空氣軸承軸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于空氣循環(huán)機的空氣軸承軸。所述空氣軸承軸包括密封盤和軸主體。所述軸主體包括從所述密封盤的面延伸至刀刃密封部的第一軸主體部分。所述第一軸主體部分包括軸頸軸承冷卻孔，所述軸頸軸承冷卻孔軸向地定位成離所述刀刃密封部比離所述密封盤的所述面更近。所述軸頸軸承冷卻孔延伸穿過所述第一軸主體部分到中空內(nèi)部并且具有總冷卻面積。啟動孔軸向地定位成離所述密封盤的所述面比離所述刀刃密封部更近。所述啟動孔延伸穿過所述第一軸主體部分到所述中空內(nèi)部。所述啟動孔具有總啟動面積。所述總冷卻面積與所述總啟動面積的比率是在2.17與4.06之間。
【專利說明】空氣軸承軸
[0001]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明示例性實施方案大體涉及飛機環(huán)境控制系統(tǒng)，并且更具體地，涉及被用作飛機環(huán)境控制系統(tǒng)的部分的空氣循環(huán)機的空氣軸承軸。
[0003]常規(guī)飛機環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)包含空氣循環(huán)機(ACM)(也被稱為空氣循環(huán)冷卻機)用于對供應(yīng)至飛機艙的空氣進行冷卻和除濕。ACM可以包括被安裝用于在軸上共轉(zhuǎn)的離心壓縮機和離心渦輪。以軸頸軸承和止推軸承的形式的空氣軸承典型地用來支持軸的旋轉(zhuǎn)。離心壓縮機進一步部分地壓縮被壓縮的空氣，所述被壓縮的空氣諸如從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的壓縮機接收的排出空氣。被壓縮的空氣在返回至離心渦輪之前排出至下游的熱交換器或其它系統(tǒng)。被壓縮的空氣在渦輪中膨脹從而驅(qū)動壓縮機。從渦輪輸出的空氣可以被利用作為交通工具(諸如飛機的艙)的空氣供給。
發(fā)明概要
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供用于空氣循環(huán)機的空氣軸承軸。該空氣軸承軸包括密封盤和軸主體。該軸主體包括從該密封盤的面延伸至刀刃密封部的第一軸主體部分。該第一軸主體部分包括多個軸頸軸承冷卻孔,所述多個軸頸軸承冷卻孔軸向地定位成離刀刃密封部比密封盤的面更近。軸頸軸承冷卻孔延伸穿過第一軸主體部分到中空內(nèi)部。軸頸軸承冷卻孔具有總冷卻面積。啟動孔軸向地定位成離密封盤的面比離刀刃密封部更近。啟動孔延伸穿過第一軸主體部分到中空內(nèi)部。啟動孔具有總啟動面積?？偫鋮s面積與總啟動面積的比率是在2.17與4.06之間。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供空氣循環(huán)機總成?？諝庋h(huán)機總成包括軸頸軸承和空氣軸承軸。該空氣軸承軸包括密封盤和軸主體。該軸主體包括定位在軸頸軸承內(nèi)的第一軸主體部分。該第一軸主體部分從密封盤的面延伸至刀刃密封部。該第一軸主體部分包括多個軸頸軸承冷卻孔,所述多個軸頸軸承冷卻孔軸向地定位成離刀刃密封部比密封盤的面更近。軸頸軸承冷卻孔延伸穿過第一軸主體部分到中空內(nèi)部。軸頸軸承冷卻孔具有總冷卻面積。啟動孔軸向地定位成離密封盤的面比離刀刃密封部更近。啟動孔延伸穿過第一軸主體部分到中空內(nèi)部。啟動孔具有總啟動面積?？偫鋮s面積與總啟動面積的比率是在
2.17與4.06之間。
[0006]將空氣軸承軸安裝在空氣循環(huán)機總成中的方法包括將空氣軸承軸插入到軸頸軸承中。該空氣軸承軸包括密封盤和軸主體。該軸主體包括定位在軸頸軸承內(nèi)的第一軸主體部分。該第一軸主體部分從密封盤的面延伸至刀刃密封部。該第一軸主體部分包括多個軸頸軸承冷卻孔，所述多個軸頸軸承冷卻孔軸向地定位成離刀刃密封部比密封盤的面更近。軸頸軸承冷卻孔延伸穿過第一軸主體部分到中空內(nèi)部，并且軸頸軸承冷卻孔具有總冷卻面積。啟動孔軸向地定位成離密封盤的面比離刀刃密封部更近。啟動孔延伸穿過第一軸主體部分到中空內(nèi)部。啟動孔具有總啟動面積?？偫鋮s面積與總啟動面積的比率是在2.17與
