[实用新型]一种径向偏置排布的预冷器

说明书

一种径向偏置排布的预冷器，预冷器芯体包括两个以上环形换热芯组件，环形换热芯组件之间同轴套接，并使相邻环形换热芯体组件的间距大于或等于10mm，以形成径向层叠结构；环形换热芯组件包括沿圆周方向排布的多个垂直式蛇形管并使位于同一环形换热芯组件中的预冷管的管体偏角±15°α±75°；相邻的环形换热芯组件中的预冷管交错排列；预冷管上方的冷流体入口和下方的冷流体出口分别与冷媒输入空腔和冷媒输出空腔相连通；本实用新型的结构简单，实现了预冷器结构制造以预冷管为基本单元的模块化安装，降低了装配难度与制造成本，同时提高了预冷器单位体积内的换热能力，从而提升了空天发动机的整体工作性能。

技术领域

本实用新型涉及换热设备领域与预冷器技术领域，尤其是一种径向偏置排布的预冷器。

背景技术

随着航空航天行业的发展，具有高马赫数、高的比冲性能和推重比的发动机的需求愈发迫切。因此，设计可以适应上述工况的组合动力发动机，是十分重要的。目前主要的设计方法可分为降低高马赫数飞行时压气机入口空气温度、增大压气机压比、提高燃烧室燃烧效率等几个方面，而设计高效紧凑的预冷器是实现上述性能要求的主要方式。

目前现有的预冷器结构主要为螺旋式结构，即预冷器芯体5a为螺旋排布（如图1所示），采用同轴层叠套装错排的方式增大换热面积。这种结构较为简单，加工制造相对方便，但结构强度的可靠性较低，制造所得的换热合金管折弯能力较差，工艺性要求较高，因此总体制造和安装成本较高，结构仍有较大的改善空间，因此，对于发动机中的轻质高效预冷器进行多种不同结构的设计，是十分重要的。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、易于制造和装配、减小压降，提高预冷器单位体积内的换热能力的径向偏置排布的预冷器。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案：一种径向偏置排布的预冷器，包括预冷器芯体，预冷器芯体的两端分别设有与预冷器芯体相连通的冷媒输入空腔和冷媒输出空腔；冷媒输入空腔和冷媒输出空腔的外表面上分别开设有冷媒输入集管和冷媒输出集管，所述冷媒输入集管和冷媒输出集管分别与所述冷媒输入空腔和冷媒输出空腔相连通；所述预冷器芯体包括两个以上环形换热芯组件，环形换热芯组件之间同轴套接，并使相邻环形换热芯体组件的间距大于或等于10mm，以形成径向层叠结构；所述环形换热芯组件包括沿圆周方向排布的多个预冷管，所述预冷管为垂直式蛇形管，并使位于同一环形换热芯组件中的预冷管的管体偏角为α，其中，±15°α±75°；所述管体偏角为所述垂直式蛇形管所在平面与所述环形换热芯组件的轴向纵切面之间的夹角；相邻的环形换热芯组件中的预冷管之间交错排列，且使相邻环形换热芯组件中的预冷管的管体偏角之差为±90°；垂直式蛇形管的管口分别位于预冷管的上方和下方，预冷管的上方管口为冷流体入口，预冷管的下方管口为冷流体出口；所述冷媒输入空腔和冷媒输出空腔的内表面开设有预冷管安装通孔；预冷管的冷流体入口和冷流体出口通过预冷管安装通孔分别与所述冷媒输入空腔和冷媒输出空腔相连通。

同一环形换热芯组件中的预冷管的管体偏角相同，以使同一环形换热芯组件中的相邻预冷管所在平面间相互平行。

相邻环形换热芯组件中的预冷管以45°、- 45°的管体偏角交替排布。

所述冷流体入口和冷流体出口处均设有延伸管段，所述延伸管段连接至预冷管连接孔中并与冷媒输入空腔和冷媒输出空腔相连通。

所述预冷器芯体包括四个环形换热芯组件，按照套接顺序由内至外依次为第一环形换热芯组件、第二环形换热芯组件、第三环形换热芯组件和第四环形换热芯组件；第四环形换热芯组件中的各预冷管由高温合金材料制成；第三环形换热芯组件中的各预冷管由不锈钢材料制成、第一、第二环形换热芯组件中的预冷管由不锈钢、铜或铝制材料制成。

环形换热芯组件中包括100-140个预冷管。

所述垂直式蛇形管为S型往复管件。