一種四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，該渦輪冷卻器采用空氣動壓軸承支撐，軸系采用四個葉輪共軸設計，排布順序為二級渦輪葉輪—一級渦輪葉輪—壓氣機葉輪—風扇葉輪（T-T-C-F）。與常用的三輪渦輪冷卻器相比，渦輪級從原來的一個渦輪葉輪的膨脹制冷流程轉變?yōu)閮蓚€渦輪葉輪的雙級膨脹制冷模式，從而可以有效解決飛機環(huán)控系統(tǒng)冷凝器結冰凍堵的技術難題，同時也提升了環(huán)控系統(tǒng)的制冷效率。
【專利說明】一種四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪冷卻器，采用四個工作輪共軸排布，渦輪級可以實現兩級膨脹制冷，產品采用空氣動壓軸承支撐。
【背景技術】
[0002]渦輪冷卻器作為飛機環(huán)控系統(tǒng)的核心制冷部件，可以將從發(fā)動機引來的高溫高壓空氣轉變?yōu)榈蜏乜諝夤╋w機座艙和設備艙使用，降低座艙和設備艙的溫度。渦輪冷卻器的發(fā)展經歷了兩輪簡單、兩輪升壓式到三輪升壓式的變化。在環(huán)控系統(tǒng)中，需在渦輪出口設置冷凝器，冷凝空氣中的水蒸氣，通過水分離器除水后進入渦輪入口進行膨脹制冷。
[0003]在傳統(tǒng)的兩輪或三輪系統(tǒng)中，由于渦輪出口空氣溫度一般在0°C度以下，所以無法避免的在冷凝器中會出現凍堵現象。一般的做法是引一股熱空氣供冷凝器防冰，這樣不僅增加了引氣損失，還抬升了系統(tǒng)出口溫度，從而降低了環(huán)控系統(tǒng)的制冷效率。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的:提供一種全新的渦輪冷卻器，采用四輪共軸排布形式，可以將一個渦輪葉輪的膨脹制冷流程轉變?yōu)閮蓚€渦輪葉輪的雙級膨脹制冷模式，為飛機環(huán)控系統(tǒng)避免冷凝器凍堵提供了全新的解決方案，同時也提升了環(huán)控系統(tǒng)的制冷效率。
[0005]本發(fā)明采取的技術方案為:
[0006]一種四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，其特征在于，具有二級渦輪葉輪[3]、一級渦輪葉輪[9]、壓氣機葉輪[13]、風扇葉輪[16]四個工作葉輪，還包括自鎖螺母[I]、二級渦輪蝸殼[2]、二級噴嘴環(huán)[4]、止推軸承[5]、徑向軸承[6]、渦端軸[7]、一級渦輪蝸殼[8]、一級噴嘴環(huán)[10]、擴壓器[11]、連接軸[12]、壓氣機-風扇殼體[14]、風扇軸[15]、拉桿
[17]，其中，二級渦輪葉輪[3]、二級噴嘴環(huán)[4]與二級渦輪蝸殼[2]組成二級渦輪單元；一級渦輪葉輪[9]、一級噴嘴環(huán)[10]與一級渦輪蝸殼[8]組成一級渦輪單元；壓氣機葉輪
[13]、擴壓器[11]、風扇葉輪[16]與壓氣機-風扇殼體[14]共同組成壓氣機-風扇單兀，各單元之間通過上述蝸殼、殼體與軸進行連接，組成渦輪冷卻器整體。
[0007]所述的二級渦輪葉輪[3]、一級渦輪葉輪[9]、壓氣機葉輪[13]、風扇葉輪[16]四個工作葉輪共軸設計，排布順序為二級渦輪葉輪[2]，一級渦輪葉輪[9]，壓氣機葉輪[13]，風扇葉輪[16]，其中二級渦輪葉輪[2]通過渦端軸[7]與一級渦輪葉輪[9]連接；一級渦輪葉輪[9]通過連接軸[12]與壓氣機葉輪[13]連接；一級渦輪葉輪[9]與壓氣機葉輪[13]采用背對背的形式放置；壓氣機葉輪[13]通過風扇軸[15]與風扇葉輪[16]連接，所有軸與葉輪均采用過盈連接，拉桿[17]穿過軸與葉輪內部，通過拉伸拉桿使并用自鎖螺母[I]在兩端鎖緊，確保葉輪與軸之間不發(fā)生相對位移。
