空氣循環機的壓縮機殼體的製作方法

2023-05-10 04:16:56

空氣循環機的壓縮機殼體的製作方法
【專利摘要】空氣循環機的組件包括風扇殼體部分、壓縮機殼體部分、主孔殼體半徑、靜密封半徑、護罩引導殼體半徑和絕緣體密封板殼體半徑。風扇殼體部分包括風扇段的護罩。壓縮機殼體部分包括壓縮機進氣口的護罩、壓縮機葉片段的護罩部分和壓縮機出氣口的護罩部分。主孔殼體半徑圍繞中心軸布置並且被配置成限定沿著中心軸布置的軸，主孔殼體半徑在1.9400英寸與1.9440英寸之間。靜密封部分圍繞中心軸布置並且定位成縱向鄰近主孔殼體部分。靜密封部分被配置成限定由軸界定的靜密封件，並且具有2.0420英寸與2.0440英寸之間的半徑。護罩引導殼體半徑圍繞中心軸布置。護罩引導殼體半徑在5.9440英寸與5.9470英寸之間。絕緣體密封板殼體半徑圍繞中心軸布置並且被配置成與鄰近的渦輪段組件緊密配合。絕緣體密封板殼體半徑在8.6380英寸與8.6420英寸之間。
【專利說明】空氣循環機的壓縮機殼體
[0001]發明背景
[0002]本發明涉及空氣循環機(ACM)。ACM可以用於在壓縮機段中壓縮空氣。壓縮空氣被排放到順流熱交換器並且進一步引導到渦輪。渦輪從膨脹空氣提取能量以驅動壓縮機。從渦輪輸出的空氣可以用作車輛(例如，航空器的機艙)的氣源。ACM可以用於實現在轉移到航空器的環境控制系統的空氣中的所需的壓力、溫度和溼度。
[0003]ACM經常具有三輪或四輪配置。在三輪ACM中，渦輪驅動在共同的軸上旋轉的壓縮機和風扇。在四輪ACM中，兩個渦輪段驅動在共同的軸上的壓縮機和風扇。
[0004]氣流必須定向到風扇段中到壓縮機段，遠離壓縮機段到熱交換器，從熱交換器定向到一個或多個渦輪，並且從最後的渦輪級離開ACM。在這些轉移中的至少一些中，需要相對於ACM的中心軸徑向地定向空氣。為了實現這一點，可以使用旋轉式噴嘴來產生徑向流入和/或流出。
[0005]ACM經常具有一個以上殼體段。在ACM中使用的殼體用於含有通過ACM引導的氣流，以及旋轉部件。經常，殼體組件被配置成鄰近密封件和/或其他殼體組件以實現氣流封閉。
發明概要
[0006]公開了一種空氣循環機的殼體組件。空氣循環機組件具有指定尺寸，其包括主孔殼體半徑、靜密封半徑、護罩引導殼體半徑和絕緣體密封板殼體半徑。
[0007]附圖簡述
[0008]圖1為空氣循環機的橫截面圖。
[0009]圖2為空氣循環機的壓縮機殼體的透視圖。

【具體實施方式】
[0010]選擇空氣循環機殼體的尺寸以便實現幾個目標。在靜軸密封件上旋轉軸的減少的阻力最小化摩擦損失並且將更多的渦輪功率轉移到壓縮機和風扇。合意地最小化優化的密封間隙，以便通過密封件最小化壓縮機入口流量損失。軸偏移(例如，密封件)引起軸封齒與相關密封帶之間的密切接觸。在軸偏移期間使密封間隙損失與密封阻力的摩擦損失保持平衡。將優化的間隙保持在旋轉軸齒與密封帶之間，以減少或消除空氣循環機的箔帶軸承中的次同步振動。此外，防止從偏移(例如，密封件)的洩漏倒入軸承冷卻流道的部分。過多洩漏到這個流道中可能導致冷卻流的堵塞。優化的密封件大小防止過多的洩漏，其可能導致軸承冷卻流減少和軸承表面的溫度過高。
[0011]圖1為ACM2的橫截面圖。ACM2為四輪ACM，其含有風扇段4、壓縮機段6、第一渦輪段8和第二渦輪段10，這些段都連接到軸12。使軸12圍繞中心軸14旋轉。
[0012]也通過軸12使風扇段4、壓縮機段6、第一渦輪段8和第二渦輪段10中的每個彼此連接。軸12沿著中心軸14延伸，並且連接到至少壓縮機噴嘴26、第一級渦輪噴嘴32和第二級渦輪噴嘴38。風扇葉片20也可以連接到軸12。
