专利名称：多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧装置及旋轧技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及传热强化技术领域，具体地说属于多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧技术及其用于实现该技术的旋轧装置。
目前，螺旋槽管多数是在普通车床上轧制的。通常普通机床最大的轧制导程为200mm左右，轧制头数在1～4头之间，并且在此范围内也不能任意改变螺旋槽的导程和头数，因此不能适应立式冷凝大导程有利于冷凝液排除的强化机理。纵槽管一般在机床上拉制，由于制造工艺上的局限，一般只能加工铜、铝材质管。对于化工、石油化工、冶金等行业中大量使用耐腐蚀、高强度的碳钢、不锈钢、钛等材质的换热管尚未能普遍推广应用。综上所述，现有的加工技术在传热管的螺旋头数、导程、传热管的加工长度和材质等方面都受到限制。因此，迄今，在化工、石油化工、轻工、冶金、制冷等行业中量大面广的立式蒸发器(重沸器)和立式冷凝器中，除了少量已开发应用螺旋槽管、纵槽管等作为换热元件之外，绝大多数仍然沿袭使用普通光滑管，尤其是在化工、石油化工、冶金行业中更是如此。为了适应垂直管内升膜沸腾和垂直管外的降膜冷凝传热强化机理的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的开发应用，急需创造一种目前多头螺旋沟槽管轧制工艺未能解决的大导程、多头数的制造方法，以及现有纵槽管拉制工艺未能解决的碳钢、不锈钢、钛等材质的制造方法。
本发明的目的在于克服背景技术的不足之处，解决目前化工、石油化工、冶金、轻工、制冷等行业强化传热技术推广应用中的强化传热管的加工问题，为创造出一种轧制工艺简单、操作容易，既可旋轧多头螺旋沟槽管，又可旋轧轴向沟槽管，特别是大导程多头螺旋沟槽管的旋轧技术。该旋轧技术可根据强化传热机理确定各结构参数，任意改变螺旋沟槽管的头数和导程，并且加工长度和材质均不受限制。本发明还提供一种实现多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧技术的装置。
本发明的目的是通过以下措施来达到的一种由驱动部分，减速部分和旋轧部分组成的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧装置，其特征在于，旋轧部分的三根刀模具传动轴均匀分布互成120°，传动轴轴线与被旋轧管件工位的轴线互成旋压角ω；三根刀模具传动轴的外周装有一次成型刀模具，刀模具的形状有双曲形或圆柱形，它的肋形有弧形肋、三角形肋或Cos形肋。
使用本发明的旋轧装置，其多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧技术，其特征在于包括以下几方面(1)根据被旋轧的多头螺旋沟槽管或轴向沟槽管的管径Φt，确定螺旋沟槽或轴向沟槽管旋轧刀模具的直径Φm，它们的倍率关系为Φm＝(2～10)Φt；(2)根据被旋轧的多头螺旋沟槽管或轴向沟槽管所需的沟槽头数nt，选定不同肋数Nm的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的刀模具，它们的倍率关系为Nm＝(2～10)nt；(3)根据被旋轧的多头螺旋沟槽管所需的沟槽与管轴线的夹角范围，选取刀模具的肋形螺旋升角αm，即αm＝90°-(β±ω)；(4)根据多头螺旋沟槽管刀模具的螺旋肋的螺旋升角αm和选用的旋压角ω，选取多头螺旋沟槽管沟槽与轴线夹角β，它们的关系式(左旋时)β＝90°-(αm+ω)，右旋时β＝90°-(αm-ω)；(5)根据多头螺旋沟槽管与轴向沟槽管刀模具肋形的螺旋升角αm，确定旋压角ω，ω的取值范围0＜ω≤β；(6)根据被旋压管件所需的沟槽截面结构，选定多头螺旋沟槽管或轴向沟槽管刀模具的肋形以及模具的形状，肋形可以为弧形肋、三角形肋或Cos形肋，模具的形状，可以是双曲形或圆柱形；(7)根据被旋轧管件管径Φt，调节径向距离，且确定沟槽的旋轧深度e；(8)当旋轧右旋多头螺旋沟槽管时选左旋刀模具；当旋轧左旋多头螺旋沟槽管时选右旋刀模具；当旋轧轴向沟槽管时选用左旋刀模具。
