淺析散熱器水管設計

王文，漆杰，童元，趙少鋒

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淺析散熱器水管設計

王文，漆杰，童元，趙少鋒

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

散熱器水管對于發動機冷卻系統的散熱性能有著不可忽視的作用，同時水管在發動機艙的布置位置也很重要，這將影響到水管的使用壽命以及冷卻系統性能的發揮。文章從水管結構、水管布置要求、水管設計方法等方面，同時綜合考慮發動機以及其他零部件的運動情況，系統地闡述了水管設計過程需要注意的事項，為后續車型的水管設計提供了參考依據。

冷卻系統；散熱器水管；水管布置；水管設計方法

前言

發動機冷卻系統的作用是將汽車發動機工作時高溫零件所吸收的熱量及時帶走，使它們保持在正常的溫度范圍內工作，散熱器水管是連接散熱器與發動機的媒介，所以散熱器水管的設計對于冷卻系統性能的發揮有著非常重要的影響。本文從水管設計過程著手，從水管材料選擇、水管內徑選擇、水管壁厚選擇、水管彎曲半徑選擇、水管擴口設計要求、水管護套選擇、水管限位防錯設計、水管緩沖設計等方面，系統地闡述了水管設計方法，以及闡述了水管設計后的檢查要素。

1 散熱器水管設計過程

1.1 水管材料選擇

散熱器水管一般為膠管，膠管分為橡膠軟管和純膠管，橡膠軟管和純膠管由橡膠層和增強層或僅由橡膠層組成[1]。散熱器水管所用的增強層材料為纖維，纖維又分為天然纖維和合成纖維兩類，根據成本及性能要求選擇合適的結構材料。應采用恰當的符號或縮略語對塑料件、橡膠件和熱塑性彈性體件的材料進行標注，材料標識應位于“＞”和“＜”號之間[2]，圖1是冷卻用橡膠水管常用材料性能比較。

圖1 冷卻用橡膠水管常用材料性能比較

1.2 水管內徑選擇

散熱器水管一端與散熱器相連，另一端與發動機相連，為了保證裝配的密封效果及方便性，水管與接口件必須有一個合理的配合尺寸，可參照圖2，如下：

圖2 冷卻系統管路推薦尺寸

1.3 水管壁厚選擇

水管壁厚根據水管內徑大小進行確定，不同的內徑對應不同的壁厚，具體選擇可參照圖3[3]，如下：

圖3 橡膠軟管壁厚及公差選擇

1.4 水管彎曲半徑選擇

圖4 針織工藝管路水管彎曲半徑要求

圖5 全膠工藝管路水管彎曲半徑要求

圖6 針織工藝管路水管彎曲半徑要求

為了避免與其他零部件發生干涉，在設計水管時肯定會有彎曲的情況出現。不同結構的水管，在內徑不同的情況下，在彎曲角度不同的情況下，水管最小彎曲半徑各不相同，在設計時可參考如圖4、圖5、圖6。

1.5 水管擴口設計要求

散熱器水管連接著散熱器與發動機，散熱器與發動機接口直徑會有所不同，在這種情況下，水管連接接口直徑大的那一端需要擴口（內徑變大），全膠工藝水管擴口率應≤60%，針織工藝水管擴口率應≤45%，編制工藝水管擴口率應≤20%，超過30%的擴口率應該考慮擴口對管路端面的影響（即由于內徑增大引起的膠管截面圓環厚度的變化），水管過渡距離可參考圖7，如下：

圖7 不同擴口率過渡距離要求

1.6 水管護套選擇

水管一般固定在支架上，同時水管在車輛劇烈運動時難免會與其他零部件發生干涉，為了防止水管被磨破，這時需要護套來進行保護。護套有各種材料，海綿護套、尼龍編織護套、PE熱縮護套、熱塑布護套、錫箔護套等護套有各自在隔熱、防磨、成本等方面的優缺點，海綿護套隔熱性能好但熱老化、防磨性能差，尼龍編織護套防磨性能好但隔熱性能差，錫箔護套性能極佳但成本極高，PE熱縮護套和熱縮布護套都有優異的綜合性能。可以根據成本及實際情況選擇合適的護套，推薦使用尼龍護套。

