[发明专利]一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置

说明书

本发明涉及一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置。该结构由集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母装配而成。根据螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，在完成零部件制造的基础上，首先进行支承板和预冷器换热膜片集气管的装配，然后进行集成式端盖和支承板、预冷器换热膜片集气管的装配，最后用缝合螺钉和缝合螺母完成对集成式端盖和支承板的缝合，实现对预冷器冷却工质集气装置。该结构有效减少了预冷器与外围部件的连接管路与接口，有利于提高预冷器的结构可靠性，并有利于预冷器冷却工质集气装置的装配，具有良好的工艺性。

技术领域

本发明属于预冷动力技术领域，具体涉及一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置。

背景技术

预冷发动机是借助预冷器及其相关部件和系统通过将空气压气机进口的来流气体进行预先冷却，降低空气压气机进口的气体温度，提高压气机进口气体的质量流量，拓宽压气机的高效工作范围，使发动机能够适应飞行器在高速条件下的动力需求，是空天飞行器动力的重要发展方向之一。

预冷器作为预冷发动机最为核心的部件，对于拓宽发动机工作速域、提高发动机推重比起着十分重要的作用。为满足工程应用要求，预冷器需具有功率密度高、轻量化、高紧凑性、低流阻等特点。预冷器在工作过程中，一侧为高温空气、一侧为低温工质，工作温度梯度大，工作载荷环境复杂，特别是在飞行器高马赫飞行条件下，预冷器的工作环境变得尤为严酷，承受着高温、高压来流空气的高速冲击。因此，预冷器不仅要求具有良好的换热性能，而且还要求具有高可靠性，能够保证预冷器高效换热性能的有效发挥。

现有的预冷器普遍采用由微细管膜片换热单元组装而成的环形结构，具体为：首先，按设计尺寸将微细管进行切割并成型为具有渐开线的形状特征；然后，通过焊接工艺将几十根甚至上百根直径相同的微细管与集气管、支板等焊接在一起，形成预冷器的换热膜片单元；最后，将若干个换热膜片单元组装在一起，形成完整的预冷器结构。在现有的预冷器结构中，被冷却空气沿径向方向由外而内进入预冷器，冷却工质则从换热膜片单元的靠近中心一侧的集气管进入预冷器中的微细管内部，并从外侧集气管流出。现有的预冷器结构虽然可以实现高效换热，具有高紧凑、高功率密度等特点，但是由于被冷却空气沿径向方向垂直于轴线进入预冷器并沿轴向流出，预冷器流阻较大；同时，由于需要对微细管进行较为复杂成型工艺和对膜片单元进行焊接并组装，导致预冷器的制造难度大、成本高；此外，预冷器通过多个换热膜片单元上的集气管与外部的冷却工质管路相连，使得预冷器的外围连接管路复杂、密封部位较多、体积和重量较大，而且不利于预冷器的结构可靠性。

针对预冷发动机对预冷器的高紧凑、轻量化与高可靠性的需求，合理设计预冷器的换热结构，简化预冷器与其他系统的连接管路，减少进出预冷器的接口数量，是提高预冷器的性能与可靠性的有效技术途径。

发明内容

有鉴于此，本发明针对膜片式微细管预冷器冷却工质流入和流出管路的需求，提出一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置。该结构由集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母装配而成。根据螺旋微细管换热膜片的结构尺寸与数量、冷却工质的进出口参数，确定定膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置及其组成零部件的结构尺寸参数，在完成零部件制造的基础上，首先进行支承板和预冷器换热膜片集气管的装配，然后进行集成式端盖和支承板、预冷器换热膜片集气管的装配，最后用缝合螺钉和缝合螺母完成对集成式端盖和支承板的缝合，实现对预冷器冷却工质集气装置。

一种膜片式微细管预冷器冷却工质集气装置，包括集成式端盖、支承板、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母；