張勝文

（北京市國中景山壓力容器制造有限公司，北京 100040）

中央空調(diào)用干式蒸發(fā)器防泄漏的技術(shù)改進(jìn)

張勝文

（北京市國中景山壓力容器制造有限公司，北京 100040）

對導(dǎo)致原干式蒸發(fā)器出現(xiàn)泄漏的原因進(jìn)行了分析，并從設(shè)計和加工工藝兩方面對其進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，生產(chǎn)試驗和用戶使用的結(jié)果表明，改進(jìn)后的干式蒸發(fā)器從根源上徹底解決了原干式蒸發(fā)器存在的泄漏問題，滿足了用戶的使用要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

中央空調(diào)；干式蒸發(fā)器；泄漏；技術(shù)改進(jìn)

臥式殼管蒸發(fā)器是對液體載冷劑進(jìn)行冷卻的一種常用蒸發(fā)器，主要有滿液式和干式兩大類型式。干式蒸發(fā)器主要用于氟利昂制冷系統(tǒng)中，其外形和結(jié)構(gòu)雖然與滿液式蒸發(fā)器基本相同，但具有以下優(yōu)點：制冷劑在管內(nèi)流動，充液量少；制冷劑流速較高，潤滑油容易返回壓縮機(jī)；冷量損失少；傳熱管不致發(fā)生凍結(jié)等[1～3]。為此，在離心式和螺桿式冷水機(jī)組這兩種型式的中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)中，干式蒸發(fā)器被廣泛采用。

干式蒸發(fā)器是北京市國中景山壓力容器制造有限公司生產(chǎn)經(jīng)營的一種主流產(chǎn)品。公司原來生產(chǎn)的干式蒸發(fā)器為雙管板箱式結(jié)構(gòu)，其換熱管束為直管形式。用戶在使用過程中，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器直管與管板連接部位出現(xiàn)了泄漏情況，只得停機(jī)檢修。這給用戶帶來很大的維修工作量，又影響了設(shè)備的正常使用，造成了巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

為了排除故障，筆者從結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝兩方面對其進(jìn)行了分析研究，找出了故障原因，并結(jié)合生產(chǎn)試驗進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，從根源上徹底解決了原干式蒸發(fā)器存在的泄漏問題。

1 原干式蒸發(fā)器泄露原因的分析研究

原干式蒸發(fā)器的技術(shù)參數(shù)如表1所示，結(jié)構(gòu)如圖1所示。蒸發(fā)器為雙管板結(jié)構(gòu)，筒體兩端各設(shè)一塊固定式管板。其換熱管束為直管，兩端分別插入管板孔中，并通過機(jī)械脹管的方式與管板連結(jié)。

通過對出現(xiàn)泄漏情況的干式蒸發(fā)器進(jìn)行維修檢查與解體分析發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)泄露點是由管板與Φ16×1.2換熱管的脹接部位產(chǎn)生裂紋或細(xì)微縫隙導(dǎo)致的。

表1 干式蒸發(fā)器的技術(shù)參數(shù)

圖1 原干式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合多年的工作經(jīng)驗與相關(guān)理論知識對此現(xiàn)象進(jìn)行分析[4～11]，導(dǎo)致干式蒸發(fā)器出現(xiàn)泄漏的原因可能有兩種：一是由于空調(diào)用冷水機(jī)組在運(yùn)行過程中，蒸發(fā)器內(nèi)溫度的反復(fù)變化造成銅質(zhì)換熱管束與鋼質(zhì)殼體的熱脹冷縮程度有很大差異，由此產(chǎn)生的強(qiáng)大熱應(yīng)力使換熱管與管板脹接部位發(fā)生微細(xì)裂紋并逐步延伸擴(kuò)展，直至形成泄漏縫隙；二是由于對換熱管與管板進(jìn)行機(jī)械脹接時，存在過脹現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱管管端過薄，制冷劑與載冷劑的高速流動使得管口失穩(wěn)，并逐漸產(chǎn)生裂紋，形成泄漏縫隙。

2 干式蒸發(fā)器的技術(shù)改進(jìn)

