專利名稱：內(nèi)花紋管熱交換器的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種內(nèi)花紋管熱交換器，屬于機械裝備工程中列管式熱交換專用設備 的高效換熱節(jié)能設備。具體可用于石油煉制與化工、煤化工、化肥、空調(diào)、空冷、電力設施 裝備等等的熱交換要求上，包括給介質(zhì)加熱或冷卻等應用方式。
2背景技術：
列管式管殼換熱器、加熱爐和空冷器是應用廣泛的熱交換器， 一般由管束與殼體、管箱 等組成，換熱器制造工藝成熟，安全性高，在換熱設備中是關鍵的能耗設備。長期以來，人 們利用無縫直管以及由其作為基管進一步制作的高效換熱管強化換熱取得了很好的效果，包 括螺紋管、螺旋管、翅片管、波節(jié)管、表面多孔管等，但是利用有縫管內(nèi)表面上的花式紋路 來制作高效換熱管并應用到換熱設備中基本還是一片空白。
這里說的有縫管，不是說鋼管上有裂縫，而是說鋼管上有焊縫，有縫管是由鋼帶巻合攏 成圓而對其接口焊接而得。
(1)傳統(tǒng)高效換熱管熱交換器的結(jié)構(gòu)功能
列管式熱交換器的換熱管表面是光滑的話，在某些條件下流體介質(zhì)容易在光滑表面形成 層流，影響介質(zhì)與管壁表面的換熱效果。
目前，國內(nèi)石油化工等裝置熱交換用的列管式高效換熱管都是無縫直管，以無縫直管作 為基管的高效換熱管強化換熱取得了很好的效果，在基管外表面進一步加工，通過模具滾壓 可制作出螺紋管、螺旋管、波節(jié)管，通過工裝組焊可制作出高頻焊纏繞翅片管，通過工裝軋 制可制作出鋁翅片管，通過涂料燒結(jié)可制作出表面多孔管等，成排的高效換熱管通過支持板 支持，兩端穿進管板的管孔中與管板相連接，保證接頭的密封性和強度，即可成為一臺管束， 通過管束與管箱的隔板組合，可以把換熱管分成幾個流程，以便介質(zhì)在換熱管內(nèi)來回流動， 延長換熱路程，增加換熱時間，充分與管外的殼程介質(zhì)換熱。管束與殼體、管箱等組裝起來 即構(gòu)成如圖1所示的一臺列管式換熱器。
如果管內(nèi)是冷介質(zhì)，管外是強制對流的煙氣，則組成一個加熱爐。如果管內(nèi)是熱介質(zhì)， 管外是強制對流的空氣，則組成冷卻器而不是加熱爐，但均是熱交換器的一種。
(2)傳統(tǒng)高效換熱管熱交換器存在的問題
由于傳統(tǒng)高效換熱管是以無縫直管作為基管進行加工， 一般是在其外表面加工花紋，只能強化管外表面與熱交換器殼程介質(zhì)的換熱效果，無法強化管內(nèi)表面與管程介質(zhì)的換熱效果。 本來，任何一根內(nèi)外表面光滑的鋼管的外表面積就大于內(nèi)表面積(1()0^)%，這里f和r分別
是換熱管的壁厚和內(nèi)孔半徑，對于廣泛使用的截面規(guī)格為^25x2.5的換熱管，外表面積就大
于內(nèi)表面積25%，也就是說，即便不對管外表面進行換熱強化，管外表面的換熱效果也比管 內(nèi)表面的換熱效果好(當然，還與管內(nèi)外的介質(zhì)種類、流態(tài)等有關)。由此可見，管內(nèi)表面換 熱效果的提高已成為管外表面換熱效果起作用的前提之一，管內(nèi)表面的換熱效果已成管束換 熱效率的瓶頸和制約因素。
其二，帶內(nèi)螺紋的無縫管已有生產(chǎn)應用，但是由于管內(nèi)空間窄，在無縫管內(nèi)加工各種花 紋特別困難，目前，帶內(nèi)花紋的無縫管的花紋樣式十分單調(diào)。
