风扇护罩的制作方法

本发明涉及飞行器环境控制系统中使用的空气循环机(acm)，并且更具体地说涉及一种用于在acm中使用的风扇和压缩机壳体。
背景技术：
：常规飞行器环境控制系统结合acm来用于冷却供应给飞行器舱室的空气并对所述空气除湿。acm通常包括用于压缩空气的压缩机部段。压缩的空气排放至下游热交换器并且进一步传输至涡轮机。涡轮机从膨胀的空气提取能量以驱动压缩机。从涡轮机输出的空气通常被用作运载工具，诸如飞行器的舱室的空气供应。acm可以用于在传输至飞行器的环境控制系统的空气中实现所希望的压力、温度和湿度。acm经常具有三轮或四轮构造。在三轮acm中，涡轮机驱动在公共轴上旋转的压缩机和风扇两者。在四轮acm中，两个涡轮机部段在公共轴上驱动压缩机和风扇。在任何构造中，可以将第一气流引导到压缩机部段中，并且可以将第二气流引导到风扇部段中。在由压缩机压缩第一气流之后，可以将第一气流引导至热交换器以将第一气流冷却至所希望的温度，之后第一气流行进至一个或多个涡轮机。由风扇部段将第二气流朝向热交换器引导以冷却第一气流。风扇部段包括一排风扇叶片，所述风扇叶片旋转来将第二气流吸入到风扇部段中并且将所述第二气流吸到热交换器上。在风扇部段中的一个风扇叶片在操作过程中因发生断裂而从公共轴脱离的情况下，断裂的风扇叶片会撞击和损坏风扇部段的壳体。在传统的acm中，风扇部段周围的壳体往往与压缩机部段的壳体一体成型，从而形成具有复杂的几何形状的修理或更换费用较高的单一部件。技术实现要素：在本发明的一方面中，空气循环机的风扇护罩包括沿风扇护罩的中心轴线在护罩的第一端与第二端之间轴向延伸的管状主体。凸缘在所述护罩的所述第一端处从所述护罩的所述管状主体径向向外延伸。至少一个安装孔延伸穿过所述凸缘。观察孔延伸穿过所述凸缘并且相对于所述中心轴线定位在所述至少一个安装孔的径向内侧。在本发明的另一方面中，空气循环机的风扇壳体包括风扇出口流动通道以及环，所述环围绕风扇壳体的中心轴线设置并且围绕风扇出口流动通道设置。所述环包括与第二端轴向相对地设置的第一端，第一端设置在第二端的下游。所述环还包括设置在所述环的第一端的径向内侧的托架。托架还设置在所述环的第一端的上游以及所述环的第二端的下游。风扇壳体还包括风扇护罩。风扇护罩具有沿风扇壳体的中心轴线从护罩的第一端轴向延伸至第二端的管状主体。护罩的第二端朝向所述环的托架延伸。凸缘在护罩的第一端处从护罩的管状主体径向向外延伸并且所述凸缘设置在所述环的第一端附近。至少一个安装孔延伸穿过所述凸缘。观察孔也延伸穿过所述凸缘并且定位在至少一个安装孔的径向内侧以及所述环的第一端的径向内侧。本领域普通技术人员将认识到，鉴于包括附图的本公开的全部内容，本发明的其他方面和实施方案是可能的。附图说明图1是空气循环机的实施方案的截面图。图2是图1的空气循环机的风扇护罩的截面图。图3是图2的风扇护罩的第一端的正视图。虽然上述附图阐述了本发明的一个或多个实施方案，但是也涵盖其他实施方案。在所有情况下，本公开都以示例而非限制的方式呈现本发明。应理解，本领域技术人员可以想出落在本发明的原理的范围和精神内的众多其他修改形式和实施方案。附图可能并未按比例绘制，并且本发明的应用和实施方案可以包括附图中未具体示出的特征和部件。相同附图标记标识相同结构元件。具体实施方式本发明涉及一种用于空气循环机(acm)的风扇和压缩机壳体，所述风扇和压缩机壳体包括可拆卸的风扇护罩和容纳环。在acm的风扇叶片断裂并撞击风扇和压缩机壳体的情况下，风扇护罩和容纳环将承受风扇叶片的大部分撞击，从而防护风扇和压缩机壳体的其余部分并且降低acm的修理成本。风扇护罩包括观察孔的附加益处：允许由操作者在acm的维护过程中视觉确认容纳环的存在。