專利名稱：大過載條件下容積式壓縮機(jī)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大過載條件下容積式壓縮機(jī)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，屬飛機(jī)環(huán)境控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)載電子設(shè)備的增多，電子設(shè)備的發(fā)熱功率不斷增大，單一空氣循環(huán)制冷已不能滿足飛機(jī)總體需要。由于飛機(jī)的機(jī)動性能、隱身性能不斷提高，沖壓空氣作為環(huán)境控制 系統(tǒng)的熱沉使用已受到嚴(yán)重制約，燃油成為主要熱沉。這一新的趨勢使環(huán)境控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，制冷形式增多，而且，有必要在全機(jī)范圍內(nèi)進(jìn)行熱能的統(tǒng)一管理。綜合環(huán)境控制/熱管理系統(tǒng)正是在這一背景下產(chǎn)生的，并已在國外的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)上得到了應(yīng)用?？諝庋h(huán)是具有高壓和低壓兩級除水的兩輪升壓式制冷系統(tǒng)，采用了空氣動壓軸承渦輪冷卻器。次級熱交換器用PAO(聚-α烯烴)作為冷源。蒸發(fā)循環(huán)由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥組成。壓縮機(jī)為系統(tǒng)的動力源，它是一個高轉(zhuǎn)速、大功率、耐振動且磨損很小的設(shè)備，即使在冷凝溫度很高的情況下，也容易達(dá)到所需要的高壓。它采用了高壓直流電機(jī)驅(qū)動，兩級離心壓縮，并帶有空氣動壓軸承的結(jié)構(gòu)。其中蒸發(fā)器和冷凝器是蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的耦合點。制冷劑R134a在蒸發(fā)器中吸收冷PAO循環(huán)中冷卻液的熱量，在冷凝器中將熱量傳給PAO循環(huán)中的高溫冷卻液。冷卻液作為載冷劑分兩路獨立循環(huán)，一路作為空氣循環(huán)次級熱交換器和蒸發(fā)循環(huán)中冷凝器的冷源，并通過PAO冷卻液/燃油熱交換器將熱量傳給燃油；另一路從蒸發(fā)循環(huán)的蒸發(fā)器獲得的冷量去冷卻雷達(dá)等電子設(shè)備。燃油循環(huán)中，燃油作為冷源吸收PAO冷卻液、發(fā)動機(jī)滑油循環(huán)、液壓系統(tǒng)的熱量及發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷后，一部分去發(fā)動機(jī)燃燒，另一部分經(jīng)沖壓空氣散熱后，回到油箱進(jìn)行再循環(huán)。整個系統(tǒng)由空氣循環(huán)、熱PAO循環(huán)、蒸發(fā)循環(huán)、冷PAO循環(huán)、燃油循環(huán)、滑油循環(huán)和液壓油循環(huán)七個子系統(tǒng)組成，并通過八個熱交換器耦合在一起，實現(xiàn)了環(huán)境控制系統(tǒng)和熱能管理系統(tǒng)地一體化。由上可知，先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的換進(jìn)控制系統(tǒng)的制冷量絕大多數(shù)由蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)(VCS)，根據(jù)戰(zhàn)斗機(jī)代際發(fā)展的趨勢，四代機(jī)的熱載荷約為三代機(jī)的2倍，下一代戰(zhàn)斗五代機(jī)有望達(dá)到100 kW，如果未來的戰(zhàn)斗機(jī)為無人機(jī)，所需制冷量將完全由蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)(VCS)來承擔(dān)。在早期由于蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)可靠性較差和制冷劑易泄漏未很好解決，直升機(jī)制冷系統(tǒng)多采用空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)。但隨著蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)可靠性差和制冷劑泄漏等弊端得到了解決，加上它與空氣循環(huán)系統(tǒng)相比的諸多優(yōu)點，如性能系數(shù)高、代償損失小、無發(fā)動機(jī)引氣等，故現(xiàn)代直升機(jī)廣泛采用蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)，而且具有取代空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是設(shè)計一種大過載條件下容積式壓縮機(jī)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)。一種大過載條件下容積式壓縮機(jī)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于
該系統(tǒng)包括旋葉式制冷壓縮機(jī)、氣體冷卻器、內(nèi)部換熱器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、氣液分離器；其中旋葉式制冷壓縮機(jī)的出口與氣體冷卻器的入口相連，氣體冷卻器的出口與內(nèi)部換熱器的冷邊入口相連，內(nèi)部換熱器的冷邊出口與節(jié)流閥入口相連，節(jié)流閥出口與蒸發(fā)器入口相連，蒸發(fā)器出口與氣液分離器入口相連，氣液分離器出口與內(nèi)部換熱器的熱邊入口相連，內(nèi)部換熱器的熱邊出口與旋葉式制冷壓縮機(jī)的入口相連；
