CN113374738A - 压缩机壳体、空气循环机壳体和空气循环机 - Google Patents

压缩机壳体、空气循环机壳体和空气循环机 Download PDF

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CN113374738A CN202110707759.3A CN202110707759A CN113374738A CN 113374738 A CN113374738 A CN 113374738A CN 202110707759 A CN202110707759 A CN 202110707759A CN 113374738 A CN113374738 A CN 113374738A
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Abstract

本申请提供一种压缩机壳体、空气循环机壳体和空气循环机。该压缩机壳体包括涡管(1)，涡管(1)具有蜗舌(2)，涡管(1)的单侧流道截面积为A，涡管(1)的进气宽度为W，涡管(1)的进气口与涡管(1)的中心轴线之间的距离为R，以涡管(1)的蜗舌(2)末端端点与涡管(1)的中心轴线的连线所在的位置为起始位置，以连线绕涡管(1)的中心轴线沿着气流流向相对于起始位置的转动角度为α，涡管(1)型线满足：A/(W*R)＝aα3+bα2+cα+d，其中a的取值范围为‑0.004～‑0.002，b的取值范围为+0.001～+0.003,c的取值范围为0.1～1,d的取值范围为0.1～1.1。根据本申请的压缩机壳体，能够对压缩机的结构进行优化，降低气流流动损失，提高压缩机性能。

Description

压缩机壳体、空气循环机壳体和空气循环机
技术领域
本申请涉及飞机空调技术领域，具体涉及一种压缩机壳体、空气循环机壳体和空气循环机。
背景技术
目前主流飞机客舱空调的动力来源于飞机发动机引气，发动机排出的高温高压气体进入制冷包单元，具体可为膨胀轮后，带动压缩轮及冲压风扇运转。膨胀轮主要用来提供动力，以及产生低温气流。压缩轮主要用来提升高空中飞机外的低压空气压力，同时伴随有增温的作用。冲压风扇主要目的是为换热器进行热交换。
空气循环机包含压缩机(又称压气机或空压机)，压缩机由转子、扩压器和壳体等主要部件组成。壳体由进气管、涡管、轮盖和出气管等零件装配而成，为压缩叶轮提供一个工作腔体。
压缩机的结构设计对于气流流动效率影响较大，当结构设计不合理时，会导致气流在压缩机内的流动损失较大，流动效率严重降低，进而影响压缩机的压缩性能。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种压缩机壳体、空气循环机壳体和空气循环机，能够对压缩机的结构进行优化，降低气流流动损失，提高压缩机性能。
为了解决上述问题，本申请提供一种压缩机壳体，包括涡管，涡管具有蜗舌，在经过涡管的中心轴线的截面上，涡管的单侧流道截面积为A，涡管的进气宽度为W，涡管的进气口与涡管的中心轴线之间的距离为R，在垂直于涡管的中心轴线的截面上，以涡管的蜗舌末端端点与涡管的中心轴线的连线所在的位置为起始位置，以连线绕涡管的中心轴线沿着气流流向相对于起始位置的转动角度为α，涡管型线满足：A/(W*R)＝aα3+bα2+cα+d，其中a的取值范围为-0.004～-0.002，b的取值范围为+0.001～+0.003,c的取值范围为0.1～1,d的取值范围为0.1～1.1。
优选地，a＝-0.003；b＝0.0022；c＝0.5322；d＝0.6707。
优选地，涡管关于垂直于涡管的中心轴线的一个平面对称。
优选地，在经过涡管的中心轴线的截面上，涡管的单侧流道截面包括依次连接的第一圆弧段、第一直线段、第一曲线段、第二曲线段、第二直线段和第二圆弧段。
优选地，第一直线段和/或第二直线段与垂直于涡管的中心轴线的平面之间形成夹角β，β取值范围为15°～45°。
