專利名稱：帶直管段異形換熱管及其在線制管加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬管加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于換熱器等換熱設(shè)備的帶直 管段異形換熱管。本發(fā)明還涉及前述帶直管段異形換熱管的加工工藝。
背景技術(shù)：
按GB/TM590-2009《高效換熱器用換熱管》標(biāo)準(zhǔn)，我國現(xiàn)行的換熱器用高效 換熱管共分為四大類型，分別為T型槽管、波紋管、內(nèi)波外螺紋管、內(nèi)槽管。它們最大 的共同點在于都是通過冷加工工藝在金屬基管(直光管)上制造加工出來的換熱管。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)形式可分為I型，管外壁呈T型槽道，管內(nèi) 壁表面光滑；II型，管外壁呈T型槽道，管內(nèi)壁表面呈波紋狀。
如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中的波紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管內(nèi)、外表 面均呈波紋狀11的換熱管。
如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)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(nèi)壁呈波紋狀12的換熱管。
如圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)槽管，在金屬基管1的內(nèi)壁通過冷加工形成凹槽11 的換熱管。內(nèi)槽管按結(jié)構(gòu)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(jīng)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(nèi)、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(xiàn)有技術(shù)中的換熱管在做熱交換時，水、油、氣等換熱介質(zhì)在換熱管內(nèi)流通， 借助于換熱管壁實現(xiàn)與換熱管外的其他介質(zhì)之間交換熱量的技術(shù)目的。在熱交換過程 中，靠近換熱管管壁區(qū)域的換熱介質(zhì)所進行的熱交換比較充分，換熱效率較高；而遠(yuǎn)離 換熱管管壁、位于換熱管中心區(qū)域的換熱介質(zhì)的熱交換并不充分，因此現(xiàn)有技術(shù)中的上 述換熱管雖經(jīng)過一定改進，但整體換熱效率仍較低。
并且，現(xiàn)有技術(shù)中的換熱管在生產(chǎn)、使用過程中還存在以下幾點明顯的不足
1、受制于冷加工設(shè)備的規(guī)格限制，換熱管成品在規(guī)格、長度等方面均受到很大 的局限；
2、由于有冷加工步驟，原材料的損耗較大；
3、由于冷加工過程復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)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(zhì)量；
5、受加工工藝限制，制管效率不高；
6、這四大類換熱管大多具有特殊的外型，給換熱器設(shè)備的制作諸如對波紋管、 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(jīng)過冷加工，管體上存有殘余應(yīng)力，在介質(zhì)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(shè)備的使用壽命造成了一定的負(fù)面影 響。
現(xiàn)有技術(shù)中的換熱管由于上述原因，進入了一個技術(shù)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(fā)展，難以滿足市場的需求。
因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一直致力于開發(fā)一種換熱效率高的換熱管及其加工工 藝。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種換熱效率 高的帶直管段異形換熱管。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種帶直管段異形換熱管，至少包括管體，及 由所述管體合圍形成的介質(zhì)通道；所述管體具有異形管壁，所述異形管壁將所述介質(zhì)通 道劃分為多個周邊換熱區(qū)及一中心換熱區(qū)；多個所述周邊換熱區(qū)的橫截面積分別與所述 中心換熱區(qū)的橫截面積大致相同；所述管體至少包括一直管段。
較佳地，所述異形管壁由多個弧形表面連接形成。
