专利名称：用于控制在空气循环机内的流体流动的密封轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含在供应空气到飞机客舱内的空气循环机中的密封轴。
技术背景
已知的空气循环机包括被驱动来使轴旋转继而驱动压缩机转子的涡轮机机转子。 空气循环机将涡轮机转子容纳在涡轮机部分中并且将压缩机转子容纳在压缩机部分中。通常，轴承包含在壳体中以支撑用于旋转的轴。一种已知类型的压缩机轴承是空气轴承。密封轴通常使用在空气循环机中，尤其使用空气轴承的空气循环机。密封轴控制在空气循环机内的旋转界面附近的空气的流动。
一种类型的轴密封件包括径向延伸孔，该孔促进多余空气从空气循环机排出。在操作期间，压缩机部分、涡轮机部分、或者两者可能产生多余空气。如果多余空气不被排出， 多余空气趋于在压缩机部分和涡轮机部分之间移动，其会使空气循环机效率低下。在某些情况下，即使有孔，多余空气仍然在压缩机部分和涡轮机部分之间移动。在过去，轴密封件不能充分地控制流动的多余空气在压缩机部分和涡轮机部分之间的流动。发明内容
一种示例密封轴，包括形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸。在所述主体中还形成有小开口。所述小开口在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸。所述密封轴还包括第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件。第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比在58. 79到78. 77之间。
一种用于供应空气到飞机客舱的示例空气循环机，包括具有构造成与主轴一起旋转的压缩机转子的压缩机部分、以及具有构造成与主轴一起旋转的涡轮机转子的涡轮机部分。密封轴构造成限制流体在压缩机部分和涡轮机部分之间的流动。密封轴具有形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸。在所述主体中形成有小开口。所述小开口在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸。所述密封轴还包括第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件。第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比在58. 79到78. 77之间。
一种将密封轴安装在空气循环机中的示例方法，包括提供构造成限制流体在空气循环机的压缩机部分和涡轮机部分之间流动的密封轴。密封轴具有形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸。在所述主体中形成有小开口。所述小开口在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸。所述密封轴还包括第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件。第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比在58. 79到78. 77之间。所述方法将涡轮机转子的一部分定位在所述圆孔内。所述方法还将压缩机转子的一部分定位在所述圆孔内以及将空气循环机的轴的一部分定位在所述圆孔内。
根据下面的说明书和附图，可以最佳地理解本发明的这些和其他特征，下面是简要描述。
图1为供应机舱空气的空气循环机的剖视图。
图2为控制在图1的空气循环机中流动的密封轴的第一透视图。
图3为图2的密封轴的侧视图。
图4为图2的密封轴的端视图。
图5为沿着图4的线5-5的截面图。
具体实施方式
图1显示实例空气循环机20 (“ACM”)，其包含在运输工具，例如飞机、直升机或基于地面的运输工具的空气供应系统22。ACM 20包括压缩机部分M、涡轮机部分沈及风扇部分观，上述三部分大体上设置在主轴30，例如连接杆周围。压缩机部分M包括压缩机转子32，涡轮机部分沈包括涡轮机转子34，以及风扇部分观包括风扇转子36。压缩机转子 32、涡轮机转子34、风扇转子36固定在主轴30上用于绕着轴线A共同旋转。
继续参考图1同时参考图2-5，实例密封轴40与主轴30径向间隔开但与之一起旋转。在旋转期间，密封轴40可以与设置在密封板48上的密封台44相互作用。密封轴40 包括第一组锐利边缘密封件48和第二组锐利边缘密封件52，其每一组构造成在主轴30的旋转期间接触密封台44。与密封台44的相互作用可以包括使密封台44与锐利边缘密封件48和52接触。在锐利边缘密封件48和52与密封台44之间的接触限制空气在涡轮机部分沈与压缩机部分M之间的移动，尤其是涡轮机部分沈中的多余空气向压缩机部分M 的移动。
