概述

　　眾所周知，換熱器是工業(yè)傳熱過程中必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于一切業(yè)領(lǐng)域中，尤其是化、冶金、動力、交通、航空、航天等部門。近年來，由于新技術(shù)發(fā)展和能源開發(fā)，改進換熱器性能越來越受工業(yè)界重視。新技術(shù)、新工藝在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。不斷提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，追求高效節(jié)能，*大限度地獲取經(jīng)濟效益，己成為企業(yè)組織生產(chǎn)所遵循的基本原則。多年來，各工業(yè)部門廣泛地應(yīng)用列管式換熱器，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是上述兒個行業(yè)的迅速發(fā)展，要求換熱設(shè)備緊湊、輕巧、高效并小型化，而一般的列管式換熱器則不能滿足上述要求，這就促使人們?nèi)パ芯扛咝Q熱器。其中翅片管換熱器是人們研究得*多的一種換熱器之一。翅片管是組成各種熱交換器的核心元件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到熱交換器的工作性能。

　　2、翅片管的研制開發(fā)

　　2.1、材料各種的換熱器材料，應(yīng)根據(jù)換熱器的用途和操作條件等不同而選擇。目前常用的材料有 :純鋁、鋁合金、銅、黃銅、鎳、欽、不銹鋼、鎳合金等。其中以鋁和鋁合金用的*多。對于翅片管式換熱器母材的基本要求是 :有較好的釬焊性和成型性，較高的機械強度，良好的耐腐蝕性和導(dǎo)熱性。鋁及鋁合金不僅滿足了這些要求，而且具有延性和抗拉強度隨溫度的降低而提高的特性，所以在世界各國的緊湊式換熱器中，特別是在低溫的緊湊式換熱器中，己經(jīng)獲得了*為廣泛的應(yīng)用:

　　1),鋁的密度小，通過合金化和熱處理可以達到結(jié)構(gòu)鋼的強度。鋁制換熱器運用于各類的交通工具中，特別小型的轎車，必將減輕其本身重量，降低燃料的消耗。

　　2)、鋁的抗腐蝕性好。鋁制品在惡劣條件下生成的氧化物無毒性。用鋁做成的換熱器，不用過于擔(dān)心時間長久之后被空氣或管內(nèi)液體等氧化而失效。

　　3)、鋁 具有良好的導(dǎo)熱性能，特別適用于散熱片、換熱用的蒸發(fā)器和冷凝器等。

　　4)、鋁的屈服強度高，耐沖壓，加工成型的過程比較方便。

　　2.2,型式翅片管一般有內(nèi)翅片管和外翅片管兩種，其中以外翅片管應(yīng)用*為普遍.外翅片管一般是用機械加工的方法在光管外表面形成一定高度、一定片距、一定厚度的翅片。

　　2.2.1,螺旋翅片管螺旋翅片就是把鋼帶平面垂直于管子軸線，以螺旋線的形式纏繞在管子外表面上。在形成螺旋翅片時，翅片中性線以內(nèi)的凹面邊緣受到壓縮，中性線以外的凸面邊緣則受拉伸。當(dāng) m 面內(nèi)的拉應(yīng)力達到材料的強度極限時，對厚度較小的鋼帶會失去穩(wěn)定，形成皺褶。螺旋翅采用的鋼帶都不厚(通常為 6=o.s-2.smm)，失穩(wěn)現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生?？梢哉f翅片根部起皺是螺旋翅片管的通病。翅片根部起皺會使根部的翅片平面變得凹凸不平。如果把這種樣子的管子做熱交換器，會有許多不足 :凸起部分增加氣流阻力;凹下去的部分集聚污物.并給清洗帶來麻煩。圖 1 熱浸鍍鋅纏繞式橢圓鋼翅片管