較佳地，所述多個弧形表面為所述管體經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。
較佳地，所述異形管壁與所述直管段光滑連接。
較佳地，所述管體為金屬焊管。
較佳地，所述管體呈直線狀或螺旋狀。
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管采用異形的管壁，將現(xiàn)有技術(shù)中橫截面積比較大 的中心換熱區(qū)縮小，與周邊換熱區(qū)的橫截面積接近或相同，改善了介質(zhì)通道內(nèi)中心換熱 區(qū)的換熱效率，從而提高了整個帶直管段異形換熱管的換熱效率。
因此本發(fā)明的帶直管段異形換熱管在整體換熱效率上大致為現(xiàn)有換熱管的數(shù) 倍，要大大高于現(xiàn)有的換熱管。
本發(fā)明還首次采用焊管為原材料，而焊管的成本比現(xiàn)有技術(shù)中用作換熱管原材 料的無縫管的成本至少低20%左右，因而本發(fā)明大幅度地降低了換熱管的制造成本。
并且，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管由于具有光滑的外表面，在制造換熱器設(shè) 備時，帶直管段異形換熱管與管板的密封效果好，更適于現(xiàn)有換熱器設(shè)備的制作技術(shù)， 其設(shè)計壽命和使用壽命大大高于現(xiàn)有的四大類換熱管。
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的末端留有一定長度的直管段(直圓光管)，與中 間的異形段圓滑過渡，不會產(chǎn)生急劇變形，在與管板焊接的條件下，可以保證焊接時帶 直管段異形換熱管與管板融為一體或保證有足夠的焊腳尺寸高度。在與管板為脹管的條 件下，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的圓光管段可以控制在40mm左右，以利于脹管作 業(yè)的可靠性，滿足后續(xù)制作換熱器設(shè)備的工藝中的需要。
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造便利等有益效果，適用于石油、化工、化肥、鍋爐、制藥、食品、電力、核能、環(huán)保、供熱等多種行 業(yè)中用作高效換熱器或換熱設(shè)備的用管。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡單、加工方便、產(chǎn)品質(zhì)量性能可靠的生 產(chǎn)上述帶直管段異形換熱管的加工工藝。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了上述任一帶直管段異形換熱管的在線制管加 工工藝，至少包括步驟一，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，受一系列的異形壓模擠壓后，所述金屬圓管形成設(shè)定的橫截面形狀，獲得所述 帶直管段異形換熱管。
較佳地，所述步驟一中，所述金屬圓管為焊管。
較佳地，異形管壁的所述橫截面形狀為多個弧形表面；直管段與異形管壁光滑 連接。
較佳地，所述多個弧形表面為所述管體經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工
本發(fā)明中的異形模具在設(shè)計時必須考慮一下因素1、異形模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計中不 應(yīng)留有尖銳角的存在，以防止換熱管在使用時所存在的應(yīng)力集中造成的管壁裂紋。2、異 形管壁要與換熱管的直徑與壁厚相匹配。3、異形要與換熱設(shè)備的設(shè)計與使用要求相適 應(yīng)。4、增加換熱管的最佳換熱面積和換熱效率是異形模具設(shè)計的出發(fā)點。
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的在線壓制工藝應(yīng)遵循以下要求1、帶直管段異 形換熱管的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)熱交換器用焊管質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求實施；2、帶直管段 異形換熱管的焊縫必須100%渦流檢測合格，100%水壓試驗合格；3、帶直管段異形換 熱管應(yīng)進行高溫回火定型，嚴(yán)防產(chǎn)品形狀回彈；4、帶直管段異形換熱管應(yīng)通過在線熱處 理，消除熱處理擠壓殘余應(yīng)力；5、帶直管段異形換熱管的在線壓制模具應(yīng)具有開啟閉合 功能，可根據(jù)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、帶直管 段異形換熱管的內(nèi)外表面異形位置均無尖銳角或棱角存在；7、帶直管段異形換熱管的兩 端圓光管段與中間的異形段應(yīng)圓滑過渡，不能急劇變形。
