干式管壳式换热器的胀管质量影响因素研究

干式管壳式换热器的胀管质量影响因素研究

宁贺彪,干建华,罗毅

浙江国祥股份有限公司，浙江省绍兴市312000

摘要：本文针对干式管壳式换热器的胀管质量影响因素进行了深入研究，重点从胀管率的控制、管孔质量（包括尺寸、粗糙度、洁净度）、管板材料、换热管厚度、胀管设备等方面进行了分析。通过对比实验设计和样本选择，揭示了这些因素对胀管质量的影响关系，并提出了相应的解决方案。本文旨在为换热器的设计和生产提供参考，以减少干式管壳式换热器的泄漏风险。

关键词：胀管率；小管径内螺纹铜管；管孔质量；胀管设备；对比实验；测量；泄漏

引言

干式管壳式换热器是一种重要的热交换设备，广泛应用于空调、制冷等领域。胀管是换热器制造过程中的关键步骤，直接影响换热器的性能和寿命。本文主要探讨了胀管质量的影响因素，如胀管率的控制、管孔质量（包括尺寸、粗糙度、洁净度）、管板材料、铜管厚度、胀管设备等，并寻求解决方案。

本文在总结前人研究的基础上，采用对比实验设计方法，通过选取不同管孔尺寸、胀接指数组合，进行胀管实验。本文重点针对直径为7mm内螺纹盘管铜管进行了研究，之所以选择直径为7mm内螺纹盘状铜管为例，主要原因有：1. 直径为7mm内螺纹盘状铜管业内暂无相关标准规定胀接率和减薄率；2. 直径为 7mm内螺纹盘状管铜管胀接位置是有内螺纹，不是光管，胀管工艺参数不能按业内现有标准进行胀接；3.随着我国科技的进步和社会经济的发展，空调制造厂家竟争越发激烈，各空调生产厂家对成本及能效的要求越来越高，小管径铜管成本低性能高，在中央空调上使用非常广泛。样本的选择和数据的收集都是基于科学方法进行，分析方法和统计分析技术用于处理实验数据。力求进一步揭示这些因素对胀管质量的影响。

1空调行业胀管工艺控制方法及标准

目前，空调行业胀管工艺控制方法及标准主要有以下两种：1.控制铜管内径（胀管率）；2.控制铜管管壁的减薄率；

1.1内径控制法胀管率的计算公式

式中 ----胀管率，%

     ----胀管后的换热管实测内径，mm

     t----未胀时的换热管实测壁厚，mm

     d----未胀时的管板孔实测直径，mm

胀管率控制标准：胀管率控制在0.5%~1.2%。

1.2管壁减薄率胀度计算公式

式中 k----管壁减薄率计算的胀度，%

     ----胀管后的换热管实测内径，mm

     ----未胀时的换热管实测内径，mm

     b----换热管与管板管孔的径向间隙，mm

     t---换热管壁厚，mm

胀度控制标准：胀度控制在6%~8%。

以上是行业内常用的胀管工艺参数控制标准，但上述公式只适用于较大管径换热管，并不适用于类似直径为7mm盘状内螺丝铜管，下文将参考上述公式并结合生产实际经验，通过实验的方法来确定上述工艺控制参数。

2胀接质量的影响因素---管孔尺寸

通过对比实验来确定管孔的合适尺寸，通过数据来说明管孔尺寸对胀管质量的影响，本次实验换热管采用直径为7mm盘状内螺铜管，在其他影响因素不变的情况下改变管孔尺寸，通过检测胀管孔泄漏率，来评判胀接质量好坏，确定管孔的适合尺寸，并通过计算分析胀管率及管壁减薄率的变化，为后续胀接质量控制提供标准及理论依据，为了能让数据更有说服力，本次试验共进行了三次，第一次为20个换热器，每个换热器管孔数为288个，合计共胀接5760个管孔；第二、三次均为30个换热器，每个换热器管孔数为288个，每次试验合计共胀接8640个管孔，具体比对数据如下表：

