CN110043342A - 一种航空发动机高压燃滑油散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机高压燃滑油散热器，包括双芯体燃滑油散热器组件(1)、燃油安全旁通活门(2)、滑油安全旁通活门(3)。高温低压滑油走双芯体燃滑油散热器组件(1)壳程，低温高压燃油走双芯体燃滑油散热器组件(1)管程。通过热交换，燃油带走滑油热量，对高温滑油进行降温。其中燃油安全旁通活门(2)、滑油安全旁通活门(3)只在发动机燃油、或滑油***出现异常或在高寒地区工作时，导致散热器芯体的燃油或滑油出现流阻升高，安全旁通活门开启，流体不走散热器芯体，确保发动机的使用安全。本发明主要对双芯体燃滑油散热器组件结构进行设计，达到在一定的空间、体积范围内，达到换热效率最高、结构最紧凑、重量最轻。以满足某新研型号发动机的使用需求。

Description

一种航空发动机高压燃滑油散热器
技术领域
本发明属于航空发动机润滑传动***技术领域，涉及一种管壳式高压燃滑油散热器的结构。
背景技术
燃滑油散热器是航空发动机润滑传动***的关键部件，利用飞机燃油作为冷源，来冷却发动机润滑传动***的循环滑油，确保发动机滑油处于一个良好的工况温度，被滑油加温后的燃油，一部分进入发动机燃烧室燃烧，为发动机提供动力源,一部分回到飞机燃油箱。
发动机燃滑油散热器按换热器结构分，可分为管带式、管壳式、板翅式、微通道等。以传统管壳式燃滑油散热器为例，此类产品一般置于发动机主燃油泵后，泵的出口压力高达15Mpa；以散热器在发动机承担的换热功能需求划分，可分为主燃滑油散热器和加力燃滑油散热器。其中，主燃滑油散热器主要承担发动机常态工况情况下，对滑油降温工作；加力燃滑油散热器主要承担发动机加力工况情况下，与主燃滑油散热器一起承担滑油降温工作。一般情况下，两种类型的散热器通过管路在发动机上进行连接。但由于管路复杂，***重量大，互相影响其安装、使用、维护极不方便。
发明内容
本发明旨在提供一种航空发动机高压燃滑油散热器，对传统发动机上使用的主燃滑油散热器和加力燃滑油散热器进行一体化设计，减少***管路,降低流阻,提高换热器的换热效率，在保证换热效率的前提下简化结构，减轻该类型产品的安装难度，减少该类型产品的使用维护难度。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
一种航空发动机高压燃滑油散热器，包括两个彼此连通并集成在一个散热器壳体内的芯子，且散热器的燃油回路上设置有燃油安全活门，滑油回路上设置有滑油安全活门。
从散热器整体结构上看，本发明的高压燃滑油散热器包括燃滑油散热器组件、燃油安全旁通活门、滑油安全旁通活门三个组成部分，其中燃滑油散热器组件为双芯体结构。
双芯体结构的燃滑油散热器组件包括双芯体燃滑油散热器芯子、燃油进口球盖、燃油出口球盖、燃油回油球盖。
双芯体燃滑油散热器芯子，是一种典型的管壳式换热器结构，包括第一燃油隔板、第二燃油隔板、第一芯子端板、毛细散热管、第一滑油隔板、定距杆、双桶外壳体、滑油进口管嘴、第二芯子端板、第三燃油隔板、滑油出口管嘴、第二滑油隔板组成。通过这些零件的合理设计，低温高压燃油走管程、高温低压滑油走壳程，实现其换热功能。
以双芯体6管程10壳程为例，双芯体燃滑油散热器芯子可分成A芯子与B芯子。其中燃油从A芯子燃油进口球盖流入，进入第一燃油隔板、第二燃油隔板隔离出的第一管程；通过第一燃油隔板、第三燃油隔板组成的内腔，进入第二管程；通过第一燃油隔板、第二燃油隔板组成的内腔，进入第三管程；通过燃油回油球盖与燃滑油散热器芯子形成的中间通道，进入B芯子。在B芯子中也走3个管程，最终从B芯子的燃油出口球盖流出。燃油在A、B芯子中合计走6个管程。
