中央空调用干式蒸发器防泄漏的技术改进

张胜文

（北京市国中景山压力容器制造有限公司，北京 100040）

中央空调用干式蒸发器防泄漏的技术改进

张胜文

（北京市国中景山压力容器制造有限公司，北京 100040）

对导致原干式蒸发器出现泄漏的原因进行了分析，并从设计和加工工艺两方面对其进行了技术改进，生产试验和用户使用的结果表明，改进后的干式蒸发器从根源上彻底解决了原干式蒸发器存在的泄漏问题，满足了用户的使用要求，提高了产品质量和可靠性。

中央空调；干式蒸发器；泄漏；技术改进

卧式壳管蒸发器是对液体载冷剂进行冷却的一种常用蒸发器，主要有满液式和干式两大类型式。干式蒸发器主要用于氟利昂制冷系统中，其外形和结构虽然与满液式蒸发器基本相同，但具有以下优点：制冷剂在管内流动，充液量少；制冷剂流速较高，润滑油容易返回压缩机；冷量损失少；传热管不致发生冻结等[1～3]。为此，在离心式和螺杆式冷水机组这两种型式的中央空调系统主机中，干式蒸发器被广泛采用。

干式蒸发器是北京市国中景山压力容器制造有限公司生产经营的一种主流产品。公司原来生产的干式蒸发器为双管板箱式结构，其换热管束为直管形式。用户在使用过程中，发现蒸发器直管与管板连接部位出现了泄漏情况，只得停机检修。这给用户带来很大的维修工作量，又影响了设备的正常使用，造成了巨大的直接和间接经济损失。

为了排除故障，笔者从结构设计和加工工艺两方面对其进行了分析研究，找出了故障原因，并结合生产试验进行了技术改进，从根源上彻底解决了原干式蒸发器存在的泄漏问题。

1 原干式蒸发器泄露原因的分析研究

原干式蒸发器的技术参数如表1所示，结构如图1所示。蒸发器为双管板结构，筒体两端各设一块固定式管板。其换热管束为直管，两端分别插入管板孔中，并通过机械胀管的方式与管板连结。

通过对出现泄漏情况的干式蒸发器进行维修检查与解体分析发现，绝大多数泄露点是由管板与Φ16×1.2换热管的胀接部位产生裂纹或细微缝隙导致的。

表1 干式蒸发器的技术参数

图1 原干式蒸发器结构图

结合多年的工作经验与相关理论知识对此现象进行分析[4～11]，导致干式蒸发器出现泄漏的原因可能有两种：一是由于空调用冷水机组在运行过程中，蒸发器内温度的反复变化造成铜质换热管束与钢质壳体的热胀冷缩程度有很大差异，由此产生的强大热应力使换热管与管板胀接部位发生微细裂纹并逐步延伸扩展，直至形成泄漏缝隙；二是由于对换热管与管板进行机械胀接时，存在过胀现象，导致换热管管端过薄，制冷剂与载冷剂的高速流动使得管口失稳，并逐渐产生裂纹，形成泄漏缝隙。

2 干式蒸发器的技术改进

根据上述原干式蒸发器泄漏原因的分析，要从根源上彻底解决此泄漏问题，应从设计和加工工艺两方面对其进行技术改进。

2.1 干式蒸发器的设计改进

原干式蒸发器为双管板与直换热管结构，内部温度反复变化时会产生的强大热应力，使胀接部位出现泄漏。若在设计时就将其结构形式进行改进，改用图2所示单管板与U型换热管结构，即可很好地消除热应力，避免泄露。

图2 U型管干式蒸发器

改进后的U型管干式蒸发器中，U型换热管束的管口一端全部固定在单管板上，弯管一端全部为自由端，且弯管端与蒸发器壳体端板留有足够距离，保证任何时刻不能有接触。由此，蒸发器内部温度变化时换热管束与管板的胀接部位不会再产生热应力，杜绝了裂纹及缝隙的生成，避免了泄漏。

2.2 干式蒸发器的加工工艺改进

改进后的U型管干式蒸发器换热管采用紫铜管，与碳钢管板连接时不易焊接，用机械胀接法较好。为了保证干式蒸发器的质量和性能，保证空调机组运行过程中不会产生泄漏，还需要在管孔加工、换热管与管板的胀接、换热管的矫直与切断等加工制造环节上进行工艺改进。

2.2.1 管孔凹槽加工工艺改进

干式蒸发器在加工制造过程中，需要保证换热管与管板连接部位满足设计和使用要求，即连接牢固、密封性好，有足够的连接强度和抗拉强度，否则在温差变化以及管程与壳程压差的作用下，换热管与管板连接部位可能产生松动，从而形成泄漏缝隙。

图3 管板管孔与凹槽示意图

我公司生产的型号为RZ1000V2Y的干式蒸发器中，换热管直径为Φ9.52mm，材质为紫铜管，管板厚度为38mm，材质为Q345R。管板上管孔与凹槽的尺寸、公差、表面粗糙度，如图3所示。

