CN113586813B - 一种能够热补偿的高温流体通道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够热补偿的高温流体通道，包括筒状结构的通道壁与位于通道壁两端的连接座，通道壁包括若干筒状结构的壁面，各所述壁面逐层套设，且各所述壁面的端部均与连接座相连；每相邻的两个壁面之间具有筒状结构的环形间隙腔，且每相邻的两个壁面之间通过支撑组件相连；所述环形间隙腔端部设有热补偿组件。其通过将若干筒状结构的壁面逐层套设而形成高温流体通道的通道壁，并在相邻的壁面之间形成环形间隙腔，使得由通道内壁传递至通道外壁的热流大幅度降低，实现了高温流体通道在保证安全工作前提下耗费工质热沉最小，同时通过在环形间隙腔的端部设置热补偿组件，避免了因热伸长或温度应力而引起壁面变形或破坏。

Description

一种能够热补偿的高温流体通道

技术领域

本发明涉及高温流体通道结构设计技术领域，具体是一种能够热补偿的高温流体通道。

背景技术

在高温流体通道的应用过程中，考虑到通道壁材料的耐高温强度，高温燃气通道壁面一般有一个工作温度上限，当流体温度超过可用的材料温度上限时，必须采用合适的热疏导方案使得通道内壁温度工作在材料可用极限温度以下。

通常采用的可以长时间工作的热疏导方案一般为主动冷却方案，具体为采用一种冷却工质流过壁面内部合理设置的流动通道，将超出燃气通道内壁安全工作承受范围的热及时带走，保持通道内壁温度低于极限工作温度，在此过程中冷却工质温度增加。但是在实际的应用过程中，往往需要让燃气通道内壁尽可能工作在较为均匀且略低于其极限工作温度的条件下。这种情况下采用上述主动冷却方案，当冷却流量、允许温升、面积等不足时、冷却剂的冷却能力不足，会导致燃气通道内壁过热、冷却失败。但若是增加冷却工质质量、允许的温升、冷却面积等过大，则又会导致传导出来的热流过多、耗费了过多的工质热沉，造成能源浪费。可见在这种背景条件下，高温流体通道的主动冷却方案需要经过优化设计，使用高温流体通道在冷却剂热沉消耗尽可能低的条件下即保证其可靠工作。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种能够热补偿的高温流体通道，实现了高温流体通道在保证安全工作前提下耗费工质热沉最小。

为实现上述目的，本发明提供一种能够热补偿的高温流体通道，包括筒状结构的通道壁与位于通道壁两端的连接座，通道壁包括若干筒状结构的壁面，各所述壁面逐层套设，且各所述壁面的端部均与连接座相连；

