CN111058937B - 一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置。该结构由集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母装配而成。根据螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，在完成零部件制造的基础上，首先进行支承板和预冷器换热膜片集气管的装配，然后进行集成式端盖和支承板、预冷器换热膜片集气管的装配，最后用缝合螺钉和缝合螺母完成对集成式端盖和支承板的缝合，实现对预冷器冷却工质集气装置。该结构有效减少了预冷器与外围部件的连接管路与接口，有利于提高预冷器的结构可靠性，并有利于预冷器冷却工质集气装置的装配，具有良好的工艺性。

Description

一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置
技术领域
本发明属于预冷动力技术领域，具体涉及一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置。
背景技术
预冷发动机是借助预冷器及其相关部件和系统通过将空气压气机进口的来流气体进行预先冷却，降低空气压气机进口的气体温度，提高压气机进口气体的质量流量，拓宽压气机的高效工作范围，使发动机能够适应飞行器在高速条件下的动力需求，是空天飞行器动力的重要发展方向之一。
预冷器作为预冷发动机最为核心的部件，对于拓宽发动机工作速域、提高发动机推重比起着十分重要的作用。为满足工程应用要求，预冷器需具有功率密度高、轻量化、高紧凑性、低流阻等特点。预冷器在工作过程中，一侧为高温空气、一侧为低温工质，工作温度梯度大，工作载荷环境复杂，特别是在飞行器高马赫飞行条件下，预冷器的工作环境变得尤为严酷，承受着高温、高压来流空气的高速冲击。因此，预冷器不仅要求具有良好的换热性能，而且还要求具有高可靠性，能够保证预冷器高效换热性能的有效发挥。
现有的预冷器普遍采用由微细管膜片换热单元组装而成的环形结构，具体为：首先，按设计尺寸将微细管进行切割并成型为具有渐开线的形状特征；然后，通过焊接工艺将几十根甚至上百根直径相同的微细管与集气管、支板等焊接在一起，形成预冷器的换热膜片单元；最后，将若干个换热膜片单元组装在一起，形成完整的预冷器结构。在现有的预冷器结构中，被冷却空气沿径向方向由外而内进入预冷器，冷却工质则从换热膜片单元的靠近中心一侧的集气管进入预冷器中的微细管内部，并从外侧集气管流出。现有的预冷器结构虽然可以实现高效换热，具有高紧凑、高功率密度等特点，但是由于被冷却空气沿径向方向垂直于轴线进入预冷器并沿轴向流出，预冷器流阻较大；同时，由于需要对微细管进行较为复杂成型工艺和对膜片单元进行焊接并组装，导致预冷器的制造难度大、成本高；此外，预冷器通过多个换热膜片单元上的集气管与外部的冷却工质管路相连，使得预冷器的外围连接管路复杂、密封部位较多、体积和重量较大，而且不利于预冷器的结构可靠性。
针对预冷发动机对预冷器的高紧凑、轻量化与高可靠性的需求，合理设计预冷器的换热结构，简化预冷器与其他系统的连接管路，减少进出预冷器的接口数量，是提高预冷器的性能与可靠性的有效技术途径。
发明内容
有鉴于此，本发明针对膜片式微细管预冷器冷却工质流入和流出管路的需求，提出一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置。该结构由集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母装配而成。根据螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，在完成零部件制造的基础上，首先进行支承板和预冷器换热膜片集气管的装配，然后进行集成式端盖和支承板、预冷器换热膜片集气管的装配，最后用缝合螺钉和缝合螺母完成对集成式端盖和支承板的缝合，实现对预冷器冷却工质集气装置。
一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置，包括集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母；
所述集成式端盖的一侧设有冷却工质流入预冷器的环形集气管路和流出预冷器的环形集气管路，所述集成式端盖上供冷却工质流入预冷器的环形集气管路的横截面积沿流动方向逐渐减小，所述集成式端盖上供冷却工质流出预冷器的环形集气管路的横截面积沿流动方向逐渐增大，所述集成式端盖上冷却工质流入的环形集气管位于靠近集成式端盖的中心部位，所述集成式端盖上冷却工质流出的集气管位于靠近集成式端盖的外缘部位，所述集成式端盖的另一侧设有安装预冷器换热膜片集气管的变直径通孔，所述集成式端盖的变直径通孔与环形集气管路相通，所述集成式端盖的变直径通孔靠近外侧的直径较大且其直径及孔深能够满足锁紧螺母的放置要求，所述集成式端盖的变直径通孔两侧设有与支承板环形槽配合的环形密封凸台，所述集成式端盖的靠近中心的端面和外缘端面设有同缝合螺钉装配的缝合通孔；
所述支承板上有与预冷器换热膜片集气管相装配的集气管安装孔，所述支承板上的集气管安装孔两侧有与集成式端盖上环形密封凸台相配合的环形密封槽，所述支承板靠近中心的端面和外缘端面有同缝合螺钉装配的缝合通孔；
所述缝合螺钉安装在集成式端盖和支承板的靠近中心部位端面及外缘端面的缝合通孔中；所述缝合螺母安装在缝合螺钉上；
所述锁紧螺母安装在预冷器换热膜片集气管穿过支承板上集气管安装孔的一端外螺纹上，所述锁紧螺母的一端与支承板上有环形密封槽的一侧端面贴紧。