干式蒸发器管板孔槽加工时，管径较小，管板布管密集，如图4所示，原钻孔和镂槽的机床又难以达到图样设计精度要求。

图4 管板布管尺寸图

为了保证胀接质量，管板上采用了两道凹槽。但这两道凹槽的加工工艺要求很高，特别是凹槽深0.5mm，与管孔同轴度0.05mm，我公司原有设备很难达到这种加工精度要求，且直径Φ9.52mm的镂槽刀国内没有生产厂家，制造相当困难，因此几次工艺试验均告失败。最后通过多方查询，购置了英国生产的专用镂槽装置。

2.2.2 换热管与管板的胀接工艺改进

干式蒸发器的U型换热管与管板的连接采用机械胀接的方式。胀接的方法是将胀管器插入管口内径，顺时针旋转，将管端部胀大，使管端局部产生塑性变形，同时管板孔也被胀大，产生弹性变形。当退出胀管器后，管板产生弹性恢复，使管外壁与管板孔的接触面产生很大挤压力，实现换热管与管板牢固结合，达到密封的目的，并且保证在使用中也不会泄露。

胀接工艺的关键在于掌握合适的胀接程度，不要欠胀和过胀。特别要注意的是，过胀会使管壁减薄量增大，甚至发生裂纹，且过胀后不能修复，整根紫铜管将报废。因此，根据反复计算和工艺模拟试验的结果，笔者得出了最佳胀度为1%～1.9%的结论，这时可以大大提高胀接质量，降低铜管废品率。为了更好地保障胀接质量，我公司又从日本购买了图5所示的专业数控胀管调节机和胀管器，以便根据胀接力大小自动调节扭矩大小，达到换热管与管板的密封要求。

2.2.3 换热管的矫直与切断工艺改进

干式蒸发器采用的Φ9.52×0.4mm紫铜管为整卷圆盘料供货，加工制造蒸发器时需要自行矫直和切断。切管下料时，要保证不破坏管的圆度和表面质量，管端面不能有毛刺，换热管长度要一致，生产效率要高。

图5 日本进口胀管机

由于当时矫直切管设备昂贵，为了降低成本，又要保证工艺要求，笔者研制了简易矫直切管机。首先，采用三套矫正轮，分120°，三个方向均布，将管固定；其次，按紫铜管外径公差大小配置滚轮，保证铜管不会损坏；笫三，切管时采用高速钢锯片刀，保证平稳、安全、快速。这套自行研制的矫直切管机，经生产使用证明，完全满足了加工质量和加工效率的要求。

3 改进后干式蒸发器的试验与生产应用

我公司对经过设计和工艺改进后的干式蒸发器进行了性能试验，并模拟了实际应用条件，结果表明改进后的蒸发器具有体积小、重量轻、密封性能好等优点，没有出现泄漏情况。

批量生产以后，经过订单用户“阿尔西制冷集团公司”的验收和使用也表明，我公司生产的干式蒸发器完全达到了使用要求。此后，阿尔西制冷集团公司一直使用我公司生产的蒸发器和冷凝器。多年来的实践证明，我公司的蒸发器和冷凝器质量好，彻底解决了泄漏的问题，用户也因此对我公司产品给予了高度评价与肯定。

4 结束语

经过改进后的干式蒸发器，从结构设计原理方面彻底消除了泄漏的根源，从加工制造工艺方面使产品质量得到了提高与保障，满足了生产与使用要求，并经受住了试验与实际应用的双重考验。这些技术改进方法不但为中央空调系统主机用干式蒸发器的设计与加工提供了可靠的依据，也可以推广到其他类型的换热器设计与生产工艺中。

[1]尉迟斌.实用制冷与空调工程手册[M].北京:机械工业出版社，2001:172-181.

[2]陈沛霖，岳孝方.空调与制冷技术手册[M].上海:同济大学出版社，1990:790-798.

[3]董天禄.离心式/螺杆式制冷机组及应用[M].北京:机械工业出版社，2002:227-240.

[4]JBT4750-2003，制冷装置用压力容器[S].

[5]GB151-99，管壳式换热器[S].

[6]GB150-98，钢制压力容器[S].

[7]质技监局锅发[1999]154号，压力容器安全技术监察规程[S].

[8]张百福.空调制冷设备维修手册[M].北京：新时代出版社，1996.

[9]王海峰，马凤丽，桑芝富.先胀后焊连接中焊接对胀接连接强度的影响[J].压力容器，2010，27(12):13-20.

[10]翟金辉，鲍彬彬，徐敏霞，等.压力容器用304不锈钢封头直边段开裂失效分析[J].压力容器，2011，28(12):54-58.

[11]罗彩霞，梅 瑛，许志珍.高压容器筒体与封头连接处有限元分析及优化[J].压力容器，2011，28(8):35-38,43.

Technical Im provementof Leakproof on Dry Expansion Evaporator for CentralAir Conditioning System

ZHANGSheng-wen
(BeijingGuozhong Jingshan Pressure VesselManufacturing Co.，Ltd.，Beijing 100040，China)

The reason of leading to leakage of theoriginaldry expansion evaporator isanalyzed.Technical improvements in design and processing technic are carried out.The results of production testing and consumers'using indicate that the improved dry type evaporator has completely eliminated the problem of leakage and the new evaporators havemet the consumers'requirements.Thequality and reliability ofproductsare also improved.

centralair conditioning system；dry expansion evaporator；leak；technical improvement

TB657.5

B

1672-545X（2014）04-0162-03

；2014-01-03

张胜文（1968—），男，北京人，工程师，本科，从事机械设计工作。