空氣循環機壓縮機擴散器的製作方法
2023-10-18 00:57:54
專利名稱：空氣循環機壓縮機擴散器的製作方法
技術領域：
本公開內容大體涉及用於空氣循環機的壓縮機擴散器。
背景技術：
空氣循環機可以包括被安裝在軸上共同旋轉的離心壓縮機和離心渦輪。離心壓縮機進一步壓縮被部分壓縮的空氣，例如從燃氣渦輪發動機的壓縮機接收的排出空氣。壓縮空氣在返回離心渦輪之前通過擴散器被排放到下遊熱交換器或其它裝置。壓縮空氣在渦輪中膨脹從而驅動壓縮機。從渦輪輸出的空氣可以被用作運載工具的空氣供應，該運載工具例如飛行器的機艙。
發明內容
示例性公開的空氣循環機(「ACM」)包括用於徑向引導氣流離開壓縮機轉子的擴散器。示例性擴散器包括擴散器部分和轂部分，所述擴散器部分是圍繞壓縮機轉子徑向延伸的基本盤形，所述轂部分限定進入的氣流通向壓縮機轉子的入口。轂部分和擴散器部分是具有連續內表面的單個整體零件，該連續內表面限定進入壓縮機轉子流經壓縮機轉子且通過多個徑向延伸葉瓣離開壓縮機轉子的氣流路徑的一部分。從下述說明和附圖中能夠最佳地理解本發明的這些和其他特徵，下面是附圖的簡要說明。
圖1是示例性空氣循環機的示意圖。圖2是示例性壓縮機擴散器的正面立體圖。圖3是示例性壓縮機擴散器的背面立體圖。圖4是示例性壓縮機擴散器的示例性葉瓣的平面圖。圖5是示例性壓縮機擴散器的示例性葉瓣的側面截面圖。圖6是示例性壓縮機擴散器的橫截面圖。圖7是示例性壓縮機擴散器的示例性入口的平面圖。
具體實施例方式圖1示出了被結合到運載工具的空氣供應系統22中的示例性空氣循環機20 (「ACM」)，該運載工具例如飛行器、直升機或地面交通工具。ACM 20包括通常圍繞主軸30和推力軸35 (例如系杆)設置的壓縮機段對、渦輪段沈和風扇段觀。壓縮機段M包括壓縮機轉子32，渦輪段沈包括渦輪轉子34，並且風扇段觀包括風扇轉子36。壓縮機轉子32、 渦輪轉子34和風扇轉子36被固定在主軸30上以便繞軸線A共同旋轉。參考圖2和圖3且繼續參考圖1，壓縮機段M包括用於引導氣流離開壓縮機轉子 32的擴散器38。示例性擴散器38包括擴散器部分42，所述擴散器部分42是圍繞軸線A徑
4向延伸的基本盤形。擴散器38還包括轂部分40，所述轂部分40圍繞軸線A設置且在所述擴散器部分42的徑向內部。轂部分40限定進入的氣流通向壓縮機轉子32的入口 44。轂部分40和擴散器部分42是具有連續內表面90的單個整體零件，該連續內表面90限定進入壓縮機轉子32、流經壓縮機轉子32且通過擴散器部分42離開壓縮機轉子32進入壓縮機殼體46內的氣流路徑的一部分。壓縮機殼體46限定離開ACM 20的氣流路徑，其被引導到空氣供應22或其它裝置。擴散器38包括具有多個凸臺(boss pad) 52的背面58 (圖7)，所述凸臺52限定用於緊固件M的開口。緊固件M將擴散器38固定到渦輪殼體部分72。背面58還包括支撐密封件50的密封脊(seal land)48。密封脊48和密封件50接觸壓縮機殼體46的表面從而提供所需的不透氣氣流通道。密封脊48是擴散器38的一體部分。轂部分40限定由多個葉瓣60圍繞的開放環形空間56。葉瓣60被設置在壓縮機轉子32的環形空間56的徑向外部。葉瓣60被形成為提供進入由壓縮機段46所限定的空氣通路74的所需氣流方向、壓力和特徵。葉瓣60限定空氣通路62，該空氣通路62從壓縮機轉子32的環形空間56的空間徑向向外延伸到擴散器38的外周76。參考圖4和圖5且繼續參考圖2和圖3，擴散器38包括限定所需氣流通路62的多個葉瓣60。每個葉瓣60開始於徑向最內點64且徑向向外延伸到徑向最外點66。在徑向最內點64和徑向最外點66之間，空氣通路62徑向彎曲，以使得圍繞半徑82限定每個通路。通過改變各葉瓣60的寬度來提供彎曲的徑向空氣通路62。每個葉瓣60的寬度從軸線 A沿徑向向外的方向增加。示例性半徑82相關於擴散器38上限定的與軸線A間隔開的點。 在所示示例中，半徑被限定成相距於點84，該點84被置於與空氣通路62相對的軸線的側面上在軸線A上方間隔開長度86處(如圖4所繪)。在這種示例中，點84被置於軸線A上方或距軸線A偏移0. 223英寸(0. 57cm)。