一种矩阵式高温气体冷却器制造技术

本发明专利技术公开了一种矩阵式高温气体冷却器，冷热介质错逆流换热，高温气体在换热管外沿冷却器的轴线方向流动，冷却介质在换热管内自各模块高温气体低温端向高温端流动。换热管为光管，矩阵式布置，且沿垂直于高温气体流动的方向布设。本发明专利技术的一种矩阵式高温气体冷却器，同一截面上高温气体温度分布均匀程度高，能最大程度地减小安装空间，降低热工设计难度，且换热管间没有附加其他结构，在高温气体流动方向上，最大程度降低高温气体沿程长度，极大地减小了设备占地尺寸，同时减少不必要的附加阻力，降低设备内高温气体压降。降低设备内高温气体压降。降低设备内高温气体压降。

【技术实现步骤摘要】
一种矩阵式高温气体冷却器


[0001]本专利技术涉及高温气体降温
，尤其是一种矩阵式高温气体冷却器。

技术介绍

[0002]航空发动机高空模拟试验，是在地面试验设备上，采用模拟发动机进口总温、总压和发动机出口环境压力的方法，模拟发动机空中飞行高度、速度条件。现代高性能飞机所用的发动机在宽广的飞行工作范围内遇到的许多困难问题，都需通过航空发动机模拟高空飞行试验求得解决。试验舱内发动机排出的高温气体经过扩压器增压后进入冷却器，高温气体经冷却后进入引射机组内排出系统。发动机在试验舱内试验时排出的气体温度高达2300K，必须通过冷却器冷却至冷却器后端引射机组能接受的温度(<100℃)。该冷却器在负压工况下运行，为提高引射机组的效率，要求高温气体经过冷却器的压降约小越好。
[0003]中国专利公开号为CN101943529.A公开了一种高温气体干法降温装置及方法，该专利中心换热段采用圆筒形壳体，换热管绕制成盘管，各换热管长度不一致，外部换热管长度较长，内部换热管较短，若冷却介质流量较低，外部换热管内冷却介质容易蒸发，出现干烧现象，大大降低设备使用寿命；同时使得同一截面内高温气体温度分布均匀程度差；并且翅片管卷制难度大，制造成本高。
[0004]中国专利公开号为CN111854498A公开了一种高温气体冷却器，该专利在中心换热段采用圆筒形壳体，换热管在圆筒形壳体内布置方向一致，同一截面内各换热管长度不一致，使得同一截面内高温气体温度分布均匀程度差，同时换热器热工设计难度大；另一方面，冷却介质通过布置于换热管间的集液管进入管箱内，集液管的布置使得中心换热区较长，高温气体经过冷却器的压降较大，同时设备占地尺寸大。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种矩阵式高温气体冷却器，在同一截面上气体温度分布较为均匀，提高换热效率，中心换热段结构紧凑，通过合理的换热管布置使得压降满足系统要求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：
[0007]一种矩阵式高温气体冷却器，高温气体冷却器的中心换热段中沿高温气体流动方向设有若干排换热管；
[0008]此若干排换热管的管长方向均与高温气体流动方向相异，且此若干排换热管的管长方向交叉排布。
[0009]进一步地，此若干排换热管均垂直于高温气体流动方向，且同一排中的换热管的管长方向即排布方向相同，此若干排换热管包括沿水平方向排布的水平管排和沿竖直方向排布的竖直管排，水平管排中的换热管即为沿水平方向排布的水平换热管，竖直管排中的换热管即为沿竖直方向排布的竖直换热管。
[0010]进一步地，水平管排与竖直管排交替排布，且相邻的相同方向排布的管排中换热
管彼此叉排布置。
[0011]进一步地，所述中心换热段包括：换热段壳体；
[0012]所述换热管采用光管，设置于换热段壳体中，所述换热段壳体与换热管构成高温气体流道；
[0013]所述换热段壳体为矩形管形状，由4块管板构成，分别为：平行于高温气体流动方向的底部管板、顶部管板、前侧管板、后侧管板；
[0014]所述中心换热段还包括4个管箱，分别为：对应设置在底部管板、顶部管板、前侧管板、后侧管板外壁的底部管箱、顶部管箱、前侧管箱、后侧管箱；
[0015]所述水平换热管的两端分别通过前侧管板、后侧管板与前侧管箱、后侧管箱相连通；所述竖直换热管的两端分别通过底部管板、顶部管板与底部管箱、顶部管箱相连通。
[0016]进一步地，所述中心换热段还包括：水平管束进液接管、竖直管束进液接管、水平管束出液接管、竖直管束出液接管；
[0017]所述水平管束进液接管和竖直管束进液接管用于冷却介质的进液，所述水平管束出液接管和竖直管束出液接管用于冷却介质的出液；所述水平管束进液接管与前侧管箱/后侧管箱连接；所述水平管束出液接管与前侧管箱/后侧管箱连接；所述竖直管束进液接管与底部管箱/顶部管箱连接；所述竖直管束出液接管与底部管箱/顶部管箱连接。
[0018]进一步地，中心换热段至少包括一个模块；模块中的冷却介质从高温气体流出侧流入，从高温气体流入侧流出；
[0019]管箱中在垂直于高温气体流动方向上设置有分程隔板，且沿高温气体流动方向还设置有加强隔板。
[0020]进一步地，中心换热段划分为多个模块时，沿高温气体流动方向，此若干个模块中换热管的管直径、管间距、管排间距逐渐减小，且同一模块中的换热管的管直径、管间距、管排间距相同。
[0021]进一步地，所述矩阵式高温气体冷却器还包括入口扩张段；所述入口扩张段的入口端用于高温气体的流入，所述入口扩张段的出口端与中心换热段的入口端相连接，即高温气体通过入口扩张段流入中心换热段中；
