CN102536911A - 空气循环机压缩机扩散器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气循环机的压缩机扩散器，其限定从入口到压缩机转子以及从压缩机转子通过多个叶瓣这二者的气流，所述多个叶瓣限定径向延伸的气流通路。扩散器的入口和叶瓣这二者的尺寸和形状限定并调整提供给压缩机转子和离开压缩机转子的气流的特性以便提供气流的所需变化。

Description

空气循环机压缩机扩散器
技术领域
本公开内容大体涉及用于空气循环机的压缩机扩散器。
背景技术
空气循环机可以包括被安装在轴上共同旋转的离心压缩机和离心涡轮。离心压缩机进一步压缩被部分压缩的空气，例如从燃气涡轮发动机的压缩机接收的排出空气。压缩空气在返回离心涡轮之前通过扩散器被排放到下游热交换器或其它装置。压缩空气在涡轮中膨胀从而驱动压缩机。从涡轮输出的空气可以被用作运载工具的空气供应，该运载工具例如飞行器的机舱。
发明内容
示例性公开的空气循环机（“ACM”）包括用于径向引导气流离开压缩机转子的扩散器。示例性扩散器包括扩散器部分和毂部分，所述扩散器部分是围绕压缩机转子径向延伸的基本盘形，所述毂部分限定进入的气流通向压缩机转子的入口。毂部分和扩散器部分是具有连续内表面的单个整体零件，该连续内表面限定进入压缩机转子流经压缩机转子且通过多个径向延伸叶瓣离开压缩机转子的气流路径的一部分。
从下述说明和附图中能够最佳地理解本发明的这些和其他特征，下面是附图的简要说明。
附图说明
图1是示例性空气循环机的示意图。
图2是示例性压缩机扩散器的正面立体图。
图3是示例性压缩机扩散器的背面立体图。
图4是示例性压缩机扩散器的示例性叶瓣的平面图。
图5是示例性压缩机扩散器的示例性叶瓣的侧面截面图。
图6是示例性压缩机扩散器的横截面图。
图7是示例性压缩机扩散器的示例性入口的平面图。
具体实施方式
图1示出了被结合到运载工具的空气供应系统22中的示例性空气循环机20（“ACM”），该运载工具例如飞行器、直升机或地面交通工具。ACM 20包括通常围绕主轴30和推力轴35（例如系杆）设置的压缩机段24、涡轮段26和风扇段28。压缩机段24包括压缩机转子32，涡轮段26包括涡轮转子34，并且风扇段28包括风扇转子36。压缩机转子32、涡轮转子34和风扇转子36被固定在主轴30上以便绕轴线A共同旋转。
参考图2和图3且继续参考图1，压缩机段24包括用于引导气流离开压缩机转子32的扩散器38。示例性扩散器38包括扩散器部分42，所述扩散器部分42是围绕轴线A径向延伸的基本盘形。扩散器38还包括毂部分40，所述毂部分40围绕轴线A设置且在所述扩散器部分42的径向内部。毂部分40限定进入的气流通向压缩机转子32的入口44。毂部分40和扩散器部分42是具有连续内表面90的单个整体零件，该连续内表面90限定进入压缩机转子32、流经压缩机转子32且通过扩散器部分42离开压缩机转子32进入压缩机壳体46内的气流路径的一部分。
压缩机壳体46限定离开ACM 20的气流路径，其被引导到空气供应22或其它装置。扩散器38包括具有多个凸台（boss pad）52的背面58（图7），所述凸台52限定用于紧固件54的开口。紧固件54将扩散器38固定到涡轮壳体部分72。背面58还包括支撑密封件50的密封脊（seal land）48。密封脊48和密封件50接触压缩机壳体46的表面从而提供所需的不透气气流通道。密封脊48是扩散器38的一体部分。
毂部分40限定由多个叶瓣60围绕的开放环形空间56。叶瓣60被设置在压缩机转子32的环形空间56的径向外部。叶瓣60被形成为提供进入由压缩机段46所限定的空气通路74的所需气流方向、压力和特征。叶瓣60限定空气通路62，该空气通路62从压缩机转子32的环形空间56的空间径向向外延伸到扩散器38的外周76。
