用於控制在空氣循環機內的流體流動的密封軸的製作方法
2023-10-10 13:14:29
專利名稱：用於控制在空氣循環機內的流體流動的密封軸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包含在供應空氣到飛機客艙內的空氣循環機中的密封軸。
技術背景
已知的空氣循環機包括被驅動來使軸旋轉繼而驅動壓縮機轉子的渦輪機機轉子。 空氣循環機將渦輪機轉子容納在渦輪機部分中並且將壓縮機轉子容納在壓縮機部分中。通常，軸承包含在殼體中以支撐用於旋轉的軸。一種已知類型的壓縮機軸承是空氣軸承。密封軸通常使用在空氣循環機中，尤其使用空氣軸承的空氣循環機。密封軸控制在空氣循環機內的旋轉界面附近的空氣的流動。
一種類型的軸密封件包括徑向延伸孔，該孔促進多餘空氣從空氣循環機排出。在操作期間，壓縮機部分、渦輪機部分、或者兩者可能產生多餘空氣。如果多餘空氣不被排出， 多餘空氣趨於在壓縮機部分和渦輪機部分之間移動，其會使空氣循環機效率低下。在某些情況下，即使有孔，多餘空氣仍然在壓縮機部分和渦輪機部分之間移動。在過去，軸密封件不能充分地控制流動的多餘空氣在壓縮機部分和渦輪機部分之間的流動。發明內容
一種示例密封軸，包括形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸。在所述主體中還形成有小開口。所述小開口在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸。所述密封軸還包括第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件。第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比在58. 79到78. 77之間。
一種用於供應空氣到飛機客艙的示例空氣循環機，包括具有構造成與主軸一起旋轉的壓縮機轉子的壓縮機部分、以及具有構造成與主軸一起旋轉的渦輪機轉子的渦輪機部分。密封軸構造成限制流體在壓縮機部分和渦輪機部分之間的流動。密封軸具有形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸。在所述主體中形成有小開口。所述小開口在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸。所述密封軸還包括第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件。第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比在58. 79到78. 77之間。
一種將密封軸安裝在空氣循環機中的示例方法，包括提供構造成限制流體在空氣循環機的壓縮機部分和渦輪機部分之間流動的密封軸。密封軸具有形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸。在所述主體中形成有小開口。所述小開口在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸。所述密封軸還包括第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件。第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比在58. 79到78. 77之間。所述方法將渦輪機轉子的一部分定位在所述圓孔內。所述方法還將壓縮機轉子的一部分定位在所述圓孔內以及將空氣循環機的軸的一部分定位在所述圓孔內。
根據下面的說明書和附圖，可以最佳地理解本發明的這些和其他特徵，下面是簡要描述。
圖1為供應機艙空氣的空氣循環機的剖視圖。
圖2為控制在圖1的空氣循環機中流動的密封軸的第一透視圖。
圖3為圖2的密封軸的側視圖。
圖4為圖2的密封軸的端視圖。
圖5為沿著圖4的線5-5的截面圖。
具體實施方式
圖1顯示實例空氣循環機20 (「ACM」)，其包含在運輸工具，例如飛機、直升機或基於地面的運輸工具的空氣供應系統22。ACM 20包括壓縮機部分M、渦輪機部分沈及風扇部分觀，上述三部分大體上設置在主軸30，例如連接杆周圍。壓縮機部分M包括壓縮機轉子32，渦輪機部分沈包括渦輪機轉子34，以及風扇部分觀包括風扇轉子36。壓縮機轉子 32、渦輪機轉子34、風扇轉子36固定在主軸30上用於繞著軸線A共同旋轉。
繼續參考圖1同時參考圖2-5，實例密封軸40與主軸30徑向間隔開但與之一起旋轉。在旋轉期間，密封軸40可以與設置在密封板48上的密封臺44相互作用。密封軸40 包括第一組銳利邊緣密封件48和第二組銳利邊緣密封件52，其每一組構造成在主軸30的旋轉期間接觸密封臺44。與密封臺44的相互作用可以包括使密封臺44與銳利邊緣密封件48和52接觸。在銳利邊緣密封件48和52與密封臺44之間的接觸限制空氣在渦輪機部分沈與壓縮機部分M之間的移動，尤其是渦輪機部分沈中的多餘空氣向壓縮機部分M 的移動。
