CN110887387B - 一种航空发动机用空气—燃油环形换热器 - Google Patents

一种航空发动机用空气—燃油环形换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型航空发动机用空气—燃油环形换热器，包括换热器芯体、测试管接头、外筒，换热器芯体包括前端板、后端板、若干个换热管、测试管、若干个定位杆、若干个隔板I、若干个隔板II、内筒、环腔，本发明用于解决新型发动机对其配套换热器的高集成化，超高温、高压工况，高振动量级的需求问题。

Description

一种航空发动机用空气—燃油环形换热器
技术领域
本发明属于换热器结构设计技术领域，涉及一种适用于超高温、高压工况，高集成化需求，高振动量级需求的空气－燃油环形换热器。
背景技术
随着航空发动机领域的发展，航空发动机配套换热器对性能的要求越来越高，主要表现为：高集成化需求；新型热力循环需求，即超高温、高压工况的需求；高振动量级需求。目前传统的发动机配套换热器已无法适应新型发动机的要求。从而本发明提出了一种结构新颖的环形换热器，能够满足新型发动机的需求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种新型航空发动机用空气—燃油环形换热器，用于解决新型发动机对其配套换热器的高集成化，超高温、高压工况，高振动量级的需求问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种新型航空发动机用空气—燃油环形换热器，包括换热器芯体101、测试管接头2、外筒5，所述的换热器芯体101包括前端板4、后端板12、若干个换热管6、测试管8、若干个定位杆9、若干个隔板I10、若干个隔板II11、内筒7、环腔3，所述的内筒7、外筒5同轴设置，所述的前端板4、后端板12分别设置在内筒7两端，所述的内筒7、外筒5之间形成一个换热腔体，所述的若干个换热管6沿周向依次设置在换热腔体内部，所述的前端板4、隔板I10、隔板II11、后端板12上均设置有若干通孔，换热管6穿过所述的隔板I10、隔板II11、后端板12上的通孔，换热管6前端与前端板4连接，所述的测试管8设置在换热管6 中间，且测试管8前端和后端分别固定在前端板4、后端板12上，所述的测试管8前端与安装在环腔3上的测试管接头2连通，所述的隔板I10、隔板II11与测试管8连接，所述的定位杆9沿周向依次设置在换热管6中间，且定位杆9前端和后端分别固定在前端板4、后端板12上，所述的隔板I10、隔板II11与定位杆9连接。
所述的环腔3包含若干个液侧入口及液侧出口，所述的环腔3与前端板4固定连接形成一个大环槽进液腔和一个小环槽出液腔，所述的液侧入口与所述的进液腔连通，所述的液侧出口与所述的出液腔连通，所述的换热管6为U型管，U 型管两端口分别与所述的进液腔和出液腔连通，形成所述的空气－燃油环形换热器的液侧回路；
所述的外筒5前段圆周分布若干个长圆孔作为所述的空气－燃油环形换热器气侧入口，后端板12上设置有长条形开口作为所述的空气－燃油环形换热器气侧出口，气体由所述的气侧入口进入，经所述的隔板I10、隔板II11折流后经所述的气侧出口排出，形成所述的空气－燃油环形换热器的气侧回路。
所述的环腔3前端设置有安装法兰1。
所述的外筒5尾部设置有弹簧片14。
所述的后端板12外侧设置有内筒尾段13。
所述的前端板4、后端板12、隔板I10、隔板II11均为环形板。
所述的外筒5外表面设置有减重槽，所述的内筒7内表面设置有减重槽。
所述的液侧入口及液侧出口均为6个，且液侧入口及液侧出口沿环腔3圆周依次交替分布。
所述的外筒5前段的长圆孔数量为6个，且该6个长圆孔形状相同。
所述的内筒7内部设置有航空发动机高压轴，外筒5外部为燃烧室内机匣。
所述的测试管接头2、环腔3、前端板4、测试管8、后端板12经焊接形成连通的测试管路，由所述的测试管接头2处放入测温、测压探头，延伸至气侧出口处，采集监控气侧出口处空气的状态。
本发明的有益效果是：
1、由于本换热器的换热管6呈U型，且与壳侧仅有前端板4处进行焊接，因此壳体与管束均可自由膨胀，不存在温差应力的影响。
2、由于本换热器的液侧进口、液侧出口、环腔3、换热管6均呈圆周排布，故本发明液侧流场分布均匀，设计结构合理，不存在偏流现象。