[0008]此外，轉子采用空氣動壓軸承支撐，兩組止推軸承[5]放置在渦端軸[7]的止推盤兩側；一組徑向軸承[6]放置在二級渦輪葉輪[2]與一級渦輪葉輪[9]之間的渦端軸[7]的外圈；另一組則放置在壓氣機葉輪[13]與風扇葉輪[16]之間的風扇軸[15]的外圈，兩組徑向軸承[6]形成徑向支撐。壓氣機殼體和風扇殼體進行了整合設計，形成了一體化的壓氣機-風扇殼體[14]。
[0009]有益技術效果:在該渦輪冷卻器工作時，將傳統(tǒng)的一個渦輪膨脹制冷流程轉變?yōu)閮蓚€渦輪的雙級膨脹制冷模式，通過設計將一級渦輪出口的溫度控制在略高于o°c的范圍。在飛機環(huán)控系統(tǒng)中將冷凝器設置在一級渦輪出口，再由水分離器進行除水，可以有效的避免冷凝器發(fā)生凍堵。一級渦輪出口的空氣進入二級渦輪繼續(xù)膨脹降溫，由于不用擔心二級渦輪出口低溫導致凍堵的問題，可以將二級渦輪出口溫度設計的很低，也不需要引熱氣進行防冰，從而提升了環(huán)控系統(tǒng)的制冷效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0011]其中，1:自鎖螺母，2:二級渦輪蝸殼，3:二級渦輪葉輪，4:二級噴嘴環(huán)，5:止推軸承，6:徑向軸承，7:渦端軸，8: —級渦輪蝸殼，9:一級渦輪葉輪，10:—級噴嘴環(huán)，11:擴壓器，12:連接軸，13:壓氣機葉輪，14:壓氣機-風扇殼體，15:風扇軸，16:風扇葉輪，17:拉桿。
[0012]圖2為轉子結構示意圖；
[0013]其中，17:拉桿；1:自鎖螺母，3:二級渦輪葉輪，7:渦端軸，9:一級渦輪葉輪，12:連接軸，13:壓氣機葉輪，15:風扇軸，16:風扇葉輪。
【具體實施方式】
[0014]一種四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，如圖1。包括由自鎖螺母1、二級渦輪蝸殼
2、二級渦輪葉輪3、二級噴嘴環(huán)4、止推軸承5、徑向軸承6、渦端軸7、一級渦輪蝸殼8、一級渦輪葉輪9、一級噴嘴環(huán)10、擴壓器11、連接軸12、壓氣機葉輪13、壓氣機-風扇殼體14、風扇軸15、風扇葉輪16、拉桿17等組成。與其他渦輪冷卻器不同的是，該產品具有四個工作葉輪，其中二級渦輪葉輪3、二級噴嘴環(huán)4與二級渦輪蝸殼2組成二級渦輪單元；一級渦輪葉輪9、一級噴嘴環(huán)10與一級渦輪蝸殼8組成一級渦輪單元；壓氣機葉輪13、擴壓器11、風扇葉輪16與壓氣機-風扇殼體14共同組成壓氣機-風扇單元。
[0015]如圖2所示，其中四個葉輪為共軸設計，排布順序為二級渦輪葉輪3—一級渦輪葉輪9一壓氣機葉輪13—風扇葉輪16。其中二級渦輪葉輪3通過渦端軸7與一級渦輪葉輪9連接；一級渦輪葉輪9通過連接軸12與壓氣機葉輪13連接；為使結構緊湊，一級渦輪葉輪9與壓氣機葉輪13采用背對背的形式放置；壓氣機葉輪13通過風扇軸15與風扇葉輪16連接。所有軸與葉輪均采用過盈連接，拉桿17穿過軸與葉輪內部，通過拉伸拉桿使并用自鎖螺母I在兩端鎖緊，確保葉輪與軸之間不發(fā)生相對位移。
[0016]為提升產品運轉可靠性，采用空氣動壓軸承支撐。如圖1，兩組止推軸承5放置在渦端軸7的止推盤兩側；一組徑向軸承6放置在二級渦輪葉輪2與一級渦輪葉輪9之間的渦端軸7的外圈；另一組則放置在壓氣機葉輪13與風扇葉輪16之間的風扇軸15的外圈，兩組徑向軸承6形成徑向支撐。
