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专业玩彩【冷暖百科】小管径翅片管换热器研究
发布时间:2020-01-14 03:20

  翅片管换热器是制冷空调范围中行使最广大的换热器型式,缩小换热器管径能够有助于晋升翅片管换热器的本能,缩小体积、低浸本钱。本文综述了近年来小管径翅片管换热器的开展流程,阐发了换热管细径化的缘由,剖析了操纵小管径铜管的益处;调研了换热管细径化对空调器整机本能的影响,以及对调热器缔制加工的影响;先容了合用于小管径翅片管换热器的翅片策画技艺和合用于小管径翅片管换热器的分派器开采技艺。

  换热器是制冷空调筑筑中的厉重构成部件。正在影响制冷空调产物整性能效的各项身分中,换热器传热温差导致的弗成逆牺牲是此中最要紧的身分;正在决心整机体积巨细的身分中,换热器也人人是最要紧身分。因而,换热器的优化成为制冷空调产物中晋升能效、削减体积与资料耗费的枢纽。

  行使于制冷空调产物中的换热器型式较众,囊括翅片管式换热器、板式换热器、微通道换热器等。这些换热器的技艺开展,要紧正在换热本能晋升、分娩工艺订正,以及和整机的优化般配。换热器长时光运转后,会显现本能衰减的题目,从而导致空调器的能效低浸,因而换热器正在永久运转条目下能否连结高效的换热本能也是技艺开展的厉重对象。

  翅片管式换热器是目前行使最广大的换热器型式,此中管子采用铜管,翅片采用铝片。家用空调器的蒸发器和冷凝器根基上均采用翅片管式换热器,该型式换热器每年的产量抵达数亿套。目前翅片管式换热器的要紧筹议开展是紧凑化,即采用小管径铜管。小管径换热用具有更高的换热系数和更低的缔制本钱,有利于升高空调器的整机本能。近年来,小管径换热器的优化策画、缔制工艺、实践行使等方面筹议开展很大,使得小管径空调盘踞跨越20%的空调器市集。

  鉴于制冷空调产物中换热器的厉重性,作家拟采用系列论文的形状,先容闭系技艺开展。本文行动此中的第一篇,先容小管径翅片管式换热器技艺的开展。

  翅片管式换热器紧凑化的一个要紧步骤,是采用较小管径铜管(广泛≤5mm)的换热器替换现有换热器中直径较大的铜管。我邦房间空调器早先批量分娩时,换热管的外径人人为9.52mm或者更大;后续通过全力,将主流的管子外径降落到7mm。进一步将管径降落至5mm及以下,则带来新的好处和挑拨。制冷空调行业中,将管子外径为5mm及以下的换热器称为小管径换热器。

  换热管细径化的好处是很显然的。减小该类型换热器中的换热管直径,也许显然削减铜的耗费量,有用地低浸换热器本钱。若将管径由9.52mm缩小为5mm, 单元管长铜管的外观积削减47.4%。这就意味着,假使铜管的厚度褂讪,单元管长的铜用量削减47.4%。实践上,因为耐压强度的减少,铜管的壁厚减薄,铜材的削减量可达62.9%。因为铜管的本钱占换热东西料本钱的80%以上,这就意味着采用更小管径,换热器的资料本钱能够低浸50%以上。

  因为换热器管径的缩小,房间空调器行使管径更小的铜管后,也许显然低浸制冷剂的充注量。比如,将管径由9.52mm缩小为5mm,则换热器的实质积能够缩小75.4%。这就意味着管径减小后,体例的充注量仅为历来的25%。

  充注量的削减能够直接减小制冷剂关于境况的影响。关于易燃型环保工质(如R290)的行使则更是起到极大的胀吹效用,由于充注量削减直接低浸了采用可燃制冷剂的空调器的垂危性。

  减小空调器换热器中换热管的管径,带来的要紧影响为:换热面积削减,但换热系数减少,换热量的减少与否取决于全部的工况;摩阻系数增大,制冷剂活动阻力加大,压降上升;蒸发器内蒸发温度降落,冷凝器内冷凝温度上升,进而影响体例效力。制冷剂侧换热系数的增大能够升高换热器的换热本能,但换热面积的减小和制冷剂沿程阻力牺牲的增大能够低浸换热器的换热本能和体例的能效。下面是翅片管式换热器的细径化对空调治机本能的影响实行定性的结论:

