本實(shí)用新型涉及一種管式換熱器，尤其是用于工程機(jī)器的管式換熱器，具體地涉及換熱器管道與管板間的連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

對(duì)于工程機(jī)械例如船用機(jī)械，通常采用渦輪增壓器來壓縮空氣以增強(qiáng)空氣到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的引入。渦輪增壓器增加了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣的密度以產(chǎn)生更多動(dòng)力。而離開渦輪增壓器的空氣溫度很高(通常超過200℃，甚至高于300℃)，過高的增壓空氣溫度可能導(dǎo)致爆震，這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)很有害。因此，在渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間設(shè)置有用于冷卻從渦輪增壓器供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣的增壓空氣冷卻器(CAC)。增壓空氣冷卻器典型地設(shè)置成管翅式換熱器。在該增壓空氣冷卻器中，冷卻水流過沿著該增壓空氣冷卻器的長(zhǎng)度在第一方向上延伸的管道，來自渦輪增壓器的待冷卻的增壓空氣在垂直于第一方向的第二方向上穿過該增壓空氣冷卻器并與管道內(nèi)冷卻水進(jìn)行熱交換，由此，經(jīng)降溫的增壓空氣從該增壓空氣冷卻器離開進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)，由此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率并降低廢氣排放。

傳統(tǒng)的管翅式增壓空氣冷卻器中，管道與管板之間通過脹接工藝固定連接。尤其是對(duì)于燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合，離開渦輪增壓器的空氣處于高溫高壓狀態(tài)，在該高溫高壓的空氣流入增壓空氣冷卻器時(shí)，高溫空氣與流入增壓空氣冷卻器的通常低于100℃(某些情況下甚至低于40℃)的冷卻水之間存在很大的溫度差，而管道兩端被管板固定，因此導(dǎo)致管道與管板之間的連接結(jié)構(gòu)存在有很大的應(yīng)力，容易出現(xiàn)管道或管板斷裂并出現(xiàn)泄漏。

現(xiàn)有技術(shù)例如CN203687743U和CN202442636U中也給出有用于實(shí)現(xiàn)管道與管板之間的連接的多種技術(shù)方案。但是，這些技術(shù)方案都只是從連接容易程度和密封效果等方面進(jìn)行改善，所描述的連接結(jié)構(gòu)并不能從根本上解決管式換熱器中管道和管板之間的應(yīng)力問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，即提出一種換熱器管道與管板間的連接結(jié)構(gòu)，其使得能夠有效降低管道和/或管板因應(yīng)力升高而斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種換熱器管道與管板間的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：管板中的構(gòu)造用于供管道插入穿過的管孔，所述管孔包括臺(tái)階孔，所述臺(tái)階孔具有大孔徑部分、小孔徑部分以及位于大孔徑部分與小孔徑部分之間的臺(tái)肩，在管板的整個(gè)厚度上，所述管孔的內(nèi)徑大于管道的外徑；壓緊套筒，該壓緊套筒圍繞所述管道同軸地固定設(shè)置在所述臺(tái)階孔的所述大孔徑部分中，并與所述管道之間形成有空隙；和位于所述臺(tái)肩和所述壓緊套筒的一端部之間的密封部件，所述密封部件圍繞所述管道設(shè)置并在所述管道與所述管孔之間形成用于密封的屏障。

根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)，管板和管道之間的連接不再受到應(yīng)力的困擾，而是不存在密封損失，此外，組裝方便、簡(jiǎn)單。

有利地，相比于所述臺(tái)階孔的小孔徑部分，所述大孔徑部分更靠近管道的端部，所述臺(tái)階孔的大孔徑部分在管板的靠近管道的所述端部的外側(cè)面開口。通過此構(gòu)型，有利于壓緊套筒的安裝。