根據(jù)上述原干式蒸發(fā)器泄漏原因的分析，要從根源上徹底解決此泄漏問題，應(yīng)從設(shè)計和加工工藝兩方面對其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

2.1 干式蒸發(fā)器的設(shè)計改進(jìn)

原干式蒸發(fā)器為雙管板與直換熱管結(jié)構(gòu)，內(nèi)部溫度反復(fù)變化時會產(chǎn)生的強(qiáng)大熱應(yīng)力，使脹接部位出現(xiàn)泄漏。若在設(shè)計時就將其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，改用圖2所示單管板與U型換熱管結(jié)構(gòu)，即可很好地消除熱應(yīng)力，避免泄露。

圖2 U型管干式蒸發(fā)器

改進(jìn)后的U型管干式蒸發(fā)器中，U型換熱管束的管口一端全部固定在單管板上，彎管一端全部為自由端，且彎管端與蒸發(fā)器殼體端板留有足夠距離，保證任何時刻不能有接觸。由此，蒸發(fā)器內(nèi)部溫度變化時換熱管束與管板的脹接部位不會再產(chǎn)生熱應(yīng)力，杜絕了裂紋及縫隙的生成，避免了泄漏。

2.2 干式蒸發(fā)器的加工工藝改進(jìn)

改進(jìn)后的U型管干式蒸發(fā)器換熱管采用紫銅管，與碳鋼管板連接時不易焊接，用機(jī)械脹接法較好。為了保證干式蒸發(fā)器的質(zhì)量和性能，保證空調(diào)機(jī)組運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生泄漏，還需要在管孔加工、換熱管與管板的脹接、換熱管的矯直與切斷等加工制造環(huán)節(jié)上進(jìn)行工藝改進(jìn)。

2.2.1 管孔凹槽加工工藝改進(jìn)

干式蒸發(fā)器在加工制造過程中，需要保證換熱管與管板連接部位滿足設(shè)計和使用要求，即連接牢固、密封性好，有足夠的連接強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，否則在溫差變化以及管程與殼程壓差的作用下，換熱管與管板連接部位可能產(chǎn)生松動，從而形成泄漏縫隙。

圖3 管板管孔與凹槽示意圖

我公司生產(chǎn)的型號為RZ1000V2Y的干式蒸發(fā)器中，換熱管直徑為Φ9.52mm，材質(zhì)為紫銅管，管板厚度為38mm，材質(zhì)為Q345R。管板上管孔與凹槽的尺寸、公差、表面粗糙度，如圖3所示。

干式蒸發(fā)器管板孔槽加工時，管徑較小，管板布管密集，如圖4所示，原鉆孔和鏤槽的機(jī)床又難以達(dá)到圖樣設(shè)計精度要求。

圖4 管板布管尺寸圖

為了保證脹接質(zhì)量，管板上采用了兩道凹槽。但這兩道凹槽的加工工藝要求很高，特別是凹槽深0.5mm，與管孔同軸度0.05mm，我公司原有設(shè)備很難達(dá)到這種加工精度要求，且直徑Φ9.52mm的鏤槽刀國內(nèi)沒有生產(chǎn)廠家，制造相當(dāng)困難，因此幾次工藝試驗均告失敗。最后通過多方查詢，購置了英國生產(chǎn)的專用鏤槽裝置。

2.2.2 換熱管與管板的脹接工藝改進(jìn)

干式蒸發(fā)器的U型換熱管與管板的連接采用機(jī)械脹接的方式。脹接的方法是將脹管器插入管口內(nèi)徑，順時針旋轉(zhuǎn)，將管端部脹大，使管端局部產(chǎn)生塑性變形，同時管板孔也被脹大，產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)退出脹管器后，管板產(chǎn)生彈性恢復(fù)，使管外壁與管板孔的接觸面產(chǎn)生很大擠壓力，實現(xiàn)換熱管與管板牢固結(jié)合，達(dá)到密封的目的，并且保證在使用中也不會泄露。

