CN103062117A - 具有冷却孔的风扇转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有冷却孔的风扇转子。一种用于风扇转子（具有连接至转轴的先导部、轮毂以及多个叶片）的圆盘包括在内边缘处连接至先导部并且在外边缘处连接至毂的扁平圆形部分；多个围绕圆盘的内边缘定位的具有第一直径的第一圆形冷却孔；以及多个围绕圆盘的外边缘定位的具有第二直径的第二圆形冷却孔，其中，第二直径大于第一直径。

Description

具有冷却孔的风扇转子
技术领域
 本发明涉及环境控制系统。尤其，本发明涉及用于飞机的环境控制系统的冲压空气风扇组件。 
背景技术
飞机上的环境控制系统（ECS）为飞机舱提供经调节的空气。经调节的空气为处于满足飞机乘客舒适与安全的温度、压力以及湿度的空气。在地面水平处或靠近地面水平处，环境空气温度和/或湿度通常足够高，以至于在传递至飞机舱之前，作为调节过程的一部分必须冷却空气。在飞行高度处，环境空气通常比所需的更冷，但处于低压力，以至于作为调节过程的一部分其必须压缩至可接受的压力。飞机高度处压缩环境空气足够加热产生的加压的空气，这些空气必须被冷却，即使环境空气温度非常低。因此，在大多数情况下，必须在将空气传递至飞机舱之前通过ECS从空气中除去热。当热从空气中除去时，通过ECS将热耗散入单独的流入ECS中、横穿ECS中的热交换器、并且排出飞机的气流中，从而携带多余热。在飞机运动足够快的情况下，冲入飞机的空气压力足以将足够的空气移动穿过ECS，并且在热交换器上运动，以除去多余热。 
虽然冲压空气在正常飞行状态下较好工作，但在较低的飞行速度处，或当飞机在地面上时，冲压空气压力过低，以至于不能提供足够空气流过热交换器，用于足够地将热从ECS除去。在这些状况下，将ECS中的风扇用于提供必要的气流穿过ECS热交换器。该风扇称之为冲压空气风扇。 
与飞机上的任意系统一样，包括创新部件的改进冲压空气风扇具有很大价值，该创新部件设计成提高冲压空气风扇的工作效率或降低其重量。 
发明内容
一种用于风扇转子（具有连接至转轴的先导部、毂与多个叶片）的圆盘包括在内边缘处连接至先导部，并且在外边缘处连接至毂的扁平圆形部分；多个围绕圆盘的内边缘定位的具有第一直径的第一圆形冷却孔；以及多个围绕圆盘的外边缘定位的具有第二直径的第二圆形冷却孔，其中，第二直径大于第一直径。 
一种将转子安装成由风扇系统中的推力轴旋转的方法，包括收缩风扇转子，以使其具有比自然状态更小的直径；将推力轴围绕转子设置；并且允许风扇转子膨胀，以使得转子固定于推力轴上以与轴一起旋转。转子包括在内边缘处具有多个小冷却孔以及在外边缘处具有多个大冷却孔的圆盘部分。 
附图说明
图1为冲压空气风扇组件的横截面视图。 
图2A示出了风扇转子的透视图。 
图2B示出了图2A的横截面视图。 
图2C示出了图2A的前视图。 
图3示出了用于将转子安装入冲压空气风扇中的方法的流程图。 
具体实施方式
图1示例了包含本发明的冲压空气风扇组件。冲压空气风扇组件10包括风扇壳12、轴承壳14、入口壳16、外壳18以及内壳20。风扇壳12包括风扇支柱22、马达24（包括马达转子25与马达定子26）、推力轴28、推力板30、以及推力轴承32。轴承壳14包括轴颈轴承轴34与轴帽36。风扇壳12与轴承壳14一起包括连杆38与轴颈轴承40。入口壳16包含风扇转子42与入口护罩44，以及一部分连杆38。外壳18包括接线盒46与增压室48。外壳18中是扩散器50、马达轴承冷却管52、以及线缆输送管54。风扇入口为在缺少足够冲压空气压力的情况下由冲压空气风扇组件10移动的气源。旁通入口为当可获得足够的冲压空气压力时移动通过冲压空气风扇组件10的气源。 