有利地，所述壓緊套筒通過壓配合設(shè)置在所述大孔徑部分中。

有利地，所述壓緊套筒的遠(yuǎn)離密封部件的一端與管板的所述外側(cè)面平齊。這樣，有利于集管箱的流體的分流和引導(dǎo)。

另一方面，本實(shí)用新型提供了一種換熱器，包括多個(gè)管道和位于管道端部并與管道連接的管板，管道內(nèi)的第一流體與管道外的第二流體進(jìn)行熱交換，其中至少一個(gè)管道在至少一個(gè)端部通過上述的連接結(jié)構(gòu)與管板連接。

有利地，沿著第二流體的流動(dòng)方向位于上游的一部分管道在其端部通過所述連接結(jié)構(gòu)與管板連接。這是因?yàn)橥ǔＱ刂诙黧w的流動(dòng)方向位于上游的管道的內(nèi)外流體溫差較大并因此應(yīng)力很大。

有利地，所述一部分管道的數(shù)目約占管道總數(shù)的1/3。

有利地，所述管式換熱器為管翅式增壓空氣冷卻器。

根據(jù)本實(shí)用新型的管板與管道之間的連接結(jié)構(gòu)使得管式換熱器能靈活設(shè)計(jì)以適應(yīng)于不同的換熱溫差和不同的應(yīng)用場(chǎng)合，有效避免現(xiàn)有連接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力問題，并且，組裝簡(jiǎn)單、方便，密封性可靠。因此，根據(jù)本實(shí)用新型的管式換熱器壽命延長(zhǎng)，并且應(yīng)用范圍更廣。

附圖說明

下面參照附圖說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的管式換熱器的立體示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的管式換熱器的縱向截面視圖，為了簡(jiǎn)化清楚起見未示出管道之間的翅片，其中示出管道端部與相應(yīng)管板之間的固定連接結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)A的放大視圖和根據(jù)本實(shí)用新型的位于管道端部與相應(yīng)管板之間的連接結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)B的放大視圖；以及

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的管式換熱器的管板的側(cè)視圖，其示出根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)在管板中的分布情況。

具體實(shí)施方式

圖1中示出根據(jù)本實(shí)用新型的管式換熱器1的透視圖，其中管式換熱器1包括：換熱芯體10，包括限定沿第一方向(例如圖示的X方向)延伸的第一流體(例如冷卻水)流動(dòng)通道的多個(gè)管道101和限定沿第二方向(例如圖示的Y方向)延伸的第二流體(例如空氣)流動(dòng)通道的翅片(未在圖中示出)，其中第一方向和第二方向交叉，例如成90度；和位于所述多個(gè)管道的端部并與至少部分的第一流體流動(dòng)通道流體連通的第一集管箱20和第二集管箱30，所述集管箱構(gòu)造用于容納第一流體并對(duì)第一流體進(jìn)行分流和導(dǎo)流，以使第一流體按照預(yù)先設(shè)計(jì)的流程流過所述管道。例如，在圖1中所示的實(shí)施例中，第一流體在換熱器中呈S形迂回流過所有流動(dòng)通道(即總體共有3個(gè)流程)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到，第一流體可以以單流程(即從位于管道一端的第一集管箱直接流入所有管道并從所有管道流出、接著從位于管道另一端的第二集管箱直接流出)或更多的流程流過換熱器。在第二方向上，第二流體進(jìn)入第二流體流動(dòng)通道、掠過管道的外表面并進(jìn)而與管道內(nèi)的第一流體進(jìn)行熱交換，接著，經(jīng)降溫的第二流體從換熱器流出。

集管箱在與管道端部的連接處設(shè)置有管板200。如圖2所示，管板200具有一定的厚度。管板200上設(shè)置有用于插入穿過管道101的管孔201。圖2中的細(xì)節(jié)A顯示的是管道101通過脹接工藝與管板200固定連接，因此，管道101與管板200上的相應(yīng)管孔孔壁之間不能產(chǎn)生相對(duì)于移動(dòng)。

