CN216342350U - 一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，由制冷涡轮、动力涡轮和压气机组成，结构上动力涡轮位于压气机和制冷涡轮之间。压气机由轴向进气，径向排气。动力涡轮由径向进气，在动力涡轮蜗壳上通过结构设计使气体从动力涡轮叶轮出来后通过蜗壳流道从径向排出。制冷涡轮由径向进气，轴向排气。制冷涡轮叶轮、动力涡轮叶轮和压气机叶轮安装在同一传动轴上。涡轮冷却器采用空气动压轴承传动，径向轴承分别安装在压气机和制冷涡轮一侧，止推轴承安装在动力涡轮叶轮和制冷涡轮叶轮之间。本实用新型涡轮冷却器具有制冷效率高(4kW)、寿命长、免维护等特点，特别适合于吊舱环控系统的空调制冷，也可用于飞机、直升机环控系统的空调制冷。

Description

一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器

技术领域

本实用新型属于机载吊舱环控系统中的制冷设备，涉及一种适用于机载吊舱的三轮式空气动压轴承涡轮冷却器结构，可以应用于航空、船舶和电子等领域的空调制冷和电子设备冷却。

背景技术

随着航空技术的高速发展，航空装备的电子化程度得到了迅速提高，军事战争步入信息化、电子化时代。为了实现精确打击、侦查及电子对抗等方面的功能，装备配备了大量的电子设备，受环境空间限制，电子设备集成度高、功率大。涡轮制冷依然是飞机、直升机、吊舱等环控系统的首选制冷设备，空气动压轴承传动的增压涡轮因效率高、寿命长、维护方便已成为航空涡轮的优选技术。

发明内容

本实用新型旨在提供一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，替代现有的常规轴承传动的增压涡轮，解决常规轴承传动的增压涡轮存在的效率低、寿命短以及需要定时维护的使用问题，提高机载吊舱的可靠性和使用效率。

本实用新型是通过如下技术方案予以实现的：

一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，包括连接在同一根轴上的制冷涡轮、动力涡轮和压气机，且动力涡轮位于压气机和制冷涡轮之间；

所述制冷涡轮包括制冷涡轮蜗壳、制冷涡轮叶轮和制冷涡轮喷嘴；

所述动力涡轮包括动力涡轮蜗壳、动力涡轮叶轮和动力涡轮喷嘴，动力涡轮为径向进气和径向排气；

所述压气机包括压气机蜗壳、压气机叶轮和压气机扩压器；

所述轴包括左半轴和右半轴，左半轴的左端与压气机叶轮相连，右半轴的右端与制冷涡轮叶轮相连，左半轴的右端以及右半轴的左端同时与动力涡轮叶轮相连，右半轴上设置有止推盘；

