机舱空气压缩机扩散器叶片驱动环的制作方法
【专利摘要】一种机舱空气压缩机驱动环，其包括界定轴线的外环、与所述外环同轴的内环、将所述内环连接至所述外环的多个梁腹，以及从所述外环轴向突出的多个叶片啮合销。所述叶片啮合销绕所述外环周向地间隔开，并且所述内环包括驱动环轴承界面。
【专利说明】机舱空气压缩机扩散器叶片驱动环
【技术领域】
[0001] 本公开总体上涉及空气压缩机，并且更具体地说涉及一种适用于空气压缩机的扩 散器叶片驱动环。
[0002] 发明背景 空气压缩机被用于标准商用飞机上的多种应用中。一种这样的应用是将加压空气提供 至客舱或飞机的其它加压隔舱。执行这种功能的空气压缩机通常称为"机舱空气压缩机"。
[0003] 在一些飞机应用中，需要控制穿过机舱空气压缩机的空气的体积。在实施这种控 制的一种方法中，机舱空气压缩机包括多个可旋转叶片，这些叶片增加或减小将压缩机的 进气口连接至压缩机的出气口的气体流动通道中的开口的大小。
[0004] 发明概述 本发明公开一种机舱空气压缩机驱动环，其包括界定轴线的外环、与所述外环同轴的 内环、将所述内环连接至所述外环的多个梁腹（webbing)，以及从所述外环轴向突出的多个 叶片啮合销，其中叶片啮合销绕所述外环周向地间隔开，并且所述内环包括驱动环轴承界 面。
[0005] 本发明还公开一种机舱空气压缩机，其包括压缩机进口、经由通道来流体连通至 所述压缩机进口的压缩机出口、定位于所述通道中的多个可旋转扩散器叶片、经由多个啮 合销来连接至所述可旋转扩散器叶片中的每一个的驱动环，其中所述驱动环可控制地连接 至致动器，以使得所述致动器可使所述驱动环旋转，从而相对于流过所述通道的气体来调 整所述可旋转扩散器叶片的横截面面积，其中机舱空气压缩机进一步包括机舱空气压缩机 驱动环，所述机舱空气压缩机驱动环具有界定轴线的外环、与所述外环同轴的内环、将所述 内环连接至所述外环的多个梁腹、从所述外环轴向突出的多个叶片啮合销，其中叶片啮合 销绕所述外环周向地间隔开，并且所述内环包括驱动环轴承界面。
[0006] 本发明的这些和其它特征可从以下说明书和附图来最好地理解，以下内容是简要 描述。
[0007] 附图简述 图1示出示例性机舱空气压缩机的横截面视图。
[0008] 图2示出空气压缩机的驱动环的等角视图。
[0009] 图3示出图2的驱动环的前视图。
[0010] 图4示出图2的驱动环的内径的径向向外部分内部视图。
[0011] 图5示出图2的驱动环的驱动环轴承界面的横截面侧视图。
[0012] 实施方案的详细描述 图1不出适用于商用飞机的机舱空气压缩机10。机舱空气压缩机10具有贯穿压缩机 10的中心并且界定轴线A的压缩机轴20。轴20的一端连接至接收来自电源输入32的电 力的电定子/转子布置30。电定子/转子布置30使用标准电动机装置将输入电力转化成 旋转运动，并且将旋转移动施加到轴20上。电定子/转子布置30包含于机舱空气压缩机 10的电动机壳体12部分内。
[0013] 压缩机叶轮44经由进风口 42将空气抽吸至机舱空气压缩机10中。空气通过由 通道壁54和叶轮44界定的空气通道52传递至压缩机出口 40。介于空气通道52的末端与 压缩机出口 40之间的是绕轴线A周向地间隔开的多个扩散器叶片50。扩散器叶片50中的 每一个可旋转，并且扩散器叶片50中的每一个相对于穿过空气通道52的气流的横截面面 积取决于扩散器叶片50的具体旋转或定向来变化。扩散器叶片50的横截面面积又限制或 打开空气通道52与压缩机出口 40之间的连接，从而控制在任何给定时间流过机舱空气压 缩机10的气体的体积。
[0014] 扩散器叶片50中的每一个连接至驱动环60,所述驱动环控制扩散器叶片50的旋 转位置。扩散器叶片50经由多个驱动环啮合销（在图2和3中示出）连接至驱动环60。 驱动环60的角位置（或者称为时钟位置）由旋转驱动环60的扩散器致动器56来控制。由 于驱动环60与扩散器叶片50之间的连接，驱动环60的旋转导致扩散器叶片50旋转，从而 限制或打开空气流通道52与压缩机出口 40之间的连接。
[0015] 驱动环60被支撑机舱空气压缩机10内的驱动环轴承70上。驱动环轴承70提供 围绕轴线A来定位并且与所述轴线A同轴的圆形轴承轨道。驱动环轴承70防止驱动环60 从适当的位置中移出，同时允许驱动环60绕轴线A来旋转。