风扇护罩还包括选择来确保观察孔与容纳环之间的适当的径向对准的尺寸和尺寸比。下文参考附图论述了活塞的一些示例性实施方案。图1是acm2的截面图。acm2是四轮acm，所述四轮acm包括风扇部段4、压缩机部段6、第一涡轮机部段8以及第二涡轮机部段10，它们全部都连接至轴12以用于共同绕中心轴线14旋转。应注意，仅以举例而非限制的方式示出和描述acm2。众多其他acm构造诸如三轮acm在另外的实施方案中也是可能的。当第一工作流体穿过acm2时，首先在压缩机部段6中压缩第一工作流体，并且之后在第一涡轮机部段8和第二涡轮机部段10中使所述第一工作流体膨胀。在第一工作流体穿过压缩机部段6与第一涡轮机部段8之间时，第一工作流体通常在所述第一工作流体传输穿过其中的热交换器(未示出)中冷却。第一涡轮机部段8和第二涡轮机部段10从第一工作流体提取能量，从而使轴12绕中心轴线14转动。与此同时，第二工作流体通过风扇部段4传输穿过同一个热交换器。例如，第一工作流体可以从燃气涡轮发动机的排气阀传输穿过压缩机部段6而到达热交换器，进而到达第一涡轮机部段8，之后到达第二涡轮机部段10并且然后到达飞行器的环境控制系统。第二工作流体可以是冲压空气，由风扇部段4拉入穿过同一个热交换器以将第一工作流体冷却至所希望的温度，之后将第一工作流体传输至涡轮机部段8和涡轮机部段10。通过压缩工作流体、对其进行温度处理和使其膨胀，可以将第二涡轮机10处提供的输出物调节至所希望的温度、压力和/或相对湿度。风扇部段4包括风扇进气口16和风扇出气口18。风扇进气口16是acm2中从另一个来源诸如冲压空气收集器接收第二工作流体的开口。风扇出气口18允许第二工作流体溢出风扇部段4。风扇叶片20可以用于将第二工作流体吸入到风扇部段4中。压缩机部段6包括压缩机进气口22、压缩机出气口24和压缩机叶片27。压缩机进气口22是限定在其中从另一个来源接收有待压缩的第一工作流体的孔隙的管道。压缩机进气口22将第一工作流体从压缩机进气口22引导至压缩机叶片27，在此处，第一工作流体被压缩，之后进入压缩机出气口24。压缩机出气口24允许第一工作流体在所述第一工作流体被压缩之后传输至其他系统。第一涡轮机部段8包括第一级涡轮机进气口28、第一级涡轮机出气口30和第一涡轮机叶片33。第一级涡轮机进气口28是限定第一工作流体在第一涡轮机部段8中膨胀之前穿过其中的孔隙的管道。第一级涡轮机出气口30是限定第一工作流体(其已膨胀)从其中离开第一涡轮机部段8的孔隙的管道。第一级涡轮机叶片33设置在第一级涡轮机进气口28与第一级涡轮机出气口30之间的流动路径中，并且从穿过其中的第一工作流体提取能量，从而驱动第一涡轮机部段8和附接部件的旋转，所述附接部件包括轴12、风扇部段4和压缩机部段6。第二涡轮机部段10包括第二级涡轮机进气口34、第二级涡轮机出气口36和第二级涡轮机叶片39。第二级涡轮机进气口34是限定第一工作流体在第二涡轮机部段10中膨胀之前穿过其中的孔隙的管道。第二级涡轮机出气口36是限定第一工作流体(其已膨胀)从其中离开第二涡轮机部段10的孔隙的管道。第二级涡轮机叶片39设置在第二级涡轮机进气口34与第二级涡轮机出气口36之间的流动路径中，并且从穿过其中的工作流体提取能量，从而驱动第二涡轮机部段10和附接部件的旋转，所述附接部件包括轴12、风扇部段4和压缩机部段6。第一工作流体从第二级涡轮机进气口34传递至空腔35，在此处，第一工作流体溅射到第二级涡轮机叶片39上。第一工作流体之后可以穿过叶轮或喷嘴，所述叶轮或喷嘴出于最佳效率考虑帮助导引和调直第一工作流体流。第一工作流体流使得涡轮机叶片39旋转并且使得轴12转动。轴12可以是杆，诸如钛质系杆，所述杆用于连接acm2的其他部件。