内螺纹铜管基本参数对换热的影响

内螺纹铜管基本参数对换热的影响

换热器在空调中占有重要位置，而内螺纹铜管在换热器中，不论是从换热性能还是成本上来说都是占主导地位。

一、基本介绍

内螺纹铜管又称非平滑管，是指外表面光滑，内表面具有一定数量，一定规则螺纹的铜管。因此与同规格光管相比增加了热交换面积，提高制冷剂侧的热传导率，使得气液界面的扰动大大增加，管底部与顶部的制冷剂液体得到有效搅拌，同时由于表面张力使液膜变薄等原因，使得其传热系数增大（当然对换热器在蒸发和冷凝时影响因数是有差别的，蒸发时：增大换热面积；增加气化核心数量；促使波状流型提前转变为半环状和环状流，从而增加润湿表面；增加了液膜的紊流、扰流度。冷凝时：增大换热面积；在表面张力作用下促使冷凝液离开传热表面而排走，减小了齿顶和槽间的冷媒液膜厚度；增强了液态冷媒的紊流、扰流度，增强气液两相的混合），从而有效提高热交换率，所以它的导热性能要比光管提高百分之三十至四十。

从加工方法上分为无缝内螺纹铜管和焊接内螺纹铜管，目前国内主要使用无缝内螺纹铜管。

二、内螺纹铜管标识

按国标GB/T20928-2007中的要求，内螺纹铜管产品按照产品名称、牌号、状态、外径、底壁厚、齿高加齿顶角、螺旋角、螺纹数和标准编号的顺序表示：

示例1：用TP2制造的，供应状态为M2，外径为9.52mm，底壁厚为0.30mm，齿高为0.20mm，齿顶角为53度，螺旋角为18度，螺纹数为60的无缝内螺纹盘管，标记为：

无缝内螺纹盘管TP2 M2 φ9.52×0.30+0.20-53-18/60

TP2：牌号，是磷脱氧铜，磷脱氧铜是熔解高纯度的原材料，把熔化铜中产生的氧气用亲氧性的磷(P)脱氧，使其氧含量降低到100PPm以下，从而

提高其延展性、耐蚀性、热传导性、焊接性、抽拉加工性，在高温中也不发生氢脆现象。

三、内螺纹铜管齿形基本参数及对其传热性能的影响

齿形图

1、外径D

我们蒸发器目前用φ7管径（C型蒸发器用6.35），冷凝器用φ9.52与φ7管径；由于成本压力，铜管都趋近于细经化，铜管细径化的优点：由于管与管之间距离缩小，使得肋片效率提高、传热有效面积增加、空气流过时的流动阻力减小，强化传热（仅指管外换热，但管内换热面减少的影响远远大于这点，如果实际使用过程中，相同结构能保证管内换热面积相同则细径化优点就能体现出来），但管径太小会造成冷媒阻力变大；对R410A来说，其本身压力较高，能克服这种阻力对它的影响，因此铜管细径化对R22不利。

2、底壁厚Tw

目前内螺纹管底壁厚一般在0.20～0.30mm范围内，底壁厚越薄传热效果越好，但底壁厚过薄会削弱管材的强度以及齿的稳定性，不仅不利于后道工序的U形弯管质量与焊接质量，而且同样也会因齿的稳定性差，影响传热效果。φ7*0.22，φ9.52*0.27

3、齿高H f

齿高是影响传热的重要因素，增加齿高会使内表面换热面积和刺破液膜能力增加，内螺纹管传热效果增强，但齿高的增大受加工技术的限制。目前内螺纹管齿高一般在0.10～0.25mm范围内。φ7*0.10，φ9.52*0.16

4、螺旋角β

螺旋角的存在是为了使流体旋转，使管道中流体产生与径向不同的二次流，增加湍流的强度，从而使对流换热得到加强，换热系数随之增加，所以螺旋角增大能增强换热系数，但随着螺旋角的增大，压力损失也随之增加，故螺旋角也不是越大越好，而是有一个合理的范围。通常在10°～25°范围内（经验值：在此范围内，蒸发管螺旋角小些较好，冷凝管螺旋角大些较好；管径较小时，冷媒流动阻力大，螺旋角应取小值，反之取大值）

5、齿顶角α

齿顶角小，有利于增加内表面换热面积，减薄冷凝传热的液膜厚度，增加蒸发传热的汽化核心，但齿顶角过小，则内螺纹管齿的抗胀管强度过小，齿高在胀管后被压低的程度及齿型的变形量增加会引起传热效率减低，因此在保证齿的抗胀管强度的前提下，内螺纹管的齿顶角尽可能小些。目前一般在40°～60°之间，现国内一些厂家做出的内螺纹瘦高齿齿顶角能达到20°左右。

