CN218669582U - 一种散热器及燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种散热器及燃气涡轮发动机。其中，散热器包括：散热器本体，其至少部分地限定传热区域以及散热流体的流动区域，传热区域被配置成散热流体与被散热流体之间发生热交换的区域；增强散热件，设置于散热器本体位于流动区域的一侧；其中，增强散热件相对于散热器本体至少具有第一位置以及第二位置；在第一位置，增强散热件与流动区域的截面的重合面积为第一面积；在第二位置，增强散热件与流动区域的截面的重合面积为第二面积；第二面积大于第一面积。实现较好的散热效果。

Description

一种散热器及燃气涡轮发动机

技术领域

本实用新型涉及航空发动机领域，尤其涉及一种散热器及燃气涡轮发动机。

背景技术

航空发动机的核心部件主要有压气机、燃烧室和涡轮部件，其中压气机对来流空气进行压缩，压缩空气和燃料的掺混物在燃烧室内进行燃烧，形成的高温高压燃气对涡轮叶片做功。对于涡扇发动机而言，特别是大涵道比涡扇发动机，主要依靠驱动风扇增压级获得经济、可靠的推力。

航空发动机中通常设计了多个轴承支撑结构和齿轮传动结构来保证发动机可靠的运转和高效的功率传输，在这些部件高速转动的过程中会产生大量的摩擦热量，通常需要合适温度的滑油对其进行良好的润滑和冷却，以确保部件的高效、安全工作。为避免滑油超温而引起不良的润滑和冷却效果，航空发动机会设计滑油散热装置，对吸收热量后的滑油进行散热。这一类滑油散热装置的设计，通常以燃油或空气或燃油空气组合使用等方式作为散热介质。由于在一些特殊的发动机使用环境和工况条件下，燃油介质的冷却能力不足，需要空气-滑油散热器对滑油进行额外的冷却，以使滑油具备有效、可靠的散热条件。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种散热器。

本实用新型的另一目的是提供一种燃气涡轮发动机。

根据本实用新型一方面的一种散热器，包括：散热器本体，其至少部分地限定传热区域以及散热流体的流动区域，所述传热区域被配置成散热流体与被散热流体之间发生热交换的区域，所述散热流体在流动区域的流动的边界至少部分地被所述散热器本体限定；增强散热件，设置于所述散热器本体位于所述流动区域的一侧；其中，所述增强散热件相对于所述散热器本体至少具有第一位置以及第二位置；在所述第一位置，所述增强散热件与所述流动区域的截面的重合面积为第一面积；在所述第二位置，所述增强散热件与所述流动区域的截面的重合面积为第二面积；所述第二面积大于所述第一面积。

本申请的技术方案通过设置增强散热件与散热器本体的相对位置可变，满足了不同情况下被散热流体的不同换热需求，即当被散热流体的温度很高需要加速换热时，增强散热件可增大传热区域的面积，提高换热效率。同时，在被散热流体的温度相对较低时，增强散热件不启用，传热区域即为散热器本体与散热流体接触的壁面构成，散热器不会增加流动区域内的流体阻力，不影响散热流体的流动，进而不会造成气动性能损失，保证了发动机运行过程中的推力和油耗，提升发动机性能，降低成本。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，所述散热器本体内部集成有被散热流体管道，用以供所述被散热流体在所述散热器本体内部流动。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，所述散热器本体的长度方向的两端、分别为所述被散热流体管道的入口端、出口端。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，所述增强散热件为记忆合金件，当所述被散热流体为第一温度，所述增强散热件对应位置为所述第一位置，当所述被散热流体为第二温度，所述增强散热件对应位置为所述第二位置，所述第二温度大于所述第一温度。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，当所述被散热流体为从所述第一温度至第二温度，所述增强散热件相对于所述散热器本体从所述第一位置转动至所述第二位置，当所述被散热流体为从所述第二温度至第一温度，所述增强散热件相对于所述散热器本体从所述第二位置转动至所述第一位置。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，在所述第一位置，所述增强散热件的表面与所述散热器本体的表面构成对所述散热流体的流体平滑结构；在所述第二位置，所述增强散热件的表面与所述散热器本体的表面构成对所述散热流体的最大流体阻力结构，所述第二面积为所述增强散热件的表面的面积。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，所述增强散热件相对于所述散热器本体还具有第三位置；在所述第三位置，所述增强散热件与所述流动区域的截面的重合面积为第三面积，所述第三面积大于所述第一面积，小于所述第二面积。