一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置装配方法，包括以下步骤：
a、确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置的结构尺寸参数与装配工艺参数：根据预冷器的螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，并根据结构强度要求，确定锁紧螺母和缝合螺母的拧紧力矩；
b、进行膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置零部件的制造：按照步骤a确定的膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置组成零部件的结构尺寸参数，进行集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母的制造；
c、进行支承板和预冷器换热膜片集气管的装配：首先预冷器换热膜片的集气管穿过支承板的集气管安装孔，然后按照步骤a确定的拧紧力矩将锁紧螺母安装在预冷器换热膜片集气管穿过支承板上集气管安装孔的一端外螺纹上；
d、进行集成式端盖和支承板、预冷器换热膜片集气管的装配：将支承板有环形密封槽的一侧同集成式端盖有环形密封凸台的一侧贴紧对齐，同时将预冷器换热膜片集气管同集成式端盖的变直径通孔装配在一起；
e、集成式端盖和支承板的缝合：将缝合螺钉穿过集成式端盖和支承板靠近中心部位端面及外缘端面的缝合通孔，按照步骤a确定的力矩将缝合螺母安装在缝合螺钉上，实现对集成式端盖和支承板的缝合紧固。
有益效果：
本发明提出的一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置，集成式端盖一侧设有冷却工质流入预冷器的环形集气管路和流出预冷器的环形集气管路，可以实现不同预冷器微细管换热膜片内冷却工质的均匀流动，同时极大减少了预冷器与外围部件的连接管路与接口，有利于提高预冷器的结构可靠性；集成式端盖的变直径通孔靠近外侧的部位设置锁紧螺母的放置孔，可以减小预冷器整体的轴向尺寸；集成式端盖的变直径通孔两侧设有环形密封凸台以及支承板的集气管安装孔两侧设有环形密封槽，可以实现预冷器流入冷却工质和流出冷却工质的有效密封与隔离；采用锁紧螺母对预冷器换热膜片集气管与支承板之间的紧固，可以实现对换热膜片的有效固定，提高预冷器的整体刚度；采用缝合螺钉和缝合螺母对集成式端盖与支承板进行缝合紧固的结构，有利于预冷器冷却工质进出集气装置的制造与装配，降低了工艺难度。
附图说明
图1是本发明实施例所述膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置结构示意图。
图2是本发明实施例所述膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置部分结构示意图。
图3是本发明实施例所述集成式端盖结构示意图。
图4是本发明实施例所述支承板结构示意图。
其中：1集成式端盖2支承板3缝合螺钉4缝合螺母5锁紧螺母6预冷器换热膜片集气管7集成式端盖上冷却工质流入的环形集气管8集成式端盖上冷却工质流出的环形集气管9集成式端盖的缝合通孔10集成式端盖的变直径通孔11集成式端盖冷却工质流出部位变直径通孔两侧的环形密封凸台12集成式端盖冷却工质流入部位变直径通孔两侧的环形密封凸台13支承板的缝合通孔14支承板上与预冷器换热膜片装配的集气管安装孔15支承板冷却工质流出部位集气管安装孔两侧的环形密封槽16支承板冷却工质流入部位集气管安装孔两侧的环形密封槽。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置，包括集成式端盖1、支承板2、缝合螺钉3、缝合螺母4和锁紧螺母5；
所述集成式端盖1的一侧设有冷却工质流入预冷器的环形集气管路7和流出预冷器的环形集气管路8，所述集成式端盖1上供冷却工质流入预冷器的环形集气管路7的横截面积沿流动方向逐渐减小，所述集成式端盖1上供冷却工质流出预冷器的环形集气管路8的横截面积沿流动方向逐渐增大，所述集成式端盖1上冷却工质流入的环形集气管7位于靠近集成式端盖的中心部位，所述集成式端盖1上冷却工质流出的集气管8位于靠近集成式端盖的外缘部位，所述集成式端盖1的另一侧设有安装预冷器换热膜片集气管6的变直径通孔10，所述集成式端盖1的变直径通孔10与环形集气管路相通，所述集成式端盖1的变直径通孔10靠近外侧的直径较大且其直径及孔深能够满足锁紧螺母5的放置要求，所述集成式端盖1的变直径通孔10的两侧设有与支承板2的环形槽配合的环形密封凸台11和12，所述集成式端盖1的靠近中心的端面和外缘端面设有同缝合螺钉3装配的缝合通孔9；
所述支承板2上有与预冷器换热膜片集气管6装配的集气管安装孔14，所述支承板2上的集气管安装孔14的两侧有与集成式端盖1上环形密封凸台11和12相配合的环形密封槽15和16，所述支承板2靠近中心的端面和外缘端面设有同缝合螺钉3装配的缝合通孔13；
所述缝合螺钉3安装在集成式端盖1和支承板2的靠近中心部位端面及外缘端面的缝合通孔中；所述缝合螺母4安装在缝合螺钉3上；
所述锁紧螺母5安装在预冷器换热膜片集气管6穿过支承板2上集气管安装孔14的一端外螺纹上，所述锁紧螺母5的一端与支承板2上有环形密封槽的一侧端面贴紧。
一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置装配方法，包括以下步骤：
