空压机级间冷却器翅片涂膜的必要性分析

空压机级间冷却器翅片涂膜的必要性分析杭州杭氧换热设备有限公司/冯苗根李晶晶目前，在空压机级间冷却器中，为了强化传热，提高气侧的传热系数，正大量使用各种形式、规格的翅片作为传热元件；同时，为了降低制造成本，提高市场竞争力，翅片材料也正在大量使用铝材而替代价格昂贵的铜材，由于铝翅片在湿工况或干湿交替工况的环境下工作时，其表面会形成氧化层粉末！！：0），带来冷却器及压缩机使用寿命缩短及环境污染两方面的问题。此外，在湿工况下工作时，空气中的水分冷凝，附着在翅片上形成“水桥”，导致气体阻力增加，能耗加大。翅片表面涂膜处理是解决问题的有效方法，表面涂膜处理技术是20世纪90年代发展起来的新技术，目前在空调热交换器上应用较广泛，技术也日趋成熟，主要有耐蚀性涂膜处理和亲水性涂膜处理两种。

1.1耐蚀性金属铝材自身可以在空气中形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜有保护内层金属铝不再受腐蚀的作用，但这种氧化膜是两性氧化物，当处于潮湿、酸、碱、氧化性的环境中时，氧化膜很容易产生急剧的氧化或电蚀，缩短金属铝的使用寿命。空压机在工作时，由于冷凝水的作用，级间冷却器翅片处于湿工况，停机时则处于干工况，这种湿工况或干湿工况的不断交替使未经表面处理的翅片极易被腐蚀，干燥时腐蚀层发生泥裂而剥落，呈白色粉末状（主要成分为al2o3），这就是所谓的“白粉”。它污染环境、有害健康，因此，对有耐蚀性要求或在湿工况、干湿交替工况下使用的金属铝翅片，需要对其进行表面处理以获得高耐蚀性。

1.2亲水性空压机级间冷却器在运行时，由于翅片表面的温度比空气的露点低，空气中的水分凝结在翅片表面，呈半圆形的小水珠附着在翅片表面，当翅片间距较小时，水珠在翅片间“架桥”阻塞空气的流动，使阻力、能耗增大。要解决“水桥”问题，要求翅片具有使附着的冷凝水沿着其表面迅速流走的能力。在翅片表面涂一层亲水涂料，形成亲水涂膜，使水滴在涂层表面迅速铺开并流走，这种方法是目前国内外普遍研究与发展的趋势气2.1涂层厚度铝带表面的涂层厚度没有硬性规定，因涂料的价格一般都较高，所以在满足性能要求的前提下涂层厚度控制得越薄，生产成本就越低。涂层厚度直接影响到涂层的各项性能指标，因此要求铝带表面的涂层厚度要均勾一致。

2.2涂层附着力涂层附着力是铝带与其表面涂层黏合牢度的指标。如果涂层附着力过小，则涂层铝带在进一步加工和使用中，表面涂膜就容易脱落，进而影响涂层铝带的重量，因此要求涂层附着力越强越好。涂层附着力一般只能定性地进行检测，其主要检测方法有耐摩擦试验、划格试验和杯突法等。

2.3亲水性能亲水铝带在使用一段时间后，会因为受各种环境因素的作用而使表面的亲水性能受到影响。因此，亲水性能一般分为初期亲水性与耐环境试验后的亲水性能。亲水性能的好坏主要是以接触角a的大小来衡量。一般产品的初期亲水性要求《2.4耐腐蚀性能耐腐蚀性能主要体现在三个方面：一是耐碱性，由于换热片冲制后表面的润滑油需用碱性清洗剂去除，所以要求铝带表面的功能涂层必须具有一定的耐碱性，一般要求在20%的氢氧化钠溶液中浸泡3分钟不起泡。二是耐盐雾腐蚀性，一般是在试验条件为35'C、3%的盐水喷雾环境中要求500小时不能有腐蚀斑点。耐盐雾腐蚀性的好坏直接关系到换热片使用寿命。在沿海地区，由于空气中盐含量较高，所以对换热片的耐盐雾腐蚀性有较高的要求。三是耐湿热性能，即在一定温度、一定湿度下长时间放置的耐腐蚀性，该性能也是衡量换热片耐气候能力的一个重要指标。

翅片涂膜的技术及制造工艺，主要是在基材的基础上，通过底层防腐处理后，再进行疏水性和亲水性涂层工艺，得到所需要的既能提高防腐蚀能力，延长使用寿命，又能有效地防止冷凝水在翅片表面的结露，以降低空气阻力的综合性能良好的带涂膜层的翅片（如所示）。

