CN204830965U - 一种钛铜复合的高效换热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钛铜复合的高效换热管，属于机械技术领域。该换热管由内层基材钛合金管及外层衬材铜合金管复合而成，外层衬材铜合金管外表面加工成凸台结构。本实用新型有利于提高换热器换热效率，减小换热器的体积，减轻换热器的重量，提高换热器的抗疲劳性能，增强换热器的耐腐蚀性，也极大地提高了换热器的使用寿命。

Description

一种钛铜复合的高效换热管

技术领域

本实用新型涉及一种钛铜复合的高效换热管，属于机械技术领域。

背景技术

在舰船制造、化工制碱、核电生产等领域，涉及到以海水或腐蚀性强的介质作为热交换载体的热交换管道部件中，管道材料的耐腐蚀性能是设计选材最主要的因素之一。

同时在舰艇的空冷器、核电冷凝汽轮机、原油管道冷却等涉及到热交换的空心管件，不光考虑到腐蚀性能，还要考虑到管件的刚性承压需求，更要考虑到换热的效率，以及生产成本以及后期维修周期和费用。

目前国内换热管的材料一般为铜合金或者是不锈钢材料，但是这两种换热管中，铜合金换热管主要是黄铜管(HSn70-1、HAL77-2)与白铜管(BFe10-1-1、BFe30-1-1)。铜合金换热管在海水中工作，化学腐蚀(脱锌、脱镍)较为严重，换热器使用寿命有限，腐蚀泄漏故障率极高；不锈钢换热管耐海水腐蚀依然不够，另一方面，传热效率却不到铜的1/20，传热效率低；因此难以推广使用。

在耐腐蚀性、传热效率以及刚性承重这三方面均兼顾的情况下，钛合金抗腐蚀性能优越，刚性承重能力强，铜合金的传热效率极高约为386.4W/(m.k)，所以本实用新型“一种钛铜复合管材的高效换热管”，就是综合了两种金属管材的优势，既利用了钛的耐腐蚀性又利用了铜的优良导热性能，开发了高效的钛铜复合管材。钛的比重为4.5g/cm3，质量轻；比强度(强度与密度之比)为29，刚性好，强度高，能作为承压管道使用，在管内走海水或其他腐蚀性流体，管外接触淡水或空气。钛铜复合管的特殊结构使得它与纯钛材管道相比，既能满足特殊环境对管道耐蚀性能的要求，又能很大程度上节约了钛金属的使用，降低了制造成本，提高了传热效率，可完全满足高性能、多功能的要求。因此，从国家有关节能、节材的产业发展政策来说，双金属复合管又是一种节约型、高附加值的高新技术产品。

钛因其比强度高、耐腐蚀性强逐渐在舰船等耐腐蚀领域应用越来越广泛，但钛的传热性能很差，约为铜的1/25，现有技术急需一种耐腐蚀、传热性能好、成本低的双金属复合管。

实用新型内容

本实用新型提供了一种钛铜复合的高效换热管，解决了现有技术中化学腐蚀较为严重，换热器使用寿命有限，腐蚀泄漏故障率极高、传热效率低等问题。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：一种钛铜复合的高效换热管，该换热管换热管外表面加工成凸台结构3。

优选地，所述换热管，由内层基材钛合金管1及外层衬材铜合金管2复合而成，外层衬材铜合金管2外表面加工成凸台结构3。

所述凸台结构3，通过旋压加工而成。所述内层基材钛合金管1及外层衬材铜合金管2通过拉伸减径复合。

优选地，所述外层衬材铜合金管2为紫铜管或白铜管。

更优选地，所述紫铜管为TP1或TP2；所述白铜管为BFe10-1-1或BFe30-1-1。

优选地，所述换热管外径为15mm-30mm，换热管光端壁厚为0.9mm-1.7mm，底壁厚度为0.5mm-0.9mm。

优选地，所述内层基材钛合金管1壁厚为0.3mm-0.7mm；所述外层衬材铜合金管2壁厚为0.6mm-1.0mm。

优选地，所述凸台结构3，高度为0.4mm-0.8mm。

优选地，所述凸台结构3，沿换热管的轴向平均螺距为1.3mm。

所述换热管基材选用耐腐蚀性好、质轻、比强度高的TA系列钛光管，优选为TA0-TA2，可以接触海水或其他腐蚀性流体，并起到整体刚性作用，衬材选用传热效率高的紫铜或白铜光管，优选材质分别为：紫铜管TP1、TP2，白铜管BFe10-1-1、BFe30-1-1。