中心轴线14是相对于其可以布置其他部件的轴线。轴12可以将风扇部段4机械连接至压缩机部段6。风扇部段4和压缩机部段6还可以包括风扇和压缩机壳体40。风扇和压缩机壳体40可以封闭穿过风扇部段4和压缩机部段6内的活动件和气道两者。风扇和压缩机壳体40的大小和几何形状限定穿过acm2的气流。风扇和压缩机壳体40可以被设定尺寸来与邻近壳体部段，诸如第一涡轮机壳体42和第二涡轮机壳体44配合。如图1中所示，风扇和压缩机壳体40可以包括外环46、支架48、内环50、弯曲壁52、容纳环54、护罩56以及紧固件58。内环50可以包括第一端60、第二端62、导引表面64、托架66、空腔68、凹槽70、安装表面72以及安装孔74。容纳环54可以包括第一端76、第二端78、管状主体80以及凸缘82。护罩56可以包括第一端84、第二端86、管状主体88以及安装凸缘90。外环46围绕中心轴线14设置。中心轴线14可以是acm2以及风扇和压缩机壳体40两者的中心轴线。内环50设置在外环46的径向内侧，并且支架48彼此周向地间隔开并可以从外环46径向向内延伸至内环50。支架48连接至内环50和外环46两者，并且可以使外环46在径向上与内环50相对地间隔开以形成风扇进气口16。内环50形成风扇出气口18并且围绕风扇叶片20设置。弯曲壁52可以连接至外环46并且可以朝向风扇叶片20弯曲180度。弯曲壁52连同内环50一起在风扇进气口16与风扇出气口18之间形成弯曲流动通道，从而允许工作流体在通过风扇出气口18离开风扇部段4之前进入风扇进气口16来转动180度。如图1–3中所示，外环46、支架48、内环50和弯曲壁52全部可以一体成型，并且可以通过铸造工艺形成为单一工件。外环46、支架48、内环50和弯曲壁52可以由铝或铝合金，诸如6061铝合金，或者可以容易地成型为风扇和压缩机壳体40的几何形状，同时满足acm2的操作条件的任何其他材料形成。容纳环54和护罩56可以设置在内环50的径向内侧，并且设置在风扇叶片20的径向外侧。如果一个风扇叶片20在acm2的操作过程中从轴12脱离(又称为“叶片脱落事件”)，那么容纳环54和护罩56被构造来承受因脱离的风扇叶片20撞击所致的力，从而保护风扇和压缩机壳体40的其余部分免于损坏。如图1中所示，容纳环54可以包括沿中心轴线14在容纳环54的第一端76与容纳环54的第二端78之间轴向延伸的管状主体80。容纳环54的凸缘82可以在容纳环54的第一端76处从管状主体80径向向外延伸。容纳环54可以由钢，诸如4130钢，或适于忍受来自风扇叶片20的撞击的任何其他材料形成。护罩56可以包括沿中心轴线14在护罩56的第一端84与护罩56的第二端86之间轴向延伸的管状主体88。护罩56还可以包括在护罩56的第一端84处从护罩56的管状主体88径向向外延伸的安装凸缘90。护罩56可以由铝或铝合金，诸如6061铝合金，或者可以成型为护罩56的几何形状，同时满足acm2的操作条件的任何其他材料形成。容纳环54和护罩56可释放地连接至内环50，以使得容纳环54和护罩56能够在叶片脱落事件之后快速从内环50脱离并进行更换。内环50包括导引表面64、托架66、凹槽70、安装表面72以及安装孔74以帮助将容纳环54和护罩56可释放地连接至内环50。如图1中所示，内环50的第一端60以与内环50的第二端62轴向相对的方式设置。导引表面64可以形成在内环50的第一端60与第二端62之间，并且相对于中心轴线14面向径向内侧。托架66可以设置在导引表面64的径向内侧并且轴向定位在内环50的第一端60与第二端62之间。凹槽70形成在内环50的第一端60上。