还包括，

径向轴承，所述径向轴承为空气动压轴承，且两个所述径向轴承分别安装在左半轴和右半轴上；径向轴承是圆筒状，分别套装在左、右半轴的光滑圆柱段表面；

止推轴承，所述止推轴承为空气动压轴承，止推轴承位于动力涡轮和制冷涡轮之间，且两个所述止推轴承分别安装在右半轴的止推盘两侧。

作为一种选择，所述左半轴和右半轴为空心轴，连接杆依次穿过压气机叶轮的轮毂、左半轴的空心内腔、动力涡轮叶轮的轮毂、右半轴的空心内腔和制冷涡轮叶轮的轮毂。

作为一种选择，所述制冷涡轮叶轮、动力涡轮叶轮和压气机叶轮均为径-轴流式叶轮，制冷涡轮喷嘴和动力涡轮喷嘴为月牙结构，压气机扩压器为楔形结构。

作为一种选择，

所述制冷涡轮叶轮包括多个沿着叶轮圆周方向均布的第一长叶片和第一短叶片，且第一长叶片和第一短叶片的数量相等；

所述动力涡轮叶轮包括多个沿着叶轮圆周方向均布的第二长叶片和第二短叶片，且第二长叶片和第二短叶片的数量相等；

所述压气机叶轮包括多个沿着叶轮圆周方向均布的第三长叶片和第三短叶片。

作为一种选择，所述压气机蜗壳、动力涡轮蜗壳和制冷涡轮蜗壳中的流道均采用等径结构，即整个流量等截面，如此，便于加工制造。

作为一种选择，制冷涡轮叶轮、动力涡轮叶轮和压气机叶轮均为开式叶轮，在压气机叶轮和动力涡轮叶轮叶尖位置设置有帽盖结构，保证气流流动通畅。

作为一种选择，所述动力涡轮蜗壳上设置有径向排气结构流道，动力涡轮叶轮5出口的气体通过动力涡轮蜗壳上的径向排气结构流道排出。

作为一种选择，所述涡轮冷却器转速50000r/min～60000r/min，制冷量大于等于4kW，制冷涡轮膨胀比为2.2，制冷效率78％，动力涡轮膨胀比1.5，制冷效率70％，压气机压比为1.5，压气机效率为75％。

本实用新型中压气机由轴向进气，径向排气。动力涡轮由径向进气，在动力涡轮蜗壳上通过结构设计使气体从动力涡轮叶轮出来后通过蜗壳流道从径向排出。制冷涡轮由径向进气，轴向排气。制冷涡轮叶轮、动力涡轮叶轮和压气机叶轮安装在同一传动轴上，传动轴由三部分轴组成，动力涡轮叶轮的轮毂作为轴的一部分。需要说明的是，本实用新型中的轴向是指制冷涡轮、动力涡轮和压气机同时旋转的旋转轴线方向，径向是指垂直于旋转轴线的圆周上的直径线方向。

与现有技术相比，本实用新型是一种空气动压轴承传动的涡轮冷却器，本实用新型的三轮式机载吊舱涡轮冷却器采用了止推轴承和径向轴承的组合，止推轴承和径向轴承均为空气动压轴承，分别承受径向力和轴向力。径向轴承安装时套在左半轴和右半轴的表面上，止推轴承安装时贴合在止推盘上，这种结构设计使得制冷涡轮、动力涡轮和压气机的可靠性和使用效率得到提高。动力涡轮蜗壳采用双层结构设计，径向进气径向排气，进一步提高了吊舱涡轮冷却器的紧凑程度。

附图说明

图1为三轮式空气动压轴承涡轮冷却器总体结构图；

图2为三轮式轴系结构图；

图3为制冷涡轮叶轮结构图；

图4为制冷涡轮喷嘴结构图；

图5为动力涡轮叶轮结构图；

图6为动力涡轮喷嘴结构图；

图7为压气机叶轮结构图；

图8为压气机扩压器结构图；

图9为动力涡轮蜗壳结构图；

图中，1-压气机蜗壳、2-压气机叶轮、21-第三长叶片、22第三短叶片、3-压气机扩压器、4-动力涡轮蜗壳、5-动力涡轮叶轮、51-第二长叶片、52-第二短叶片、6-动力涡轮喷嘴、7-制冷涡轮喷嘴、8-制冷涡轮叶轮、81-第一长叶片、82-第一短叶片、9-制冷涡轮蜗壳、10-右半轴、11-径向轴承、12-止推轴承、13-左半轴、14-出口、15-进口、16-止推盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但不应就此理解为本实用新型所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本实用新型的范围内。

本实用新型的三轮式机载吊舱涡轮冷却器包括制冷涡轮、动力涡轮和压气机，根据制冷涡轮、动力涡轮和压气机的指标需求，分别设计制冷涡轮、动力涡轮和压气机的性能，获得了制冷涡轮、动力涡轮和压气机的叶轮参数，具体包括叶轮直径、叶片数、叶片进出口高度等参数。三轮式机载吊舱涡轮冷却器中采用空气动压轴承(包括径向轴承11和止推轴承10)后，涡轮冷却器的设计转速可以提高非常多，转速越高，效率就相对提升越高。与两轮式的制冷涡轮和压气机结构相比，三轮式机载吊舱涡轮冷却器增加了一个动力涡轮，涡轮动力更大。