本發(fā)明的加工工藝與現(xiàn)有技術(shù)中換熱管加工工藝相比，由于沒有大量的冷加工 作業(yè)，無需大量冷加工作業(yè)場地、專門冷加工設(shè)備和專業(yè)技術(shù)工人，節(jié)省了一次投資費 用和生產(chǎn)制造成本，因而大幅地降低了換熱管的生產(chǎn)成本，提高了制造效率，具有穩(wěn)定 的加工質(zhì)量。
由于沒有冷加工，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管大幅降低了原材料的消耗，還 由于沒有大量冷加工的殘余應(yīng)力和較光滑的內(nèi)外表，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管抗腐 蝕能力和抗結(jié)垢能力明顯優(yōu)于現(xiàn)有工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品。
由于大量使用焊管作為異形管的原材料，焊管的生產(chǎn)成本本身就比無縫管低達 20%。還由于焊管固有特性的有效發(fā)揮，其換熱管異形尺寸可以數(shù)倍于用無縫管生產(chǎn)出 來的特型管，其換熱面積和換熱效率大大高于“高效換熱管用特型管”
與熱套制管加工工藝比較，本發(fā)明的在線制管工藝減少了管的二次加工流程， 省卻了熱套加工的線外熱處理設(shè)備，由于在線連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，其生產(chǎn)效率大約為現(xiàn)有工 藝近十倍，使制管成本更加低廉，制管效率更快。
并且，在線制管在成品的長度方面還具有不可比擬的優(yōu)勢。由于在線制管為連5續(xù)加工，理論上，只要輔以一個后續(xù)的切割工步，在線制管所生產(chǎn)獲得的本發(fā)明的帶直 管段異形換熱管可以滿足客戶的各種長度要求。
由于在線作業(yè)生產(chǎn)的自動控制、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、加工尺寸精度高于現(xiàn)有工藝產(chǎn) 品質(zhì)量水平。
本發(fā)明的加工工藝與現(xiàn)有高效換熱器用特型管加工技術(shù)從制管設(shè)備成本上比 較，現(xiàn)有的換熱管生產(chǎn)必須要有的專門機加工、冷加工設(shè)備。而本發(fā)明的加工工藝只需 要在現(xiàn)有制管設(shè)備上對模具等做簡單改造，增加一組或多組異形壓模，就可以在線壓制 形成所期望的各種異形管。通過在線熱處理機構(gòu)，消除異形焊管在線加工殘留的應(yīng)力， 以增加對抗應(yīng)力腐蝕的能力；同時通過在線熱處理機構(gòu)，消除異形焊管的變形回彈，獲 得形狀穩(wěn)定，幾何尺寸符合規(guī)定要求的帶直管段異形換熱管。
因此，本發(fā)明的加工工藝減少了廠房和場地的投資，具有投資省、場地占用面 積不需擴大，見效快，生產(chǎn)效率高等有益效果，其生產(chǎn)效率大約為現(xiàn)有工藝的數(shù)倍，大 大高于現(xiàn)有的換熱管的加工工藝。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種T型槽管的結(jié)構(gòu)示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種波紋管的結(jié)構(gòu)示意圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一種內(nèi)波外螺紋管的結(jié)構(gòu)示意圖4是現(xiàn)有技術(shù)中一種內(nèi)槽管的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的實施例1的縱向結(jié)構(gòu)示意圖6是圖5所示實施例1的右視結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的實施例2的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的實施例3的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖9是本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的實施例4的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖10是本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的實施例5的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖11是本發(fā)明的在線制管加工工藝中管體的壓制流程設(shè)備示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明， 以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