凹槽70可以是在第一端60与导引表面64之间轴向延伸的埋头孔，并且径向向内延伸至导引表面64。安装表面72也可以设置在内环50的第一端60处并且可以从凹槽70径向向外延伸。安装孔74可以形成在安装表面72和内环50的第一端60中，并且可以在安装表面72上彼此周向地间隔开。当将容纳环54和护罩56组装到内环50上时，容纳环54的管状主体80的第二端78被定位成使得容纳环54的管状主体80的第二端78能够延伸到托架66上。在容纳环54的管状主体80的第二端78定位在托架66上的情况下，容纳环54的管状主体80可以抵靠导引表面64定位，并且容纳环54的凸缘82可以延伸进入到内环50中位于内环50的第一端60近侧的凹槽70中。空腔68还可以形成在内环50中，并且可以定位在托架66和导引表面64的径向内侧以减轻内环50和acm2的总重。减轻acm2的重量有助于将acm2的重量减轻转换成结合acm2的飞行器的重量减轻并且改进所述飞行器的燃料效率。空腔68还可以有助于通过在内环50的托架66与其余部分之间提供更多间隙和空间来将容纳环54的第二端78组装到内环50的托架66上。在容纳环54定位在内环50上的情况下，护罩56之后可以附接到内环50上以将容纳环54径向固定在内环50与护罩56之间。当组装到内环50上时，护罩56的管状主体88的第二端86可以设置在容纳环54的管状主体80的径向内侧。管状主体88的第二端86也可以设置在托架66附近并且与托架66径向对准。安装凸缘90可以抵靠内环50的安装表面72和第一端60定位，以使得安装凸缘90覆盖住凹槽70和容纳环54的凸缘82。在护罩56的安装凸缘90抵靠安装表面72放置的情况下，可以将紧固件58插入穿过安装凸缘90中的安装孔96而进入到内环50的安装孔74中以将护罩56和容纳环54固定至内环50。紧固件58可以是螺纹紧固件，诸如螺钉或螺栓。在容纳环54的凸缘82设置在凹槽70中，容纳环54的第二端78设置在托架66上，并且护罩56的安装凸缘90连接至内环50的安装表面72的情况下，容纳环54在acm2的操作过程中无法轴向移动位置，从而确保容纳环54在发生叶片脱落事件的情况下能维持相对于风扇叶片20的轴向位置。导引表面64、托架66和管状主体80约束容纳环54在acm2的操作过程中的径向移动和移位。如下文参考图2和图3所论述，护罩56可以包括用于允许视觉验证acm2中的容纳环54的存在的观察孔100。将同时论述图2和图3。图2是图1的acm2的护罩56的截面图。图3是图2的护罩56的第一端84的正视图。如图2和图3中所示，护罩56的安装凸缘90可以包括第一侧92、第二侧94、安装孔96、埋头孔凹槽98以及观察孔100。安装凸缘90的第一侧92以与安装凸缘90的第二侧94相对的方式设置。当护罩56安装到内环50中时，安装凸缘90的第二侧94抵靠内环50的安装表面72设置。安装孔96可以完全延伸穿过护罩56的安装凸缘90并且可以与内环50的安装孔74(图1中仅示出其中一个)径向地且周向地对准。埋头孔凹槽98中的每一个可以形成在安装凸缘90的第一侧92上并且围绕安装孔96中的一个设置。埋头孔凹槽98允许紧固件58(图1中所示)的工作头部在安装到acm2上时与安装凸缘90的第一侧92齐平。观察孔100也可以延伸穿过护罩56的安装凸缘90并且可以相对于中心轴线14定位在安装孔96的径向内侧。观察孔100定位在安装凸缘90上，以使得观察孔100在护罩56连接至内环50时与容纳环54的至少一部分径向对准。如通过图1中的示例所示，观察孔100可以定位在内环50的第一端60的径向内侧，以使得观察孔100与容纳环54的凸缘82径向对准。