CN106837434B - 用于空气轴承冷却的涡轮机推力轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机推力轴，所述涡轮机推力轴提供推力盘，所述推力盘具有表面P和表面Q；以及轴主体，所述轴主体穿过所述推力盘而形成，所述轴主体包括第一多个孔，其中所述第一多个孔间隔开并且所述第一多个孔中的每个孔具有第一直径，所述第一直径介于0.0600英寸至0.0680英寸之间，并且具有第一中心，所述第一中心设置在与表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之间的第一距离处；以及第二多个孔，其中所述第二多个孔间隔开并且所述第二多个孔中的每个孔具有第二直径，所述第二直径介于0.0960英寸至0.1040英寸之间，并且具有第二中心，所述第二中心设置在与表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之间的第二距离处。

Description

用于空气轴承冷却的涡轮机推力轴
发明背景
本文公开的主题涉及涡轮机推力轴，并且更具体地说涉及一种用于在飞行器的空气循环机中提供轴颈轴承冷却的涡轮机推力轴。
典型地，在空气循环机的操作过程中，旋转部件诸如涡轮机推力轴可以由轴颈轴承支撑。某些操作条件可能会产生高轴颈轴承负载状态，从而产生过量轴颈轴承热量。使用涡轮机推力轴来帮助增加用于轴颈轴承的冷却流是希望的。
发明简述
根据一个实施方案，一种涡轮机推力轴包括推力盘，所述推力盘具有表面P和表面Q；以及轴主体，所述轴主体穿过推力盘而形成，轴主体包括第一多个孔，其中第一多个孔间隔开并且所述第一多个孔中的每个孔具有第一直径，所述第一直径介于0.0600英寸至0.0680英寸之间，并且具有第一中心，所述第一中心设置在与表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之间的第一距离处；以及第二多个孔，其中第二多个孔间隔开并且所述第二多个孔中的每个孔具有第二直径，所述第二直径介于0.0960英寸至0.1040英寸之间，并且具有第二中心，所述第二中心设置在与表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之间的第二距离处。
根据一个实施方案，一种空气循环机包括轴颈轴承；涡轮机推力轴，所述涡轮机推力轴包括推力盘，所述推力盘具有表面P和表面Q；以及轴主体，所述轴主体穿过推力盘而形成，轴主体包括第一多个孔，其中第一多个孔间隔开并且所述第一多个孔中的每个孔具有第一直径，所述第一直径介于0.0600英寸至0.0680英寸之间，并且具有第一中心，所述第一中心设置在与表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之间的第一距离处；以及第二多个孔，其中第二多个孔间隔开并且所述第二多个孔中的每个孔具有第二直径，所述第二直径介于0.0960英寸至0.1040英寸之间，并且具有第二中心，所述第二中心设置在与表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之间的第二距离处。
上述实施方案的技术功能包括第一多个孔间隔开，并且所述第一多个孔中的每个孔具有第一直径，所述第一直径介于0.0600英寸至0.0680英寸之间，并且具有第一中心，所述第一中心设置在与表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之间的第一距离处；并且第二多个孔间隔开，并且所述第二多个孔中的每个孔具有第二直径，所述第二直径介于0.0960英寸至0.1040英寸之间，并且具有第二中心，所述第二中心设置在与表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之间的第二距离处。
实施方案的其他方面、特征和技术将从以下结合附图进行的描述变得更为显而易见。
附图简述
在本说明书的结论处的权利要求中具体指出并明确主张了主题。实施方案的前述和其他特征以及优点根据以下结合附图进行的详细描述是显而易见的，在附图中，相似的元件在一些图中被编为相似的编号：
图1是空气循环机的一个实施方案的截面图；