参考图4和图5且继续参考图2和图3，扩散器38包括限定所需气流通路62的多个叶瓣60。每个叶瓣60开始于径向最内点64且径向向外延伸到径向最外点66。在径向最内点64和径向最外点66之间，空气通路62径向弯曲，以使得围绕半径82限定每个通路。通过改变各叶瓣60的宽度来提供弯曲的径向空气通路62。每个叶瓣60的宽度从轴线A沿径向向外的方向增加。示例性半径82相关于扩散器38上限定的与轴线A间隔开的点。在所示示例中，半径被限定成相距于点84，该点84被置于与空气通路62相对的轴线的侧面上在轴线A上方间隔开长度86处（如图4所绘）。在这种示例中，点84被置于轴线A上方或距轴线A偏移0.223英寸（0.57cm）。点84在与其限定的通路32相对的轴线A的侧面上距轴线偏移长度88。在这种示例中，长度88是1.357英寸（3.45cm）。距点84的半径限定多个叶瓣60之间所限定的空气通路62之一的中心线。在这种示例中，半径82是2.668英寸（6.78cm）。每个空气通路62均限定这样一种径向成形的通路，其从压缩机转子32的开放环形空间56延伸到外周76。
每个空气通路62的宽度90沿各空气通路62的整个径向长度基本保持恒定。径向长度被限定成在角度80和角度78之间延伸的长度，其中角度80限定各叶瓣60的起点，角度78限定各叶瓣60的终点。每个角度80和78均相关于平行于轴线A从点84延伸的平面。可以意识到，多个空气通路62中的每一个均包括处于相同半径82的基本相同径向长度。不过，各叶瓣相对于不同点84被限定，以使得每个空气通路62均对于接收自压缩机转子32的气流提供基本公共且相同的作用。
参考图5且继续参考图4，多个叶瓣60中的每个叶瓣的高度在最内点64和最外点66之间变化。图5是沿径向截面Y截取的多个叶瓣中一个的图示并且示出了最内点64处的第一高度68和位于叶瓣60的最外点处的第二高度70。第一高度68小于第二高度70以便提供通过空气通路62的流动面积的所需变化，其提供离开扩散器部分42进入空气通路74的气流的所需特征。
在这种示例中，第一高度是0.350英寸（0.89cm）并且第二高度是0.499英寸（1.27cm），并且第二高度70与第一高度68的比是1.42。可以意识到，每个高度68、70均具有特定容差以便考虑到制造能力的不同且仍旧提供所需空气通路构造。因而，第二高度70与第一高度68的示例性比是在1.48和1.37之间。各径向空气通路62的开始和结束之间的比能够根据需要被缩放以便适应具有不同尺寸和构造的ACM。
参考图6和图7，示例性扩散器38不仅限定从压缩机转子32离开的气流，还限定通向压缩机转子32的入口44。入口44是毂部分40的一部分，其围绕轴线A设置并且包括内部表面90以将气流呈送至压缩机转子32。入口44包括在入口44的开放端处的第一直径92。从第一直径92开始，内部表面90朝向轴线A逐渐径向向内倾斜到第二直径94，该第二直径94小于第一直径92。在第一直径92和第二直径94之间的直径减小提供了气流面积的对应减小。在这种示例中，第一直径是1.9155英寸（4.87cm）并且第二直径是1.3826英寸（3.51cm），以使得第一直径与第二直径的比是1.385。可以意识到，利用容差来适应制造能力且因而第一直径92与第二直径94的比是在1.304和1.395之间。第一直径92与第二直径94之间的比适用于为了适应ACM 20的不同构造而进行尺寸放大或缩小的扩散器38。
内部表面90还包括成型部分96，该成型部分96背离入口44的开口沿轴向方向径向向外弯曲。成型部分96被构造成对应于压缩机转子32的限定形状从而进一步有助于且限定进入压缩机段24的所需气流特征。
示例性扩散器38限定从入口44到压缩机转子32以及从压缩机转子32通过多个叶瓣60这二者的气流，其中多个叶瓣60限定所需气流通路62。入口44的内部表面90和扩散器部分42的多个叶瓣60这二者的尺寸和形状限定且调整呈送至和离开压缩机转子32的气流的特征从而提供空气压力和流动形式的所需变化。
虽然已经公开了示例性实施例，不过本领域的普通技术人员将意识到某些改型会落入本公开内容的范围内。因此，应该研究所附权利要求来确定本发明的范围和内容。

Claims (15)

1.压缩机扩散器，包括：
围绕轴线设置的毂，其限定气流的入口；
