CN101372260A - 基于共轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于同轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统，属飞机环境控制技术领域。主要包括初级换热器(5)、次级换热器(4)、回热器(6)、冷凝器(8)、低压轴、高压轴、水分离器、低压涡轮、高压涡轮、压气机、风扇，其特征是上述高压轴(14)内部为空心结构，低压轴(11)套在高压轴(14)内，两者共轴线。与现有的环境控制系统相比，具有性能好、冗余度高、部件匹配简单、调节灵活等突出优点。

Description

基于共轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统
技术领域
本发明涉及一种基于共轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统，属飞机环境控制技术领域。
背景技术
作为大型客机重要机载设备之一的环境控制系统，其作用是负责完成飞机座舱压力、温度、湿度、供气量、空气品质等参数的调节和控制，电子设备的冷却，发动机和机翼防冰，燃油箱、液压油箱和饮用水增压以及为发动机启动提供气源等。它主要包括引气、加温/制冷、座舱压力调节、座舱温度调节、防冰和为满足地面环境控制要求的辅助动力装置等子系统，其中空气循环制冷系统是飞机环境控制系统中关键技术最集中的部分，发挥着基础支撑作用，通常狭义的环境控制系统即指空气循环制冷系统。
为了保证大型客机环境控制系统高舒适性、高可靠性和高经济性，国外对大型客机环境控制系统开展了深入广泛的研究，先后经历了T-C(涡轮-压气机)两轮升压式，T-C-F(涡轮-压气机-风扇)三轮升压式和T-T-C-F四轮升压式等阶段，目前大型客机的环境控制系统以T-C-F三轮升压式系统为主，部分机型如Boeing777、A380则采用了技术更为先进的T-T-C-F(涡轮-涡轮-压气机-风扇)四轮升压式系统。目前，作为技术水平最高的是四轮升压式高压除水系统(PatentNo.:US7,334,422B2)，其核心专利技术为美国汉胜公司所拥有，而且该系统为同轴结构布置，存在制造工艺复杂、部件匹配难度大、冗余度小等缺点，美国霍尼韦尔公司提出的两轴式四轮高压除水系统(Patent No.:US6,381,969B1)，则存在结构尺寸大等不足，为了我国大型客机环境控制研制的需要，十分有必要发展具有自主知识产权的环境控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能好、冗余度高、部件匹配简单、调节灵活的基于共轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统。
一种基于同轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统，主要包括：供气，冲压空气，喷水，次级换热器，初级换热器，回热器，水分离器，冷凝器，供往座舱气体，还包括两端分别安装风扇和低压涡轮的低压轴，两端分别安装有压气机和高压涡轮的高压轴；
其中上述供气经初级换热器热边与压气机入口相联；压气机出口经次级换热器热边与回热器热边入口相联；回热器热边出口与冷凝器热边入口相联，冷凝器热边出口经水分离器与回热器冷边入口相联，回热器冷边出口与高压涡轮入口相联，高压涡轮出口与冷凝器冷边入口相联，冷凝器冷边出口与低压涡轮入口相联，低压涡轮出口与供往座舱空气相联；
其中上述冲压空气流经初级换热器冷边和次级换热器冷边，其抽吸力由风扇提供；
其特征在于：
上述高压轴(14)内部为空心结构，低压轴(11)套在高压轴(14)内，两者共轴线。
与现有的飞机环境控制系统相比，具有性能好、冗余度高、部件匹配简单、调节灵活等突出优点。
附图说明
图1是基于共轴线的两轴式四轮高压除水系统示意图。
图1中标号名称：1.供气，2.冲压空气，3.喷水，4.次级换热器，5.初级换热器，6.回热器，7.水分离器，8.冷凝器，9.风扇，10.低压轴承，11.低压轴，12.压气机，13.高压轴承，14.高压轴，15.高压涡轮，16.低压涡轮，17.供往座舱气体。
具体实施方式
根据图1所示，本发明的基于共轴线的两轴式四轮高压除水系统，主要包括供气1，冲压空气2，喷水3，次级换热器4，初级换热器5，回热器6，水分离器7，冷凝器8，风扇9，低压轴承10，低压轴11，压气机12，高压轴承13，高压轴14，高压涡轮15，低压涡轮16，供往座舱气体17，还包括用于支撑低压轴11的低压轴承10和用于支撑高压轴14的高压轴承13，低压轴11两端安装有风扇9和低压涡轮16，高压轴两端安装有压气机12和高压涡轮15，系统可以看成是1个T-F简单式和1个T-C两轮升压式环境控制系统的综合，高压轴14内部为空心结构，低压轴11套在高压轴14内，两者共轴线。
结合图1说明系统工作过程：发动机引气作为供气1经初级换热器5热边冷却后，进入压气机12增压，气体温度升高，而后经过次级换热器4热边进行冷却，再进入回热器6热边降温，最后进入冷凝器8热边，由高压涡轮15出口空气冷却，冷却后的高压空气进入水分离器7进行分水处理后，干燥、饱和的高压空气经过回热器6冷边升温后进入高压涡轮15膨胀做功、温度下降，高压涡轮15出口的低温中压空气经冷凝器8冷边，在冷却了热边高压空气后，温度升高，随后进入低压涡轮16进行膨胀做功、温度再次降低，低压涡轮16出口的低温低压空气供往座舱空气17输往座舱和设备舱。流经初级换热器4冷边和次级换热器5冷边的冲压空气2，由与低压涡轮16驱动的同轴的风扇9提供抽吸力，高压涡轮15输出的功则用于驱动与其同轴的压气机12，同时水分离器7的分凝水引入到次级换热器4入口处与冲压空气混合以提高换热效率。
该系统与现有的同轴T-T-C-F四轮式升压式环境控制系统相比，具有性能好、冗余度高、调节灵活、匹配简单等突出优点，低压轴11和高压轴14可以根据工况需要选择不同的转速，从而获得最佳的制冷性能，而且能够提供较更高的冗余度，当其中一根轴出现故障时，或在某些工况下，低压轴11驱动的简单式系统以及高压轴14驱动的升压式系统可单独工作，系统仍然具备较大的制冷能力。

Claims (1)

1.一种基于同轴线的两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统，主要包括：供气(1)，冲压空气(2)，喷水(3)，次级换热器(4)，初级换热器(5)，回热器(6)，水分离器(7)，冷凝器(8)，供往座舱气体(17)，还包括两端分别安装风扇(9)和低压涡轮(16)的低压轴(11)，两端分别安装有压气机(12)和高压涡轮(15)的高压轴(14)；
其中上述供气(1)经初级换热器(5)热边与压气机(12)入口相联；压气机(12)出口经次级换热器(4)热边与回热器(6)热边入口相联；回热器(6)热边出口与冷凝器(8)热边入口相联，冷凝器(8)热边出口经水分离器(7)与回热器(6)冷边入口相联，回热器(6)冷边出口与高压涡轮(15)入口相联，高压涡轮(15)出口与冷凝器(8)冷边入口相联，冷凝器(8)冷边出口与低压涡轮(16)入口相联，低压涡轮(16)出口与供往座舱空气(17)相联；
其中上述冲压空气(2)流经初级换热器(4)冷边和次级换热器(5)冷边，其抽吸力由风扇(9)提供；
其特征在于：
上述高压轴(14)内部为空心结构，低压轴(11)套在高压轴(14)内，两者共轴线。
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