如图1所示例的，入口壳16与外壳18在风扇支柱22处连接至风扇壳12。轴承壳14连接至风扇壳12，并且内壳20将马达轴承冷却管52与线缆输送管54连接至轴承壳14。马达轴承冷却管52在外壳18处将内壳20连接至冷却气源。线缆输送管54在接线盒46处将内壳20连接至外壳18。马达定子26与推力板30连接至风扇壳12。马达转子25包含在马达定子26中，并且将轴颈轴承轴34连接至推力轴28。轴颈轴承轴34、马达转子25、以及推力轴28限定冲压空气风扇组件10的旋转轴线。风扇转子42连接至推力轴28，以使连杆38沿旋转轴线从轴颈轴承轴34端部处的轴帽36穿过马达转子25、推力轴28、以及风扇转子42延伸至入口护罩44。螺母（未示出）在连杆38的一端上将轴帽36固定至轴颈轴承轴34，在连杆38的相反端上将入口护罩44连接至风扇转子42。推力板30与风扇壳12包含推力轴28的凸缘状部分，推力轴承32定位于推力轴28的凸缘状部分与推力板30之间；以及在推力轴28的凸缘状部分与风扇壳12之间。轴颈轴承40定位于轴颈轴承轴24与轴承壳14之间；以及在推力轴28与风扇壳12之间。入口护罩44、风扇转子42、以及风扇壳12的一部分包含在入口壳16中。扩散器50连接至外壳18的内表面。增压室48为外壳18的一部分，其将冲压空气风扇组件10连接至旁通入口。入口壳16连接至风扇入口，并且外壳18连接至风扇出口。 
工作过程中，将冲压空气风扇组件10安装在飞机上的环境控制系统中，并且连接至风扇入口、旁通入口、以及风扇出口。当飞机运动不足以产生足够的冲压空气压力以满足ECS的冷却需求时，将动力通过从接线盒46，穿过线缆输送管54、内壳20以及轴承壳14延伸的缆线提供至马达定子26。通电的马达定子26使得转子24围绕冲压空气风扇组件10的旋转轴线旋转，旋转连接的轴颈轴承轴34与推力轴28。风扇转子42与入口护罩44还通过它们与推力轴28的连接而旋转。轴颈轴承40与推力轴承32为旋转元件提供低摩擦支撑。当风扇转子42旋转时，其将空气从风扇入口，穿过入口壳20，经过风扇支柱22移动进入风扇壳12与外壳18之间的空间中，增加外壳18中的气压。当空气穿过外壳18运动时，气流经过扩散器50与内壳20，其中，气压由于扩散器50的形状与内壳20的形状而降低。一旦穿过内壳20，空气便在风扇出口处移动出外壳18。 
轴承壳14与风扇壳12中的部件，尤其推力轴承32、轴颈轴承40、以及马达24产生大量的热，并且必须冷却。由将冷却气流引入内壳20的马达轴承冷却管52提供冷却空气。内壳20将冷却气流引入轴承壳14，其中，其流经轴承壳14与风扇壳12中的部件，冷却轴承32、40以及马达的部件。随后，冷却空气经过转子42中的冷却孔流出风扇壳12。 
图2A示出了风扇转子42的透视图。图2B示出了图2A的横截面视图，并且图2C示出了图2A的前视图。风扇转子42包括先导部56、圆盘58、毂64以及叶片66。圆盘58为扁平且圆形，并且包括具有与圆盘58中心间隔RS距离的具有第一直径DS的小（第一）冷却孔60；以及具有与圆盘58中心间隔RL距离的具有第二直径DL的大的（第二）冷却孔62。冷却孔60与62为圆形形状。转子42可以由一个工件加工，冷却孔60、62单独加工出。 
如更早提及的，当风扇10处于操作状态时，先导部56固定地连接至推力轴28。转子42随后与推力轴28一同旋转（由马达24驱动），使得叶片66将空气推入风扇10中。 
小冷却孔60围绕圆盘58的内边缘等距离间隔开，接近先导部56。小冷却孔60具有大约0.370英寸（9.398mm）至大约0.380英寸（9.652mm）的直径DS，并且以距离圆盘中心大约2.375英寸（60.325mm）的距离RS定位。大冷却孔62围绕圆盘58的外边缘等距离间隔开。大冷却孔62具有大约0.651英寸（16.535mm）至大约0.661英寸（16.789mm）的直径DL，并且以距离圆盘中心大约5.530英寸（140.462mm）的距离RL定位。在该实施例中，圆盘58包含18个大冷却孔62与11个小冷却孔60。 