3、由于本换热器的气侧进口、气侧出口，隔板I10、隔板II11、换热管6均呈圆周排布，故本发明气侧流场分布均匀，设计结构合理，不存在偏流现象。
4、由于本换热器设计为环形结构，满足新型航空发动机对其配套换热器集成于发动机内部高压轴和燃烧室内机匣之间的要求。
5、由于本换热器采用高温合金材料，满足新型航空发动机气侧工作温度560℃的要求。
6、由于本换热器采用φ1.2×0.2的U型管以及优化的环腔3结构，满足新型航空发动机液腔承受15MPa(表压)压力不产生永久变形；液腔承受20MPa(表压)极限压力，外观允许产生永久变形，但不得爆裂的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为换热器芯体的结构示意图；
图3为本发明的外形结构图；
其中，1为安装法兰、2为测试管接头、3为环腔、4为前端板、5为外筒、6 为换热管、7为内筒、8为测试管、9为定位杆、10为隔板、11为隔板II、12为后端板、13为内筒尾段、14为弹簧片、101为换热器芯体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
如图1所示，为本实施例的空气－燃油环形换热器结构示意图，包括安装法兰1、测试管接头2、环腔3、前端板4、外筒5、换热管6、内筒7、测试管8、定位杆9、隔板I10、隔板II11、后端板12、内筒尾段13、外筒5弹簧片14。如图2所示，前端板4、换热管6、内筒7、测试管8、定位杆9、隔板I10、隔板 II11、后端板12、环腔3、内筒尾段13组成换热器芯体101。换热器芯体101、安装法兰1、测试管接头2、弹簧片14组成空气－燃油环形换热器。
所述的内筒7、外筒5同轴设置，所述的前端板4、后端板12分别设置在内筒7两端，所述的内筒7、外筒5之间形成一个换热腔体，所述的若干个换热管 6沿周向依次设置在换热腔体内部，所述的前端板4、隔板I10、隔板II11、后端板12上均设置有若干通孔，换热管6穿过所述的隔板I10、隔板II11、后端板12 上的通孔，换热管6前端与前端板4连接，所述的测试管8设置在换热管6中间，且测试管8前端和后端分别固定在前端板4、后端板12上，所述的测试管8前端与安装在环腔3上的测试管接头2连通，所述的隔板I10、隔板II11与测试管8连接，所述的定位杆9沿周向依次设置在换热管6中间，且定位杆9前端和后端分别固定在前端板4、后端板12上，所述的隔板I10、隔板II11与定位杆9连接。
所述的环腔3包含若干个液侧入口及液侧出口，所述的环腔3与前端板4固定连接形成一个大环槽进液腔和一个小环槽出液腔，所述的液侧入口与所述的进液腔连通，所述的液侧出口与所述的出液腔连通，所述的换热管6为U型管，U 型管两端口分别与所述的进液腔和出液腔连通，形成所述的空气－燃油环形换热器的液侧回路；
所述的外筒5前段圆周分布若干个长圆孔作为所述的空气－燃油环形换热器气侧入口，后端板12上设置有长条形开口作为所述的空气－燃油环形换热器气侧出口，气体由所述的气侧入口进入，经所述的隔板I10、隔板II11折流后经所述的气侧出口排出，形成所述的空气－燃油环形换热器的气侧回路。
所述的环腔3前端设置有安装法兰1。
所述的外筒5尾部设置有弹簧片14。
所述的后端板12外侧设置有内筒尾段13。
所述的前端板4、后端板12、隔板I10、隔板II11均为环形板。
所述的外筒5外表面设置有减重槽，所述的内筒7内表面设置有减重槽。
所述的液侧入口及液侧出口均为6个，且液侧入口及液侧出口沿环腔3圆周依次交替分布。
所述的外筒5前段的长圆孔数量为6个，且该6个长圆孔形状相同。
所述的内筒7内部设置有航空发动机高压轴，外筒5外部为燃烧室内机匣。
所述的测试管接头2、环腔3、前端板4、测试管8、后端板12经焊接形成连通的测试管路，由所述的测试管接头2处放入测温、测压探头，延伸至气侧出口处，采集监控气侧出口处空气的状态。
