一种铝合金管壳式换热器芯体的制作方法

本实用新型属于飞机发动机滑油系统，尤其涉及一种铝合金管壳式换热器芯体，能够耐受30MPa高压。

背景技术：

一般在6MPa以上高压工况时，航空用传统管壳式换热器普遍采用钛合金或不锈钢真空钎焊制造芯体。然而钛合金材料价格昂贵，经济性差；不锈钢材料密度较大，背离了航空用配件需尽量减重的原则，难以满足重量指标。铝合金材料虽然成本较低、密度较小，但若采用钎焊工艺，会使铝合金基体材料强度大大降低，严重限制其承压能力，因此在采用钎焊工艺时应避免使用。

此外，传统采用钎焊工艺制造芯体还会因其结构特点造成飞机飞越极冷地区时散热管进出口端面结冰，导致燃油路堵塞，甚至发动机停车，风险较大，故障率较高。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述情况，针对换热器类产品越来越高的承压要求，本实用新型提出一种铝合金管壳式换热器芯体，能够耐受30MPa高压，在有效避免钛合金、不锈钢钎焊芯体短板的同时，大幅提升芯体的承压能力。

按照本实用新型的一个方面，本实用新型的上述目的是利用以下的技术方案实现的：

一种铝合金管壳式换热器芯体，包括端板、环形折流板、盘形折流板、定位管、定位杆和散热管，其中定位杆通过机械胀接固定在端板上，中心设置有流道孔的环形折流板和中心无流道孔的盘形折流板穿在定位杆上，盘形折流板的外径小于环形折流板的外径，环形折流板的外径与换热器芯体外壳的内径基本相等，穿在定位杆上的定位管分布在端板与折流板之间，以及相邻的折流板之间，用于定位环形折流板和盘形折流板，散热管穿过环形折流板、盘形折流板，通过机械胀接定位在端板上。

按照本实用新型的又一个方面，所述环形折流板和盘形折流板交替地穿在定位杆上，以增强扰流，从而提高换热效果。

按照本实用新型的又一个方面，为了提高承压能力，所述芯体的端板采用一面为平面，另一面为拱形的结构，平面侧承压，拱形侧胀管。

进一步地，所述芯体的端板的中心处设置有用于拉紧端板的螺栓孔，以增加其承压强度，避免变形。

按照本实用新型的又一个方面，为避免更改胀接参数，方便机械胀接，定位杆的胀接端为薄壁结构，其外径、内径与散热管的尺寸相同。

按照本实用新型的又一个方面，由于定位杆是铝合金细长杆结构，为避免铝合金细长杆机加困难的问题，定位杆除胀接端以外的部分的直径约为胀接端外径的1.3倍。

按照本实用新型的又一个方面，散热管的管壁分布有许多凹坑，用于加强流体在管内流动时的扰流。

按照本实用新型的又一个方面，散热管是U形薄壁管结构。

本实用新型所提出的铝合金管壳式换热器芯体通过将散热管与端板机械胀接牢固，可实现散热管与端板的固定与密封，整个过程不损伤散热管，可有效保证基体强度。并且，定位杆的固定摒弃传统螺纹连接而改用机械胀接方法，可避免振动造成定位杆松脱。因而，本实用新型的铝合金管壳式换热器芯体不仅可有效降低材料、工艺成本，有效减轻散热器芯体重量，规避传统钛合金、不锈钢钎焊耐高压芯体飞越寒冷区域时散热管进出口端面结冰导致发动机停车的风险，还突破了传统铝合金芯体承压最高6MPa的限制，实现耐压高达30MPa。

