Воздуховоздушное устройство для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВОЗДУХОВОЗДУШНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧЕГО ВОЗДУХА ТУРБОКОМПРЕССОРА АВИАДВИГАТЕЛЯ САМОЛЕТА(71) Заявитель Учреждение образования Минский государственный высший авиационный колледж(72) Авторы Лапцевич Александр Анатольевич Синяков Анатолий Леонидович Рипинский Антон Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Минский государственный высший авиационный колледж(57) Воздуховоздушное устройство для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета, содержащее перекрестноточный кожухотрубный теплообменник и трубы для подвода к нему и отвода от него горячего и холодного воздуха, отличающееся тем, что перекрестноточный кожухотрубный теплообменник выполнен из двух перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций, каждая из которых содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами горячего и холодного воздуха кожух, в котором расположен вертикально пучок теплопередающих труб, присоединенных торцами соответственно к верхней и нижней трубным доскам, при этом собирающий коллектор холодного воздуха второй перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции сообщен с наружной средой, а ее распределительный коллектор холодного воздуха присоединен к собирающему коллектору холодного воздуха первой 98672014.02.28 перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции, распределительный коллектор холодного воздуха, который подключен к трубе подачи холодного воздуха, а распределительные и собирающие коллекторы горячего воздуха перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций соответственно подключены к трубе подвода и присоединены к трубе отвода горячего воздуха, при этом высота 2 теплопередающих труб вертикального пучка второй перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции и поперечный зазор 2 между теплопередающими трубами вертикального пучка этой секции рассчитываются по формуламср 1 21 ср 2 , 21 ср 2 ср 1 где 1 и 1 - высота и поперечный зазор между теплопередающими трубами вертикального пучка первой перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции ср 1 и ср 2 - средние температурные напоры теплообменивающихся воздушных потоков соответственно первой и второй перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций.(56) 1. Коваленко В.Е. и др. Авиационное оборудование самолетов Ту-154 А, Ту-154 Б. Ч. . М. Машиностроение, 1984. - С. 292. 2. Кузнецов А.Н. Основы конструкции и технической эксплуатации воздушных судов. М. Транспорт, 1990. - С. 250-251. Предлагаемое техническое решение относится к воздуховоздушным устройствам для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессоров авиадвигателей самолетов перед подачей его в турбохолодильники систем кондиционирования воздуха пассажирских салонов самолетов. Известно воздуховоздушное устройство для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя 1. Известное воздуховоздушное устройство содержит перекрестноточный пластинчатый теплообменник и трубы для подвода к нему и отвода от него горячего и холодного воздуха, при этом пластинчатый теплообменник выполнен из плоских теплопередающих пластин, между которыми расположены гофрированные листы. Гофры соединяют плоские пластины и образуют каналы для прохождения воздуха. Известное воздуховоздушное устройство для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя работает следующим образом. Горячий воздух от турбокомпрессора авиадвигателя продувается через пластинчатый теплообменник давлением, которое создает турбокомпрессор, при этом холодный воздух проходит через теплообменник благодаря динамическому давлению воздуха, возникающего при движении самолета в воздушной среде. Перекрестноточный пластинчатый теплообменник охлаждает горячий воздух(300350 С) турбокомпрессора авиадвигателя до температуры 200230 С. К недостаткам известного воздуховоздушного устройства следует отнести пониженную эффективность работы и сложность конструкции. Пониженная эффективность работы известного устройства обусловлена уменьшением температурного напора теплообменивающихся воздушных потоков из-за увеличения температуры холодного воздуха при движении холодного воздуха от распределительного к собирающему коллектору теплообменника. 98672014.02.28 Сложность конструкции известного устройства обусловлена сложностью конструкции перекрестноточного пластинчатого теплообменника. Ближайшим по конструкции к заявляемому воздуховоздушному устройству для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета является воздуховоздушное устройство, содержащее перекрестноточный кожухотрубный теплообменник и трубы для подвода к нему и отвода от него горячего и холодного воздуха 2. Перекрестноточный кожухотрубный теплообменник содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами горячего и холодного воздуха кожух, в котором расположен пучок теплопередающих труб, присоединенный торцами соответственно к верхней и нижней трубным доскам. Это воздуховоздушное устройство работает следующим образом. Горячий воздух от турбокомпрессора авиадвигателя проходит внутри теплопередающих труб, а холодный воздух (атмосферный) - между ними под динамическим давлением, возникающим при движении самолета в атмосфере. После теплообменника нагретый холодный воздух поступает в наружную среду, а охлажденный горячий воздух от турбокомпрессора подается на вход турбохолодильника системы кондиционирования воздуха пассажирского салона самолета. К недостатку этого воздуховоздушного устройства для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя следует отнести пониженную эффективность работы. Пониженная эффективность работы устройства обусловлена уменьшением температурного напора теплообменивающихся воздушных потоков из-за увеличения температуры холодного воздуха при его движении от распределительного к собирающему коллекторам теплообменника. Задачей заявляемой полезной модели воздуховоздушного устройства для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета является повышение эффективности его работы. Поставленная техническая задача решается тем, что в воздуховоздушном устройстве для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета, содержащем перекрестноточный кожухотрубный теплообменник и трубы для подвода к нему и отвода от него горячего и холодного воздуха, перекрестноточный кожухотрубный теплообменник