这里，管程介质在管程空间内换热过程具体包括：管程介质通过液侧进口进入环腔3外侧进液腔，均匀分布到U型管中，流入换热腔体内与壳程介质进行换热，后进入环腔3内侧出液腔，经液侧出口排出。所述壳程介质在壳程空间内换热过程具体包括：壳程介质通过外筒5前段气侧进口进入管间，在换热腔体内与管程介质进行换热，再通过后端板12上的气侧出口排出。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：包括换热器芯体(101)、测试管接头(2)、外筒(5)，所述的换热器芯体(101)包括前端板(4)、后端板(12)、若干个换热管(6)、测试管(8)、若干个定位杆(9)、若干个隔板I(10)、若干个隔板II(11)、内筒(7)、环腔(3)，所述的内筒(7)、外筒(5)同轴设置，所述的前端板(4)、后端板(12)分别设置在内筒(7)两端，所述的内筒(7)、外筒(5) 之间形成一个换热腔体，所述的若干个换热管(6)沿周向依次设置在换热腔体内部，所述的前端板(4)、隔板I(10)、隔板II(11)、后端板(12)上均设置有若干通孔，换热管(6)穿过所述的隔板I(10)、隔板II(11)、后端板(12)上的通孔，换热管(6)前端与前端板(4)连接，所述的测试管(8)设置在换热管(6)中间，且测试管(8)前端和后端分别固定在前端板(4)、后端板(12)上，所述的测试管(8)前端与安装在环腔(3)上的测试管接头(2)连通，所述的隔板I(10)、隔板II(11)与测试管(8)连接，所述的定位杆(9)沿周向依次设置在换热管(6)中间，且定位杆(9)前端和后端分别固定在前端板(4)、后端板(12)上，所述的隔板I(10)、隔板II(11)与定位杆(9)连接；
所述的环腔(3)包含若干个液侧入口及液侧出口，所述的环腔(3)与前端板(4)固定连接形成一个大环槽进液腔和一个小环槽出液腔，所述的液侧入口与所述的进液腔连通，所述的液侧出口与所述的出液腔连通，所述的换热管(6)为U型管，U型管两端口分别与所述的进液腔和出液腔连通，形成所述的空气－燃油环形换热器的液侧回路；
所述的外筒(5)前段圆周分布若干个长圆孔作为所述的空气－燃油环形换热器气侧入口，后端板(12)上设置有长条形开口作为所述的空气－燃油环形换热器气侧出口，气体由所述的气侧入口进入，经所述的隔板I(10)、隔板II(11)折流后经所述的气侧出口排出，形成所述的空气－燃油环形换热器的气侧回路；
所述的测试管接头(2)、环腔(3)、前端板(4)、测试管(8)、后端板(12)经焊接形成连通的测试管路，由所述的测试管接头(2)处放入测温、测压探头，延伸至气侧出口处，采集监控气侧出口处空气的状态。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的环腔(3)前端设置有安装法兰(1)。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的外筒(5)尾部设置有弹簧片(14)。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的后端板(12)外侧设置有内筒尾段(13)。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的前端板(4)、后端板(12)、隔板I(10)、隔板II(11)均为环形板。
6.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的外筒(5)外表面设置有减重槽，所述的内筒(7)内表面设置有减重槽。
7.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的液侧入口及液侧出口均为6个，且液侧入口及液侧出口沿环腔(3)圆周依次交替分布。
8.根据权利要求1所述的一种航空发动机用空气—燃油环形换热器，其特征在于：所述的外筒(5)前段的长圆孔数量为6个，且该6个长圆孔形状相同。
9.根据权利要求1所述的空气－燃油环形换热器，其特征在于：所述的内筒(7)内部设置有航空发动机高压轴，外筒(5)外部为燃烧室内机匣。
10.根据权利要求1所述的空气－燃油环形换热器，其特征在于：所述的测试管接头(2)、环腔(3)、前端板(4)、测试管(8)、后端板(12)经焊接形成连通的测试管路，由所述的测试管接头(2)处放入测温、测压探头，延伸至气侧出口处，采集监控气侧出口处空气的状态。
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