冲压空气风扇入口壳体制造技术

一种用于容纳冲压空气风扇转子的冲压空气风扇入口壳体。所述入口壳体包括带凸缘表面和内表面。所述带凸缘表面垂直于所述入口壳体的轴线并且限定了在所述入口壳体的轴向端处的凸缘平面。所述内表面关于所述入口壳体的所述轴线对称并且包括凸缘区段、过渡区段、出口区段、转子区段和入口区段。

【技术实现步骤摘要】
冲压空气风扇入口壳体
本专利技术涉及环境控制系统。具体地，本专利技术涉及飞机的环境控制系统的冲压空气风扇组件的入口壳体。
技术介绍
飞机上的环境控制系统（ECS）将经调节的空气提供到飞机机舱。经调节的空气处于对于飞机乘客的舒适和安全而言期望的温度、压力和湿度。在地面处或附近，外界空气温度和/或湿度通常足够高，使得空气必须作为调节过程的一部分被冷却，然后被输送到飞机机舱。在飞行高度处，外界空气通常比期望的冷得多，不过却处于低压而使得其必须作为调节过程的一部分被压缩到可接受的压力。在飞行高度压缩外界空气会将所得到的加压空气加热到足够高，使得其必须被冷却，即使外界空气温度非常低。因此，在大多数条件下，在空气被输送到飞机机舱之前，必须通过ECS从空气去除热。随着热被从空气去除，其被ECS耗散到独立的空气流中，该独立的空气流流入ECS，经过ECS中的换热器并且流出飞机，随其携带过多的热。在飞机移动得足够快的条件下，冲压到飞机中的空气压力足以使足够的空气移动通过ECS并且越过换热器以去除过多的热。虽然冲压空气在普通飞行条件下良好地工作，但在较低的飞行速度时或者当飞机在地面上时，冲压空气压力太低而无法提供足够的空气流过换热器以便从ECS去除足够的热。在这些条件下，使用ECS中的风扇来提供必要的空气流经过ECS换热器。该风扇被称为冲压空气风扇。与飞机上的任何系统一样，改进的冲压空气风扇具有极大的价值，该改进的冲压空气风扇包括被设计成改善冲压空气风扇的操作效率或降低其重量的新型部件。
技术实现思路
本专利技术是用于容纳冲压空气风扇转子的冲压空气风扇入口壳体。所述入口壳体包括带凸缘表面和内表面。所述带凸缘表面垂直于所述入口壳体的轴线并且限定了在所述入口壳体的轴向端处的凸缘平面。所述内表面关于所述入口壳体的所述轴线对称并且包括凸缘区段、过渡区段、出口区段、转子区段和入口区段。附图说明图1是包含了本专利技术的冲压空气风扇组件的侧视图。图2是包含了本专利技术的入口壳体的透视图。图3是图2的入口壳体的剖面图。图4是图3的入口壳体的一部分的剖面图。图5是图3的入口壳体的另一部分的剖面图。具体实施方式环境控制系统（ECS）中的常规冲压空气风扇组件采用了风扇壳体，其包括围绕风扇转子的前或入口区段。在该最基本的形式中，这种入口区段具有圆柱形轮廓，其直径大于风扇转子的直径。风扇转子直径越接近入口区段的直径，则冲压空气风扇的效率（对于给定风扇速度而言的空气流量）越高。然而，如果公差太紧的话，则风扇转子可能摩擦入口区段，导致入口区段的损坏以及风扇效率的降低。一旦由于风扇摩擦或者正常磨损而损坏，则入口区段的更换需要更换整个风扇壳体。这是费力且昂贵的过程，需要从ECS去除冲压空气风扇组件并且几乎完全拆解整个冲压空气风扇组件。最后，尽管不常见，但风扇转子的机械故障或转子爆裂（rotorburst）可产生带有足够动能的飞溅碎片离开冲压空气风扇组件并且导致冲压空气风扇组件的附近的显著损伤。因此，风扇转子需要位于风扇转子径向外侧的一些类型的包容结构以容纳或显著地减慢在转子爆裂的情况下来自风扇转子的飞溅碎片。包容结构或者与风扇壳体集成或者是安装在风扇壳体周围的单独部件。通常，单独的部件（例如一系列金属带）增加了重量和复杂度，这二者均是飞机中不期望的。用针对风扇壳体的复杂形状优化过的材料和方法（例如，铸造）来制造风扇壳体。然而，由于铸件的单位重量的强度相对低，铸造对于包容结构而言是很不好的选择。因此，为了实现必要的包容水平，相比用针对强度优化过的材料和方法制造的包容结构，这种集成的包容结构必须相对更重。本专利技术是一种用于冲压空气风扇的入口壳体，其是与风扇壳体分开的部件。入口壳体具有内部轮廓或廓形，其被特别设计以增强冲压空气风扇组件中的风扇效率。另外，入口壳体的设计和公差使得当与冲压空气风扇组件的其余部分的已知公差组合时，风扇转子和入口壳体之间的余隙被保持为窄间隙以增强风扇效率，而同时还将风扇转子摩擦入口壳体的风险保持为低水平。由于物体（灰尘、沙子等）进入冲压空气风扇入口并通过与风扇转子撞击而被排出（除了偶尔的风扇摩擦之外），风扇转子周围的区域必然随着时间过去而经历损坏和磨损。