CN104975885A - 推力板组合件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一方面是一种用于空气循环机的推力板组合件。所述推力板组合件包含由外边缘和主孔界定的环形体。所述环形体包含喷嘴侧和推力轴承侧。所述喷嘴侧包含接近所述外边缘的喷嘴区和接近所述主孔的涡轮机转子区，其中所述外边缘具有外径。所述推力板组合件还包含安装在所述主孔中的主孔密封件。所述主孔密封件具有内径，其中所述外边缘的所述外径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.94与3.96之间。

Description

推力板组合件
发明背景
本发明的示例性实施方案是关于空气循环机，并且更具体来说是关于用作飞机环境控制系统的部分的空气循环机的推力板组合件。
常规的飞机环境控制系统(ECS)带有空气循环机(ACM)，空气循环机也被称为空气循环冷却机，用于对供应到飞机座舱的空气进行冷却和除湿。ACM通常包含至少一个涡轮机和一个压缩机，它们在共同机轴上轴向地以间隔分开。所述涡轮机和压缩机受一个或多个轴承组合件支撑以围绕机轴的轴旋转。
在由涡轮发动机提供动力的飞机上，将在ACM中进行调节的空气典型地是从涡轮发动机的一个或多个压缩机级引出的压缩空气。在常规系统中，使此引气通过ACM压缩机，在此处引气被进一步压缩，接着通过一个冷凝热交换器来冷却压缩空气。所述热交换器充分地冷凝湿气，从而对空气进行除湿。随后使经除湿的压缩空气在所述涡轮机中的一者中膨胀以从压缩空气提取能量，以便驱动机轴，并且还在将经膨胀的涡轮机排气作为经调节的冷却空气供应到座舱时对所述排气进行冷却。
ACM经常具有三轮或四轮配置。在三轮ACM中，涡轮机驱动在共同机轴上旋转的压缩机和风扇。在四轮ACM中，两个涡轮机区段驱动共同机轴上的压缩机和风扇。
必须将空气流引导进入风扇区段而到压缩机区段，离开压缩机区段朝向热交换器前进，再从热交换器到一个或多个涡轮机，并且从最终涡轮机级离开ACM。在这些传送中的至少一些传送中，相对于ACM的中心轴径向地引导空气是合意的。为了实现此目的，可使用喷嘴来产生径向的流入和/或流出。
为了通过ACM来容纳空气流和对空气流进行选路，必须对ACM的组件进行设计来平衡操作效率、内部冷却和可靠性。减少的空气流和内部泄漏可增加某些ACM组件上的负载，而增加的内部泄漏可降低操作效率并增加燃料消耗。
发明概要
根据本发明的一个实施方案，一种用于空气循环机的推力板组合件包含由外边缘和主孔界定的环形体。所述环形体包含喷嘴侧和推力轴承侧。所述喷嘴侧包含接近所述外边缘的喷嘴区和接近所述主孔的涡轮机转子区，其中所述外边缘具有外径。所述推力板组合件还包含安装在所述主孔中的主孔密封件。所述主孔密封件具有内径，其中所述外边缘的所述外径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.94与3.96之间。
根据另一实施方案，一种在空气循环机中安装推力板组合件的方法包含将所述推力板组合件的主孔中的主孔密封件定位成接近所述空气循环机的推力机轴以建立迷宫式密封件。所述推力板组合件的环形体的外边缘定位成接近所述空气循环机的涡轮机外壳。所述环形体包含喷嘴侧和推力轴承侧。所述喷嘴侧包含接近所述外边缘的喷嘴区和接近所述主孔的涡轮机转子区。所述外边缘具有外径，且所述主孔密封件具有内径，其中所述外边缘的所述外径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.94与3.96之间。所述推力板组合件耦合到所述涡轮机外壳。
附图简述
被视为本发明的主题是在说明书结论处的权利要求书中特别指出并清楚地要求。本发明的上述以及其它特征和优点从以下结合附图做出的详细描述中显而易见，附图中：
图1是根据一个实施方案的空气循环机(ACM)的横截面图；
图2是根据一个实施方案的图1的ACM的推力板组合件的喷嘴侧的透视图；
图3是根据一个实施方案的图1的ACM的推力板组合件的推力轴承侧的透视图；以及
图4是根据一个实施方案的图1的ACM的推力板组合件的横截面。