  (1)小管径铜管的换热器的传热系数比大管径铜管的换热器高10%以上,且其布局尤其紧凑。

  (2)正在单冷体例中,冷凝器能够直接采用更小的管径换热器,不需求做其他优化,能够抵达原体例的本能。

  (3)单冷体例的蒸发器,冷暖体例的蒸发器和冷凝器,若采用更小的管径换热器,则务必对调热器的布局实行优化,减小换热器的压降,否者会导致体例的COP值和才力激烈降落。

  归纳评估小管径对空调器换热器的影响,需求采用更详细的剖析步骤。关于每一款全部的制冷空调产物,为了正在缩小换热管后抵达最优的本能,需求特意优化。

  换热铜管从胚料到制品的工艺流程要紧囊括:连铸-轧制-盘拉-退火,如图1所示。跟着空调器产量及换热铜管需求不时地晋升,换热铜管加工工艺的不足成熟、装置自愿化及分娩线集成担任秤谌低、产物德料不太平、能耗大等题目慢慢被占据。近年来,铜管加工工艺的开展要紧囊括:(1)采用新型秤谌连铸替代守旧的半连铸;(2)采用新型高效四辊行星轧制技艺替代守旧的三辊行星轧制技艺;(3)采用二联拉和正在线相接退火技艺处理守旧盘拉工艺缺陷的题目。

  守旧管坯连铸分娩筑筑采用周期性增加铜液步骤,形成锻制炉液面高度不时转变,导致锻制压力振动,不只缩短了锻制炉操纵寿命,并且导致管坯气孔、缩孔等缺陷的减少和机闭匀称性与太平性的低浸。等压秤谌连铸技艺囊括三腔布局锻制炉、铜液面地点正在线检测与无误担任体例、筹算机集成担任体例,处理了守旧筑筑存正在的技艺困难。正在此本原上,等压秤谌连铸技艺通过连铸工艺参数优化,使连铸速率由250mm/min大幅升高到500mm/min。

  守旧的三辊行星轧制工艺不太平,轧制速率小于12m/min,每套模具加工铜管小于50吨,产物缺陷众,成为限制铜管产能晋升的要紧技艺瓶颈;三辊行星轧机难以分娩直径60mm以上的铜管。四辊行星轧制技艺采用轧辊轴热喷涂技艺和配套的PLC担任体例,具有更疾加工速度和更高的成材率。四辊行星轧制分娩工艺技艺达成了直径达130mm大口径高精度铜管的分娩。轧辊轴热喷涂技艺使得轧辊轴的寿命升高6倍;配套的PLC担任体例升高了轧机的自愿化担任秤谌。

  守旧分娩工艺将行星轧制后的软态管材直接实行盘拉加工,导致产物外观擦伤较为急急,易正在后道工序中变成缺陷,同时还容易发作断管。二联拉工艺和正在线退火技艺是处理盘拉工艺缺陷的新型计划。正在轧制和盘拉之间嵌入二联拉工艺,通过加工硬化明显升高了管材的强度和外观硬度,彻底处理了上述困难,管材质料和成材率取得大幅升高。盘拉产物相接正在线相接退火技艺和装置,退快速率明显升高,升高了退火效力和成材率,为后续紧密内螺纹铜管的高效加工供给了技艺保证。

  翅片管式换热器的加工工艺流程囊括:穿管-胀管-焊接-氦检等等,此中最厉重的工艺为胀管。近年来,跟着小管径换热器的行使,翅片管式换热器的缔制加工技艺开展囊括:胀头布局更始,胀杆安装更始,U型管锁紧安装更始和新型胀管节能降耗技艺。

