蘇州柯瑞斯精密金屬有限公司
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翅片管及高頻焊翅片管介紹
2012-02-07 04:21      閱讀1次

1、什么是翅片管、高頻螺旋翅片管?
為了提高換熱效率,通常在換熱管的表面通過加翅片,增大換熱管的外表面積(或內表面積),從而達到提高換熱效率的目的,這樣的換熱管叫做翅片管。
  1.分類
  1) 按翅片結構特點劃分
  根據翅形的形狀和構造,翅片管可分為以下種類:方翅管(Square finned tube)、螺旋翅片管(spiral finned tube) 、縱向翅片管(Longitudinal Finned Tube)等、螺旋鋸齒狀翅片管(Helical Serrated Finned Tubes)、內翅片管(inner finned tube)
  2) 根據翅片管的翅片材質是否與管體材質相同可分為單金屬翅片管和雙金屬復合翅片管。
  3) 按翅片管的不同加工工藝,翅片管可分為: 軋制成型翅片管(extruded fin tube)、焊接成型翅片管、 滾壓成型翅片管、套裝成型翅片管
  2翅片管的主要性能要求
  翅片管作為換熱元件,長期工作于高溫煙氣的工況下,比如鍋爐換熱器用翅片管使用環境惡劣,高溫高壓且處于腐蝕性氣氛,這要求翅片管應具有很高的性能指標。
  1) 防腐性能(Anti-corrosion)
  2) 耐磨性能(Anti-wear)
  3) 低的接觸熱阻(lower contact resistance)
  4) 高的穩定性(Higher Stability)
  5) 防積灰能力
  3翅片管生產技術現狀
  A套裝翅片
  套裝翅片工藝是預先用沖床加工出一批單個的翅片,然后用人工或機械方法,按一定的距高(翅距),靠過盈將翅片套裝在管子外表面上。它是應用最早的一種加工翅片管的方法。由于套裝工藝簡單,技術要求不高,所用設備價格低廉,又易于維修,所以,至今仍有不少工廠在采用。此工藝是一種勞動密集型工藝方案,適合于一般小廠或鄉鎮企業的資金和技術條件。
  用人工方法套裝的稱為手工套裝。它是借助工具,依靠人的力量將翅片一個個壓人的。這種方法因為翅片的壓人力有限,故套裝的過盈量小,翅片容易產生松動現象。機械套裝翅片是在翅片套裝機上進行的。由于翅片壓人是靠機械沖擊力或液體壓力,壓入力大,所以,可采用較大的過盈量。翅片和管子之間的結合強度高,不易松動。機械傳動的套裝機生產率高,但噪音大,安全性差,工人的勞動條件欠佳。液壓傳動的雖然不存在上述問題,但設備價格較貴,對使用維修人員的技術要求較高,其生產率也低些。
  B鑲嵌式螺旋翅片
  鑲嵌式螺旋翅片管是在鋼管上預先加工出一定寬度和深度的螺旋槽,然后在車床上把鋼帶鑲嵌在鋼管上。在纏繞過程中,由于有一定的預緊力,鋼帶會緊緊地勒在螺旋槽內,從而保證了鋼帶和鋼管之間有一定的接觸面積。為了防止鋼帶回彈脫落,鋼帶的兩端要焊在鋼管上。為了便于鑲嵌,鋼帶和螺旋槽間應有一定的側隙。如果側隙過小,形成過盈,則鑲嵌過程難以順利進行。此外,纏繞的鋼帶總會有一定的回彈,其結果使得鋼帶和螺旋槽底面不能很好的接合。鑲嵌翅片可在通用設備上進行,費用不高,但是工藝復雜生產效率低。
  C釬焊螺旋翅片管
