CN110645161A - 机载微型高压压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种机载微型高压压缩机，充分结合速度型压缩和活塞式压缩的优势实现一体化设计。采用直流电机同时带动风轮和斜盘柱塞运动，通过风轮旋转对空气实现速度型初级压缩，不但吸气能力强、流量大，为活塞式压缩提供高压气源，而且还可以对电机和活塞式压缩中的气缸进行强制风冷冷却。活塞式压缩采用变截面斜盘柱塞式多级增压方式，增大系统压比，通过单向阀确保气体顺序增压，最终输出高压气体。该种结构方式不但体积重量小，实现了微型化设计，而且冷却效果较好，工作效率也会得到大幅提升，能够为战机在高空域内实时在线提供高压空气。

Description

机载微型高压压缩机

技术领域

本发明涉及一种机载微型高压压缩机，主要是在战机飞行空域内压缩空气，为战机提供持续高压压缩气体。

背景技术

机载微型高压压缩机主要是为隐身战机舱内武器弹射、红外导引头和热成像设备冷却提供持续高压压缩空气。机载微型高压压缩机应具备输出压力高(35Mpa)、质量轻、体积小、功耗低、可靠性高、稳定性好、环境适应性强等性能，这就给压缩机实现高压高效微型化带来了巨大的挑战。由于战机的飞行高度可达12000米以上，随着海拔升高，大气的绝对压力、密度、温度、动力粘度、声速都呈现降低的趋势，从而使得空气压缩过程中的容积系数、压力系数、温度系数和泄漏系数全部明显下降。在12000米的高空大气压力仅有地面大气压力的1/5，不但使得压缩机的压比增大5倍以上，而且对于容积式压缩机直接会影响到初级进气单向阀的开度，进而大幅降低进气质量流量，从而使得压缩效率呈现指数式下降。气体在被压缩过程中会产生大量的热量，而且随着压比的增大产热量也会大大增加，而高海拔空域内散热条件较差，致使压缩机温度迅速升高，不但会对结构和密封产生较大影响，同时也会严重影响压缩效率，甚至还会造成机械故障。因此，机载微型高压压缩机应当满足压比高、散热能力强且体积重量小等要求，目前我国对微型高压压缩机的研究还处于初期阶段，因此突破微型高压压缩机工作机理和关键技术，实现压缩机高压高效微型化设计，对于推动我国机载机电设备发展无疑具有里程碑式的意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种机载微型高压压缩机，充分结合速度型压缩和活塞式压缩的优势实现一体化设计。气体首先进行速度型压缩后，再进行活塞式多级压缩，通过单向阀确保气体顺序压缩，最终输出高压气体。活塞式压缩采用变截面斜盘柱塞式多级增压方式，增大系统压比，但是吸气压力较高且产生大量的热量。因此采用速度型压缩作为初级压缩，不但可以为活塞式压缩提供较高压力和流量的气源，而且还可以对活塞式压缩进行风冷降温冷却，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明为一种机载微型高压压缩机，包括端盖、电机、外壳、传动轴、风轮、斜盘柱塞、气缸、活塞、舌簧阀、进气单向阀、排气单向阀和配流盘。

电机作为压缩机的动力源，可同时为速度型压缩和活塞式压缩提供动力。电机采用直流无刷电机直接带动叶轮旋转对气体进行初级压缩，并通过斜盘柱塞将电机的旋转运动转换为活塞的往复直线运动进行活塞式压缩气体。外壳采用一体化设计将叶轮和活塞式压缩有杆腔形成一个封闭的腔体，作为压缩机初级压缩容腔。在端盖上加工进气孔，当电机带动风轮旋转时，空气经进气孔进入压缩机形成进气气流对电机冷却，进入压缩机的空气经风轮加速增压进入初级压缩容腔，完成速度型增压，这一过程成为初级压缩。初级压缩后的气体一方面作为活塞式压缩的气源，另一反面通过活塞式压缩气缸四周的微型孔流道流出，对气缸进行风冷降温冷却。活塞式压缩采用多级增压方式，在活塞式压缩一级压缩的活塞上安装舌簧阀作为进气单向阀，在配流盘上安装多个锥式单向阀作为进排气单向阀并加工气体流道确保压缩气体的顺序增压，最终通过排气单向阀将气体压缩进入高压气瓶，完成空气增压。