本发明的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧工艺，其特征还在于当Φm、Nm、αm确定的条件下也可通过调节刀模具轴线与被旋轧管件的轴线交角，即旋压角ω，来改变被旋轧管件的头数和螺旋沟槽管的导程。nt＝(1～3)n；Lt＝tg(α±ω)πΦt。
图1为多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧装置中旋轧部分结构示意图；图2为图1中三角形肋双曲形刀模具结构示意图；图3为图1中弧型肋双曲形刀模具结构示意图；图4为图1中Cos型肋双曲形刀模具结构示意图；图5为圆柱体刀模具旋轧多头螺旋沟槽管示意图；图6为圆柱体刀模具旋轧轴向沟槽管示意图。
本发明与背景技术相比有如下优点1.采用本发明的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧装置及工艺结构简单，调试容易，且克服了普通机床轧制螺旋槽导程、头数以及被旋轧管件长度受到限制的缺点。
2.旋轧技术简单，操作容易，无需改变刀模具的头数和导程，只要通过调节刀模具与被旋轧管件的轴线交角，即可任意改变被旋轧管件螺旋沟槽的导程、螺旋沟槽的头数，本发明的装置既能旋轧多头螺旋沟槽管又可旋轧轴向沟槽管，而且可无限长旋轧。
3.本发明适用性广，可以解决碳钢、不锈钢、钛、铜、铝等材质的管件旋轧问题。为化工、石油化工、冶金、轻工、制冷等行业中的立式蒸发器(重沸器)，立式冷凝器等提供强化传热管。
4.工业试验结果证明，多头螺旋沟槽管用于立式冷凝器具有显著的传热效果，这是由于多头螺旋沟槽管对管外蒸汽侧冷凝有显著强化作用。多头大导程螺旋沟槽的存在，能使冷凝液膜沿管壁的流动除受重力的影响外还受到液膜表面张力的影响，重力作用使冷凝液膜不断地沿垂直表面流动；大导程螺旋沟槽的存在，表面张力的作用产生一定的压力梯度使冷凝液膜沿水平方向流向沟槽的谷底，使槽峰两侧冷凝液膜减薄，降低传热热阻，其传热性能约可提高40％，可节省换热面积25％以上，并带来一定的综合效益。正因为多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管有上述优点，解决多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧是很迫切、很重要的，也是十分有意义的。
5.本发明加工费用约为管材料费的5～10％，这对轻工、化工、石油化工、制冷行业的立式蒸发器和立式冷凝器的更新换代，对节能省材具有重要的意义。
结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述如图1所示，图中1为被旋轧管件或工位，3、4、5均为刀模具传动轴，它们均匀分布且互成120°；传动轴轴线与被旋轧管件工位的轴线互成交角，即旋压角ω；刀模具传动轴3、4、5的外周有一次成型整体性刀模具2，刀模具2形状有二种即双曲形模和圆柱形模；模具的肋形有三种即三角形、弧形、和Cos形模具。使用者可根据被旋轧管件截面的要求选用如图2、图3、图4所示的模具形状以及模具肋形。图2中6为一次成型双曲形模具本体，7为三角形肋；图3、4中8为双曲形模具本体，图3中的9为弧形肋、图4中的10为Cos形肋。
如图5所示，图中1为被旋轧多头螺旋沟槽管，2为圆柱体刀模具，ω为调节旋压角。
如图6所示，图中1为被旋轧轴向沟槽管，2为圆柱体刀模具，ω为调节旋压角。