其三，實踐經(jīng)驗表明，在管外表面加工花紋的過程管外徑的精度控制有難度，直徑尺寸 偏差會影響其與中間支持板管孔、兩端管板管孔的配合精度。如果直徑偏小，管子與管孔間 的間隙太大，管子在殼程介質(zhì)沖擊下易振動損壞，更嚴重的是影響管頭的密封性。如果直徑 偏大，管子與管孔間沒有間隙，管子穿不進管孔，與支持板、管板無法裝配成管束。
再有，以無縫直管作為基管進行再加工，增加了工序和成本。有縫鋼管在國內(nèi)換熱器上
的應用己有近二十年的歷史，GB151—1999《管殼式換熱器》的"附錄C換熱管用奧氏體不銹
鋼焊接鋼管"，是在GB/T 12771_1991《流體輸送用不銹鋼焊接管件》的基礎上，增加了用
于換熱管的技術要求而制訂的。有縫鋼管成形后再在其外表面加工花紋的過程可能會對縱焊
縫有不良影響，因此很少在成形后的有縫管外表面加工花紋。
由此可見，結(jié)合傳統(tǒng)高效換熱管存在的問題進行改進，具有很強的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是關于一種內(nèi)花紋管熱交換器，目的在于克服現(xiàn)有高效換熱管技術的缺點與 不足，提高管束組裝質(zhì)量，降低高效換熱器的制造成本。其關鍵零部件換熱管是一種管內(nèi)表 面帶花紋的有焊縫鋼管，有焊縫鋼管的制造成本較無縫鋼管要低，而且制造有焊縫鋼管的原 材料由經(jīng)過軋制的薄鋼板開料得來，質(zhì)量易保證。制造有縫管的巻圓成形鋼帶在巻圓前先經(jīng) 過模具滾壓出所需的花紋樣式，再把滾壓有花式的一面巻成鋼管的內(nèi)表面即可?；y及其排 列樣式是多種多樣的，包括凸點、凹點、釘齒、針孔、波紋、橫紋、斜紋、直紋、棱形等等， 花式還包括管內(nèi)表面全部帶有花紋或部分帶有花紋或間斷帶有花紋，以及它們的各種組合。 這些花紋與換熱管是一個整體相連的，而不是鑲上去的。內(nèi)花紋管的材料可以是鋼鐵黑色金 屬，可以是單相不銹鋼或雙相不銹鋼，也可以是銅、鋁等有色金屬或其合金，還可以是鈦、鋯等貴金屬或其合金。
.由于U形管也是列管式換熱器的常見形式之一，在內(nèi)花紋直管縱縫焊接及校圓完成后， 可把內(nèi)花紋直管彎制成內(nèi)花紋彎管，彎制時既可冷彎，也可熱彎，視管材及其規(guī)格尺寸而定。 在內(nèi)花紋管成形后，通過對縱焊縫的無損檢測和耐壓試驗，即可成為滿足有關技術要求的換 熱管。
內(nèi)表面帶各種花紋的有縫管及其簡便的制造工藝是本發(fā)明的最大特色。與傳統(tǒng)的無縫鋼 管或有縫鋼管相比，管內(nèi)表面的換熱面積顯著擴大，管內(nèi)流體在花紋的干擾下產(chǎn)生強烈的紊 流，這兩方面均可改善管內(nèi)表面的換熱狀況，從而提高熱效率，節(jié)約能源。
傳統(tǒng)高效換熱管已在各種煉油、化工、化肥、空冷等熱交換器中廣泛長久地應用，并且產(chǎn) 生了巨大的經(jīng)濟效益。內(nèi)花紋管這種新的結(jié)構(gòu)原理及制造技術，必將也產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。 近幾年來，隨著原油劣質(zhì)化及能源危機，國家加強對節(jié)能減排的管理，企業(yè)在挖潛增效中對 高效換熱新技術及其應用非常重視，這為該項專利技術的應用提供了很好的條件。


圖1是一臺典型的列管式浮頭換熱器，由換熱管1組成管束2，再與殼體3、管箱4等 組成整體；