制冷涡轮叶轮8直径为

叶片数为12，采用长、短叶片混合，长、短叶片各6片沿周均布。叶片进口高度为5.0mm，出口高度为7.5mm。制冷涡轮喷嘴7采用月牙结构，叶片数为19。

动力涡轮叶轮5直径为

叶片数为14，采用长、短叶片混合，长、短叶片各7片沿周均布。叶片进口高度为8.5mm，出口高度为7.0mm。动力涡轮喷嘴6采用月牙结构，叶片数为19。

压气机叶轮2直径为

叶片数为16，采用长、短叶片混合，长、短叶片各8片沿周均布。叶片进口高度为11.0mm，出口高度为4.4mm。压气机扩压器3采用楔形结构，叶片数为17。

性能设计完成后，获得了满足性能需求的结构参数，然后开展轴系结构设计，动力涡轮叶轮5位于压气机叶轮2和制冷涡轮叶轮8之间，动力涡轮叶轮5的轮毂作为轴的一部分。轴由三部分组成，包括左半轴13、动力涡轮叶轮5的轮毂和右半轴10，右半轴10上设置有一块止推盘16。

压气机蜗壳1、动力涡轮蜗壳4和制冷涡轮蜗壳9采用等截面结构设计，其中，动力涡轮叶轮5出口气体通过动力涡轮蜗壳4结构流道设计成径向排气，具体的，动力涡轮蜗壳4采用双层流道结构，保证气体从动力涡轮叶轮5出来后从径向进行排气。理论上动力涡轮叶轮5应该是径向进气，轴向排气，但是在本实用新型的结构中无法直接从轴向排气，所以将动力蜗壳4结构设计为两个流道，气体从动力涡轮叶轮5出来后通过流道强制其径向排气，如图1中箭头所示，在动力蜗壳4上有两个口。

如图1所示，三轮式机载吊舱涡轮冷却器包括压气机蜗壳1、压气机叶轮2、压气机扩压器3、动力涡轮蜗壳4、动力涡轮叶轮5、动力涡轮喷嘴6、制冷涡轮喷嘴7、制冷涡轮叶轮8、制冷涡轮蜗壳9、右半轴10、径向轴承11、止推轴承12和左半轴13，为整体装配结构。

如图2所示，轴由三部分组成，包括左半轴13、动力涡轮叶轮5的轮毂和右半轴10，通过转子动力学分析，确定轴的长度以及动力涡轮叶轮5、制冷涡轮叶轮8和压气机叶轮2在轴上的安装位置。右半轴10上设置有止推盘16，止推盘16的左、右两侧端面上分别安装1个止推轴承12，止推轴承12为空气动压轴承。图2中标识了A、B、C、D四个位置，其中A和B位置用于安装止推轴承12(即止推轴承12在止推盘16的两个端面，止推盘16是一个圆盘状结构)，C和D位置分别用于安装径向轴承11(即径向轴承11套接在左半轴13和右半轴10的轴表面)，径向轴承11为空气动压轴承。

如图3所示，制冷涡轮叶轮8为径-轴流式结构，采用长、短叶片均匀布局，叶片数为长叶片6片，短叶片为6片。

如图4所示，制冷涡轮喷嘴7采用月牙结构，叶片数为19，沿周均布，叶片高度3.2mm，通道宽度为3.2mm，进口直径92mm，出口直径74mm。

如图5所示，动力涡轮叶轮5为径-轴流式结构，采用长、短叶片均匀布局，叶片数为长叶片7片，短叶片为7片。

如图6所示，动力涡轮喷嘴6采用月牙结构，叶片数为19，沿周均布，叶片高度8.6mm，通道宽度为2.4mm，进口直径74mm，出口直径56mm。

如图7所示，压气机叶轮2为径-轴流式结构，采用长、短叶片均匀布局，叶片数为长叶片8片，短叶片为8片。

如图8所示，压气机扩压器3采用楔形结构，叶片数为17，沿周均布，叶片高度3.2mm，通道角度5℃，进口直径82.2mm，出口直径88.6mm。

如图9所示，动力涡轮的动力涡轮蜗壳4采用双层结构设计(双层结构是指进气流道和排气流道平行，都在径向)，使从动力涡轮叶轮5出来的气体从出口14径向排出，动力涡轮蜗壳4上设置有进口15，使得气体从径向进入，并将左半轴13上径向轴承11的安装孔与压气机蜗壳1设计成一个整体，使产品结构更紧凑。

