基於共軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統的製作方法

2023-06-27 03:25:11

專利名稱：基於共軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於共軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統，屬飛 機環境控制技術領域。
背景技術：
作為大型客機重要機載設備之一的環境控制系統，其作用是負責完成飛機 座艙壓力、溫度、溼度、供氣量、空氣品質等參數的調節和控制，電子設備的冷 卻，發動機和機翼防冰，燃油箱、液壓油箱和飲用水增壓以及為發動機啟動提供 氣源等。它主要包括引氣、加溫/製冷、座艙壓力調節、座艙溫度調節、防冰和 為滿足地面環境控制要求的輔助動力裝置等子系統，其中空氣循環制7令系統是飛 機環境控制系統中關鍵技術最集中的部分，發揮著基礎支撐作用，通常狹義的環 境控制系統即指空氣循環製冷系統。
為了保證大型客機環境控制系統高舒適性、高可靠性和高經濟性，國外對 大型客機環境控制系統開展了深入廣泛的研究，先後經歷了T-C (渦輪-壓氣機) 兩輪升壓式，T-C-F (渦輪-壓氣機-風扇)三輪升壓式和T-T-C-F四輪升壓式等 階段，目前大型客機的環境控制系統以T-C-F三輪升壓式系統為主，部分機型如 Boeing777、 A380則採用了技術更為先進的T-T-C-F (渦輪-渦輪-壓氣機-風扇) 四輪升壓式系統。目前,作為技術水平最高的是四輪升壓式高壓除水系統(Patent No.: US7,334,422B2)，其核心專利技術為美國漢勝公司所擁有，而且該系統為 同軸結構布置，存在製造工藝複雜、部件匹配難度大、冗餘度小等缺點，美國霍 尼韋爾公司提出的兩軸式四輪高壓除水系統(PatentNo. : US6，381,969B1)，則 存在結構尺寸大等不足，為了我國大型客機環境控制研製的需要，十分有必要發 展具有自主智慧財產權的環境控制系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種性能好、冗餘度高、部件匹配簡單、調節靈活的基 於共軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統。
一種基於同軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統，主要包括供氣， 衝壓空氣，噴水，次級換熱器，初級換熱器，回熱器，水分離器，冷凝器，供往 座艙氣體，還包括兩端分別安裝風扇和低壓渦輪的低壓軸，兩端分別安裝有壓氣 機和高壓渦輪的高壓軸；
其中上述供氣經初級換熱器熱邊與壓氣機入口相聯；壓氣機出口經次級換熱 器熱邊與回熱器熱邊入口相聯；回熱器熱邊出口與冷凝器熱邊入口相聯，冷凝器 熱邊出口經水分離器與回熱器冷邊入口相聯，回熱器冷邊出口與高壓渦輪入口相 聯，高壓渦輪出口與冷凝器冷邊入口相聯，冷凝器冷邊出口與低壓渦輪入口相聯， 低壓渦輪出口與供往座艙空氣相聯；
其中上述衝壓空氣流經初級換熱器冷邊和次級換熱器冷邊，其抽吸力由風扇 提供；
其特在於
上述高壓軸(14)內部為空心結構，低壓軸(11)套在高壓軸(14)內，兩者共軸線。 與現有的飛機環境控制系統相比，具有性能好、冗餘度高、部件匹配簡單、 調節靈活等突出優點。


