压气机叶轮、压气机和空气循环机的制作方法

1.本技术涉及飞机空调技术领域，具体涉及一种压气机叶轮、压气机和空气循环机。


背景技术：

2.在现代飞机环境控制系统中，空气循环机(acm)以空气为介质，为客舱提供期望压力、温度和湿度的空气。空气循环机包括围绕一根公共轴旋转的压气机、涡轮以及风机，压气机将热源空气压缩，并输送至下游。压缩空气在涡轮中膨胀，实现内能和机械能的转换，以此驱动压气机和风扇转动。
3.空气循环机依赖旋转轴高转速工作，压气机叶轮是空气循环机的重要组成部件，通过过盈配合直接压装在旋转轴上面，并传递转矩。压气机涡轮的叶片数目、叶片角度等几何参数会影响压气机的性能。
4.在压气机工作过程中，由于旋转轴的转速过高，因此当压气机叶轮和旋转轴之间的过盈量设计不合理时，容易发生过盈量过小导致压气机叶轮脱离旋转轴的状况，或者是过盈量过大导致压气机叶轮的装配和拆卸难度较大的问题。


技术实现要素：

5.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种压气机叶轮、压气机件和空气循环机，能够有效避免压气机叶轮脱离旋转轴，同时降低压气机叶轮在旋转轴上的装配和拆卸难度。
6.为了解决上述问题，本技术提供一种压气机叶轮，安装在旋转轴上，压气机叶轮包括安装轴孔，压气机叶轮通过安装轴孔安装在旋转轴上，安装轴孔与旋转轴之间过盈配合，过盈量为0.005mm～0.02mm。
7.优选地，安装轴孔与旋转轴之间的过盈量为0.008～0.012mm。
8.优选地，压气机叶轮包括第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片沿压气机叶轮的周向交替排布，第一叶片的轴向长度大于第二叶片的轴向长度。
9.优选地，压气机叶轮包括叶片，叶片为后弯式结构，叶片的弯折方向与叶轮的旋转方向相反。
10.优选地，叶片的后弯角为45
°
～60
°
。
11.优选地，压气机叶轮为半开式叶轮。
12.根据本技术的另一方面，提供了一种压气机，包括压气机叶轮，该压气机叶轮为上述的压气机叶轮。
13.根据本技术的另一方面，提供了一种空气循环机，包括压气机，该压气机为上述的压气机。
14.优选地，空气循环机还包括风机和膨胀机，压气机包括压气机壳体，风机包括风机座，压气机壳体和风机座分开独立成型，压气机壳体连接在风机座的压气机连接部上。
15.优选地，压气机连接部包括连接凸环，连接凸环设置有连接凸缘，连接凸缘沿周向
设置有连接孔，压气机壳体包括蜗壳，蜗壳包括连接端，连接端套设在连接凸环内，并与连接凸环之间形成密封连接。
16.优选地，连接端的端部设置有周向凸缘，周向凸缘与连接凸环的内周壁密封配合，蜗壳与连接凸缘之间固定连接。
17.本技术提供的压气机叶轮，安装在旋转轴上，压气机叶轮包括安装轴孔，压气机叶轮通过安装轴孔安装在旋转轴上，安装轴孔与旋转轴之间过盈配合，过盈量为0.005mm～0.02mm。该压气机叶轮对于压气机叶轮的安装轴孔进行了优化，限定了安装轴孔与旋转轴之间的装配过盈量，使得过盈量范围合适，能够规避叶轮脱离轴的情况的发生，同时又不会使得过盈量过大而增加装配和拆卸的难度，能够在保证装配可靠性的要求下满足装配工艺性要求。
附图说明
18.图1为本技术一个实施例的风机座的剖视结构示意图；
19.图2为本技术一个实施例的风机座的左视结构图；
20.图3为本技术一个实施例的风机座的右视结构图；
21.图4为本技术一个实施例的空气循环机的剖视结构图；
22.图5为本技术一个实施例的空气循环机的结构示意图；
23.图6为本技术一个实施例的压气机叶轮的结构示意图；
24.图7为本技术一个实施例的压气机叶轮的立体结构示意图。
25.附图标记表示为：
26.1、进气口；2、空气流道；3、出气口；4、压气机连接部；5、风扇安装部；6、内部阶梯孔；7、压气机侧密封连接结构；8、风机侧密封连接结构；9、风机内环；10、压气机进气管；11、连接凸环；12、连接凸缘；13、冲压活门；14、换热器；15、压气机壳体；16、连接端；17、周向凸缘；18、旋转轴；19、风机座；20、轴承连接结构；21、扩压器；22、安装轴孔；23、第一叶片；24、第二叶片。
