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

∮7 0.43 4﹪

∮7.94 0.43 4﹪

∮9.52 0.47 3﹪

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

∮7 6.64 6.73

∮7.94 7.57 7.61

∮9.52 9.07 9.11

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。