每相邻的两个壁面之间具有筒状结构的环形间隙腔，且每相邻的两个壁面之间通过支撑组件相连；

所述环形间隙腔端部设有热补偿组件。

在其中一个实施例中，所述支撑组件上设有能够缓解热应力变形的第一缓冲结构。

在其中一个实施例中，所述支撑组件包括若干设在对应环形间隙腔内的支撑肋，所述支撑肋的两侧分别与对应的两个壁面相连，所述第一缓冲结构为设在支撑肋内部的中空腔。

在其中一个实施例中，所述支撑肋为条状结构，同一支撑组件中，各所述支撑肋沿环形间隙腔的周向分布在环形间隙腔内；或

所述支撑肋为环状结构，同一支撑组件中，各所述支撑肋沿环形间隙腔的轴向分布在环形间隙腔内。

在其中一个实施例中，相邻的两个环形间隙腔中的支撑肋相互错开。

在其中一个实施例中，一部分支撑组件中的支撑肋为条状结构，该部分支撑组件中的支撑肋沿对应环形间隙腔的周向分布在环形间隙腔内；

另一部分支撑组件中的支撑肋为环状结构，该部分支撑组件中的支撑肋沿对应环形间隙腔的轴向分布在环形间隙腔内。

在其中一个实施例中，还包括若干冷却通道，各所述冷却通道均匀的分布在最外层壁面的外壁上，或各所述冷却通道均匀的分布在最外层的环形间隙腔内。

在其中一个实施例中，所述壁面上设有第二缓冲结构，所述第二缓冲结构包括若干向外凸起的弧形槽；

所述弧形槽为条状结构，且各弧形槽沿壁面的周向间隔分布在对应壁面上；或

所述弧形槽为环状结构，且各弧形槽沿壁面的轴向间隔分布在对应壁面上。

在其中一个实施例中，所述热补偿组件包括至少一个热补偿结构，所述热补偿结构与对应环形间隙腔的两个壁面相连，所述热补偿结构上具有至少一个弯折机构，以用于完成对壁面的热胀补偿。

在其中一个实施例中，所述连接座、壁面、支撑组件、热补偿组件均一体成型。

本发明提供的一种能够热补偿的高温流体通道，其通过将若干筒状结构的壁面逐层套设而形成高温流体通道的通道壁，并在相邻的壁面之间形成环形间隙腔，使得由通道内壁传递至通道外壁的热流大幅度降低，实现了高温流体通道在保证安全工作前提下耗费工质热沉最小，同时通过在环形间隙腔的端部设置热补偿组件，避免了因热伸长或温度应力而引起壁面变形或破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中能够热补偿的高温流体通道的轴测图；

图2为本发明实施例中能够热补偿的高温流体通道在支撑组件的第一种实施方式中第一实施结构时的周向剖视图；

图3为图2中的局部结构放大图；

图4为本发明实施例中能够热补偿的高温流体通道在支撑组件的第一种实施方式中第二实施结构时的周向剖视图；

图5为图4中的局部结构放大图；

图6为本发明实施例中能够热补偿的高温流体通道在支撑组件的第二种实施方式中第一实施结构时的周向剖视图；

图7为图6中的局部结构放大图；

图8为本发明实施例中能够热补偿的高温流体通道在支撑组件的第二种实施方式中第二实施结构时的周向剖视图；

图9为图8中的局部结构放大图；

图10为本发明实施例中中空腔为方形腔的结构示意图；

图11为本发明实施例中中空腔为方形腔且位于支撑肋端部的结构示意图；

图12为本发明实施例中中空腔为方形腔且位于支撑肋中部的结构示意图；

图13为本发明实施例中中空腔为圆形腔且位于支撑肋端部的结构示意图；

图14为本发明实施例中中空腔为圆形腔且位于支撑肋中部的结构示意图；

图15为本发明实施例中支撑肋间隔分布的结构示意图；

图16为本发明实施例中支撑肋相贴排布的结构示意图；

图17为本发明实施例中能够热补偿的高温流体通道在冷却通道的第二种实施方式下的周向剖视图；

图18为图17中的局部结构放大图；

图19为发明实施例中弧形槽的结构示意图；

图20为发明实施例中热补偿结构的第一种实施方式示意图；

图21为发明实施例中热补偿结构的第二种实施方式示意图；

图22为发明实施例中热补偿结构的第三种实施方式示意图。

附图标号：通道壁10、壁面101、弧形槽1011、环形间隙腔102、支撑肋103、中空腔1031、连接座20、冷却通道30、进液口301、出液口302、热补偿结构40。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示为本实施例公开了一种能够热补偿的高温流体通道，该高温流体通道包括筒状结构的通道壁10与位于通道壁10两端的连接座20，具体地，通道壁10包括若干筒状结构的壁面101，且各壁面101逐层套设，同时各壁面101的端部均与连接座20相连。其中，每相邻的两个壁面101之间具有筒状结构的环形间隙腔102，且每相邻的两个壁面101之间通过支撑组件相连，环形间隙腔端部设有热补偿组件。通过将通道壁10设置为多层壁面101的结构，使得由通道壁10内壁传递至通道壁10外壁热流大幅度降低，实现了高温流体通道在保证安全工作前提下耗费工质热沉最小，同时通过在环形间隙腔的端部设置热补偿组件，避免了因热伸长或温度应力而引起壁面变形或破坏。