[0013]當工作流體通過ACM2時，首先在壓縮機段6中壓縮工作流體，然後使其在第一渦輪段8和第二渦輪段10中膨脹。經常，在熱交換器(未示出)中加熱或冷卻第一工作流體，當工作流體通過壓縮機段6與第一渦輪段8之間時，通過熱交換器引導工作流體。第一渦輪段8和第二渦輪段10從工作流體提取能量，從而使軸12圍繞中心軸14轉動。同時，通過同一熱交換器由風扇段4引導第二工作流體。例如，可以將第一工作流體通過壓縮機段6從燃氣渦輪發動機的排出閥引導到熱交換器，到第一渦輪段8，然後到第二渦輪段10，然後到航空器的環境控制系統。第二工作流體可以是衝壓空氣，其通過同一熱交換器由風扇段4抽出以在將第一工作流體弓丨導到渦輪段8和10之前，將第一工作流體冷卻到所需的溫度。通過壓縮、加熱和膨脹工作流體，可以將在第二渦輪10處提供的輸出調整到所需的溫度、壓力和/或相對溼度。
[0014]風扇段4包括風扇入口 16和風扇出口 18。風扇入口 16為ACM2中從另一源接收工作流體的開口，例如，衝壓進氣口。風扇出口 18允許工作流體從風扇段4中漏出。風扇葉片20可以用於將工作流體吸入風扇段4。
[0015]壓縮機段6包括壓縮機入口 22、壓縮機出口 24、壓縮機噴嘴26和壓縮機葉片27。壓縮機入口 22為界定孔的管道，從另一源接收通過孔要壓縮的工作流體。壓縮機出口 24允許在壓縮工作流體之後，將工作流體引導到其他系統。壓縮機噴嘴26為旋轉通過壓縮機段6中的工作流體的噴嘴段。壓縮機噴嘴26通過壓縮機葉片27將工作流體從壓縮機入口22定向到壓縮機出口 24。壓縮機噴嘴26為徑向流出的轉子。
[0016]第一渦輪段8包括第一級渦輪入口 28、第一級渦輪出口 30、第一級渦輪噴嘴32和第一渦輪葉片33。第一級渦輪入口 28為界定孔的管道，工作流體在第一渦輪段8中膨脹之前穿過孔。第一級渦輪出口 30為界定孔的管道，工作流體(其已膨脹)通過孔離開第一渦輪段8。第一級渦輪噴嘴32為旋轉通過第一渦輪段8中的工作流體的噴嘴段。第一級渦輪噴嘴32與第一級渦輪葉片33合作以從穿過其的工作流體提取能量，從而驅動第一渦輪段8和附接組件(包括軸12、風扇段4和壓縮機段6)的旋轉。第一級渦輪噴嘴32為徑向流入的轉子。
[0017]第二渦輪段10包括第二級渦輪入口 34、第二級渦輪出口 36、第二級渦輪噴嘴38和第二級渦輪葉片39。第二級渦輪入口 34為界定孔的管道，工作流體在第二渦輪段10中膨脹之前穿過孔。第二級渦輪出口 36為界定孔的管道，工作流體(其已膨脹)通過孔離開第二渦輪段10。第二級渦輪噴嘴38為噴嘴段，其與第二級渦輪葉片39合作以從穿過其的工作流體提取能量，從而驅動第二渦輪段10和附接組件(包括軸12、風扇段4和壓縮機段6)的旋轉。具體來說，第二級渦輪噴嘴38為徑向流出的轉子。工作流體從第二級渦輪入口 34傳遞到空腔35，其中空腔35是屬於第二級渦輪噴嘴38。然後，工作流體通過各噴嘴葉片(未示出)之間。渦輪噴嘴38為固定的，並且噴嘴隔片引導流最佳地進入渦輪轉子。流使渦輪葉片39旋轉和轉動軸12。
[0018]軸12為用於連接ACM2的其他組件的杆(例如，鈦拉杆)。軸12包括沿著其長度一半布置的密封部分。中心軸14為可以布置其他組件所相對的軸。
[0019]風扇段4連接到壓縮機段6。具體來說，風扇出口 18耦合到壓縮機入口 22。工作流體通過風扇入口 16吸入並且通過風扇出口 18由風扇葉片20排放。將來自風扇出口 18的工作流體引導到壓縮機入口 22以便在壓縮機段6中壓縮。類似地，使壓縮機段6與第一渦輪段8耦合。將來自壓縮機出口 24的工作流體引導到第一級渦輪入口 28。