4.06之間。該方法也包括將空氣軸承軸聯(lián)接到空氣循環(huán)機總成的止推軸，以及將空氣軸承軸聯(lián)接到空氣循環(huán)機總成的渦輪轉(zhuǎn)子。[0007]附圖簡述
[0008]被視為本發(fā)明的主題特別地被指出并且明確地在本說明書的結(jié)尾處的權(quán)利要求中被要求保護。本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)勢根據(jù)結(jié)合附圖所作的下列詳細(xì)描述是明顯的，在附圖中:
[0009]圖1是根據(jù)實施方案的空氣循環(huán)機(ACM)的橫截面；
[0010]圖2是根據(jù)實施方案的圖1的ACM的空氣軸承軸的透視圖；
[0011]圖3是根據(jù)實施方案的圖2的空氣軸承軸的橫截面；
[0012]圖4是根據(jù)實施方案的圖2的空氣軸承軸的多個啟動孔的橫截面；以及
[0013]圖5是根據(jù)實施方案的圖2的空氣軸承軸的多個軸頸軸承冷卻孔的橫截面。
[0014]通過參考附圖以示例的方式的詳細(xì)描述解釋本發(fā)明的實施方案連同優(yōu)勢和特征。
【具體實施方式】
[0015]現(xiàn)在參照圖1，示例性空氣循環(huán)機(ACM) 10包括壓縮機進口 18，該壓縮機進口 18被構(gòu)造成輸送空氣至壓縮機轉(zhuǎn)子24。壓縮機轉(zhuǎn)子24壓縮空氣并且朝壓縮機出口 26輸送空氣。壓縮機出口 26可以將被壓縮的空氣傳遞至飛機空氣供應(yīng)系統(tǒng)(未描繪)。此外，被壓縮的空氣的一部分從壓縮機出口 26傳遞至渦輪進口 28，并且驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子30繞軸線A旋轉(zhuǎn)。通過渦輪轉(zhuǎn)子30膨脹的被冷卻的空氣也被用作飛機空氣供應(yīng)系統(tǒng)(未描繪)的部分。
[0016]如所圖示的，橫拉桿17連接壓縮機轉(zhuǎn)子24和渦輪轉(zhuǎn)子30。橫拉桿17也連接到風(fēng)扇轉(zhuǎn)子32，使得壓縮機轉(zhuǎn)子24、渦輪轉(zhuǎn)子30和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子32都被構(gòu)造成繞軸線A旋轉(zhuǎn)。
[0017]冷卻空氣進口 35從渦輪進口 28放出空氣，并且將該空氣輸送進室34。來自室34的空氣經(jīng)過止推軸承表面36與止推盤40之間。止推盤40是止推軸38的部分。止推軸38具有在止推盤40的一側(cè)上的向前延伸部分54，向前延伸部分54被接納在空氣軸承軸121中的表面120內(nèi)。沿著止推軸承表面36經(jīng)過的空氣被傳遞到軸頸軸承41和軸頸軸承42，所述軸頸軸承41和軸頸軸承42是空氣軸承。止推軸38的一部分被定位在軸頸軸承41內(nèi)，并且空氣軸承軸121的一部分被定位在軸頸軸承42內(nèi)。沿著軸頸軸承42傳遞的空氣到達(dá)多個軸頸軸承冷卻孔200并且能夠進入到空氣軸承軸121的中空內(nèi)部52中?？諝廨S承軸121也包括貼近表面120的密封盤50。多個啟動孔65軸向地定位在空氣軸承軸121上以對準(zhǔn)在軸頸軸承42和密封盤50的面53之間形成的腔66。
[0018]對于各種壓力范圍和工作條件，啟動孔65和軸頸軸承冷卻孔200的大小有助于控制空氣經(jīng)過孔的相對體積。在實施方案中，啟動孔65減小啟動ACMlO所需的壓力。軸頸軸承冷卻孔200確保充分的冷卻流至軸頸軸承42并且也將啟動壓力要求降低。
[0019]在空氣軸承軸端68和軸頸軸承冷卻孔200之間，空氣軸承軸121進一步包括刀刃密封部70和定位成接近密封脊(seal land) 80的一組刀刃密封部72?？諝廨S承軸端68聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子30的渦輪轉(zhuǎn)子端82。