[0016] 图2示出用作机舱空气压缩机中的扩散器叶片驱动环的驱动环100的等角视图。 驱动环100具有外环110和内环120。外环110和内环120经由多个梁腹130来连接。在 一个实施例中，存在六个梁腹130,并且梁腹130绕内环120和外环110径向并且对称地间 隔开。内环120和外环110中的彼此同轴并且界定轴线B。在已安装的构造中，如图1的机 舱空气压缩机10,驱动环100的轴线B与机舱空气压缩机轴20的轴线A是同轴的。
[0017] 多个扩散器叶片啮合销140绕外环110的圆周均匀地间隔开。啮合销140中的每 一个是从外环110大致平行于轴线B来延伸的圆柱形销。当驱动环100安装于机舱空气压 缩机10中时，啮合销140中的每一个与扩散器叶片啮合。由于啮合销140与扩散器叶片之 间的啮合，驱动环100的旋转导致扩散器叶片中的相应旋转，如以上描述。可绘制将每个啮 合销140的轴向中心点连接的圆圈，这称为直径中心线144 (在图3中示出）。直径中心线 与轴线B同轴。
[0018] 外环110进一步包括致动器啮合段150,所述致动器啮合段包括用于将驱动环100 连接至致动器的啮合特征结构152。
[0019] 图2的六个所示梁腹130中的三个梁腹包括制造特征结构160。制造特征结构160 包括孔162和垫。制造特征结构160用于在制造期间对准（targeting) /固定驱动环100。 在铸造期间，将制造特征结构160被加工成驱动环100,并且所有铸造检查是根据加工基准 来进行。当加工驱动环100时，驱动环100在制造特征结构上夹紧，并且将相交销插入孔 162中来获得适当的角度时序（angular timing)。
[0020] 继续参考图2,图3示出图2的扩散器叶片驱动环100的前视图，其中相同数字指 示相同元件。如先前所述，驱动环100具有内环120和外环110。外环110的内径172是从 外环110的径向最内部边缘来测量。
[0021] 类似地，内环120的内径170是从内环120的径向最内部边缘来测量。在一个实 施例中，内环120的内径170在10. 395英寸至10. 405英寸（26. 403 cm至26. 429 cm)范 围内。在一个实施例中，外环110的内径172在14. 280英寸至14. 400英寸（36. 271 cm至 36. 576 cm)的范围内。在一个实施例中，内环120的内径170与外环110的内径172的比 率在 10. 395:14. 400 至 10. 405:14. 280 的范围内。
[0022] 在一个实施例中，啮合销140的直径中心线144的直径在15. 435:15. 465英寸 (39. 205 cm至39. 281 cm)的范围内。在一个实施例中，内环120的内径170与直径中心线 144的直径146的比率在10. 405:15. 435至10. 395:15. 465的范围内。在一个实施例中，夕卜 环110的内径172与直径中心线144的直径的比率在14. 400:15. 435至14. 280:15. 465的 范围内。
[0023] 继续参看图2和图3,并且相同数字指示相同元件，图4示出图2的驱动环100的 内环120与外环110沿观察线C-C的径向向外部分内部视图。驱动环100的内环120的内 表面122包括轨道126,所述轨道用于将驱动环100定位于机舱空气压缩机中的驱动环轴承 上，从而允许驱动环100绕轴线B旋转并且支撑于机舱空气压缩机内。
[0024] 轨道126具有两个面对侧壁124,其中侧壁124中的每一个大致垂直于轴线B。轨 道126还包括底座122,所述底座不与两个面对侧壁124对齐并且大致平行于轴线B。在两 个面对侧壁124接合底座壁122的每个转角处切出间隙切口 128。内环120的内径170从 两个面对侧壁124的最内部部分来测量，因为两个面对侧壁124的最内部部分是内环120 的径向最内部边缘。第二内环底座直径174是从底座的内表面122来测量。
[0025] 在一个实施例中，内环底座直径174在10. 801英寸至10. 805英寸（27. 434 cm至 27. 445 cm)的范围内。在一个实施例中，内环底座直径174与内环的内径172的比率在 10. 801:10. 405 至 10. 805:10. 395 的范围内。
[0026] 在一个实施例中，内环底座直径174与外环110的内径172的比率是 10. 805:14. 280 至 10. 801:14. 400。