[0020]風扇段4和壓縮機段6共享殼體40。殼體40通過風扇段4和壓縮機段6封閉運動部件和氣道。殼體40的大小和幾何形狀界定空氣通過ACM2的流動。例如，殼體40圍繞軸12布置以便防止過多的氣流在軸12周圍。具體來說，靜密封部分包括在直接鄰近靜密封部分44的軸12中。密封部分的外半徑被設置成密封件由殼體40的靜密封部分44形成。因此，在靜密封部分處的軸12的外半徑等於或略小於靜密封半徑Dl。
[0021]殼體40具有特定尺寸以與鄰近的殼體段(例如，圍繞渦輪段8的殼體)相配合。殼體40包括主孔殼體部分42、靜密封部分44、護罩引導殼體46和絕緣體密封板48。
[0022]靜密封部分44為殼體40的部分，其在軸12包括密封件的縱向區域限定軸12。以這種方式，靜密封部分44防止流體在殼體40與軸12之間流動。殼體40從中心軸14到靜密封部分44的半徑圖示為靜密封半徑Dl。靜密封半徑Dl在5.1867cm與5.1918cm(2.0420英寸與2.0440英寸)之間。更優選，靜密封半徑Dl可以在5.1904cm與5.1930cm(2.0435英寸與2.0445英寸)之間。
[0023]主孔殼體部分42為殼體40的部分，其限定軸12以便防止過多的氣流在軸12周圍。殼體40從中心軸14到主孔殼體部分42的半徑圖示為中心孔內半徑D2。中心孔內半徑D2在4.9276cm與4.9378cm(1.9400英寸與1.9440英寸)之間。更優選，主孔殼體半徑D2 可以在 4.9301cm 與 4.9352cm 之間。
[0024]護罩引導殼體46在中心軸14與殼體40之間的徑向距離處於局部極小值的點處界定殼體40的部分。護罩引導殼體部分46被配置成與互補特徵(渦輪殼體50)緊密配合。通過與渦輪殼體50耦合，護罩引導殼體46防止穿過壓縮機入口 22的工作流體在壓縮機出口 24與壓縮流體混和。殼體40從中心軸14到護罩引導殼體46的半徑圖示為護罩引導殼體半徑D3。護罩引導殼體半徑D3在15.098cm與15.105cm(5.9440英寸與5.9470英寸)之間。更優選，護罩引導殼體半徑D3可以在15.099cm與15.104cm之間。
[0025]絕緣體密封板48為朝向渦輪段8延伸最遠的殼體40的部分。此外，絕緣體密封板48也在中心軸14與殼體40之間的徑向距離處於局部極小值的點處。絕緣體密封板48被配置成與渦輪殼體50緊密配合。絕緣體密封板48與渦輪殼體50合作以防止流體從壓縮機入口 22流出。殼體40從中心軸14到絕緣體密封板48的半徑圖示為絕緣體密封板半徑Mo絕緣體密封板殼體半徑D4在21.941cm與21.951cm(8.6380英寸與8.6420英寸)之間。更優選，絕緣體密封板殼體半徑D4可以在21.943cm與21.948cm之間。
[0026]圖2為殼體40的透視圖，其圖示靜密封半徑D1、中心孔內半徑D2、護罩引導殼體半徑D3和絕緣體密封板半徑D4。圖1的ACM2的組件(包括渦輪段8的鄰近的殼體和軸12)已被移除以更清楚地圖示殼體40的特定尺寸。
[0027]圖2圖示壓縮機入口 22和壓縮機出口 24。如圖2中所示，風扇段4的風扇葉片20(圖1)被隱藏在殼體40後面，而壓縮機段6的內部被暴露但由殼體40限定。如先前參照圖1所述，靜密封部分Dl、主孔殼體半徑D2、護罩引導殼體半徑D3和絕緣體密封板殼體半徑D4具有最佳尺寸的特定範圍。
[0028]可能的實施方案的討論
[0029]空氣循環機的殼體包括主孔殼體部分，其圍繞中心軸布置並且被配置成限定沿著中心軸布置的軸。主孔殼體具有4.9276cm與4.9378cm之間的中心孔內半徑。靜密封部分圍繞中心軸布置並且定位成縱向鄰近主孔殼體部分。靜密封部分被配置成限定由軸界定的靜密封件。靜密封部分具有5.1867cm與5.1918cm之間的靜密封半徑。護罩引導殼體部分圍繞中心軸布置。護罩引導殼體部分具有15.098cm與15.105cm之間的護罩引導半徑。絕緣體密封板殼體部分圍繞中心軸布置並且被配置成與鄰近的渦輪段組件緊密配合。絕緣體密封板殼體部分具有21.941cm與21.951cm之間的絕緣體密封板半徑。
