CN102400942B - 用于压缩机中的空气轴承和马达冷却的轴 - Google Patents

用于压缩机中的空气轴承和马达冷却的轴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于压缩机中的空气轴承和马达冷却的轴，具体地，一种空气轴承轴具有第一圆柱形部分和斜坡表面，所述第一圆柱形部分具有相对小的外直径，所述斜坡表面以不垂直且不平行于轴主体的中轴线的角度延伸。所述斜坡表面通向所述轴的第二圆柱形部分，所述第二圆柱形部分具有大的外直径，其大于所述第一圆柱形部分的直径。形成了十二个空气孔以延伸到所述第二圆柱形部分的内部中。钻孔直径被限定至所述空气孔的位置处的所述第二圆柱形部分的内周边。所述钻孔直径与所述空气孔的直径的比在6.30和6.54之间。另外，轴承组件、压缩机以及将空气轴承轴并入压缩机中的方法也全部被公开和要求保护。

Description

用于压缩机中的空气轴承和马达冷却的轴
技术领域
本申请涉及被包括在压缩机中的空气轴承内的轴。
背景技术
压缩机是已知的并且包括马达，马达被驱动以使轴旋转并且驱动压缩机转子。通常，轴承被包括在壳体中以支撑轴以便旋转。一种已知类型的压缩机轴承是空气轴承。
在一种已知的空气轴承中，冷却空气被带入轴承冷却入口。该冷却空气可经过轴和各种壳体部分及轴颈轴承之间。空气通常经过轴颈轴承和空气轴承轴的外周边之间。
空气轴承轴可设置有孔，以分开空气轴承轴的内部以及沿空气轴承轴外部与轴颈轴承之间的路径之间的空气。过去，相对于沿外部经过的空气量，孔相互间的截面积不足以将充足的空气引导到内部。
发明内容
一种空气轴承轴具有第一圆柱形部分和斜坡表面，所述第一圆柱形部分具有相对小的外直径，所述斜坡表面以不垂直且不平行于轴主体的中轴线的角度延伸。所述斜坡表面通向所述轴的第二圆柱形部分，所述第二圆柱形部分具有大的外直径，其大于所述第一圆柱形部分的直径。形成了十二个空气孔以延伸到所述第二圆柱形部分的内部中。钻孔（bore）直径被限定至所述空气孔的位置处的所述第二圆柱形部分的内周边。所述钻孔直径与所述空气孔的直径的比在6.30和6.54之间。
另外，轴承组件、压缩机以及将空气轴承轴并入压缩机中的方法也全部被公开和要求保护。
从以下说明和附图可最佳地理解本发明的这些和其它特征，其后是简要描述。
附图说明
图1A是采用本发明的压缩机的截面视图。
图1B示出了压缩机的特征。
图2是穿过空气轴承轴的截面视图。
图3是图2的轴的透视图。
具体实施方式
图1A示出了压缩机20，其可被包括在客舱空气供应系统21中，用于向飞机的客舱供应空气。转子22从入口24接收待压缩的空气，并且将空气压缩到压缩机出口26。马达28驱动一驱动轴或系杆30以使转子22旋转。
空气轴承轴32位于轴颈轴承34的径向内侧。空气进入冷却入口36并在推力轴承表面38和推力轴承盘40之间通过，推力轴承盘40与推力轴39相关联。空气沿推力轴承表面38并在推力轴39的外周边和轴颈轴承41之间经过。然后，空气进一步向下游通过，并且越过轴承34。另外，孔将空气送入空气轴承轴32的内部33。空气沿空气轴承轴32的外周边以及轴承34的内周边经过，以提供空气轴承。然后，该空气来到区域37，并最终来到冷却空气出口50。另外，空气的一部分穿过空气孔58（参加图2和图3）进入内部空间33。
图1B示出了示例轴承34的结构，轴承34具有外表面和内褶皱100，其限定了褶皱100与褶皱100内部及空气轴承轴32外部之间的流动通道。