  釬焊螺旋翅片管的加工分兩步進行。首先,將鋼帶平面垂直于管子軸線按螺旋線方式纏繞在管子外表面上,并把鋼帶兩端焊在鋼管上固定,然后為消除鋼帶和鋼管接觸處的間隙,用釬焊的方法將鋼帶和鋼管焊在一起。此種方法因其造價昂貴,故常用另一種方法,即將纏好鋼帶的管子放進鋅液槽內進行整體熱鍍鋅來替代。采用整體熱鍍鋅雖然鍍液不見得能很好地滲進翅片和鋼管之間極小的間隙,但在翅片外表面和鋼管外表面卻形成了一個完整的鍍鋅層。采用整體熱鍍鋅的螺旋翅片管,因為受到鍍鋅層厚度的限制(鍍鋅層厚時,鋅層牢固性差,易脫落),加之鋅液不可能全部滲人間隙內,所以,翅片與鋼管的結合率仍不高。另外,鋅的傳熱系數比鋼。s為鋼的78%),故傳熱能力低。鋅在酸及堿、硫化物中極易遭受腐蝕,因此,用鍍鋅螺旋翅片管不適于制作空氣預熱器(回收鍋爐煙氣余熱)。
  D高頻焊螺旋翅片
  高頻高頻焊螺旋翅片管是目前應用最為廣泛的螺旋翅片管之一,
  現廣泛應用于電力、冶金、水泥行業的預熱回收以及石油化工等行業.高頻焊螺旋翅片管是在鋼帶纏繞鋼管的同時,利用高頻電流的集膚效應和鄰近效應,對鋼帶和鋼管外表面加熱,直至塑性狀態或熔化,在纏繞鋼帶的一定壓力下完成焊接。這種高頻焊實為一種固相焊接。它與鑲嵌、釬焊(或整體熱鍍鋅)等方法相比,無論是在產品質量(翅片的焊合率高,可達95%),還是生產率及自動化程度上,都是更為先進。
  E三輥斜軋整體型螺旋翅片管
  三輥斜軋整體型螺旋翅片管其生產原理如圖1.8所示,在光管內襯一芯棒,經軋輥刀片的旋轉帶動,無縫鋼管通過軋槽與芯頭組成的孔腔在其外表面上加工出翅片。這種方法生產出的翅片管因基管與外翅片是一個有機的整體,因而不存在接觸熱阻損失的問題,具有較高的傳熱效率。三輥斜軋法與焊接法相比,該生產線具有生產效率高,原材料耗用低,且生產的翅片管換熱率高等優點。
  目前三輥斜軋整體型螺旋翅片管技術已成功應用于翅片為銅、鋁的單翅片管或復合翅片管,或鋼質的低翅片管;鋼質整體型翅片管目前市場上多見為低翅片管,整體型高翅片管其材質多為鋁、銅等,一般是冷軋成型。
 2、翅片管傳熱原理
用普通的圓管(光管)組成的熱交換器,在很多情況下,管外流體和管內流體對管壁的換熱系數是不一樣的。所謂換熱系數,是指單位換熱面積,單位溫差(流體與壁面之間的溫差)時的換熱量,它代表流體和壁面之間的換熱能力的大小。例如:
水在壁面上凝結時的換熱系數為: 10000—20000 w/(m2.℃)
水在壁面上沸騰時的換熱系數為: 5000----10000 ------
水流經壁面時的換熱系數大約為: 2000---10000 ------
空氣或煙氣流經壁面時的換熱系數為: 20---80 --- ---
空氣自然對流時的換熱系數只有: 5---10 -------
由此可見,流體與壁面之間的換熱能力的大小相差是很懸殊的。
下面,設想一個實際的換熱情況:圓管內部是流動的水,其換熱系數為5000(---),而管外流動的是煙氣,其換熱系數只有50(---),二者相差100倍。當熱量從管內傳向管外,或從管外傳向管內時,傳熱過程的“瓶頸”或“最大阻力”發生在什么地方?當然是管外的煙氣側,因為煙氣側換熱系數,即換熱能力最低,限制了傳熱量的提高。
這兒,不妨舉一個串聯電阻的例子:在由多個電阻組成的串聯電路中,如果其中一個電阻比其他各項電阻大出很多,則該項電阻將構成電流的“瓶頸”,只有減小該項最大的電阻,才能有效地提高流經該串聯電路的電流。對于上述的傳熱過程也是如此。
怎樣才能提高圓管的傳熱量呢?最有效的方法之一就是在管子外表面即煙氣側采用擴展表面,即做成翅片管。假定翅片管的實際傳熱面積為原來的光管外表面積的若干倍,雖然煙氣的換熱系數仍然很低,但反映在光管外表面積上的傳熱效果將大大增加,從而使整個傳熱過程增強,在總傳熱量一定的情況下,使設備的金屬耗量減小,經濟性提高。