[0020]ACMlO也包括本領(lǐng)域已知的若干其它部件。ACMlO的兩個或更多個部件的任意組合在本文中大體可以被視為ACM總成。
[0021]圖2是根據(jù)實施方案的圖1的ACMlO的空氣軸承軸121的透視圖。空氣軸承軸121的軸主體64包括從密封盤50的面53延伸至刀刃密封部70的第一軸主體部分74。第一軸主體部分74包括軸頸軸承冷卻孔200，所述軸頸軸承冷卻孔200軸向地定位成離刀刃密封部70比離密封盤50的面53更近。軸頸軸承冷卻孔200延伸穿過第一軸主體部分74至空氣軸承軸121的中空內(nèi)部52。第一軸主體部分74也包括啟動孔65，所述啟動孔65軸向地定位成離密封盤50的面53比離刀刃密封部70更近。啟動孔65延伸穿過第一軸主體部分74至空氣軸承軸121的中空內(nèi)部52。
[0022]軸主體64也包括第二軸主體部分76。第二軸主體部分76貼近第一軸主體部分74的刀刃密封部70并且延伸至空氣軸承軸端68。第二軸主體部分76包括定位在刀刃密封部70和刀刃密封部組72之間的多個密封排氣孔78。密封排氣孔78提供級間排氣以為了更好的密封性能。
[0023]圖3是根據(jù)實施方案的圖2的空氣軸承軸121的橫截面。在實施方案中，第一軸主體部分74具有約0.9英寸(2.286cm)的外徑Dl和約0.705英寸(1.791cm)的內(nèi)徑D2。第一軸主體部分74也可以包括使內(nèi)徑D2延伸約0.03英寸(0.0762cm)的附加中空部分HI。第二軸主體部分76具有約0.81英寸(2.057cm)的外徑D3。
[0024]若干特征長度相對于空氣軸承軸端68的端平面E進行定義。在實施方案中，空氣軸承軸121具有約2.895英寸(7.353cm)的長度LI。密封盤50的面53相對端平面E具有約2.535英寸(6.439cm)的長度L2。在實施方案中，附加中空部分Hl的過渡部由相對于端平面E的長度L3和L5沖銷，其中L3為約2.405英寸(6.109cm)并且L5為約0.92英寸(2.337cm)。在第一軸主體部分74上的啟動孔65的軸向放置受相對于端平面E的長度L2和長度L4的約束，其中長度L4為約1.84英寸(4.674cm)。軸頸軸承冷卻孔200被定位在相對于端平面E約0.745英寸(1.892cm)的長度L6處。刀刃70定位在離端平面E約0.645英寸(1.638cm)的長度L7處。密封排氣孔78定位在離端平面E約0.545英寸(1.384cm)的長度L8處。刀刃密封部組72從端平面E偏移約0.255英寸(0.648cm)的長度L9。
[0025]圖4是根據(jù)實施方案的圖2的空氣軸承軸121的多個啟動孔65的橫截面。在實施方案中，啟動孔65從端平面E偏移約2.12英寸(5.385cm)的長度L10。然而，如先前所描述的，能夠使啟動孔65沿著第一軸主體部分74移位，使得啟動孔65軸向地定位成對準(zhǔn)圖1中形成在圖1的軸頸軸承42和密封盤50的面53之間的腔66。在實施方案中，存在兩個啟動孔65，該兩個啟動孔65基本上以約180度均勻分布在基本上軸向地對準(zhǔn)的位置。各個啟動孔65具有約0.055英寸(0.140cm)的直徑D4。據(jù)此，總啟動面積為約0.00478平方英寸(0.0308cm2)。
[0026]圖5是根據(jù)實施方案的圖2的空氣軸承軸121的多個軸頸軸承冷卻孔200的橫截面。在實施方案中，存在十二個啟動孔200，該十二個啟動孔200基本上以約30度的角度Θ均勻分布在基本上軸向地對準(zhǔn)的位置。軸頸軸承冷卻孔200與啟動孔65的數(shù)量的比率是6:1。各個軸頸軸承冷卻孔200具有約0.078英寸(0.198cm)的直徑D5。據(jù)此，總冷卻面積為約0.00238平方英寸(0.0153cm2)。