圖2中的細(xì)節(jié)B顯示的是根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)。在圖2示出的連接結(jié)構(gòu)中，管板200中管孔201包括一個(gè)臺(tái)階孔。在圖示的實(shí)施例中，臺(tái)階孔具有一個(gè)大孔徑部分201a和一個(gè)小孔徑部分201b。大孔徑部分和小孔徑部分之間形成有臺(tái)肩2011。大孔徑部分的深度和小孔徑部分的深度之和為管板的厚度。管道插入穿過管孔。在管板的整個(gè)厚度上，管孔的內(nèi)徑大于管道的外徑。有利地，大孔徑部分比小孔徑部分更靠近管道101的端部。如圖所示，臺(tái)階孔的大孔徑部分在管板的靠近管道端部的外側(cè)面開口。在管孔的大孔徑部分201a中例如通過壓配合固定設(shè)置有壓緊套筒40。壓緊套筒圍繞管道同軸地固定設(shè)置在大孔徑部分中。有利地，壓緊套筒通過壓配合壓入到大孔徑部分中與大孔徑部分形成過盈配合，由此使得壓緊套筒被固定地保持在大孔徑部分中。壓緊套筒與管道之間形成有空隙。在壓緊套筒40的一端部與臺(tái)肩2011之間設(shè)置有密封部件50，例如O形圈。密封部件50圍繞管道101設(shè)置并且在外周面與管孔內(nèi)壁(即大孔徑部分的內(nèi)壁)形成密封接觸，并且在內(nèi)周面與管道的外周面形成密封接觸，由此在管道與管孔之間形成一道用于密封的屏障。有利地，壓緊套筒的遠(yuǎn)離密封部件的端部與位于大孔徑部分的開口側(cè)的管板表面平齊。

臺(tái)階孔的小孔徑部分201b的內(nèi)徑和壓緊套筒40的內(nèi)徑大于管道101的外徑，由此在管道的除了與密封部件密封接觸的區(qū)域之外的區(qū)域形成有環(huán)繞管道的環(huán)形空隙，由此允許管道101由于熱脹冷縮而相對(duì)于管板200的管孔壁移位。

根據(jù)本實(shí)用新型的上述連接結(jié)構(gòu)中，利用管板200保持管道101的端部的同時(shí)允許管道端部沿著第一方向在管板200的管孔201中小幅度移動(dòng)，由此管道的該端部形成“浮動(dòng)端”。

參見圖3所示，其示出了管式換熱器的管板200的側(cè)視圖，在圖3中以粗線圈出的區(qū)域C中，管孔與管道之間采用根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)來進(jìn)行連接。也就是說，落入所示區(qū)域中的管道101以“浮動(dòng)端”的方式附接到管板200上。該區(qū)域C可稱為“浮動(dòng)端部區(qū)域”。在圖3所示的實(shí)施例中，“浮動(dòng)端部區(qū)域”沿著第二流體的流動(dòng)方向位于管板的上游部分。也就是說，沿著第二流體的流動(dòng)方向位于上游的一部分管道在其端部通過根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)與管板連接。優(yōu)選地，管板200上的“浮動(dòng)端部區(qū)域”的面積約占管板的總有效區(qū)域的面積的1/3，該總有效區(qū)域?qū)?yīng)于管板上的與空氣流經(jīng)的所有管道相關(guān)聯(lián)的管孔所在的區(qū)域。如圖所示，管板的總有效區(qū)域由沿空氣流動(dòng)方向的管孔分布長(zhǎng)度L和沿?fù)Q熱器的高度方向(即圖1中Z方向)上的管孔分布高度限定。按照另一種計(jì)算方法，在整個(gè)管式換熱器中，具有“浮動(dòng)端”的管道的數(shù)目約占管道總數(shù)的1/3。

優(yōu)選地，對(duì)于能夠沿第一方向移位的管道101，其至少一個(gè)端部設(shè)置成“浮動(dòng)端”。當(dāng)管道101僅僅只有一個(gè)端部以“浮動(dòng)端”方式連接到管板200時(shí)，該管道的另一端可以以如圖2中細(xì)節(jié)A所示的常規(guī)構(gòu)型固定。