优选地，压缩机壳体还包括轮盖和连接段，连接段的第一端与涡管的进口端连接，连接段的第二端与轮盖连接，连接段的第一端与涡管在连接位置处相切，连接段的第二端与轮盖在连接位置处相切。
优选地，压缩机壳体还包括出气管，出气管连接在涡管的出口位置处，出气管为渐扩管，出气管的渐扩角θ为0＜θ≤10°。
根据本申请的另一方面，提供了一种空气循环机壳体，包括上述的压缩机壳体。
优选地，空气循环机壳体还包括风机壳体和轴承座，风机壳体和轴承座中的至少一个与压缩机壳体分开成型并固定连接。
优选地，压缩机壳体朝向轴承座的一侧设置有第一法兰，轴承座朝向压缩机壳体的一侧设置有第二法兰，第一法兰和第二法兰之间通过螺栓连接固定。
优选地，轴承座朝向压缩机壳体的一侧设置有第一轴向凸起，第一法兰上设置有第一轴孔，第一轴向凸起套设在第一轴孔内。
优选地，压缩机壳体朝向风机壳体的一侧设置有第三法兰，风机壳体朝向压缩机壳体的一侧设置有第四法兰，第三法兰和第四法兰之间通过螺栓连接固定。
优选地，压缩机壳体朝向风机壳体的一侧设置有第二轴向凸起，第四法兰上设置有第二轴孔，第二轴向凸起套设在第二轴孔内。
优选地，第二轴向凸起的外周壁上具有避让槽。
根据本申请的另一方面，提供了一种空气循环机，包括上述的压缩机壳体或上述的空气循环机壳体。
本申请提供的压缩机壳体，包括涡管，涡管具有蜗舌，在经过涡管的中心轴线的截面上，涡管的单侧流道截面积为A，涡管的进气宽度为W，涡管的进气口与涡管的中心轴线之间的距离为R，在垂直于涡管的中心轴线的截面上，以涡管的蜗舌末端端点与涡管的中心轴线的连线所在的位置为起始位置，以连线绕涡管的中心轴线沿着气流流向相对于起始位置的转动角度为α，涡管型线满足：A/(W*R)＝aα3+bα2+cα+d，其中a的取值范围为-0.004～-0.002，b的取值范围为+0.001～+0.003,c的取值范围为0.1～1,d的取值范围为0.1～1.1。本申请的压缩机壳体，对涡管型线进行了优化，使得涡管的单侧流道截面积与涡管的进风口位置相关，从而能够使得涡管型线的结构更加合理，可以有效提高气体在涡管里的流动效率，降低气流流动损失，提高压缩机的工作性能。
附图说明
图1为本申请一个实施例的压缩机壳体的局部剖视结构示意图；
图2为本申请一个实施例的压缩机壳体的剖视结构示意图；
图3为本申请一个实施例的压缩机壳体的侧视结构示意图；
图4为本申请一个实施例的空气循环机的立体结构示意图；
图5为本申请一个实施例的空气循环机的剖视结构示意图；
图6为本申请一个实施例的空气循环机壳体的分解结构示意图。
附图标记表示为：
1、涡管；2、蜗舌；3、第一圆弧段；4、第一直线段；5、第一曲线段；6、第二曲线段；7、第二直线段；8、第二圆弧段；9、轮盖；10、连接段；11、出气管；12、压缩机壳体；13、轴承座；14、风机壳体；15、第一法兰；16、第二法兰；17、第三法兰；18、第四法兰；19、第一轴向凸起；20、第二轴向凸起；21、第一轴孔；22、第二轴孔；23、避让槽。
具体实施方式
结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，压缩机壳体包括涡管1，涡管1具有蜗舌2，在经过涡管1的中心轴线的截面上，涡管1的单侧流道截面积为A，涡管1的进气宽度为W，涡管1的进气口与涡管1的中心轴线之间的距离为R，在垂直于涡管1的中心轴线的截面上，以涡管1的蜗舌2末端端点与涡管1的中心轴线的连线所在的位置为起始位置，以连线绕涡管1的中心轴线沿着气流流向相对于起始位置的转动角度为α，涡管1型线满足：A/(W*R)＝aα3+bα2+cα+d，其中a的取值范围为-0.004～-0.002，b的取值范围为+0.001～+0.003,c的取值范围为0.1～1,d的取值范围为0.1～1.1。
本申请的压缩机壳体，对涡管型线进行了优化，使得涡管的单侧流道截面积与涡管的进风口位置相关，从而能够使得涡管型线的结构更加合理，可以有效提高气体在涡管里的流动效率，降低气流流动损失，提高压缩机的工作性能。