参考图2-5，为支撑组件的第一种实施方式，该种实施方式下的支撑组件包括若干支撑肋103，支撑肋103的两侧分别与对应的两个壁面101相连。该种实施方式下的支撑肋103具体有三种实施结构：

第一种实施结构为：支撑肋103为条状结构，各支撑肋103沿环形间隙腔102的周向分布在环形间隙腔102内，其中，优选地情况下，支撑肋103的长度方向与通道壁10的长度方向保持平行，即图2-3所示。当然，该种实施结构下的支撑肋103的长度方向并非必须与通道壁10的长度方向保持平行，也可以有一些角度的偏转，至于偏转的角度可根据实质情况作出适应性的调整，本实施例中不再赘述。

第二种实施结构为：支撑肋103为环状结构，各支撑肋103沿环形间隙腔102的轴向分布在环形间隙腔102内，其中，优选地情况下，支撑肋103为圆环型结构，其周向与环形间隙腔102的周向保持相同，即图4-5所示。当然，该种实施结构下的支撑肋103也可以是椭圆环结构，即支撑肋103周向与环形间隙腔102的周向之间具有一定的夹角，至于夹角的角度可根据实质情况作出适应性的调整，本实施例中不再赘述。

第三种实施结构为：支撑肋103为螺旋状结构，进而实现更加均匀的连接支撑效果。

优选地，参考图6-9，在第一种实施方式的基础上，本实施例还公开了支撑组件的第二种实施方式，该种实施方式下，支撑组件上设有第一缓冲结构，使得支撑组件具有一定的弹性性变的能力，进而能够缓解高温下的热应力变形。该种实施方式下的支撑肋103同样具体有三种实施结构：

第一种实施结构为：支撑肋103为条状结构，第一缓冲结构为设在支撑肋103内部的中空腔1031，各支撑肋103沿环形间隙腔102的周向分布在环形间隙腔102内，其中，优选地情况下，支撑肋103的长度方向与通道壁10的长度方向保持平行，即图6-7所示，使得支撑组件在通道壁10的轴向上具有较强的抗热应力变形能力。当然，该种实施结构下的支撑肋103的长度方向并非必须与通道壁10的长度方向保持平行，也可以有一些角度的偏转，至于偏转的角度可根据实质情况作出适应性的调整，本实施例中不再赘述。

第二种实施结构为：支撑肋103为环状结构，第一缓冲结构为设在支撑肋103内部的中空腔1031，各支撑肋103沿环形间隙腔102的轴向分布在环形间隙腔102内，其中，优选地情况下，支撑肋103为圆环型结构，其周向与环形间隙腔102的周向保持相同，即图8-9所示，使得支撑组件在通道壁10的周向上具有较强的抗热应力变形能力。当然，该种实施结构下的支撑肋103也可以是椭圆环结构，即支撑肋103周向与环形间隙腔102的周向之间具有一定的夹角，至于夹角的角度可根据实质情况作出适应性的调整，本实施例中不再赘述。

第三种实施结构为：支撑肋103为螺旋状结构，第一缓冲结构为设在支撑肋103内部的中空腔1031，进而实现更加均匀的连接支撑效果，同时使得支撑组件在通道壁10的轴向与周向上同时具有较强的抗热应力变形能力。

需要注意的是，图6-9所示的仅为支撑肋103上中空腔1031的一种实施方式，该实施方向为下的中空腔1031为圆形腔。参考图10，在实际应用过程中，也可以将中空腔1031设置为方形腔，同样也能达到缓解高温下的热应力变形的效果。

进一步地，图6-10中所示出的支撑肋103实质上为一圆管或方管，也可以是在支撑肋103的中部位置或端部位置圆形或方形的中空腔1031，即图11-14所示，这样既能使得支撑组件达到缓解高温下的热应力变形的效果，也能有效的减少支撑肋103与壁面之间的接触面积，进而降低通道内工质的热沉耗费。

优选地，在支撑组件的第二种实施方式的第一种实施结构与第二种实施结构中，相邻的两个环形间隙腔102中的支撑肋103相互错开，即图3与图7所示，使得通道壁10内所有的支撑肋103分布的更加均匀，即使得通道壁10上各个位置的抗热应力变形能力更加均匀。