6、齿数（螺纹数）n

增加齿数即螺纹条数能够增加汽化核心的数目，有利于沸腾换热举措，增加内表面换热面积。但是齿数增加过多，会使齿间距过小，反而减弱了管内流体的被搅拌强度，且加大了齿间液膜厚度，增大了热阻，而降低了换热能力，使得螺纹管的换热效率趋近于光管，故齿数应控制在一定的范围内为宜。

7、槽底宽 W

槽底宽尺寸大有利于传热，但槽底宽尺寸过大，胀管后齿高被压低的程度及齿型的变形量增加，传热效率将降低，因此在保证抗胀管强度的前提下，槽底宽大些好。

8、润周长

增加润周长可以增加汽化核心数，使蒸发传热效率显著提高。因此，对于蒸发器用管，管内横截面润周长越大越好。润周长的增加，可以通过增加齿高和减少齿顶角来实现。

四、齿形分类

为提高空调能效比，最直接的技术途径就是提高换热器传热性能，而控制空调产品成本，最有效的技术措施就是研究并运用传热强化技术，提高换热器单位面积的传热量。因此通过改变齿形参数来提高传热系数，就产生了不同种类的高效内螺纹管，按旋向和齿形分类如下：

单旋向：等高齿（通用C型齿）、高低齿、瘦高翅、M型齿

双旋向：断续齿、交叉齿

图形如下：

现在大量使用的还是普通等高齿，因为复杂齿形的加工难度大，成本较高，还未广泛使用。

瘦高齿：齿顶角减小，槽底宽增大，来提高换热系数

M型齿：在齿上开小槽，增加槽底宽，增加换热面积

断续齿：增加换热面积，促使气液两相转换平稳

交叉齿：形成多个蒸发核心，增加换热面积，强化了紊流，蒸发用管改善较明显

交叉齿与瘦齿铜管能明显改善蒸发性能,M形齿、瘦齿、断续齿也能明显改善冷凝性能,提高能效比

五、加工工艺对螺纹管的影响

1、U形弯管工序

首先，要选择直径大小合适的弯管芯头，芯头的直径一般比内螺纹管内径小0.2～0.4mm,如果芯头选取过大，U形管尾部外侧易开裂，如果选取过小则U形管尾部内侧易起皱；

其次，弯管速度和芯头离U形管尾部位置也很重要，太近尾部外侧易开裂，太远尾部内侧易起皱；

最后，弯管时所用润滑油的黏度和数量也很重要，如果黏度过低或喷油量少，则易造成开裂，并且在之后的胀管过程中，倒齿程度会加大，影响传热效果；反之则易起皱且油脂不易去除，影响传热还会影响焊接。当然做到绝对不起皱很难，大U管折皱质量判定标准：折皱高度0.05mm以下轻微，

0.05-0.2mm严重，0.2m以上折管。

2、胀管工序

胀管目的是为了消除传热管与翅片间缝隙，实现相互之间的连接和传热。一般采用机械胀管，操作简单、成本低，但机械胀管时胀头对螺纹管齿形和

参数有破坏作用。其破坏程度与胀接量大小有关，即胀头大小有关，过胀时管子会有过大的塑性变形，加工硬化现象严重，易产生裂纹，特别会造成倒齿严重，同时冷凝器折弯时容易折管；欠账时铜管未产生足够塑性变形，会使传热管和翅片间产生较大接触热阻，从而降低传热效率。一般铜管胀后齿高降低量应在0.01～0.02之间为妥。

因此，每次内螺纹管规格改变，如壁厚减薄后，都需更换弯管芯头和涨头尺寸，否者就会影响两器换热效果

六、内螺纹管的成型工艺

1、无缝内螺纹铜管成型

从示意图可看出无缝内螺纹管是拉制而成的，管坯ΦD×S经过减径模ΦD6减径后，在高速旋转的钢球ΦD3滚压下，铜管内表面的金属被压进螺纹芯头ΦD5的齿槽，在铜管内表面形成齿高为H0的齿形（底壁厚为S0）;在拉拔力F的作用下，铜管不断向前运动，在铜管内壁就形成连续的螺纹；最后通过定径模ΦD1定径后，成为符合要求的螺纹管ΦD0×S0×H0。

2、焊接内螺纹铜管成型

焊接内螺纹铜管成型工艺过程大致如下

高精度铜带→对焊连接→两次滚压成齿→多辊卷制成管→高频焊接

+气体保护→定径切割等工序最后成为螺纹管。

由此可看出，焊接内螺纹管与无缝管最大不同就是，先成型螺纹齿，再成管形（而无缝管则相反），此种方式可加工复杂高难度齿形，且成型过程免润滑可保持管内清洁度；但是成型过程会产生焊接晶粒同时焊缝会切断螺纹齿，使得成品管的抗拉强度和延伸率降低；因此这对成型过程中的工艺要求非常高，由此加工成本也随之提高。如果这种工艺成熟后，可容易地加工出高效率齿形的内螺纹管，以提升两器换热效率。