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WARMEAUSTAUSCHER Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Wärmeaustauscher, insbesondere auf die Konstruktion eines Brennstoff-Öl-Kühlers,
der zur Abkühlung von aus dem Schmiersystem von Lagereinheiten einer Triebwerksanlage
zufließendem Öl mittels Brennstoffs eingesetzt wird. Dabei ist insbesondere an Flugzeugtriebwerke
gedacht, bei denen es darauf ankommt, die Projektionsfläche des Triebwerks quer
zur Flugrichtung, d.h. die maximale Querschnittsfläche möglichst gering zu halten.
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Zur maximalen Ausnutzung der Querabmessungen solcher Triebwerksanlagen
und zur Befriedigung gesteigerter Anforderungen hinsichtlich des zuverlässigen Betriebs
der Brennstoff-Öl-Kühler und des Reinheitsgrades eines der umlaufenden Medien (des
Brennstoffs) entstand die Notwendigkeit der Schaffung einer gedrängten Bauart des
Wärmeaustauschers mit großer wirksamer Wärmeübergangsfläche, welcher mit Mitteln
der Parameterregelung und
Signalisierung der Filtrationsqualität
des Arbeitsmediums ausgestattet ist, die im engen Ringraum der Triebwerksanlage,
begrenzt durch die Konstruktionen von Triebwerksanlage und Verkleidung, angeordnet
werden können.
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Die bekaanten Bauarten der Wärmeaustauschappsrate genügen nicht in
vollem Maße den erwähnten Anforderungen.
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Beispielsweise fehlt im Wärmeaustauscher nach dem England--Patent
Nr. 1 001.095, K1. F 4S, 1965, genau so wie in anderen ähnlichen ausländischen Konstruktionen
der Wärmeaustatiachappara te, die aus einem Paket von verrippten Flachrohren bestehen,
welche mit dem einen Hohlraum an einen Verteiler, einen Zischensammler und einen
Sammler und mit dem anderen Hohlraum an einen Sintritts- und einen Austrittssammler
anges¢dlossen sind, die gedrungene Form, die es geatattet, den Wärmeaustauscher
im Ringraum der Triebwerksanlage anzuordnen, sowie das Filter zur Filterung eines
von den Umlaufmedien an Austritt aus dem Wärmeaustauscher.
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Bekannt ist auch eine andere bauart des Brennstoff-Öl-Wärmeaustauschers
der englischen Firma Delaney Gallay, die aus untereinander verbundenen runden Sektionen
ausgeführt ist, die in Radialrichtung angeordnet und aus Rundrohren zusammengesetzt
sind, deren Warmeaustauschfläche und Wärmeableitung gegenüber den verrippten Flachrohren
gleicher Abmessungen bedeutend kleiner sind.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die beseitigung der oben erwähnten
Nachteile, die den bekannten armeaustauschern eigen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gedrängte Wärmeaustauscherbauart
zu schaffen, die es gestattet, den Wärmeaustauscher in dem durch Konstruktion von
Motor und Verkleidung der Motorengondel der 'Triebwerksgnlage begrenzten Ringraum
unterzubringen, welcher Wärmeaustauscher ein Filter besitzt, das mit einer Fernsignaleinrichtung
für die Filtrationsgualität und einem für das uberströmen des überhitzten Mediums
sorgenden thermostatischen Ventil versehen ist.
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Dies wird dadurch erreicht, daß in dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher,
vorwiegend einem i3rennstoff-Öl-Kühler, der ein Gehäuse mit Sektionspaketen von
Flachrohren enthält, welche mit ihrem Rohrinnenraum an einen Verteiler, einen Zwischensammler
und einen Samler und mit dem Rohrzwischenraum an einen Eintritts- und einen ustrittssamn1er
angeschlossen sind, wobei die genannten Sammler mit Zuführ- und Abführeinrichtungen
für Brennstoff-Öl-edien versehen sind, erfindungsgemäß die Sektionen der Flachrohrpakete
als Parallelflaohe ausgebildet sind,die unter einem Winkel zueinander angeordnet
sind, der durch minimalen Halbmesser der Linienführung der Triebwerksanlage bestimmt
wird, an welcher der betreffende Wärmeaustauscher angeordnet ist, wahrend der Austrittasammler
einen gesonderten, mit dem Gehäuse in Verbindung stehenden Hohlraum darstellt, in
dem sich ein Filter befindet.
