一种适用于大温度梯度的预冷器连接法兰的制作方法

1.本发明涉及高温换热器技术领域，具体涉及一种适用于大温度梯度的预冷器连接法兰。


背景技术：

2.在高超声速吸气式组合发动机领域，使用空气预冷器将高温来流冷却以扩宽涡轮发动机工作包线是目前组合发动机领域采用的最为有效的手段。当高马赫数飞行时，来流总温可达1250k，预冷器采用低温介质可将高温来流冷却至常温甚至更低，由于温差较大，预冷器连接前后部件的法兰需承受巨大的热应力，由于连接尺寸多固定，导热热应力无法释放。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种适用于大温度梯度的预冷器连接法兰，该连接法兰能够在无需额外携带冷却介质的情况下降低热应力且减轻重量。
4.本发明采用以下具体技术方案：
5.一种适用于大温度梯度的预冷器连接法兰，该预冷器连接法兰包括法兰壳体和法兰盖板；
6.所述法兰壳体和所述法兰盖板相对设置且密封连接，所述法兰壳体和所述法兰盖板均设置有中心通孔；
7.所述法兰壳体在朝向所述法兰盖板的一侧设置有冷却流道和多个定位块，所述冷却流道沿所述法兰壳体的周向设置，多个所述定位块沿所述法兰壳体的周向分布于所述冷却流道内；
8.所述法兰壳体在背离所述法兰盖板的一侧设置有相对设置的冷却介质进口接头和冷却介质出口接头，所述冷却介质进口接头和所述冷却介质出口接头均与所述冷却流道连通，使冷却介质从所述冷却介质进口接头流入所述冷却流道、且从所述冷却介质出口接头流出所述冷却流道，在与所述法兰壳体和所述法兰盖板进行热交换的同时实现所述法兰壳体和所述法兰盖板的冷却；
9.所述法兰盖板在朝向所述法兰壳体的一侧设置有与所述定位块一一对应的定位凹槽；
10.所述定位块的顶端形状配合地插接于所述定位凹槽内。
11.更进一步地，多个所述定位块中，一部分定位块与所述法兰壳体的内侧壁之间连接有挡板，另一部分定位块与所述法兰壳体的外侧壁之间连接有挡板，使所述冷却流道形成波浪形通道。
12.更进一步地，所述冷却介质进口接头位于所述法兰壳体的底部，所述冷却介质出口接头位于所述法兰壳体的顶部。
13.更进一步地，多个所述定位块沿所述法兰壳体的周向均匀分布。
14.更进一步地，所述法兰壳体设置有两个所述冷却介质进口接头和两个所述冷却介质出口接头。
15.更进一步地，所述法兰盖板钎焊连接于所述法兰壳体；
16.所述法兰壳体与所述冷却介质进口接头和所述冷却介质出口接头之间均通过焊接连接。
17.更进一步地，所述定位块的截面形状为梯形，并且所述梯形具有沿所述法兰壳体的径向排列的底边和顶边，所述顶边的长度大于所述底边的长度。
18.更进一步地，所述定位块设置有沿所述法兰壳体的轴向延伸的通孔。
19.更进一步地，所述通孔为圆孔。
20.更进一步地，所述冷却流道的深度为4mm～6mm；
21.所述法兰盖板的厚度为2mm～3mm。
22.有益效果：
23.1、本发明的预冷器连接法兰内部设置有冷却流道，并在法兰壳体上设置有与冷却流道连通的冷却介质进口接头和冷却介质出口接头，冷却介质通过冷却介质进口接头进入冷却流道，并通过冷却介质出口接头流出冷却流道，流动的冷却介质将连接法兰的热量带走，实现连接法兰的冷却降温，从而降低了连接法兰的热应力；
24.2、本发明的预冷器连接法兰由相对设置且密封连接的法兰壳体和法兰盖板构成，在法兰壳体上设置有冷却流道，使得该连接法兰形成空心结构，减轻了连接法兰的重量；
25.3、流动于冷却流道中的冷却介质可以采用高温换热器的冷却介质，即，连接法兰与高温换热器可以共用冷却介质，因此无需额外携带冷却介质。
附图说明
26.图1为本发明的预冷器连接法兰的整体结构示意图；
27.图2为图1中法兰壳体的一侧结构示意图；
28.图3为图1中法兰壳体的另一侧结构示意图；
29.图4为图1中法兰盖板的结构示意图。
30.其中，1-法兰壳体，2-法兰盖板，3-冷却流道，4-定位块，5-冷却介质进口接头，6-冷却介质出口接头，7-定位凹槽，8-挡板，9-通孔，10-中心通孔
具体实施方式
31.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
32.参考图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种适用于大温度梯度的预冷器连接法兰，该预冷器连接法兰包括法兰壳体1和法兰盖板2；法兰壳体1和法兰盖板2相对设置且密封连接，法兰壳体1和法兰盖板2均设置有中心通孔10；法兰盖板2可以钎焊连接于法兰壳体1；在法兰壳体1与法兰盖板2之间采用钎焊连接时，需要先在法兰壳体1与法兰盖板2的连接部位设置钎料，然后再同时加热直到钎料熔化，从而法兰壳体1与法兰盖板2密封连接在一起；采用钎焊连接工艺，能够减小法兰壳体1与法兰盖板2之间连接时变形量；
33.如图2和图3结构所示，法兰壳体1在朝向法兰盖板2的一侧设置有冷却流道3和多个定位块4，冷却流道3沿法兰壳体1的周向设置，多个定位块4沿法兰壳体1的周向分布于冷
