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某化工企业四台换热器出现管板腐蚀问题，该换热器管板直径1500；介质为五氯丙烷；温度50℃；管束与管板采用焊接方式连接，焊缝部位出现腐蚀情况。
换热器是利用循环冷却水的温度来控制壳程介质温度的，在运行过程中当壳程介质温度 高时靠换热器对壳程介质进行降温，冷却循环水在管束内流动，壳程介质在壳体内管束外流动，通过两者的热量交换，进而使壳程介质达到工艺要求温度的目的。由于在使用过程中，循环冷却水在管束内流通，较*因为循环水中杂质冲刷造成管板上管束焊接口处腐蚀渗漏；另外在运行中，管束内输送的水就是一种电解质，因此换热器管板腐蚀原因还有一部分带有电化学的性质，水内杂质对腐蚀影响*大的就是水中的溶解氧，水的PH值会明显影响换热器管板的腐蚀速度。
管壳式换热器由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差**过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：
（3）小管径翅片管换热器的生产需要采用新的铜管盘拉工艺，新的铜管轧制工艺，和新的胀管工艺。小管径翅片管换热器导致换热器的翅片面积减少以及流路数目增多，因此需要与新型高效的换热翅片，新型的均匀分流的分配器配合使用。
管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。
（1）小管径翅片管换热器能够提高换热系数，降低换热器成本和制冷剂充注量。采用5mm铜管替代原9.52mm铜管，换热系数提升10%左右，成本降低50%以上，充注量降低25%左右。
空调器；翅片管换热器；小管径；翅片；分配器
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引言
换热器是制冷空调设备中的重要组成部件。在影响制冷空调产品整机能效的各项因素中，换热器传热温差导致的不可逆损失是其中*主要的因素；在决定整机体积大小的因素中，换热器也大多是*主要因素。因此，换热器的优化成为制冷空调产品中提升能效、减少体积与材料消耗的关键。
应用于制冷空调产品中的换热器型式较多，包括翅片管式换热器、板式换热器、微通道换热器等。这些换热器的技术进展，主要在换热性能提升、生产工艺改进，以及和整机的优化匹配。换热器长时间运行后，会出现性能衰减的问题，从而导致空调器的能效降低，因此换热器在长期运行条件下能否保持高效的换热性能也是技术发展的重要方向。

能均变好。反射式分配器在额定制冷工况下，随着流量的增加，性能变差；在额定制热工况下，随着流量的增加，性能变好。在倾斜15°安装时，插孔式分配器在额定制冷工况下，随着流量的增加，性能变好；在额定制热工况下，随着流量的增加，性能变差。圆锥式分配器在额定制冷和额定制热工况下，随着流量的增加，性能均变好；反射式分配器在额定制冷工况和额定制热工况下下，随着流量的增加，性能均变差。插孔式分配器的不均匀度随着安装角度的增加而大幅增加；圆锥式分配器的不均匀随着安装角度的增加先减小后增加，在安装角度为30°时，不均匀度*小；反射式分配器的不均匀度随着安装角度的增加平缓地增加。
图6示出了一种新型的分配器结构，能够在分配器内部实现稳定对称的环状流，具有更高的分配均匀性[18]。这种新型分配器在任意安装角下均具有良好的分配性能。新型分配器的设计思路是在分配器的进口管中构建环状流并通过出口管实现均匀的分配环状流。在传统圆锥式分配器中，分配器的进口管内是不规则的泡状流，导致一部分出口管中液体很多，另一部分出口管中气体很多，如图7（a）、7（b）所示。在新型的分配器中，分配器的进口管内是对称分布的环状流，其中液相均匀地分布在进口管的管壁上，气相位于液相中心，如图7（c）所示。当出口管也对称地布置在进口管的壁面上时，对称分布的制冷剂会均匀地分配到所有的出口管内，如图7（d）所示。因此新型分配器通过形成环状流可在任意安装角度下实现均匀分配。
图6 基于环状流流型整流的新型分配器