图2是用于与空气循环机一起使用的涡轮机推力轴的一个实施方案的等距视图；以及
图3是图2的涡轮机推力轴的截面图。
发明详述
现参考附图，图1示出空气循环机100。在所示的实施方案中，空气循环机100可以为飞行器提供气候和压力控制以用于舱室通风或冷却电子部件等。在所示的实施方案中，空气循环机100包括第一涡轮机(T1)146、第二涡轮机(T2)144、压缩机148、风扇150、涡轮机推力轴110、内轴152以及轴颈轴承142。在所示的实施方案中，第一涡轮机146、第二涡轮机144、压缩机148和风扇150沿公共轴(公共轴包括涡轮机推力轴110、内轴152等)以轴向隔开间隔设置。第一涡轮机146和第二涡轮机144可以从压缩空气源诸如涡轮发动机排气、APU排气或电动压缩机接收压缩空气。在所示的实施方案中，第一涡轮机146和第二涡轮机144使公共轴旋转以驱动压缩机148和风扇150。
在所示的实施方案中，轴颈轴承142为可旋转部件诸如涡轮机推力轴110提供支撑。轴颈轴承142可以是动压流体膜轴颈轴承，又称为轴颈空气轴承或箔片轴承。在操作过程中，可旋转部件诸如涡轮机推力轴110的旋转会让工作流体形成缓冲垫(经常又称为“空气轴承”)，所述缓冲垫在可旋转部件与轴承的箔片之间几乎不或不直接接触的情况下支撑所述可旋转部件。轴颈轴承为径向负载提供流体缓冲垫。
在操作过程中，涡轮机推力轴110可能以会导致轴颈轴承142内产生热量的速度旋转。所述热量可能会因危及轴承的部件的结构完整性而导致轴承失效。在所示的实施方案中，涡轮机推力轴110的特征和几何形状可以利用冷却气流140来从轴颈轴承142去除热量以降低轴颈轴承142尤其是在高负载状态期间失效的风险。在某些实施方案中，冷却气流140从单一高压低温源，诸如空调系统的涡轮机进气口供应。
参考图2和图3，示出了涡轮机推力轴110。在所示的实施方案中，涡轮机推力轴包括轴主体111、推力盘112、第一涡轮机(T1)侧冷却孔118、第二涡轮机(T2)侧冷却孔116以及轴颈轴承表面119。涡轮机推力轴110可以与箔片型轴颈轴承142一起使用。有利地，将涡轮机推力轴110与空气循环机100一起使用允许通过在不损失能量消耗的情况下优化现有气流140以最大化可靠性来额外冷却轴颈轴承142。
在所示的实施方案中，轴主体111是由任何合适的材料形成的中空轴。轴主体111具有图3中所识别的T1端和T2端。在所示的实施方案中，具有表面R的轴颈轴承表面119形成在轴主体111上。
在所示的实施方案中，推力盘112与轴主体111一体成型。在某些实施方案中，推力盘112可以单独形成并且连接至轴主体111。在所示的实施方案中，推力盘112包括具有表面Q的T1面114以及具有表面P的T2面113。
在所示的实施方案中，冷却孔116和118引导和优化气流140(图1)以用于高效冷却轴颈轴承142。在所示的实施方案中，T1冷却孔118朝向轴主体111的T1侧设置。在所示的实施方案中，T1冷却孔118是彼此等距间隔开的12个孔。T1冷却孔118的直径b的范围可以是0.0960英寸至0.1040英寸或0.100英寸+/-0.004英寸。T1冷却孔118可以被设置成使得每个T1冷却孔118的中心设置在与T1面114的表面Q相距距离d处，其中距离d的范围可以是2.1350英寸至2.1550英寸或2.145英寸+/-0.010英寸。
在所示的实施方案中，T2冷却孔116朝向轴主体111的T2侧设置。在所示的实施方案中，T2冷却孔116是彼此等距间隔开的3个孔。T2冷却孔116的直径a的范围可以是0.0600英寸至0.0680英寸或0.064英寸+/-.004英寸。T2冷却孔116可以被设置成使得每个T2冷却孔116的中心设置在与T2面113的表面P相距距离e处，其中距离e的范围可以是0.1400英寸至0.1600英寸或0.150英寸+/-.010英寸。
有利地，使用T1冷却孔118和T2冷却孔116连同冷却孔116、118的数量、大小和相对位置实现了所希望的气流以允许在操作过程中优化对轴颈轴承142的冷却，从而允许轴颈轴承142的较高负载。