[0027]圖1的ACMlO內(nèi)部的各種腔中的壓力影響止推負(fù)荷和啟動。空氣流受到ACMlO的多個特征部且特別是空氣軸承軸121的多個特征部之間的尺寸定位關(guān)系的組合的控制。在實施方案中，總冷卻面積與總啟動面積的比率是在2.17與4.06之間。軸頸軸承冷卻孔200中的一個的直徑D5與啟動孔65中的一個的直徑D4的比率在1.21與1.66之間。第一軸主體部分74的外徑Dl與軸頸軸承冷卻孔200中的一個的直徑D5的比率是在10.78與12.40之間。第一軸主體部分74的外徑Dl與啟動孔65中的一個的直徑D4的比率是在14.91與18.1之間。第一軸主體部分74的內(nèi)徑D2與軸頸軸承冷卻孔200中的一個的直徑的比率是在8.43與9.73之間。第一軸主體部分74的內(nèi)徑D2與啟動孔65中的一個的直徑D4的比率是在11.66與14.2之間。
[0028]本文參照圖1-圖5描述將空氣軸承軸121安裝在ACMlO中的過程。將空氣軸承軸121安裝在ACMlO中的過程的描述順序不一定意味著過程步驟的特殊需要的順序。空氣軸承軸121被插入到軸頸軸承42中。第一軸主體部分74被定位在軸頸軸承42內(nèi)，使得啟動孔65軸向地對準(zhǔn)在軸頸軸承42與密封盤50的面53之間形成的腔66。軸頸軸承冷卻孔200軸向地對準(zhǔn)在軸頸軸承42和貼近刀刃密封部70和刀刃密封部組72的密封脊80之間?？諝廨S承軸121在向前延伸部分54和表面120處聯(lián)接到止推軸38?？諝廨S承軸121在空氣軸承軸端68和渦輪轉(zhuǎn)子端82處聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子30。聯(lián)接可以通過干涉配合來執(zhí)行。
[0029]雖然已經(jīng)結(jié)合僅有限數(shù)量的實施方案詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)容易理解，本發(fā)明不限于此類公開的實施方案。相反，本發(fā)明可被修改以合并此前尚未被描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、改變、替換物或等同布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實施方案，但是需要理解，本發(fā)明的方面可以僅包括所描述的實施方案中的一些。據(jù)此，本發(fā)明不被視為受到前述描述的限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種空氣軸承軸，其包括: 密封盤；和 軸主體，其包括從所述密封盤的面延伸到刀刃密封部的第一軸主體部分，所述第一軸主體部分包括: 多個軸頸軸承冷卻孔，其軸向地定位成離所述刀刃密封部比離所述密封盤的所述面更近，所述軸頸軸承冷卻孔延伸穿過所述第一軸主體部分到中空內(nèi)部，并且所述軸頸軸承冷卻孔具有總冷卻面積；以及 多個啟動孔，其軸向地定位成離所述密封盤的所述面比離所述刀刃密封部更近，所述啟動孔延伸穿過所述第一軸主體部分至所述中空內(nèi)部，所述啟動孔具有總啟動面積，并且所述總冷卻面積與所述總啟動面積的比率是在2.17與4.06之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其中，所述軸頸軸承冷卻孔基本上均勻分布在基本上軸向地對準(zhǔn)的第一位置處，所述啟動孔基本上均勻分布在基本上軸向地對準(zhǔn)的第二位置處，并且所述軸頸軸承冷卻孔與所述啟動孔的數(shù)量的比率是6: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其中，所述軸頸軸承冷卻孔中的一個的直徑與所述啟動孔中的一個的直徑的比率是在1.21與1.66之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其中，所述第一軸主體部分的外徑與所述軸頸軸承冷卻孔中的一個的直徑的比率是在10.78與12.40之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其中，所述第一軸主體部分的外徑與所述啟動孔中的一個的直徑的比率是在14.91與18.1之