[0030]主孔殼體半徑可以在4.9301cm與4.9352cm之間。靜密封半徑可以在5.1905cm與5.1930cm之間。護罩引導殼體半徑可以在15.099cm與15.104cm之間。絕緣體密封板殼體半徑可以在21.943cm與21.948cm之間。渦輪段組件可以是渦輪段殼體。護罩殼體引導部分可以被配置成與鄰近的渦輪段組件緊密配合。
[0031]空氣循環機包括軸。空氣循環機進一步包括在軸的部分周圍布置的風扇段。風扇段能夠引導第一工作流體。空氣循環機包括壓縮機段，其布置成鄰近風扇段並且定位在軸周圍。壓縮機段能夠壓縮第二工作流體。渦輪段布置成鄰近壓縮機段並且定位在軸周圍。渦輪段能夠將第二工作流體的勢能轉換為轉動能。熱交換器能夠在第一工作流體與第二工作流體之間換熱。殼體形成風扇段和壓縮機段的一部分。殼體包括布置成限定軸的主孔殼體部分。主孔殼體具有1.9400英寸與1.9440英寸之間的中心孔內半徑。靜密封部分圍繞軸布置並且定位成縱向鄰近主孔殼體部分。靜密封部分被配置成限定由軸界定的密封件。靜密封部分具有2.0420英寸與2.0440英寸之間的靜密封半徑。護罩引導殼體部分圍繞軸布置。護罩引導殼體部分具有5.9440英寸與5.9470英寸之間的護罩引導殼體半徑。絕緣體密封板殼體部分圍繞中心軸布置並且被配置成與鄰近的渦輪段組件緊密配合。絕緣體密封板殼體部分具有8.6380英寸與8.6420英寸之間的絕緣體密封板殼體半徑。
[0032]第二工作流體可以穿過位於壓縮機段與渦輪段之間的熱交換器。第一工作流體可以在被弓丨導到風扇段之前穿過衝壓空氣入口。第二工作流體可以在被弓丨導到壓縮機段之前穿過排氣閥。風扇段、壓縮機段和渦輪段可以由軸連接以形成單一的閥芯。軸可以是拉杆。空氣循環機也可以包括從渦輪段接收第二工作流體的第二渦輪段。渦輪段可以將第二工作流體引導到環境控制系統。主孔殼體半徑可以在4.9301cm與4.9352cm之間。靜密封半徑可以在5.1905cm與5.1930cm之間。護罩引導殼體半徑可以在15.099cm與15.104cm之間。絕緣體密封板殼體半徑可以在21.943cm與21.948cm之間。
[0033]儘管已參照示例性實施方案描述本發明，但是本領域技術人員將理解在不脫離本發明的範圍的情況下，可以進行各種變化並且等效物可以代替其元件。另外，在不脫離本發明的基本範圍的情況下，可以進行許多修改以適應本發明的教導的特定情況或材料。因此，意圖是本發明不限於所公開的特定實施方案，而是本發明將包括屬於所附權利要求書的範圍內的所有實施方案。
【權利要求】
1.一種空氣循環機的殼體，所述殼體包含: 主孔殼體部分，其圍繞中心軸布置並且被配置成限定沿著所述中心軸布置的軸，所述主孔殼體具有4.9276cm與4.9378cm之間的中心孔內半徑； 靜密封部分，其圍繞所述中心軸布置並且定位成縱向鄰近所述主孔殼體部分，所述靜密封部分被配置成限定由所述軸界定的靜密封件，所述靜密封部分具有5.1867cm與5.1918cm之間的靜密封半徑； 護罩引導殼體部分，其圍繞所述中心軸布置，所述護罩引導殼體部分具有15.098cm與15.105cm之間的護罩引導半徑；以及 絕緣體密封板殼體部分，其圍繞所述中心軸布置並且被配置成與鄰近的渦輪段組件緊密配合，所述絕緣體密封板殼體部分具有21.941cm與21.951cm之間的絕緣體密封板半徑。
2.如權利要求1所述的組件，其中所述主孔殼體半徑在4.9301cm與4.9352cm之間，並且所述靜密封半徑在5.1905cm與5.1930cm之間，並且所述護罩引導殼體半徑在15.099cm與15.104cm之間，並且所述絕緣體密封板殼體半徑在21.943cm與21.948cm之間。