點84在與其限定的通路32相對的軸線A的側面上距軸線偏移長度88。在這種示例中，長度88是1.357英寸(3. 45cm)。距點84的半徑限定多個葉瓣60之間所限定的空氣通路62之一的中心線。在這種示例中，半徑82是2. 668英寸(6. 78cm)。每個空氣通路62均限定這樣一種徑向成形的通路，其從壓縮機轉子32的開放環形空間56延伸到外周76。每個空氣通路62的寬度90沿各空氣通路62的整個徑向長度基本保持恆定。徑向長度被限定成在角度80和角度78之間延伸的長度，其中角度80限定各葉瓣60的起點， 角度78限定各葉瓣60的終點。每個角度80和78均相關於平行於軸線A從點84延伸的平面。可以意識到，多個空氣通路62中的每一個均包括處於相同半徑82的基本相同徑向長度。不過，各葉瓣相對於不同點84被限定，以使得每個空氣通路62均對於接收自壓縮機轉子32的氣流提供基本公共且相同的作用。參考圖5且繼續參考圖4，多個葉瓣60中的每個葉瓣的高度在最內點64和最外點66之間變化。圖5是沿徑向截面Y截取的多個葉瓣中一個的圖示並且示出了最內點64 處的第一高度68和位於葉瓣60的最外點處的第二高度70。第一高度68小於第二高度70 以便提供通過空氣通路62的流動面積的所需變化，其提供離開擴散器部分42進入空氣通路74的氣流的所需特徵。在這種示例中，第一高度是0. 350英寸(0. 89cm)並且第二高度是0. 499英寸 (1. 27cm),並且第二高度70與第一高度68的比是1. 42。可以意識到，每個高度68、70均具有特定容差以便考慮到製造能力的不同且仍舊提供所需空氣通路構造。因而，第二高度70 與第一高度68的示例性比是在1. 48和1. 37之間。各徑向空氣通路62的開始和結束之間的比能夠根據需要被縮放以便適應具有不同尺寸和構造的ACM。 參考圖6和圖7，示例性擴散器38不僅限定從壓縮機轉子32離開的氣流，還限定通向壓縮機轉子32的入口 44。入口 44是轂部分40的一部分，其圍繞軸線A設置並且包括內部表面90以將氣流呈送至壓縮機轉子32。入口 44包括在入口 44的開放端處的第一直徑92。從第一直徑92開始，內部表面90朝向軸線A逐漸徑向向內傾斜到第二直徑94，該第二直徑94小於第一直徑92。在第一直徑92和第二直徑94之間的直徑減小提供了氣流面積的對應減小。在這種示例中，第一直徑是1. 9155英寸(4. 87cm)並且第二直徑是1. 3826 英寸(3. 51cm),以使得第一直徑與第二直徑的比是1. 385。可以意識到，利用容差來適應製造能力且因而第一直徑92與第二直徑94的比是在1. 304和1. 395之間。第一直徑92與第二直徑94之間的比適用於為了適應ACM 20的不同構造而進行尺寸放大或縮小的擴散器 38。 內部表面90還包括成型部分96，該成型部分96背離入口 44的開口沿軸向方向徑向向外彎曲。成型部分96被構造成對應於壓縮機轉子32的限定形狀從而進一步有助於且限定進入壓縮機段M的所需氣流特徵。示例性擴散器38限定從入口 44到壓縮機轉子32以及從壓縮機轉子32通過多個葉瓣60這二者的氣流，其中多個葉瓣60限定所需氣流通路62。入口 44的內部表面90和擴散器部分42的多個葉瓣60這二者的尺寸和形狀限定且調整呈送至和離開壓縮機轉子32 的氣流的特徵從而提供空氣壓力和流動形式的所需變化。雖然已經公開了示例性實施例，不過本領域的普通技術人員將意識到某些改型會落入本公開內容的範圍內。因此，應該研究所附權利要求來確定本發明的範圍和內容。
權利要求
1.壓縮機擴散器，包括圍繞軸線設置的轂，其限定氣流的入口 ；從轂部分徑向向外延伸的擴散器部分，該擴散器部分包括限定徑向通路的多個葉瓣以徑向向外導通氣流，所述多個葉瓣中的每個葉瓣包括在所述多個葉瓣中每個葉瓣的徑向最內部分處的第一高度以及在所述多個葉瓣中每個葉瓣的徑向最外部分處的第二高度，所述第二高度與所述第一高度的比在1. 37和1. 48之間。
2.根據權利要求1所述的壓縮機擴散器，其中所述多個葉瓣中的每個葉瓣包括橫於所述軸線的寬度，所述多個葉瓣中的每個葉瓣的寬度沿徑向向外的方向增加。
