用于空氣軸承冷卻的渦輪機推力軸的制作方法

本文公開的主題涉及渦輪機推力軸，并且更具體地說涉及一種用于在飛行器的空氣循環機中提供軸頸軸承冷卻的渦輪機推力軸。

典型地，在空氣循環機的操作過程中，旋轉部件諸如渦輪機推力軸可以由軸頸軸承支撐。某些操作條件可能會產生高軸頸軸承負載狀態，從而產生過量軸頸軸承熱量。使用渦輪機推力軸來幫助增加用于軸頸軸承的冷卻流是希望的。

發明簡述

根據一個實施方案，一種渦輪機推力軸包括推力盤，所述推力盤具有表面P和表面Q；以及軸主體，所述軸主體穿過推力盤而形成，軸主體包括第一多個孔，其中第一多個孔間隔開并且所述第一多個孔中的每個孔具有第一直徑，所述第一直徑介于0.0600英寸至0.0680英寸之間，并且具有第一中心，所述第一中心設置在與表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之間的第一距離處；以及第二多個孔，其中第二多個孔間隔開并且所述第二多個孔中的每個孔具有第二直徑，所述第二直徑介于0.0960英寸至0.1040英寸之間，并且具有第二中心，所述第二中心設置在與表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之間的第二距離處。

根據一個實施方案，一種空氣循環機包括軸頸軸承；渦輪機推力軸，所述渦輪機推力軸包括推力盤，所述推力盤具有表面P和表面Q；以及軸主體，所述軸主體穿過推力盤而形成，軸主體包括第一多個孔，其中第一多個孔間隔開并且所述第一多個孔中的每個孔具有第一直徑，所述第一直徑介于0.0600英寸至0.0680英寸之間，并且具有第一中心，所述第一中心設置在與表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之間的第一距離處；以及第二多個孔，其中第二多個孔間隔開并且所述第二多個孔中的每個孔具有第二直徑，所述第二直徑介于0.0960英寸至0.1040英寸之間，并且具有第二中心，所述第二中心設置在與表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之間的第二距離處。

上述實施方案的技術功能包括第一多個孔間隔開，并且所述第一多個孔中的每個孔具有第一直徑，所述第一直徑介于0.0600英寸至0.0680英寸之間，并且具有第一中心，所述第一中心設置在與表面P相距介于0.1400英寸至0.1600英寸之間的第一距離處；并且第二多個孔間隔開，并且所述第二多個孔中的每個孔具有第二直徑，所述第二直徑介于0.0960英寸至0.1040英寸之間，并且具有第二中心，所述第二中心設置在與表面Q相距介于2.1350英寸至2.1550英寸之間的第二距離處。

實施方案的其他方面、特征和技術將從以下結合附圖進行的描述變得更為顯而易見。

附圖簡述

在本說明書的結論處的權利要求中具體指出并明確主張了主題。實施方案的前述和其他特征以及優點根據以下結合附圖進行的詳細描述是顯而易見的，在附圖中，相似的元件在一些圖中被編為相似的編號：

圖1是空氣循環機的一個實施方案的截面圖；

圖2是用于與空氣循環機一起使用的渦輪機推力軸的一個實施方案的等距視圖；以及

圖3是圖2的渦輪機推力軸的截面圖。

發明詳述

現參考附圖，圖1示出空氣循環機100。在所示的實施方案中，空氣循環機100可以為飛行器提供氣候和壓力控制以用于艙室通風或冷卻電子部件等。在所示的實施方案中，空氣循環機100包括第一渦輪機(T1)146、第二渦輪機(T2)144、壓縮機148、風扇150、渦輪機推力軸110、內軸152以及軸頸軸承142。在所示的實施方案中，T1渦輪機146、T2渦輪機144、壓縮機148和風扇150沿公共軸110、152等以軸向隔開間隔設置。T1渦輪機146和T2渦輪機144可以從壓縮空氣源諸如渦輪發動機排氣、APU排氣或電動壓縮機接收壓縮空氣。在所示的實施方案中，T1渦輪機146和T2渦輪機144使公共軸旋轉以驅動壓縮機148和風扇150。

在所示的實施方案中，軸頸軸承142為可旋轉部件諸如渦輪機推力軸110提供支撐。軸頸軸承142可以是動壓流體膜軸頸軸承，又稱為軸頸空氣軸承或箔片軸承。在操作過程中，可旋轉部件諸如渦輪機推力軸110的旋轉會讓工作流體形成緩沖墊(經常又稱為“空氣軸承”)，所述緩沖墊在可旋轉部件與軸承的箔片之間幾乎不或不直接接觸的情況下支撐所述可旋轉部件。軸頸軸承為徑向負載提供流體緩沖墊。

