[发明专利]一种高温冷却器方形截面壳体结构及其设计方法

权利要求书

1.一种高温冷却器方形截面壳体结构，其特征在于：包括壳体外壁（ 1） 、换热管套管（ 2） 、壳体内壁（ 3） 和壳体冷却介质通道（ 4） ，壳体外壁1通过换热管套管（ 2） 与壳体内壁（ 3） 相连，壳体外壁（ 1） 与壳体内壁（ 3） 具有间隙，所述间隙为壳体冷却介质通道（ 4） ，换热管套管（ 2） 内插接有换热管，所述换热管伸入壳体内壁（ 3） 中，壳体冷却介质通道（ 4） 内流动有冷却介质；所述换热管套管（ 2） 中部固连有柱状的支撑套（ 21） ，支撑套（ 21） 外径大于换热管套管（ 2） 外径，支撑套（ 21） 两端分别与壳体外壁（ 1） 和壳体内壁（ 2） 抵接；所述支撑套（ 21） 中部开设有弧状的分流环槽（ 22） ，支撑套（ 21）中部据换热管套管（ 2） 的轴线距离小于支撑套（ 21） 两侧据换热管套管（ 2） 的轴线距离。

2.根据权利要求1所述的一种高温冷却器方形截面壳体结构，其特征在于：所述壳体内壁（ 3） 承受来自热流体的压力和壳体冷却通道（ 4） 内介质的压力；所述壳体外壁（ 1）承受来自壳体冷却通道（ 4） 内介质的压力和外界环境压力。

3.根据权利要求1所述的一种高温冷却器方形截面壳体结构，其特征在于：所述壳体外壁（ 1） 与壳体内壁（ 3） 上开设有外径与换热管套管（ 2） 外径相同的孔，换热管套管（2） 插入所述孔内，换热管套管（ 2） 端头处开设有倒角，换热管套管（ 2） 开设倒角端分别与壳体外壁（ 1） 和壳体内壁（ 3） 通过角焊环焊缝（ 23） 进行连接。

4.根据权利要求3所述的一种高温冷却器方形截面壳体结构，其特征在于：所述壳体外壁（ 1） 和壳体内壁（ 3） 采用薄壁结构，壳体外壁（ 1） 和壳体内壁（ 3） 的厚度小于等于10mm。

5.一种如权利要求1所述的高温冷却器方形截面壳体结构的设计方法，其特征在于：根据工作环境下壳体结构的几何尺寸、受力情况和内筒热流体侧壁可能达到的最高温度参数确定壳体材料选择；

根据壳体结构的几何尺寸、以及壳体内、外壁受力和受热情况，计算确定壳体结构采用夹层水冷的结构型式以及内、外壁材料的初始厚度，通过传热计算确定壳体结构材料维持在许用温度下的冷却介质用量和冷却效果；

根据初步确定的壳体内、外壁厚度，计算换热管套管几何尺寸焊接加强时的强度和刚度，以板材最小厚度为目标函数，通过迭代计算，确定壳体内外壁厚度；

根据已经优化确定的壳体结构冷却设计型式，校核壳体结构的强度、刚度、传热设计结果直至结构定型，最后进行原料加工和组装。

6.根据权利要求5所述的一种高温冷却器方形截面壳体结构的设计方法，其特征在于：所述原料加工即为：将原料钢板按照设计尺寸进行裁剪，形成壳体外壁和壳体内壁，并在一块壳体外壁和壳体内壁上开孔；

将换热管套管原料进行车工成型后，再对换热管套管进行表面淬火。

7.根据权利要求5所述的一种高温冷却器方形截面壳体结构的设计方法，其特征在于：所述组装即为：淬火冷却后将壳体内壁平放在地面上，随后将所有的换热管套管先插入壳体内壁上，之后再将壳体外壁插接在换热管套管另一端处，先对壳体外壁上的换热管套管进行环形角焊，最后再对壳体内壁上的换热管套管进行角焊。