CN220136121U - 一种易于拆装维修的换热器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及航天工业技术领域，公开了一种易于拆装维修的换热器结构，包括热流体进口、热流体出口、冷流体进口、冷流体出口、管板、分流腔、支撑柱、换热通道、分流密封板和壳体，所述换热通道由模块化的换热板组成，均布于壳体内部，并将壳体内热流体通道分隔为面积相等的若干扇形区域，所述换热板表面均布若干铣槽，并用密封垫板焊接形成换热通道。本实用新型中，结构紧凑，采用模块化的设计结构的可替换性好，还便于维修，换热板加工铣槽结构，增加换热面积并提高流体流速，提高换热器的传热性能，扇形通道流道无阻力构件，减小了热流体的压降，减少热流体通过换热器时的能量损失。

Description

一种易于拆装维修的换热器结构

技术领域

本实用新型涉及航天工业技术领域，尤其涉及一种易于拆装维修的换热器结构。

背景技术

航空航天技术是军事发展和国防力量的重要保障，象征着国家综合实力的强弱，火箭发动机作为运载火箭推进动力的核心，其运行的高可靠性是航天发射任务顺利进行的重要保障。液体火箭发动机除为火箭提供推进力外，一般还设有增压系统，为火箭贮箱提供增压介质用于贮箱增压，以保证发动机正常工作所需的入口压力，进而保证火箭能够安全飞行。换热器作为发动机增压系统的核心部件，承担着将低温增压介质加热至规定温度和压力的功能，由于换热器在工作过程中面临高温、高压、高速、强振动、相变等恶劣条件，换热器除考虑满足性能要求外，还要充分考虑到其在飞行任务剖面中的结构可靠性以及其发动机性能和火箭运载能力的影响。因此，紧凑、轻质、高可靠的换热器一直是液体火箭动力持续追求的目标，对于设置在发动机燃气路的换热器，为尽量减小其对发动机性能的影响，还需要尽可能的减小换热器燃气侧的流阻。

就目前而言国内外氧换热器形式主要有以下几种：管壳式换热器、螺旋管式换热器、板壳式换热器等，螺旋管式换热器兼具逆流换热与叉流换热的换热优势，具有较高的紧凑度，在目前液体火箭发动机中应用较为广泛，但该结构的换热器在螺旋换热管发生故障时需要整体维修和替换，维修和替换成本较高，管壳式换热器技术成熟，但该结构的换热器换热效果差且易结垢，板壳式换热器是介于管壳式换热器和板式换热器之间的一种结构形式，它兼顾了二者的优点：换热效果好、结构紧凑、不易结垢和易清洗，但这种换热器制造工艺较管壳式换热器复杂，焊接量大且要求高。

此外，对于液体火箭发动机设计需要换热器的燃气侧压降应尽可能地低，而对冷流体压降要求不高，从能量的角度分析，液体火箭发动机中的氧换热器应具备结构紧凑、设备自重低和燃气侧压降小的特点，现有的螺旋管式换热器能够满足结构紧凑的设计，但螺旋管对燃气产生阻力导致热流体燃气侧压降增加，传统的板壳式换热器同样具备结构紧凑的特点，但因流体通道窄导致热流体侧压降较高，高温燃气通过以上两种既能满足换热需求且结构紧凑换热器结构时压降较大，减少了燃气动能产生反作用推力，不利于能源的合理利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种易于拆装维修的换热器结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种易于拆装维修的换热器结构，包括热流体进口、热流体出口、冷流体进口、冷流体出口、管板、分流腔、支撑柱、换热通道、分流密封板、壳体，所述壳体内部由密封垫板和换热板将壳体内部分隔成若干扇形区域，热流体在扇形区域内流动完成热量的交换过程，所述换热通道由在换热板加工的凹槽和密封垫板组装完成，冷流体从冷流体进口流入分流腔，经分流腔分流使冷流体分别进入若干个换热通道内，并与壳体内扇形通道的热流体完成热量交换。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述分流腔在壳体的上部和下部分别设置一个，各由一个圆柱中心腔体以及若干个换热通道的分腔体组成，冷流体由冷流体进口直接进入壳体上部中心腔，在中心腔内分流至换热通道，再汇聚至壳体下部分流腔的中心腔连接管道由冷流体进口流出。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述换热通道由换热板和密封垫板焊接而成。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述热流体进口、热流体出口、冷流体进口和冷流体出口均安装有连接法兰，热流体出口安装有收缩扩张段。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型中，通过加工有铣槽的换热板与带有翅片结构的密封垫板组成换热模组均布在换热器上的设计结构既能保证换热器的换热性能，还使换热器结构紧凑，降低换热设备的自重，同时模块化的设计结构的可替换性好，还便于维修。

