轴轧丝机；\nD)将由步骤B)所配备的三组组合模具8分别通过模套11设置到由图 4、图5、图6所示的呈三角形分布的三辊旋轧机的三根滚模轴9上，滚模轴 9由固定螺母12限位于滚模轴座13上，滚模轴座13固定在滚模座14上，滚 模座14与导轨座15联结，导轨座15与油缸座16的导轨17滑配并与油缸18 的油缸柱19联结；\nE)驱动三辊旋轧机工作，参照图4、图5、图6，在三辊旋轧机的动力传 动机构的动作下，先由油缸油管34进油，使油缸18的油缸柱19伸展，推动 导轨座15运动，使滚模座14运动，直至使滚模轴座13运动而使三根滚模轴 9上的三组组合模具8与管体1接触，接着电机21工作经减速箱23减速，由 减速箱23输出轴上的小链轮22经链条24带动大链轮27，进而带动大齿轮 28，由大齿轮28带动位于齿轮箱30内的三个小齿轮29旋转，由于小齿轮29 的齿轮轴是通过万向联轴节31与传动轴32的一端连接的，而传动轴32的另 一端通过万向联轴节20与滚模轴9连接的，因此带动滚模轴9旋转，使分别 固定在三根滚模轴9上的三组各由开槽模5、直翅片成型模6、波纹翅片成型 模7旋转，以图中所示的位置状态为例，自左向右依次为开槽模5、直翅片成 型模6、波纹翅片成型模7，途径前述的大齿轮28的大齿轮轴套26的轴套孔 25且由三组组合模8挟持着的管体1是自左向右移动的，并且由导向平台39 接应，导向平台39上分别设有上压辊架座38和下托辊架40，上压辊架座38 上铰设上压辊架37，上压辊架37上枢设一对上压辊41，而下托辊架40上枢 设下托辊35，上压辊41与下托辊35之间挟持有导向辊33，导向辊33的导 向辊轴36支持在管体1的管腔腔口，在上述三组组合模具8对管体1进行加 工的过程中，先由26把开槽模5在管体1的外壁开出槽，依据常识开槽模5 的直径是渐次增大的，使在管体外所开设的槽渐次加深，直至满足到所需的 外翅片2的高度，在开槽模5开出槽后，经直翅片成型模6成型，进而经波 纹形翅片成型模7最终成型而在管体1的外壁形成两侧交替偏移的波纹形的 由图2所示的外翅片2，所得到的外翅片2的外径为40mm、翅片厚度为 0.5mm、每米翅片数为280个、管体1内壁为光滑壁面、波纹(浪)数为每 周8个。经将本实施例所得到的高翅片热交换管与相同尺寸的平直形高翅片 管进行支比实验测试实验中，管外工质为空气，管内工质为水，实验数据由 图8显示，传热系数比平直形高翅片管高出10％，因此按本发明方法制作的热 交换管的传热性能与现有技术相比有了明显的提高。图8中的空心方块表示 本发明的热交换管，实心方块表示已有技术中的平直型高翅片管，K表示传热 系数，V(m/s)表示迎面风速，传热系数K的比较是以水流量G＝750kg/h为例的。\n实施例2：\n将步骤C)所述的管体1置于三辊旋轧机上时，在管体1内设置一内模， 内模为光滑的圆柱段，在开槽模5和直翅片成型模6对外翅片2向外拉拨作 用下，使管体1的内壁在与外翅片2相对应的位置处形成朝管体1轴线方向 延伸的较为浅辟的并由图7所示的波浪形的凹槽4，具有凹槽4的管体1，对 于较为污浊、容易结垢的管内流体或管内流体流动阻力损失不允许太大的情 况较为适用。其余同对实施例1的描述。\n实施例3：\n以加工外齿片2的高度为5mm、翅距为2mm、波浪数在圆周上的个数 为3个、内翅片3与管体中心线形成的螺旋角α为20°、内翅片3的高度为 0.2mm的高翅片热交换管为例。