在所述的散热器的一个或多个实施例中，所述散热器本体至少部分为环形，环形的所述散热器本体的外环设置有安装支点，内环设置有所述增强散热件。

根据本实用新型另一方面的一种燃气涡轮发动机，包括如上所述的散热器。

在所述的发动机的一个或多个实施例中，还包括风扇，内涵道以及外涵道，经过所述风扇的空气流被分为，一部分空气流经过所述内涵道，另一部分空气流经过所述外涵道，所述散热器设置于风扇机匣，所述另一部分空气流提供所述散热器的散热流体。

在所述的发动机的一个或多个实施例中，所述被散热流体为润滑油。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1为一实施例的燃气涡轮发动机的部分结构示意图；

图2为一实施例的传热区域的结构示意图；

图3为一实施例的散热器的结构示意图；

图4A为一实施例的根据图3的A-A截面的增强散热件的第一位置的结构示意图；

图4B为一实施例的根据图3的A-A截面的增强散热件的第三位置的结构示意图；

图4C为一实施例的根据图3的A-A截面的增强散热件的第二位置的结构示意图。

附图标记：

1000-燃气涡轮发动机；

1001-风扇，1002-内涵道，1003-外涵道，1004-风扇机匣，30-空气流，301-一部分空气流，302-另一部分空气流；

100-散热器，200-压气机，300-燃烧室，400-涡轮；

10-散热流体，20-被散热流体；

1-散热器本体，11-传热区域，12-流动区域，14、15-两端，16-散热器本体的表面，101-外环，17-安装支点，102-内环；

13-被散热流体管道，131-入口端，132-出口端；

2-增强散热件，21-第一位置，22-第二位置，23-第三位置，201-增强散热件的表面。

具体实施方式

现在将详细地参考本实用新型的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本实用新型将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本实用新型限制为那些示例性实施方案。相反，本实用新型旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

在随后的描述中，“长度”、“内”、“外”或者其他方位术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

目前，空气-滑油散热器被广泛的应用于航空发动机，通常安装在发动机机匣外侧，依靠高速流动的气流来带走滑油热量。

对于涡扇发动机而言，在满足散热器安装空间和冷却性能的要求下，通常将空气-滑油散热器安装在风扇机匣，即以风扇外涵的气流为主要散热介质，通过散热器表面的结构设计，进行高效的热交换。

本申请的发明人经过深入研究发现，航空发动机主要通过压缩空气为飞机提供推力，特别是大涵道比涡扇航空发动机，通过风扇叶片做功，大量气体经外涵排出，少量气体经内涵排出，从而降低发动机油耗，提升经济性能。但由于空气-滑油散热器的结构设计直接伸入了外涵流道内，其几何结构增加了外涵道内的流体阻力，影响了发动机的气动特性，相较于平滑的外涵道内型面的局部特征几乎不产生流体阻力而言，在一定程度上，降低了发动机的推力性能、油耗等指标。此外，需要空气-滑油散热器进行额外冷却的时间在发动机的整体运行时间中占比较低，而空气-滑油散热器的换热几何结构所造成的气动性能损失却存在于发动机的整个运行过程中，如此降低了发动机性能、提高了油耗、增加了成本。

基于以上考虑，发明人经过深入研究，设计了一种散热器，通过设置增强散热件与散热器本体的相对位置可变，满足了不同情况下被散热流体的不同换热需求，即当被散热流体的温度很高需要加速换热时，增强散热件可增大传热区域的面积，提高换热效率。同时，在被散热流体的温度相对较低时，增强散热件不启用，传热区域即为散热器本体与散热流体接触的壁面构成，散热器不会增加流动区域内的流体阻力，不影响散热流体的流动，进而不会造成气动性能损失，保证了发动机运行过程中的推力和油耗，提升发动机性能，降低成本。