具体实施方式
27.结合参见图6至图7所示，根据本技术的实施例，压气机叶轮安装在旋转轴18上，压气机叶轮包括安装轴孔22，压气机叶轮通过安装轴孔22安装在旋转轴18上，安装轴孔22与旋转轴18之间过盈配合，过盈量为0.005mm～0.02mm。
28.该压气机叶轮对于压气机叶轮的安装轴孔22进行了优化，限定了安装轴孔22与旋转轴18之间的装配过盈量，使得过盈量范围合适，能够规避叶轮脱离旋转轴18的情况的发生，同时又不会使得过盈量过大而增加装配和拆卸的难度，能够在保证装配可靠性的要求下满足装配工艺性要求。
29.作为一个优选的实施例，安装轴孔22与旋转轴18之间的过盈量为0.008～0.012mm，能够进一步优化安装轴孔22与旋转轴18之间的装配过盈量，保证两者的配合稳定性的同时，降低装配和拆卸难度。
30.在一个实施例中，压气机叶轮包括第一叶片23和第二叶片24，第一叶片23和第二叶片24沿压气机叶轮的周向交替排布，第一叶片23的轴向长度大于第二叶片24的轴向长
度。第一叶片23和第二叶片24交替排布，且第一叶片23和第二叶片24在气流出口位置处尾缘对齐，此种结构下，当气流沿着轴向进入到压气机叶轮内时，气流流道截面面积较小，此时气流仅受到第一叶片23作用，尚未到达第二叶片24所在位置，因此能够减小气流的流动阻力，减小气流流动摩擦损失，当气流继续流动时，到达第二叶片24的位置，能够利用第二叶片24对气流进行分割，减小扩压损失，同时也可以避免气流进口处叶片数量过大造成的增加气流流动损失的问题，由于此处的气流流道截面面积相对于进口处的气流流道截面面积增加，因此能够降低叶片的相对稠密度，减轻叶片数量增加所造成的流动损失。
31.在一个实施例中，压气机叶轮包括叶片，叶片为后弯式结构，叶片的弯折方向与叶轮的旋转方向相反。采用后弯式叶片结构，叶片出口气流速度不会特别大，因此流动损失也会比较小，相应的气流流动效率较高，因此可以提高叶轮的工作效率。
32.在一个实施例中，叶片的后弯角为45
°
～60
°
。优选地，叶片的后弯角为60
°
。后弯角取值在这个范围之内，可以使得叶轮有更宽的流量工作范围，不容易喘振，即不容易发生振动和噪音过大的情况，因此能够在保证效率不会太低的情况下，尽可能扩展流量工作范围。
33.在一个实施例中，所述压气机叶轮为半开式叶轮，能够提高压气机的效率，改善气体流道，减少流动损失。
34.结合参见图1至图7所示，所述空气循环机包括上述的压气机，还包括风机和膨胀机，压气机包括压气机壳体15，风机包括风机座19，压气机壳体15和风机座19分开独立成型，压气机壳体15连接在风机座19的压气机连接部4上。压气机叶轮安装在压气机壳体15内，压气机还包括扩压器21，扩压器21设置在压气机叶轮的外周侧，扩压器21的扩压叶片设置在压气机叶轮的叶片出口处。
35.在一个实施例中，风机座为单体式结构，风机座包括压气机连接部4和风扇安装部5，压气机连接部4被配置为与压气机的压气机壳体15连接，风扇安装部5被配置为安装风扇，风扇安装部5包括进气口1、空气流道2和出气口3，进气口1通过空气流道2与出气口3连通。
36.相关技术中的风机座和压气机外壳为一体式结构，在进行加工时，需要在内部加工出配合安装风扇和压缩机的安装结构，使得内部和外部的几何结构复杂，加工难度高，加工成本高，加工精度难以保证。
37.而在本技术中，风机座独立于压气机壳体存在，与压气机壳体分别形成单体式结构，因此使得风机座可以单独成型，减小了外形的几何复杂程度，同时由于风机座的内腔和压气机的内腔无需同时在内部加工，因此降低了内腔的加工难度和生产成本，更加容易保证风机座的内部加工精度，同时提高了风机座的可维护性。