如果技术人员在acm2的维修或初始组装过程中无意中没有包括容纳环54，那么风扇和压缩机壳体40在发生叶片脱落事件的情况下可能会经受更为重大和昂贵的损坏。在护罩56的安装凸缘90上提供和定位观察孔100允许技术人员能够在将acm2结合到飞行器中之前视觉验证acm2中容纳环54的存在。为了确保观察孔100对于查看容纳环54而言是足够大的，观察孔100可以包括长度为约0.4648cm(0.1830英寸)至约0.4902cm(0.1930英寸)的直径d1。为了确保观察孔100充分定位在安装凸缘90上，观察孔100的中心可以在安装凸缘90上与中心轴线14径向间隔开距离d2。距离d2的长度可以为约8.0860cm(3.1835英寸)至约8.1191cm(3.1965英寸)。观察孔100的直径d1与距离d2之比(d1/d2)可以为约0.0570至约0.0600。安装凸缘90可以包括长度约为9.0170cm(3.5500英寸)的外径d3。距离d2与安装凸缘90的外径d3之比(d2/d3)可以为约0.8967至约0.9004。护罩56的管状主体88也可以被设定尺寸来帮助容纳环54支撑风扇和压缩机壳体40对抗叶片脱落事件下的撞击。护罩56的管状主体88可以包括内径d4和径向厚度d5。管状主体88的内径d4的长度可以为约13.2994cm(5.2360英寸)至约13.3146cm(5.2420英寸)。径向厚度d5的长度可以为约0.3429cm(0.1350英寸)至约0.3937cm(0.1550英寸)。管状主体80的内径d4与管状主体的径向厚度d5之比(d4/d5)可以为约33.7806至约38.8296。安装凸缘90的外径d3与管状主体88的内径d4之比(d3/d4)可以为约0.6772至约0.6779。表1在下文提供了尺寸d1、d2、d3、d4以及d5的值连同上述比率的列表。表1d10.4648cm–0.4902cmd28.0860cm–8.1191cmd39.0170cm–9.0170cmd413.2994cm–13.3146cmd50.3429cm–0.3937cmd1/d20.0570–0.0600d2/d30.8967–0.9004d3/d40.6772–0.6779d4/d533.7806–38.8296鉴于前文描述，将认识到本公开提供众多优点和益处。例如，本公开提供具有风扇和压缩机壳体40的acm2。风扇和压缩机壳体包括内环50，所述内环50具有允许容纳环54和护罩56的可去除的连接的导引表面64、托架66和凹槽70。在acm2的风扇部段4中发生叶片脱落事件的情况下，容纳环54和护罩56被构造来承受由叶片脱落事件导致的大部分能量和损坏，从而使风扇和压缩机壳体40的其余部分免于显著损坏。在叶片脱落事件之后，可以从风扇和压缩机壳体40的内环50去除容纳环54和护罩56并且对其进行更换。获得了成本节省，因为容纳环54和护罩56的更换成本相较于更换整个压缩机壳体40的成本而言是相对廉价的。另外，护罩56包括为容纳环54提供观察窗口的观察孔100。在将acm2组装到飞行器上之前，操作者可以使用观察孔100来检查容纳环54并且验证容纳环54事实上存在于acm2中并且在acm2的初始组装或维修过程中不会被无意中落下。由于观察孔100放置在护罩56的安装凸缘90上，观察孔100也不会干扰到工作流体流过风扇部段4。下文是本发明的可能的实施方案的非排他性描述。在一个实施方案中，空气循环机的风扇护罩包括沿风扇护罩的中心轴线在护罩的第一端与第二端之间轴向延伸的管状主体。凸缘在所述护罩的所述第一端处从所述护罩的所述管状主体径向向外延伸。至少一个安装孔延伸穿过所述凸缘。观察孔延伸穿过所述凸缘并且相对于所述中心轴线定位在所述至少一个安装孔的径向内侧。