999-一种碳钢_水热管的制造工艺

??22??

能源工程??2000年第5期??????????????EnergyEngineeringNo.52000

一种碳钢??水热管的制造工艺

程??勒

(哈尔滨工业大学动力工程系,黑龙江哈尔滨150001)

摘??要:介绍了一种常用的碳钢??水热管的结构、材料和工质,较详细地说明了这种热管的制造工艺。关键词:热管;材料;工质;制造工艺

中图分类号:TK172??4??????????文献标识码:B??????????文章编号:1004-3950(2000)05-0022-03

ManufactueEngineeringofMakingHeatPipefrom

SimpleSteelandWater

CHENGLe

(HarbinInstituteofTechnology,HarbinHeilongjiang150001,China)

Abstract:Thestructure,materialandworkingmediaofacommonly-usedstee-lwaterheatpipewereintroducedandthemanu-facturetechnologyofsuchheatpipewasillustratedindetail.

Keywords:heatpipe;material;workingmedia;manufacturetechnology

1??问题的提出

热管具有导热性能高、传递热量功率大、结构简单、无运动部件、工作可靠、温度均匀等特点,是一种新型传热元件。用热管制成的换热器得到广泛应用,如能源工程中各种余热回收、空调、太阳能集热器、石油化工企业、航空航天领域等。我国热管技术起步较晚,70年代中期开始研究,80年代得到了一定程度的发展,90年代以来发展缓慢。阻碍热管技术推广应用的原因是多方面的,除了认识上的误区以外,主要原因是热管技术的相互封锁以及热管产品价格高,尤其是热管技术转让价格昂贵等。国外热管技术早已公开,很多热管专利早已过期可以公开无偿使用。随着我国加入WTO的日益临近,将面临国外热管技术的严峻挑战。因此,公开交流热管技术,特别是关键技术之一的热管制造工艺的公开交流,对于普及推广热管技术,开发新的经济增长点,缩小与发达国家的差距,都是客观的需要。笔者结合一个锅炉排烟余热回收换热器所采用的一种热管,介绍其结构和制造工艺,以作抛砖引玉,共同探讨。

收稿日期:2000-05-29

:,2??碳钢??水热管的结构

图1为碳钢??水热管的典型结构,由管壳2、管芯3、端盖1和4、排气管5以及充装的工质??????二次蒸馏水构成。该热管传递热量的功率约为1??1kW。管壳2采用10号低碳钢冷拔无缝钢管,外径??25mm,壁厚1??5mm,有效长度L0=1500mm,管长1510mm。端盖1、4材料为10号圆钢。排气管5材料为10号低碳钢冷拔无缝钢管,外径??6mm,壁厚1??0mm,长度按冷焊钳口宽度的2倍设计。管芯采用多层铜丝网,其中80目铜丝网2层,200目铜丝网6层。

1??端盖??2??管壳??3??管芯??4??带排气管端盖??5??排气管

图1??碳钢??水热管结构

能源工程??2000年第5期??????????????EnergyEngineeringNo.520003??碳钢??水热管的制造工艺

3??1??管壳、端盖、排气管的机械加工

首先选择符合要求的10号低碳钢冷拔无缝钢管做管壳,外径??25mm,壁厚1??5mm,按管长1510mm下料。修磨端面去毛刺,尺寸公差按IT13级控制,本例取L=1510??0.98mm。其次选择端盖用料,可选择10号低碳钢圆钢,下料后上车床粗车,留0??5~1??0mm加工余量精车。本例端盖厚度取??=10mm。注意端盖与钢管内壁面的配合尺寸dw,可采用js过渡配合,本例端盖配合尺寸dw的公差带为??22??0.01mm(适于木锤装配)。最后选排气管用料,选10号低碳钢冷拔无缝钢管,外径??6mm,壁厚1??0mm,长度按设计值下料,下料后修磨端面去毛刺。3??2??管芯制做

管芯用铜丝网卷制后点焊而成,但需首先加工模具??????心棒。心棒用45号圆钢上车床加工而成。因心棒细长,必须使用跟刀架加工,其直径应比dv稍小一些,并留有约0??1mm的间隙。本例心棒直径为??21--0.15

0.25

??23??

3??4??管芯插入管壳

将卷好的多层铜丝网管芯连同心棒一起插入管壳内,注意边均匀旋转边插入。待完全插入管壳后,再慢慢拔出心棒,管芯就在80目铜丝网的弹性力作用下留在管壳内并贴紧管壳内壁面。3??5??端盖的安装及焊接

首先将排气管5插入带排气管端盖4的预留孔中,然后焊好排气管5与端盖4之间的圆形接缝(图1中焊缝处),要求用氩弧焊。再将端盖1和带排气管端盖4分别安装到管子两端,用木锤装配。然后分别焊接两端的由端盖和管壳形成的环形对接缝,要求用氩弧焊。焊完后要求进行焊缝检查,可以用磁粉检验或超声波检验,发现缺陷及时补焊,直到合格为止。3??6??加热除气

为了排除金属零件中的气体,热管应进行加热除气。方法是将热管的排气管(??6)接到真空泵抽气管路上抽真空,同时对热管加热(电加热或喷灯加热)。要求热管真空度达到10-3Pa(N/m2);加热温度达到400??左右,保温除气1h,然后降温到150??时停止抽真空,自然冷却到室温。3??7??充装工质前的准备工作