实例密封轴40形成多个径向延伸小开口 56，其绕着轴线A圆周地均勻分布。小开口 56构造成传输多余空气离开涡轮机部分沈、压缩机部分M或两者。在这个实例中，多余空气通过小开口 56被传输到径向地形成在主轴30与密封轴40之间的轴腔60。多余空气被从轴腔60排出。也就是，在轴腔60内的空气自由地移动到ACM 20周围的环境。提供路径用于从ACM 20排出多余空气帮助避免在涡轮机部分沈与压缩机部分M之间的多余空气的移动。
在这个实例中，密封轴40形成从第一端部68延伸到第二端部72的圆孔64。圆孔64接纳涡轮机转子34的一部分和压缩机转子32的一部分。密封轴40和圆孔64具有在0.788到0.792英寸(20. 015到20. 117毫米)之间的轴向长度L。
主轴30延伸通过圆孔64。密封轴40与涡轮机转子34、压缩机转子32及主轴30 一起旋转。密封轴40相对于密封台44旋转。在这个实例中，圆孔64的直径Dl是在0.870 到0. 880英寸(22. 098到22. 352毫米)之间。
实例密封轴40包括六个小开口 56，这些小开口定位在密封轴40的轴向中心附近。 在这个实例中小开口 56相对于圆孔64径向地延伸。其他实例可以包括更多或更少的小开口 56。在这个实例中在每个小开口 56之间的圆周距离是相等的，但在其他实例中可以改变。
实例小开口 56是圆柱形的并且具有直径D2，其是在0.051到0.059英寸(1.295 到1.499毫米)之间。更具体地，在这个实例中直径D2为0.055英寸(1.397毫米)。因此， 其中一个小开口 56的总截面面积为大约0. 002376平方英寸(1. 53 mm2)，并且所有小开口 56的总截面面积为大约0. 014256平方英寸(9. 2 mm2)，其他实例包括更大或更小的小开口 56。在一些实例中小开口 56是非圆柱形的。
在这个实例中，第一组锐利边缘密封件48包括轴向地设置在第一端部68和小开口 56之间的四个锐利边缘密封件。第二组锐利边缘密封件52包括轴向地设置在第二端部 72和小开口 56之间的四个锐利边缘密封件。边缘密封件48和52每个具有接触面，其是密封件52的构造成接触密封台44的部分。
在ACM 20的操作期间，多余空气可能形成在压缩机部分M中。压力推动第二组锐利边缘密封件52的接触面70移动离开密封台44，这允许多余空气轴向地穿过第二组锐利边缘密封件52。
实例锐利边缘密封件48和52的接触面70每个具有0. 010英寸(0. 254毫米)的轴向宽度。锐利边缘密封件48和52的直径D3是在0. 9645到0. 9655 (24. 498到24. 524 毫米)之间。锐利边缘密封件48和52的大小被设定为在旋转期间维持与密封台44的相对紧的间隙，除非存在显著的多余空气聚集。即，密封台44的直径略大于直径D3。
实例密封轴40包括在第一端部68处的轴环76和在第二端部72处的轴环80。轴环76和80延伸超过密封台44的相对轴端。在这个实例中，轴环76和80具有与锐利边缘密封件48和52的直径D3大约相同的直径。其他实例密封轴可以不包括轴环76和80。
关于材料，实例密封轴40由15-5不锈钢制成而密封台44由聚酰胺制成。其他实例可以包括其他类型的材料。
密封轴40控制在压缩机部分24、涡轮机部分26、以及小开口 56之间的空气流动。 更具体地，将直径D3的尺寸相对于密封台44的直径增加控制空气流动。
在这个实例中，来自压缩机部分M的多余空气从压缩机部分M移动并且轴向地穿过第二组锐利边缘密封件52。然后多余空气通过小开口 56流动到轴腔60，在那里多余空气被排到周围环境中。在第一组锐利边缘密封件48与密封台44之间的间隙是非常紧的， 其导致来自压缩机部分M的多余空气趋于移动通过小开口 56而不是进入涡轮机部分26。 如可以认识到的，多余空气沿着最小阻力的路径前进。相似地，如果压缩机部分M正产生多余空气，第二组锐利边缘密封件52阻碍该多余空气进入涡轮机部分沈的流动。
在这个实例中，第一组锐利边缘密封件48的直径D3与小开口 56的总截面面积的比是在58. 79到78. 77之间。并且，在这个实例中，小开口 56的总截面面积由六个小开口的总圆周截面面积表示。调节小开口 56的总截面面积可以影响多余空气流动通过小开口 56的容易程度。调节直径D3可以影响来自压缩机部分M的多余空气流动到涡轮机部分 26的容易程度。
虽然已经公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内可以作出某些修改。由此原因，下面的权利要求应该被研究来确定本发明的真实范围和内容。
权利要求
1.一种密封轴，包括形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸；多个小开口，形成在所述主体中，并且在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸；第一组锐利边缘密封件；以及第二组锐利边缘密封件，其中第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比在58. 79到78. 77之间。