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Zweckmäßigerweise wird zur Parameterregelung des durch das Filter
strömenden Mediums ein Sicherheitsventil im Austritts8ammler angeordnet Zur Kontrolle
der Filtrationsqualität wird der Áustrittssammler
zweckmäßigerweise
mit einer Signaleinrichtung versehen.
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Der Eintrittsssmmler, der an die Sektionen der Flachrohrpakete angeschlossen
ist, wird bevorzugt mit veränderlichem, in Bewegungsrichtung des Mediums abnehmendem
Querschnitt ausgeführt, Dies trägt zur gleichmäßigen Verteilung des Mediums im Rohrzwischenraum
bei.
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Der Eiiinrittssammler kann mit der Einrichtung für die Zuführung
des Mediums in den Rohrzwischenrawn über ein im Zni schensammler befindliches Rohr
verbunden sein.
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Die Bauart des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, die dessen Anordnung
im Ringraum der Triebwerksanlage gewährleistet, erlaubt es, die zugewiesenen Unterbringungsräume
ohne deren zusätzliche Vergrößerung maximal zu nutzen.
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Das Vorhandensein der Signaleinrichtung für die Filtrationsqualität,
die mit einem im Austrietssammler angeordneten Filter zusammenwirkt, und des thermostatischen
Ventils erweitert die Möglichkeiten eines zuverlässigen Betriebs in einem breiten
Umgebungstemperaturbereich und erhöht die Funktionssicherheit dank der automatischen
Bbschäteung der Filtrationsqualität.
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Zum besseren Verstehen des Wesens der Erfindung wird nachstehend
ein Ausfübrungabeispiel des Wärmeaustauschers nach der Erfindung mit Bezugnahme
auf beigelegte Zeichnungen eingehender beschrieben; in den Zeichnungen zeigen
Fig.
1 die schematische Darstellung des hier beschriebenen Wärmeaustauschers (des Brennstoff-Öl-Kühlers),
der im Ringraum einer Triebwerksanlage untergebracht ist; Fig. 2 den erfindungsgemäßen
Wärmeaustauscher in Axonometrte; Fig. 3 das Zirkulationsschema der die Wärme austauschenden
d Medien im Wärmeaustau3cher.
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Der Wärmeaustauscher ist im Ringraum 1 (Fig.l) einer Triebwerksaxilage
angeordnet, der durch die Oberfläche des Motors 2 mit Krümmungshalbmesser R1 und
durch die Oberfläche der Konstruktion der Verkleidung oder der Motorengondel 3 mit
Krümmungshalbmesser R2 begrenzt ist.
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Der Wärmeaustauscher besitzt ein Paket von Flachrohren, die mit gewellten
Einsatastücken 4 und 5 (Fig.2) verrippt sind, welches aus Sektionen 6 und 7 (Figl
und 2) besteht, die als Parallelflache ausgebildet sind, in denen Rohre 8 seitens
der Rohrplatten 9 (Fig. 2) angebracht sind, wodurch es möglich wurde, die Sektionen
6 und 7 unter einem vorgegebenen Winkel # (Fig.l) in einem gemeinsamen Gehäuse 10
(Fig. 2) zu verbinden, das zusammen mit den Rohrplatten 9 und den an diesen angeschweißten:
einem Verteiler 11 (versehen mit einem Zuleitungsstutzen 12 und einer Trennwand
13), einem Zwischensammler 14 und einem Sammler 15 (versehen mit einem AbleitungsstuZzen
16 für den Ölumlauf im'Rohrinnenraum nacheinander in den Sektionen 6 und 7 sorgt.
Durch die
Trennwand 13 und den Sammler 15 ist ein Rohr 17 hindurchgeführt,
an dessen freiem Ende ein Ventil 18 für das Uberströmen des Oles durch den Ableitungsstutzen
16 angebracht ist, wenn sich der Druckunterschied zwischen den Hohlräumen des Verteilers
11 und des Sammlers 15 erhöht.