  守旧胀管机胀管都是压胀的,使得铜管有弯曲变形的偏向,胀头正在铜管里的阻力会增大,铜管外壁与翅片孔的摩擦力会增大,惹起了铜管正在胀管时的压缩率有十分显然的区别等,导致了铜管端口的上下区别等,形成不足格气象。新型的胀头布局行使于一种强制式胀管机中。采用该新型强制式胀管机胀管时,惟有当胀头进入换热器20~50mm的这一区段内胀管体例和守旧胀管是一律的,也是压胀,这时换热器有一个细小的变形(铜管缩短了1mm旁边)。其余局部胀管时两头都是夹紧的,铜管的受力由压力变为拉力,铜管正在长度对象没有变形,而实践上是一种变薄拉伸的流程,正在这一区段的胀管对铜管的各类缺陷、对胀管及格率影响变得很小,以至能够说没有影响。于是用强制式胀管机正在胀小管径换热器时可大大地增加胀管长度界限,被加工工件不足格率险些与换热器长度无闭,不足格率通常太平正在0.3%以下。能够胀最小管径为Φ5mm,长度可达2000mm以上的换热器,技艺上存正在显然上风,能促使更众室外机换热器向Φ5mm管径转折。同时采用该技艺胀制后的铜管会减薄3%,更有利于晋升换热成效。

  换热器的管件规格不尽不异,尤其是具有上下差的换热器管件,所需胀杆的地点不尽不异。为了使具有上下差的管件与散热片慎密联结,避免发作松动,胀管机需求对调热器实行“上下胀”。守旧胀管机采用不异长度规格的胀杆,专业玩彩无法达成“上下胀”。现有专利公然了一种胀杆安装,达成有上下差的换热器管件的胀管。该胀杆安装囊括模座和安设正在模座上的胀杆,胀杆安装囊括并排筑立的固定模座和起码一个可滑移模座,固定模座固定安设正在胀管基座的最前端上,各可滑移模座可滑移并依序安设正在胀管基座上,安设于区别模座上的胀杆长度不等,当固定模座和各个可滑移模座彼此紧靠时,各胀杆能同时进入工件中实行胀管,可滑移模座上的胀杆正在其胀管到位后与工件连结相对静止并跟着可滑移模座滑移撤退,而固定模座上的胀杆跟着胀管基座的进展陆续胀管直到胀管到位。本创造的益处正在于采用区别长度规格的胀杆,既可担保胀杆同时进入工件,又可正在相对较短工件胀管后不陆续进展时避免穿破工件,升高管件加工精度和质料。

  守旧的U型管锁紧机构中,每一个U型管锁紧安装只可夹住一根U型管,加工效力比拟低,无法餍足日益伸长的换热器的需求。现有专利公然了一种一次能夹住众根U型管、加工效力高的组合式U型管锁紧安装。该安装囊括有基座,正在基座的头部设有与U型管配合的高度区别的第一U型槽和第二U型槽,正在基座上设有定位轴,正在定位轴上铰接有第一夹块和第二夹块,且正在第一、第二夹块头局部散设有与U型管配合的凹槽、正在其尾局部散设有与Y轴倾斜而且倾斜对象不异的斜槽,正在基座的尾部设有可胀吹第一、第二夹块绕着定位轴转动并可勾住U型管的推杆组件。操纵该安装加工时,具有显然上风:一是能够同时锁紧两根或众根U型管;二是正在推杆上套装有弹簧,将U型管装入基座的U型槽内后,旁边夹块会自愿闭合,能够直接实行胀管,精打细算工时,这既大大升高加工效力,又能保证夹持U形管的成效最佳化。

  守旧胀管机通常采用液压驱动体例,往往形成筑筑总功率颇大,既奢侈豪爽电能又虚耗液压油资源。新型节能的胀管技艺为全自愿胀管机[10]。该类型的胀管机采用伺服电机和变频马达及滚子丝杠副替换液压驱动,使筑筑总功耗由守旧液压低浸75%旁边。项目筑筑总功率仅占守旧液压胀管机的1/4,精打细算电能70%,其它还精打细算了液压油和冷却用水资源。同时联结采用PLC和数字化担任技艺,使电动实行器信号传输速率更疾,电动实行器的圆活度、精度较高,污染源少,低噪音,本钱较低,且担任紧密;按照设定参数达成无误担任,正在高精度传感器、计量安装、筹算机技艺撑持下,也许大大跨越其他担任体例能抵达的担任精度。