小冷却孔60与大冷却孔62控制穿过内冷却区域的冷却气流，其由轴承壳14与风扇壳12组成。如关于图1所提及的，马达轴承冷却管52将冷却空气传递至内壳20，其将冷却空气送至轴承壳14，并且随后送至风扇壳12。马达24在操作过程中变热至显著的温度，并且需要大量冷却。该冷却对于性能与可靠性非常重要。需要供给大量的冷却空气，以维持马达24性能的高水平，并且确保长寿命。尽管不需要马达24所需要的那么多冷却空气，但还需要冷却空气确保推力轴承32与轴颈轴承40的长寿命。将多个大冷却孔62设置于围绕圆盘58外边缘的位置处有利于大量的冷却气流围绕风扇壳12与轴承壳14的外部位置，马达24位于该外部位置处。将多个小冷却孔60设置于围绕圆盘58内边缘的位置处允许冷却空气流经推力轴承32与轴颈轴承40的位置，尽管孔60更小的尺寸有利于更多的空气朝向外边缘流动，以冷却马达24。因此，将大冷却孔62与小冷却孔60设置于围绕圆盘58的选择位置处允许对气流的控制，以根据每个元件所需要的冷却量而冷却不同水平的不同元件。 
图3示出了用于将转子安装入冲压空气风扇中的方法的流程图。在安装过程中，先导部56密封至推力轴28（图1），以便与推力轴28一起旋转。该连接可以是过盈配合，意味着转子42的直径大于推力轴28的直径。方法68包括如下步骤：收缩转子42（步骤70），将推力轴28围绕转子42设置（步骤72），并且允许转子42膨胀以形成与轴28的牢固连接（步骤74）。 
可以通过各种方式完成收缩转子42（步骤70）。一种方式可以使用在液氮中沉浸转子42，使得转子冻结并且缩小。 
在转子42已经由步骤70收缩时将转子42先导部56设置于推力轴28（步骤72）之上。可替换地，液压机可以用于简单地将转子42推到推力轴28上（其使得步骤70与74不必要）。 
通过允许转子42在将推力轴28已经放置在转子42周围的期望位置处之后返回至其正常状态而完成允许转子42膨胀并且形成与推力轴28的牢固连接（步骤74）。如果转子42已经使用液氮收缩，则可以通过将零件放置于具有更加温暖的温度区域中而完成该步骤。由于转子42的直径大于推力轴28的直径，因此步骤74形成转子42与推力轴28之间的牢固连接。因此，转子42稳固地固定至推力轴28，并且当冲压空气风扇10处于操作状态时与推力轴28一起旋转。 
总而言之，围绕圆盘的外边缘增加多个大冷却孔，并且围绕圆盘的内边缘增加多个小冷却孔允许对风扇的内冷却系统中的气流进行控制。这种对气流的控制允许通过鼓励更多的气流通过需要大量冷却的区域（马达所处的位置）并允许一些气流通过需要一些但是较少冷却的区域（轴承所在位置）来冷却处于与各个部件所需的冷却水平相关的不同水平的不同内部部件，例如马达与轴承。 
尽管已经参照典型实施例描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以采用等同物替换其元件。此外，在不脱离其基本范围的情况下，可以作出多种修改，以使特定的情况或材料适应本发明教导。因此，期望本发明不限于公开的特定实施例，本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。 

Claims (21)

1.一种用于具有连接至转轴的先导部、毂以及多个叶片的风扇转子的圆盘，所述圆盘包括：
扁平圆形部分，其在内边缘处连接至先导部，并且在外边缘处连接至毂；
多个第一圆形冷却孔，其围绕所述圆盘的所述内边缘定位并具有第一直径；以及
多个第二圆形冷却孔，其围绕所述圆盘的所述外边缘定位并具有第二直径，其中，所述第二直径大于所述第一直径。
2.根据权利要求1所述的圆盘，其特征在于，所述多个第一冷却孔距离所述圆盘中心大约2.375英寸（60.325mm）定位。
3.根据权利要求1所述的圆盘，其特征在于，所述多个第一冷却孔具有大约0.370英寸（9.398mm）至大约0.380英寸（9.652mm）的直径。
4.根据权利要求1所述的圆盘，其特征在于，所述多个第一冷却孔包括11个围绕所述圆盘中心等距离间隔开的冷却孔。
5.根据权利要求1所述的圆盘，其特征在于，所述多个第二冷却孔距离所述圆盘中心大约5.530英寸（140.462mm）定位。
6.根据权利要求1所述的圆盘，其特征在于，所述多个第二冷却孔具有大约0.651英寸（16.535mm）至大约0.661英寸（16.789mm）的直径。