[0027] 继续参看图2至图4,图5示出图2的驱动环100的轴承界面180的横截面侧视图。 驱动环轴承界面180的两个面对壁124界定两个面对壁124之间的最短距离的轴向界面长 度182。在一个实施例中，驱动环轴承界面180的轴向界面长度182在1. 002英寸至1. 004 英寸（2. 545 cm至2. 550 cm)范围内。驱动环轴承界面180进一步界定总轴向轴承界面长 度184。在一个实施例中，总轴向轴承界面长度184在1. 120英寸至1. 130英寸（2. 844 cm 至2. 870 cm)的范围内。
[0028] 如先前所述，面对侧壁124中的每一个在将面对侧壁124与底座表面122连接的 转角处包括间隙切口 128。在一个实施例中，间隙切口 128中的每一个具有相对于轴线B 的进入底座表面122中的径向深度187,所述径向深度在0.025英寸至0.035英寸（.0635 cm-. 0889 cm)的范围内。间隙切口 128中的每一个也界定进入相应的面对侧壁124中的轴 向切口 188。在一个实施例中，轴向切口 188在0. 005英寸至0. 015英寸（.0127 cm至.0381 cm)的范围内。面对侧壁124中的每一个还界定所述面对侧壁124的轴向长度186。在一个 实施例中，每个面对侧壁124的轴向长度186在0. 115英寸至0. 125英寸（.2921 cm至.3175 cm)的范围内。在一个实施例中，切口轴向长度186与径向深度187的比率在0.005:0. 035 至0.015:0. 025的范围内。
[0029] 在一个实施例中，轴承界面180的轴向长度182与底座表面122的轴向长度182 的比率在1. 120:1. 004至1. 130:1.006的范围内。在一个实施例中，面对侧壁124中的每 一个的轴向长度与轴承界面180的轴向长度182的比率在0. 115:1. 130至0. 125:1. 120的 范围内。
[0030] 在图5的轴承界面180的实际实行方案中，底座表面122和两个面对壁124都涂 有保护涂层。在一个实施例中，从间隙切口 188省去保护涂层。
[0031] 虽然以上比率和范围中每一个关于独立的实施例来列出，但是应了解的是，所述 比率和范围各自的益处可进一步通过将范围和比率组合到利用多个已描述特征的单个实 施例中来实现。具体描述的范围和比率确保扩散器驱动环1〇〇轨道126稳固地连接至轴承， 但是仍然能够绕所述轴承来旋转。
[0032] 应进一步理解的是，上述概念中的任何概念可单独使用，或与其它上述概念中的 任何概念或所有概念组合使用。尽管已公开了本发明的一个实施方案，但是本领域的一般 技术人员将认识到，某些修改方案将归入本发明的范围内。由于这个原因，应研习以下权利 要求书来确定本发明的真实范围和内容。
【权利要求】
1. 一种机舱空气压缩机驱动环，其包括： 外环，所述外环界定轴线； 内环，所述内环与所述外环同轴； 多个梁腹，所述梁腹将所述内环连接至所述外环； 从所述外环轴向突出的多个叶片啮合销，其中所述叶片啮合销绕所述外环周向地间隔 开；并且 所述内环包括驱动环轴承界面。
2. 如权利要求1所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述内环界定可操作来将所述驱 动环安装至机舱空气压缩机轴承的轴承界面轨道，所述轴承界面轨道包括：第一面对壁和 第二面对壁，其中所述第一面对壁和第二面对壁中的每一个大致上垂直于所述轴线；以及 轴承界面底座表面，其中所述轴承界面底座表面平行于所述轴线。
3. 如权利要求2所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述第一面对壁和第二面对壁中 的每一个的轴向长度在0. 115英寸至0. 125英寸（.2921 cm至.3175 cm)的范围内。
4. 如权利要求2所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述轴承界面的轴向长度在 1. 120英寸至1. 130英寸（2. 8448 cm至2. 8702 cm)的范围内。
5. 如权利要求2所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述轴承界面底座表面的轴向长 度在1. 002英寸至1. 004英寸（2. 545 cm至2. 550 cm)的范围内。