所述换热管光端壁厚为内层基材钛合金管1和外层衬材铜合金管2的整体光端壁厚。

所述换热管底壁厚度不包括凸台结构的高度。

本实用新型基材选用耐腐蚀性好、质轻、比强度高的系列钛光管，衬材选用传热效率高的紫铜或白铜光管。在加工钛铜复合管材的过程中，主要采用的技术是拉伸减径复合+塑性旋压成型加工。拉伸复合是将基材钛合金光管，衬材铜合金光管，采用拉伸的加工方式，使两种管材复合到一起，然后在加工衬材外表面，通过旋压成形在复合管材外表面即衬材铜合金h4上加工生成凸台，使复合管材外表面形成更大的换热表面，弥补钛材低导热率的缺陷，从而提高了钛铜复合管材的传热效率。

本实用新型钛铜复合管具有以下特征：

1.基材材料由耐腐蚀材质钛(合金)制成；衬材材料由传热效率高的紫铜或白铜材质构成，工况下钛合金发挥了耐腐蚀性，铜合金发挥了传热效率高的材料特性。

2.本实用新型“一种钛铜复合的高效换热管”的相关参数如(图5)所示：钛铜复合管材的外径(D)可为φ15mm到φ30mm，基材钛管h3壁厚为0.3-0.7mm，衬材铜管h4壁厚为0.6-1.0mm，光端壁厚综合壁厚T为0.9-1.7mm。

3.本实用新型“一种钛铜复合的高效换热管”管外表面沿轴向具有一定螺距的凸台，每个凸台相对独立，外翅螺距(FPI)每英寸为10到30个平均螺距约为1.31mm，凸台高度(h1)为0.4-0.8mm，加工后底壁厚h2为0.5-0.9mm之间，衬材加工后外表面面积是原来光滑管表面积的2倍以上。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型生产设计出一种双金属复合管，在使用海水的换热装备中，在海水侧利用钛的耐腐蚀性能，空气或淡水侧利用铜的高效传热性能，充分利用了材料的功能优势，节省了价格高昂的钛金属材料，充分体现了经济的优越性。

2.本实用新型具有很高的耐腐性，外表面旋压成形加工凸台增大了换热效率，同时减少了钛材的使用，降低了生产成本，其综合性能具有明显的优越性，在舰船行业、石化、核工业、海水冷却等相关行业领域有着广阔的发展及应用空间。

3.本实用新型有利于提高换热器换热效率，减小换热器的体积，减轻换热器的重量，提高换热器的抗疲劳性能，增强换热器的耐腐蚀性，也极大地提高了换热器的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型示意图；

图2为本实用新型复合面截面放大图；

图3为实用新型局部视图；

图4为本实用新型局部视图；

图5为本实用新型部分剖视放大图；

(1，内层基材钛合金管；2，外层衬材铜合金管；3，凸台结构；h1，凸台高度；h2，底壁厚度；h3，基材厚度；h4，衬材厚度；FPI，平均螺距；D，管材外径；T，光端壁厚)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

结合图1-5说明本实施方式，本实施方式的一种钛铜复合的高效换热管，该换热管由内层基材钛合金管1及外层衬材铜合金管2通过拉伸减径复合而成，外表面通过旋压加工成凸台结构3。

外层衬材铜合金管2为紫铜管TP1。

换热管外径D为15mm-30mm，换热管光端壁厚T为0.9mm-1.7mm，底壁厚度h2为0.5mm-0.9mm。

内层基材钛合金管1壁厚h3为0.3mm-0.7mm；外层衬材铜合金管2壁厚h4为0.6mm-1.0mm。

凸台结构3，高度h1为0.4mm-0.8mm，沿换热管的轴向平均螺距FPI为1.31mm。

本实用新型基材选用耐腐蚀性好、质轻、比强度高的TA系列钛光管(TA0)，可以接触海水或其他腐蚀性流体，并起到整体刚性作用，衬材选用传热效率高的紫铜管TP1。

如图1所示：本实用新型通过拉伸减径复合+塑性旋压成型加工使基材钛合金光管和衬材铜合金光管复合在一起，并且外表面旋压加工形成凸台，增加了其换热的外表面积，使得复合管材传热效率显著提高。