亲水性涂膜层疏水性涂膜层底处理层基板经涂膜工艺处理的翅片典型的涂膜工艺过程如下：（1）底处理层：在形成底处理层前，优先在铝或铝合金基板的表面上用碱水溶液进行冲洗，预先对基板表面进行脱脂，以提高基板与底处理层的附着力，同时也给翅片材料赋予了耐腐蚀性。然后，利用喷射等方法在基板面上涂布化学转化处理液，进行磷酸铬盐表面处理，形成由无机氧化物或有机――无机复合化合物构成的底处理层。

（2）疏水性涂膜层：在形成的底处理层上，涂布、烘烤聚氨酯系树脂、环氧系树脂、聚酯系树脂及聚丙烯酸系树脂中的其中一种树脂溶液，在底处理层上形成疏水性涂膜层。通过形成这样的疏水性涂膜层，使翅片材料在酸性气氛下的多湿环境中，也可以抑制渗透了亲水性涂膜层的结露水与基板接触，抑制基板氧化引起的铝氧化物的产生，提高耐腐蚀性。

（3）亲水性涂膜层：在形成的疏水性涂膜层的表面上，涂布、烘烤亲水性树脂的树脂溶液，在疏水性涂膜层上形成亲水性涂膜层。亲水性涂膜层由含有横酸基、羧基、羟基的亲水性树脂构成，来显现亲水性，从而能提高翅片材料表面的结露水的流动性。

通过以上在铝或铝合金基材上进行的底层处理和涂膜处理，*后形成为带涂膜层的翅片材料。

对于空压机级间冷却器，叠片式冷却器是常用的结构形式，而波纹翅片、开缝翅片是应用*为广泛的翅片类型。当翅片表面温度低于空气露点温度时，空气侧会发生析湿现象，析出的冷凝水会黏附在翅片表面，从而影响换热效果，增大空气侧压降。为了减小这种不利影响，通常在翅片表面进行涂膜处理，涂膜层可以有效地改善冷凝水的排放，降低空气侧压降。

已有研究者对析湿工况下带亲水层波纹翅片（如所示）、百页窗翅片（如所示）和开缝翅片（如所示）的空气侧特性进行了研究。

结果表明：进行翅片表面涂膜处理后，对空气侧的传热性能基本无影响，而空气侧的阻力特性则得到了较大的改观，这是由于亲水层使凝结的冷凝水在翅片表面形成了一层水膜并快速流下，降低了“水桥”

的阻塞作用，从而使空气侧阻力下降。具体表现为以下几方面的结论：（1）K.Hong和R.L.Webb通过对百叶窗片和波纹翅片的试验发现，在2.5m/s迎面风速时，带亲水涂膜层翅片在湿工况下的压降损失分别降低了45%和15%，因此，涂膜层对百叶窗翅片的影响要比对波纹翅片的影响大'）张圆明等通过对7个带亲水层波纹翅片管换热器空气侧流动特性的研究表明，空气侧的换热和阻力因子都随着翅片间距的减小而增大，但当雷诺数增大到一定值时，阻力因子对翅片间距的变化不敏感。

当管径增大时，换热和阻力因子受翅片间距的影响也增强。

1987年）对带有亲水层的翅片管换热器做了研究，实验发现，表面涂膜的换热器和没有涂膜的换热器的空气侧换热系数相近，但压降要比没有涂膜的换热器小20%（4）1997年，Wang等对表面覆盖亲水层的11种不同结构参数的平翅片和百叶窗翅片进行了实验研究，结果表明：在湿工况下亲水层对换热器的换热特性的影响可以忽略不计，而压降损失要比没有覆盖亲水层的换热器小15%~40%.（5）2000年，Wang等对表面覆盖亲水层以及没有覆盖亲水层的8种紧凑型翅片管式换热器做了比较实验研究，结果显示：在相同的入口空气状态下，覆盖亲水层的换热器空气侧换热系数比没有覆盖亲水层的换热器稍微偏低，但是当翅片间距减小到1.2mm时，此偏低的数值也会达到没有覆盖亲水层的换热器空气侧换热系数的20%.（1）在湿工况下，开缝翅片的阻力比干工况时增加较多，因此翅片间距不宜太小，此时可考虑采用波纹翅片。

（2）当翅片换热器在湿工况或干、湿交替工况运行时，可在翅片表面添加亲水性涂膜，它对换热性能影响极小，但可大大降低湿工况下空气的流动阻力，对百叶窗翅片、开缝翅片效果更佳。

设计人员应充分了解所选换热器的翅片形式，并根据使用场合的不同区别对待。