實施例1
如圖5所示，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管1為一具有一定長度的金屬焊管，如 奧氏體不銹鋼焊管、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。
管體2的內(nèi)、外表面均為光滑表面，由多個弧形表面連接形成，帶直管段異形 換熱管1的一端還包括一直管段4。
管體2的內(nèi)部形成換熱介質(zhì)流通的介質(zhì)通道。
如圖6所示，管體2的主體部分具有異形管壁，將介質(zhì)通道劃分為多個周邊換熱 區(qū)31及一中心換熱區(qū)32。多個周邊換熱區(qū)31的橫截面積分別與中心換熱區(qū)32的橫截面積大致相同。
本文中，所述的“大致相同”并不要求嚴(yán)格的相同。只要使中心換熱區(qū)32的 橫截面積不大于周邊換熱區(qū)31的橫截面積的3倍，或不小于周邊換熱區(qū)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采用壓制加工工藝形成，4 個弧形表面為管體2經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面，連續(xù)的4個弧形表面之間通 過4個圓弧的轉(zhuǎn)角連接，每一弧形表面均為一個冷軋加工面。
圓弧的轉(zhuǎn)角要有一定弧度，根據(jù)管體2直徑的不同，優(yōu)選地采用轉(zhuǎn)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是由四個弧形表面連接形成的，這樣的 帶直管段異形換熱管1在做熱交換時，四個周邊換熱區(qū)31和一個中心換熱區(qū)32的換熱效 率都比較高，特別是中心換熱區(qū)32內(nèi)的換熱介質(zhì)也充分地參與到換熱過程里，大大地提 高了帶直管段異形換熱管1的換熱效率。
如本實施例中的管體2，采用內(nèi)凹圓弧面的有益效果在于，不僅可以大幅度地提 高帶直管段異形換熱管1的換熱面積，提高了帶直管段異形換熱管1的換熱效率；還可以 加大中心換熱區(qū)32內(nèi)換熱介質(zhì)的流量和流速，也提高了帶直管段異形換熱管1的換熱效 率。進一步地，還改善了帶直管段異形換熱管1在換熱介質(zhì)作用下的受力狀態(tài)，加強了 管體2的剛性。
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管還由于制管成型后沒有冷加工，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng) 力基本消除，抗結(jié)垢性、耐蝕性更好。
本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造更便利等有益效果。
現(xiàn)有技術(shù)中的換熱管大多具有特定的外表面形狀(譬如螺旋、T槽、波紋)，在 制作換熱器設(shè)備時，現(xiàn)有技術(shù)中的換熱管與管板的連接須增加連接段；而本發(fā)明的帶直 管段異形換熱管具有光滑的外表面，更適于傳統(tǒng)換熱器的制作技術(shù)，其設(shè)計壽命和使用 壽命大大高于現(xiàn)有的四大類換熱管。
根據(jù)客戶需要，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的整體長度可以在0米至十?dāng)?shù)米 之間選取。當(dāng)然，如果合理配置熱處理爐，本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的整體長度還 可以在任意長度，而不受限于冷加工設(shè)備的規(guī)格。
實施例2
如圖7所示，本實施例的帶直管段異形換熱管1與上述實施例的結(jié)構(gòu)基本相同， 都包括一管體2，所不同之處在于，管體2的橫截面為多邊形與弧形的結(jié)合，同樣形成了 4個周邊換熱區(qū)31與1個中心換熱區(qū)32。
本實施例具有與上述實施例基本相同的技術(shù)效果。
實施例3
如圖8所示，本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同之處在于，管體2的 橫截面形狀為三角形，在管體2中形成了 3個周邊換熱區(qū)31和1個中心換熱區(qū)32。
本實施例可以實現(xiàn)與實施例1基本相同的技術(shù)效果。
實施例4
如圖9所示，本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同之處在于，管體2為鈍邊的三角形，或稱為一種異形的六邊形，在管體2中形成了 3個周邊換熱區(qū)31和1個 中心換熱區(qū)32。
實施例5
如圖10所示，本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同之處在于，管體2 為五角形，形成有5個周邊換熱區(qū)和1個中心換熱區(qū)。