虽然本申请实施例公开的散热器适用于涡扇发动机，但不以此为限，只要是为降低气动性能损失可以应用本申请实施例公开的散热器的构思即可。

参考图2至图4C所示，在一个实施例中，散热器100的具体结构可以是，包括散热器本体1、增强散热件2。散热器本体1至少部分地限定传热区域11以及散热流体10的流动区域12，传热区域11被配置成散热流体10与被散热流体20之间发生热交换的区域，散热流体10在流动区域12的流动的边界至少部分地被散热器本体1限定。增强散热件2设置于散热器本体1位于流动区域12的一侧，其中，增强散热件2相对于散热器本体1至少具有第一位置21以及第二位置22。在第一位置21，增强散热件2与流动区域12的截面的重合面积为第一面积S1；在第二位置22，增强散热件2与流动区域12的截面的重合面积为第二面积S2；第二面积S2大于第一面积S1。

此处的“散热流体10在流动区域12的流动的边界至少部分地被散热器本体1限定”的含义是指被散热器本体1限定的流动边界可以是局部环形也可以是整环的形式，例如图3所示，散热器本体1的结构为局部环形，则其对散热流体10在流动区域12的流动的边界也是局部环形结构。如图2所示，散热流体10与被散热流体20位于传热区域11的两侧，温度较低的散热流体10与温度较高的被散热流体20通过传热区域11进行热交换。

此处的“增强散热件2”的含义是指可增强散热器100的散热功能的结构，当增强散热件2被启用，散热流体10对被散热流体20的换热强度增强。如图3至4C所示的实施例，增强散热件2可以是翅片。

此处的“截面的重合面积”的含义是指增强散热件2在位于增强散热件2与散热器本体1连接位置轴向上游的横截面γ上的投影面积，如图4A至图4C所示，第二位置22相较于第一位置21，第一面积S1大于第二面积S2，传热区域11的面积变大，散热流体10对被散热流体20的换热效率提高，换热效果更好。

本实施例的有益效果在于，通过设置增强散热件与散热器本体的相对位置可变，满足了不同情况下被散热流体的不同换热需求，即当被散热流体的温度很高需要加速换热时，增强散热件可增大传热区域的面积，提高换热效率。同时，在被散热流体的温度相对较低时，增强散热件不启用，传热区域即为散热器本体与散热流体接触的壁面构成，散热器不会增加流动区域内的流体阻力，不影响散热流体的流动，进而不会造成气动性能损失，保证了发动机运行过程中的推力和油耗，提升发动机性能，降低成本。

参考图4A至图4C所示，在一些实施例中，散热器本体1的具体结构可以是，散热器本体1内部集成有被散热流体管道13，用以供被散热流体20在散热器本体1内部流动。如此设置的有益效果在于，结构简单，易于加工制造，且便于安装维护。

参考图3所示，在一些实施例中，散热器本体1的具体结构可以是，散热器本体1的长度方向的两端14、15分别为被散热流体管道13的入口端131、出口端132。具体的，如图3所示，被散热流体20经入口端131流入散热器本体1内部，通过传热区域11与散热流体10充分换热后，从出口段132流出，完成被散热流体10的冷却。如此设置的有益效果在于，结构简单，便于管路布置进行调节控制。

参考图4A至图4C所示，在一些实施例中，增强散热件2的具体结构可以是，增强散热件2为记忆合金件，当被散热流体20为第一温度，增强散热件2对应位置为第一位置21，当被散热流体20为第二温度，增强散热件2对应位置为第二位置22，第二温度大于第一温度。此处的“记忆合金件”是例如由在温度影响下可以在马氏体与奥氏体之间转换的合金材料制成的部件，记忆合金件可以选用一种或多种的以下材料制成：二元合金；镍钛合金；二元镍钛合金；三元合金；包含镍和钛的三元合；三元镍钛钯合金；三元锰-镍-钴合金；四元合金；包含镍和钛的四元合金；或包含镍、钛、钯、锰、铪、铜、铁、银、钴、铬和钒中的至少一种的合金。具体的，如图4A至图4C所示，从图4A到图4C的过程为被散热流体20的温度逐步升高的过程，即从第一温度变为第二温度，增强散热件2从马氏体转变为奥氏体，形状发生变化，从第一位置21变化到第二位置22，与流动区域12的重合面积增大，扩大传热区域11面积，提高换热效率；从图4C至图4A的过程为被散热流体20的温度逐步降低的过程，即从第二温度变为第一温度，增强散热件2从奥氏体变回为马氏体，形状回复，从第二位置22变回第一位置21，与流动区域12的重合面积减小，降低对流动区域12的流动阻力，保证气动性能。如此设置的有益效果在于，保证在不同的散热需求下，增强散热件相适应的改变传热区域的面积，保证对被散热流体的冷却效果的同时，降低气动性能损失。