如图2所示：本实用新型基材钛合金光管与衬材铜合金光管，外表面清洗烘干并通过拉伸复合使两种材料复合到一起。

如图3、4所示：本实用新型在衬材铜合金光管外表面旋压加工形成很多凸台，从而增加了复合管材的换热面积，实现了传热效率的提高。

如图5所示：本实用新型钛铜复合管材的外径(D)可为φ15mm到φ30mm，基材钛光管h3壁厚为0.3-0.7mm，衬材铜光管h4壁厚为0.6-1.0mm，光端壁厚综合壁厚T为0.9-1.7mm。

其外表面沿轴向具有一定螺距的凸台，每个凸台相对独立，外翅平均螺距(FPI)每英寸为10到30个约为1.31mm，凸台高度(h1)为0.4-0.8mm，加工后底壁厚h2为0.5-0.9mm之间，衬材加工后外表面面积是原来光滑管表面积的2倍以上。

本实用新型的具体实施方法如下：

衬材内表面清洗烘干→基材外表面清洗烘干→装配→整体拉伸减径复合→整形→衬材外表面旋压成型(加工凸台)→清洗烘干→检测→定尺，其中具体的操作在加工钛铜复合管材的过程中，主要采用的技术是拉伸减径复合+塑性旋压成型加工。拉伸减径复合是将基材钛合金光管，衬材铜合金光管，采用拉伸减径的加工方式，使两种管材复合到一起，拉伸减径过程中通过控制外模具的工艺尺寸使衬材铜合金减径从而实现钛合金光管与铜合金光管复合的效果，拉伸工序完成，钛铜光管复合在一起。然后在加工衬材外表面，通过旋压成形在复合管材外表面即衬材铜合金h4上加工生成凸台，外翅(凸台)平均螺距为1.31mm，螺距(FPI)每英寸为10到30个，外翅(凸台)高度(h1)为0.4mm到0.8mm，翅部底壁h2为0.5mm到0.9mm。外翅(凸台)增大了复合管材外的表面积，从而提高了钛铜复合管材的传热效率。这种管材主要被用于舰船行业、石化、核工业、海水冷却等耐腐蚀、高强度的换热器的换热管中。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：外层衬材铜合金管2为紫铜管TP2。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：外层衬材铜合金管2为白铜管BFe30-1-1。

基材选用耐腐蚀性好、质轻、比强度高的TA系列钛光管(TA2)，可以接触海水或其他腐蚀性流体，并起到整体刚性作用，衬材选用传热效率高的白铜管BFe30-1-1。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：外层衬材铜合金管2为白铜管BFe10-1-1。

本实用新型“一种高效钛铜复合的换热管”，有利于提高换热器换热效率，减小换热器的体积，减轻换热器的重量，提高换热器的抗疲劳性能，增强换热器的耐腐蚀性，也极大地提高了换热器的使用寿命。

以上所述仅为本实用新型示意性具体实施方案，并非用以限制本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种钛铜复合的高效换热管，其特征在于，换热管外表面加工成凸台结构(3)。

2.如权利要求1所述换热管，其特征在于，由内层基材钛合金管(1)及外层衬材铜合金管(2)复合而成，外层衬材铜合金管(2)外表面加工成凸台结构(3)。

3.如权利要求2所述换热管，其特征在于，所述凸台结构(3)，通过旋压加工而成。

4.如权利要求2所述换热管，其特征在于，所述内层基材钛合金管(1)及外层衬材铜合金管(2)通过拉伸减径复合。

5.如权利要求2所述换热管，其特征在于，所述内层基材钛合金管(1)的材质为TA系列钛光管。

6.如权利要求2所述换热管，其特征在于，所述外层衬材铜合金管(2)为紫铜管或白铜管。

7.如权利要求6所述换热管，其特征在于，所述紫铜管为TP1或TP2；所述白铜管为BFe10-1-1或BFe30-1-1。

8.如权利要求2所述换热管，其特征在于，换热管外径为15mm-30mm，换热管光端壁厚为0.9mm-1.7mm，底壁厚度为0.5mm-0.9mm。

9.如权利要求2所述换热管，其特征在于，所述内层基材钛合金管(1)壁厚为0.3mm-0.7mm；所述外层衬材铜合金管(2)壁厚为0.6mm-1.0mm。

10.如权利要求2所述换热管，其特征在于，所述凸台结构(3)，高度为0.4mm-0.8mm；沿换热管的轴向平均螺距为1.3mm。