在所示的实施方案中，轴主体111包括轴颈轴承表面119，又被识别为表面R。轴颈轴承表面119可以与箔片轴颈轴承142对接。轴颈轴承表面119从T1面114沿轴主体111延伸至轴颈轴承表面边缘120。在所示的实施方案中，这个表面R的长度是距离c，2.060英寸+/-.010英寸，或范围为2.1350英寸至2.1550英寸。在所示的实施方案中，轴颈轴承表面119可以具有4Ra的表面平滑度或更为平滑以实现轴颈轴承142的所希望的或优化的性能。
在本文中使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的并且不意在限制实施方案。虽然出于说明和描述的目的已经呈现了对本发明实施方案的描述，但并不意在为详尽的或将实施方案限制于所公开的形式。在不脱离实施方案的范围和精神的情况下，未在此进行描述的许多修改、变化、改变、替代或等同布置对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。另外，虽然已经描述了各种实施方案，但应理解，各方面可以仅包括所描述的实施方案中的一些。因此，实施方案并不被视为受前文描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (15)

1.一种涡轮机推力轴，所述涡轮机推力轴包括：
推力盘，所述推力盘具有表面P和表面Q；以及
轴主体，所述轴主体穿过所述推力盘而形成，所述轴主体包括：
第一多个孔，其中所述第一多个孔间隔开并且所述第一多个孔中的每个孔具有第一直径，所述第一直径介于0.0600英寸至0.0680英寸之间，并且具有第一中心，所述第一中心设置在与表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之间的第一距离处；以及
第二多个孔，其中所述第二多个孔间隔开并且所述第二多个孔中的每个孔具有第二直径，所述第二直径介于0.0960英寸至0.1040英寸之间，并且具有第二中心，所述第二中心设置在与表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之间的第二距离处。
2.如权利要求1所述的涡轮机推力轴，其中所述第一多个孔是三个孔。
3.如权利要求1所述的涡轮机推力轴，其中所述第二多个孔是十二个孔。
4.如权利要求1所述的涡轮机推力轴，其中所述表面Q是所述推力盘的第一面。
5.如权利要求1所述的涡轮机推力轴，其中所述表面P是所述推力盘的第二面。
6.如权利要求1所述的涡轮机推力轴，其中所述轴主体具有表面长度介于2.0500英寸至2.1550英寸之间的表面R。
7.如权利要求6所述的涡轮机推力轴，其中所述表面R是轴颈轴承表面。
8.如权利要求7所述的涡轮机推力轴，其中所述轴颈轴承表面具有不大于4Ra的表面粗糙度。
9.一种空气循环机，所述空气循环机包括：
涡轮机推力轴，所述涡轮机推力轴包括：
轴颈轴承：
推力盘，所述推力盘具有表面P和表面Q；以及
轴主体，所述轴主体穿过所述推力盘而形成，所述轴主体包括：
第一多个孔，其中所述第一多个孔间隔开并且所述第一多个孔中的每个孔具有第一直径，所述第一直径介于0.0600英寸至0.0680英寸之间，并且具有第一中心，所述第一中心设置在与表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之间的第一距离处；以及
第二多个孔，其中所述第二多个孔间隔开并且所述第二多个孔中的每个孔具有第二直径，所述第二直径介于0.0960英寸至0.1040英寸之间，并且具有第二中心，所述第二中心设置在与表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之间的第二距离处。
10.如权利要求9所述的空气循环机，其中所述第一多个孔是三个孔。
11.如权利要求9所述的空气循环机，其中所述第二多个孔是十二个孔。
12.如权利要求9所述的空气循环机，其中所述表面Q是所述推力盘的第一面。
13.如权利要求9所述的空气循环机，其中所述表面P是所述推力盘的第二面。
14.如权利要求9所述的空气循环机，其中所述轴主体具有表面长度介于2.0500英寸至2.1550英寸之间的表面R。
15.如权利要求14所述的空气循环机，其中所述表面R是与所述轴颈轴承相关联的轴颈轴承表面。
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