1.0Ống xoắn là gì?
Ống xoắn là loại ống truyền nhiệt được tạo thành bằng cách áp dụng xoắn trục có kiểm soát dọc theo chiều dài của ống, tạo ra hình dạng xoắn ốc liên tục. Thiết kế này tạo ra sự nhiễu loạn bên trong mạnh mẽ và sự gián đoạn dòng chảy, tăng cường đáng kể hiệu quả truyền nhiệt đồng thời giảm xu hướng bám bẩn. Ống xoắn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trao đổi nhiệt hiệu suất cao.
1.1Đặc điểm cấu trúc
- Thiết kế xoắn ốc:
Thành ống xoắn theo chu kỳ dọc theo trục của nó, tạo thành bề mặt hình xoắn ốc. - Hình dạng mặt cắt ngang:
Thông thường có mặt cắt tròn khép kín, mang lại độ bền cơ học cao và phân phối chất lỏng đồng đều. - Thiết bị phá vỡ dòng chảy bên trong:
Đường viền xoắn ốc bên trong tạo ra dòng chảy hỗn loạn và phá vỡ lớp ranh giới để tăng cường hiệu suất nhiệt. - Xử lý bề mặt bên ngoài:
Có sẵn lớp hoàn thiện đánh bóng hoặc có kết cấu để cải thiện độ dẫn nhiệt hoặc khả năng chống bám bẩn, tùy thuộc vào nhu cầu dịch vụ. - Các thông số có thể tùy chỉnh:
- Góc xoắn: 30° đến 90°
- Bước xoắn: Số vòng xoắn trên một đơn vị chiều dài
1.2Tùy chọn vật liệu
Ống xoắn có thể được chế tạo từ nhiều loại kim loại chịu ăn mòn và chịu nhiệt khác nhau để phù hợp với môi trường quy trình khắt khe:
- Thép không gỉ: Các loại như 304 và 316L
- Hợp kim đồng: Bao gồm đồng đỏ, đồng thau và hợp kim đồng-niken
- Hợp kim hiệu suất cao: Chẳng hạn như Inconel, hợp kim titan và các kim loại đặc biệt khác
2.0Ống xoắn được sản xuất như thế nào?
Quá trình sản xuất Ống xoắn bao gồm sự kết hợp của các kỹ thuật tạo hình, kiểm soát thông số chính xác và xử lý bề mặt, nhằm mang lại hiệu suất nhiệt cao, tính toàn vẹn về mặt cơ học và độ tin cậy vận hành lâu dài.
2.1Cán nguội
Nguyên tắc:
Dải kim loại liên tục được đưa vào khuôn xoắn ốc, cán thành hình xoắn rồi hàn thành ống.
Đặc trưng:
- Hiệu quả về mặt chi phí cho sản xuất khối lượng lớn
- Có thể tích hợp với hệ thống hàn trực tuyến
- Thường được sử dụng cho các dải thép không gỉ và hợp kim đồng
2.2Tạo hình xoắn thủy lực
Nguyên tắc:
Một ống thẳng đúc sẵn được kẹp và chịu mô-men xoắn dọc trục thông qua hệ thống thủy lực, gây ra biến dạng dẻo cục bộ để tạo thành đường xoắn ốc đồng đều.
Đặc trưng:
- Độ chính xác xoắn cao với góc và độ cao có thể kiểm soát được
- Phù hợp cho việc tùy chỉnh hàng loạt từ thấp đến trung bình
- Có khả năng tạo ra hình học phức tạp hoặc có bước thay đổi
2.3Xoắn bằng Laser
Nguyên tắc:
Nhiệt laser cục bộ được áp dụng cho bề mặt ống trong khi quay, gây ra biến dạng nhiệt dẻo và hình thành cấu trúc xoắn dần dần.
Đặc trưng:
- Độ chính xác cao đối với ống có đường kính nhỏ hoặc thành mỏng
- Phổ biến trong sản xuất hàng không vũ trụ và y tế
- Chi phí cao hơn; lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng về độ chính xác
2.4Vẽ xoắn
Nguyên tắc:
Ống được giữ trong một thiết bị quay trong khi được kéo theo trục, cho phép xoắn ốc liên tục và đồng đều.
Đặc trưng:
- Độ ổn định cấu trúc tuyệt vời
- Kiểm soát linh hoạt các thông số quy trình
- Phù hợp với kích thước ống thông thường (10–50 mm OD)
2.5Cán định hình quay
Nguyên tắc:
Ống quay được ép dần dần bằng cách tạo hình con lăn để in đường viền xoắn ốc.
Đặc trưng:
- Bề mặt hoàn thiện cao cấp
- Lý tưởng cho các thiết kế đòi hỏi độ nhiễu loạn bề mặt cụ thể
- Phổ biến đối với các vật liệu dẻo như thép không gỉ, đồng và nhôm
2.6Ép khuôn
Nguyên tắc:
Ống được đặt trong khuôn xoắn ốc được định hình sẵn và được tạo hình nhanh chóng bằng máy ép cơ học hoặc thủy lực.