继续参考图4A至图4C所示，在一些实施例中，散热器100的具体结构可以是，当被散热流体20为从第一温度至第二温度，增强散热件2相对于散热器本体1从第一位置21转动至第二位置22，当被散热流体20为从第二温度至第一温度，增强散热件2相对于散热器本体1从第二位置22转动至第一位置21。此处的“转动”的含义是指增强散热件20以散热器本体1的连接位置为轴进行转动。如此设置的有益效果在于，结构简单，变动灵活性高，根据温度进行调节的效果好。

继续参考图4A至图4C所示，在一些实施例中，散热器100的具体结构可以是，在第一位置21，增强散热件的表面201与散热器本体的表面16构成对散热流体10的流体平滑结构，此处的平滑可以是相对概念，即相对于其余位置，第一位置对应的流体阻力最小，实现了一种相对的流体平滑；也可以是绝对概念，即恰哈形成了流体意义上的流体平滑，例如形成的流线与通过例如样条曲线得到的流体平滑的流线大致相同。在第二位置22，增强散热件的表面201与散热器本体的表面16构成对散热流体10的最大流体阻力结构，第二面积S2为增强散热件的表面201的面积。具体的，如图4A所示，在第一位置21，被散热流体20的温度相对较低，因此，散热器本体1、传热区域11的温度较低，由记忆合金制成的增强散热件2被设置为在对应的温度下处于闭合状态，即增强散热件的表面201与散热器本体的表面16构成流体平滑结构，散热流体10可在流动区域12内平稳流通，此时散热器也能够起到一定的散热效果。如图4C所示，在第二位置22，被散热流体20的温度相对很高，散热器本体1、传热区域11的温度也随之进一步上升，由记忆合金制成的增强散热件2被设置为在对应的温度下呈完全打开状态，增强散热件2几乎垂直于散热流体10的流动方向，此时，散热流体10在流通区域12内受到的流动阻力最大，气动损失也较大，但散热器100的散热效率很高。如此设置的有益效果在于，兼顾散热效果的同时，降低起动损失。

参考图4B所示，在一些实施例中，散热器100的具体结构可以是，增强散热件2相对于散热器本体1还具有第三位置23；在第三位置23，增强散热件2与流动区域12的截面的重合面积为第三面积S3，第三面积S3大于第一面积S1，小于第二面积S2。具体的，如图4B所示，在第三位置23，被散热流体20的温度大于第一位置21的温度，小于第二位置22的温度，散热器本体1、传热区域11的温度也会随之变化，由记忆合金制成的增强散热件2被设置为在对应的温度下呈半打开状态，散热流体10在流动区域12受到的流动阻力大于第一位置21小于第二位置22，会造成一定程度的起动损失，此时，散热器100的散热效率较好。如此设置的有益效果在于，可根据温度、散热需求进行灵活调节。

参考图3所示，在一些实施例中，散热器100的具体结构可以是，散热器本体1至少部分为环形，环形的散热器本体1的外环101设置有安装支点17，内环102设置有增强散热件2。此处的“至少部分为环形”的含义是指根据实际的散热需求对散热器100的圆心角进行设计，不限于图3中所示的大小，还可以是其他大小圆心角的环形结构，也可以是整环的结构，同样的，增强散热件2的数量以及排布也不限于图3所示，可以根据实际散热需求进行多排设计。设置安装支点17，提高了散热器100的拆装维护的便利性。

参考图1所示，在一个实施例中，燃气涡轮发动机1000的具体结构可以是，包括如上所述的散热器100。如此设置的有益效果在于，兼顾散热器散热效果的同时，降低气动损失，保证发动机的性能，降低成本。

继续参考图1所示，在一些实施例中，燃气涡轮发动机1000的具体结构可以是，还包括风扇1001，内涵道1002以及外涵道1003，经过风扇1001的空气流30被分为，一部分空气流301经过内涵道1002，另一部分空气流302经过外涵道1003，散热器100设置于风扇机匣1004，另一部分空气流302提供散热器100的散热流体10。如此设置的有益效果在于，散热器安装于风扇机匣，利用外涵气流散热，可获得较佳的冷却效果。在一些实施例中，如图1所示，燃气涡轮发动机100还包括压气机200、燃烧室300和涡轮400，经过内涵道1002的一部分空气流301进入压气机200增压后与燃料掺混进入燃烧室300燃烧产生高温高压燃气进入涡轮，推动涡轮做功驱动风扇、压气机200，经过外涵道1003的另一部分气流产生推力。

