CN106958533A - 用于空气循环机的风扇轴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于空气循环机的风扇轴。所述风扇轴包括主体，所述主体具有由其穿过的轴线以及位于所述主体一端的导引部，所述主体具有第一轴向长度，所述导引部具有第二轴向长度，并且所述导引部相对于所述轴线限定内径并相对于所述轴线限定外径，其中所述第一轴向长度是4.215 ± 0.005英寸(10.706 ± 0.013 cm)。

Description

用于空气循环机的风扇轴
发明背景
本文公开的主题大体上涉及空气循环机，并且更具体地说涉及用于空气循环机的风扇轴。
常规飞行器环境控制系统结合空气循环机(又称为空气循环冷却机)来用于冷却飞行器舱室的空气并对所述空气除湿。这类空气循环机可以包括沿公共轴以轴向隔开间隔设置的两个或更多个轮子。轮子是例如压缩机转子、涡轮机转子、风扇转子、另外的涡轮机转子或另外的压缩机转子的一部分。在一些情况下，一个或多个涡轮机驱动压缩机和风扇两者。
在由涡轮发动机提供动力的飞行器上，空气循环机中有待调节的空气通常是从涡轮发动机的一个或多个压缩机级排放的压缩空气。在常规系统中，这种排放的空气流过空气循环机压缩机，在所述空气循环机压缩机中，所述排放空气被进一步压缩。压缩的空气流过热交换器来充分冷却所述压缩空气以去除湿气并对空气除湿。经除湿的压缩空气在空气循环机的涡轮机中膨胀以从压缩空气提取能量以便于驱动轴，并且还在膨胀的涡轮机废气作为调节后的冷却空气供应给飞行器座舱之前对其进行冷却。
发明内容
根据一个实施方案，提供一种用于空气循环机的风扇轴。风扇轴包括主体，所述主体具有由其穿过的轴线以及位于主体一端的导引部，所述主体具有第一轴向长度，导引部具有第二轴向长度，并且导引部相对于轴线限定内径并相对于轴线限定外径，其中第一轴向长度是4.215 ± 0.005英寸(10.706 ± 0.013 cm)。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第二轴向长度是0.490 ± 0.025英寸(1.245 ± 0.064 cm)。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括内径是1.0991 ± 0.0002英寸(2.7917 ± 0.0005 cm)。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括外径是1.405 ± 0.005英寸(3.569 ± 0.013 cm)。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第一轴向长度与第二轴向长度之间的比率是介于8.1748与9.0753之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第一轴向长度与内径之间的比率是介于3.8297与3.8402之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第一轴向长度与外径之间的比率是介于2.9858与3.0143之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括内径与第二轴向长度之间的比率是介于2.1338与2.3641之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括内径与外径之间的比率是介于0.7794与0.7852之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第二轴向长度与外径之间的比率是0.3298和0.3679。
根据另一个实施方案，提供一种用于制造空气循环机的风扇轴的方法。所述方法包括形成主体，所述主体具有由其穿过的轴线以及位于主体一端的导引部，所述主体具有第一轴向长度，导引部具有第二轴向长度，并且导引部相对于轴线限定内径并相对于轴线限定外径，其中第一轴向长度是4.215 ± 0.005英寸(10.706 ± 0.013 cm)。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，所述方法的另外的实施方案可以包括第一轴向长度与第二轴向长度之间的比率是介于8.1748与9.0753之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，所述方法的另外的实施方案可以包括第一轴向长度与内径之间的比率是介于3.8297与3.8402之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，所述方法的另外的实施方案可以包括第一轴向长度与外径之间的比率是介于2.9858与3.0143之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，所述方法的另外的实施方案可以包括内径与第二轴向长度之间的比率是介于2.1338与2.3641之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，所述方法的另外的实施方案可以包括内径与外径之间的比率是介于0.7794与0.7852之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，所述方法的另外的实施方案可以包括第二轴向长度与外径之间的比率是0.3298和0.3679。