具体实施方式
图1是根据一个实施方案的空气循环机(ACM)2的局部横截面图。ACM 2是四轮ACM，包含风扇区段4、压缩机区段6、第一涡轮机区段8和第二涡轮机区段10，它们全部连接至机轴12。在操作中，机轴12围绕中心轴14旋转。在图1的实施例中，将第一涡轮机区段8和第二涡轮机区段10更详细地描绘为涡轮机组合件16，而风扇区段4和压缩机区段6是示意性地描绘。
当第一工作流体5通过ACM 2时，所述第一工作流体在压缩机区段6中被压缩，并且接着在第一涡轮机区段8和第二涡轮机区段10中膨胀。第一工作流体5可在一个热交换器(未描绘)中被加热或冷却，通过所述热交换器可以当第一工作流体5在压缩机区段6与第一涡轮机区段8之间通过时对第一工作流体5进行选路。第一涡轮机区段8和第二涡轮机区段10从第一工作流体5提取能量，从而使机轴12围绕中心轴14转动。借助风扇区段4可通过同一个热交换器对第二工作流体7进行选路。作为一个实例，第一工作流体5可从一个燃气涡轮发动机的放泄阀选路通过压缩机区段6，到达热交换器，到达第一涡轮机区段8，接着到达第二涡轮机区段10，并且接着到达飞机的环境控制系统。第二工作流体7可为冲压空气，所述冲压空气由风扇区段4拉动通过同一个热交换器以在使第一工作流体5选路到第一涡轮机区段8和第二涡轮机区段10之前将第一工作流体5冷却到所需的温度。通过使第一工作流体5压缩、加热和膨胀，可将在第二涡轮机10处提供的输出调整到所需的温度、压力和/或相对湿度。
第一涡轮机区段8包含第一级涡轮机外壳26、第一级涡轮机入口28、第一级涡轮机出口30、第一级涡轮机喷嘴区段32，和第一级涡轮机叶片33。第一级涡轮机入口28是界定一个孔口的管道，第一工作流体5在第一涡轮机区段8中膨胀之前通过所述孔口。第一级涡轮机出口30是界定一个孔口的管道，第一工作流体5(已经膨胀)通过所述孔口离开第一涡轮机区段8。第一级涡轮机喷嘴区段32与第一级涡轮机叶片33协作以从通过其中的第一工作流体5提取能量，从而驱动第一涡轮机区段8以及包含机轴12、风扇区段4和压缩机区段6的附接组件的旋转。第一级涡轮机喷嘴区段32可被构造为径向流入转子。
第二涡轮机区段10包含第二级涡轮机入口34、第二级涡轮机出口36、第二级涡轮机喷嘴38、第二级涡轮机叶片39、第二级涡轮机外壳40，和第二级涡轮机旁路42。第二级涡轮机入口34是界定一个孔口的管道，第一工作流体5在第二涡轮机区段10中膨胀之前通过所述孔口。第二级涡轮机出口36是界定一个孔口的管道，第一工作流体5(已经膨胀)通过所述孔口离开第二涡轮机区段10。第二级涡轮机喷嘴38与第二级涡轮机叶片39协作以从通过其中的第一工作流体5提取能量，从而驱动第二涡轮机区段10以及包含机轴12、风扇区段4和压缩机区段6的附接组件的旋转。第二级涡轮机喷嘴38包含被构造为径向流出转子的多个喷嘴翼片37。第一工作流体5从第二级涡轮机入口34通过，在此处所述第一工作流体入射在第二级涡轮机喷嘴38上。第一工作流体5接着在喷嘴翼片37之间通过。喷嘴翼片37可枢转而导引第一工作流体5进入第二级涡轮机叶片39。喷嘴翼片37定位于第二级涡轮机罩44与推力板组合件46之间。
机轴12可包含许多组件，例如由轴颈轴承20和推力轴承22支撑的推力机轴18。冷却流可径向地接近推力板组合件46且围绕推力轴承22而选路从而为轴颈轴承20并在推力轴杆18内提供流动。迷宫式密封件48形成于推力轴杆18与推力板组合件46的主孔密封件50之间。还在推力板组合件46的外边缘54与第一级涡轮机外壳26之间安装外壳密封件52。可使用例如螺栓等多个紧固件56将第二级涡轮机罩44、第二级涡轮机喷嘴38、推力板组合件46和第一级涡轮机外壳26耦合在一起。
图2是根据一个实施方案的图1的ACM 2的推力板组合件46的喷嘴侧60的透视图。推力板组合件46包含由外边缘54和主孔66界定的环形体61。环形体61的喷嘴侧60包含接近外边缘54的喷嘴区62和接近推力板组合件46的主孔66的涡轮机转子区64。主孔密封件50安装在主孔66中。图1的第二级涡轮机叶片39安装在图1的第二涡轮机区段10的涡轮机转子上，接近图1的ACM 2中的涡轮机转子区64。
