專利名稱：空氣循環(huán)機的風扇轉子的制作方法
技術領域：
本公開內容涉及結合到空氣循環(huán)機中的風扇轉子。
背景技術：
空氣循環(huán)機可以包括被安裝在軸上共同旋轉的離心壓縮機和離心渦輪。離心壓縮機進ー步壓縮被部分壓縮的空氣，例如從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機接收的排出空氣。壓縮空氣在返回離心渦輪之前被排放到下游熱交換器或用于其它用途。壓縮空氣在渦輪中膨脹從而驅動壓縮機。從渦輪輸出的空氣可以被用作運載工具的空氣供應，該運載工具例如飛行器的機艙。

發(fā)明內容
示例性風扇轉子包括轉子主體，其具有繞中心軸線旋轉的多個風扇葉片。環(huán)形壁從轉子主體徑向向內延伸。轂主體從所述環(huán)形壁軸向延伸并且限定具有轂孔直徑的中心轂孔。所述轂主體還限定在所述環(huán)形壁的一個軸向側面上的第一圓筒形轂部分以及在所述環(huán)形壁的相對軸向側面上的第二圓筒形轂部分。所述第一圓筒形轂部分的外直徑與所述中心轂孔的直徑的比是1. 996-2. 007，并且所述第二圓筒形轂部分的外直徑與轂孔直徑的比是 2. 051-2. 063。在另一方面，風扇轉子可以被結合到空氣循環(huán)機中，該空氣循環(huán)機具有主軸，該主軸具有安裝成在其上旋轉的壓縮機轉子和渦輪轉子。推力軸被安裝在所述主軸上并且具有軸主體，所述軸主體限定在第一端處的盤以及從所述盤延伸到第二端的圓筒形軸部分。所述軸主體具有限定軸孔直徑Ds的軸孔。所述轂主體的第一圓筒形轂部分的外直徑與所述軸孔直徑的比是1. 002-1. 007。在空氣循環(huán)機上安裝風扇轉子的示例性方法包括使主軸延伸通過中心轂孔、將所述第一圓筒形轂部分插入到所述推力軸的軸孔內、以及在所述主軸上固定螺母以便將所述主軸、推力軸和風扇轉子固定在一起從而隨所述壓縮機轉子和所述渦輪轉子共同旋轉。


從下文的詳細說明中本領域的技術人員將顯而易見到所公開示例的各種特征和優(yōu)點。詳細說明的附圖能夠如下所述被簡要描述。圖1示出示例性空氣循環(huán)機。圖2A示出風扇轉子的立體圖。圖2B示出圖2A的風扇轉子的橫截面圖。圖2C示出了圖2B所示的風扇轉子的轂主體的一部分。圖3A示出了風扇轉子環(huán)的立體圖。圖加示出了圖3A的風扇轉子環(huán)的橫截面圖。
具體實施例方式圖1示出了被結合到運載工具的空氣供應系統(tǒng)22中的示例性空氣循環(huán)機20 (“ACM”)，該運載工具例如飛行器、直升機或地面交通工具。ACM 20包括通常圍繞主軸30 (例如系桿)設置的壓縮機段對、渦輪段沈和風扇段觀。壓縮機段M包括壓縮機轉子32， 渦輪段26包括渦輪轉子34，并且風扇段觀包括風扇轉子36。壓縮機轉子32、渦輪轉子34 和風扇轉子36被固定在主軸30上以便繞軸線A共同旋轉。也參考圖2A所示的風扇轉子36的立體圖以及圖2B所示的風扇轉子36的橫截面圖，風扇轉子36包括轉子主體40，該轉子主體40具有繞中心軸線A旋轉的多個風扇葉片 42。轉子主體40限定徑向向內延伸的環(huán)形壁44，該環(huán)形壁44在其徑向內端交會于轂主體 46。第一主體部分40a在環(huán)形壁44的徑向外端處軸向延伸(圖2B中向右延伸)。第二主體部分40b在環(huán)形壁44的徑向外端處軸向延伸(圖2B中向左延伸)。從而，轉子主體40 限定大體圓筒形外周表面。轉子主體40的內側表面40c大體是截頭圓錐形，并且因而轉子主體40的徑向厚度根據軸向位置是不均一的。轂主體46從環(huán)形壁44軸向延伸并且限定具有轂孔直徑Db的中心轂孔48。轂主體46還限定在環(huán)形壁44的ー個軸向側面(圖2B中是右側)上圍繞中心轂孔48延伸的第一圓筒形轂部分50以及在環(huán)形壁44的相對軸向側面(在圖2B中是左側)上圍繞中心轂孔48 延伸的第二圓筒形轂部分52。