根据附表中给出Φt，以及附表所示的各实施例，均经过传热与流体力学的设计计算，可确定各被旋轧管件的导程Lt、头数nt、槽深e，并在本发明β的选值范围内选定β，再由被旋轧管件的上述结构参数，通过本发明选值范围和公式计算，确定刀模具的各个参数，各参数也由附表所示，上述各结构参数都确定后，根据被旋轧管件管径Φt，调节径向距离，且确定沟槽的旋轧深度e，当旋轧右旋多头螺旋沟槽管时选左旋刀模具；当旋轧左旋多头螺旋沟槽管时选右旋刀模具；当旋轧轴向沟槽管时选用左旋刀模具。从实施例3所示，选用与实施例2相同的刀模具，将旋压角ω调节为10°即可使被旋轧的管件头数nt＝7变为nt＝14头，nt′＝(1～2)nt；当旋轧右旋多头螺旋沟槽管时Lt＝tg(α+ω)·π·Φt；当旋轧左旋多头螺旋沟槽管时Lt＝tg(α-ω)·π·Φt。由于采用本发明的旋轧装置和本发明的旋轧工艺，只要在参数上稍作改变，就可以满足被旋轧管件的各种参数要求。同时本发明通过调节刀模具的旋压角ω，能使被旋轧管件径向受压，轴向送进。因此使用本旋轧工艺旋轧管件，可以无限长加工。
多头螺旋槽管和轴向沟槽管结构参数
权利要求
1.一种由驱动部分，减速部分和旋轧部分组成的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧装置，其特征在于，旋轧部分的三根刀模具传动轴均匀分布互成120°，传动轴轴线与被旋轧管件工位的轴线互成旋压角ω；三根刀模具传动轴的外周装有一次成型整体性刀模具，刀模具的形状有双曲形或圆柱形，它的肋形有弧形肋、三角形肋或Cos形肋。
2.使用本发明的旋轧装置，其多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧技术，特征在于包括以下几方面(1)根据被旋轧的多头螺旋沟槽管或轴向沟槽管的管径Φt，确定螺旋沟槽或轴向沟槽管旋轧刀模具的直径Φm，它们的倍率关系为Φm＝(2～10)Φt；(2)根据被旋轧的多头螺旋沟槽管或轴向沟槽管所需的沟槽头数nt，选定不同肋数Nm的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的刀模具，它们的倍率关系为Nm＝(2～10)nt；(3)根据被旋轧的多头螺旋沟槽管所需的沟槽与管轴线的夹角范围，选取刀模具的肋形螺旋升角αm；即αm＝90°-(β±ω)；(4)根据多头螺旋沟槽管刀模具的螺旋肋的螺旋升角αm和选用的旋压角ω，选取多头螺旋沟槽管沟槽与轴线夹角β，它们的关系式为左旋时β＝90°-(αm+ω)，右旋时β＝90°-(αm-ω)；(5)根据多头螺旋沟槽管与轴向沟槽管刀模具肋形的螺旋升角αm，确定旋压角ω，ω的取值范围0＜ω≤β；(6)根据被旋压管件所需的沟槽截面结构，选定多头螺旋沟槽管或轴向沟槽管刀模具的肋形以及模具的形状，肋形可以为弧形肋、三角形肋或Cos形肋，模具的形状，可以是双曲形或圆柱形；(7)根据被旋轧管件管径Φt，调节径向距离，且确定沟槽的旋轧深度e；(8)当旋轧右旋多头螺旋沟槽管时选左旋刀模具；当旋轧左旋多头螺旋沟槽管时选右旋刀模具；当旋轧轴向沟槽管时选用左旋刀模具。
3.根据权利要求2所述的多头螺旋沟槽管和轴向沟槽管的旋轧技术，其特征还在于当Φm、Nm、αm确定的条件下也可通过调节刀模具轴线与搜旋轧管件的轴线交角，即旋压角ω，来改变被旋轧管件的头数和螺旋沟槽管的导程nt＝(1～3)n；Lt＝tg(α±ω)πΦt。
全文摘要
本发明属于多头螺旋构槽管和轴向沟槽管的旋轧技术及其用于实现该技术的旋轧装置。该旋轧技术工艺简单，即可根据被加工管型和强化传热机理确定的该管件各结构参数，可任意改变多头螺旋沟槽管头数、导程。该结构参数之间的关系主要有ф
文档编号B21D15/04GK1146935SQ9610569
公开日1997年4月9日 申请日期1996年5月15日 优先权日1996年5月15日
发明者陆应生, 陈慕玲 申请人:华南理工大学