3.如權利要求1所述的組件，其中所述渦輪段組件為渦輪段殼體。
4.如權利要求1所述的組件，其中所述護罩殼體引導部分被配置成與所述鄰近的渦輪段組件緊密配合。
5.一種空氣循環機，其包含: 軸； 風扇段，其在所述軸的部分周圍布置，所述風扇段能夠引導第一工作流體； 壓縮機段，其布置成鄰近所述風扇段並且定位在所述軸周圍，所述壓縮機段能夠壓縮第二工作流體； 渦輪段，其布置成鄰近所述壓縮機段並且定位在所述軸周圍，所述渦輪段能夠將所述第二工作流體的勢能轉換為轉動能； 熱交換器，其能夠在所述第一工作流體與所述第二工作流體之間換熱；以及 殼體，其形成所述風扇段和所述壓縮機段的部分，所述殼體包含: 主孔殼體部分，其配置成限定所述軸，所述主孔殼體具有1.9400英寸與1.9440英寸之間的中心孔內半徑； 靜密封部分，其圍繞所述軸布置並且定位成縱向鄰近所述主孔殼體部分，所述靜密封部分被配置成限定由所述軸界定的密封件，所述靜密封部分具有2.0420英寸與2.0440英寸之間的靜密封半徑； 護罩引導殼體部分，其圍繞所述軸布置，所述護罩引導殼體部分具有5.9440英寸與5.9470英寸之間的護罩引導殼體半徑；以及 絕緣體密封板殼體部分，其圍繞所述中心軸布置並且被配置成與鄰近的渦輪段組件緊密配合，所述絕緣體密封板殼體部分具有8.6380英寸與8.6420英寸之間的絕緣體密封板殼體半徑。
6.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述第二工作流體穿過所述壓縮機段與所述渦輪段之間的所述熱交換器。
7.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述第一工作流體在被引導到所述風扇段之前穿過衝壓空氣入口。
8.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述第二工作流體在被引導到所述壓縮機段之前穿過排氣閥。
9.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述風扇段、所述壓縮機段和所述渦輪段由所述軸連接以形成單一的閥芯。
10.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述軸為拉杆。
11.如權利要求5所述的空氣循環機，其進一步包含從所述渦輪段接收所述第二工作流體的第二渦輪段。
12.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述渦輪段將所述第二工作流體引導到環境控制系統。
13.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述主孔殼體半徑在4.9301cm與4.9352cm之間，所述靜密封半徑在5.1905cm與5.1930cm之間，所述護罩引導殼體半徑在15.099cm與15.104cm之間，並且所述絕緣體密封板殼體半徑在21.943cm與21.948cm之間。
14.如權利要求5所述的空氣循環機，其中所述護罩殼體引導部分被配置成與所述鄰近的渦輪段組件緊密配合。
【文檔編號】F04D29/42GK104343731SQ201410238815
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】C.M.比爾斯, B.J.梅裡特 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司