6. 如权利要求2所述的机舱空气压缩机驱动环，其进一步包括 第一间隙切口，所述第一间隙切口在所述面对壁中的第一个壁与所述轴承界面底座表 面之间的接合处径向突出至所述轴承界面底座表面中，并且轴向突出至所述面对壁中的所 述第一个壁中； 第二间隙切口，所述第二间隙切口在所述面对壁中的第二个壁与所述轴承界面底座表 面之间的接合处径向突出至所述轴承界面底座表面中，并且轴向突出至所述面对壁中的所 述第二个壁中；并且 其中所述间隙切口中的每一个的所述轴向突出与所述间隙切口中的每一个的所述径 向突出的比率在〇. 005:0. 035至0. 015:0. 025的范围内。
7. 如权利要求1所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述外环界定从所述外环的径向 最内部边缘测量的外环直径，并且所述外环直径在14. 280英寸至14. 400英寸（36. 271 cm 至36. 576 cm)的范围内。
8. 如权利要求1所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述内环界定从所述内环的径向 最内部边缘测量的内环直径，并且所述内环直径在10. 395英寸至10. 405英寸（26. 403 cm 至26. 429 cm)的范围内。
9. 如权利要求1所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述外环界定从所述外环的径 向最内部边缘测量的外环直径，所述内环界定从所述内环的径向最内部边缘测量的内环直 径，并且所述内环直径与所述外环直径的比率在10. 395:14. 400至10. 405:14. 280的范围 内。
10. 如权利要求1所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述多个叶片啮合销中的每一 个界定啮合销中心点，连接所述啮合销中心点中的每一个的直径圆圈界定所述外径环的直 径圆圈直径，并且所述直径圆圈直径在15. 435英寸至15. 465英寸（39. 205 cm至39. 281 cm)的范围内。
11. 如权利要求10所述的机舱空气压缩机驱动环，其中所述外环界定从所述外环 的径向最内部边缘测量的外环直径，并且所述直径圆圈直径与所述外环直径的比率在 14. 280:15. 435 至 14. 400:15. 465 的范围内。
12. -种机舱空气压缩机，其包括： 压缩机进口； 压缩机出口，所述压缩机出口经由通道来流体连接至所述压缩机进口； 定位于所述通道中的多个可旋转扩散器叶片； 经由多个啮合销来连接至所述可旋转扩散叶片中的每一个的驱动环，其中所述驱动环 可控制地连接至致动器以使得所述致动器可使所述驱动环旋转，从而相对于流过所述通道 的气体来调整所述可旋转扩散器叶片的横截面面积； 其中所述驱动环进一步包括 机舱空气压缩机驱动环，其包括： 外环，所述外环界定轴线； 内环，所述内环与所述外环同轴； 多个梁腹，所述梁腹将所述内环连接至所述外环； 从所述外环轴向突出的所述多个叶片啮合销，其中所述叶片啮合销围绕所述外环周向 地间隔开；并且 所述内环包括驱动环轴承界面。
13. 如权利要求12所述的机舱空气压缩机，其中 所述机舱空气压缩机进一步包括轴承轨道，其中所述驱动环经由所述内环的径向内表 面上的轴承轨道界面来安装至所述轴承轨道； 所述轴承轨道界面包括大致垂直于所述轴线的一对面对侧壁和平行于所述轴线的底 座表面；并且 所述底座表面界定10. 801英寸至10. 805英寸（27. 434 cm至27. 445 cm)的范围内的 内环底座直径。
14. 如权利要求13所述的机舱空气压缩机，其中所述内环底座直径与从所述的一对面 对侧壁的最内部表面测量的内环直径的比率在10. 801:10. 405至10. 805:10. 395的范围 内。
15. 如权利要求13所述的机舱空气压缩机，其中所述内环底座直径与连接所述啮合销 中的每一个的轴向中心点的圆圈的直径的比率在10. 801:15. 465至10. 805:15. 435的范围 内。
【文档编号】F04D29/46GK104100573SQ201410134751
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2013年4月4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