圖2至圖7是一巻鋼帶展開的一段表面所顯示的部分花紋，在這些花紋圖形中，圖2具 有鋼帶寬度方向兩邊的留白5和長度方向的留白6及7，圖3至圖7的花紋圖形則沒有留白。 圖2是針孔花紋，由于較大面積和較短路徑的換熱效應，針孔處易形成熱核； 圖3是波紋花紋；
圖4是橫紋花紋，類似在無縫管外表面加工的波紋管或螺紋管； 圖5是斜紋花紋，類似在無縫管外表面加工的螺旋管或螺紋管； 圖6是直紋花紋，類似在無縫管外表面加工的縱向翅片管； 圖7是棱形花紋；
圖8是內(nèi)花紋管的制造過程示意圖9是對圖8中的一副花紋滾壓模具作進一步示說明的示意圖； 圖10是一段有縫內(nèi)橫紋管的成品示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的說明，但是本實用新型的實施方式不限于此。
實施例1
如圖8所示，制造有縫管的成巻鋼帶8在巻圓前先展開并經(jīng)過壓花模具上模9和下模10 滾壓出所需要的花紋樣式11，再把滾壓有花式的一面通過若干對成形滾輪12巻成有縫鋼管 13的內(nèi)表面，通過焊接設備14把縱縫接口 15焊透，再經(jīng)修整和檢測即制造出有縫內(nèi)花紋管。
圖9所示的壓花模具是一對滾輪，上模9外圓制作成凸模，下模10是一件外圓光滑的輪， 但是下模的兩端設置有直徑稍大的輪緣16，輪緣16的作用是保證鋼帶8在受滾壓后不向鋼 帶寬度方向變形，以免影響鋼帶寬度方向兩側(cè)的平直度，保證縱逢組對接口的均勻性和緊密 性。
通過設計上模9上的花紋分布寬度，可控制鋼帶上壓花的分布寬度，從而調(diào)整鋼帶寬度 方向兩邊的留白寬度，以保證縱縫焊接質(zhì)量。
通過調(diào)整控上模9定時壓緊和松開上的循環(huán)動作時間間隔，可控制鋼帶上壓花的分布長 度，從而調(diào)整鋼帶長度方向兩端的留白長度，以保證有縫管兩斷與管板的組對脹接或焊接質(zhì) 量。上模9的壓緊和松開動作可由磁吸副實現(xiàn)，時間間隔則由時間繼電器來控制，調(diào)整通電 時間的長短，即可控制壓花段鋼帶的長度。但是上模9的壓緊力要精心調(diào)節(jié)，如果壓緊力太 大，則會壓薄鋼帶，也就是管壁的厚度減?。蝗绻麎壕o力太小，則上模9的凸模壓進鋼帶表 面太淺，起不到應有的壓花作用。
把成排的內(nèi)花紋有縫管與支持板、管板組成管束，再與殼體、管箱等組裝起來即構(gòu)成如 圖1所示的一臺列管式換熱器。
實施例2
本實施例除以下技術特征外，其他同實施例1:磁吸副頻繁動作易損壞，為減少由于維
修更換易損件造成的停車停工，可以設置偏心凸輪代替磁吸副實現(xiàn)上模9的壓緊和松開循環(huán) 動作。凸輪偏心處轉(zhuǎn)到上模9處時，施加給上模9一個最大的滾壓力，這樣，偏心凸輪的外 圓周長需要與所制作的管長度一致。因為偏心凸輪需要馬達驅(qū)動，該實施例2與實施例1相 比，哪個更節(jié)約電能，哪個更降低制造成本，要視具體綜合分析確定。
實施例3
本實施例除以下技術特征外，其他同實施例1:對于不同的花式組合，可在同一對滾壓 模上實現(xiàn)，也可分開在一前一后的兩對滾壓模上實現(xiàn)。實施例4
本實施例除以下技術特征外，其他部分同實施例1:如果不必考慮內(nèi)花紋有縫管兩端的 留白，從而不必調(diào)整鋼帶長度方向兩端的留白長度，則可取消實施例1中的磁吸副和實施例 2中的偏心凸輪。
實施例5
在把內(nèi)花紋直管彎制成內(nèi)花紋彎管的過程中，無論是冷彎或熱彎，應把縱焊縫放在彎曲 中性線的位置，盡量減少縱焊縫受拉伸延長減薄或受壓縮起騶的缺陷。