脹接工藝的關(guān)鍵在于掌握合適的脹接程度，不要欠脹和過脹。特別要注意的是，過脹會使管壁減薄量增大，甚至發(fā)生裂紋，且過脹后不能修復(fù)，整根紫銅管將報廢。因此，根據(jù)反復(fù)計算和工藝模擬試驗的結(jié)果，筆者得出了最佳脹度為1%～1.9%的結(jié)論，這時可以大大提高脹接質(zhì)量，降低銅管廢品率。為了更好地保障脹接質(zhì)量，我公司又從日本購買了圖5所示的專業(yè)數(shù)控脹管調(diào)節(jié)機(jī)和脹管器，以便根據(jù)脹接力大小自動調(diào)節(jié)扭矩大小，達(dá)到換熱管與管板的密封要求。

2.2.3 換熱管的矯直與切斷工藝改進(jìn)

干式蒸發(fā)器采用的Φ9.52×0.4mm紫銅管為整卷圓盤料供貨，加工制造蒸發(fā)器時需要自行矯直和切斷。切管下料時，要保證不破壞管的圓度和表面質(zhì)量，管端面不能有毛刺，換熱管長度要一致，生產(chǎn)效率要高。

圖5 日本進(jìn)口脹管機(jī)

由于當(dāng)時矯直切管設(shè)備昂貴，為了降低成本，又要保證工藝要求，筆者研制了簡易矯直切管機(jī)。首先，采用三套矯正輪，分120°，三個方向均布，將管固定；其次，按紫銅管外徑公差大小配置滾輪，保證銅管不會損壞；笫三，切管時采用高速鋼鋸片刀，保證平穩(wěn)、安全、快速。這套自行研制的矯直切管機(jī)，經(jīng)生產(chǎn)使用證明，完全滿足了加工質(zhì)量和加工效率的要求。

3 改進(jìn)后干式蒸發(fā)器的試驗與生產(chǎn)應(yīng)用

我公司對經(jīng)過設(shè)計和工藝改進(jìn)后的干式蒸發(fā)器進(jìn)行了性能試驗，并模擬了實際應(yīng)用條件，結(jié)果表明改進(jìn)后的蒸發(fā)器具有體積小、重量輕、密封性能好等優(yōu)點，沒有出現(xiàn)泄漏情況。

批量生產(chǎn)以后，經(jīng)過訂單用戶“阿爾西制冷集團(tuán)公司”的驗收和使用也表明，我公司生產(chǎn)的干式蒸發(fā)器完全達(dá)到了使用要求。此后，阿爾西制冷集團(tuán)公司一直使用我公司生產(chǎn)的蒸發(fā)器和冷凝器。多年來的實踐證明，我公司的蒸發(fā)器和冷凝器質(zhì)量好，徹底解決了泄漏的問題，用戶也因此對我公司產(chǎn)品給予了高度評價與肯定。

4 結(jié)束語

經(jīng)過改進(jìn)后的干式蒸發(fā)器，從結(jié)構(gòu)設(shè)計原理方面徹底消除了泄漏的根源，從加工制造工藝方面使產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高與保障，滿足了生產(chǎn)與使用要求，并經(jīng)受住了試驗與實際應(yīng)用的雙重考驗。這些技術(shù)改進(jìn)方法不但為中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)用干式蒸發(fā)器的設(shè)計與加工提供了可靠的依據(jù)，也可以推廣到其他類型的換熱器設(shè)計與生產(chǎn)工藝中。

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Technical Im provementof Leakproof on Dry Expansion Evaporator for CentralAir Conditioning System

ZHANGSheng-wen
(BeijingGuozhong Jingshan Pressure VesselManufacturing Co.，Ltd.，Beijing 100040，China)

The reason of leading to leakage of theoriginaldry expansion evaporator isanalyzed.Technical improvements in design and processing technic are carried out.The results of production testing and consumers'using indicate that the improved dry type evaporator has completely eliminated the problem of leakage and the new evaporators havemet the consumers'requirements.Thequality and reliability ofproductsare also improved.

centralair conditioning system；dry expansion evaporator；leak；technical improvement

TB657.5

B

1672-545X（2014）04-0162-03

；2014-01-03

張勝文（1968—），男，北京人，工程師，本科，從事機(jī)械設(shè)計工作。