制冷装置铜制翅片换热管外压设计的试验研究 .pdfVIP

制冷装置铜制翅片换热管外压设计的试

验研究

宣城市特种设备监督检验中心宣城242000

摘要：本文介绍了铜制翅片换热管的试验装置，通过此装置进行了最大许用

工作外压的验证试验。试验结果显示铜翅片管较常规光铜管大幅提高了工作外压

上限，可在实际使用中广泛推广应用。在满足安全运行和性能使用要求下，采用

薄壁翅片管可有效降低换热器设备铜材料消耗量，降低设备初期的投资费用，并

且提高换热管的传热效率，更符合当下节能降耗的主题思想。

关键词：试验装置；铜翅片换热管；液压试验。

近一段时间，国内外铜价持续上涨，导致铜制原材料价格直线飙升，铜制换

热管做为空调制冷装置中的重要原材料部件，原料价格上涨直接增加了生产成本。

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各企业一直致力于空调换热管的研究分析，在达到相同性能下降低制作成本。

[2]

小直径空调换热管具有材料成本低，换热效率高等优点。铜制换热管对换热性

能起到关键作用，为减少铜耗，兼顾使用和经济效益，拟使用薄壁铜翅片换热管。

按照NB/T47012-2020《制冷装置用压力容器》的要求，换热管的厚度可按GB/T

151相关规定进行计算。其中，铜及铜合金制整体管热管可采用试验方法进行外

压设计。

1．试验背景

由于压力容器设计软件中没有设置铜及铜合金制整体翅片管的材料参数，导

致在进行换热管外压计算时，软件按常规光壁铜管力学性能参数代入计算，所得

结果不符合经加工强化翅片管的力学性能。而在GB150.1的附录C中提供了《以

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验证性爆破试验确定容器设计压力》的设计方法，在C.1.3中，提出应满足要

求中：a)相同的设计结构和形状；c)相同的名义厚度和结构尺寸。此两条要求

明确试验对象必须与实际生产的设备，要保持一致的设计结构和外形尺寸，而制

冷换热器的外形尺寸大多不相同，若采取GB150.1附录C提供的方法，那么实际

应用中就不具有普遍性和实用性，每一台换热器都要单独进行验证性爆破试验来

确定换热管可以承受的设计外压，这样导致企业成本要大大增加。而现在大多数

制冷换热器厂家在用SW6-2011实际计算中，往往采用通过增加壁厚来满足外压

强度计算问题。

目前制冷行业较常用的高效冷凝铜换热管规格为15.88mm×1.1mm与

15.88mm×1.0mm，但15.88mm×1.0mm规格的铜换热管在使用SW6进行强度计算

时，无法满足常用制冷剂R22以及R404a等氟利昂为2.1-3.0MPa的设计使用工

况。而在使用当下流行的R410a环保冷媒时，设计压力更是一度达到3.5-

4.0MPa。

NB/T47012-2020《制冷装置用压力容器》标准中规定：当换热管同时受内

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压和外压作用时，其管子壁厚应按内压、外压分别计算，取其中较大者。其中，

[3]

铜及铜合金制整体翅片换热管也可以按附录A的规定进行外压设计。针对制冷

行业铜及铜合金整体翅片管的外压设计，提出了新的试验方法，可操作性好，应

用性较高。

2．试验装置准备

试验装置需经过强度计算和专业设计，并根据SW6-2011v5.0出具强度计

算书，其主体结构形式为一台试验用类似换热器结构：筒体采用φ159mm×10mm

无缝钢管（Q345D），管板用Q245R钢板加工。管板上均布3个管孔，换热管规

格φ15.88mm×1.0mm×840mm，换热管为铜制整体翅片换热管，材质为TP2，状

态为中间硬态（Y2），光管段为软态（M），翅片数至少为每25mm长度有10个

翅片。因对铜制整体式翅片管的外压试验较少，也无理论数据支持，暂把试验装

置的壳程侧试验压力定为最高20MPa，试验介质为水。按NB/T47012-2020《制