鋁板翅式換熱器在工程機械冷卻系統(tǒng)的應用

趙志華

摘要：近幾年來，板翅式換熱器已經(jīng)在工程機械方面得到廣泛應用，文章介紹了工程機械上使用的鋁板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)及主要零部件特點，并對鋁板翅式換熱器在工程機械冷卻系統(tǒng)的具體應用進行了較為詳細的敘述。

關(guān)鍵詞：板翅式換熱器；冷卻系統(tǒng)；芯體工程；機械應用

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0031-02

從20世紀30年代國外開始對板翅式換熱器進行研制，當初很多國家研制的初衷是為石油化工設(shè)備進行配套；60年代我們國家實現(xiàn)板翅式換熱器在航空油冷卻方面的應用；70年代實現(xiàn)在空分設(shè)備中的應用。目前已在空氣分離、石油化工及原子能及國防工業(yè)等多個領(lǐng)域得到了廣泛應用。近幾年來，板翅式換熱器已經(jīng)在工程機械方面得到廣泛應用，但相關(guān)報道并不多。

1 板翅式換熱器結(jié)構(gòu)

1.1 板翅式換熱器總述

板翅式換熱器由芯體、封頭、接管、支承件組成。芯體是板翅式換熱器結(jié)構(gòu)的重要組成部分，主要由翅片、封條和隔板組成。在相鄰兩隔板之間放置翅片，翅片兩邊用封條加以密封，組成一個基本單元，稱為通道。將這樣的基本單元根據(jù)各換熱介質(zhì)的不同流動方式進行裝配，然后進入真空釬焊爐進行釬焊，便形成了板翅式換熱器的芯體。芯體是板翅式換熱器進行熱量交換的核心，換熱性能的優(yōu)劣和芯體的零部件選擇關(guān)系密切。

1.2 主要零部件介紹

1.2.1 翅片。翅片是板翅式換熱器最基本的元件，由鋁箔加工而成。熱交換過程主要是通過翅片的熱傳導以及翅片與流體之間的對流換熱來完成的。試驗證明，有翅片的比沒有翅片的換熱器重量減少18%以上，再加上翅片擴大了傳熱面積，所以，板翅式換熱器結(jié)構(gòu)和其它換熱器相比，更加輕巧、緊湊。

翅片的種類很多，常用形式有平直型、鋸齒型和波紋型四種。每一種類型的翅片又根據(jù)翅片高度、節(jié)距的不同劃分為多種規(guī)格，常用的翅片高度為1.6mm～12mm、翅片節(jié)距為0.8mm～4.2mm。由于翅片的特殊結(jié)構(gòu)，流體在通道中形成強烈擾動，邊界層不斷破壞，從而有效地降低了熱阻，提高了傳熱效率。

翅片材料的厚度從0.1mm到0.6mm不等。對于工程機械行業(yè)來說，目前空氣側(cè)翅片厚度主要選用0.2mm和0.15mm兩種，通過試驗證明，承受的壓力可以達到5MPa以上。

不同的工質(zhì)、工況下應采用不同結(jié)構(gòu)形式的翅片，對溫差和壓差比較大的情況，可以選用阻力小翅片。

1.2.2 隔板和封條。隔板是兩層翅片之間的金屬平板，通常采用兩面涂有鋁硅合金的雙金屬復合板。隔板的作用是分隔并形成通道，承受壓力的同時還起著一次傳熱面的作用。隔板厚度一般根據(jù)所受壓力的大小確定，工程機械上使用的板翅式換熱器，厚度一般使用0.8mm和0.6mm兩種，其中鋁硅合金層的厚度一般為0.1～0.15mm，焊接時，依靠該層金屬的熔化將隔板和翅片、封條牢固地焊接在一起。為保證焊接質(zhì)量，芯體裝配時對隔板外觀要求很嚴格。不僅要求表面平整，而且不允許有剪切彎邊、壓痕、毛刺和死彎等缺陷，否則會導致焊合率降低造成芯體泄漏。