7.根据权利要求1所述的圆盘，其特征在于，所述多个第二冷却孔包括18个围绕所述圆盘中心等距离间隔开的冷却孔。
8.一种用于风扇系统的转子，所述转子包括：
先导部，其连接至轴以用于旋转所述转子；
圆形圆盘部分，其围绕所述先导部延伸，所述圆盘带有多个围绕所述先导部定位的具有第一直径的第一孔以及多个围绕所述圆形圆盘的外边缘定位的具有第二直径的第二孔；
毂，其连接至所述圆形圆盘部分的所述外边缘；以及
多个叶片，其连接所述毂周围，其中，所述第二直径大于所述第一直径。
9.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述多个第一孔距离所述圆盘中心大约2.375英寸（60.325mm）定位。
10.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述多个第一孔具有大约0.370英寸（9.398mm）至大约0.380英寸（9.652mm）的直径。
11.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述多个第一孔围绕所述圆盘中心等距离间隔开。
12.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述多个第二孔距离所述圆盘中心大约5.530英寸（140.462mm）定位。
13.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述多个第二孔具有大约0.651英寸（16.535mm）至大约0.661英寸（16.789mm）的直径。
14.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述多个第二冷却孔包括18个围绕所述圆盘中心等距离间隔开的冷却孔。
15.一种用于冲压空气风扇的马达与轴承的冷却气流系统，所述系统包括：
内冷却区域，其容纳所述马达、轴承以及连杆，以吸入空气；以及
转子，其连接至所述连杆，并且包括：
    先导部，其连接至所述连杆，用于旋转所述转子；
    圆形圆盘部分，其围绕所述先导部延伸，所述圆盘带有多个围绕所述圆形圆盘部分的外边缘定位的大圆形孔，以控制冷却所述马达的气流以及多个围绕所述先导部定位的小圆孔，以控制冷却所述轴承的气流；
    毂，其连接至所述圆形圆盘部分的所述外边缘；以及
    多个叶片，其连接在所述毂周围。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个小孔距离所述圆盘中心大约2.375英寸（60.325mm）定位。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个小孔具有大约0.370英寸（9.398mm）至大约0.380英寸（9.652mm）的直径。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个小孔以及多个大孔围绕所述圆盘中心等距离间隔开。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个大孔距离所述圆盘中心大约5.530英寸（140.462mm）定位。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个大孔具有大约0.651英寸（16.535mm）至大约0.661英寸（16.789mm）的直径。
21.一种用于将转子安装成由风扇系统中的推力轴旋转的方法，所述方法包括：
收缩所述转子，以使其具有小于其正常状态的直径；
将所述推力轴围绕所述转子设置；并且
允许所述转子膨胀，以使得将所述转子固定在所述推力轴上，以与所述推力轴一起旋转，其中，所述转子包括圆形圆盘部分，其在内边缘处具有多个小冷却孔，并且在外边缘处具有多个大冷却孔。
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