38.在一个实施例中，风扇安装部5上设置有内部阶梯孔6，内部阶梯孔6靠近压气机连接部4的一侧设置有压气机侧密封连接结构7，内部阶梯孔6靠近风扇的一侧设置有风机侧密封连接结构8。在本实施例中，内部阶梯孔6包括多个连续的阶梯孔，多个阶梯孔沿轴向依次设置，多个阶梯孔为同轴设置，一方面便于保证加工精度，另一方面，多个阶梯孔能够为旋转轴18的安装提供安装空间，且可以实现径向轴承的安装定位，以及方便设计密封连接结构，便于与其他结构之间实现密封连接。
39.在本实施例中，在内部阶梯孔6的靠近压气机连接部4的一侧设计压气机侧密封连接结构7，靠近风扇的一侧设置有风机侧密封连接结构8，可以在内部阶梯孔6的两端均设置
密封结构，实现对内部阶梯孔6两端的密封，从而能够将密封结构安装于风机座上，使得风机座在压气机连接部4和风扇安装部5两个部分形成两个独立的空气工作腔。内部阶梯孔6还包括进行轴承连接结构20，方便进行轴承的安装固定，从而能够方便将旋转轴18设置在内部阶梯孔6内，实现旋转轴18的安装固定。
40.在一个实施例中，风扇安装部5还包括风机内环9，风机内环9与风机座的外壁之间形成空气流道2。风机内环9可以与安装在风机内环9处的风扇形成配合，方便风扇进行气流输送，同时风机内环9还可以与风机座的外壁之间形成空气流道2，方便冲压空气进入空气流道2之后经风机内环9流出。
41.在一个实施例中，风机内环9的截面呈u形，风机内环9的u形底部朝着压气机连接部4凸出，一方面可以利用风机内环9的u形底部形成弧形导流结构，降低气流在进入空气流道2之后转向过程中的流动损失，提高空气流动效率，另一方面，u形槽可朝向冲压活门13，使得冲压活门13能够嵌入到u形槽内，方便冲压活门13在风扇安装部5上的安装固定。
42.在一个实施例中，在经过风机座的旋转轴安装孔的中心轴线的截面内，空气流道2的导流壁截面也即型线呈圆弧形，空气流道2的导流壁截面直径也即型线直径为dr，风机内环9的内环直径为d1。
43.dr和d1决定了空气流道2尺寸的大小，影响风扇吸入冲压空气时的阻力，该阻力越小越好，对热交换的效果就越有利。d1越大，为了维持风扇与风机内环9的间隙，所以相对应的风扇尺寸也会变大，毫无疑问会增加部件的重量，同时也会影响风扇吸入冲压空气时经过的流体通道的尺寸。
44.通过对dr和d1之间的尺寸关系进行研究，将dr和d1之间的尺寸关系限定为0.81≤dr/d1≤0.95。通过限定上述的dr/d1，可以得到不同几何大小的空气流道型线。在该取值区间内可以使得冲压空气流经空气流道的过程中流阻较小，可以获得良好的热交换效果。
45.在一个实施例中，设定d1的取值范围为64～70mm，dr的取值范围以及dr与d1的比值如下表所示：
46.表1空气流道型线
[0047][0048]
表2 dr/d1与换热效率的关系
[0049]
dr/d10.730.750.770.810.95换热效率0.6490.6630.6860.6970.752
[0050]
其中表一为空气流道型线参数表。
[0051]
表二为dr/d1与换热效率的关系。从表二可以看出，随着dr/d1比值的增大，换热效率也是逐渐增加。然而，随着dr/d1比值的增大，会导致风机座的壁厚变薄，影响风机座的结构强度，因此，为了保证风机座的整体结构强度以及换热效率能够达到平衡，限定为上述的比例可以获得较佳的效果。
[0052]
在经过风机座的旋转轴安装孔的中心轴线的截面内，空气流道2的导流壁截面呈
圆弧形，以弧形的圆心为中心，做一条平行于旋转轴安装孔的中心轴线的直线，将空气流道2的导流壁截面分成两部分，其中靠近旋转轴安装孔的中心轴线的导流壁的圆弧长度小于远离旋转轴安装孔的中心轴线的导流壁的圆弧长度。
[0053]
由于冲压空气需要在风扇的作用下与换热器14进行换热，之后进入到空气流道2内，然后从出气口3流出，因此，为了保证空气与换热器14的热交换效果，可以将空气流道2的型线设计为圆的一端，该型线并非是半圆弧，而是劣弧，而且靠近风扇一侧的圆弧长度更小，是为了保证流经换热器14一侧的冲压空气经空气流道2流向风扇时的路径缩短，从而有利于减小冲压空气流动的阻力。
[0054]
在一个实施例中，空气流道2为环形流道，空气流道2的内环直径小于风机内环9的内环直径，从而能够在空气流道2的导流壁与风机内环9之间形成出风风道，使得气流能够在风扇的作用下经出风风道顺利流出。