2、本实用新型中，对于流量较大的热流体侧流道其扇形的结构设计尺寸较大，基本没有阻力构件，尽可能地减小了热流体的压降，减少热流体通过换热器时的能量损失。

3、本实用新型中，换热板上加工铣槽的结构，增加换热器的换热面积的同时提高流体换热系数，提高换热器的传热性能。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种易于拆装维修的换热器结构的内部剖视图；

图2为本实用新型提出的一种易于拆装维修的换热器结构壳体的俯视内部图；

图3为本实用新型提出的一种易于拆装维修的换热器结构中换热通道密封垫板的示意图。

图4为本实用新型提出的一种易于拆装维修的换热器结构中管板的示意图。

图5为本实用新型提出的一种易于拆装维修的换热器结构中分流腔底板的示意图。

图例说明：

1、热流体进口；2、管板；3、分流腔；4、换热通道；5、支撑柱；6、冷流体进口；7、热流体出口；8、冷流体出口；9、密封垫板；10、换热板；11、分流腔底板；12、壳体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-5，本实用新型提供的一种实施例：一种易于拆装维修的换热器结构，包括壳体12，壳体12顶端通过热流体进口1与壳体12内部相连通，用于注入高温燃气，壳体12上部通过冷流体注入通道3及与壳体12内部相连通，用于注入液氧流体，壳体12底端通过热流体出口7与壳体12内部相连通，用于流出高温燃气，壳体12下部通过冷流体流出通道6与壳体12内部相连通，用于流出氧流体，壳体12内部均安装有换热通道4，主要换热结构，换热通道4由换热板10及密封垫板9组成，换热通道4由在换热板10加工时产生的凹槽和密封垫板9组成，换热板10的表面均设置铣槽，增加换热面积保证换热器达到换热需求、紧密的排列增加换热器的紧凑性、密封垫板一边分布由若干微小翅片另外一边与换热板进行焊接组成换热通道，壳体12内部还设有分流腔3，由管板、分流腔底板及若干个纵向分隔板等组成，完成冷流体出口8到换热通道4的流动，与热流体不混合，流体通道数可以根据换热量需要进行增减，分流腔3在壳体1的上部和下部分别设置一个，各由一个圆柱中心腔体以及联通若干个换热通道的分腔体组成，换热通道4由在换热板加工的凹槽和密封垫板组装完成。

本实施例中，换热板10上铣槽结构可加工程直线型或S型，加工深度约为2～4mm，加工数量由液氧流量决定，铣槽外焊接密封垫板，保证液氧从分流腔3进入换热通道后在各个通道内均匀流动，同时密封垫板外侧可设置微小矩形翅片，用于增加高温燃气侧对流换热系数。换热通道4是将换热板10及密封垫板9组成换热单元，在壳体内部安装形成的八组模块化结构，根据液体火箭发动机的实际情况液氧流体侧容许压降较大且流量较小，故设计换热通道内部空间较小，既可以使换热器结构紧凑，又能增加流体流速强化换热效果，模块化的设计在检测出工艺缺陷或在设备结垢时提供了很好的替换性，降低维修成本，分流腔3的顶部与管板密封焊接，底部焊接分流腔底板，使高温燃气注入通道1和冷流体进口6形成独立空间，冷热流体不混合，低温液氧流体经过冷流体进口6通过分流管(虚线部分)流入分流腔3中心腔，在中心腔进行分流，分别流入到八个换热通道内部进行热量交换，完成换热后进入下部分流腔3(与上部结构相同)汇聚到下部分流腔中心腔室，最后通道分流管(虚线部分)经由冷流体出口流出换热器。所述热流体进口1、冷流体进口6、热流体出口7和冷流体出口8的端口处均安装有连接法兰，方便安装，且热流体出口安装有收缩扩张段，便于高温燃气调整参数进入下一阶段做功。