却流道3内；如图2结构所示，在法兰壳体1的内侧壁和外侧壁之间形成冷却流道3，并在内侧壁和外侧壁之间设置有多个定位块4，多个定位块4沿法兰壳体1的周向分布，并且多个定位块4可以沿法兰壳体1的周向均匀分布；多个定位块4中，一部分定位块4与法兰壳体1的内侧壁之间连接有挡板8，另一部分定位块4与法兰壳体1的外侧壁之间连接有挡板8，使冷却流道3形成波浪形通道；通过定位块4、挡板8与内侧壁或外侧壁的连接，在内侧壁和外侧壁之间形成一条环形弯曲的冷却流道3，通过定位块4和挡板8的设置增长了冷却流道3的长度，延长了冷却介质的流动时间，提高冷却介质与法兰壳体1和法兰盖板2之间换热效率，从而能够带走更多的热量；挡板8可以为弧形挡板；
34.如图2和图3结构所示，法兰壳体1在背离法兰盖板2的一侧设置有相对设置的冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6，冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6均与冷却流道3连通，使冷却介质从冷却介质进口接头5流入冷却流道3、且从冷却介质出口接头6流出冷却流道3，在与法兰壳体1和法兰盖板2进行热交换的同时实现法兰壳体1和法兰盖板2的冷却；冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6可以同时设置于法兰壳体1或法兰盖板2，还可以在法兰壳体1和法兰盖板2上均同时设置冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6，另外，还可以将冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6分别设置于法兰壳体1和法兰盖板2，如：将冷却介质出口接头6设置于法兰壳体1、同时将冷却介质进口接头5设置于法兰盖板2；为了提高冷却效果，冷却介质进口接头5位于法兰壳体1或法兰盖板2的底部，冷却介质出口接头6位于法兰壳体1或法兰盖板2的顶部，即，冷却介质从连接法兰的底部流入、且从连接法兰的顶部流出；如图3和图4结构所示，法兰壳体1设置有两个冷却介质进口接头5和两个冷却介质出口接头6，两个冷却介质进口接头5和两个冷却介质出口接头6均并排设置；法兰壳体1与冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6之间均通过焊接连接，冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6也可以通过钎焊连接于法兰壳体1；
35.如图4结构所示，法兰盖板2在朝向法兰壳体1的一侧设置有与定位块4一一对应的定位凹槽7；定位块4的顶端形状配合地插接于定位凹槽7内，通过定位块4和定位凹槽7的插接配合便于法兰盖板2和法兰壳体1的装配，提高了法兰盖板2和法兰壳体1的对位速度和装配效率。
36.上述预冷器连接法兰采用分体结构，包括固定连接的法兰壳体1和法兰盖板2；在法兰壳体1和法兰盖板2之间形成冷却流道3，并在法兰壳体1上设置有与冷却流道3连通的冷却介质进口接头5和冷却介质出口接头6，冷却介质通过冷却介质进口接头5进入冷却流道3，并通过冷却介质出口接头6流出冷却流道3，流动的冷却介质将连接法兰的热量带走，实现连接法兰的冷却降温，从而降低了连接法兰的热应力；相对设置法兰壳体1和法兰盖板2之间密封连接，在法兰壳体1上设置有冷却流道3，使得该连接法兰形成空心结构，减轻了连接法兰的重量；流动于冷却流道3中的冷却介质可以采用高温换热器的冷却介质，即，连接法兰与高温换热器可以共用冷却介质，因此无需额外携带冷却介质。
37.因此，上述预冷器连接法兰能够在无需额外携带冷却介质的情况下降低热应力且减轻重量。
38.一种具体的实施方式中，如图2和图3结构所示，定位块4的截面形状为梯形，并且梯形具有沿法兰壳体1的径向排列的底边和顶边，顶边的长度大于底边的长度，顶边为靠近法兰壳体1外周侧的边，底边为靠近法兰壳体1内周侧的边。
39.通过梯形截面的定位块4有利于提高定位块4与定位凹槽7之间的对位速度，同时通过定位块4与定位凹槽7之间的配合，还有利于提高法兰壳体1与法兰盖板2之间的接触面积，能够提高法兰壳体1与法兰盖板2之间的连接强度。
40.为了进一步提高连接法兰的散热面积，如图2和图3结构所示，定位块4还设置有沿法兰壳体1的轴向延伸的通孔9，通孔9可以为圆孔。通过增设于定位块4的通孔9不仅能够减轻法兰壳体1的重量，还可以增大法兰壳体1的散热面积。
41.在上述各种实施例的基础上，冷却流道3的深度可以为4mm～6mm，如：4mm、5mm、6mm；冷却流道3的深度为冷却流道3沿连接法兰轴向的尺寸；法兰盖板2的厚度为2mm～3mm，如：2mm、2.5mm、3mm。
42.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。