換熱器翅片加工精度及質(zhì)量控制探討
2015-04-29 00:00:00丘冠軍
【摘 要】提高板翅式換熱器翅片加工精度，采用有效的措施來(lái)控制翅片的質(zhì)量，有利于保證換熱器的使用性能。本文歸納總結(jié)了板翅式換熱器翅片在制造過(guò)程中的質(zhì)量控制技術(shù)，全面分析了翅片原材料、尺寸、外形、阻力特性、清洗及烘干等方面對(duì)質(zhì)量控制技術(shù)的影響，在提高換熱器質(zhì)量方面進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】翅片；板翅式換熱器；質(zhì)量控制；阻力特性
0.引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，工業(yè)生產(chǎn)得到了良好的發(fā)展，板翅式換熱器因其重量輕和傳熱效率高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是我國(guó)的板翅式換熱器制造水平仍不夠高，翅片的制造質(zhì)量仍存在一些問(wèn)題。如何采取有效技術(shù)來(lái)做好翅片質(zhì)量控制工作成為了工作人員需要解決的問(wèn)題。下面就此進(jìn)行討論分析。
1.基本結(jié)構(gòu)
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，通常由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片組成。在相鄰兩隔板間放置翅片、導(dǎo)流片和封條組成夾層，稱(chēng)為通道，將這樣的夾層根據(jù)流體的不同方式疊置起來(lái)，釬焊成整體便組成板束，板束是板翅式換熱器的核心，配以必要的封頭、接管和支撐就組成了板翅式換熱器。
翅片是板翅式換熱器最基本的元件，傳熱過(guò)程主要通過(guò)翅片熱傳導(dǎo)及翅片與流體之間的對(duì)流傳熱來(lái)完成，同時(shí)承擔(dān)兩隔板之間的支撐作用。盡管翅片很薄（常用的有0.15～0.50mm）卻能承受較高的壓力。
常用的翅片形式有平直翅片、多孔型直齒翅片、鋸齒翅片和波紋型翅片。
平直翅片是由金屬薄片沖壓而成的，具有較高的承壓強(qiáng)度，換熱系數(shù)和流動(dòng)阻力系數(shù)都比較小，其換熱和流動(dòng)摩擦特性與管內(nèi)流動(dòng)相似。這種翅片一般用于流動(dòng)阻力要求較小而其自身的傳熱系數(shù)又比較大（例如液側(cè)或相變）的場(chǎng)合。
多孔翅片是先在金屬薄片上沖孔，然后再?zèng)_壓成型。翅片上密布的小孔使熱阻邊界層不斷破裂，從而提高了傳熱性能，也有利于流體再分配。
鋸齒形翅片可看作是由平直翅片切成許多短小的片段，并相互錯(cuò)開(kāi)一定間隔而形成的間斷式翅片，這種形式的翅片對(duì)促進(jìn)湍流和破壞熱阻十分有效。換熱系數(shù)比平直翅片高30%以上，又稱(chēng)高效翅片。鋸齒形翅片多用于需要強(qiáng)化換熱（尤其是氣側(cè)）的場(chǎng)合。
波紋翅片是將金屬薄片沖壓成一定的波形，形成彎曲流道，通過(guò)增加流體的擾動(dòng)來(lái)提高傳熱性能，有較高承壓能力。
2.質(zhì)量控制要點(diǎn)和控制技術(shù)
雖然現(xiàn)在我國(guó)《鋁制板翅式熱交換器》標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際ALPEMA標(biāo)準(zhǔn)均未對(duì)翅片的質(zhì)量控制要求作出具體規(guī)定，作為板翅式換熱器中的最基本的換熱單元，翅片質(zhì)量的好壞直接決定了芯體釬焊縫的質(zhì)量，從而影響換熱器的換熱性能，因此加強(qiáng)換熱器翅片的質(zhì)量尤為重要，現(xiàn)階段主要從翅片材料、翅片尺寸、翅片性能檢測(cè)以及翅片的清洗等方面來(lái)控制翅片的質(zhì)量。
2.1翅片材料
翅片沖制前應(yīng)核對(duì)材料和材料證明，確保符合圖樣和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。沖制前用壁厚千分尺檢查鋁箔材料厚度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。鋁箔材料表面不允許有明顯腐蝕或難以清除洗凈的大片油污。當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋁箔材料制造廠家提供的材料有時(shí)會(huì)因熱處理問(wèn)題有軟硬不均的情況，沖制過(guò)程應(yīng)予以關(guān)注，材料的軟硬不均會(huì)導(dǎo)致翅片形狀和翅片高度的變化。
2.2翅片尺寸和外形
單元翅片結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要幾何參數(shù)有：高度H、厚度t、節(jié)距p、每齒長(zhǎng)度B、翅側(cè)垂直度α、切開(kāi)距離e、沖孔孔徑ф、翅端平面A和折彎圓角R。
翅片沖制成型后檢查翅片表面是否有毛刺、是否平整，這會(huì)直接影響產(chǎn)品的氣阻特性，毛刺多則阻力大。為保證釬焊焊縫寬度，避免材料在成型過(guò)程中過(guò)大的機(jī)械損傷，翅片成型后及時(shí)進(jìn)行投影檢查是非常重要的，一般要求模具調(diào)試好以后，首件零件和沖制一百萬(wàn)次后應(yīng)進(jìn)行投影檢查（檢查項(xiàng)目和建議控制要求見(jiàn)表1）。
用公法線千分尺測(cè)量翅片高度H，翅高的尺寸公差為