第一圓筒形轂部分50限定第一外直徑D1，并且第二圓筒形轂部分52限定第二外直徑D2。還如圖2C所示，轂主體46另外包括第一周向槽M和第二周向槽56。第一周向槽 54軸向地位于第一圓筒形轂部分50和環(huán)形壁44之間。第二周向槽56軸向地位于第二圓筒形轂部分52和環(huán)形壁44之間。周向槽M和56中的每ー個均限定一曲率半徑Re。在一種實施例中，周向槽M和56之間的曲率半徑Rc是相等的。周向槽M和56中的每ー個大體具有半圓形橫截面，該半圓形橫截面在半圓的ー 側從環(huán)形壁44延伸到半圓的谷部/凹部(valley)且之后交會于相應第一圓筒形轂部分50 或第二圓筒形轂部分52的外周表面。限定各周向槽M和56的表面以角度貝塔(β )交會于相應圓筒形轂部分的外周表面。角度貝塔可以取自槽的表面的切線與外周表面之間。角度阿爾法(α )是角度貝塔的補角。因此，周向槽M和56的表面以補角阿爾法交會于相應圓筒形轂部分50或52的外周表面。風扇轉子36被安裝到主軸30上以使得第一圓筒形轂部分50被接收到推力軸62 的圓筒形軸部分60內。推力軸62包括限定軸孔直徑Ds的軸孔。圓筒形軸部分60位于推 カ軸62的一端、與包括盤的另一端相対，該盤相對于中心軸線A徑向延伸。圖3Α和圖加示出了風扇轉子環(huán)64，該風扇轉子環(huán)64在與推力軸62相對的側面被聯接于如圖1所示的風扇轉子36。風扇轉子環(huán)64包括環(huán)主體66，該環(huán)主體66限定具有主孔直徑DRl的沿中心軸線A的主孔67。環(huán)形凸緣68從環(huán)主體66軸向延伸長度L并且限定具有風扇環(huán)孔內直徑DR2的風扇環(huán)孔70。環(huán)形凸緣68包括限定外直徑DRO的周向槽72。主孔67和風扇環(huán)孔70分別包括倒角邊緣7 和74b。在一種實施例中，倒角邊緣中的至少ー個倒角邊緣可以相對于中心軸線A限定觀-32度的角度。該角度可以名義上是 30度。環(huán)形凸緣68的自由端76可以被擴大且限定外直徑DR3。在實施例中，DR3可以是0. 745-0. 755英寸(1. 892-1. 918厘米)。環(huán)形凸緣的軸向面78的徑向厚度可以高達0. 01 英寸(0. 0254厘米)。一旦被組裝在一起，則使用螺母80 (圖1)來固定風扇轉子環(huán)64、風扇轉子36和推力軸62，其中該螺母80與ACM 20的相對端處的另ー螺母82配合從而將風扇轉子36和推力軸62牢固地固定在一起以便隨壓縮機轉子32和渦輪轉子34共同旋轉。也就是說，風扇轉子36和推力軸62作為整體剛性體運轉，這有助于減少可能以其它方式產生的不平衡和動力學問題。在風扇轉子36的第一圓筒形轂部分50和推力軸62的圓筒形軸部分60之間提供緊密配合以便實現所需的干涉性壓配合并且在ACM 20的所有エ況下均在部件上產生最小應力。不合適的配合可能會妨礙將風扇轉子36組裝到主軸30上和推力軸62中。風扇轉子36根據下述的比來提供適當配合。在實施例中，轂主體56的第一圓筒形轂部分50的外直徑Dl是0. 5438-0. M50英寸(1. 381-1. 384厘米)并且可以名義上是0. 5444英寸(1. 383厘米)。在實施例中，第二圓筒形轂部分52的外直徑D2是0. 5588-0. 5600英寸(1. 419-1. 422厘米)并且可以名義上是0. 5594英寸(1. 421厘米)。在實施例中，中心轂孔48的直徑Db是0. 2715-0. 2725英寸 (0. 6896-0. 6922厘米)并且可以名義上是0. 2720英寸(0. 6909厘米)。在一種示例中，比Dl/Db被選擇成1. 996-2. 