1.7 水管限位防錯設計

水管裝配時必須保證正確的走向，如果不設計防錯措施，生產線員工在裝配水管時很容易裝錯，會導致后續工序發生其他問題，所以水管要有安裝、限位防錯標記，水管環箍凸耳朝向與水管標識方向一致，水管環箍凸耳位置根據生產線裝車在圖紙中增加要求，設計實例如圖8。

圖8 水管限位防錯設計實例

1.8 水管緩沖設計

為了降低發動機傳遞給散熱器的振動，水管設計必須有減振拐彎，水管如果直接連接，會導致振動性能偏差而致使管路滑脫，兩個連接點之間一般至少需要3個拐彎，如圖9：

圖9 水管緩沖設計實例

1.9 水管設計檢查事項

水管設計后，需要檢查與其他零部件的間隙情況。水管與周邊固定部件的間隙應≥10mm，水管與周邊運動部件的間隙應≥25mm，水管與周邊裝配精度不易控制的固定部件（類似水管與風扇本體）應≥15mm。

1.10 水管基本性能要求

水管爆破壓力當按GB/T 5563規定，在GB/T 2941規定的標準試驗溫度下，最小爆破壓力應為：純膠管0.2Mpa,直徑小于等于18mm的橡膠軟管1.2Mpa，直徑大于等于18mm小于等于35mm的橡膠軟管0.9Mpa，直徑大于等于35mm的橡膠軟管0.5Mpa。粘合強度當按GB/T 14905中適合程序進行測定時，未老化軟管的層間粘合強度應不小于1.75kN/m，對于經老化、浸油和振動疲勞后的軟管層間粘合強度應不小于1.25kN/m。低溫曲撓性、耐吸扁性、耐彎折性、耐膨脹性、耐電化學降解性、耐臭氧性、耐熱老化性、壓縮永久變形、耐潤滑油表面污染性、壓力/振動/溫度試驗的要求參照GB/T 18948-2009。

2 結束語

本文根據實際項目經驗及參考汽車行業內相關標準，從散熱器水管材料選擇、設計過程中的要求、到最后設計完成后的檢查事項，詳細地介紹了水管的設計流程，供水管設計者參考。

[1] GB/T 18948-2009內燃機冷卻系統用橡膠軟管和純膠管規范.

[2] QCT 797-2008汽車塑料件,橡膠件和熱塑性彈性體件.

[3] HGT 2491汽車用輸水橡膠軟管.

[4] GB/T 5563橡膠和塑料軟管及軟管組合件靜液壓試驗方法.

[5] GB/T 2941橡膠物理試驗方法試樣制備和調節通用程序.

[6] GB/T 14905橡膠和塑料軟管各層間粘合強度的測定.

A brief analysis of radiator water pipe design

Wang Wen, Qi Jie, Tong Yuan, Zhao Shaofeng

( Center of Technology, Anhui Jianghuai Automobile CO. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The radiator water pipe has a great influence on the heat dispersion of cooling system,at the same time,the location of the radiator water pipe in the engine compartment is also very important, it will has influence on the working life of the water pipe and the performance of the cooling system.This paper systematically expounds the things we need to pay attention to in the design process of the radiator water pipe, it includes the water pipe structure, the water pipe layout requirements, the water pipe design method and so on,we also synthetically considered the movement of the engine and other components in the design process.It provides a reference of the water pipe design for subsequent vehicles.

Cooling system;Radiator water pipe; Water pipe arrangenment;Water pipe design method

U464

A

1671-7988(2018)21-106-03

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1671-7988(2018)21-106-03

王文 (1991- ) 男，工學學士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，主要從事：乘用車冷卻系統設計開發。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.037