上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例 的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、 簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.關于一種內(nèi)花紋管熱交換器，由換熱管與支持板、管板組成管束，管束再與殼體、管箱組成完整的整體，其特征是其關鍵零部件換熱管是一種管內(nèi)表面帶花紋的有焊縫鋼管，內(nèi)花紋管包括直的內(nèi)花紋管或彎曲的內(nèi)花紋管兩種，管的材料是金屬。
2. 根據(jù)權利要求1所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是換熱管是有縱焊縫的有縫管， 而不是無縫鋼管。
3. 根據(jù)權利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是有縱焊縫的換熱管其材料可 以是鋼鐵黑色金屬，可以是單相不銹鋼或雙相不銹鋼，也可以是有色金屬銅、鋁及其合金， 還可以是貴金屬鈦、鋯及其合金。
4. 根據(jù)權利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是換熱管內(nèi)表面上帶有花紋， 這些花紋與換熱管是一個整體相連的，而不是鑲上去的。
5. 根據(jù)權利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是換熱管內(nèi)表面上的花紋及其 排列樣式是多種多樣的，包括凸點、凹點、釘齒、針孔、波紋、橫紋、斜紋、直紋、棱形， 花式還包括管內(nèi)表面全部帶有花紋或部分帶有花紋或間斷帶有花紋，以及它們的各種組合。
6. 根據(jù)權利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是鋼帶的花式可以布滿整條鋼 帶，也可以在鋼帶上靠近縱焊縫兩邊的地方留白不滾壓花式，還可以在鋼帶上靠近鋼管兩端 的一小段的地方留白不滾壓花式。
7. 根據(jù)權利要求l所述一種內(nèi)花紋管熱交換器，其特征是在內(nèi)花紋直管縱縫焊接及校 圓完成后，可把內(nèi)花紋直管彎制成內(nèi)花紋彎管。
專利摘要本實用新型是關于內(nèi)花紋管熱交換器，其關鍵零部件換熱管是一種管內(nèi)表面帶花紋的有焊縫鋼管，鋼帶在卷圓前先經(jīng)模具滾壓出所需的花式，再把有花式的一面卷成鋼管的內(nèi)表面，包括直的或彎曲的兩種內(nèi)花紋管。花紋及其排列樣式多種多樣，包括凸點、凹點、釘齒、針孔、波紋、橫紋、斜紋、直紋、棱形，還包括管內(nèi)表面全部或間斷帶有花紋以及它們的組合，花紋與換熱管是一整體。管的材料可以是黑色金屬、單相不銹鋼或雙相不銹鋼，也可以是有色金屬、貴金屬或其合金。與傳統(tǒng)的無縫鋼管或有縫鋼管相比，管內(nèi)表面的換熱面積顯著擴大，管內(nèi)流體在花紋的干擾下產(chǎn)生強烈的紊流，這兩方面均改善管內(nèi)表面的換熱狀況，由內(nèi)花紋管代替光滑管制造的熱交換器熱效率高。
文檔編號F28F21/08GK201378006SQ20092000320
公開日2010年1月6日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權日2009年2月4日
發(fā)明者陳孫藝 申請人:陳孫藝