[0017]為使產品整體結構緊湊，如圖1，壓氣機殼體和風扇殼體進行了整合設計，形成了一體化的壓氣機-風扇殼體14。[0018]本發(fā)明的渦輪冷卻器工作時，將傳統(tǒng)的一個渦輪膨脹制冷流程轉變?yōu)閮蓚€渦輪的雙級膨脹制冷模式，通過設計將一級渦輪出口的溫度控制在略高于(TC的范圍。在飛機環(huán)控系統(tǒng)中將冷凝器設置在一級渦輪出口，再由水分離器進行除水，可以有效的避免冷凝器發(fā)生凍堵。一級渦輪出口的空氣進入二級渦輪繼續(xù)膨脹降溫，由于不用擔心二級渦輪出口低溫導致凍堵的問題，可以將二級渦輪出口溫度設計的很低，也不需要引熱氣進行防冰，從而提升了環(huán)控系統(tǒng)的制冷效率。
【權利要求】
1.一種四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，其特征在于，具有二級渦輪葉輪[3]、一級渦輪葉輪[9]、壓氣機葉輪[13]、風扇葉輪[16]四個工作葉輪，還包括自鎖螺母[I]、二級渦輪蝸殼[2]、二級噴嘴環(huán)[4]、止推軸承[5]、徑向軸承[6]、渦端軸[7]、一級渦輪蝸殼[8]、一級噴嘴環(huán)[10]、擴壓器[11]、連接軸[12]、壓氣機-風扇殼體[14]、風扇軸[15]、拉桿[17]，其中，二級渦輪葉輪[3]、二級噴嘴環(huán)[4]與二級渦輪蝸殼[2]組成二級渦輪單元；一級渦輪葉輪[9]、一級噴嘴環(huán)[10]與一級渦輪蝸殼[8]組成一級渦輪單元；壓氣機葉輪[13]、擴壓器[11]、風扇葉輪[16]與壓氣機-風扇殼體[14]共同組成壓氣機-風扇單元，各單元之間通過上述蝸殼、殼體與軸進行連接，組成渦輪冷卻器整體。
2.根據權利要求1所述的四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，其特征在于:所述的二級渦輪葉輪[3]、一級渦輪葉輪[9]、壓氣機葉輪[13]、風扇葉輪[16]四個工作葉輪共軸設計，排布順序為二級渦輪葉輪[2]，一級渦輪葉輪[9]，壓氣機葉輪[13]，風扇葉輪[16]，其中二級渦輪葉輪[2]通過渦端軸[7]與一級渦輪葉輪[9]連接；一級渦輪葉輪[9]通過連接軸[12]與壓氣機葉輪[13]連接；一級渦輪葉輪[9]與壓氣機葉輪[13]采用背對背的形式放置；壓氣機葉輪[13]通過風扇軸[15]與風扇葉輪[16]連接，所有軸與葉輪均采用過盈連接，拉桿[17]穿過軸與葉輪內部，通過拉伸拉桿使并用自鎖螺母[I]在兩端鎖緊，確保葉輪與軸之間不發(fā)生相對位移。
3.根據權利要求1所述的四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，其特征在于:轉子采用空氣動壓軸承支撐，兩組止推軸承[5]放置在渦端軸[7]的止推盤兩側；一組徑向軸承[6]放置在二級渦輪葉輪[2]與一級渦輪葉輪[9]之間的渦端軸[7]的外圈；另一組則放置在壓氣機葉輪[13]與風扇葉輪[16]之間的風扇軸[15]的外圈,兩組徑向軸承[6]形成徑向支撐。
4.根據權利要求1所述的四輪共軸兩級膨脹的渦輪冷卻器，其特征在于，壓氣機殼體和風扇殼體進行了整合設計，形成了一體化的壓氣機-風扇殼體[14]。
【文檔編號】F25B11/00GK103673371SQ201310687837
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】王峰, 梁波, 趙云峰 申請人:中國航空工業(yè)集團公司金城南京機電液壓工程研究中心