a、确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置的结构尺寸参数与装配工艺参数：根据预冷器的螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，并根据结构强度要求，确定锁紧螺母和缝合螺母的拧紧力矩；
b、进行膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置零部件的制造：按照步骤a确定的膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置组成零部件的结构尺寸参数，进行集成式端盖1、支承板2、缝合螺钉3、缝合螺母4和锁紧螺母5的制造；
c、进行支承板2和预冷器换热膜片集气管6的装配：首先预冷器换热膜片的集气管6穿过支承板2的集气管安装孔14，然后按照步骤a确定的拧紧力矩将锁紧螺母5安装在预冷器换热膜片集气管6穿过支承板2上集气管安装孔14的一端外螺纹上；
d、进行集成式端盖1和支承板2、预冷器换热膜片集气管6的装配：将支承板2有环形密封槽的一侧同集成式端盖1有环形密封凸台的一侧贴紧对齐，同时将预冷器换热膜片集气管6同集成式端盖1的变直径通孔10装配在一起；
e、集成式端盖1和支承板2的缝合：将缝合螺钉3穿过集成式端盖1和支承板2靠近中心部位端面及外缘端面的缝合通孔，按照步骤a确定的力矩将缝合螺母4安装在缝合螺钉3上，实现对集成式端盖1和支承板2的缝合紧固。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (4)

1.一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置，其特征在于：包括集成式端盖(1)、支承板(2)、缝合螺钉(3)、缝合螺母(4)和锁紧螺母(5)；所述支承板(2)上有与预冷器换热膜片集气管(6)装配的集气管安装孔(14)，所述支承板(2)上的集气管安装孔(14)的两侧有与集成式端盖(1)上环形密封凸台(11)和(12)相配合的环形密封槽(15)和(16)，所述支承板(2)靠近中心的端面和外缘端面设有同缝合螺钉(3)装配的缝合通孔(13)；所述缝合螺钉(3)安装在集成式端盖(1)和支承板(2)的靠近中心部位端面及外缘端面的缝合通孔中；所述缝合螺母(4)安装在缝合螺钉(3)上；所述锁紧螺母(5)安装在预冷器换热膜片集气管(6)穿过支承板(2)上集气管安装孔(14)的一端外螺纹上，所述锁紧螺母(5)的一端与支承板(2)上有环形密封槽的一侧端面贴紧；
所述集成式端盖(1)的一侧设有冷却工质流入预冷器的环形集气管路(7)和流出预冷器的环形集气管路(8)，所述集成式端盖(1)上供冷却工质流入预冷器的环形集气管路(7)的横截面积沿流动方向逐渐减小，所述集成式端盖(1)上供冷却工质流出预冷器的环形集气管路(8)的横截面积沿流动方向逐渐增大，所述集成式端盖(1)上冷却工质流入的环形集气管(7)位于靠近集成式端盖的中心部位，所述集成式端盖(1)上冷却工质流出的集气管(8)位于靠近集成式端盖的外缘部位，所述集成式端盖(1)的另一侧设有安装预冷器换热膜片集气管(6)的变直径通孔(10)，所述集成式端盖(1)的变直径通孔(10)与环形集气管路相通，所述集成式端盖(1)的变直径通孔(10)靠近外侧的直径较大且其直径及孔深能够满足锁紧螺母(5)的放置要求，所述集成式端盖(1)的变直径通孔(10)的两侧设有与支承板(2)的环形槽配合的环形密封凸台(11)和(12)，所述集成式端盖(1)的靠近中心的端面和外缘端面设有同缝合螺钉(3)装配的缝合通孔(9)。
2.根据权利要求1所述的一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置，一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置装配方法，包括以下步骤：
a、确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置的结构尺寸参数与装配工艺参数：根据预冷器的螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，并根据结构强度要求，确定锁紧螺母和缝合螺母的拧紧力矩；
b、进行膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置零部件的制造；
c、进行支承板(2)和预冷器换热膜片集气管(6)的装配；
d、进行集成式端盖(1)和支承板(2)、预冷器换热膜片集气管(6)装配；
e、集成式端盖(1)和支承板(2)的缝合。
3.根据权利要求2所述的一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置装配方法，其特征在于：在步骤c中，：首先预冷器换热膜片的集气管(6)穿过支承板(2)的集气管安装孔(14)，然后按照步骤a确定的拧紧力矩将锁紧螺母(5)安装在预冷器换热膜片集气管(6)穿过支承板(2)上集气管安装孔(14)的一端外螺纹上。
4.根据权利要求3所述的一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置装配方法，其特征在于：在步骤d中，将支承板(2)有环形密封槽的一侧同集成式端盖(1)有环形密封凸台的一侧贴紧对齐，同时将预冷器换热膜片集气管(6)同集成式端盖(1)的变直径通孔(10)装配在一起。
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