Результат интеллектуальной деятельности: Воздухо-воздушный теплообменник

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к системам охлаждения турбин газотурбинного двигателя.

Известен воздухо-воздушный теплообменник (далее теплообменник), содержащий несколько охлаждаемых секций, установленных в проточной части турбомашины и закрепленных на корпусе посредством болтовых соединений, с двумя фланцами, соединенными между собой сетью трубок и снабженными отверстиями под болтовое соединение и буртами, имеющими посадочную поверхность, образующую с соответствующей плоской площадкой корпуса зазор, выбирающийся при сборке (RU 2578940, МПК F28F9/013, F28F 9/26, 30.12.2014 г.).

Недостатками известного теплообменника является недостаточная эффективность отбора тепла от охлаждающего воздуха из вторичной области камеры сгорания, проходящего внутри трубок секций, и, как следствие недостаточная эффективность работы теплообменника в целом.

Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является устранение недостатка известного теплообменника при обеспечении герметичности соединения фланцев с площадками корпуса.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно заявленному изобретению в воздухо-воздушном теплообменнике содержащем несколько охлаждаемых секций, установленных в проточной части турбомашины и закрепленных на корпусе посредством болтовых соединений, с двумя фланцами, соединенными между собой сетью трубок и снабженными отверстиями под болтовое соединение и буртами, имеющими посадочную поверхность, образующую с соответствующей плоской площадкой корпуса зазор, выбирающийся при сборке, согласно изобретению выбирающийся при сборке зазор образован посадочными поверхностями буртов каждого фланца лежащими в одной плоскости расположенной под углом к соответствующей плоской площадке корпуса, при этом по меньшей мере одно отверстие под болтовое соединение выполнено со стороны максимальной величины зазора до сборки. Кроме того, по меньшей мере одна охлаждаемая секция снабжена фланцами, содержащими по меньшей мере одно отверстие под болтовое соединение на каждом со стороны прилегания фланца к плоской площадке корпуса до сборки.

Выполнение выбирающегося при сборке зазора, образованного посадочными поверхностями буртов каждого фланца, лежащими в одной плоскости, расположенной под углом к соответствующей плоской площадке корпуса, позволяет обеспечить прижатие каждого фланца к последней, обеспечивая герметичность соединения, что снижает потери охлаждающего воздуха, возможные через разъемные соединения фланцев с корпусом, что повышает эффективность работы теплообменника.

Выполнение отверстия на фланце под болтовое соединение со стороны максимальной величины зазора до сборки позволяет использовать большее количество трубок в каждой секции и размещать каждую секцию максимально близко друг к другу без ущерба для сборки теплообменника (болт каждого фланца в соединениях располагается с внешней стороны и не перекрывается сетью трубок), что увеличивает эффективную площадь теплоотдачи и, как следствие, повышает эффективность работы теплообменника.

Снабжение по меньшей мере одной охлаждаемой секции фланцами, содержащими по меньшей мере одно отверстие под болтовое соединение на каждом со стороны прилегания фланца к плоской площадке корпуса до сборки, обеспечивает большую герметичность соединения, снижая утечки охлаждающего воздуха, что повышает эффективность работы теплообменника.

На фигуре 1 представлена принципиальная схема секции воздухо-воздушного теплообменника.

На фигуре 2 представлено увеличенное место соединения фланца с корпусом (место А на фиг.1).

На фигуре 3 представлено увеличенное соединение фланца с корпусом, содержащее болт со стороны прилегания фланца к плоской площадке корпуса до сборки.

Воздухо-воздушный теплообменник состоит из нескольких секций (фиг. 1), каждая из которых содержит по два фланца 1 (фиг. 2), устанавливаемые на плоские площадки корпуса 2, соединенные между собой сетью трубок 3 и снабженные отверстиями 4 под болты 5 и буртами 6 с посадочными поверхностями лежащими в одной плоскости расположенной под углом к соответствующей плоской площадке корпуса 2 и образующей с ним зазор 7, выбирающийся при сборке. Затяжка болтов 5 обеспечивает прижатие буртов 6 фланца 1 к плоским площадкам корпуса 2 и герметичности соединения. В частном случае реализации в соединение фланца 1 с корпусом 2 включают минимум один дополнительный болт 8, со стороны прилегания фланца 1 к плоской площадке корпуса 2 до сборки (под сетью трубок 3), что необходимо для большей силы прижатия буртов 6 к плоским площадкам корпуса 2 (фиг. 3), но при этом усложняется сборка теплообменника.

При установке секций воздухо-воздушного теплообменника на корпус 2 фланцы 1 притягивают болтами 5 с определенным усилием затяжки, при этом выбирается зазор 7 между корпусом 2 и буртами 6 фланцев 1. Посадочная поверхность буртов 6 начинает давить на соответствующую плоскую площадку корпуса 2, обеспечивая требуемую герметичность соединения в работе.

В частном случае реализации фланцев 1 теплообменника (фиг. 3) секции теплообменника устанавливают поочередно друг за другом в окружном направлении закручивая болты 5 и 8. При этом в одной или большем количестве секций отсутствуют дополнительные болты 8 (фиг. 2), так как секции устанавливаются плотно друг к другу и доступа к внутренней части (под сеть трубок 3) у последней секции не будет. Либо дополнительные болты 8 в последней секции сохраняются, но должен быть обеспечен достаточный зазор между секциями для доступа инструмента к дополнительным болтам 8 при сборке.

В процессе работы турбомашины для каждой секции воздухо-воздушного теплообменника, установленной в проточной части наружного контура, в полость (на входе в теплообменник), образованную между фланцем 1 и корпусом 2, подают горячий воздух из внутреннего контура. Проходя по трубкам 3, он охлаждается воздухом наружного контура. После чего охлажденный воздух отводится из аналогичной полости (на выходе из теплообменника) для нужд охлаждения турбины турбомашины. При этом соединение фланцев 1 с площадками корпуса 2 минимизируют потери охлаждающего воздуха за счет своей герметичности.

Размещение большего числа трубок 3 на каждой секции теплообменника, установленных в проточной части наружного контура, увеличивает эффективную поверхность теплообмена, что в процессе работы турбомашины повышает эффективность теплообменника.