对于滑油而言，双芯体燃滑油散热器芯子可分成A芯子与B芯子。其中滑油从B芯子滑油进口管嘴流入，4块第一滑油隔板与双桶外壳体互成90°，按一定的尺寸排列，隔离出的第一壳程～第五壳程，滑油分别流经第一壳程～第五壳程，并通过双桶外壳体的中间斜孔进出A芯子。同样在B芯子中走5个壳程，从A芯子上的滑油出口管嘴流出。滑油在A、B芯子中合计走10个壳程。
宏观看冷热流体在A芯子与B芯子的流动，可认为是一种典型的差逆流结构。
本发明中，航空发动机高压燃滑油散热器分别在散热器的燃油回路、滑油回路上设计有燃油安全活门和滑油安全活门。发动机燃油、或滑油***出现异常或在高寒地区工作时，导致散热器芯体的燃油或滑油出现流阻升高，安全旁通活门开启，流体不全走散热器芯体，确保发动机的使用安全。
本发明提供了一种双芯体结构高压燃滑油散热器结构，其主体结构是一种较为传统管壳式换热器，但采用了双芯子一体化结构设计。成功的在有限的空间内，将传统发动机传动***中的主燃滑油散热器和加力燃滑油散热器两个附件，集成为一个双芯体结构高压燃滑油散热器，减少***管路，从而减轻产品重量，提高产品的可靠性，减轻对产品的使用维护要求。
本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器结构，通过对传统管壳式换热器芯子的结构创新，将芯子进行一体化设计，产品总重量与传统管壳式换热器相当。
与现有技术相比，本发明瞄准航空发动机用高压燃滑油散热器，采用双芯子一体化设计替代原有独立换热器结构，并对双芯子进行了结构优化，在双桶体上设计了滑油安全活门，在燃油进口端板上设计了燃油安全活门，并通过双桶体上的斜孔将芯子B和A进行滑油油路的串联。通过燃油回油球盖与燃滑油散热器芯子形成的中间通道，将芯子A和B进行燃油油路的串联，不再通过***管路进行连接。
附图说明
图1为一种双芯体结构高压燃滑油散热器结构；
图2为一种双芯体结构高压燃滑油散热器组件***图；
图3为一种双芯体结构高压燃滑油散热器芯子组件***图；
图4为一种双芯体结构高压燃滑油散热器燃油流程图；
图5为一种双芯体结构高压燃滑油散热器滑油流程图；
图6为一种双芯体结构高压燃滑油散热器燃油安全活门安装示意图；
图7为一种双芯体结构高压燃滑油散热器滑油安全活门安装示意图；
图8为一种双芯体结构高压燃滑油散热器燃油安全活门结构示意图；
图9为一种双芯体结构高压燃滑油散热器燃油安全活门***简图；
图中：1-双芯体燃滑油散热器组件，2-燃油安全旁通活门，3-滑油安全旁通活门，10-双芯体燃滑油散热器芯子，11-燃油进口球盖，12-燃油出口球盖，13-燃油回油球盖，111-第一燃油隔板，112-第二燃油隔板，113-第一芯子端板，114-毛细散热管，115-第一滑油隔板，116-定距杆，117-双桶外壳体，118-滑油进口管嘴，119-第二芯子端板，120-第三燃油隔板，121-滑油出口管嘴，122-第二滑油隔板，21- 活门盖，22-挡圈，23-活门调节座，24-调节垫圈，25-弹簧，26-活门，27-活门壳体，箭头和相应的数字分别代表燃油流程和滑油流程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述。
如图1所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器结构图，整体来看，该结构主要由双芯体燃滑油散热器组件1，燃油安全旁通活门2，滑油安全旁通活门3，组成，燃油/滑油安全活门采用螺纹与双芯体燃滑油散热器组件1进行装配连接。
如图2所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器中双芯体燃滑油散热器组件1的示意图，主要由双芯体燃滑油散热器芯子10，燃油进口球盖11，燃油出口球盖12，燃油回油球盖13组成，燃油进口球盖11、燃油出口球盖12和燃油回油球盖13与双芯体燃滑油散热器芯子10采用氩弧焊进行连接，保证低温、高压燃油腔能够承压15Mpa，高温低压滑油腔能够承压2.5Mpa.