實例密封軸40形成多個徑向延伸小開口 56，其繞著軸線A圓周地均勻分布。小開口 56構造成傳輸多餘空氣離開渦輪機部分沈、壓縮機部分M或兩者。在這個實例中，多餘空氣通過小開口 56被傳輸到徑向地形成在主軸30與密封軸40之間的軸腔60。多餘空氣被從軸腔60排出。也就是，在軸腔60內的空氣自由地移動到ACM 20周圍的環境。提供路徑用於從ACM 20排出多餘空氣幫助避免在渦輪機部分沈與壓縮機部分M之間的多餘空氣的移動。
在這個實例中，密封軸40形成從第一端部68延伸到第二端部72的圓孔64。圓孔64接納渦輪機轉子34的一部分和壓縮機轉子32的一部分。密封軸40和圓孔64具有在0.788到0.792英寸(20. 015到20. 117毫米)之間的軸向長度L。
主軸30延伸通過圓孔64。密封軸40與渦輪機轉子34、壓縮機轉子32及主軸30 一起旋轉。密封軸40相對於密封臺44旋轉。在這個實例中，圓孔64的直徑Dl是在0.870 到0. 880英寸(22. 098到22. 352毫米)之間。
實例密封軸40包括六個小開口 56，這些小開口定位在密封軸40的軸向中心附近。 在這個實例中小開口 56相對於圓孔64徑向地延伸。其他實例可以包括更多或更少的小開口 56。在這個實例中在每個小開口 56之間的圓周距離是相等的，但在其他實例中可以改變。
實例小開口 56是圓柱形的並且具有直徑D2，其是在0.051到0.059英寸(1.295 到1.499毫米)之間。更具體地，在這個實例中直徑D2為0.055英寸(1.397毫米)。因此， 其中一個小開口 56的總截面面積為大約0. 002376平方英寸(1. 53 mm2)，並且所有小開口 56的總截面面積為大約0. 014256平方英寸(9. 2 mm2)，其他實例包括更大或更小的小開口 56。在一些實例中小開口 56是非圓柱形的。
在這個實例中，第一組銳利邊緣密封件48包括軸向地設置在第一端部68和小開口 56之間的四個銳利邊緣密封件。第二組銳利邊緣密封件52包括軸向地設置在第二端部 72和小開口 56之間的四個銳利邊緣密封件。邊緣密封件48和52每個具有接觸面，其是密封件52的構造成接觸密封臺44的部分。
在ACM 20的操作期間，多餘空氣可能形成在壓縮機部分M中。壓力推動第二組銳利邊緣密封件52的接觸面70移動離開密封臺44，這允許多餘空氣軸向地穿過第二組銳利邊緣密封件52。
實例銳利邊緣密封件48和52的接觸面70每個具有0. 010英寸(0. 254毫米)的軸向寬度。銳利邊緣密封件48和52的直徑D3是在0. 9645到0. 9655 (24. 498到24. 524 毫米)之間。銳利邊緣密封件48和52的大小被設定為在旋轉期間維持與密封臺44的相對緊的間隙，除非存在顯著的多餘空氣聚集。即，密封臺44的直徑略大於直徑D3。
實例密封軸40包括在第一端部68處的軸環76和在第二端部72處的軸環80。軸環76和80延伸超過密封臺44的相對軸端。在這個實例中，軸環76和80具有與銳利邊緣密封件48和52的直徑D3大約相同的直徑。其他實例密封軸可以不包括軸環76和80。
關於材料，實例密封軸40由15-5不鏽鋼製成而密封臺44由聚醯胺製成。其他實例可以包括其他類型的材料。
密封軸40控制在壓縮機部分24、渦輪機部分26、以及小開口 56之間的空氣流動。 更具體地，將直徑D3的尺寸相對於密封臺44的直徑增加控制空氣流動。
在這個實例中，來自壓縮機部分M的多餘空氣從壓縮機部分M移動並且軸向地穿過第二組銳利邊緣密封件52。然後多餘空氣通過小開口 56流動到軸腔60，在那裡多餘空氣被排到周圍環境中。在第一組銳利邊緣密封件48與密封臺44之間的間隙是非常緊的， 其導致來自壓縮機部分M的多餘空氣趨於移動通過小開口 56而不是進入渦輪機部分26。 如可以認識到的，多餘空氣沿著最小阻力的路徑前進。相似地，如果壓縮機部分M正產生多餘空氣，第二組銳利邊緣密封件52阻礙該多餘空氣進入渦輪機部分沈的流動。
在這個實例中，第一組銳利邊緣密封件48的直徑D3與小開口 56的總截面面積的比是在58. 79到78. 77之間。並且，在這個實例中，小開口 56的總截面面積由六個小開口的總圓周截面面積表示。調節小開口 56的總截面面積可以影響多餘空氣流動通過小開口 56的容易程度。調節直徑D3可以影響來自壓縮機部分M的多餘空氣流動到渦輪機部分 26的容易程度。
雖然已經公開了本發明的實施例，但是本領域的技術人員將認識到，在本發明的範圍內可以作出某些修改。由此原因，下面的權利要求應該被研究來確定本發明的真實範圍和內容。
權利要求
1.一種密封軸，包括形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸；多個小開口，形成在所述主體中，並且在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸；第一組銳利邊緣密封件；以及第二組銳利邊緣密封件，其中第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比在58. 79到78. 77之間。