先前段落的风扇护罩可以任选地包括另外地和/或可替代地以下特征结构、构造和/或附加部件中的任一个或多个：观察孔包括直径d1，其中观察孔在凸缘上与风扇护罩的中心轴线径向间隔开距离d2，并且其中观察孔的直径d1与距离d2之比是0.0570至0.0600；凸缘包括外径d3，并且其中距离d2与凸缘的外径d3之比是0.8967至0.9004；护罩的管状主体包括内径d4，并且其中凸缘的外径d3与管状主体的内径d4之比是0.6772至0.6779；护罩的管状主体包括径向厚度d5，并且其中管状主体的内径d4与管状主体的径向厚度d5之比是33.7806至38.8296；和/或风扇护罩的凸缘包括第一侧和第二侧；以及凹槽，所述凹槽形成在凸缘的第一侧上并且围绕至少一个安装孔设置。在另一实施方案中，空气循环机的风扇壳体包括风扇出口流动通道以及环，所述环围绕风扇壳体的中心轴线设置并且围绕风扇出口流动通道设置。所述环包括与第二端轴向相对地设置的第一端，第一端设置在第二端的下游。所述环还包括设置在所述环的第一端的径向内侧的托架。托架还设置在所述环的第一端的上游以及所述环的第二端的下游。风扇壳体还包括风扇护罩。风扇护罩具有沿风扇壳体的中心轴线从护罩的第一端轴向延伸至第二端的管状主体。护罩的第二端朝向所述环的托架延伸。凸缘在护罩的第一端处从护罩的管状主体径向向外延伸并且所述凸缘设置在所述环的第一端附近。至少一个安装孔延伸穿过所述凸缘。观察孔也延伸穿过所述凸缘并且定位在至少一个安装孔的径向内侧以及所述环的第一端的径向内侧。先前段落的风扇壳体可以任选地包括另外地和/或可替代地以下特征结构、构造和/或附加部件中的任一个或多个：风扇壳体还包括：径向设置在所述环与风扇护罩之间的容纳环；观察孔与容纳环的至少一部分径向对准；观察孔包括直径d1，其中观察孔在凸缘上与风扇护罩的中心轴线径向间隔开距离d2，并且其中观察孔的直径d1与距离d2之比是0.0570至0.0600；凸缘包括外径d3，并且其中距离d2与凸缘的外径d3之比是0.8967至0.9004；护罩的管状主体包括内径d4，并且其中凸缘的外径d3与管状主体的内径d4之比是0.6772至0.6779；和/或护罩的管状主体包括径向厚度d5，并且其中管状主体的内径d4与管状主体的径向厚度d5之比是33.7806至38.8296。本文使用的任何相对术语或程度术语诸如“基本上”、“实质上”、“大体上”、“近似地”等等应该根据本文明确陈述的任何适用的定义或限制来解释并且受制于所述定义或限制。在所有情况下，本文使用的任何相对术语或程度术语应被解释为广泛涵盖如本领域普通技术人员通过借鉴本公开的整体内容将理解的任何相关的公开的实施方案以及这类范围或变化，以便于涵盖普遍制造公差变化、附带对准变化、瞬时振动和摇摆运动、由操作条件诱导的临时对准或形状变化等等。虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域那些技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变并且等效物可以取代其中的元件。例如，虽然图1示出以四轮acm实施本发明，但是本发明也可以用于三轮acm。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改，以使特定情况或材料适应本发明的教示。例如，虽然图1-3将风扇和压缩机壳体4示出为风扇部段4和压缩机部段6两者的单一外壳，但是风扇和压缩机壳体4可以分成为与压缩机壳体分开的部件的风扇壳体。因此，本发明并不打算受限于所公开的特定实施方案，而是本发明将包括落在随附权利要求书的范围内的所有实施方案。当前第1页12