Claims (8)

1.一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：包括连接在同一根轴上的制冷涡轮、动力涡轮和压气机，且动力涡轮位于压气机和制冷涡轮之间；

所述制冷涡轮包括制冷涡轮蜗壳(9)、制冷涡轮叶轮(8)和制冷涡轮喷嘴(7)；

所述动力涡轮包括动力涡轮蜗壳(4)、动力涡轮叶轮(5)和动力涡轮喷嘴(6)，动力涡轮为径向进气和径向排气；

所述压气机包括压气机蜗壳(1)、压气机叶轮(2)和压气机扩压器(3)；

所述轴包括左半轴(13)和右半轴(10)，左半轴(13)的左端与压气机叶轮(2)相连，右半轴(10)的右端与制冷涡轮叶轮(8)相连，左半轴(13)的右端以及右半轴(10)的左端同时与动力涡轮叶轮(5)相连，右半轴(10)上设置有止推盘(16)；

还包括，

径向轴承(11)，所述径向轴承(11)为空气动压轴承，且两个所述径向轴承(11)分别安装在左半轴(13)和右半轴(10)上；

止推轴承(12)，所述止推轴承(12)为空气动压轴承，止推轴承(12)位于动力涡轮和制冷涡轮之间，且两个所述止推轴承(12)分别安装在右半轴(10)的止推盘(16)两侧。

2.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：所述左半轴(13)和右半轴(10)为空心轴，连接杆依次穿过压气机叶轮(2)的轮毂、左半轴(13)的空心内腔、动力涡轮叶轮(5)的轮毂、右半轴(10)的空心内腔和制冷涡轮叶轮(8)的轮毂。

3.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：所述制冷涡轮叶轮(8)、动力涡轮叶轮(5)和压气机叶轮(2)均为径-轴流式叶轮，制冷涡轮喷嘴(7)和动力涡轮喷嘴(6)为月牙结构，压气机扩压器(3)为楔形结构。

4.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：

所述制冷涡轮叶轮(8)包括多个沿着叶轮圆周方向均布的第一长叶片(81)和第一短叶片(82)，且第一长叶片(81)和第一短叶片(82)的数量相等；

所述动力涡轮叶轮(5)包括多个沿着叶轮圆周方向均布的第二长叶片(51)和第二短叶片(52)，且第二长叶片(51)和第二短叶片(52)的数量相等；

所述压气机叶轮(2)包括多个沿着叶轮圆周方向均布的第三长叶片(21)和第三短叶片(22)。

5.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：所述压气机蜗壳(1)、动力涡轮蜗壳(4)和制冷涡轮蜗壳(9)中的流道均采用等径结构。

6.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：制冷涡轮叶轮(8)、动力涡轮叶轮(5)和压气机叶轮(2)均为开式叶轮，在压气机叶轮(2)和动力涡轮叶轮(5)叶尖位置设置有帽盖结构。

7.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：所述动力涡轮蜗壳(4)上设置有径向排气结构流道，动力涡轮叶轮(5)出口的气体通过动力涡轮蜗壳(4)上的径向排气结构流道排出。

8.根据权利要求1所述的一种三轮式机载吊舱涡轮冷却器，其特征在于：所述涡轮冷却器转速50000r/min～60000r/min，制冷量大于等于4kW，制冷涡轮膨胀比为2.2，制冷效率78％，动力涡轮膨胀比1.5，制冷效率70％，压气机压比为1.5，压气机效率为75％。

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