根据另一个实施方案，提供一种用于空气循环机的风扇轴，所述风扇轴具有主体，所述主体具有由其穿过的轴线以及位于主体一端的导引部，所述主体具有第一轴向长度，导引部具有第二轴向长度，并且导引部相对于轴线限定内径并相对于轴线限定外径，其中第一轴向长度与第二轴向长度之间的比率是介于8.1748与9.0753之间。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第二轴向长度与外径之间的比率是0.3298和0.3679。
除了本文描述的特征结构中的一个或多个之外，或作为替代方案，风扇轴的另外的实施方案可以包括第一轴向长度是4.215 ± 0.005英寸(10.706 ± 0.013 cm)。本公开的实施方案的技术效果包括用于空气循环机的在转子爆裂过程中可以保持适当的风扇轨迹的优化的风扇轴。另外，技术效果包括被配置来使操作过程中风扇轴中的应力最小化的风扇轴。
除非另外明确指明，否则前述特征和元件可以非排他性方式组合到各种组合中。鉴于下文描述和附图，这些特征和元件以及其操作将会变得更为显而易见。然而，应理解，以下描述和附图在本质上意在是说明性和解释性的而非限制性的。
附图简述
在本说明书的结论处具体指出并明确主张了主题。根据以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其他特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是空气循环机的示意性截面图；
图2A是根据本公开的实施方案的风扇轴的示意图；
图2B是根据本公开的实施方案的图2A的风扇轴的导引部(pilot)的示意图。
发明详述
如本文所示和所描述，将呈现本公开的各种特征结构。各种实施方案可以具有相同或相似的特征结构并且因此相同或相似的特征结构可以标记有相同的参考数字，但是之前带有指示示出所述特征结构的图的不同的第一个数字。因此，例如，图X中所示的元件“a”可以标记为“Xa”，并且图Z中的相似特征结构可以标记为“Za”。虽然在一般意义上可以使用相似的参考数字，但是将描述各种实施方案并且各种特征结构可以包括如本领域技术人员将了解的变化、改变、修改等，而不管是它们是明确描述的还是由本领域技术人员另外了解的。
图1示出为环境控制系统的一部分的空气循环机100，所述环境控制系统被配置来例如向飞行器的座舱供应调节后的空气。图1的空气循环机100是四轮式空气循环机，其中四个转子位于轴104上。四个转子被固定在一起并且由液力轴承元件支撑。因此，有四个轴承配置在空气循环机100中，所述轴承沿由图1中的箭头路径表示的气流通道106布置。气流通道106将空气提供作为用于液力轴承的润滑液并且作为用于去除操作过程中由轴承产生的热量的冷却气流。虽然在本文中描述为四轮式空气循环机，但是这是出于说明性和解释性目的而呈现的，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以使用其他空气循环机或其他装置/配置，例如像三轮式空气循环机。
供应自冷却空气进气口108的冷却空气沿气流通道106流过空气循环机100。冷却空气进气口108可以流体连接至空气供应源，所述空气供应源可以是单一的高压低温源(未示出)。例如，轴承冷却空气可以是来自环境控制系统热交换器之一的排放空气。在进气口108进入之后，冷却空气通过气流通道106而穿过空气循环机100并且在一个或多个孔隙110处离开气流通道106而进入风扇部段112中。孔隙110可以是形成在风扇116 (诸如压缩机的风扇)的壳体114中或穿过所述壳体114的孔隙。因此，壳体114可以部分借助于孔隙110来界定风扇116的气流路径。除了从气流路径106进入风扇部段112的空气之外，大量空气还在风扇进气口118处进入壳体114。壳体114内与风扇116相互作用的空气因此主要由风扇进气口118供应，其中一部分通过孔隙110进入到壳体114中。混合空气之后在出气口120处离开风扇部段112。
风扇部段112包括具有风扇叶片122的风扇116、连接了风扇叶片122的风扇转子124、风扇轴126以及系杆128。风扇转子124可操作地连接至风扇轴126。
现转到图2A，示出了根据本公开的实施方案的风扇轴226。风扇轴226具有主体227，所述主体227在轴向方向上具有总长度D1。如本文所使用，轴向方向意指沿风扇轴226的轴线A-A。在一些实施方案中，风扇轴226的总长度D1可以是4.215 ± 0.005英寸(10.706± 0.013 cm)，并且因此其范围可以是介于4.210英寸(10.693 cm)与4.220英寸(10.719cm)之间。
图2B是图2A的风扇轴226中如由图2A中的圆圈2B所指示的一部分的放大图。放大图是轴导引部230。轴导引部230被配置来与风扇转子导引部接合。
如本领域技术人员将了解，轴导引部230可以被配置为周向环或圆柱体。轴线A-A可以穿过轴导引部230的中心，以使得导引部可以具有沿轴线A-A的轴向长度以及相对于轴线A-A的径向厚度，如下文所述。
如图2中所示，导引部具有轴向长度D2。在一些实施方案中，轴导引部230的轴向长度D2可以是0.490 ± 0.025英寸(1.245 ± 0.064 cm)。也就是说，轴导引部230可以具有介于0.465英寸(1.181 cm)与0.515英寸(1.308 cm)之间的轴向长度D2。
另外，如图所示，轴导引部230可以被配置成具有内径D3。内径D3是整个导引部上从内表面232上一点到延伸穿过轴线A-A的内表面上的相对点的长度。在一些实施方案中，轴导引部230的内径D3可以是1.0991 ± 0.0002英寸(2.7917 ± 0.0005 cm)。也就是说，轴导引部230可以具有介于1.0989英寸(2.7912 cm)与1.0993英寸(2.7922 cm)之间的内径D3。