在操作過程中，渦輪機推力軸110可能以會導致軸頸軸承142內產生熱量的速度旋轉。所述熱量可能會因危及軸承的部件的結構完整性而導致軸承失效。在所示的實施方案中，渦輪機推力軸110的特征和幾何形狀可以利用冷卻氣流140來從軸頸軸承142去除熱量以降低軸頸軸承142尤其是在高負載狀態期間失效的風險。在某些實施方案中，冷卻氣流140從單一高壓低溫源，諸如空調系統的渦輪機進氣口供應。

參考圖2和圖3，示出了渦輪機推力軸110。在所示的實施方案中，渦輪機推力軸包括軸主體111、推力盤112、第一渦輪機(T1)側冷卻孔118、第二渦輪機(T2)側冷卻孔116以及軸頸軸承表面119。渦輪機推力軸110可以與箔片型軸頸軸承142一起使用。有利地，將渦輪機推力軸110與空氣循環機100一起使用允許通過在不損失能量消耗的情況下優化現有氣流140以最大化可靠性來額外冷卻軸頸軸承142。

在所示的實施方案中，軸主體111是由任何合適的材料形成的中空軸。軸主體111具有圖3中所識別的T1端和T2端。在所示的實施方案中，具有表面R的軸頸軸承表面119形成在軸主體111上。

在所示的實施方案中，推力盤112與軸主體111一體成型。在某些實施方案中，推力盤112可以單獨形成并且連接至軸主體111。在所示的實施方案中，推力盤112包括具有表面Q的T1面114以及具有表面P的T2面113。

在所示的實施方案中，冷卻孔116和118引導和優化氣流140(圖1)以用于高效冷卻軸頸軸承142。在所示的實施方案中，T1冷卻孔118朝向軸主體111的T1側設置。在所示的實施方案中，T1冷卻孔118是彼此等距間隔開的12個孔。T1冷卻孔118的直徑b的范圍可以是0.0960英寸至0.1040英寸或0.100英寸+/-0.004英寸。T1冷卻孔118可以被設置成使得每個T1冷卻孔118的中心設置在與T1面114的表面Q相距距離d處，其中距離d的范圍可以是2.1350英寸至2.1550英寸或2.145英寸+/-0.010英寸。

在所示的實施方案中，T2冷卻孔116朝向軸主體111的T2側設置。在所示的實施方案中，T2冷卻孔116是彼此等距間隔開的3個孔。T2冷卻孔116的直徑a的范圍可以是0.0600英寸至0.0680英寸或0.064英寸+/-.004英寸。T2冷卻孔116可以被設置成使得每個T2冷卻孔116的中心設置在與T2面113的表面P相距距離e處，其中距離e的范圍可以是0.1400英寸至0.1600英寸或0.150英寸+/-.010英寸。

有利地，使用T1冷卻孔118和T2冷卻孔116連同冷卻孔116、118的數量、大小和相對位置實現了所希望的氣流以允許在操作過程中優化對軸頸軸承142的冷卻，從而允許軸頸軸承142的較高負載。

在所示的實施方案中，軸主體111包括軸頸軸承表面119，又被識別為表面R。軸頸軸承表面119可以與箔片軸頸軸承142對接。軸頸軸承表面119從T1面114沿軸主體111延伸至軸頸軸承表面邊緣120。在所示的實施方案中，這個表面R的長度是距離c，2.060英寸+/-.010英寸，或范圍為2.1350英寸至2.1550英寸。在所示的實施方案中，軸頸軸承表面119可以具有4Ra的表面平滑度或更為平滑以實現軸頸軸承142的所希望的或優化的性能。

在本文中使用的術語僅用于描述具體實施方案的目的并且不意在限制實施方案。雖然出于說明和描述的目的已經呈現了對本發明實施方案的描述，但并不意在為詳盡的或將實施方案限制于所公開的形式。在不脫離實施方案的范圍和精神的情況下，未在此進行描述的許多修改、變化、改變、替代或等同布置對于本領域普通技術人員而言將是顯而易見的。另外，雖然已經描述了各種實施方案，但應理解，各方面可以僅包括所描述的實施方案中的一些。因此，實施方案并不被視為受前文描述限制，而是僅受所附權利要求書的范圍限制。