выполнен из двух теплообменных секций, каждая из которых содержит оборудованный распределительными и собирающими коллекторами горячего и холодного воздуха кожух, в котором расположен вертикально пучок теплопередающих труб, присоединенных торцами соответственно к верхней и нижней трубным доскам, при этом собирающий коллектор холодного воздуха второй перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции сообщен с наружной средой, а ее распределительный коллектор холодного воздуха присоединен к собирающему коллектору холодного воздуха первой перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции, распределительный коллектор холодного воздуха,который подключен к трубе подвода холодного воздуха, а распределительные и собирающие коллекторы горячего воздуха перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций соответственно подключены к трубе подвода и присоединены к трубе отвода горячего воздуха, при этом высота 2 теплопередающих труб вертикального пучка второй перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции и поперечный зазор 2 между теплопередающими трубами вертикального пучка этой секции рассчитываются по формуламср 1 21 ср 2 , 21 ср 2 ср 1 где 1 и 1 - высота и поперечный зазор между теплопередающими трубами вертикального пучка первой перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции 98672014.02.28 ср 1 и ср 2 - средние температурные напоры теплообменивающихся воздушных потоков соответственно первой и второй перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций. Сущность заявляемой полезной модели воздуховоздушного устройства для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета поясняется функциональной схемой устройства, изображенной на фигуре. Воздуховоздушное устройство для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета содержит перекрестноточный кожухотрубный теплообменник 1,оборудованный трубами 2 и 3 для подвода и отвода горячего воздуха, а также трубами 4 и 5 для подвода и отвода холодного воздуха. Для повышения эффективности работы воздуховоздушного устройства для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета перекрестноточный кожухотрубный теплообменник устройства выполнен из двух теплообменных секций 6, 7,которые содержат кожухи 8, 9, оборудованные соответственно распределительными и собирающими коллекторами 10, 11 и 12, 13 горячего воздуха и соответственно распределительными и собирающими коллекторами 14, 15 и 16, 17 холодного воздуха, трубными досками 18, 19, 20, 21, к которым прикреплены торцами теплопередающие трубы 22, 23 двух трубных пучков. При этом собирающий коллектор 17 холодного воздуха второй перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции 7 сообщен с наружной средой, а ее распределительный коллектор 15 холодного воздуха присоединен к собирающему коллектору 16 холодного воздуха первой перекрестноточной кожухотрубной теплообменной секции 6, распределительный коллектор 14 холодного воздуха которой подключен к трубе 4 подвода холодного воздуха, а распределительные и собирающие коллекторы соответственно 10, 11 и 12, 13 горячего воздуха теплообменных секций 6, 7 соответственно подключены к трубе 2 подвода и присоединены к трубе 3 отвода горячего воздуха. При этом высота 2 теплопередающих труб 23 вертикального пучка второй теплообменной секции 7 и поперечный зазор 2 между теплопередающими трубами 23 вертикального пучка этой секции 7 рассчитываются по формуламср 1 21 ср 2 , 21 ср 2 ср 1 где 1 и 1 - высота и поперечный зазор между теплопередающими трубами 22 вертикального пучка первой теплообменной секции 6 ср 1 и ср 2 - средние температурные напоры теплообменивающихся воздушных потоков соответственно первой и второй перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций 6, 7. Заявляемое воздуховоздушное устройство для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета работает следующим образом. Горячий воздух от турбокомпрессора из трубы 2 проходит внутри теплопередающих трубок 22, 23 и через собирающие коллекторы 12, 13 теплообменных секций 6, 7 поступает в трубу 3 отвода горячего воздуха, а холодный (атмосферный) воздух из трубы 4 проходит через межтрубные пространства трубных пучков теплообменных секций 6, 7 и через трубу 5 поступает в наружную среду. В процессе движения горячего и холодного воздуха через теплообменные секции 6, 7 происходит охлаждение горячего воздуха за счет отдачи им части теплоты холодному воздуху, при этом температурный напор ср 1 теплообменивающихся воздушных потоков первой теплообменной секции 6 больше температурного напора ср 2 теплообменивающихся воздушных потоков второй теплообменной секции 7 из-за повышения температуры холодного воздуха первой теплообменной секцией 6. В результате тепловая мощность теплообменной секции 6 больше тепловой мощности теплообменной секции 7. При снижении температурного напора ср 2 теплообменивающихся воздушных потоков второй теплообменной секции 7 повышение ее тепловой мощности достигнуто увеличе 4 98672014.02.28 нием ее теплообменной поверхности за счет увеличения высоты теплопередающих трубок 23 ее трубного пучка, а для того чтобы не изменился коэффициент теплопередачи теплообменной секции 7 уменьшено поперечное расстояние между трубками 23 до величины,при которой скорости движения холодного воздуха через теплообменные секции 6 и 7 становятся равными. Соотношения между 2 и 2 теплообменной секции 7 определяются приведенными формулами. Таким образом, в процессе эксплуатации заявляемого воздуховоздушного устройства для охлаждения горячего воздуха турбокомпрессора авиадвигателя самолета происходит достижение поставленной технической задачи - повышение эффективности работы устройства за счет выполнения перекрестноточного кожухотрубного теплообменника устройства из двух перекрестноточных кожухотрубных теплообменных секций, по теплопередающим пучкам труб которых проходит горячий воздух от турбокомпрессора авиадвигателя, а по их межтрубному пространству - холодный воздух увеличения тепловой мощности второй теплообменной секции при снижении ее температурного напора путем увеличения ее теплообменной поверхности за счет увеличения высоты теплопередающих трубок ее вертикального пучка при обеспечении равенства коэффициентов теплопередачи теплообменных секций за счет обеспечения равенства межтрубных пространств теплообменных секций. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5