　　22.2,套裝翅片套裝翅片工藝是預(yù)先用沖床加工出一批單個的翅片，然后用人工或機械方法，按一定的翅片間距，靠過盈將翅片套裝在管子外表面上。它是*早的一種加工翅片管的方法。由于套裝工藝簡單，技術(shù)要求不高，所用設(shè)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(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的資金和技術(shù)條件。我們知道，翅片管對質(zhì)量的要求主要有三點 :一是翅片間距:二是翅片高度;三是翅片和光管外表面結(jié)合的牢固程度，不完全連接的縫越少越好，即熱阻要小。一般來說，螺旋翅片和套裝翅片對前兩點都比較容易保證，但第三點卻常常出現(xiàn)問題。這些管子的致命缺點也正是這一點。管子和翅片之間接觸不好，熱阻大，影響傳熱。

　　123、輥軋式翅片管近年來，迅速發(fā)展的輥軋式翅片管是一種高效節(jié)能傳熱翅片管(簡稱高翅管)，冷擠壓翅片管是用厚壁管連續(xù)通過多組擠壓輥，經(jīng)擠壓軋制，在變成薄壁管的過程中，多余金屬材料在管子外表面形成翅片的。所軋制翅片的高度一般為)-13mm;片距一般為 2-3.5mm,片厚一般為。2-0.5mm。同時這種冷擠壓加工方法還可滾軋復(fù)合管翅片管。一般常用的復(fù)合管材翅片其基管(即內(nèi)套管)采用的是碳鋼、不銹鋼、欽材、銅材等。外管，即擠壓翅片的外套管常用鋁管和銅管。滾軋翅片管由于翅片和管壁為一整體，故不存在接觸熱阻和出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象，因而能提高和保持穩(wěn)定的傳熱性能和延長翅片管的使用年限。高翅片軋管機軋制的翅片管，其翅片與基管結(jié)合緊密，不需再進行釬焊，翅片間距、翅片高度、翅片厚度等可通過調(diào)節(jié)軋管機工作狀態(tài)予以控制，軋出的翅片表面光潔、紋管清晰、節(jié)距**，由其組裝而成的熱交換器，經(jīng)多家電力生產(chǎn)企業(yè)使用，具有較好的綜合經(jīng)濟性能?？偟膩碚f，軋制翅片管的結(jié)構(gòu)比較緊湊，流阻小，導(dǎo)熱熱阻小，傳熱效率高，產(chǎn)品體積小，綜合性能較高。但卻需要專門的軋管機，而且翅片管與端板的連接處易滲漏。軋制翅片管中的復(fù)合管結(jié)構(gòu)，即將軋制翅片管套在鋼管外面，這種結(jié)構(gòu)具有鋼翅片管和鋁翅片管的雙重優(yōu)點，目前國內(nèi)己經(jīng)研制成功，但卻工藝復(fù)雜。因此，還待研究更**的技術(shù)。圖 2 雙金屬軋片管

　　2.2.4、板翅式板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，但其結(jié)構(gòu)單元體基本相同，都是由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片組成，它是在金屬平板上放一翅片(即所謂二次傳熱面積)，然后再在其上放一金屬板，兩邊以邊緣封條密封而組成一個基本單元，上下的兩塊金屬平板稱為隔板。由許多個基本單元組成板翅式換熱器的芯體。冷熱流體在相鄰的基本單元體的流道中流動，通過翅片及與翅片連成一體的隔板進行熱交換。對各個通道進行不同方式的疊置和排列，釬焊成整體，就可得到*常用的逆流、錯流、錯逆流板翅式換熱器板束。翅片除承擔(dān)主要的傳熱任務(wù)外，還起著兩隔板之間的加強作用。所以盡管翅片和隔板材料都很薄，但它的強度很高，故能承受較高的壓力。對于一般的換熱器，板翅式換熱器具有以下的優(yōu)點:傳熱效率高;結(jié)構(gòu)緊湊;輕巧而牢固 c 適應(yīng)性大;經(jīng)濟性好。但是，這種換熱器翅片間距較小，易堵塞，且堵塞后不易清洗，使得阻力大大增加，如果不對其進行除垢，會影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。板翅式換熱器在壓縮機中主要用于油冷器和壓縮空氣冷卻器，有空冷和水冷兩種形式。無論是空冷還是水冷冷卻器，高溫壓縮空氣在冷卻過程中都會有冷凝水析出，并在翅片上聚集形成“水橋”，阻止了空氣的流通，從而使空氣壓力增大，并導(dǎo)致熱交換效率下降，空調(diào)中的板翅式換熱器也存在著類似的情況。盡管鋁及其合金具有良好的抗蝕性能，但是長期滯留在鋁表面的冷凝水吸收空氣中的氧、硫及氮等，在鋁表面形成腐蝕電池，加速腐蝕。腐蝕產(chǎn)物在鋁翅片表面聚集，將降低熱交換率。對于水冷卻器，在水側(cè)同樣存在腐蝕性問題，長期運行也將縮短鋁制板翅式換熱器的壽命。高壓下工作的板翅式換熱器因壓力的循環(huán)變化會引起疲勞而使隔板產(chǎn)生裂紋，引起泄漏，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮疲勞破壞。