当涡管型线A/(W*R)取值过小时，涡管里的流速过大，导致流动损失大；而当涡管型线A/(W*R)取值过大时，涡管尺寸较大，不便于结构布置。A/(W*R)随α值的增加而变大，从而适应流量变化，但又不能无限制变大，或者突然变大，无限制变大会导致结构上实现空间受限，突然变大会导致流动紊乱，加大了流动损失。
作为一个优选的实施例，优选地，a＝-0.003；b＝0.0022；c＝0.5322；d＝0.6707。
表1涡管型线
Figure BDA0003132008560000041
表1为利用本申请的上述公式设计出的涡管型线优选参数表。
作为一个优选的实施例，当α＝0时，A/(W*R)的取值范围为[0.33,1.00]；当α＝π/4时，A/(W*R)的取值范围为[0.55,1.64]；当α＝π/2时，A/(W*R)的取值范围为[0.76,2.27]；当α＝π3/4时，A/(W*R)的取值范围为[0.97,2.90]；当α＝π时，A/(W*R)的取值范围为[1.18,3.53]；当α＝5π/4时，A/(W*R)的取值范围为[1.39,4.16]；当α＝3π/2时，A/(W*R)的取值范围为[1.60,4.79]；当α＝7π/4时，A/(W*R)的取值范围为[1.80,5.41]。在进行计算的过程中，为了方便对A/(W*R)进行计算，对α进行取值时，取π＝3.1416。
涡管型线的设计对于压缩机的性能影响较大，因此通过对涡管型线进行优化，可以对压缩机性能提升起到较好的效果。在本实施例中，当涡管型线A/(W*R)取值过小时，涡管里的流速过大，导致流动损失大；而当涡管型线A/(W*R)取值过大时，涡管尺寸较大，结构设计不便于进行布置。将涡管型线处于气流流动路径的位置与涡管型线进行匹配，能够综合考虑气流流动损失和尺寸空间的要求，获得较好的涡管型线结构。
在一个实施例中，涡管1关于垂直于涡管1的中心轴线的一个平面对称，使得涡管1成为一个对称结构，能够保证气流在涡管1内获得更加良好的流动性能，进一步降低流动损失，同时还可以节约轴向空间，使得压缩机壳体的整体结构更加紧凑。
在一个实施例中，在经过涡管1的中心轴线的截面上，涡管1的单侧流道截面包括依次连接的第一圆弧段3、第一直线段4、第一曲线段5、第二曲线段6、第二直线段7和第二圆弧段8。根据截面几何特征进行分析可知，第一圆弧段3和第二圆弧段8确保气体汇入涡管过程中，径向通流截面积由小到大平滑过渡，能够有效减小局部流动损失。
作为一个优选的实施例，相邻各段之间在连接位置处均是相切，能够使得不同段之间的连接位置处平滑过渡，进一步降低气流流动损失。
优选地，第一直线段4和/或第二直线段7与垂直于涡管1的中心轴线的平面之间形成夹角β，β取值范围为15°～45°。作为一个优选的实施例，β取值范围为25°～35°，优选地为30°。气体汇入涡管过程中，径向通流截面积由小到大变化，若β取值过小，则涡管的第一曲线段5和第二曲线段6距离中心轴线较大，从而导致涡管径向尺寸大，同时径向流道长，增加了流动摩擦损失。若β取值过大，径向通流截面积由小到大变化太剧烈，易出现减速增压区，产生漩涡区，加大了能量损失。β取值合理，从而减小流体局部损失能力，降低气流流动损失。
在一个实施例中，压缩机壳体还包括轮盖9和连接段10，连接段10的第一端与涡管1的进口端连接，连接段10的第二端与轮盖9连接，连接段10的第一端与涡管1在连接位置处相切，连接段10的第二端与轮盖9在连接位置处相切。在本实施例中，连接段10的内壁面为圆环面，该圆环面与涡管1的第一圆弧段的圆弧面之间相切。
在一个实施例中，压缩机壳体还包括出气管11，出气管11连接在涡管1的出口位置处。
结合参见图3至图6所示，在一个实施例中，空气循环机壳体包括上述的压缩机壳体12。
在一个实施例中，空气循环机壳体还包括风机壳体14和轴承座13，风机壳体14和轴承座13中的至少一个与压缩机壳体12分开成型并固定连接。在本实施例中，由于风机壳体14和轴承座13中的至少一个与压缩机壳体12分开成型，因此，能够使得整个空气循环机壳体分成几个部分，这样一来，空气循环机壳体不需要一体成型，可以分开加工各个部分，不仅能够减小外型的几何复杂程度，同时由于对各个部分进行了切割，使得内部结构也能够暴露出来，因此降低了各个部分内腔的加工难度和生产成本，更加容易保证各个部分的内部加工精度，同时提高了空气循环机壳体的可维护性。