翅片管换热器是制冷空调领域中应用*广泛的换热器型式，缩小换热器管径可以有助于提升翅片管换热器的性能，缩小体积、降低成本。本文综述了近年来小管径翅片管换热器的发展过程，阐述了换热管细径化的原因，分析了使用小管径铜管的优点；调研了换热管细径化对空调器整机性能的影响，以及对换热器制造加工的影响；介绍了适用于小管径翅片管换热器的翅片设计技术和适用于小管径翅片管换热器的分配器开发技术。*后总结了采用小管径换热器的空调器整机研发方案。
翅片管式换热器是目前应用*广泛的换热器型式，其中管子采用铜管，翅片采用铝片。家用空调器的蒸发器和冷凝器基本上均采用翅片管式换热器，该型式换热器每年的产量达到数亿套。目前翅片管式换热器的主要研究进展是紧凑化，即采用小管径铜管。小管径换热器具有更高的换热系数和更低的制造成本，有利于提高空调器的整机性能。近年来，小管径换热器的优化设计、制造工艺、实际应用等方面研究进展很大，使得小管径空调占据**过20%的空调器市场。
传统的U型管锁紧机构中，每一个U型管锁紧装置只能夹住一根U型管，加工效率比较低，无法满足日益增长的换热器的需求。现有**公开了一种一次能夹住多根U型管、加工效率高的组合式U型管锁紧装置[9]。该装置包括有基座，在基座的头部设有与U型管配合的高度不同的**U型槽和*二U型槽，在基座上设有定位轴，在定位轴上铰接有**夹块和*二夹块，且在**、*二夹块头部分别设有与U型管配合的凹槽、在其尾部分别设有与Y轴倾斜并且倾斜方向相同的斜槽，在基座的尾部设有可推动**、*二夹块绕着定位轴转动并可勾住U型管的推杆组件。使用该装置加工时，具有明显优势：一是可以同时锁紧两根或多根U型管；二是在推杆上套装有弹簧，将U型管装入基座的U型槽内后，左右夹块会自动闭合，可以直接进行胀管，节省工时，这既大大提高加工效率，又能**夹持U形管的效果*佳化。
传统胀管机一般采用液压驱动系统，往往造成设备总功率颇大，既耗费大量电能又浪费液压油资源。新型节能的胀管技术为全自动胀管机[10]。该类型的胀管机采用伺服电机和变频马达及滚子丝杠副替代液压驱动，使设备总功耗由传统液压降低75%左右。项目设备总功率仅占传统液压胀管机的1/4，节省电能70%，另外还节省了液压油和冷却用水资源。同时结合采用PLC和数字化控制技术，使电动执行器信号传输速度更快，电动执行器的灵敏度、精度较高，污染源少，低噪音，成本较低，且控制精密；根据设定参数实现精确控制，在高精度传感器、计量装置、计算机技术支持下，能够大大**过其他控制方式能达到的控制精度。
图7 分配器进出口管的不同连接形式对比
均匀分配环状流的实现方法是使进出口管采用新型的T型连接代替传统圆锥式分配器的Y型连接。T型连接结构中的出口管对称地安装在进口管的壁面上；而Y型连接的出口管则安装在进口管中心。在T型连接结构中，分配器的出口管对称地布置在进口管壁上，保证了每个出口管的进口状态都是相同的。
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小管径空调器整机研发方案
直接在空调换热器中应用小管径铜管替代大管径铜管存在着一些应用的技术难题，这里给出了解决这些问题的方案，具体如表2所示。
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鉴于制冷空调产品中换热器的重要性，作者拟采用系列论文的形式，介绍相关技术进展。本文作为其中的**篇，介绍小管径翅片管式换热器技术的进展。
综合评估小管径对空调器换热器的影响，需要采用更细致的分析方法。对于每一款具体的制冷空调产品，为了在缩小换热管后达到*优的性能，需要专门优化。
固定管板换热器主要由外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。
在固定管板换热器中，由于管程内流体与管程流体之间具有温差，而换热器和壳体与管版固定连接，这样在使用状态时，壳体与管子之间有膨胀差存在，壳体和管子受 到轴向载荷。为了避免壳体和换热器破坏、换热器失稳、换热管从管板上拉脱，就应设置膨胀节，以降低壳体和换热器的轴向载荷。