007并且比D2/Db被選擇成 2. 051-2. 063。例如，公開的比確保了轂主體46能夠承受ACM 20運轉期間所施加的設計應力并且確保與ACM 20的匹配部件的適當配合。在實施例中，風扇環(huán)孔內直徑DR2是0. 5564-0. 5576英寸(1. 413-1. 416厘米)并且可以名義上是0.5570英寸(1.415厘米)。在實施例中，比Dl/Ds是1. 002-1. 007。在另一示例中，比D2/DR2是1. 002-1. 007。例如，針對Dl/Ds和D2/DR2的選定比提供了在風扇轉子36和相應的推力軸62與風扇轉子環(huán)64之間的適當緊密配合，從而確保風扇轉子36 和推力軸62作為整體剛性體工作。在實施例中，角度阿爾法是58-62度并且可以名義上是60度。在實施例中，周向槽M和56的曲率半徑Rc是0. 45-0. 55英寸(1. 14-1. 40厘米)并且可以名義上是0. 50英寸(1.27厘米)。在一些實施例中，角度阿爾法/Rc的比是每英寸1055-1378度，從而為轂主體46和環(huán)形壁44之間的接頭提供理想的強度。雖然在所述示例中示出了特征的組合，不過并不需要結合所有的特征來實現本公開內容的各種實施例的優(yōu)點。換言之，根據本公開內容的一種實施例設計的系統(tǒng)將不必要包括任一附圖中所示的所有特征或者附圖中示意性示出的所有部分。此外，ー種示例性實施例的選定特征可以與另ー示例性實施例的選定特征相結合。上述描述實質上是示例性的而不是限制性的。在不脫離本公開實質內容的情況下本領域技術人員可顯而易見到所公開示例的變型和改進。僅能夠通過研究所附權利要求來確定賦予本公開的法定保護范圍。
權利要求
1.風扇轉子，包括轉子主體，其具有繞中心軸線旋轉的多個風扇葉片和徑向向內延伸的環(huán)形壁；以及轂主體，其從所述環(huán)形壁軸向延伸并且限定具有轂孔直徑Db的中心轂孔，所述轂主體還限定在所述環(huán)形壁的ー個軸向側面上圍繞所述中心轂孔的第一圓筒形轂部分以及在所述環(huán)形壁的相對軸向側面上圍繞所述中心轂孔的第二圓筒形轂部分，所述第一圓筒形轂部分限定第一外直徑D1并且所述第二圓筒形轂部分限定第二外直徑D2,其中比D1ZiDb是 1. 996-2. 007，并且比 O2ZOh 是 2. 051-2. 063。
2.根據權利要求1所述的風扇轉子，其中所述轂主體包括位于所述第一圓筒形轂部分和所述環(huán)形壁之間的第一周向槽，以及位于所述第二圓筒形轂部分和所述環(huán)形壁之間的第 ニ周向槽。
3.根據權利要求2所述的風扇轉子，其中所述第一周向槽和所述第二周向槽中的每ー 個均限定曲率半徑R。并且以補角阿爾法(α )交會于相應的第一圓筒形轂部分或第二圓筒形轂部分的外周表面，以使得比阿爾法/R。是每英寸1055-1378度。
4.根據權利要求1所述的風扇轉子，其中所述轂主體包括位于所述第一圓筒形轂部分和所述環(huán)形壁之間的第一周向槽以及位于所述第二圓筒形轂部分和所述環(huán)形壁之間的第 ニ周向槽，并且所述第一周向槽和所述第二周向槽各自具有半圓形橫截面。
5.根據權利要求1所述的風扇轉子，其中所述第一圓筒形轂部分包括倒角。
6.根據權利要求1所述的風扇轉子，其中所述轉子主體包括具有圓筒形外表面且限定不均一徑向厚度的軸向延伸壁。
7.根據權利要求1所述的風扇轉子，其中所述轉子主體限定在所述環(huán)形壁的徑向外端處軸向延伸的第一轉子主體部分。