翅片節(jié)距對(duì)換熱器的換熱性能和阻力特性均會(huì)產(chǎn)生重要影響，因此翅片節(jié)距的控制是一個(gè)鍵項(xiàng)目，測(cè)量的方法通常通過(guò)單位長(zhǎng)度的翅數(shù)進(jìn)行計(jì)算判斷，同時(shí)也可測(cè)量每米長(zhǎng)度內(nèi)的翅片數(shù)，控制的公差必須在±2%以?xún)?nèi)。隨著工業(yè)的發(fā)展，為了提高換熱性能，所有翅片均會(huì)向節(jié)距小的方向發(fā)展。
成型翅片的翅端平面和折彎圓角對(duì)釬焊來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)關(guān)鍵因素，若翅端平面大一些，則釬焊時(shí)的接觸面也會(huì)大一些，這樣有利于增加釬焊縫的承壓強(qiáng)度。當(dāng)然翅端平面和折彎圓角存在一定的函數(shù)關(guān)系，折彎圓角大，則翅端平面小；若折彎圓角小，則翅端平面大。根據(jù)機(jī)械彎曲的最小彎曲半徑推算，成型翅片的折彎圓角只能做到：R≥（1.5～2.5）t，在實(shí)踐中應(yīng)盡量用最小的折彎圓角。同時(shí)在實(shí)踐過(guò)程中，有的企業(yè)為了追求最大的翅端平面和最小的折彎圓角，通過(guò)強(qiáng)力形成翅端平面，導(dǎo)致翅端角部材料嚴(yán)重變形和減薄，出現(xiàn)應(yīng)力集中，降低承壓能力。
翅片成型形狀會(huì)直接影響翅片在釬焊高溫下的穩(wěn)定性，出現(xiàn)翅片失穩(wěn)將導(dǎo)致產(chǎn)品整體下凹，同時(shí)在高溫下翅片失穩(wěn)會(huì)呈現(xiàn)多米諾骨牌現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)局部失穩(wěn)則會(huì)帶動(dòng)相鄰翅片高溫失穩(wěn)，從而出現(xiàn)整體嚴(yán)重下凹等質(zhì)量問(wèn)題。因此，在實(shí)踐過(guò)程中不能僅考慮翅片高度和節(jié)距，同時(shí)還要高度重視翅片的成型形狀，應(yīng)盡量保證翅片兩側(cè)的垂直度。
2.3翅片阻力性能
一般企業(yè)只能對(duì)翅片的尺寸等實(shí)施檢測(cè)和控制，為了進(jìn)一步提高對(duì)翅片質(zhì)量的有效控制，筆者研制了一種新的判定板翅式換熱器翅片質(zhì)量的方法，即通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量翅片的阻力特性曲線來(lái)判斷翅片的質(zhì)量：采用翅片風(fēng)動(dòng)測(cè)試臺(tái)位測(cè)量翅片的阻力特性，利用計(jì)算機(jī)控制以標(biāo)準(zhǔn)阻力特性曲線為判定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)測(cè)量壓差、溫度和流量算出翅片的摩擦因子和雷諾數(shù)，如果這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)曲線的下方就判定翅片是合格的，反之，則不合格。當(dāng)然，在實(shí)際生產(chǎn)中通常會(huì)給定一定的公差帶來(lái)判定翅片的質(zhì)量。通過(guò)以上方法能直接、定量地測(cè)量翅片的阻力特性，以判斷翅片成型的質(zhì)量。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，翅片齒數(shù)、厚度、切開(kāi)程度、寬度以及是否清洗等對(duì)翅片的阻力特性均有直接的影響。
2.4翅片的清洗和烘干
翅片成型后應(yīng)進(jìn)行清洗，以確保其表面沒(méi)有固體物質(zhì)、浮銹、清洗液、油斑、堿跡及水漬等。當(dāng)前常見(jiàn)的清洗方法有物理清洗和化學(xué)清洗，優(yōu)先推薦化學(xué)清洗，因其可以去除鋁材表面的氧化膜，為真空釬焊創(chuàng)造條件。當(dāng)然因環(huán)保的需要，當(dāng)前很多企業(yè)使用了物理清洗，也能達(dá)到清洗的目的，但物理清洗無(wú)法去除鋁材表面的氧化膜，對(duì)真空釬焊會(huì)有一定的影響，在技術(shù)上也可通過(guò)改進(jìn)釬焊工藝和使用破除氧化膜的釬劑來(lái)達(dá)到真空釬焊的目的。
清洗后進(jìn)行油份檢測(cè)是驗(yàn)證清洗質(zhì)量的有效方法，在被檢測(cè)零件表面100mm×100mm范圍進(jìn)行取樣，取樣需有代表性，特別注意檢查那些有明顯油斑的部位。翅片清洗后表面含油量一般應(yīng)控制在30mg/m2范圍。
清洗之后應(yīng)對(duì)所有清洗零件進(jìn)行干燥處理，確保表面處于干燥狀態(tài)，因?yàn)槌崞慵砻娉睗駥?yán)重影響抽真空的效果，從而影響真空釬焊的質(zhì)量。
3.結(jié)語(yǔ)
總的來(lái)說(shuō)，鋁制板翅式換熱器翅片的制造水平和加工精度控制在生產(chǎn)中有一定的難度，這就需要生產(chǎn)企業(yè)不斷提高自身的技術(shù)水平和制造水平，通過(guò)抓住翅片制造質(zhì)量控制要點(diǎn)、難點(diǎn)、最新控制技術(shù)和質(zhì)量問(wèn)題的后續(xù)影響這幾方面，完善和發(fā)展翅片的生產(chǎn)技術(shù)，以提高相關(guān)的制造技術(shù)和能力。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王偉平，等.多孔式翅片傳熱與流阻特性分析[J].低溫工程，2012，（2）.
[2]張瑜.板翅式換熱器翅片的質(zhì)量控制技術(shù)[J].化工機(jī)械，2014.