2.如權利要求1所述的密封軸，其中多個小開口軸向地定位在第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件之間。
3.如權利要求1所述的密封軸，其中所述多個小開口包括繞著軸線圓周分布的六個小開口。
4.如權利要求3所述的密封軸，其中六個小開口是繞著圓柱體的圓周等間距的。
5.如權利要求3所述的密封軸，其中六個小開口每個具有相同的截面面積。
6.如權利要求1所述的密封軸，其中第一組銳利邊緣密封件每個具有軸向寬度，所述軸向寬度與所述小開口的總截面面積的比例在0. 3658到1. 1422之間。
7.如權利要求1所述的密封軸，其中所述圓柱體具有軸向長度，並且第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述軸向長度與所述直徑之間的比例在48. 04到64. 62之間。
8.如權利要求1所述的密封軸，其中第一組銳利邊緣密封件包括四個銳利邊緣密封件。
9.如權利要求6所述的密封軸，其中第二組銳利邊緣密封件包括四個銳利邊緣密封件並且具有與第一組銳利邊緣密封件相同的直徑。
10.如權利要求1所述的密封軸，其中第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件包括徑向延伸的銳利邊緣密封件。
11.一種用於供應空氣到飛機客艙的空氣循環機，包括具有構造成與主軸一起旋轉的壓縮機轉子的壓縮機部分；具有構造成與主軸一起旋轉的渦輪機轉子的渦輪機部分；以及構造成限制流體在壓縮機部分和渦輪機部分之間流動的密封軸，所述密封軸具有形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸，形成在所述主體中並且在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸的多個小開口，第一組銳利邊緣密封件，以及第二組銳利邊緣密封件，其中第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比例在58. 79到78. 77之間。
12.如權利要求11所述的空氣循環機，其中所述多個小開口軸向地定位在第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件之間。
13.如權利要求11所述的空氣循環機，其中所述多個小開口包括繞著軸線圓周分布的六個小開口。
14.如權利要求13所述的空氣循環機，其中六個小開口是繞著圓柱體本體的圓周等間距的。CN 102536879 A
15.如權利要求11所述的空氣循環機，其中第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件每一組都包括四個銳利邊緣密封件。
16.如權利要求11所述的空氣循環機，其中第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件構造為接觸密封臺。
17.一種將密封軸安裝在空氣循環機中的方法，包括以下步驟(a)提供構造成限制流體在空氣循環機的壓縮機部分和渦輪機部分之間流動的密封軸，所述密封軸具有形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸，所述密封軸還包括形成在所述主體中並且在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸的多個小開口、第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件， 其中第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比在 58. 79 到 78. 77 之間；(b)將渦輪機轉子的一部分定位在所述圓孔內；(c)將壓縮機轉子的一部分定位在所述圓孔內；以及(d)將空氣循環機的軸的一部分定位在所述圓孔內。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述多個小開口軸向地定位在第一組至少三個銳利邊緣密封件和第二組至少三個銳利邊緣密封件之間。
全文摘要
本發明涉及用於控制在空氣循環機內的流體流動的密封軸。一種示例密封軸，包括形成圓孔的圓柱體主體，所述圓孔在所述主體的第一端部與所述主體的第二端部之間軸向延伸。在所述主體中還形成有小開口。所述小開口在主體的外表面與所述圓孔之間徑向地延伸。所述密封軸還包括第一組銳利邊緣密封件和第二組銳利邊緣密封件。第一組銳利邊緣密封件具有直徑，並且所述直徑與所述小開口的總截面面積的比在58.79到78.77之間。
文檔編號F04D29/10GK102536879SQ20111043241
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C.M.比爾斯, S.E.羅森 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司