另外，如图所示，轴导引部230可以被配置成具有外径D4。外径D4是整个导引部上从外表面234上一点到延伸穿过轴线A-A的外表面上的相对点的长度。在一些实施方案中，轴导引部230的外径D4可以是1.405 ± 0.005英寸(3.569 ± 0.013 cm)。也就是说，轴导引部230可以具有介于1.400英寸(3.556 cm)与1.410英寸(3.581 cm)之间的外径D4。
在一些实施方案中，导引轴可以被配置成使得各种尺寸能够彼此相关，而不是上述绝对长度。以下配置将对如图2A和图2B中所标记和所示的以下各项进行参考：风扇轴的总长度D1、导引部的长度D2、导引部的内径D3以及导引部的外径D4。
因此，在第一非限制性实例中，风扇轴可以形成为具有风扇轴的总长度D1与导引部的长度D2的比率。在一些实施方案中，D1/D2的比率可以是介于8.1748与9.0753之间。
在其他非限制性实施方案中，风扇轴可以形成为具有风扇轴的总长度D1与内径D3的比率。在一些实施方案中，D1/D3的比率可以是介于3.8297与3.8402之间。
在其他非限制性实施方案中，风扇轴可以形成为具有风扇轴的总长度D1与外径D4的比率。在一些实施方案中，D1/D4的比率可以是介于2.9858与3.0143之间。
在其他非限制性实施方案中，风扇轴可以形成为具有内径D3与导引部长度D2的比率。在一些实施方案中，D3/D2的比率可以是介于2.1338与2.3641之间。
在其他非限制性实施方案中，风扇轴可以形成为具有内径D3与外径D4的比率。在一些实施方案中，D3/D4的比率可以是介于0.7794与0.7852之间。
在其他非限制性实施方案中，风扇轴可以形成为具有导引部长度D2与外径D4的比率。在一些实施方案中，D2/D4的比率可以是介于0.3298与0.3679之间。
有利地，本文描述的实施方案为空气循环机提供在转子爆裂过程中可以保持适当的风扇轨迹的优化的风扇轴。另外，有利地，本文描述的实施方案可以提供用于使操作过程中风扇轴中的应力最小化。
虽然仅结合有限数目的实施方案对本公开进行了详细描述，但应容易理解，本公开不限于此类公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改，以结合前文未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数目的变化、改变、替代、组合、子组合或等同布置。另外，虽然已描述了本公开的各种实施方案，但应理解，本公开的各方面可以仅包括所描述的实施方案中的一些。
因此，本公开并不被视为受前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (13)

1.一种用于空气循环机的风扇轴，所述风扇轴包括：
主体，所述主体具有由其穿过的轴线以及位于所述主体一端的导引部，所述主体具有第一轴向长度，所述导引部具有第二轴向长度，并且所述导引部相对于所述轴线限定内径并相对于所述轴线限定外径，
其中所述第一轴向长度是4.215 ± 0.005英寸(10.706 ± 0.013 cm)。
2. 如权利要求1所述的风扇轴，其中所述第二轴向长度是0.490 ± 0.025英寸(1.245± 0.064 cm)。
3. 如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述内径是1.0991 ± 0.0002英寸(2.7917 ± 0.0005 cm)。
4. 如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述外径是1.405 ± 0.005英寸(3.569 ± 0.013 cm)。
5.如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述第一轴向长度与所述第二轴向长度之间的比率是介于8.1748与9.0753之间。
6.如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述第一轴向长度与所述内径之间的比率是介于3.8297与3.8402之间。
7.如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述第一轴向长度与所述外径之间的比率是介于2.9858与3.0143之间。
8.如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述内径与所述第二轴向长度之间的比率是介于2.1338与2.3641之间。
9.如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述内径与所述外径之间的比率是介于0.7794与0.7852之间。
10.如前述权利要求中任一项所述的风扇轴，其中所述第二轴向长度与所述外径之间的比率是0.3298和0.3679。
11.一种用于空气循环机的风扇轴，所述风扇轴包括：
主体，所述主体具有由其穿过的轴线以及位于所述主体一端的导引部，所述主体具有第一轴向长度，所述导引部具有第二轴向长度，并且所述导引部相对于所述轴线限定内径并相对于所述轴线限定外径，
其中所述第一轴向长度与所述第二轴向长度之间的比率是介于8.1748与9.0753之间。
12.如权利要求11所述的风扇轴，其中所述第二轴向长度与所述外径之间的比率是0.3298和0.3679。
13. 如权利要求11-12中任一项所述的风扇轴，其中所述第一轴向长度是4.215 ±0.005英寸(10.706 ± 0.013 cm)。
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