[0022]所述入口扩张段包括：入口扩张段壳体和设置于入口扩张段壳体上的扩张段冷却组件；
[0023]所述扩张段冷却组件包括：内部冷却盘管，外部冷却盘管；
[0024]所述内部冷却盘管沿入口扩张段壳体周向布置在入口扩张段壳体的内侧壁上；所述外部冷却盘管沿入口扩张段壳体周向布置在入口扩张段壳体的外侧壁上；所述内部冷却盘管与外部冷却盘管交错布置，且内部冷却盘管和外部冷却盘管在入口扩张段壳体侧壁上的投影有交集。
[0025]进一步地，所述扩张段冷却组件还包括：入口扩张段进液接管、入口扩张段出液接管；
[0026]冷却介质通过入口扩张段进液接管进入内部冷却盘管，所述内部冷却盘管与外部冷却盘管相连通，冷却介质从内部冷却盘管进入外部冷却盘管，并通过入口扩张段出液接管流出。
[0027]进一步地，所述入口扩张段进液接管位于入口扩张段底部的最低位置处；
[0028]所述外部冷却盘管通过圆管与入口扩张段出液接管连接，所述圆管中心线与入口扩张段进液接管中心线重合，且圆管直径大于入口扩张段进液接管的直径，圆管与入口扩张段进液接管间形成的环形通道与入口扩张段出液接管即构成外部冷却组件中冷却介质的出液通道。
[0029]本专利技术的优点在于：
[0030](1)本专利技术的矩阵式高温气体冷却器，换热管交叉排布，使得高温气体受到多个方向的扰流，高温气体进入中心换热段能快速扩张，提高换热效率；且换热管间没有附加其他结构，在高温气体流动方向上，最大程度降低高温气体沿程长度，极大地减小了设备占地尺寸，同时减少不必要的附加阻力，降低设备内高温气体压降。
[0031](2)从前端设备(图中未示出)，例如小直径扩压器来的高流速高温气体由于惯性，在入口扩张段内不会快速扩散，高温气体仍集中于冷却器轴向位置附近，相对于现有技术中的换热管采用同一方向布置，本专利技术的换热管呈矩阵式布置，使得高温气体受到两个方向的扰流，高温气体进入中心换热段能快速扩张，提高换热效率，同时使高温气体侧在同一截面内的温度分布均匀程度较高。
[0032](3)本专利技术的中心换热段换热管采用光管，换热段壳体为矩形管形状，由4块管板构成，通过设置矩形管的形状，即设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矩阵式高温气体冷却器，其特征在于，高温气体冷却器的中心换热段(2)中沿高温气体流动方向设有若干排换热管(21)；此若干排换热管(21)的管长方向均与高温气体流动方向相异，且此若干排换热管(21)的管长方向交叉排布。2.根据权利要求1所述的一种矩阵式高温气体冷却器，其特征在于，此若干排换热管(21)均垂直于高温气体流动方向，且同一排中的换热管(21)的管长方向即排布方向相同，此若干排换热管(21)包括沿水平方向排布的水平管排和沿竖直方向排布的竖直管排，水平管排中的换热管(21)即为沿水平方向排布的水平换热管(211)，竖直管排中的换热管即为沿竖直方向排布的竖直换热管(212)。3.根据权利要求2所述的一种矩阵式高温气体冷却器，其特征在于，水平管排与竖直管排交替排布，且相邻的相同方向排布的管排中换热管(21)彼此叉排布置。4.根据权利要求2所述的一种矩阵式高温气体冷却器，其特征在于，所述中心换热段(2)包括：换热段壳体(22)；所述换热管(21)采用光管，设置于换热段壳体(22)中，所述换热段壳体(22)与换热管(21)构成高温气体流道；所述换热段壳体(22)为矩形管形状，由4块管板构成，分别为：平行于高温气体流动方向的底部管板(221)、顶部管板(222)、前侧管板(223)、后侧管板(224)；所述中心换热段(2)还包括4个管箱(23)，分别为：对应设置在底部管板(221)、顶部管板(222)、前侧管板(223)、后侧管板(224)外壁的底部管箱(231)、顶部管箱(232)、前侧管箱(233)、后侧管箱(234)；所述水平换热管(211)的两端分别通过前侧管板(223)、后侧管板(224)与前侧管箱(233)、后侧管箱(234)相连通；所述竖直换热管(212)的两端分别通过底部管板(221)、顶部管板(222)与底部管箱(231)、顶部管箱(232)相连通。5.根据权利要求4所述的一种矩阵式高温气体冷却器，其特征在于，所述中心换热段(2)还包括：水平管束进液接管(241)、竖直管束进液接管(242)、水平管束出液接管(251)、竖直管束出液接管(252)；所述水平管束进液接管(241)和竖直管束进液接管(242)用于冷却介质的进液，所述水平管束出液接管(251)和竖直管束出液接管(252)用于冷却介质的出液；所述水平管束进液接管(241)与前侧管箱(233)/后侧管箱(234)连接；所述水平管束出液接管(251)与前侧管箱(233)/后侧管箱(234)连接；所述竖直管束进液接管(242)与底部管箱(231)/顶部管箱(232)连接；所述竖直管束出液接管(25...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓靜，陈永东，王严冬，吴晓红，王林，李超，夏春杰，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：