从毂部分径向向外延伸的扩散器部分，该扩散器部分包括限定径向通路的多个叶瓣以径向向外导通气流，所述多个叶瓣中的每个叶瓣包括在所述多个叶瓣中每个叶瓣的径向最内部分处的第一高度以及在所述多个叶瓣中每个叶瓣的径向最外部分处的第二高度，所述第二高度与所述第一高度的比在1.37和1.48之间。
2.根据权利要求1所述的压缩机扩散器，其中所述多个叶瓣中的每个叶瓣包括横于所述轴线的宽度，所述多个叶瓣中的每个叶瓣的宽度沿径向向外的方向增加。
3.根据权利要求2所述的压缩机扩散器，其中所述径向通路包括在所述径向最内部分处开始直至所述径向最外部分的公共宽度。
4.根据权利要求1所述的压缩机扩散器，其中所述多个叶瓣中的每个叶瓣的所述最内部分与所述轴线隔开一径向距离。
5.根据权利要求1所述的压缩机扩散器，其中所述扩散器部分包括与所述多个叶瓣相对的背面，所述背面包括围绕所述扩散器部分的外周周向间隔的多个凸台。
6.根据权利要求5所述的压缩机扩散器，包括从所述背面轴向延伸的密封脊以便针对压缩机壳体的一部分密封。
7.根据权利要求1所述的压缩机扩散器，其中所述入口包括与所述扩散器部分相对的轴向延伸的圆筒形部分，该圆筒形部分包括在入口处的第一直径和小于所述第一直径的第二直径，其中所述第一直径与所述第二直径的比在1.304和1.395之间。
8.空气循环机，包括：
主轴，其具有安装成绕轴线旋转的风扇、涡轮转子和压缩机转子；
支持所述主轴旋转的壳体；以及
压缩机扩散器，其围绕所述压缩机转子被固定到所述壳体并且包括限定径向通路的多个叶瓣以径向向外导通气流，所述多个叶瓣中的每个叶瓣包括在所述多个叶瓣中每个叶瓣的径向最内部分处的第一高度以及在所述多个叶瓣中每个叶瓣的径向最外部分处的第二高度，所述第二高度与所述第一高度的比在1.37和1.48之间。
9.根据权利要求8所述的空气循环机，其中所述多个叶瓣中的每个叶瓣的径向最内部分限定围绕所述轴线的开放空间，并且所述压缩机转子被至少部分地置于径向空间内。
10.根据权利要求8所述的空气循环机，其中所述压缩机扩散器包括密封脊，该密封脊轴向向后延伸以密封于压缩机壳体的一部分。
11.根据权利要求8所述的空气循环机，其中所述压缩机扩散器限定与扩散器部分相对的轴向延伸的圆筒形入口部分，该扩散器部分包括在入口处的第一直径和小于所述第一直径的第二直径，其中所述第一直径与所述第二直径的比在1.304和1.395之间。
12.根据权利要求8所述的空气循环机，其中所述压缩机扩散器包括毂部分和从所述毂部分径向向外延伸的扩散器部分，所述扩散器部分限定与所述多个叶瓣相对的背面，所述背面包括围绕所述扩散器部分的外周周向间隔开的多个凸台，并且紧固件延伸通过每个所述凸台以便将所述压缩机扩散器固定到所述壳体。
13.向空气循环机中安装压缩机扩散器的方法，该方法包括：
使得主轴延伸通过被支撑在壳体内的推力轴的孔；
将风扇转子、涡轮转子和压缩机转子安装到所述主轴以便围绕轴线随所述推力轴旋转；
围绕所述轴线和所述压缩机转子的外周安装压缩机扩散器；以及
限定多个径向通路以便使用所述压缩机扩散器的多个叶瓣将气流从所述压缩机转子径向向外导通，其中所述多个叶瓣中的每个叶瓣包括在所述多个叶瓣中每个叶瓣的径向最内部分处的第一高度以及在所述多个叶瓣中每个叶瓣的径向最外部分处的第二高度，所述第二高度与所述第一高度的比在1.37和1.48之间。
14.根据权利要求13所述的安装用于空气循环机的压缩机扩散器的方法，其中所述压缩机扩散器包括与所述多个叶瓣相对的背面，所述背面包括围绕所述扩散器部分的外周周向间隔的多个凸台，并且通过延伸通过每个所述凸台的紧固件将所述压缩机扩散器安装到所述壳体。
15.根据权利要求13所述的安装用于空气循环机的压缩机扩散器的方法，包括使用所述压缩机扩散器的入口部分限定围绕所述轴线的空气入口，其中所述入口包括与所述扩散器部分相对的轴向延伸的圆筒形部分，其包括在入口处的第一直径和小于所述第一直径的第二直径，其中所述第一直径与所述第二直径的比在1.304和1.395之间。
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