铝板翅式换热器在工程机械冷却系统的应用

赵志华

摘要：近几年来，板翅式换热器已经在工程机械方面得到广泛应用，文章介绍了工程机械上使用的铝板翅式换热器的结构及主要零部件特点，并对铝板翅式换热器在工程机械冷却系统的具体应用进行了较为详细的叙述。

关键词：板翅式换热器；冷却系统；芯体工程；机械应用

中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0031-02

从20世纪30年代国外开始对板翅式换热器进行研制，当初很多国家研制的初衷是为石油化工设备进行配套；60年代我们国家实现板翅式换热器在航空油冷却方面的应用；70年代实现在空分设备中的应用。目前已在空气分离、石油化工及原子能及国防工业等多个领域得到了广泛应用。近几年来，板翅式换热器已经在工程机械方面得到广泛应用，但相关报道并不多。

1 板翅式换热器结构

1.1 板翅式换热器总述

板翅式换热器由芯体、封头、接管、支承件组成。芯体是板翅式换热器结构的重要组成部分，主要由翅片、封条和隔板组成。在相邻两隔板之间放置翅片，翅片两边用封条加以密封，组成一个基本单元，称为通道。将这样的基本单元根据各换热介质的不同流动方式进行装配，然后进入真空钎焊炉进行钎焊，便形成了板翅式换热器的芯体。芯体是板翅式换热器进行热量交换的核心，换热性能的优劣和芯体的零部件选择关系密切。

1.2 主要零部件介绍

1.2.1 翅片。翅片是板翅式换热器最基本的元件，由铝箔加工而成。热交换过程主要是通过翅片的热传导以及翅片与流体之间的对流换热来完成的。试验证明，有翅片的比没有翅片的换热器重量减少18%以上，再加上翅片扩大了传热面积，所以，板翅式换热器结构和其它换热器相比，更加轻巧、紧凑。

翅片的种类很多，常用形式有平直型、锯齿型和波纹型四种。每一种类型的翅片又根据翅片高度、节距的不同划分为多种规格，常用的翅片高度为1.6mm～12mm、翅片节距为0.8mm～4.2mm。由于翅片的特殊结构，流体在通道中形成强烈扰动，边界层不断破坏，从而有效地降低了热阻，提高了传热效率。

翅片材料的厚度从0.1mm到0.6mm不等。对于工程机械行业来说，目前空气侧翅片厚度主要选用0.2mm和0.15mm两种，通过试验证明，承受的压力可以达到5MPa以上。

不同的工质、工况下应采用不同结构形式的翅片，对温差和压差比较大的情况，可以选用阻力小翅片。

1.2.2 隔板和封条。隔板是两层翅片之间的金属平板，通常采用两面涂有铝硅合金的双金属复合板。隔板的作用是分隔并形成通道，承受压力的同时还起着一次传热面的作用。隔板厚度一般根据所受压力的大小确定，工程机械上使用的板翅式换热器，厚度一般使用0.8mm和0.6mm两种，其中铝硅合金层的厚度一般为0.1～0.15mm，焊接时，依靠该层金属的熔化将隔板和翅片、封条牢固地焊接在一起。为保证焊接质量，芯体装配时对隔板外观要求很严格。不仅要求表面平整，而且不允许有剪切弯边、压痕、毛刺和死弯等缺陷，否则会导致焊合率降低造成芯体泄漏。

封条位于通道的四周，起封闭和支承各通道作用，一般由铝合金型材或板材加工而成，其形状有矩形、燕尾形等。在芯体进炉焊接时，封条附近是最容易出现焊接缺陷发生泄漏的位置。为保证焊接质量，对于封条的材料及外形尺寸有比较严格的控制，必须保证上下两平面平直，高度尺寸要严格控制在公差范围内，不允许有超过负偏差的凹坑、压痕、气泡及碰伤等等。在封条附近发生泄漏时，通常采用氢弧焊进行补焊。

1.2.3 封头。封头是芯体和外部管道的连接组件，通常由封头体、端板、连接管或法兰等零件焊接而成。封头体材料一般采用铝型材，其结构形式主要有半圆形和U型两种。

2 铝板翅式换热器在工程机械冷却系统的应用

铝板翅式换热器作为液压油冷却装置的核心部件，目前已广泛应用在配置液压系统的工程机械上，比如：汽车起重机、旋挖钻机、混凝土搅拌车、拖泵、强夯机、挖沟机、摊铺机、压路机等。该液压油冷却装置有铝板翅式换热器、导风罩、冷却风扇、驱动装置、安装支架等构成，根据用户需求，还可选配温控开关、过滤器、旁通阀等，以便对液压系统进行更加有效的保护。液压油冷却装置一般安装于工程机械液压系统的回油管路上。驱动装置根据工程机械的使用工况不同进行选择，主要有直流24V电机、交流380V电机、液压马达三种。

该液压油冷却装置用于对工程机械液压油进行冷却，该产品的合理选型能够起到控制油温过高，延长整套液压设备寿命的作用。其工作原理是，液压系统中高温的液压油流过板翅式换热器芯体时，与强制流过芯体的冷空气进行热交换，使油温降至工作温度，保证液压系统正常工作。

铝板翅式换热器因其强度高、散热效率高而受到主机厂的青睐。除了液压系统的应用外，板翅式换热器已经进入到工程机械包括发动机散热器在内的整个散热模块上。现在好多主机厂开始使用铝板翅式换热器所取代铜质散热器，目前板翅式换热器已经在装载机、汽车起重机、摊铺机、压路机、铣刨机等得到应用。

3 结语

工程机械过去广泛使用的是铜散热器，由于铜散热器属于软钎焊，焊接温度为320℃～325℃，存在钎缝强度低、受到振动后容易产品泄漏等结构上的缺陷，漏水问题不可能得到彻底解决。而铝板翅式散热器芯体的焊接属于硬钎焊工艺，焊接温度在600℃～605℃，所以，铝板翅式散热器抗内部压力变形能力大于铜散热器，使用寿命也远远高于铜散热器。

另外环保问题也使铜散热器的生产受到制约，生产过程存在一定的铅蒸汽排放，对空气环境和人员有影响，需要特别控制。

总的说来，板翅式换热器的优势体现在散热性好、结构紧凑、可靠性高以及生产环保等很多方面，在不久的将来，板翅式换热器将会取代铜散热器，受到越来越多生产厂家的认可并得到更加广泛的应用。

参考文献

[1] 王松汉.板翅式换热器[M].化学工业出版社，

1984.

[2] 周昆颖.紧凑换热器[M].中国石化出版社，1998.