雖然圖示的實(shí)施例中管式換熱器為管翅式換熱器，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)也可用于其他管式換熱器，例如管殼式換熱器，只要這些換熱器中的管道與管板之間存在有需要因熱脹冷縮而發(fā)生移位的需求。

此外，雖然圖中僅示出了具有一個(gè)大孔徑部分和一個(gè)小孔徑部分的臺(tái)階孔，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到，管板中的管孔也可設(shè)置成具有多個(gè)臺(tái)階孔，此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到，壓緊套筒也可以設(shè)置成具有與多于兩個(gè)的孔徑部分相配合的外周面輪廓。壓緊套筒也不僅僅局限于通過壓配合來固定設(shè)置在大孔徑部分中，例如，可通過卡接等方式將壓緊套筒固定在管孔中，只要其能起到軸向固定密封部件的作用即可。

另外，雖然上文中以增壓空氣冷卻器中使用的介質(zhì)對(duì)管式換熱器的工作原理進(jìn)行了說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到，根據(jù)本實(shí)用新型的管式換熱器不限于增壓空氣冷卻器的使用，即管式換熱器中使用的介質(zhì)不限于冷卻水和空氣，而是可以有很多各種其他介質(zhì)的組合。

工業(yè)適用性

為了更好地理解本實(shí)用新型，下面以圖示的管式換熱器為例，對(duì)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)的組裝步驟進(jìn)行介紹：

第一步，管道101的兩端分別穿過各自的管板200上的管孔201，其中，在設(shè)計(jì)成臺(tái)階孔的管孔中，相比于小孔徑部分，大孔徑部分的開口側(cè)更靠近相應(yīng)的管端，通過脹接工藝將管道的設(shè)計(jì)為“固定端(非浮動(dòng)端)”的端部固定連接到管板上；

第二步，在設(shè)計(jì)成臺(tái)階孔的管孔中，將密封部件圍繞管道套入到大孔徑孔部分中，使得密封部件抵靠在管孔的臺(tái)肩上；

第三步，將壓緊套筒的一部分套在管道上并敲入到管孔的大孔徑部分中，使其伸入到管孔的一端與密封部件之間保持1～2毫米的距離，接著對(duì)管道101進(jìn)行脹管，使得管道外周面與密封部件的內(nèi)周面之間和密封件的外周面與管孔的內(nèi)周面之間形成密封接觸，達(dá)到密封部件的密封要求；和

第四步，將壓緊套筒進(jìn)一步敲入管孔的大孔徑部分中與密封部件形成抵靠，直至壓緊套筒的外端與管板的靠近管道端部的外側(cè)面保持平齊。

從上述組裝工藝中可以了解，由于壓緊套筒的內(nèi)徑和管孔的小孔徑部分的內(nèi)徑稍微大于管道的外徑，除了密封部件與管道相抵靠接觸的區(qū)域之外，在管道的外周形成有環(huán)形空隙，允許管道由于熱脹冷縮而相對(duì)于管孔的內(nèi)壁出現(xiàn)蠕動(dòng)移位，同時(shí)不會(huì)損失管孔與管道之間的密封。

根據(jù)本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)和管式換熱器不限于本申請(qǐng)中提到的船用機(jī)械，其所適用的機(jī)器可以為包括作為動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)以及與該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)例如增壓空氣冷卻器的機(jī)器。該機(jī)器可以是執(zhí)行工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦等領(lǐng)域的作業(yè)的任何機(jī)器，例如移動(dòng)式機(jī)器，尤其是車輛，例如工程機(jī)械。所述各種機(jī)器例如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、平地機(jī)、推土機(jī)、非公路卡車、輪式牽引鏟運(yùn)機(jī)等都可受益于本文所公開的內(nèi)容。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以在不偏離本實(shí)用新型的范圍的情況下對(duì)本實(shí)用新型的裝置做出多種改良和變型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過考慮本說明書中公開的內(nèi)容也可得到其它實(shí)施例。本說明書和示例僅應(yīng)被視為示例性的，本實(shí)用新型的真實(shí)范圍由所附權(quán)利要求以及等同方案限定。