在一个实施例中，空气循环机壳体还可以包括膨胀机壳体，膨胀机壳体连接在轴承座13远离压缩机壳体12的一侧，也即，压缩机壳体12和膨胀机壳体之间是通过轴承座13进行连接，从而使得压缩机壳体12、轴承座13和膨胀机壳体能够成为三个独立的部件，这样一来，压缩机壳体12的内腔以及膨胀机壳体的内腔均能够暴露出来，可以直接进行加工，因此能够大幅度降低压缩机壳体12以及膨胀机壳体的内腔加工难度，提高加工效率，降低加工成本。
在一个实施例中，压缩机壳体12朝向轴承座13的一侧设置有第一法兰15，轴承座13朝向压缩机壳体12的一侧设置有第二法兰16，第一法兰15和第二法兰16之间通过螺栓连接固定。为了保证压缩机壳体12与轴承座13之间的密封性能，在第一法兰15的法兰面与第二法兰16的法兰面之间可以设置密封垫片，从而有效消除压缩机壳体12与轴承座13之间的泄漏。
在本实施例中，第一法兰15和第二法兰16均沿周向设置有多个螺纹孔，第一法兰15和第二法兰16上的螺纹孔是对应设置，然后通过螺栓拧入到螺纹孔内，将压缩机壳体12与轴承座13紧固在一起。
作为一个优选的实施例，轴承座13朝向压缩机壳体12的一侧设置有第一轴向凸起19，第一法兰15上设置有第一轴孔21，第一轴向凸起19套设在第一轴孔21内。在本实施例中，第一轴向凸起19为圆柱形凸起，第一轴孔21为圆柱形轴孔，其中第一轴孔21的直径D1比第一轴向凸起19的直径d1大0.01mm～0.05mm，从而方便实现压缩机壳体12与轴承座13之间的快速定位安装。
在一个实施例中，压缩机壳体12朝向风机壳体14的一侧设置有第三法兰17，风机壳体14朝向压缩机壳体12的一侧设置有第四法兰18，第三法兰17和第四法兰18之间通过螺栓连接固定。为了保证压缩机壳体12与风机壳体14之间的密封性能，在第三法兰17的法兰面与第四法兰18的法兰面之间可以设置密封垫片，从而有效消除压缩机壳体12与风机壳体14之间的泄漏。
在本实施例中，第三法兰17和第四法兰18均沿周向设置有多个螺纹孔，第三法兰17和第四法兰18上的螺纹孔是对应设置，然后通过螺栓拧入到螺纹孔内，将压缩机壳体12与风机壳体14紧固在一起。
作为一个优选的实施例，压缩机壳体12朝向风机壳体14的一侧设置有第二轴向凸起20，第四法兰18上设置有第二轴孔22，第二轴向凸起20套设在第二轴孔22内。在本实施例中，第二轴向凸起20为圆柱形凸起，第二轴孔22为圆柱形轴孔，其中第二轴孔22的直径D2比第二轴向凸起20的直径d2大0.01mm～0.05mm，从而方便实现压缩机壳体12与轴承座13之间的快速定位安装。
作为一个优选的实施例，第二轴向凸起20的外周壁上具有避让槽23。在本实施例中，第二轴向凸起20的外周壁上的避让槽占据第二轴向凸起20的总轴向长度的1/3～9/10，从而在既能够保证第二轴向凸起20的结构强度的同时，可以尽量减少第二轴向凸起20在装入到第二轴孔22过程中的摩擦阻力，降低第二轴向凸起20装入第二轴孔22中的安装难度。
根据本申请的实施例，空气循环机包括上述的压缩机壳体或上述的空气循环机壳体。
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。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种压缩机壳体，其特征在于，包括涡管(1)，所述涡管(1)具有蜗舌(2)，在经过所述涡管(1)的中心轴线的截面上，所述涡管(1)的单侧流道截面积为A，所述涡管(1)的进气宽度为W，所述涡管(1)的进气口与所述涡管(1)的中心轴线之间的距离为R，在垂直于所述涡管(1)的中心轴线的截面上，以所述涡管(1)的蜗舌(2)末端端点与所述涡管(1)的中心轴线的连线所在的位置为起始位置，以连线绕所述涡管(1)的中心轴线沿着气流流向相对于起始位置的转动角度为α，涡管(1)型线满足：A/(W*R)＝aα3+bα2+cα+d，其中a的取值范围为-0.004～-0.002，b的取值范围为+0.001～+0.003,c的取值范围为0.1～1,d的取值范围为0.1～1.1。