[0055]
在一个实施例中，压气机连接部4包括压气机进气管10和设置在压气机进气管10远离风扇安装部5一侧的连接凸环11，连接凸环11远离风扇安装部5的端部设置有连接凸缘12，连接凸缘12沿周向设置有连接孔。在本实施例中，风机座的压气机连接部4包括压气机进气管10和设置在压气机进气管10远离风扇安装部5一侧的连接凸环11，相当于将压气机结构分成了两个部分，压气机进气管10和其它部分，并使得两个部分中的压气机进气管10与风机座成为一体结构，即压气机进气管10属于风机座的一部分，这种结构设计考虑的主要因素如下：压气机进气管10与风机座的主体部分相交，因此相交部分较多，相交面积较大，如果将属于压气机的部分与属于风机座的部分完全切割，不仅不方便进行切割，加工工作量大，而且需要考虑压气机进气管10与风机座的主体的相交部分的设计，切割难度大，有可能还会增大风机座的加工和设计难度，因此，将压气机所属部分与风机座所属部分完全切割，并非是最优解决方案。
[0056]
考虑到压气机在压气机进气管10和蜗壳的连接位置处有一段管段，该管段的直径较小，且不存在与其他结构的相交部分，因此，可以将压气机进气管10与蜗壳等其他属于压气机的部分进行切割，不仅能够降低切割难度，方便进行分体设计，而且可以使得蜗壳的一部分暴露出来，方便进行蜗壳的加工，因此，这种设计，不仅可以降低风机座的设计难度和加工难度，而且也能够兼顾压气机的设计和加工，可以在分别独立设计风机座和压气机壳体15的同时，使得两者的加工性能和加工难度均能够达到较优设计。
[0057]
在一个实施例中，压气机进气管10为渐缩管，压气机进气管10的渐缩角度为θ，0＜θ≤6.1
°
。当压气机进气管10设计为上述的渐缩结构时，能够使得热源空气经过压气机进气管10时，获得充分的进气效果。
[0058]
根据本技术的实施例，风机组件包括风机座，该风机座为上述的风机座。
[0059]
结合参见图4和图5所示，在一个实施例中，风机组件还包括冲压活门13，冲压活门13连接在风机座的风扇安装部5上，与换热器14换热之后的冲压空气经进气口1进入空气流道2，然后经出气口3流出，通过冲压活门13排出风扇安装部5。冲压活门13也称冲压阀门，用于调节经过换热器14的空气流量。
[0060]
高温气体进入到膨胀机进行膨胀做功，将内能转换为动能，作为驱动压气机和风机部分旋转的动力，此时气体温度降低并从膨胀机流向下一级。膨胀机做功带动风机部件转动，将来自换热器14一侧的冲压空气吸入，经过风机座内的空气流道2，并最终通过冲压
活门13排出，实现热交换。
[0061]
在本实施例中，冲压活门13与风机座的端部法兰之间通过螺栓连接，同时冲压活门13的内转设置有内环凸起，内环凸起插入风机内环9的u形槽内，从而能够与螺栓连接结构配合，实现冲压活门13与风机座之间的快速定位连接，降低安装难度，提高安装效率。
[0062]
压气机连接部4包括连接凸环11，连接凸环11设置有连接凸缘12，连接凸缘12沿周向设置有连接孔时，压气机壳体15包括蜗壳，蜗壳包括连接端16，连接端16套设在连接凸环11内，并与连接凸环11之间形成密封连接。在本实施例中，压气机壳体15的蜗壳内腔结构不变，但是将蜗壳连接端16的结构分成了两层，一层是蜗壳本身的腔壁结构，另一层是与蜗壳的连接端16形成套接结构的连接凸环11，既不会影响压气机本身所具有的压气性能，又能够方便实现风机座19与压气机壳体15之间的密封连接。
[0063]
连接端16的端部设置有周向凸缘17，周向凸缘17与连接凸环11的内周壁密封配合，蜗壳与连接凸缘12之间固定连接。在本实施例中，周向凸缘17与连接凸环11的内壁之间形成密封配合，同时蜗壳的涡管端部与连接凸缘12之间通过螺栓形成固定连接。
[0064]
结合参见图1至图7所示，在一个实施例中，空气循环机包括壳体组件和旋转轴18，壳体组件为上述的壳体组件，旋转轴18安装在壳体组件内。
[0065]