另一个实施例中，换热板10上的翅片7形式可由圆柱凸台、波纹翅片等类似结构代替，也可以达到同样效果，且冷热流体的流道数可根据换热量需要进行增减，冷流体进口6和冷流体出口8可以由法兰连接，也可以使用其他的管道连接形式进行连接，如在换热器上级装置中加入分管装置将液氧分流再流入换热器都在本专利的保护范围之内。

工作原理：燃气和液氧分别通过热流体进口1和冷流体进口6注入到壳体12中，通过换热板及密封垫板进行换热，使部分液氧与高温燃气换热气化，然后将气态氧返回至液氧储存器，维持液氧容器内的高压环境，高温燃气从热流体进口1进入到壳体12中，在管板2位置处进行分流，然后并联进入六条扇形通道，高温燃气注入通道1和高温燃气流出通道4结构尺寸较大且其中没有阻力构件，能有效地降低燃气侧压降，液氧流体同时通过冷流体进口6注入到分流腔3中心腔，并联分流到壳体1内部的八条换热通道4，液氧流体换热通道4是将换热板10和密封垫板9两两对立安装形成的八组模块化结构，根据液体火箭发动机的实际情况液氧流体侧容许压降较大，故设计换热通道间距较小，既可以使换热器结构紧凑，又能增加流体流速强化换热效果，在密封垫板9上安装若干微翅片，能够增加高温燃气侧换热系数，为换热器提供足够的换热面积，提高换热器的换热效率，完成热量交换后，氧流体经由分流腔流出冷流体出口8，燃气经管板流出热流体出口7。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种易于拆装维修的换热器结构，包括热流体进口(1)、热流体出口(7)、冷流体进口(6)、冷流体出口(8)、管板(2)、分流腔(3)、支撑柱(5)、换热通道(4)、分流密封板(11)、壳体(12)，其特征在于：所述壳体(12)内部由密封垫板(9)和换热板(10)将壳体内部分隔成若干扇形区域，热流体在扇形区域内流动完成热量的交换过程，所述换热通道(4)由在换热板(10)加工的凹槽和密封垫板(9)组装完成，冷流体从冷流体进口(6)流入分流腔(3)，经分流腔(3)分流使冷流体分别进入若干个换热通道内，并与壳体内扇形通道的热流体完成热量交换。

2.根据权利要求1所述的一种易于拆装维修的换热器结构，其特征在于：所述分流腔(3)在壳体的上部和下部分别设置一个，各由一个圆柱中心腔体以及若干个换热通道的分腔体组成，冷流体由冷流体进口(6)直接进入壳体(12)上部中心腔，在中心腔内分流至换热通道，再汇聚至壳体下部分流腔的中心腔连接管道由冷流体进口(6)流出。

3.根据权利要求1所述的一种易于拆装维修的换热器结构，其特征在于：所述换热通道(4)由换热板(10)和密封垫板(9)焊接而成。

4.根据权利要求1所述的一种易于拆装维修的换热器结构，其特征在于：所述管板(2)在换热器上部和下部各设置一个，与分流腔焊接，其结构能够使热流体通过管板后直接进入扇形换热区域而不予分流腔内流体混合。

5.根据权利要求1所述的一种易于拆装维修的换热器结构，其特征在于：所述热流体进口(1)、热流体出口(7)、冷流体进口(6)和冷流体出口(8)均安装有连接法兰，热流体出口(7)安装有收缩扩张段。