2.如权利要求1所述的密封轴，其中多个小开口轴向地定位在第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件之间。
3.如权利要求1所述的密封轴，其中所述多个小开口包括绕着轴线圆周分布的六个小开口。
4.如权利要求3所述的密封轴，其中六个小开口是绕着圆柱体的圆周等间距的。
5.如权利要求3所述的密封轴，其中六个小开口每个具有相同的截面面积。
6.如权利要求1所述的密封轴，其中第一组锐利边缘密封件每个具有轴向宽度，所述轴向宽度与所述小开口的总截面面积的比例在0. 3658到1. 1422之间。
7.如权利要求1所述的密封轴，其中所述圆柱体具有轴向长度，并且第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述轴向长度与所述直径之间的比例在48. 04到64. 62之间。
8.如权利要求1所述的密封轴，其中第一组锐利边缘密封件包括四个锐利边缘密封件。
9.如权利要求6所述的密封轴，其中第二组锐利边缘密封件包括四个锐利边缘密封件并且具有与第一组锐利边缘密封件相同的直径。
10.如权利要求1所述的密封轴，其中第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件包括径向延伸的锐利边缘密封件。
11.一种用于供应空气到飞机客舱的空气循环机，包括具有构造成与主轴一起旋转的压缩机转子的压缩机部分；具有构造成与主轴一起旋转的涡轮机转子的涡轮机部分；以及构造成限制流体在压缩机部分和涡轮机部分之间流动的密封轴，所述密封轴具有形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸，形成在所述主体中并且在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸的多个小开口，第一组锐利边缘密封件，以及第二组锐利边缘密封件，其中第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比例在58. 79到78. 77之间。
12.如权利要求11所述的空气循环机，其中所述多个小开口轴向地定位在第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件之间。
13.如权利要求11所述的空气循环机，其中所述多个小开口包括绕着轴线圆周分布的六个小开口。
14.如权利要求13所述的空气循环机，其中六个小开口是绕着圆柱体本体的圆周等间距的。CN 102536879 A
15.如权利要求11所述的空气循环机，其中第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件每一组都包括四个锐利边缘密封件。
16.如权利要求11所述的空气循环机，其中第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件构造为接触密封台。
17.一种将密封轴安装在空气循环机中的方法，包括以下步骤(a)提供构造成限制流体在空气循环机的压缩机部分和涡轮机部分之间流动的密封轴，所述密封轴具有形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸，所述密封轴还包括形成在所述主体中并且在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸的多个小开口、第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件， 其中第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比在 58. 79 到 78. 77 之间；(b)将涡轮机转子的一部分定位在所述圆孔内；(c)将压缩机转子的一部分定位在所述圆孔内；以及(d)将空气循环机的轴的一部分定位在所述圆孔内。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个小开口轴向地定位在第一组至少三个锐利边缘密封件和第二组至少三个锐利边缘密封件之间。
全文摘要
本发明涉及用于控制在空气循环机内的流体流动的密封轴。一种示例密封轴，包括形成圆孔的圆柱体主体，所述圆孔在所述主体的第一端部与所述主体的第二端部之间轴向延伸。在所述主体中还形成有小开口。所述小开口在主体的外表面与所述圆孔之间径向地延伸。所述密封轴还包括第一组锐利边缘密封件和第二组锐利边缘密封件。第一组锐利边缘密封件具有直径，并且所述直径与所述小开口的总截面面积的比在58.79到78.77之间。
文档编号F04D29/10GK102536879SQ20111043241
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者C.M.比尔斯, S.E.罗森 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司