8.空氣循環(huán)機，包括主軸，其具有安裝成在其上旋轉的壓縮機轉子和渦輪轉子；安裝在所述主軸上的推力軸，所述推力軸具有軸主體，所述軸主體限定在第一端處的盤以及從所述盤延伸到第二端的圓筒形軸部分，所述軸主體具有限定軸孔直徑Ds的軸孔； 以及安裝在所述圓筒形軸部分上的風扇轉子，并且該風扇轉子包括轉子主體，其具有繞中心軸線旋轉的多個風扇葉片和徑向向內延伸的環(huán)形壁；以及轂主體，其從所述環(huán)形壁軸向延伸并且限定具有轂孔直徑Db的中心轂孔，所述轂主體還限定被接收在所述推力軸的所述軸孔內的所述環(huán)形壁的ー個軸向側面上圍繞所述中心轂孔的第一圓筒形轂部分以及在所述環(huán)形壁的相對軸向側面上圍繞所述中心轂孔的第二圓筒形轂部分，所述第一圓筒形轂部分限定第一外直徑D1以使得比D1ZiDs是1. 002-1. 007。
9.根據權利要求8所述的空氣循環(huán)機，還包括安裝在所述轂主體的所述第二圓筒形轂部分之上的風扇轉子環(huán)，所述風扇轉子環(huán)具有帶風扇環(huán)孔直徑Dk2的風扇環(huán)孔，并且所述第 ニ圓筒形轂部分限定第一外直徑込以使得比D2/DK2是1. 002-1. 007。
10.根據權利要求8所述的空氣循環(huán)機，其中所述第二圓筒形轂部分限定第二外直徑 D2 以使得 O2ZOh 是 2. 051-2. 063。
11.根據權利要求8所述的空氣循環(huán)機，其中比D1ZiDb是1.996-2. 007。
12.在空氣循環(huán)機上安裝風扇轉子的方法，該方法包括使主軸延伸通過風扇轉子的中心轂孔，所述主軸具有安裝成在其上旋轉的壓縮機轉子和渦輪轉子，所述風扇轉子包括轉子主體，其具有繞中心軸線旋轉的多個風扇葉片和徑向向內延伸的環(huán)形壁；以及轂主體，其從所述環(huán)形壁軸向延伸并且限定具有轂孔直徑Db的中心轂孔，所述轂主體還限定在所述環(huán)形壁的ー個軸向側面上圍繞所述中心轂孔的第一圓筒形轂部分以及在所述環(huán)形壁的相對軸向側面上圍繞所述中心轂孔的第二圓筒形轂部分，所述第一圓筒形轂部分限定第一外直徑D1并且所述第二圓筒形轂部分限定第二外直徑D2 ；將所述風扇轉子的所述第一圓筒形轂部分插入到被安裝在所述主軸上的推力軸的圓筒形軸部分的軸孔內，所述推力軸具有軸主體，所述軸主體限定在第一端處的盤以及從所述盤延伸到第二端的所述圓筒形軸部分，所述軸孔具有軸孔直徑Ds，以使得比D1ZiDs是 1. 002-1. 007 ；在所述主軸上固定螺母以便將所述主軸、推力軸和風扇轉子固定在一起從而隨所述壓縮機轉子和所述渦輪轉子共同旋轉。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括在所述主軸上固定所述螺母之前，通過將所述轂主體的所述第二圓筒形轂部分插入到所述風扇轉子環(huán)的風扇環(huán)孔內從而在所述風扇轉子上插入風扇轉子環(huán)，所述風扇環(huán)孔具有風扇環(huán)孔直徑Dk2以使得比D2/DK2i 1. 002-1. 007。
全文摘要
本發(fā)明涉及空氣循環(huán)機的風扇轉子。該風扇轉子包括轉子主體，其具有繞中心軸線旋轉的多個風扇葉片。環(huán)形壁從轉子主體徑向向內延伸。轂主體從所述環(huán)形壁軸向延伸并且限定具有轂孔直徑(Db)的中心轂孔。所述轂主體還限定在所述環(huán)形壁的一個軸向側面上的第一圓筒形轂部分以及在所述環(huán)形壁的相對側面上的第二圓筒形轂部分。所述第一圓筒形轂部分的外直徑與所述中心轂孔的直徑的比是1.996-2.007，并且所述第二圓筒形轂部分的外直徑與轂孔直徑的比是2.051-2.063。
文檔編號F04D29/28GK102536894SQ201110432459
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2010年12月21日
發(fā)明者B.J.默里特, D.A.科爾森 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司