　　2.3、研制方向由上面的分析比較可以看出，未來翅片管的發(fā)展是朝著換熱表面大大強化、翅片與基管連成一體的方向的。并且，生產(chǎn)的成本大幅度降低，生產(chǎn)也愈趨規(guī)模化。

　　3、翅片管的特殊應(yīng)用及特殊設(shè)計

　　3.1,空冷器的設(shè)計空氣冷卻方式和水冷卻方式的討論己持續(xù)了相當(dāng)長的時間，到目前仍在進行兩者之間的經(jīng)濟分析和討論，但是空冷器的優(yōu)越性越來越受到人們的注意，以空冷代替水冷的趨勢仍在持續(xù)發(fā)展?？諝饫鋮s是在空氣冷卻器中實現(xiàn)的，冷卻介質(zhì)為牽氣，可用于各種流體的冷卻和冷凝。由于空氣的比熱小(約為1.005kJ/kg"-C)，僅為水的比熱的四分之一，因此若傳熱量相同，冷卻介質(zhì)溫升相同，則所需的空氣量將為水量的四倍。裹考慮到空氣的密度遠(yuǎn)小于水，則相對于水冷卻器，空冷器的體積是很大的。另外，空汽側(cè)的換熱系數(shù)很低，約為50-60W/(m'·℃)，導(dǎo)致光管空冷器總傳熱系數(shù)也很低，較水冷器的傳熱系數(shù)約低 10--30 倍，為抵消空氣側(cè)換熱系數(shù)較低的影響，所以空冷器一般均采用擴張表面的翅片管，其翅化比大致為 10-24.翅片管是空氣冷卻換熱器的核心和關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響空冷器的性能和發(fā)展。事實上，正是由于翅片管的出現(xiàn)，才使空冷器得以發(fā)展。除了冷卻枯性介質(zhì)可以采用管內(nèi)縱向翅片之外，所有空冷器均在管外采用橫向翅片。

　　3.2、汽車空調(diào)迄今為止，人們對建筑物的空調(diào)技術(shù)有較多的研究和

　　探索，相比而言，對汽車、火車、船舶以及在高溫環(huán)境下工作的工程車及行車等特殊運動性裝置的空調(diào)技術(shù)研究較少。汽車、火車、船舶以及高溫環(huán)境下工作的工程車與行車等從某種意義上看，可以視為一個特殊的運動性“建筑物”。因此，安裝于該類“建筑物”內(nèi)的特種空調(diào)和陸地建筑物既有相同點，又有其特殊性。簡單來說，汽車空調(diào)要求換熱器的體積小、重量輕，這樣可以節(jié)約空間和能量的消耗。再者，考慮到汽車空調(diào)的工作條件，必須要求其具有一定的抗震能力。這樣，只有高效的翅片管可以滿足它的要求。