在一个实施方案中，喷嘴区62包含多个孔口68，用来定位图1的ACM 2中的第二级涡轮机喷嘴38(图1)的多个喷嘴翼片37(图1)。孔口68中的一者或多者可包含带螺纹插入件70，用来支持图1的紧固件56的安装。喷嘴区62还可包含至少一个具有埋头孔74的组装孔口72，用来支持在图1的ACM 2的组装期间紧固件75完全在喷嘴区62的表面下方的安装。举例来说，一旦推力板组合件46相对于推力轴承22定位，一个或多个紧固件75的安装便使得图1的ACM 2能够在组装继续时改变定向。埋头孔74防止安装好的紧固件75干扰图1的喷嘴翼片37。
图3是根据一个实施方案的图1的ACM 2的推力板组合件46的推力轴承侧80的透视图。在一个实施方案中，推力轴承侧80与环形体61的喷嘴侧60相对。推力轴承侧80是基本上平坦的，并且被构造以充当相对于图1的推力轴承22的冷却流屏障。
图4是根据一个实施方案的图1的ACM 2的推力板组合件46的横截面。在图4的实施例中可见，主孔密封件50具有内径D1，且外边缘54具有外径D3。还可见，涡轮机转子区64具有轴向厚度D2，且喷嘴区62具有轴向厚度D5。在一个实施方案中，外边缘54包含界定外边缘54与喷嘴区62之间的过渡的唇缘55，其中唇缘55具有内唇缘直径D4。唇缘55可充当用于在图1的ACM 2的组装期间定位第二级涡轮机喷嘴38(图1)的导引部。
在一个实施方案中，主孔密封件50的内径D1为大约1.635英寸(4.153厘米)。涡轮机转子区64的轴向厚度D2为大约0.285英寸(0.724厘米)。外边缘54的外径D3为大约6.454英寸(16.393厘米)。内唇缘直径D4为大约6.108英寸(15.514厘米)。喷嘴区62的轴向厚度D5大于涡轮机转子区64的轴向厚度D2。外边缘54的外径D3与主孔密封件50的内径D1的比率在3.94与3.96之间。主孔密封件50的内径D1与涡轮机转子区64的轴向厚度D2的比率在5.63与5.85之间。外边缘54的外径D3与涡轮机转子区64的轴向厚度D2的比率在22.24与23.06之间。内唇缘直径D4与主孔密封件50的内径D1的比率在3.73与3.74之间。外边缘54的外径D3与内唇缘直径D4的比率在1.05与1.06之间。内唇缘直径D4与涡轮机转子区64的轴向厚度D2的比率在21.05与21.82之间。
参考图1到4描述了用于在图1的ACM 2中安装推力板组合件46的过程。在ACM 2中的推力板组合件46的安装期间的组装顺序可在各实施方案中不同。所述过程包含将推力板组合件46的主孔66中的主孔密封件50定位成接近ACM 2的推力机轴18以建立迷宫式密封件48。推力板组合件46的环形体61的外边缘54定位成接近ACM 2的第一级涡轮机外壳26。如先前所描述，环形体61包含喷嘴侧60和推力轴承侧80。喷嘴侧60包含接近外边缘54的喷嘴区62和接近主孔66的涡轮机转子区64。外边缘54具有外径D3，且主孔密封件50具有内径D1，其中外边缘54的外径D3与主孔密封件50的内径D1的比率在3.94与3.96之间。推力板组合件46耦合到第一级涡轮机外壳26。耦合可包含在ACM 2的组装期间将至少一个紧固件75安装在至少一个组装孔口72中完全位于喷嘴区62的表面下方(例如，埋头孔74内)。耦合还可包含将紧固件56安装穿过第二级涡轮机罩44、第二级涡轮机喷嘴38、推力板组合件46和第一级涡轮机外壳26，例如包含使用带螺纹插入件70进行安装。
虽然已经结合仅有限数目的实施方案详细描述了本发明，但应了解，本发明不限于这些公开的实施方案。实际上，可修改本发明而加入至此尚未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数目的变化、更改、替换或等效布置。另外，虽然已经描述本发明的各种实施方案，但应了解，本发明的方面可包含所描述实施方案中的仅一些实施方案。因此，本发明不应视为受到先前描述内容的限制，而是仅受到所附权利要求书的范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于空气循环机的推力板组合件，其包括：