 


3、翅片是否越多越好?或越高越好?
答案是否定的。并不是越多越好,也不是越高越好。原因如下:

1.當翅片的傳熱面積增加一倍時,其換熱系數并不能增加一倍,而是要打一個折扣,一般為(0.9---0.7),而且翅片越高,此折扣值越大,甚至降到(0.5)以下。這說明,翅片越高,翅片效率就越低,增加翅片的經濟性就下降了。

2.如果翅片太高太密,容易產生積灰問題,而且清灰困難。
3.翅片太高太密,會增加工藝難度,提高加工成本。
對1米長的管子而言,設增加翅片以后的總傳熱面積為A,未增加翅片時的光管面積為A0,則A/A0 即為面積擴大的倍數,稱為“翅化比”。選用多大的翅化比合適,要由應用條件和優化設計確定。一般,在能源工程上應用的翅片管,其翅化比在 5---12 之間,而在空調,空冷行業,其翅化比在15—22 之間。

4、翅片管的應用場合
翅片管的種類很多,而且還在不斷涌現新的品種。大體上可按下述幾個方面進行分類:
按加工工藝分類:

1.串片管(套片管);
2.張力纏繞翅片管;
3.鑲片管;
4.整體軋制翅片管;
5.鑄造翅片管;
6.焊接翅片管,其中又分:高頻焊翅片管,埋弧焊翅片管等。
按翅片形狀分類:

1.方形,矩形,圓形翅片管;
2.螺旋形翅片管;
3.波紋形翅片管;
4.鋸齒形翅片管;
5.針狀翅片管;
6.縱向翅片管;
7.整體板狀翅片管(板翅)。等。
按材質分類

1.銅,Al, Cu/Al 翅片管;
2.碳鋼,不銹鋼,碳鋼/不銹鋼 翅片管;
3.鑄鐵(鑄鋼)翅片管;等。
按用途分類

空調用翅片管;
空冷用翅片管;
鍋爐:水冷壁,省煤器,空預器分別使用的翅片管;
各種窯爐,工業爐余熱回收用翅片管;
其他特種用途翅片管;等。

5、提高翅片管式換熱器熱力性能的方法
 對翅片管式換熱器結構進行了優化設計和改進,并采用TESCOR平臺—換熱器性能實驗臺對改進前后的換熱器的熱力性能進行了測試。提出了強化翅片管式換熱器換熱性能的兩種方法:一種是將低溫工況下易結霜的換熱器(蒸發器)翅片管設計成變間距翅片結構,使其既增加了管內翅片的傳熱面積,又提高了管內氣流的流速;另一種是將空調工況下的換熱器的等螺距內螺紋管設計成變螺距內螺紋管,以增加管內氣流的擾動,提高傳熱系數。并對用這兩種方法改進后的換熱器的熱力性能進行了計算,結果表明,其傳熱系數分別提高了9 8%和3 82%。
目前,國內外最普通且應用最廣的是間壁式,其它類型換熱器的設計和計算常借鑒于間壁式換熱器。對換熱器的的研究主要集中在如何提高其換熱性能。文中作者提出了強化翅片管式換熱器換熱性能的方法,對翅片管式換熱器結構進行了優化設計和改進。采用TESCOR平臺—換熱器性能實驗臺,對改進前后的換熱器的熱力性能進行了測試,并運用試驗數據對其進行了熱力對比計算。

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