减小空调器换热器中换热管的管径，带来的主要影响为：换热面积减少，但换热系数增加，换热量的增加与否取决于具体的工况；摩阻系数增大，制冷剂流动阻力加大，压降上升；蒸发器内蒸发温度下降，冷凝器内冷凝温度上升，进而影响系统效率。制冷剂侧换热系数的增大可以提高换热器的换热性能，但换热面积的减小和制冷剂沿程阻力损失的增大可以降低换热器的换热性能和系统的能效。下面是翅片管式换热器的细径化对空调整机性能的影响进行定性的结论：
换热器使用小管径铜管以后，管内流动阻力增大，使得换热器需要更多的流路数目。这就带来了一个新的问题：蒸发器前制冷剂多路分配均匀性难以保证。为此需要有性能良好的分配器。目前提升分配器性能的方法主要有两种：（1）试验研究空调常用分配器的分配性能的影响因素，使分配器工作在*佳运行条件下；（2）设计新类型的分配器结构，实现均匀对称的两相流型，从而保证分配的均匀性。
现有公开的文献通过试验验证了纵向涡发生器在翅片管式换热器中的应用。Wang提出了一种开设矩形翼和二级梯形翼的新型纵向涡翅片，如图4（a）所示。仿真结果表明，新型纵向涡翅片能够使换热性能提升1.8%～24.2%，同时使得空气阻力提升1.3%～29.1%。新型翅片性能通过试验进行了验证，并和仿真结果相吻合。Lin提出一种在铜管后缘开设弧形三角翼的纵向涡翅片，如图4（b）所示。当Re在1100～3000范围内变化，新型纵向涡翅片Nu比平翅片高16.1%～28.7%，阻力因子f比平翅片高7.6%～15.2%。
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适用于细径化换热器的高效翅片
换热器的细径化减小了单根铜管的管内换热面积，需要与换热性能更高的翅片配合使用。提升翅片的换热性能的方法主要是优化翅片表面的结构参数，包括换热翅片的孔间距，换热翅片的强化结构。目前适用于细管径的翅片的孔间距已经经过了充分的优化，而且多种孔间距结构已经被开发和量产使用，如表1所示。但是目前量产使用的翅片的强化结构类型依然只有传统的桥缝和百叶窗缝这两种。公开的文献中正在研究的新型强化类型主要有镂空翅片和纵向涡翅片。
新型镂空翅片主要用于热泵型空调器的室外机中。热泵型空调器室外机使用小管径铜管面临的主要问题是：低温制热工况下小管径室外机*被霜层堵塞。为了克服小管径室外机的霜堵问题，一种新型的翅片——镂空翅片被应用到空调室外机中[11]，用于替代传统的波纹翅片，如图2所示。
图2 新型镂空翅片替代波纹翅片示意图
新型镂空翅片不仅能够提高非结霜工况下的空气侧换热系数，而且在结霜工况下能够避免水桥积聚和霜层堵塞，能够提高房间空调器的全年性能系数（APF）。在非结霜工况下，优化后的镂空翅片的换热量比波纹翅片高7.5%；在结霜工况下，优化后的镂空翅片的换热量比波纹翅片高3.4%。使用新型镂空翅片的空调器APF比波纹翅片的空调器APF高4%，比条缝翅片的空调器APF高2.1%[12]。
纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时，较小幅度地增加其流动阻力，是一种强化翅片形式[13]。纵向涡发生器可以采用不同的几何结构，如图3所示。纵向涡发生器的攻角、数目、摆放位置均会对其传热性能产生明显的影响，需要进行优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°，采用3对矩形小翼时，管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度**过了其流动阻力增加的幅度，与未采用强化措施的换热器相比，其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%，相应的流动阻力增加了54.4%～72%；空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大，但空气侧的局部换热能力在*5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响；与纵向涡发生器的顺排布置相比，纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时，可以在保证强化换热水平的同时，进一步减小换热器流道内的流动阻力。