管壳式换热器胀管实验数据

注：上表胀管前铜管壁厚并非实测值，为供应商根据经验推荐的理论值，由于铜管为内螺纹盘状铜管拉直所得，即整根铜管管内都有内齿，铜管底壁厚为0.33mm,齿高为0.15 mm，不能直接测量壁厚，供应商推荐胀管理论壁厚为0.38 mm。

对于直径为7mm的换热管，业内管板管孔开孔尺寸通常直径为7.15 mm ~7.20mm，本次比对实验管孔分别采用7.15mm和7.20mm,通过上述实验数据可知：

1. 第一次试验管孔直径为7.15mm的换热器泄漏率为0.17%，管孔直径为7.20mm的换热器泄漏率为1.15%,管孔7.15mm泄漏率低，胀接质量优于管孔7.20mm；
2. 第一次试验胀管率Hn分别为0%及-0.28%，低于业内推荐的0.5%~1.2%，减薄率k分别为3.25%和3.5%，同样低于业内推荐的6%~8%，说明胀接度不够，需调整；
3. 第二次试验管孔直径为7.15mm的换热器泄漏率为0%，管孔直径为7.20mm的换热器泄漏率为0.74%,管孔7.15mm泄漏率为0，胀接质量优于管孔7.20mm；
4. 第二次试验通过提高胀管器的胀接指数，胀管率明显有所提高，胀管率Hn分别为0.49%及0.14%，减薄率k均为5%，胀接率及减薄率虽低于业内推荐值，但是已经比较接近推荐值了下限。业内推荐的胀接率及减薄率范围，是通过对大管径铜管测试所得，故并不太适用于小管小径的内螺丝铜管；
5. 第三次试验再次提高胀管器的胀接指数，胀管率和减薄率变化并不大，说明胀接已达到极限；
6. 通过上述三次实验数据分析，对于小管径内螺纹铜管推荐以胀管率作为质量控制标准，推荐胀管率控制在0.3%~0.8%。

3其他胀接质量的影响因素

影响胀接质量的因素还有很多，主要有以下几种：

1．管孔洁净度：管孔洁净度差会导致铜管胀接后不能很好的与铜管良好接触，导致泄漏的产生，管孔加工好后，一般通过超声波清洗来满足洁净度要求；

2．胀管速度：胀接过程是通过胀管器高速转动来推动胀管器前进，从而达到胀接的目的，胀管器转速度会影响胀接质量，具体关系比较复杂，需根据铜管大小、厚度、硬度、胀管头尺寸等相关因素通过多次试验来确定；

3．管孔粗糙度：管孔粗糙度会直接影响胀接质量，推荐粗糙度不大于6.3，通常可通过在管孔内加胶来弥补的影响；

4．铜管厚度：铜管壁厚越厚胀接质量越好控制，但铜管厚度直接影响产品成本，故需在合理的厚度情况下控制胀接质量；

5．管板材料：管板材料也是影响胀接质量的因素之一，主要表现在材料的硬及加工性能上。

结果与讨论

综上所述，管孔尺寸、胀接指数、管孔洁净度、胀管速度、管孔粗糙度、铜管厚度、管板材料、铜管尺寸对胀管质量均有显著影响。业内推荐的胀管率与减薄率控制标准，不太适合小管径内螺丝铜管，对于直径为7mm盘状内螺丝铜管，推荐采用胀管率作为胀接质量控制标准，推荐胀管率控制在0.3%~0.8%。

结语

本文通过对比实验研究了干式管壳式换热器的胀管质量影响因素，揭示了管孔尺寸、胀接指数、管孔洁净度、胀管速度、管孔粗糙度、铜管厚度、管板材料、铜管尺寸对胀管质量的影响关系，并提出了小管径内螺纹铜管的胀接质量控制标准及控制范围。为了提高换热器的可靠性，我们应当严格控制这些因素，优化胀管工艺，确保胀管质量。本研究为换热器的设计和生产提供了重要参考，有助于提升干式管壳式换热器的性能和寿命。

参考文献：

[1] GB/T 151-2014 热交换器.

[2] 李文军. 管壳式换热器的胀接工艺[J]. 压力容器, 2001, 18(3): 58-59.

[3] 施建平. 热换器制造中满足胀管率的机械胀接试验研究[J]. 压力容器, 2001, 18(3): 7-12.