参考图1至图4C所示，在一些实施例中，被散热流体20的具体结构可以是，被散热流体20为润滑油。如此设置的有益效果在于，对润滑油具有较好的散热效果，保证部件安全高效工作的同时，降低气动损失。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种散热器(100)，其特征在于，包括：

散热器本体(1)，其至少部分地限定传热区域(11)以及散热流体(10)的流动区域(12)，所述传热区域(11)被配置成散热流体(10)与被散热流体(20)之间发生热交换的区域，所述散热流体(10)在流动区域(12)的流动的边界至少部分地被所述散热器本体(1)限定；

增强散热件(2)，设置于所述散热器本体(1)位于所述流动区域(12)的一侧；

其中，所述增强散热件(2)相对于所述散热器本体(1)至少具有第一位置(21)以及第二位置(22)；

在所述第一位置(21)，所述增强散热件(2)与所述流动区域(12)的截面的重合面积为第一面积(S1)；

在所述第二位置(22)，所述增强散热件(2)与所述流动区域(12)的截面的重合面积为第二面积(S2)；

所述第二面积(S2)大于所述第一面积(S1)。

2.如权利要求1所述的散热器(100)，其特征在于，所述散热器本体(1)内部集成有被散热流体管道(13)，用以供所述被散热流体(20)在所述散热器本体(1)内部流动。

3.如权利要求2所述的散热器(100)，其特征在于，所述散热器本体(1)的长度方向的两端(14、15)分别为所述被散热流体管道(13)的入口端(131)、出口端(132)。

4.如权利要求1所述的散热器(100)，其特征在于，所述增强散热件(2)为记忆合金件，当所述被散热流体(20)为第一温度，所述增强散热件(2)对应位置为所述第一位置(21)，当所述被散热流体(20)为第二温度，所述增强散热件(2)对应位置为所述第二位置(22)，所述第二温度大于所述第一温度。

5.如权利要求4所述的散热器(100)，其特征在于，当所述被散热流体(20)为从所述第一温度至第二温度，所述增强散热件(2)相对于所述散热器本体(1)从所述第一位置(21)转动至所述第二位置(22)，当所述被散热流体(20)为从所述第二温度至第一温度，所述增强散热件(2)相对于所述散热器本体(1)从所述第二位置(22)转动至所述第一位置(21)。

6.如权利要求4所述的散热器(100)，其特征在于，在所述第一位置(21)，所述增强散热件的表面(201)与所述散热器本体的表面(16)构成对所述散热流体(10)的流体平滑结构；在所述第二位置(22)，所述增强散热件的表面(201)与所述散热器本体的表面(16)构成对所述散热流体(10)的最大流体阻力结构，所述第二面积(S2)为所述增强散热件的表面(201)的面积。

7.如权利要求6所述的散热器(100)，其特征在于，所述增强散热件(2)相对于所述散热器本体(1)还具有第三位置(23)；在所述第三位置(23)，所述增强散热件(2)与所述流动区域(12)的截面的重合面积为第三面积(S3)，所述第三面积(S3)大于所述第一面积(S1)，小于所述第二面积(S2)。

8.如权利要求1-7任意一项所述的散热器(100)，其特征在于，所述散热器本体(1)至少部分为环形，环形的所述散热器本体(1)的外环(101)设置有安装支点(17)，内环(102)设置有所述增强散热件(2)。

9.一种燃气涡轮发动机(1000)，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的散热器(100)。

10.如权利要求9所述的发动机(1000)，其特征在于，还包括风扇(1001)，内涵道(1002)以及外涵道(1003)，经过所述风扇(1001)的空气流(30)被分为，一部分空气流(301)经过所述内涵道(1002)，另一部分空气流(302)经过所述外涵道(1003)，所述散热器(100)设置于风扇机匣(1004)，所述另一部分空气流(302)提供所述散热器(100)的散热流体(10)。

11.如权利要求9所述的发动机(1000)，其特征在于，所述被散热流体(20)为润滑油。

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