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管的各種實施例中，帶直管段異形換熱管內(nèi)都可以 只流通一種換熱介質(zhì)，以與帶直管段異形換熱管外的其他介質(zhì)交換熱量。
實施例6
本發(fā)明的帶直管段異形換熱管1的在線制管加工工藝，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，其橫截面由四個弧形表面連接形成。結(jié)合圖 11所示，管體2通過壓制加工工藝獲得。
壓制設(shè)備主要包括一系列的支架401、402、403、404，各支架上分別設(shè)置有上 輥411、412、413、414及下輥421、422、423、424，在管體2的兩側(cè)還分別設(shè)置有一系 列的左輥、右輥(圖中未示出)。各錕上都設(shè)置或形成有一系列逐步變形的異形壓模。
通過四側(cè)擠壓逐步變形，獲得需要外形的管體2。
在管體2壓弧成形的過程中，四個弧形表面之間還可以留有的四個圓弧形的轉(zhuǎn) 角。設(shè)置四個轉(zhuǎn)角避免了尖銳角的存在。
在其他實施例中，還可以通過少量的冷加工，使帶直管段異形換熱管的兩端端 面與其軸線垂直，并清除切口毛刺。
在線加工設(shè)備的主體為現(xiàn)有技術(shù)，只是根據(jù)帶直管段異形換熱管的形狀需要， 按照常規(guī)方法設(shè)計了一系列的異形壓模。
因此本發(fā)明的上述加工方法，可以用于加工本發(fā)明中任一實施例中的帶直管段 異形換熱管，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發(fā)明的幾種較佳具體實施例，以上實施例 僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn) 有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā) 明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶直管段異形換熱管，至少包括管體，及由所述管體合圍形成的介質(zhì)通道； 其特征在于所述管體具有異形管壁，所述異形管壁將所述介質(zhì)通道劃分為多個周邊換 熱區(qū)及一中心換熱區(qū)；多個所述周邊換熱區(qū)的橫截面積分別與所述中心換熱區(qū)的橫截面 積大致相同；所述管體至少包括一直管段。
2.如權(quán)利要求1所述的帶直管段異形換熱管，其特征在于所述異形管壁由多個弧 形表面連接形成。
3.如權(quán)利要求2所述的帶直管段異形換熱管，其特征在于所述多個弧形表面為所 述管體經(jīng)過壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。
4.如權(quán)利要求1所述的帶直管段異形換熱管，其特征在于所述異形管壁與所述直 管段光滑連接。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的帶直管段異形換熱管，其特征在于所述管體為金屬焊管。
6.如權(quán)利要求1至4任一所述的帶直管段異形換熱管，其特征在于所述管體呈直線 狀或螺旋狀。
7.上述任一權(quán)利要求所述的帶直管段異形換熱管的在線制管加工工藝，其特征在 于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，受一系列的異形壓模擠壓后，所述金屬圓管形成設(shè)定的橫截面形狀，獲得 所述帶直管段異形換熱管。
8.如權(quán)利要求7所述的加工工藝，其特征在于所述步驟一中，所述金屬圓管為焊管。
9.如權(quán)利要求7所述的加工工藝，其特征在于異形管壁的所述橫截面形狀為多個 弧形表面；直管段與異形管壁光滑連接。
10.如權(quán)利要求9所述的加工工藝，其特征在于所述多個弧形表面為所述管體經(jīng)過 壓制加工獲得的連續(xù)的冷軋加工面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶直管段異形換熱管，至少包括管體，及由所述管體合圍形成的介質(zhì)通道；所述管體具有異形管壁，所述異形管壁將所述介質(zhì)通道劃分為多個周邊換熱區(qū)及一中心換熱區(qū)；多個所述周邊換熱區(qū)的橫截面積分別與所述中心換熱區(qū)的橫截面積大致相同；所述管體至少包括一直管段。本發(fā)明還提供了上述帶直管段異形換熱管的在線制管加工工藝。本發(fā)明成本低，制造便利，適用于石油、化工、化肥、鍋爐、制藥、食品、電力、核能、環(huán)保、供熱等多種行業(yè)中用作高效換熱器或換熱設(shè)備的用管。
文檔編號F28F1/10GK102022945SQ20101061929
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者孔祥鋒 申請人:上?？泼卒摴苡邢薰?br>