圖1是基於共軸線的兩軸式四輪高壓除水系統示意圖。
圖l中標號名稱l.供氣，2.衝壓空氣，3.噴水，4.次級換熱器，5.初級 換熱器，6.回熱器，7.水分離器，8.冷凝器，9.風扇，10.低壓軸承，11.低壓 軸，12.壓氣機，13.高壓軸承，14.高壓軸，15.高壓渦輪，16.低壓渦輪，17. 供往座艙氣體。
具體實施例方式
根據圖1所示，本發明的基於共軸線的兩軸式四輪高壓除水系統，主要包括
供氣l，衝壓空氣2，噴水3,次級換熱器4，初級換熱器5，回熱器6，水分離器7， 冷凝器8，風扇9，低壓軸承IO，低壓軸ll，壓氣機12，高壓軸承13，高壓軸14, 高壓渦輪15，低壓渦輪16，供往座艙氣體17，還包括用於支撐低壓軸ll的低壓軸 承10和用於支撐高壓軸14的高壓軸承13，低壓軸11兩端安裝有風扇9和低壓渦輪 16，高壓軸兩端安裝有壓氣機12和高壓渦輪15，系統可以看成是1個T-F簡單式和 1個T-C兩輪升壓式環境控制系統的綜合，高壓軸14內部為空心結構，低壓軸ll 套在高壓軸14內，兩者共軸線。
結合圖l說明系統工作過程發動機引氣作為供氣1經初級換熱器5熱邊冷卻 後，進入壓氣機12增壓，氣體溫度升高，而後經過次級換熱器4熱邊進行冷卻， 再進入回熱器6熱邊降溫，最後進入冷凝器8熱邊，由高壓渦輪15出口空氣冷卻， 冷卻後的高壓空氣進入水分離器7進行分水處理後，乾燥、飽和的高壓空氣經過 回熱器6冷邊升溫後進入高壓渦輪15膨脹做功、溫度下降，高壓渦輪15出口的低 溫中壓空氣經冷凝器8冷邊，在冷卻了熱邊高壓空氣後，溫度升高，隨後進入低 壓渦輪16進行膨脹做功、溫度再次降低，低壓渦輪16出口的低溫低壓空氣供往座 艙空氣17輸往座艙和設備艙。流經初級換熱器4冷邊和次級換熱器5冷邊的衝壓空 氣2，由與低壓渦輪16驅動的同軸的風扇9提供抽吸力，高壓渦輪15輸出的功則用 於驅動與其同軸的壓氣機12，同時水分離器7的分凝水引入到次級換熱器4入口處 與衝壓空氣混合以提高換熱效率。
該系統與現有的同軸T-T-C-F四輪式升壓式環境控制系統相比，具有性能 好、冗餘度高、調節靈活、匹配簡單等突出優點，低壓軸11和高壓軸14可以根 據工況需要選擇不同的轉速，從而獲得最佳的製冷性能，而且能夠提供較更高的 冗餘度，當其中一根軸出現故障時，或在某些工況下，、低壓軸11驅動的簡單式 系統以及高壓軸14驅動的升壓式系統可單獨工作，系統仍然具備較大的製冷能 力。
權利要求
1.一種基於同軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統，主要包括供氣(1)，衝壓空氣(2)，噴水(3)，次級換熱器(4)，初級換熱器(5)，回熱器(6)，水分離器(7)，冷凝器(8)，供往座艙氣體(17)，還包括兩端分別安裝風扇(9)和低壓渦輪(16)的低壓軸(11)，兩端分別安裝有壓氣機(12)和高壓渦輪(15)的高壓軸(14)；其中上述供氣(1)經初級換熱器(5)熱邊與壓氣機(12)入口相聯；壓氣機(12)出口經次級換熱器(4)熱邊與回熱器(6)熱邊入口相聯；回熱器(6)熱邊出口與冷凝器(8)熱邊入口相聯，冷凝器(8)熱邊出口經水分離器(7)與回熱器(6)冷邊入口相聯，回熱器(6)冷邊出口與高壓渦輪(15)入口相聯，高壓渦輪(15)出口與冷凝器(8)冷邊入口相聯，冷凝器(8)冷邊出口與低壓渦輪(16)入口相聯，低壓渦輪(16)出口與供往座艙空氣(17)相聯；其中上述衝壓空氣(2)流經初級換熱器(4)冷邊和次級換熱器(5)冷邊，其抽吸力由風扇(9)提供；其特徵在於上述高壓軸(14)內部為空心結構，低壓軸(11)套在高壓軸(14)內，兩者共軸線。
全文摘要
一種基於同軸線的兩軸式四輪高壓除水空氣循環製冷系統，屬飛機環境控制技術領域。主要包括初級換熱器(5)、次級換熱器(4)、回熱器(6)、冷凝器(8)、低壓軸、高壓軸、水分離器、低壓渦輪、高壓渦輪、壓氣機、風扇，其特徵是上述高壓軸(14)內部為空心結構，低壓軸(11)套在高壓軸(14)內，兩者共軸線。與現有的環境控制系統相比，具有性能好、冗餘度高、部件匹配簡單、調節靈活等突出優點。
文檔編號B64D13/06GK101372260SQ20081015510
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月15日 優先權日2008年10月15日
發明者劉衛華, 劉治博, 夏文慶, 朱春玲, 巖 王, 蔣彥龍 申請人:南京航空航天大學