环形体，其由外边缘和主孔界定，所述环形体包括喷嘴侧和推力轴承侧，所述喷嘴侧包括接近所述外边缘的喷嘴区和接近所述主孔的涡轮机转子区，所述外边缘具有外径；以及
主孔密封件，其安装在所述主孔中，所述主孔密封件具有内径，其中所述外边缘的所述外径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.94与3.96之间。
2.如权利要求1所述的推力板组合件，其中所述喷嘴区的轴向厚度大于所述涡轮机转子区的轴向厚度。
3.如权利要求2所述的推力板组合件，其中所述主孔密封件的所述内径与所述涡轮机转子区的所述轴向厚度的比率在5.63与5.85之间。
4.如权利要求2所述的推力板组合件，其中所述外边缘的所述外径与所述涡轮机转子区的所述轴向厚度的比率在22.24与23.06之间。
5.如权利要求1所述的推力板组合件，其中所述外边缘包括界定所述外边缘与所述喷嘴区之间的过渡的唇缘，所述唇缘具有内唇缘直径，且所述内唇缘直径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.73与3.74之间。
6.如权利要求5所述的推力板组合件，其中所述外边缘的所述外径与所述内唇缘直径的比率在1.05与1.06之间。
7.如权利要求5所述的推力板组合件，其中所述内唇缘直径与所述涡轮机转子区的轴向厚度的比率在21.05与21.82之间。
8.如权利要求1所述的推力板组合件，其中所述喷嘴区包括用以定位所述空气循环机中的多个喷嘴翼片的多个孔口以及至少一个包括埋头孔的组装孔口，所述埋头孔用以支持在所述空气循环机的组装期间紧固件完全在所述喷嘴区的表面下方的安装。
9.一种在空气循环机中安装推力板组合件的方法，所述方法包括：
将所述推力板组合件的主孔中的主孔密封件定位成接近所述空气循环机的推力机轴以建立迷宫式密封件；
将所述推力板组合件的环形体的外边缘定位成接近所述空气循环机的涡轮机外壳，所述环形体包括喷嘴侧和推力轴承侧，所述喷嘴侧包括接近所述外边缘的喷嘴区和接近所述主孔的涡轮机转子区，所述外边缘具有外径且所述主孔密封件具有内径，其中所述外边缘的所述外径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.94与3.96之间；以及
将所述推力板组合件耦合到所述涡轮机外壳。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述喷嘴区的轴向厚度大于所述涡轮机转子区的轴向厚度，且所述主孔密封件的所述内径与所述涡轮机转子区的所述轴向厚度的比率在5.63与5.85之间。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述外边缘的所述外径与所述涡轮机转子区的轴向厚度的比率在22.24与23.06之间。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述外边缘包括界定所述外边缘与所述喷嘴区之间的过渡的唇缘，所述唇缘具有内唇缘直径，且所述内唇缘直径与所述主孔密封件的所述内径的比率在3.73与3.74之间。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述外边缘的所述外径与所述内唇缘直径的比率在1.05与1.06之间。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述内唇缘直径与所述涡轮机转子区的轴向厚度的比率在21.05与21.82之间。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述喷嘴区包括用以定位所述空气循环机中的多个喷嘴翼片的多个孔口以及至少一个包括埋头孔的组装孔口，所述方法进一步包括：
在所述空气循环机的组装期间将紧固件安装在所述至少一个组装孔口中完全位于所述喷嘴区的表面下方。
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