3.根據權利要求2所述的壓縮機擴散器，其中所述徑向通路包括在所述徑向最內部分處開始直至所述徑向最外部分的公共寬度。
4.根據權利要求1所述的壓縮機擴散器，其中所述多個葉瓣中的每個葉瓣的所述最內部分與所述軸線隔開一徑向距離。
5.根據權利要求1所述的壓縮機擴散器，其中所述擴散器部分包括與所述多個葉瓣相對的背面，所述背面包括圍繞所述擴散器部分的外周周向間隔的多個凸臺。
6.根據權利要求5所述的壓縮機擴散器，包括從所述背面軸向延伸的密封脊以便針對壓縮機殼體的一部分密封。
7.根據權利要求1所述的壓縮機擴散器，其中所述入口包括與所述擴散器部分相對的軸向延伸的圓筒形部分，該圓筒形部分包括在入口處的第一直徑和小於所述第一直徑的第二直徑，其中所述第一直徑與所述第二直徑的比在1.304和1.395之間。
8.空氣循環機，包括主軸，其具有安裝成繞軸線旋轉的風扇、渦輪轉子和壓縮機轉子；支持所述主軸旋轉的殼體；以及壓縮機擴散器，其圍繞所述壓縮機轉子被固定到所述殼體並且包括限定徑向通路的多個葉瓣以徑向向外導通氣流，所述多個葉瓣中的每個葉瓣包括在所述多個葉瓣中每個葉瓣的徑向最內部分處的第一高度以及在所述多個葉瓣中每個葉瓣的徑向最外部分處的第二高度，所述第二高度與所述第一高度的比在1. 37和1. 48之間。
9.根據權利要求8所述的空氣循環機，其中所述多個葉瓣中的每個葉瓣的徑向最內部分限定圍繞所述軸線的開放空間，並且所述壓縮機轉子被至少部分地置於徑向空間內。
10.根據權利要求8所述的空氣循環機，其中所述壓縮機擴散器包括密封脊，該密封脊軸向向後延伸以密封於壓縮機殼體的一部分。
11.根據權利要求8所述的空氣循環機，其中所述壓縮機擴散器限定與擴散器部分相對的軸向延伸的圓筒形入口部分，該擴散器部分包括在入口處的第一直徑和小於所述第一直徑的第二直徑，其中所述第一直徑與所述第二直徑的比在1. 304和1. 395之間。
12.根據權利要求8所述的空氣循環機，其中所述壓縮機擴散器包括轂部分和從所述轂部分徑向向外延伸的擴散器部分，所述擴散器部分限定與所述多個葉瓣相對的背面，所述背面包括圍繞所述擴散器部分的外周周向間隔開的多個凸臺，並且緊固件延伸通過每個所述凸臺以便將所述壓縮機擴散器固定到所述殼體。
13.向空氣循環機中安裝壓縮機擴散器的方法，該方法包括使得主軸延伸通過被支撐在殼體內的推力軸的孔；將風扇轉子、渦輪轉子和壓縮機轉子安裝到所述主軸以便圍繞軸線隨所述推力軸旋轉；圍繞所述軸線和所述壓縮機轉子的外周安裝壓縮機擴散器；以及限定多個徑向通路以便使用所述壓縮機擴散器的多個葉瓣將氣流從所述壓縮機轉子徑向向外導通，其中所述多個葉瓣中的每個葉瓣包括在所述多個葉瓣中每個葉瓣的徑向最內部分處的第一高度以及在所述多個葉瓣中每個葉瓣的徑向最外部分處的第二高度，所述第二高度與所述第一高度的比在1. 37和1. 48之間。
14.根據權利要求13所述的安裝用於空氣循環機的壓縮機擴散器的方法，其中所述壓縮機擴散器包括與所述多個葉瓣相對的背面，所述背面包括圍繞所述擴散器部分的外周周向間隔的多個凸臺，並且通過延伸通過每個所述凸臺的緊固件將所述壓縮機擴散器安裝到所述殼體。
15.根據權利要求13所述的安裝用於空氣循環機的壓縮機擴散器的方法，包括使用所述壓縮機擴散器的入口部分限定圍繞所述軸線的空氣入口，其中所述入口包括與所述擴散器部分相對的軸向延伸的圓筒形部分，其包括在入口處的第一直徑和小於所述第一直徑的第二直徑，其中所述第一直徑與所述第二直徑的比在1. 304和1. 395之間。
全文摘要
本發明涉及空氣循環機的壓縮機擴散器，其限定從入口到壓縮機轉子以及從壓縮機轉子通過多個葉瓣這二者的氣流，所述多個葉瓣限定徑向延伸的氣流通路。擴散器的入口和葉瓣這二者的尺寸和形狀限定並調整提供給壓縮機轉子和離開壓縮機轉子的氣流的特性以便提供氣流的所需變化。
文檔編號F04D29/44GK102536911SQ201110432550
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者B.J.默裡特, H.W.希普斯基 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司