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其中，所述第一軸主體部分的內(nèi)徑與所述軸頸軸承冷卻孔中的一個的直徑的比率是在8.43與9.73之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其中，所述第一軸主體部分的內(nèi)徑與所述啟動孔中的一個的直徑的比率是在11.66與14.2之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣軸承軸，其還包括第二軸主體部分，所述第二軸主體部分貼近所述第一軸主體部分的所述刀刃密封部并且延伸至空氣軸承軸端，其中，所述軸頸軸承冷卻孔軸向地定位在離所述空氣軸承軸端的端平面約0.745英寸(1.892cm)處，并且所述啟動孔軸向地定位在離所述空氣軸承軸端的所述端平面約1.84英寸(4.67cm)和2.535 英寸(6.439cm)之間。
9.一種空氣循環(huán)機總成，其包括: 軸頸軸承；和 空氣軸承軸，其包括密封盤和軸主體，所述軸主體包括定位在所述軸頸軸承內(nèi)的第一軸主體部分，所述第一軸主體部分從所述密封盤的面延伸到刀刃密封部，所述第一軸主體部分包括: 多個軸頸軸承冷卻孔，其軸向地定位成離所述刀刃密封部比離所述密封盤的所述面更近，所述軸頸軸承冷卻孔延伸穿過所述第一軸主體部分到中空內(nèi)部，并且所述軸頸軸承冷卻孔具有總冷卻面積；以及 多個啟動孔，其軸向地定位成離所述密封盤的所述面比離所述刀刃密封部更近，所述啟動孔延伸穿過所述第一軸主體部分至所述中空內(nèi)部，所述啟動孔具有總啟動面積，并且所述總冷卻面積與所述總啟動面積的比率是在2.17與4.06之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣循環(huán)機總成，其中，所述軸頸軸承冷卻孔基本上均勻分布在基本上軸向地對準(zhǔn)的第一位置處，所述啟動孔基本上均勻分布在基本上軸向地對準(zhǔn)的第二位置處，并且所述軸頸軸承冷卻孔與所述啟動孔的數(shù)量的比率是6: I。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣循環(huán)機總成，其中，所述軸頸軸承冷卻孔中的一個的直徑與所述啟動孔中的一個的直徑的比率是在1.21與1.66之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣循環(huán)機總成，其中，所述第一軸主體部分的外徑與所述軸頸軸承冷卻孔中的一個的直徑的比率是在10.78與12.40之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣循環(huán)機總成，其中，所述第一軸主體部分的外徑與所述啟動孔中的一個的直徑的比率是在14.91與18.1之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣循環(huán)機總成，其還包括第二軸主體部分，所述第二軸主體部分貼近所述第一軸主體部分的所述刀刃密封部并且延伸至空氣軸承軸端，其中，所述軸頸軸承冷卻孔軸向地定位在離所述空氣軸承軸端的端平面約0.745英寸(1.892cm)處，并且所述啟動孔軸向地定位在離所述空氣軸承軸端的所述端平面約1.84英寸(4.674cm)和2.535英寸(6.439cm)之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空氣循環(huán)機總成，其中，所述啟動孔軸向地定位成與形成在所述軸頸軸承和 所述密封盤的所述面之間的腔對準(zhǔn)。
【文檔編號】F16C3/02GK104033477SQ201410083009
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】D.A.科爾森, C.M.比爾斯, J.H.帕柳利斯 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司