3??7??1??抽真空及工质充装系统的安装

工质的充装一般在充装台上进行。抽真空及工质充装系统如图2所示。该系统由贮存器、滴定管、真空机组、热管、真空计、连接管路及6个阀门组成。按图示顺序安装好各元件、设备、仪表,要求各部门不漏气。安装好图上未标明的工艺装备??????冷焊钳备用。其位置在热管的排气管处。在开始抽真空之前,所有阀门全部处于关闭状态。3??7??2??工质充装量计算

热管工质充装量必须准确计算,因为充装量偏小将会造成工质循环流动的中断,而充装量偏大将会降低热管的传热性能。计算如下:

m=Vw??L+Vv??v

式中:m??????工质充装量,g;

Vw??????管芯内实际空容积,cm3;Vv??????热管蒸汽空间容积,cm3;??L??????流体工质密度,g/cm;

3

??v??????工质饱和蒸汽密度,g/cm。

3

mm,不带锥度,长为

1710mm。先用200目铜丝网卷绕在心棒上,共6层,尽量卷紧,层间不留间隙。用点焊机点焊接缝处,初步固定。然后再用80目铜丝网卷2层,尽量卷紧,层间不留间隙,最后用点焊机点焊接缝处,并使两种铜丝网固定为一个多层网格整体管芯。最后抽出心棒即可。3??3??清??洗

管壳2,端盖1、4,排气管5以及管芯3均应分别清洗。其中钢件(1、2、4、5)清洗工艺顺序如下:首先碱洗除油,用10%NaOH溶液在60??~70??下清洗3min;然后用80??左右热水冲洗3次;再用自来水冲洗15min。第二步是酸洗,用25%硝酸(HNO3)和5%氢氟酸(HF)混合溶液酸洗。当酸洗槽中浮渣不再增加时为止。去掉浮渣,取出零件。然后用软水漂洗15min,最后用蒸馏水漂洗2次,烘干备用。注意整个碱洗酸洗过程中不准用手直接接触工件,操作时必须戴上医用手套。管芯3的清洗采用酸洗,首先用50%磷酸(H3PO4)和50%硝酸(HNO3)混合溶液对卷好的管芯清洗3min;然后用软水漂洗15min,最后用蒸Vw和Vv可根据设计尺寸计算,算式如下:

v=2v0;

??24??

能源工程??2000年第5期??????????????EnergyEngineeringNo.52000

焊补焊加固。3??10??检验

制成后的热管必须进行检验,主要检查是否漏气。最好用氦质谱仪检查是否漏气。由于氦质谱仪价格昂贵,一般单位不具备,为此本文介绍一种没有质谱仪时的间接检查法:

将热管一端浸入80??~100??左右的热水中,沿热管轴向均匀布置20个左右温度测点,用热电偶测量热管表面温度分布。待所测各点温度稳定后,记录各点温度,并画成温度分布曲线。将此曲线与标准曲线相比较,如两者相符(偏差不超过测量误差即认为相符),则表明不漏气,热管合

1??贮存器??2??阀??3??滴定管??4??阀??5??阀??6??热管7??阀??8??阀??9??真空机组??10??真空计??11??阀

图2??抽真空及工质充装系统示意

2

????Vw=??(r2w-rv)L0??K

格。否则为不合格。经检验合格并打上合格标记的热管即可使用。

式中:rv??????管芯内壁面半径;cm

L0??????热管工作长度;cmrw??????管壳内壁面半径;cm

K??????管芯的孔隙率,本例取K=0.65。根据计算结果,将此充装量的工质注入贮存器(图2中的1),但注入量要稍大于计算充装量(留5%左右余量,充装工质为二次蒸馏水)。3??8??抽真空及工质充装

打开阀4、更多内容请访问久久建筑网
5、7、8、11,启动真空机组抽真空,真空度要达到1??33??10

-3

(a)封口形状??????(b)冷焊钳钳口示意图

图3??封口及冷焊钳口

~1.33??10

-4

Pa(N/m)。

2

当真空度稳定在上述范围内时,关闭阀4,打开阀2,使贮存器中的充装工质??????二次蒸馏水装入滴定管。当滴定管刻度显示达到计算充装量时,立即关闭阀2。然后关闭阀7、8、11,迅速打开阀4,使滴定管中的二次蒸馏水注入热管中。全部注入后,工质充装完毕,即可开始封口冷焊。3??9??封口、切割、补焊

当工质全部充装到热管中时,用事先准备好的专用冷焊钳对排气管进行冷焊封口切割。冷焊钳钳口兼有夹扁、冷焊、封口和切割功能,上述功能连续完成不间断。图3示出封口及冷焊钳钳口形状。冷焊钳左边带台阶刀口用以使排气管夹扁冷焊后留有0??3mm原封口,右边刀口用来切断排气管。冷焊钳口对排气管的作用力F取决于排气管厚度及直径,本例应满足:F??5.4kN。

,4??结??语

热管的制造工艺因不同情况而异,主要取决于管壳管芯和工质的材料,也与工作温度有关。本文介绍的仅仅是一种工艺,不排除有更好的工艺。只有通过相互交流取长补短才能更好地促进热管工艺技术的发展。参考文献:

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