图2示出了空气轴承轴32的主体。如图所示，当空气轴承轴32被安装在压缩机中时，第一圆柱形部分52将会被定位成邻近于马达28。斜坡部分54以不垂直且不平行于空气轴承轴32的中轴线X的角度倾斜。中轴线X也是系杆30的旋转轴线。斜坡部分54通向第二圆柱形部分56。第二圆柱形部分56具有比第一圆柱形部分52更大的直径。
孔58用于将空气输送到空气轴承轴32的内部以及空间33，孔58居中设置在离轴32的端部71轴向距离D1处。内凸缘70位于端部71和孔58之间。
孔58具有直径D2。在孔58处的至空气轴承轴32内周边的直径为D3。
在一个实施例中，D1是2.83英寸（7.18 cm）。D2是0.257英寸（0.653 cm），并且D3是1.650。在一个实施例中，D1与D2的比在10.80和11.21之间，并且D3与D2的比在6.30和6.54之间。
如图3所示，在该实施例中，存在大量的孔58。具体地，在空气轴承轴32的圆周上有十二个等距间隔的孔。
提供十二个孔确保了相对于在空气轴承轴32的外周边和轴承34的内周边之间经过到达区域37的空气而言，将会有充足的空气被输送到区域33。
为了组装压缩机20，转子22和马达转子110可各自被放置在液氮中以使它们的尺寸收缩。然后，推力轴承轴39和空气轴承轴32可被放置在马达转子110上。空气轴承轴32的第一圆柱形部分52搁在马达转子110上，如图所示。进一步，空气轴承轴的前端71搁在转子22上。另外，系杆支撑111被压配合到空气轴承轴32的内部，并且抵靠凸缘70。系杆支撑111还进一步与主轴或系杆30干涉配合。
当转子110和22变暖时，它们膨胀并且锁定在空气轴承轴32和推力轴承轴39上。系杆30被插入穿过转子22、空气轴承轴32、转子110和推力轴承轴39，并且系杆被用螺母收紧以将所有的经组装的部件固定到一起。
虽然已经公开了本发明的实施例，本领域普通技术人员可认识到某些修改会落入本发明的范围内。为此，应研究所附权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (9)

1.一种空气轴承轴，包括：
轴主体，所述轴主体具有第一圆柱形部分和斜坡表面，所述第一圆柱形部分具有相对小的外直径，所述斜坡表面以不垂直且不平行于所述轴主体的中轴线的角度延伸，所述斜坡表面通向第二圆柱形部分，所述第二圆柱形部分具有大于所述第一圆柱形部分的直径的直径；
十二个空气孔，所述十二个空气孔形成在所述轴主体中并且延伸到所述第二圆柱形部分的内部中，钻孔直径被限定至所述空气孔处的所述第二圆柱形部分的内周边，并且所述钻孔直径与所述空气孔的直径的比在6.30和6.54之间，其中，从远离所述斜坡部分的所述第二圆柱形部分的轴向端部限定一距离，并且所述距离与所述空气孔的所述直径的比在10.80和11.21之间，所述十二个孔在所述第二圆柱形部分的圆周周围等距地间隔。
2.一种空气轴承组件，包括：
轴颈轴承，所述轴颈轴承具有空气流动通道；以及
空气轴承轴，所述空气轴承轴具有：
轴主体，所述轴主体具有第一圆柱形部分和斜坡表面，所述第一圆柱形部分具有相对小的外直径，所述斜坡表面以不垂直且不平行于所述轴主体的中轴线的角度延伸，所述斜坡表面通向第二圆柱形部分，所述第二圆柱形部分具有大于所述第一圆柱形部分的直径的直径；和