如图3所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器芯子中双芯体燃滑油散热器芯子10的***图，包括第一燃油隔板111，第二燃油隔板112，第一芯子端板113，毛细散热管114（图中平行于双桶外壳体117的散热管），第一滑油隔板115（图中白色线条位置处，垂直于毛细散热管114），定距杆116（图中平行于毛细散热管114的杆件），双桶外壳体117，滑油进口管嘴118，第二芯子端板119，第三燃油隔板120，滑油出口管嘴121，第二滑油隔板122组成；其中第一滑油隔板115与第二滑油隔板122采用氩弧焊与定距杆116按预先设定的尺寸进行连接；双桶外壳体117与第一滑油隔板115与第二滑油隔板122采用氩弧焊进行连接，毛细散热管114、定距杆116与第一芯子端板113和第二芯子端板119采用不锈钢真空钎焊进行连接，第一燃油隔板111、第二燃油隔板112、第三燃油隔板120分别与第一芯子端板113和第二芯子端板119采用氩弧焊进行连接。滑油进口管嘴118与双桶外壳体117，滑油出口管嘴121与芯子端板采用氩弧焊进行连接。该组件按上述连接方式组合后，需要对滑油腔进行密封性检查，确保滑油腔能够满足2.5Mpa的承压要求，毛细散热管114与芯子端板的钎焊部位没有泄漏，各氩弧焊接部位没有泄漏和变形。
如图4所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器燃油流程图，通过图3、和图2组合成的一种双芯体结构高压燃滑油散热器组件，可分成A芯子与B芯子。其中燃油从A芯子燃油进口球盖11流入，进入第一燃油隔板111、第二燃油隔板112隔离出的第一管程（图4中数字1对应的竖直方向箭头，图中第一燃油隔板111为弧面板，第二燃油隔板112为平面板，二者结合形成一个封闭区域）；通过第一燃油隔板111、第三燃油隔板120组成的内腔(图中第一燃油隔板111为弧面板，第三燃油隔板120为平面板，二者结合形成一个封闭区域)，进入第二管程2（图4中数字2对应的竖直方向箭头）；通过第一燃油隔板111、第二燃油隔板112组成的内腔(图中第一燃油隔板111为弧面板，第二燃油隔板112为平面板，二者结合形成一个封闭区域)，进入第三管程（图4中数字3对应的竖直方向箭头）；通过燃油回油球盖13与燃滑油散热器芯子形成的中间通道，进入B芯子。在B芯子中也走3个管程（对应图4中的数字4、5、6代表的箭头指向），最终从B芯子的燃油出口球盖12流出。燃油在A、B芯子中合计走6个管程。
如图5所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器滑油流程图，通过图3、和图2组合成的一种双芯体结构高压燃滑油散热器组件，可分成A芯子与B芯子。其中滑油从B芯子滑油进口管嘴118流入，4块第一滑油隔板115与双桶外壳体117互成90°，按一定的尺寸排列，隔离出的第一壳程（图5中数字1对应的箭头）～第五壳程5（图5中数字5对应的箭头），滑油分别流经第一壳程（图5中数字1对应的箭头）～第五壳程5（图5中数字5对应的箭头），并通过双桶外壳体117的中间斜孔进出A芯子。同样在B芯子中走5个壳程（对应图5中的数字6、7、8、9、10代表的箭头指向），从A芯子上的滑油出口管嘴121流出。滑油在A、B芯子中合计走10个壳程。
宏观看冷热流体在A芯子与B芯子的流动，可认为是一种典型的差逆流结构。
如图6所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器燃油活门安装示意图。A、B芯子燃油进出口均设置在第一芯子端板113上，当A芯子进口压力与B芯子出口压力差达到固定的值时，活门开启，燃油不再走散热器管程，直接从燃油进口通过活门进入燃油出口。
如图7所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器滑油活门安装示意图。A、B芯子滑油进出口均设置在双桶外壳体117上，当B芯子滑油进口压力与A芯子出口压力差达到固定的值时，活门开启，滑油不再走散热器壳程，直接从B芯子部分壳程进入A芯子部分壳程，从双桶外壳体117上的滑油出口管嘴121流出。
如图8和图9所示，是本发明的一种双芯体结构高压燃滑油散热器中的燃油安全活门示意图和***图。通过结构设计，形成一个可拆装的LRU单元，通过活门盖21、挡圈22、活门调节座23、调节垫圈24、弹簧25、活门26、活门壳体27有效配合，实现活门开、闭功能。