2.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其特征在于，a＝-0.003；b＝0.0022；c＝0.5322；d＝0.6707。
3.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其特征在于，所述涡管(1)关于垂直于所述涡管(1)的中心轴线的一个平面对称。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机壳体，其特征在于，在经过所述涡管(1)的中心轴线的截面上，所述涡管(1)的单侧流道截面包括依次连接的第一圆弧段(3)、第一直线段(4)、第一曲线段(5)、第二曲线段(6)、第二直线段(7)和第二圆弧段(8)。
5.根据权利要求4所述的压缩机壳体，其特征在于，所述第一直线段(4)和/或所述第二直线段(7)与垂直于所述涡管(1)的中心轴线的平面之间形成夹角β，β取值范围为15°～45°。
6.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其特征在于，所述压缩机壳体还包括轮盖(9)和连接段(10)，所述连接段(10)的第一端与所述涡管(1)的进口端连接，所述连接段(10)的第二端与所述轮盖(9)连接，所述连接段(10)的第一端与所述涡管(1)在连接位置处相切，所述连接段(10)的第二端与所述轮盖(9)在连接位置处相切。
7.根据权利要求1所述的压缩机壳体，其特征在于，所述压缩机壳体还包括出气管(11)，所述出气管(11)连接在所述涡管(1)的出口位置处，所述出气管(11)为渐扩管，所述出气管(11)的渐扩角θ为0＜θ≤10°。
8.一种空气循环机壳体，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的压缩机壳体(12)。
9.根据权利要求8所述的空气循环机壳体，其特征在于，所述空气循环机壳体还包括风机壳体(14)和轴承座(13)，风机壳体(14)和轴承座(13)中的至少一个与所述压缩机壳体(12)分开成型并固定连接。
10.根据权利要求9所述的空气循环机壳体，其特征在于，所述压缩机壳体(12)朝向所述轴承座(13)的一侧设置有第一法兰(15)，所述轴承座(13)朝向所述压缩机壳体(12)的一侧设置有第二法兰(16)，所述第一法兰(15)和所述第二法兰(16)之间通过螺栓连接固定。
11.根据权利要求10所述的空气循环机壳体，其特征在于，所述轴承座(13)朝向所述压缩机壳体(12)的一侧设置有第一轴向凸起(19)，所述第一法兰(15)上设置有第一轴孔(21)，所述第一轴向凸起(19)套设在所述第一轴孔(21)内。
12.根据权利要求9所述的空气循环机壳体，其特征在于，所述压缩机壳体(12)朝向所述风机壳体(14)的一侧设置有第三法兰(17)，所述风机壳体(14)朝向所述压缩机壳体(12)的一侧设置有第四法兰(18)，所述第三法兰(17)和所述第四法兰(18)之间通过螺栓连接固定。
13.根据权利要求12所述的空气循环机壳体，其特征在于，所述压缩机壳体(12)朝向所述风机壳体(14)的一侧设置有第二轴向凸起(20)，所述第四法兰(18)上设置有第二轴孔(22)，所述第二轴向凸起(20)套设在所述第二轴孔(22)内。
14.根据权利要求13所述的空气循环机壳体，其特征在于，所述第二轴向凸起(20)的外周壁上具有避让槽(23)。
15.一种空气循环机，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的压缩机壳体(12)或权利要求8至14中任一项所述的空气循环机壳体。
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