强制式胀管技术研究与应用

　　【摘要】文章主要介绍了强制式胀管设备在空调制冷行业的研究与应用，通过对空调器翅片管式热交换器强制胀管后螺纹参数、换热效率、机械性能等前后变化进行研究，论证了强制式胀管在空调器翅片管式热交换器上应用的可行性。
　　【关键词】强制式；胀管；无收缩；换热器
　　强制式胀管工艺源于日本（即无收缩胀管工艺），因国外技术垄断，进口设备价格昂贵，使用时专利费用较高等原因，国内空调行业一直未能应用。近年来随着中国制造行业的崛起，人工成本的增加，空调行业竞争的不断加剧，铜管原材料价格的日益上涨，空调的生产制造成本成为企业迫切需要解决的问题，国内设备厂家开始研究无收缩胀管工艺。
　　一、技术原理
　　目前国内空调行业的热交换器都采用有收缩胀管形式生产，胀管时由于胀球尺寸大于铜管内径，胀管后铜管的内径增大，与翅片接触紧密，提高热交换器换热效率。因普通胀管胀后铜管内径增大，铜管横截面积增大，在等体积的情况下，铜管的长度就会用来补偿横截面积的增大，铜管产生收缩，即通常所说的铜管收缩率。一般空调行业的内螺纹铜管收缩率为3%-4%，因此内螺纹铜管胀后会有3%-4%的损耗。
　　内螺纹铜管收缩率如表1：
　　表1 各规格内螺纹管收缩率
　　规格铜管壁厚Wt胀后收缩率
　　∮70.434﹪
　　∮7.940.434﹪
　　∮9.520.473﹪
　　无收缩胀管工艺是一种强制的胀管技术，通过胀管机专用夹具将两器组件管口、U管底部夹紧后胀管，采用壁厚补偿铜管内径扩大的方式，保证胀管后铜管长度无收缩的加工工艺。因胀管后铜管内径及螺纹参数产生变化，无收缩胀管后需要对热交换器换热性能、系统压力、长期运转等性能进行验证。
　　二、研究与应用
　　1.胀球选取
　　根据铜管换热系数公式，铜管外表面换热效率远高于内表面，且铜管与翅片接触的紧密程度对换热影响较大，因此我们要保证热交换器换热效率，优先保证U形管外径尺寸。为保证热交换器U管外径，需对胀管机胀球尺寸进行选取。
　　根据公式：
　　V有-V无=0.02V有
　　S有*L1-S无*L1 =0.02S有*L1
　　π*（（D有+2Wt）/2） *（D有+2Wt）/2）- π（D无/2*D无/2）
　　=0.98*π*（（D有+2Wt）/2） *（D有+2Wt）/2）-
　　0.98*π（D有/2*D有/2）
　　式中：D有为普通胀管机胀球直径，mm；D无为无收缩胀管胀球直径，mm；Wt为内螺纹管壁厚。
　　通过以上公式计算出无收缩胀球直径D无，根据理论计算、金相数据、整机性能测试，最终选定胀球直径如表2：
　　表2 各规格胀球尺寸有收缩与无收缩对比
　　规格有收缩直径无收缩直径
　　∮76.646.73
　　∮7.947.577.61
　　∮9.529.079.11
　　2.胀管实验
　　无收缩胀管胀管后铜管壁厚减薄，换热器的理论耐压力降低。因胀管后铜管拉伸、拉薄，铜管产生的加工硬化加强，长期运转产生的疲劳破裂机率增大。为验证无收缩胀管后铜管相关机械性能，我们对胀后铜管进行了金相、耐压试验、脉冲试验等，对整机进行定频扫频、长期运转等试验。
　　①金相对比试验
　　由铜管胀管后金相齿形试验观察，无收缩胀管后螺纹齿形完整，与普通胀管机胀管后齿形无明显变化。
　　测试无收缩与普通胀管后内螺纹底壁厚、齿高、总壁厚、齿顶角、铜管外径等参数数据，各项参数均在合格范围之内，胀后数据对比见表3（以∮9.52规格内螺纹管为例）：
　　表3 有收缩与无收缩胀管后铜管参数对比
　　无收缩胀管后内外径变大，整体换热面积增大，但因选择较大胀球进行胀管，齿顶角有相对增大，总体考虑换热效率增加。
　　3.焓差试验
　　根据压焓p—h图（见图一）分析，由于无收缩胀管采用胀头大于普通胀头，无收缩蒸发器U形管内、外径加大，导致蒸发器整体换热面积加大，可适当增大吸气过热度，在压焓图中，1a点变化到1b点，焓差值由q1变化到q2，焓差值加大，即制冷量加大。
　　为了验证无收缩胀管后换热器换热能力变化，分别在1P、1.5P、2P、3P、5P等多种主流机型上进行试验验证。经过多次调整相关参数，在整机各项配置不变的情况下满足相关性能要求。主要参数测试数据如表4：
　　表4 强制式胀管与普通胀管换热器焓差测试对比数据
　　由数据分析，因强制式胀管换热器换热面积增大，整机换热能力有所提高，额定制热、额定制冷、能效比等参数，优于普通胀管换热器。
　　4.其它验证
　　脉冲试验20万次、定频扫频、耐压等试验验证合格。
　　三、结论
　　通过对强制式胀管换热器的焓差、机械性能、螺纹金相等各项试验验证，强制式胀管满足使用要求。胀头尺寸变大，整机换热性能也会变化，变化曲线为倒V字型。