通过上述技术方案，实现了航空发动机上双芯体结构的高压燃滑油散热器的设计布局，实现了一体化结构设计。通过该方式，可将现有传统发动机上的管壳式主燃滑油散热器、加力燃滑油散热器分别设计，管路连接的设计模式转换成集成模块设计模式。以减少***管路连接，减轻***重量。通过性能仿真，每个芯体采用φ2×0.2，长度258mm，单个筒体散热管数量1610根，上下间距2.55mm，2.95mm，折流板高度为98mm，圆缺率为25.7%。A芯子散热量达到37.9 Kw,B芯子散热器两达到34.7 Kw，总散热量达到72.6>67.2 Kw,满足某型发动机散热量需求。经过重量统计分析，该型产品重量16.9kg，满足不大于17kg需求。与传统两型散热器***重量，整体重量预计减轻1.5kg。
通过上述技术方案，经过性能仿真设计，较好的满足了发动机功能、性能需求，同时，一体化设计后，降低了产品在发动机上的安装、使用、维护难度。

Claims (10)

1.一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：包括两个彼此连通并集成在一个散热器壳体内的芯子，且散热器的燃油回路上设置有燃油安全活门(2)，滑油回路上设置有滑油安全活门(3)。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：
所述高压燃滑油散热器为管壳式换热结构；
所述散热器壳体包括双桶外壳体(117)，以及位于双桶外壳体(117)不同内腔中的A芯子和B芯子；
所述双桶外壳体(117)的一端与第一芯子端板(113)相连，另一端与第二芯子端板(119)；
所述第一芯子端板(113)远离双桶外壳体(117)的一端设置有燃油隔板，所述第二芯子端板(119)远离双桶外壳体(117)的一端设置有燃油隔板；
所述A芯子和B芯子内均设置有滑油隔板；
所述A芯子和B芯子通过位于双桶外壳体(117)内的斜孔连通。
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：还包括燃油进口球盖(11)、燃油出口球盖(12)和燃油回油球盖(13)；
所述燃油进口球盖(11)、燃油出口球盖(12)与第二芯子端板(119)相连；
所述燃油回油球盖(13)与第一芯子端板(113)相连。
4.根据权利要求2所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：还包括滑油进口管嘴(118)和滑油出口管嘴(121)；
所述滑油进口管嘴(118)与双桶外壳体(117)相连；
所述滑油出口管嘴(121)与第二芯子端板(119)相连。
5.根据权利要求2所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：所述滑油隔板有多块，且均垂直于双桶外壳体(117)轴线方向，多块滑油隔板将A芯子和B芯子划分为多个滑油壳程。
6.根据权利要求2所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：所述斜孔靠近第二芯子端板(119)一端。
7.根据权利要求2所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：所述第一芯子端板(113)远离双桶外壳体(117)的一端设置有第一燃油隔板(111)和第二燃油隔板(112)；
所述第二芯子端板(119)远离双桶外壳体(117)的一端设置有第一燃油隔板(111)和第三燃油隔板(120)；
所述第一燃油隔板(111)、第二燃油隔板(112)和第三燃油隔板(120)在A芯子和B芯子中形成多个燃油管程。
8.根据权利要求5所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：多块所述滑油隔板通过定距杆(116)连接在A芯子和B芯子中。
9.根据权利要求5所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：所述滑油隔板在A芯子和B芯子中的数量相同，滑油壳程数相同。
10.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压燃滑油散热器，其特征在于：所述燃油安全活门(2)和滑油安全活门(3)包括依次连接的活门盖(21)、挡圈(22)、活门调节座(23)、调节垫圈(24)、弹簧(25)、活门(26)和活门壳体(27)。
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