十二个空气孔，所述十二个空气孔形成在所述轴主体中并且延伸到所述第二圆柱形部分的内部中，钻孔直径被限定至所述空气孔处的所述第二圆柱形部分的内周边，并且所述钻孔直径与所述空气孔的直径的比在6.30和6.54之间，其中，从远离所述斜坡部分的所述第二圆柱形部分的轴向端部限定一距离，并且所述距离与所述空气孔的所述直径的比在10.80和11.21之间。
3.如权利要求2所述的空气轴承组件，其中，所述十二个孔在所述第二圆柱形部分的圆周周围等距地间隔。
4.如权利要求2所述的空气轴承组件，其中，所述轴颈轴承具有多个褶皱以形成空气通道。
5.一种用于向飞机客舱供应空气的空气压缩机，包括：
马达，所述马达驱动主轴，所述主轴驱动压缩机转子；
空气轴承系统，所述空气轴承系统包括空气供应、空气轴承和中轴线，所述空气供应用于向壳体中供应空气源，所述壳体用于容纳所述马达、所述主轴和所述压缩机转子，所述空气轴承位于空气轴承轴径向外侧，所述中轴线由所述主轴限定，所述空气轴承轴向地位于所述马达和所述转子之间；以及
所述空气轴承轴具有：
轴主体，所述轴主体具有第一圆柱形部分和斜坡表面，所述第一圆柱形部分具有相对小的外直径，所述斜坡表面以不垂直且不平行于所述轴主体的中轴线的角度延伸，所述斜坡表面通向第二圆柱形部分，所述第二圆柱形部分具有大于所述第一圆柱形部分的直径的直径；和
十二个空气孔，所述十二个空气孔形成在所述轴主体中并且延伸到所述第二圆柱形部分的内部中，钻孔直径被限定至所述空气孔处的所述第二圆柱形部分的内周边，并且所述钻孔直径与所述空气孔的直径的比在6.30和6.54之间，
其中，所述第一圆柱形部分被固定在所述马达的转子的外周边上，并且远离所述斜坡部分的所述第二圆柱形部分的端部被固定在所述压缩机转子的表面上，所述主轴是系杆，所述系杆延伸穿过所述转子、所述空气轴承轴和所述马达转子并且将所述部件固定到一起以作为一体旋转。
6.如权利要求5所述的空气压缩机，其中，从远离所述斜坡部分的所述第二圆柱形部分的轴向端部限定一距离，并且所述距离与所述空气孔的所述直径的比在10.80和11.21之间。
7.如权利要求6所述的空气压缩机，其中，所述十二个孔在所述第二圆柱形部分的圆周周围等距地间隔。
8.如权利要求5所述的空气压缩机，其中，所述空气轴承包括多个褶皱以限定空气通道。
9.一种在压缩机中安装空气轴承轴的方法，包括步骤：
（a）提供空气轴承轴，所述空气轴承轴具有：
轴主体，所述轴主体包括第一圆柱形部分和斜坡表面，所述第一圆柱形部分具有相对小的外直径，所述斜坡表面以不垂直且不平行于所述轴主体的中轴线的角度延伸，所述斜坡表面通向第二圆柱形部分，所述第二圆柱形部分具有大于所述第一圆柱形部分的直径的直径；
十二个空气孔，所述十二个空气孔形成在所述轴主体中并且延伸到所述第二圆柱形部分的内部中，钻孔直径被限定至所述空气孔处的所述第二圆柱形部分的内周边，并且所述钻孔直径与所述空气孔的直径的比在6.30和6.54之间，其中，从远离所述斜坡部分的所述第二圆柱形部分的轴向端部限定一距离，并且所述距离与所述空气孔的所述直径的比在10.80和11.21之间，所述十二个孔在所述第二圆柱形部分的圆周周围等距地间隔；
（b）将所述空气轴承轴固定到马达转子并固定到压缩机转子；
（c）用系杆将所述压缩机转子、所述空气轴承轴和所述马达转子固定到一起，所述系杆被收紧以固定所述部件从而作为一体旋转；以及
（d）将所述空气轴承轴盘定位在相对的壳体表面之间，所述相对的壳体表面限定推力轴承表面。
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