优选地，在第二种实施方式的基础上，本实施例还公开了支撑组件并未图示的第三种实施方式，该种实施方式下：一部分支撑组件中的支撑肋103为条状结构，该部分支撑组件中的支撑肋103沿对应环形间隙腔102的周向分布在环形间隙腔102内；另一部分支撑组件中的支撑肋103为环状结构，该部分支撑组件中的支撑肋103沿对应环形间隙腔102的轴向分布在环形间隙腔102内。即同时具有第二种实施方式的第一种实施结构与第二种实施结构，进而使得支撑组件在通道壁10的轴向与周向上同时具有较强的抗热应力变形能力。

优选地，在支撑组件的第三种实施方式中，条状结构的支撑肋103与环状结构的支撑肋103在环形间隙腔102的层次上是交替分布的，进而能够使得支撑组件在通道壁10的轴向与周向上的抗热应力变形能力更加均匀。

需要注意的是，本实施例中在布局具有中空的支撑肋103时，同一组件中的各支撑肋103既可以是间隔分布的，也可以是相贴排布的，即图15-16所示。

本实施中的高温流体通道还包括若干冷却通道30，本实施例中，冷却通道30的布局具有两种实施结构：第一种为各冷却通道30均匀的分布在最外层壁面101的外壁上，即图2-3所示；第二种为各冷却通道30均匀的分布在最外层的环形间隙腔102内，即图17-18所示。且高温流体通道设有与冷却通道30连通的进液口301与出液口302，进而在冷却通道30内循环冷却油。其中，冷却通道的截面既可以是圆形结构，也可以是方形结构。

作为优选地实施方式，壁面101上还设有第二缓冲结构，第二缓冲结构包括若干向外凸起的弧形槽1011，具体地，弧形槽1011的布局同样具有两种实施结构：第一种为弧形槽1011为条状结构，且各弧形槽1011沿壁面101的周向间隔分布在对应壁面101上，即图19所示；第二种为弧形槽1011为环状结构，且各弧形槽1011沿壁面101的轴向间隔分布在对应壁面101上。通过设置弧形槽1011，进而使得壁面101同样也具有较强的抗热应力变形能力。

热补偿组件包括至少一个热补偿结构40，热补偿结构40与对应环形间隙腔的两个壁面相连，热补偿结构40上具有至少一个弯折机构，以用于完成对壁面的热胀补偿。具体地，本实施例中的热补偿组件包括多个热补偿结构40，且各热补偿结构40沿周向间隔分布在环形间隔腔的端部。

参考图20，为热补偿结构40结构的第一种实施方式，该种实施方式下的热补偿结构40为一V型板，且该V型板的两个顶端点分别连接在两个壁面上，该V型板的底端点位于环形间隙腔的中部；

参考图21，为热补偿结构40结构的第二种实施方式，该种实施方式下的热补偿结构40为一V型板，且该V型板的两个顶端点分别连接在一个壁面上，该V型板的连接在另一个壁面上；

参考图22，为热补偿结构40结构的第三种实施方式，该种实施方式为第二种实施方式的进一步改进，该种实施方式中V型板的两条边均为S结构，因此其具有四个弯折结构，具有更强的热补偿能力；

本实施例中，为热补偿结构40结构的第四种实施方式，该种实施方式下的热补偿结构40为一呈S形回转的弧形板，且该弧形板的一端连接在一个壁面上，另一端连接在另一个壁面上。

需要注意的是，本实施例中的热补偿结构40并不局限于上述的四种实施方式，也可以采用其他具有相同功能的异性结构，例如直接将壁面的端部设置为V型结构或回转型结构等，本实施例中均不再赘述。

需要注意的是，基于上述高温流体通道的结构设计，使得本实施例中的连接座20、壁面101、支撑组件、冷却通道30、弧形槽1011均可通过增材制造技术一体成型，使得高温流体通道在保证安全工作前提下耗费工质热沉最小的同时，还能有效的增加高温流体通道的整体性能。