附图说明

图1是表示本实用新型的芯体的整体结构的示意图。

图2是图1所示的结构的剖视图。

图3是表示在装配本实用新型的芯体时采用的机械胀接过程的示意图。

图4是表示本实用新型的芯体中的拱形端板的结构的示意图。

图5是表示本实用新型的芯体中的定位杆的结构的示意图。

其中：1-端板，2-环形折流板，3-盘形折流板，4-定位管，5-定位杆，6-散热管，7-胀套，8-胀杆，9-胀头，10-中心螺栓孔，11-胀接端。

具体实施方式

下面参考附图，结合具体实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细叙述。

图1示意描述了本实用新型的芯体的整体结构。如图所示，所述芯体包括端板1、环形折流板2、盘形折流板3、定位管4、定位杆5和散热管6。其中端板1的材料选用铝合金2A12，环形折流板2、盘形折流板3、定位管4、定位杆5的材料均选用铝合金3A21，散热管6的材料选用铝合金6061。其中端板1圆周处设置螺栓孔用于固定，中心处设置中心螺栓孔用于拉紧端板以增加其承压强度，端板1上还分布许多小孔用于胀接散热管6。环形折流板2形似圆环，其上分布许多小孔用于穿装散热管，中心设置一个大的流道孔，盘形折流板3形似圆盘，中心无流道孔，其中盘形折流板3的外径小于环形折流板2的外径，环形折流板2的外径与换热器芯体外壳的内径基本相等，从而迫使流体从环形折流板2的流道孔通过，和沿盘形折流板3的盘周流动，达到扰流的效果。定位管4是一种短的薄壁管，穿在定位杆上并分布在端板1与折流板之间，以及相邻的折流板之间，用于定位环形折流板2、盘形折流板3。定位杆5是一种细长杆结构，通过机械胀接固定在端板1上，环形折流板2、盘形折流板3、定位管4均穿在定位杆5上；散热管6可以是U形薄壁管结构，管壁可分布许多凹坑用于加强流体在管内流动时的扰流，安装时穿过环形折流板2、盘形折流板3并通过机械胀接定位在端板1上。尽管图1中表示了环形折流板2和盘形折流板3交替地穿在定位杆5上的情况，不过环形折流板2和盘形折流板3穿在定位杆5上的顺序没有限制，也可以不是交替的。不过，优选如图1中所示，把环形折流板2和盘形折流板3交替穿在定位杆5，这样可以增强扰流，从而提高换热效果，当然在这种情况下，环形折流板2和盘形折流板3的数目可以相等，或者一个的数目比另一个的数目多一个。

图2描述了本实用新型的芯体的各个零件间的相对位置关系。其中散热管6交替穿过环形折流板2、盘形折流板3，最终通过机械胀接定位在端板1上；定位杆5穿过环形折流板2、盘形折流板3、定位管4，最终通过机械胀接定位在端板1上，其中定位管4不仅要穿在定位杆5上，还需分布于环形折流板2、盘形折流板3之间，以实现环形折流板2、盘形折流板3位置的固定。

芯体工作时，一种介质从散热管6的一端进入另一端流出，另一种介质流经芯体中散热管6之间的间隙。两种温度不同的介质通过散热管壁来实现热交换。同时，散热管6的管壁上设置有大量凹坑，可有效增加管内介质的扰流，依据试验数据能提高大概10％的换热效率。

图3描述了本实用新型的芯体中的散热管6与端板1之间的机械胀接过程。该种胀接方法首先将散热管6插入端板1上小孔，并将胀套7、胀杆8装入散热管6中；然后使用专用胀枪向外拉出胀套7内孔胀杆8上的胀头9，使胀套7内外径增大达到合适的胀量，以挤压散热管6与端板1孔壁来实现贴合，从而实现固定和密封的作用；最后使用专用钻头去掉胀套7的端帽。

该种工艺方法的优点有：(1)本方法属于冷装配，不属于特种工艺，可靠性强；(2)本方法能够保证基材的材料强度，有效避免钎焊工艺过程对整个芯体加热而损伤散热管6；(3)芯体机械胀接后端板1的重新机加工保证端面具有0.8的粗糙度，使燃油能够顺利流入散热管6内，降低飞机飞越极冷地区时燃油在散热管进出口端面结冰导致燃油系统堵塞的风险；(4)芯体与壳体使用机械装配，可单独拆换新件，互换性与维修性好；(5)芯体机械胀接若出现泄漏，可直接钻掉问题管并重新胀接，有效避免采用传统钎焊方法时需废掉整个芯体的风险，经济性更好。

图4描述了本实用新型的芯体的端板1的结构。如图所示，所述芯体的端板1采用一面为平面，另一面为拱形的结构，该种结构选择平的一面承压，拱形的一面与散热管6相连接，并且在端板中心位置设置螺栓孔10，装配后通过中心螺栓将端板1承压反向拉紧，可增强端板1的承压强度。

端板1拱形结构在保证机械胀接可行性、可靠性的同时有效提高端板1承压能力，可避免因管腔压力太高造成承压面局部凹陷的问题。

图5描述了本实用新型的芯体的定位杆5的结构。定位杆5的固定摒弃传统螺纹连接而改用机械胀接方法。定位杆5的胀接端11设计成类似于散热管6的薄壁结构；同时，为避免更改胀接参数，便于机械胀接，胀接端11外径、内径与散热管6尺寸相同；为便于定位杆5的加工，避免铝合金细长杆机加困难的问题，定位杆5除胀接端11以外的细长杆部分直径设计成约为胀接端11外径的1.3倍。

传统螺纹连接方法虽能暂时固定定位杆5，但在飞机飞行过程中发动机的振动会造成螺纹连接松脱。而改用机械胀接能够有效规避该风险，提高连接可靠性。

本实用新型采用铝合金材料来替代传统高压换热器芯体所采用的钛合金、不锈钢材料，通过机械胀接固定定位杆5和散热管6，端板1采用拱形承压结构，在保证承压强度的同时有效降低材料、工艺成本，规避传统钛合金、不锈钢钎焊耐高压芯体飞越寒冷区域时散热管进出口端面结冰导致发动机停车的风险。本实用新型芯体突破了传统铝合金钎焊芯体承压最高6MPa的限制，实现耐压高达30MPa。