Đặc trưng:
- Hiệu quả cao và khả năng lặp lại
- Phù hợp cho sản xuất hàng loạt tiêu chuẩn
- Tiết kiệm chi phí nhưng kém linh hoạt để tùy chỉnh
2.7Các thông số quy trình chính
| Tham số | Phạm vi kiểm soát | Tác động & Thiết kế đánh đổi |
| Góc xoắn | 30°–90° | Góc lớn hơn làm tăng sự nhiễu loạn và truyền nhiệt nhưng cũng làm giảm áp suất |
| Bước xoắn | 10–100mm | Bước ngắn hơn giúp tăng cường sự gián đoạn của chất lỏng cho các ứng dụng hiệu suất cao |
| Đường kính ngoài | 6–60mm | Có thể tùy chỉnh dựa trên không gian thiết bị và yêu cầu về lưu lượng |
| Độ dày của tường | 0,3–3,0mm | Thành mỏng cải thiện khả năng truyền nhiệt; thành dày hơn tăng khả năng chịu áp suất |
| Chiều dài ống | Lên đến 30 mét | Thích hợp cho bộ trao đổi nhiệt lớn và cuộn dây |
| Độ nhám bề mặt | Theo thông số thiết kế | Bề mặt nhẵn làm giảm bám bẩn; lớp hoàn thiện có kết cấu làm tăng độ nhiễu loạn |
2.8Tùy chọn xử lý nhiệt và bề mặt
Để tăng khả năng chống ăn mòn, độ sạch và tuổi thọ, Ống xoắn thường được xử lý theo các phương pháp sau:
- Ủ:
Giảm ứng suất còn lại, cải thiện độ dẻo dai và linh hoạt - Ngâm chua và thụ động hóa:
Loại bỏ lớp oxit và tăng cường khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong hệ thống thực phẩm và dược phẩm - Đánh bóng điện hóa:
Cải thiện độ mịn bề mặt bên trong và bên ngoài, giảm thiểu bám bẩn và vi khuẩn bám dính - Phun bi/Tạo vân siêu nhỏ (Tùy chọn):
Thúc đẩy sự hình thành nhiễu loạn, tăng cường hiệu suất nhiệt
2.9Quy trình sản xuất hoàn chỉnh (Tổng quan)
Chuẩn bị nguyên liệu thô:
Chọn vật liệu ống cao cấp như thép không gỉ, hợp kim đồng hoặc titan; xác định đường kính ngoài, độ dày thành ống và các thông số kỹ thuật khác.
Quá trình hình thành:
Lựa chọn giữa phương pháp cán nguội, xoắn thủy lực, cán quay hoặc phương pháp dùng tia laser dựa trên yêu cầu thiết kế.
Hàn và lắp ráp (nếu cần):
Tự động hàn các ống nhiều đoạn hoặc cụm ống thành các thành phần hoàn chỉnh.
Xử lý nhiệt (Tùy chọn):
Được sử dụng để giảm ứng suất hoặc tinh chỉnh cấu trúc vi mô, cải thiện tính nhất quán và hiệu suất.
Xử lý bề mặt:
Áp dụng phương pháp tẩy rửa, đánh bóng hoặc thụ động hóa theo tiêu chuẩn công nghiệp và môi trường.
Kiểm tra chất lượng:
Bao gồm kiểm tra kích thước, xác minh dung sai, độ đồng đều xoắn ốc, thử áp suất, hoàn thiện bề mặt và thử rò rỉ.
3.0So sánh: Ống xoắn so với các loại ống khác
| Tiêu chuẩn | Ống xoắn | Ống trơn | Ống có vây | Ống xoắn ốc/ống gợn sóng |
| Hiệu suất truyền nhiệt | ⭐⭐⭐⭐⭐ — Tuyệt vời | ⭐⭐ — Thấp | ⭐⭐⭐ — Trung bình | ⭐⭐⭐⭐ — Cao |
| Khả năng chống bám bẩn | ⭐⭐⭐⭐ — Tốt | ⭐ — Kém | ⭐⭐ — Công bằng | ⭐⭐⭐ — Trung bình |
| Sự phức tạp của sản xuất | ⭐⭐⭐ — Trung bình | ⭐ — Thấp | ⭐⭐⭐ — Cao | ⭐⭐ — Trung bình |
| Dễ dàng vệ sinh và bảo trì | ⭐⭐⭐⭐ — Dễ dàng | ⭐⭐⭐⭐⭐ — Rất dễ | ⭐⭐ — Khó | ⭐⭐⭐ — Trung bình |
| Trị giá | Trung bình đến Cao | Thấp | Trung bình | Trung bình |
4.0Ứng dụng điển hình của ống xoắn
Sự lựa chọn lý tưởng cho việc trao đổi nhiệt hiệu suất cao trong các ngành công nghiệp:
- Ngành công nghiệp hóa dầu:
Bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống, bó làm mát lò phản ứng - Thiết bị phát điện:
Máy ngưng tụ hơi nước, lò hơi tái sinh, bộ trao đổi nhiệt tái sinh - Chế biến thực phẩm và dược phẩm:
Máy thanh trùng, cuộn làm mát, thiết bị gia nhiệt bằng hơi nước - Hệ thống làm mát chính xác:
Thiết bị làm mát bằng laser, linh kiện nhiệt trong thiết bị y tế - Hệ thống HVAC:
Máy bơm nhiệt nguồn không khí, bộ trao đổi nhiệt điều hòa không khí làm mát bằng nước