  换热器的细径化减小了单根铜管的管内换热面积,需求与换热本能更高的翅片配合操纵。晋升翅片的换热本能的步骤要紧是优化翅片外观的布局参数,囊括换热翅片的孔间距,换热翅片的深化布局。目前合用于细管径的翅片的孔间距仍然经由了敷裕的优化,并且众种孔间距布局仍然被开采和量产操纵,如外1所示。然则目前量产操纵的翅片的深化布局类型如故惟有守旧的桥缝和百叶窗缝这两种。公然的文献中正正在筹议的新型深化类型要紧有镂空翅片和纵向涡翅片。

  新型镂空翅片要紧用于热泵型空调器的室外机中。热泵型空调器室外机操纵小管径铜管面对的要紧题目是:低温制热工况下小管径室外机容易被霜层梗塞。为了治服小管径室外机的霜堵题目,一种新型的翅片——镂空翅片被行使到空调室外机中,用于替换守旧的波纹翅片,如图2所示。

  新型镂空翅片不只也许升高非结霜工况下的气氛侧换热系数,并且正在结霜工况下也许避免水桥蕴蓄和霜层梗塞,也许升高房间空调器的整年本能系数(APF)。正在非结霜工况下,优化后的镂空翅片的换热量比波纹翅片高7.5%;正在结霜工况下,优化后的镂空翅片的换热量比波纹翅片高3.4%。操纵新型镂空翅片的空调器APF比波纹翅片的空调器APF高4%,比条缝翅片的空调器APF高2.1%。

  纵向涡发作器也许正在较大幅度晋升换热器换热才力的同时,较小幅度地减少其活动阻力,是一种深化翅片形状。纵向涡发作器能够采用区别的几何布局,如图3所示。纵向涡发作器的攻角、数目、摆放地点均会对其传热本能发作显然的影响,需求实行优化。结果阐明:纵向涡发作器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的气氛侧换热才力的晋升幅度跨越了其活动阻力减少的幅度,与未采用深化举措的换热器比拟,其气氛侧传热系数晋升了71.3%~87.6%,相应的活动阻力减少了54.4%~72%;气氛侧的换热才力跟着纵向涡发作器数方针减少而慢慢变大,但气氛侧的限度换热才力正在第5根换热管之后险些不受涡发作器数方针影响;与纵向涡发作器的顺排安置比拟,纵向涡发作器以交叉叉排的体例安置时,能够正在担保深化换热秤谌的同时,进一步减小换热器流道内的活动阻力。

  现有公然的文献通过试验验证了纵向涡发作器正在翅片管式换热器中的行使。Wang提出了一种开设矩形翼和二级梯形翼的新型纵向涡翅片,如图4(a)所示。仿真结果阐明,新型纵向涡翅片也许使换热本能晋升1.8%~24.2%,同时使得气氛阻力晋升1.3%~29.1%。新型翅片本能通过试验实行了验证,并和仿真结果相吻合。Lin提出一种正在铜管后缘开设弧形三角翼的纵向涡翅片,如图4(b)所示。当Re正在1100~3000界限内转变,新型纵向涡翅片Nu比平翅片高16.1%~28.7%,阻力因子f比平翅片高7.6%~15.2%。

  换热器操纵小管径铜管此后,管内活动阻力增大,使得换热器需求更众的流道数目。这就带来了一个新的题目:蒸发器前制冷剂众道分派匀称性难以担保。为此需求有本能精良的分派器。目前晋升分派器本能的步骤要紧有两种:

  (1)试验筹议空调常用分派器的分派本能的影响身分,使分派器就业正在最佳运转条目下;