　　3.3、制冷壓縮機在中小型活塞制冷壓縮機中，翅片管以往大多數(shù)以套片和繞片管形式使用的，這些翅片管主要用于各類冷凝器和燕發(fā)器。采用翅片管主要是依靠改變換熱表面的幾何形狀或表面狀況來強化傳熱，如此可有效增強管外凝結(jié)換熱，提高熱交換器總的傳熱系數(shù)。

　　3.4、冷凝器就冷凝器而言，陸用冷凝器一般采用紫銅管翅片管或銅鋁復(fù)合翅片管。而船用冷凝器由于用海水冷卻，盡管其結(jié)構(gòu)形式與陸用相同，但考慮到海水腐蝕的影響，在與海水接觸的部位，一般采用紫銅或鋁黃銅材料制作翅片管;而蒸發(fā)器大都是以銅管套鋁片形式出現(xiàn)。

　　3.5,柴油機的中冷器一些大型的交通工具上的柴油機，因考慮行駛速度的需要，并受空間尺寸的限制，一般均裝各高比功率的增壓中冷柴油機。選擇和設(shè)計合適的中冷器可在很大程度上改善柴油機的經(jīng)濟性與可靠性。

　　4,翅片管的發(fā)展從上面的分析我們可以看出，研制高效節(jié)能的翅片管是勢在必行的，并且要求經(jīng)濟性能和工作性能都有所改善。現(xiàn)在研究的整體鋁翅片管(AIF 管)與上面所介紹的各式翅片管相比，有以下優(yōu)點:

　　(1)、無論是管外還是管內(nèi)，翅片管的換熱面積都大大地增大了;

　　(2),翅片與介質(zhì)流動的管路為一體結(jié)構(gòu)，結(jié)合率為 100%，間隙熱阻為零，大大改善了傳熱的效果，而且不存在熱腐蝕的問題;

　　(3)、對介質(zhì)流動管路截面形狀進行了優(yōu)化設(shè)計，管腔的形狀和數(shù)量發(fā)生變化。在入口介質(zhì)質(zhì)量流速不變的情況下(壓縮機出口流量)，由于橫截面積或管腔當(dāng)量直徑減少，而導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)增加。

　　(4)、翅片管強度高，耐熱震和機械震動、熱膨脹性能好，結(jié)構(gòu)可靠，壽命長。

　　(5),翅片光滑無毛刺，無褶皺，不易結(jié)塵、結(jié)垢，易于清洗和排除表面積水，流體阻力小，能長期保持良好的傳熱性能。

　　(6),母材采用鋁材，重量非常輕。材料鋁的密度小，傳熱性能好，且耐腐蝕性高，容易加工成形狀復(fù)雜的換熱管。

　　7),翅片厚度小，高度較高，翅片間距較小，管壁厚度也比較小。而且可以根據(jù)工件的不同需要來改變各個參數(shù)的大小。

　　(8),翅片與介質(zhì)流動的管路為一體化加工，加工工藝非常簡單，僅需一道工序，就是在母材—管狀形的鋁管上用特制的刨床上進行加工。

　　(9)、設(shè)備投資少，僅需主體加工設(shè)備和簡單的焊接設(shè)備和彎管設(shè)備;生產(chǎn)成品率高，泄漏點少。綜上所述，AIF 管是一種新型而高效的換熱管，其發(fā)展前景非常樂觀。

　　5、結(jié)論鋁整體鋁翅片管(AT 管)加工技術(shù)，屬國內(nèi)首創(chuàng)，處于國際**地位。經(jīng)過分析研究，AIF 管的應(yīng)用市場非常廣闊，可以用它來替代當(dāng)今換熱性能良好的板翅式換熱器和軋片管，并且熱性能和經(jīng)濟性能都得到了進一步的改善。不難推測，AIF 管將是換熱界的新寵兒，它將在汽車空調(diào)、各式空冷器和油壓中冷器等等的換熱器上大有作為。