\n仅将步骤A)的管体1取外径19mm、壁厚为1.1mm；\n仅将步骤B)中的开槽模5的厚度取1.5mm，刀尖尺寸从0.2mm开始 按0.1mm逐步递增，每组共14把开槽模5，每组直翅片成型模6的数量为 2把，每把直翅片成型模6的厚度取1.6mm，每组波纹翅片成型模7为一把， 第一、第二模瓣7a、7b上所配成对的凹、凸缘数量为6对；\n将步骤C)中的三辊旋轧机的进刀距离调整为6mm，并将外径为16.6 mm、槽深0.2mm、槽数为4条、螺旋角α为20°的内模固定于芯棒上置于 管体1内，其余同对实施例1的描述。\n实施例4：\n以加工外齿片2的高度为9.5mm、翅距为3.5mm、波浪数在圆周上的 个数为5个、内翅片3与管体中心线形成的螺旋角α为30°、内翅片3的高 度为0.3mm的高翅片热交换管为例。\n仅将步骤A)的管体1取外径22mm、壁厚为1.6mm；\n仅将步骤B)中的开槽模5的厚度取3mm，刀尖尺寸从0.2mm开始按 0.1mm逐步递增，每组共29把开槽模5，每组直翅片成型模6的数量为2 把，每把直翅片成型模6的厚度取3.1mm，每组波纹翅片成型模7为一把， 第一、第二模瓣7a、7b上所配成对的凹、凸缘数量为9对；\n将步骤C)中的三辊旋轧机的进刀距离调整为10mm，并将外径为18.6 mm、槽深0.3mm、槽数为4条、螺旋角α为30°的内模固定于芯棒上置于 管体1内，其余同对实施例1的描述。\n实施例5：\n以加工外齿片2的高度为20mm、翅距为5mm、波浪数在圆周上的个 数为10个、内翅片3与管体中心线形成的螺旋角α为50°、内翅片3的高度 为1mm的高翅片热交换管为例。\n仅将步骤A)的管体1取外径28mm、壁厚为2.5mm；\n仅将步骤B)中的开槽模5的厚度取4.5mm，刀尖尺寸从0.3mm开始按 0.14mm逐步递增，每组共30把开槽模5，每组直翅片成型模6的数量为2 把，每把直翅片成型模6的厚度取4.6mm，每组波纹翅片成型模7为一把， 第一、第二模瓣7a、7b上所配成对的凹、凸缘数量为18对；\n将步骤C)中的三辊旋轧机的进刀距离调整为25mm，并将外径为12.8 mm、槽深1mm、槽数为5条、螺旋角α为50°的内模固定于芯棒上置于管 体1内，其余同对实施例1的描述。\n由上述实施例可知，本发明的波纹形的外翅片2是采用作为开槽刀具的开 槽模5和直翅片成型刀具6将管体1上的材料沿管体半径方向向外挤压延展 形成，并与管体1构成一个整体结构，外翅片2在管体1外表面绕管体1以 螺纹状延伸，在作为波纹翅片成型刀具的波纹翅片成型模7的作用下，向翅 片两侧方向交替偏移或延展形成波纹状，以强化管外气侧的换热过程。\n由上述实施例还可知，开槽模5即为直翅片加工模，而直翅片成型模6 安装于开槽模5之后，由其继续对翅片根部进行加工，将多余的材料压向外 翅片2和管体1，使管壁厚度均匀，外翅片2的整体形状规则或称规整。直翅 片成型模6之后所安装的波纹翅片成型模7由一对第一、第二模瓣7a、7b配 合而成，对于第一、第二模瓣7a、7b上的凹、凸缘的具体形状在本发明中是 不需要进行刻意限定的，因而也不受到实施例之限制。第一、第二模瓣7a、 7b结合在一起以后，凹、凸缘正好相对应，当波纹翅片成型模7和外翅片2 旋转作相对运动时，凸缘便在外翅片2上划出一道轨迹。若设管体1的外径 为db，翅片外径为dt，管体1旋转的角速度为ω1，波纹翅片成型模7旋转的角 速度为ω2，波纹翅片成型模7的轴心与管体1的轴心之间的距离为L，时间 为t，取管体轴心位置为原点，即(x，y)＝(0，0)，则这条运动轨迹可用下 式计算：\nx＝rcosθ\ny＝rsinθ\n其中，r＝x’2+y’2\nθ＝arctan(y’/x’)+ω1t\nx’＝L-Rcos(ω2t)\ny’＝Rsin(ω2t)\n因此，根据波纹翅片成型模7上的任意一点在外翅片2上所划出的运动 轨迹，可以设计出凹、凸缘的位置大小。