封條位于通道的四周，起封閉和支承各通道作用，一般由鋁合金型材或板材加工而成，其形狀有矩形、燕尾形等。在芯體進爐焊接時，封條附近是最容易出現(xiàn)焊接缺陷發(fā)生泄漏的位置。為保證焊接質(zhì)量，對于封條的材料及外形尺寸有比較嚴格的控制，必須保證上下兩平面平直，高度尺寸要嚴格控制在公差范圍內(nèi)，不允許有超過負偏差的凹坑、壓痕、氣泡及碰傷等等。在封條附近發(fā)生泄漏時，通常采用氫弧焊進行補焊。

1.2.3 封頭。封頭是芯體和外部管道的連接組件，通常由封頭體、端板、連接管或法蘭等零件焊接而成。封頭體材料一般采用鋁型材，其結(jié)構(gòu)形式主要有半圓形和U型兩種。

2 鋁板翅式換熱器在工程機械冷卻系統(tǒng)的應用

鋁板翅式換熱器作為液壓油冷卻裝置的核心部件，目前已廣泛應用在配置液壓系統(tǒng)的工程機械上，比如：汽車起重機、旋挖鉆機、混凝土攪拌車、拖泵、強夯機、挖溝機、攤鋪機、壓路機等。該液壓油冷卻裝置有鋁板翅式換熱器、導風罩、冷卻風扇、驅(qū)動裝置、安裝支架等構(gòu)成，根據(jù)用戶需求，還可選配溫控開關(guān)、過濾器、旁通閥等，以便對液壓系統(tǒng)進行更加有效的保護。液壓油冷卻裝置一般安裝于工程機械液壓系統(tǒng)的回油管路上。驅(qū)動裝置根據(jù)工程機械的使用工況不同進行選擇，主要有直流24V電機、交流380V電機、液壓馬達三種。

該液壓油冷卻裝置用于對工程機械液壓油進行冷卻，該產(chǎn)品的合理選型能夠起到控制油溫過高，延長整套液壓設(shè)備壽命的作用。其工作原理是，液壓系統(tǒng)中高溫的液壓油流過板翅式換熱器芯體時，與強制流過芯體的冷空氣進行熱交換，使油溫降至工作溫度，保證液壓系統(tǒng)正常工作。

鋁板翅式換熱器因其強度高、散熱效率高而受到主機廠的青睞。除了液壓系統(tǒng)的應用外，板翅式換熱器已經(jīng)進入到工程機械包括發(fā)動機散熱器在內(nèi)的整個散熱模塊上。現(xiàn)在好多主機廠開始使用鋁板翅式換熱器所取代銅質(zhì)散熱器，目前板翅式換熱器已經(jīng)在裝載機、汽車起重機、攤鋪機、壓路機、銑刨機等得到應用。

3 結(jié)語

工程機械過去廣泛使用的是銅散熱器，由于銅散熱器屬于軟釬焊，焊接溫度為320℃～325℃，存在釬縫強度低、受到振動后容易產(chǎn)品泄漏等結(jié)構(gòu)上的缺陷，漏水問題不可能得到徹底解決。而鋁板翅式散熱器芯體的焊接屬于硬釬焊工藝，焊接溫度在600℃～605℃，所以，鋁板翅式散熱器抗內(nèi)部壓力變形能力大于銅散熱器，使用壽命也遠遠高于銅散熱器。

另外環(huán)保問題也使銅散熱器的生產(chǎn)受到制約，生產(chǎn)過程存在一定的鉛蒸汽排放，對空氣環(huán)境和人員有影響，需要特別控制。

總的說來，板翅式換熱器的優(yōu)勢體現(xiàn)在散熱性好、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高以及生產(chǎn)環(huán)保等很多方面，在不久的將來，板翅式換熱器將會取代銅散熱器，受到越來越多生產(chǎn)廠家的認可并得到更加廣泛的應用。

參考文獻

[1] 王松漢.板翅式換熱器[M].化學工業(yè)出版社，

1984.

[2] 周昆穎.緊湊換熱器[M].中國石化出版社，1998.