本发明为一种机载微型高压压缩机，通过将速度型压缩和活塞式压缩充分结合实现多级压缩，不但结构紧凑，可实现微型化设计，而且冷却效果较好，工作效率也会得到大幅提升。

附图说明

下面结合附图对本发明进行说明。其中：

图1是根据本发明一个实施方式的一种机载微型高压压缩机结构示意图；

图2是根据本发明一个实施方式的一种机载微型高压压缩机活塞式压缩气缸及微型孔分布结构示意图；

具体实施方式

下文将结合附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解，下面的说明的实施方式仅仅是示例性的，而非限制性。

如图1所示，机载微型高压压缩机包括：端盖1、电机2、外壳3、传动轴4、风轮5、斜盘柱塞6、气缸7、活塞8、舌簧阀9、进气单向阀10、排气单向阀11和配流盘12。

如图1所示，在端盖1上加工多个进气孔13，端盖1通过螺栓与外壳3 连接，端盖1还可以通过轴承为传动轴4提供回转支撑。

如图1所示，电机2采用永磁直流同步电机，主要是由电机定子14和电机转子15组成，电机定子14直接与外壳3联接，电机转子15与传动轴4联接，这样电机转子15在电磁场的作用下带动传动轴4旋转。

如图1所示，传动轴4与风轮5、斜盘柱塞6联接，风轮5可以安装在电机转子15的两端任意一侧，风轮5可以是离心式或轴流式叶片，电机转子14 通过传动轴4带动风轮5旋转，此时气体经端盖1上进气孔12和电机定子14 与电机转子15之间的缝隙然后进入风轮5完成吸气过程，该吸气气流可实现对电机2风冷冷却。

如图1、2所示，风轮5、外壳3和气缸7形成初级压缩容腔16，空气经风轮5加速后进入初级压缩容腔16中，实现速度型压缩。在气缸7的周围加工多个细长微型孔17，这样初级压缩容腔16中的高压气体可以通过微型孔 17进入大气中。由于微型孔17的等效流体直径较小，且密闭腔体16与大气之间的压差较大，微型孔17中气体的流速较快，对气缸7风冷冷却效果较好。

如图1所示，气缸7和活塞8形成一组活塞式压缩，活塞8与斜盘柱塞6 连接，在传动轴4和斜盘柱塞6的作用下带动活塞8实现往复直线运动。

如图1、2所示，采用多组活塞式压缩，多个气缸7采用变截面设计，气缸7中心分布在同一个圆周上。在配流盘11上安装多个进气单向阀10和排气单向阀11，并在配流盘11上加工多个流道，确保气体由横截面直径较大的气缸7逐级进入横截面直径较小的气缸7中，实现逐级顺序增压。

如图1所示，在活塞式压缩一级压缩活塞8上直接安装1组或多组舌簧阀9作为活塞式一级压缩的进气单向阀，这样利用惯性原理使得舌簧阀9提前开启和关闭，增强其吸气能力。

基于该公开，在图示和说明特征的配置和操作序列中的许多变形例对于本领域技术人员而言是明显的。因而，应当领略的是，在不偏离权利要求主题的精神和范畴的情况下，可以对本专利做出各种改变。

Claims (1)

1.一种机载微型高压压缩机，其特征在于包括：端盖1、电机2、外壳3、传动轴4、风轮5、斜盘柱塞6、气缸7、活塞8、舌簧阀9、进气单向阀10、排气单向阀11和配流盘12。

电机2采用永磁直流同步电机，通过传动轴4与风轮5和斜盘柱塞6联接。风轮5可以安装在电机2的两端任意一侧，风轮5选用不限于1个的轴流式或离心式叶片，当电机2带动风轮5旋转时，将外部的空气吸入压缩机内并对空气进行加速，实现速度型压缩。电机2的旋转运动通过斜盘柱塞6转化为活塞的往复直线运动，实现活塞式压缩。

外壳3采用整体化设计，为电机2、传动轴4、风轮5、斜盘柱塞6和气缸7提供安装空间，风轮5、外壳3和气缸7形成初级压缩容腔16，在气缸7的周围加工细长微型孔17。气缸7和活塞8采用变直径设计，在最大直径活塞8上安装舌簧9作为进气单向阀，并通过多个(不限于1个)气单向阀10和排气单向阀11将多个(不限于1个)气缸7联通实现多级增压。

当电机2带动风轮5旋转时，通过吸气气流对电机自身冷却，通过将空气加速压缩进入初级压缩容腔16。初级压缩容腔16中一部分气体通过细长微型孔17流入大气对气缸7进行强制风冷冷却，另一部分气体通过舌簧阀9进入气缸7中，为活塞式压缩提供气源。因此，通过速度型压缩和多级活塞式压缩将空气逐级增压，最终输出高压气体，同时速度型压缩还对压缩机系统进行强制风冷冷却。

Images