浅析散热器水管设计

王文，漆杰，童元，赵少锋



浅析散热器水管设计

王文，漆杰，童元，赵少锋

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

散热器水管对于发动机冷却系统的散热性能有着不可忽视的作用，同时水管在发动机舱的布置位置也很重要，这将影响到水管的使用寿命以及冷却系统性能的发挥。文章从水管结构、水管布置要求、水管设计方法等方面，同时综合考虑发动机以及其他零部件的运动情况，系统地阐述了水管设计过程需要注意的事项，为后续车型的水管设计提供了参考依据。

冷却系统；散热器水管；水管布置；水管设计方法

前言

发动机冷却系统的作用是将汽车发动机工作时高温零件所吸收的热量及时带走，使它们保持在正常的温度范围内工作，散热器水管是连接散热器与发动机的媒介，所以散热器水管的设计对于冷却系统性能的发挥有着非常重要的影响。本文从水管设计过程着手，从水管材料选择、水管内径选择、水管壁厚选择、水管弯曲半径选择、水管扩口设计要求、水管护套选择、水管限位防错设计、水管缓冲设计等方面，系统地阐述了水管设计方法，以及阐述了水管设计后的检查要素。

1 散热器水管设计过程

1.1 水管材料选择

散热器水管一般为胶管，胶管分为橡胶软管和纯胶管，橡胶软管和纯胶管由橡胶层和增强层或仅由橡胶层组成[1]。散热器水管所用的增强层材料为纤维，纤维又分为天然纤维和合成纤维两类，根据成本及性能要求选择合适的结构材料。应采用恰当的符号或缩略语对塑料件、橡胶件和热塑性弹性体件的材料进行标注，材料标识应位于“＞”和“＜”号之间[2]，图1是冷却用橡胶水管常用材料性能比较。

图1 冷却用橡胶水管常用材料性能比较

1.2 水管内径选择

散热器水管一端与散热器相连，另一端与发动机相连，为了保证装配的密封效果及方便性，水管与接口件必须有一个合理的配合尺寸，可参照图2，如下：

图2 冷却系统管路推荐尺寸

1.3 水管壁厚选择

水管壁厚根据水管内径大小进行确定，不同的内径对应不同的壁厚，具体选择可参照图3[3]，如下：

图3 橡胶软管壁厚及公差选择

1.4 水管弯曲半径选择

图4 针织工艺管路水管弯曲半径要求

图5 全胶工艺管路水管弯曲半径要求

图6 针织工艺管路水管弯曲半径要求

为了避免与其他零部件发生干涉，在设计水管时肯定会有弯曲的情况出现。不同结构的水管，在内径不同的情况下，在弯曲角度不同的情况下，水管最小弯曲半径各不相同，在设计时可参考如图4、图5、图6。

1.5 水管扩口设计要求

散热器水管连接着散热器与发动机，散热器与发动机接口直径会有所不同，在这种情况下，水管连接接口直径大的那一端需要扩口（内径变大），全胶工艺水管扩口率应≤60%，针织工艺水管扩口率应≤45%，编制工艺水管扩口率应≤20%，超过30%的扩口率应该考虑扩口对管路端面的影响（即由于内径增大引起的胶管截面圆环厚度的变化），水管过渡距离可参考图7，如下：

图7 不同扩口率过渡距离要求

1.6 水管护套选择

水管一般固定在支架上，同时水管在车辆剧烈运动时难免会与其他零部件发生干涉，为了防止水管被磨破，这时需要护套来进行保护。护套有各种材料，海绵护套、尼龙编织护套、PE热缩护套、热塑布护套、锡箔护套等护套有各自在隔热、防磨、成本等方面的优缺点，海绵护套隔热性能好但热老化、防磨性能差，尼龙编织护套防磨性能好但隔热性能差，锡箔护套性能极佳但成本极高，PE热缩护套和热缩布护套都有优异的综合性能。可以根据成本及实际情况选择合适的护套，推荐使用尼龙护套。

1.7 水管限位防错设计

水管装配时必须保证正确的走向，如果不设计防错措施，生产线员工在装配水管时很容易装错，会导致后续工序发生其他问题，所以水管要有安装、限位防错标记，水管环箍凸耳朝向与水管标识方向一致，水管环箍凸耳位置根据生产线装车在图纸中增加要求，设计实例如图8。

图8 水管限位防错设计实例

1.8 水管缓冲设计

为了降低发动机传递给散热器的振动，水管设计必须有减振拐弯，水管如果直接连接，会导致振动性能偏差而致使管路滑脱，两个连接点之间一般至少需要3个拐弯，如图9：

图9 水管缓冲设计实例

1.9 水管设计检查事项

水管设计后，需要检查与其他零部件的间隙情况。水管与周边固定部件的间隙应≥10mm，水管与周边运动部件的间隙应≥25mm，水管与周边装配精度不易控制的固定部件（类似水管与风扇本体）应≥15mm。

1.10 水管基本性能要求

水管爆破压力当按GB/T 5563规定，在GB/T 2941规定的标准试验温度下，最小爆破压力应为：纯胶管0.2Mpa,直径小于等于18mm的橡胶软管1.2Mpa，直径大于等于18mm小于等于35mm的橡胶软管0.9Mpa，直径大于等于35mm的橡胶软管0.5Mpa。粘合强度当按GB/T 14905中适合程序进行测定时，未老化软管的层间粘合强度应不小于1.75kN/m，对于经老化、浸油和振动疲劳后的软管层间粘合强度应不小于1.25kN/m。低温曲挠性、耐吸扁性、耐弯折性、耐膨胀性、耐电化学降解性、耐臭氧性、耐热老化性、压缩永久变形、耐润滑油表面污染性、压力/振动/温度试验的要求参照GB/T 18948-2009。

2 结束语

本文根据实际项目经验及参考汽车行业内相关标准，从散热器水管材料选择、设计过程中的要求、到最后设计完成后的检查事项，详细地介绍了水管的设计流程，供水管设计者参考。

[1] GB/T 18948-2009内燃机冷却系统用橡胶软管和纯胶管规范.

[2] QCT 797-2008汽车塑料件,橡胶件和热塑性弹性体件.

[3] HGT 2491汽车用输水橡胶软管.

[4] GB/T 5563橡胶和塑料软管及软管组合件静液压试验方法.

[5] GB/T 2941橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序.

[6] GB/T 14905橡胶和塑料软管各层间粘合强度的测定.

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，工学学士，工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，主要从事：乘用车冷却系统设计开发。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.037