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Der brennatoffumlauS ist in dem Rohr zwischenraum der Sektionen 6
und 7 zustandegebracht. Der Brennstoff wird durch einen Zuleitungsstutzen 19 und
ein durch den Zwischensanualer 14 hindurchgeführtes Rohr 20 einem Eintrittssa-ler
21 zugeführt, welcher zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs einen veränderlichen
Querschnitt aufweist, und wird aus diesem in den Rohrzwischenraum der Sektionen
6 und 7 nacheinander geleitet, 60 daß er dann in den mit dem Gehäuse 10 in Verbindung
stehenden Filtrierraum 22 eines Austrittasammlers 23 gelangt.
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Im Filtrierraum 22 ist ein Filter 24 montiert, welches mit einer
Fernsignaleinrichtung 25 für die Filtrationaqualität und einem Sicherheitsventil
26 versehen ist, das im Auslaufkanal 27 des Austrittssammlers 23 placiert ist. Der
gefilterte Brennstoff gelangt aus dem Hohlraum 28 des Filters 24 in den Auslaufkanal
27 und weiter über einen Ableitungsstutzen 29 in die Hauptleitung des Systems.
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Zur Wechselwirkung mit dem Filter 24 ist die Fernsignaleinrichtung
25 für die Filtrationsqualität mit Hilfe eines Einlaufkanals 30 mit dem Auslaufkanel
27 und durch einen Kanal
31 mit einer Kammer 32 verbunden, die
mit dem Filtrierraum 22 über ein Fenster 33 in Verbindung steht und in der ein thermostatisches
Ventil 34 eingebaut ist.
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Das thermostatische Ventil 34 öffnet mit dem Anstieg der Brennstofftemperatur
etwas eine Öffnung 35 und läßt einen Teil des Brennstoffs über einen Stutzen 36
zurück in den nicht dargestellten Behälter übertreten.
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Der Wärmeaust auscher arbeitet folgendermaßen.
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Das heiße Öl vom Motor gelangt durch den Zuleitungsstutzen 12 (dies
ist in Fig. 3 durch Pfeil angedeutet) in den Verteiler 11 und durchläuft nacheinander
die Rohre der Sektionen 7 und 6, wobei es dem im Rohrzwischenraum dieser Sektionen
fließenden Brennstoff die Wärme abgibt.
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Bei der Zirkulation in den Rohren wird das gekühlte Öl durch den
Äbleftungsstutzen 16 in die Hauptleitung des systems des Objektes geleitet (dies
ist durch Pfeil angedeutet). Ein Teil des Öles wandert bei der ErhöhutLg des Druckunterschiedes
zwischen den Hohlräumen des Sammlers 15 und des Verteilers 11 in das Rohr 17, öffnet
etwas das Überströmventil 18 und tritt durch den Stutzen 16 aus.
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Der Brennstoff gelangt durch den Zuleitungsstutzen 19 und das Zulaufrohr
20 in den Eiiitittesamm1er 21, fließt zwischen den Rohren der Sektionen 6 und 7
durch und wird in den Filtrierraum 22 geleitet, wo das Filter 24 installiert ist
(die Bewegungsrichtung des Brennstoffs ist durch Pfeile angedeutet).
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Der gefilterte Brennstoff gelangt aus dem Hohlraum 28 des Filters
24 in den Auslaufkanal 27 und tritt durch den Ableitungsatutzen 29 in die Hauptleitung
des Systems des Objektes durch (dieser Brennstoffweg ist durch Pfeil angedeutet).
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Im Falle der Verstopfung des Filters 24 erhöht sich der Druckunterachied
zwischen der Kammer 32 und dem Auslaufkanal 27, welcher von der Fernsignaleinrichtung
25 für die entsprechendes Filtrationsqualität durch ein Y elektrische8 Signal signalisiert
wird.
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Beim Erreichen des vorgegebenen Druckunterschieds wird ein Teil des
nicht gefilterten Brennstoffs an dem Filter 24 vorbei durch das Sicherheitsventil
26 unmittelbar in den Auslaufkaaal 27 geleitet.
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Tritt in die Kaninier 32 Brennstoff mit erhöhter Tamper ratur ein,
so öffnet das thermostatische Ventil 34 etwas die Offnung 35 und läßt einen Teil
des Brennstoffs durch den Ableitungsstutzen 36 in den Behälter überströmen. Bei
der Erniedrigung der Brennatofftemperatur schließt das thermostatische Ventil 34
die Öffnung 35 ab und der UbertritS des Brennstoffs in den Behälter hört auf.