如上所述，冲压空气风扇在风扇转子周围的区域必须被定期地更换—费力且昂贵的过程。在本专利技术的情况下，仅仅需要更换入口壳体，入口壳体易于在冲压空气风扇组件的前部够着，从而导致显著的节约。最后，入口壳体包括集成的包容结构，其在转子爆裂的情况下为外部部件提供必要水平的保护。由于入口壳体与风扇壳体是分开的，可以用相比生产风扇壳体时必须采用的铸造技术和材料而言更好地适合于包容目的的技术和材料来制造入口壳体。因此，包容结构更轻，从而减小了冲压空气风扇组件的重量。图1示出了包含了本专利技术的冲压空气风扇组件。图1示出了冲压空气风扇组件10，其包括风扇壳体12、轴承壳体14、入口壳体16、外壳体18和内壳体20。风扇壳体12包括风扇支柱22、马达转子24、马达定子26、推力轴28、推力板30和推力轴承32。轴承壳体14包括轴颈轴承轴34和轴帽36。风扇壳体12和轴承壳体14一起包括系杆38和轴颈轴承40。入口壳体16除了系杆38的一部分之外还容纳风扇转子42和入口护罩44。外壳体18包括接线盒46和压力室（plenum）48。扩散器50、马达轴承冷却管52和电线传输管54位于外壳体18内。风扇入口是在没有充足的冲压空气压力时将要被冲压空气风扇组件10移动的空气源。旁路入口是当充足的冲压空气压力可用时通过冲压空气风扇组件10移动的空气源。如图1所示，入口壳体16和外壳体18在风扇支柱22处被多个螺栓60附接到风扇壳体12。轴承壳体14被附接到风扇壳体12，并且内壳体20将马达轴承冷却管52和电线传输管54连接到轴承壳体14。马达轴承冷却管52将内壳体20连接到外壳体18处的冷却空气源。电线传输管54在接线盒46处将内壳体20连接到外壳体18。马达定子26和推力板30附接到风扇壳体12。马达转子24被容纳在马达定子26内并且将轴颈轴承轴34连接到推力轴28。轴颈轴承轴34、马达转子24和推力轴28限定冲压空气风扇组件10的旋转轴线。风扇转子42被用系杆38附接到推力轴28，系杆38沿着旋转轴线从轴颈轴承轴34的端部处的轴帽36穿过马达转子24、推力轴28和风扇转子42延伸到入口护罩44。螺母（未示出）在系杆38的一端上将轴帽36固定到轴颈轴承轴34并且在系杆38的相对端处将入口护罩44固定到风扇转子42。推力板30和风扇壳体12容纳推力轴28的凸缘状部分，推力轴承32位于推力轴28的凸缘状部分和推力板30之间，以及推力轴28的凸缘状部分和风扇壳体12之间。轴颈轴承40位于轴颈轴承轴24和轴承壳体14之间，以及推力轴28和风扇壳体12之间。入口护罩44、风扇转子42和风扇壳体12的一部分被容纳在入口壳体16内。扩散器50被附接到外壳体18的内表面。压力室48是外壳体18的一部分，其将冲压空气风扇组件10连接到旁路入口。入口壳体16被连接到风扇入口，并且外壳体18被连接到风扇出口。在操作中，冲压空气风扇组件10被安装到飞机上的环境控制系统中并且被连接到风扇入口、旁路入口和风扇出口。当飞机没有移动得足够快以产生足够的冲压空气压力来满本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于容纳冲压空气风扇转子的冲压空气风扇入口壳体，所述入口壳体包括：垂直于所述入口壳体的轴线的带凸缘表面，所述带凸缘表面限定了在所述入口壳体的轴向端处的凸缘平面；和关于所述入口壳体的所述轴线对称的内表面，所述轴对称的内表面包括：???????具有圆柱形状的凸缘区段，所述凸缘区段邻接所述带凸缘表面；???????具有截头圆锥形状的过渡区段，所述过渡区段邻接所述凸缘区段，与所述带凸缘表面相对，并且延伸离开所述凸缘区段并且以从所述轴线14.50和15.50度之间的角度径向向内延伸朝向所述轴线；???????具有截头圆锥形状的出口区段，所述出口区段在平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为1.150英寸和1.160英寸之间（或29.21?mm和29.46?mm之间）的平面处邻接所述过渡区段，并且延伸离开所述过渡区段并且以从所述轴线4.00和5.00度之间的角度径向向内延伸朝向所述轴线，使得在所述过渡区段和所述出口区段之间形成台阶；???????具有圆柱形状的转子区段，所述转子区段邻接所述出口区段，与所述过渡区段相对；和???????具有截头圆锥形状的入口区段，所述入口区段邻接所述转子区段，与所述出口区段相对，并且延伸离开所述出口区段并且以从所述轴线1.50和2.50度之间的角度从所述轴线径向向外延伸。...