  (2)策画新类型的分派器布局,达成匀称对称的两相流型,从而担保分派的匀称性。

  空调器中常用的分派器形状囊括圆锥式分派器、插孔式分派器和反射式分派器,如图5所示。影响空调器常用的分派器本能的身分要紧有两个:冷媒的物性和安设的角度。

  对气液相密度比大的制冷剂工质(R32、R410A),正在笔直安设条目下,插孔式分派器分派成效最好,正在倾斜安设条目下,圆锥式分派器分派成效最好。气液两相密度比增大会使得气液两相流速减小以及出口压力增大。插孔式分派器正在笔直安设时受压力振动影响较小;倾斜安设时,对倾斜安设角敏锐度大,因而其分派成效差;而圆锥式分派器的混淆腔道比拟于插孔式和反射式来说最小,而且出口有必定的倾斜角度(30°),按照质料守恒公式,两相流经由圆锥式分派器混淆腔时的流速大于其他分派器,较易变成雾状流。对气液相密度比小的制冷剂工质(R22、R290),圆锥式分派器分派成效均为最好。气液两相密度比减小会导致气液两相流速增大以及出口压力减小。流速的影响大于压力振动的影响,而圆锥式分派器混淆腔的流速大于其他两种分派器,更易变成雾状流。因而正在笔直和倾斜安设时圆锥式分派器均有较好的分流成效。

  正在笔直安设时,插孔式分派器正在额定制冷工况和额定制热工况下,跟着流量的减少,本能均变差。圆锥式分派器正在额定制冷工况和额定制热工况下,跟着流量的减少,本能均变好。反射式分派器正在额定制冷工况下,跟着流量的减少,本能变差;正在额定制热工况下,跟着流量的减少,本能变好。正在倾斜15°安设时,插孔式分派器正在额定制冷工况下,跟着流量的减少,本能变好;正在额定制热工况下,跟着流量的减少,本能变差。圆锥式分派器正在额定制冷和额定制热工况下,跟着流量的减少,本能均变好;反射式分派器正在额定制冷工况和额定制热工况下下,跟着流量的减少,本能均变差。插孔式分派器的不匀称度跟着安设角度的减少而大幅减少;圆锥式分派器的不匀称跟着安设角度的减少先减小后减少,正在安设角度为30°时,不匀称度最小;反射式分派器的不匀称度跟着安设角度的减少平缓地减少。

  图6示出了一种新型的分派器布局,也许正在分派器内部达成太平对称的环状流,具有更高的分派匀称性。这种新型分派器正在随便安设角下均具有精良的分派本能。新型分派器的策画思绪是正在分派器的进口管中修筑环状流并通过出口管达成匀称的分派环状流。正在守旧圆锥式分派器中,分派器的进口管内是作恶规的泡状流,导致一局部出口管中液体许众,另一局部出口管中气体许众,如图7(a)、7(b)所示。正在新型的分派器中,分派器的进口管内是对称漫衍的环状流,此中液相匀称地漫衍正在进口管的管壁上,气相位于液相中央,如图7(c)所示。当出口管也对称地安置正在进口管的壁面上时,对称漫衍的制冷剂会匀称地分派到总共的出口管内,如图7(d)所示。因而新型分派器通过变成环状流可正在随便安设角度下达成匀称分派。

  匀称分派环状流的达成步骤是使进出口管采用新型的T型毗邻替代守旧圆锥式分派器的Y型毗邻。T型毗邻布局中的出口管对称地安设正在进口管的壁面上;而Y型毗邻的出口管则安设正在进口管中央。正在T型毗邻布局中,分派器的出口管对称地安置正在进口管壁上,担保了每个出口管的进口形态都是不异的。

  直接正在空调度热器中行使小管径铜管替换大管径铜管存正在着极少行使的技艺困难,这里给出理会决这些题目的计划,全部如外2所示。

  (1)小管径翅片管换热器也许升高换热系数,低浸换热器本钱和制冷剂充注量。采用5mm铜管替换原9.52mm铜管,换热系数晋升10%旁边,本钱低浸50%以上,充注量低浸25%旁边。

  (2)小管径对空调器整机的影响为:使得换热器的换热面积削减,但换热系数减少;换热量正在必定工况下也有相应的减少;摩阻系数增大,制冷剂活动阻力加大,压降上升;蒸发器内蒸发温度降落,冷凝器内冷凝温度上升,进而影响体例效力。

  (3)小管径翅片管换热器的分娩需求采用新的铜管盘拉工艺,新的铜管轧制工艺,和新的胀监工艺。小管径翅片管换热器导致换热器的翅单方积削减以及流道数目增加,因而需求与新型高效的换热翅片,新型的匀称分流的分派器配合操纵。返回搜狐,查看更众