作为优选地实时方式，可以将通道壁10设置为内壁与外壁，其中，外壁套设在内壁上，且内壁与外壁均包括若干逐层套设的壁面。具体地，外壁中各壁面的两端分别连接两个连接座；而内壁中各壁面的一端连接一个连接座，另一端与另一个连接座相离，使得内壁的端部与一个连接座之间具有变形间隙，以用于为内壁在受热应力变形延展时提供容纳空间。进一步具体地，内壁最外层壁面与外壁最内层的壁面之间设有限定结构，以使得内壁在受热应力变形时偏向于轴向延展。

本实施例中，限定结构包括至少一组限定组件，限定组件包括条状结构的限定条与限定槽，限定条与限定槽之间为凹凸间隙配合；限定条沿轴向设在内壁最外层的壁面与外壁最内层的壁面中的一个上，限定槽沿轴向设在内壁最外层的壁面与外壁最内层的壁面中的另一个上。优选地，限定组件为多个，且沿周向间隔分布在内壁最外层的壁面与外壁最内层的壁面之间，其中，限定条位于内壁最外层的壁面的外壁上，限定槽位于外壁最内层的壁面的内壁上，进而使得在内壁受热应力变形时，在限定条与限定槽的限制作用下，使得内壁更加偏向于周向的延伸，进而与上述的变形间隙配合，提升高温流体通道抗热应力变形能力。

进一步优选地，限定条包括连接部与嵌入部，其中，连接部的一侧与内壁最外层的壁面相连，另一侧与嵌入部的另一侧相连，嵌入部嵌入连接在限制槽内，优选地，在嵌入部内部设置变形腔，进而使得限制结构具有一定的弹性性变的能力，进而能够缓解高温下的热应力变形。

需要注意的是，虽然本实施例中高温流体通道的截面为圆形结构，但是在具体实施的过程中，也可以将高温流体通道的截面设计为矩形或其他的异性结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种能够热补偿的高温流体通道，其特征在于，包括筒状结构的通道壁与位于通道壁两端的连接座，通道壁包括若干筒状结构的壁面，各所述壁面逐层套设，且各所述壁面的端部均与连接座相连；

每相邻的两个壁面之间具有筒状结构的环形间隙腔，且每相邻的两个壁面之间通过支撑组件相连，所述支撑组件上设有能够缓解热应力变形的第一缓冲结构，所述支撑组件包括若干设在对应环形间隙腔内的支撑肋，所述支撑肋的两侧分别与对应的两个壁面相连，所述第一缓冲结构为设在支撑肋内部的中空腔；

一部分支撑组件中的支撑肋为条状结构，该部分支撑组件中的支撑肋沿对应环形间隙腔的周向分布在环形间隙腔内；另一部分支撑组件中的支撑肋为环状结构，该部分支撑组件中的支撑肋沿对应环形间隙腔的轴向分布在环形间隙腔内；且条状结构的支撑肋与环状结构的支撑肋在环形间隙腔的层次上交替分布；

所述环形间隙腔端部设有热补偿组件，所述热补偿组件包括至少一个热补偿结构，所述热补偿结构与对应环形间隙腔的两个壁面相连，所述热补偿结构上具有至少一个弯折机构，以用于完成对壁面的热胀补偿。

2.根据权利要求1所述能够热补偿的高温流体通道，其特征在于，还包括若干冷却通道，各所述冷却通道均匀的分布在最外层壁面的外壁上，或各所述冷却通道均匀的分布在最外层的环形间隙腔内。

3.根据权利要求1所述能够热补偿的高温流体通道，其特征在于，所述壁面上设有第二缓冲结构，所述第二缓冲结构包括若干向外凸起的弧形槽；

所述弧形槽为条状结构，且各弧形槽沿壁面的周向间隔分布在对应壁面上；或

所述弧形槽为环状结构，且各弧形槽沿壁面的轴向间隔分布在对应壁面上。

4.根据权利要求1所述能够热补偿的高温流体通道，其特征在于，所述连接座、壁面、支撑组件、热补偿组件均一体成型。

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