风扇安装部5上设置有内部阶梯孔6，内部阶梯孔6靠近压气机连接部4的一侧设置有压气机侧密封连接结构7，内部阶梯孔6靠近风扇的一侧设置有风机侧密封连接结构8时，压气机侧密封连接结构7处安装有压气侧密封，风机侧密封连接结构8处安装有风机侧密封，内部阶梯孔6的轴承连接结构20内安装有径向轴承，旋转轴安装在径向轴承内。
[0066]
在本实施例中，在将旋转轴18安装入壳体组件内时，可以通过螺栓连接分别将压气侧密封、径向轴承和风机侧密封安装于风机座19上，可以形成两个独立的空气工作腔，即压气机部件工作腔和风机座右侧风扇工作腔，空气经进压气机进气管10流向压气机部件工作腔，冲压空气经进气口1进入风机座右侧风扇工作腔，减小了两个工作腔之间的空气流动，保证气体循环的正常流动，同时径向轴承的安装也保证了旋转轴18的正常工作的稳定。
[0067]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0068]
以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种压气机叶轮，安装在旋转轴(18)上，其特征在于，所述压气机叶轮包括安装轴孔(22)，所述压气机叶轮通过所述安装轴孔(22)安装在所述旋转轴(18)上，所述安装轴孔(22)与所述旋转轴(18)之间过盈配合，过盈量为0.005mm～0.02mm。2.根据权利要求1所述的压气机叶轮，其特征在于，所述安装轴孔(22)与所述旋转轴(18)之间的过盈量为0.008～0.012mm。3.根据权利要求1所述的压气机叶轮，其特征在于，所述压气机叶轮包括第一叶片(23)和第二叶片(24)，所述第一叶片(23)和所述第二叶片(24)沿所述压气机叶轮的周向交替排布，所述第一叶片(23)的轴向长度大于所述第二叶片(24)的轴向长度。4.根据权利要求1所述的压气机叶轮，其特征在于，所述压气机叶轮包括叶片，所述叶片为后弯式结构，所述叶片的弯折方向与所述叶轮的旋转方向相反。5.根据权利要求4所述的压气机叶轮，其特征在于，所述叶片的后弯角为45
°
～60
°
。6.根据权利要求1所述的压气机叶轮，其特征在于，所述压气机叶轮为半开式叶轮。7.一种压气机，包括压气机叶轮，其特征在于，所述压气机叶轮为权利要求1至6中任一项所述的压气机叶轮。8.一种空气循环机，包括压气机，其特征在于，所述压气机为权利要求7所述的压气机。9.根据权利要求8所述的空气循环机，其特征在于，所述空气循环机还包括风机和膨胀机，所述压气机包括压气机壳体(15)，所述风机包括风机座(19)，所述压气机壳体(15)和所述风机座(19)分开独立成型，所述压气机壳体(15)连接在所述风机座(19)的压气机连接部(4)上。10.根据权利要求9所述的空气循环机，其特征在于，所述压气机连接部(4)包括连接凸环(11)，所述连接凸环(11)设置有连接凸缘(12)，所述连接凸缘(12)沿周向设置有连接孔，所述压气机壳体(15)包括蜗壳，所述蜗壳包括连接端(16)，所述连接端(16)套设在所述连接凸环(11)内，并与所述连接凸环(11)之间形成密封连接。11.根据权利要求10所述的空气循环机，其特征在于，所述连接端(16)的端部设置有周向凸缘(17)，所述周向凸缘(17)与所述连接凸环(11)的内周壁密封配合，所述蜗壳与所述连接凸缘(12)之间固定连接。

技术总结
本申请提供一种压气机叶轮、压气机件和空气循环机。该压气机叶轮安装在旋转轴(18)上，压气机叶轮包括安装轴孔(22)，压气机叶轮通过安装轴孔(22)安装在旋转轴(18)上，安装轴孔(22)与旋转轴(18)之间过盈配合，过盈量为0.005mm～0.02mm。根据本申请的压气机叶轮，能够有效避免压气机叶轮脱离旋转轴，同时降低压气机叶轮在旋转轴上的装配和拆卸难度。气机叶轮在旋转轴上的装配和拆卸难度。气机叶轮在旋转轴上的装配和拆卸难度。


技术研发人员：黄建平 刘茂龙 符渡 于艳翠 陈云飞
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2021.06.24
技术公布日：2022/5/25