【技术特征摘要】
2011.10.24 US 13/2794881.一种用于容纳冲压空气风扇转子的冲压空气风扇入口壳体，所述入口壳体包括：垂直于所述入口壳体的轴线的带凸缘表面，所述带凸缘表面限定了在所述入口壳体的轴向端处的凸缘平面；和关于所述入口壳体的所述轴线对称的内表面，其特征在于，所述轴线对称的内表面包括：具有圆柱形状的凸缘区段，所述凸缘区段邻接所述带凸缘表面；具有截头圆锥形状的过渡区段，所述过渡区段邻接所述凸缘区段，与所述带凸缘表面相对，并且延伸离开所述凸缘区段并且以从所述轴线14.50和15.50度之间的角度径向向内延伸朝向所述轴线；具有截头圆锥形状的出口区段，所述出口区段在平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为1.150英寸和1.160英寸之间（或29.21mm和29.46mm之间）的平面处邻接所述过渡区段，并且延伸离开所述过渡区段并且以从所述轴线4.00和5.00度之间的角度径向向内延伸朝向所述轴线，使得在所述过渡区段和所述出口区段之间形成台阶；具有圆柱形状的转子区段，所述转子区段邻接所述出口区段，与所述过渡区段相对；和具有截头圆锥形状的入口区段，所述入口区段邻接所述转子区段，与所述出口区段相对，并且延伸离开所述出口区段并且以从所述轴线1.50和2.50度之间的角度从所述轴线径向向外延伸。2.如权利要求1所述的入口壳体，其中，所述凸缘区段具有13.752英寸和13.764英寸之间（或349.30mm和349.61mm之间）的直径，所述过渡区段在平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为0.715英寸和0.735英寸之间（或18.16mm和18.67mm之间）的平面处具有13.580英寸和13.600英寸之间（或344.93mm和345.44mm之间）的直径，所述出口区段在平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为1.610英寸和1.630英寸之间（或40.89mm和41.40mm之间）的平面处具有12.940英寸和12.960英寸之间（或328.68mm和329.18mm之间）的直径，转子区段具有圆柱形状以及12.876英寸和12.882英寸之间（或327.05mm和327.20mm之间）的直径，并且所述入口区段在平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为4.875英寸和4.895英寸之间（或123.83mm和124.33mm之间）的平面处具有12.925英寸和12.945英寸之间（或328.30mm和328.80mm之间）的直径。3.如权利要求1所述的入口壳体，还包括：风扇转子包容结构，所述风扇转子包容结构在所述转子区段的至少一部分和所述入口区段的至少一部分上从所述轴线对称的内表面径向向外延伸，所述包容结构在所述转子区段的该部分上具有至少0.440英寸（或至少11.18mm）的厚度。4.如权利要求3所述的入口壳体，其中，所述风扇转子包容结构从平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为2.415英寸和2.435英寸之间（或61.34mm和61.84mm之间）的平面轴向地延伸到平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为4.605英寸和4.625英寸之间（或116.97mm和117.48mm之间）的平面。5.如权利要求1所述的入口壳体，其中，所述凸缘区段内表面包括：第一部分，所述第一部分邻接所述带凸缘表面并且具有13.762英寸和13.764英寸之间（或349.55mm和349.61mm之间）的直径；和第二部分，所述第二部分在平行于所述凸缘平面且距离所述凸缘平面为至少0.185英寸（或至少4.70mm）的平面处邻接第一部分，所述第二部分的直径等于所述第一部分的直径，或者小于所述第一部分的直径不超过0.010英寸（或不超过0.25mm）。6.如权利要求1所述的入口壳体，其中，所述入口壳体在轴向方向的长度为5.580英寸和5.590英寸之间（或141.73mm和141.99mm之间）。7.如权利要求1所述的入口壳体，其中，所述入口壳体是6061-T6铝合金或6061-T6511铝合金中的至少一个。8.一种冲压空气风扇组件，包括：风扇壳体；附接到所述风扇壳体的风扇马达；风扇转子；将所述风扇马达连接到所述风扇转子的推力轴；和附接到所述风扇壳体并且容纳所述风扇转子的风扇入口壳体，所述入口壳体包括：垂直于所述入口壳体的轴线的带凸缘表面，所述带凸缘表面限定了在所述入口壳体的轴向端处的凸缘平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE罗森，E奇拉巴什，VS理查森，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德公司，
类型：发明
国别省市：