上述旋葉式制冷壓縮機(jī)包括氣缸、轉(zhuǎn)子軸、安裝于轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子；氣缸內(nèi)壁近似呈橢圓形，轉(zhuǎn)子與氣缸為同心配置；轉(zhuǎn)子與氣缸內(nèi)壁有兩個接觸點，將氣缸容積劃分為兩個月牙形空間，每個月牙形空間都設(shè)有吸氣孔口和排氣閥；上述滑道內(nèi)還安裝有彈簧，彈簧一端與滑道底端相連，另一端與滑片相連。旋葉式壓縮機(jī)與滑片式壓縮機(jī)的最大區(qū)別是轉(zhuǎn)子與氣缸是同心配置，轉(zhuǎn)子完全平衡，所以轉(zhuǎn)速可以很高，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)9000r/ min。提高轉(zhuǎn)速后可以使泄漏減少，也使機(jī)器的尺寸和質(zhì)量減小。由于滑片是斜置，使滑片上端部與氣缸內(nèi)壁間的摩擦力及滑片兩側(cè)與槽間的摩擦力減小，故旋葉式壓縮機(jī)的效率也提高了。相同輸氣量下普通的滑片式與旋葉式壓縮機(jī)性能曲線的比較，以三片旋葉式為例，在1800r /min時，三片旋葉式的容積效率提高11%，能耗降低4%，COP值提高15%。另外，旋葉式對工質(zhì)的適應(yīng)性很好，采用R134a制冷劑后其優(yōu)點更為突出。另外由于飛機(jī)在空中飛行的過程中，壓縮機(jī)會承受相當(dāng)大的過載，在這種情況下，由于慣性力的作用，很可能造成旋葉式壓縮機(jī)的滑片脫離轉(zhuǎn)子上的滑道，從而造成失效。因此，在每個滑片和轉(zhuǎn)子之間加裝彈簧，使彈簧在最壞的情況下承受9G的過載。通過彈簧將轉(zhuǎn)子與滑片連接起來，能夠有效防止在大過載條件下壓縮機(jī)受到慣性力的作用而導(dǎo)致的失效。


附圖1為旋葉式制冷壓縮機(jī)的側(cè)視結(jié)構(gòu)附圖2為旋葉式制冷壓縮機(jī)的正視結(jié)構(gòu)附圖3為機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷原理圖中各編號的名稱為1 一氣缸2—轉(zhuǎn)子3—滑片4一排氣閥5—彈簧6—前軸承7 —如端蓋8一軸封9一擋圈10—圓柱銷11 一偏銷12—后軸承13—油分尚器14一濾網(wǎng)15—單向閥缸體16 — O型圈17—轉(zhuǎn)子軸18—旋葉式制冷壓縮機(jī)19一氣體冷卻器20—內(nèi)部換熱器21—節(jié)流閥22—蒸發(fā)器23—氣液分離器。
具體實施例方式首先結(jié)合圖1、圖2說明本發(fā)明涉及的旋葉式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)它主要部件有氣缸、轉(zhuǎn)子、滑片和前后端蓋(或稱前后軸承座)。從附圖中看出，氣缸內(nèi)壁近似呈橢圓形，轉(zhuǎn)子與氣缸為同心配置(不是偏心轉(zhuǎn)子)，轉(zhuǎn)子上裝有五片傾斜配置的鋁制滑片，滑片在轉(zhuǎn)子槽中可以做往復(fù)運(yùn)動。轉(zhuǎn)子與氣缸內(nèi)壁有兩個接觸點，將氣缸容積劃分為兩個月牙形空間，每個月牙形空間都設(shè)有吸氣孔口和排氣閥，因此氣缸是雙作用形式。旋葉式壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后滑片在離心力作用下甩出，使其滑片上端部緊貼氣缸內(nèi)壁，使月牙形空間又被分隔成若干扇形空間，這就是旋葉式壓縮機(jī)的基元容積。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，每個基元容積完成吸氣、壓縮和排氣過程，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，基元容積完成兩次吸氣、壓縮和排氣過程，圖中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周可以實現(xiàn)十次吸、排氣及壓縮過程。蒸發(fā)循環(huán)制冷是利用制冷劑液體在氣化時(蒸發(fā)時)產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷目的。冷凝液體首先進(jìn)入蒸發(fā)器，在低壓(低溫)下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣；之后進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣體和液體的分離；然后低壓蒸氣經(jīng)過內(nèi)部換熱器，使其冷卻；再經(jīng)過旋葉式壓縮機(jī)的壓縮，使該低壓蒸氣提高壓在普通高壓蒸氣；然后經(jīng)過氣體冷卻器的冷卻，使其成為高壓液體；之后高壓液體通過內(nèi)部換熱器，對從氣液分離器出來的低壓蒸氣進(jìn)行冷卻；最后通過節(jié)流閥，使高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，然后進(jìn)入蒸發(fā)器開始下一次循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種大過載條件下容積式壓縮機(jī)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于 該系統(tǒng)包括旋葉式制冷壓縮機(jī)(18)、氣體冷卻器(19)、內(nèi)部換熱器(20)、節(jié)流閥(21)、蒸發(fā)器(22)、氣液分離器(23);其中旋葉式制冷壓縮機(jī)(18)的出口與氣體冷卻器(19)的入口相連，氣體冷卻器(19)的出口與內(nèi)部換熱器(20)的冷邊入口相連，內(nèi)部換熱器(20 )的冷邊出口與節(jié)流閥(21)入口相連，節(jié)流閥(21)出口與蒸發(fā)器(22)入口相連，蒸發(fā)器(22)出口與氣液分離器(23)入口相連，氣液分離器(23)出口與內(nèi)部換熱器(20)的熱邊入口相連，內(nèi)部換熱器(20)的熱邊出口與旋葉式制冷壓縮機(jī)(18)的入口相連； 上述旋葉式制冷壓縮機(jī)包括氣缸(I)、轉(zhuǎn)子軸(17)、安裝于轉(zhuǎn)子軸(17)的轉(zhuǎn)子(2);氣缸(I)內(nèi)壁近似呈橢圓形，轉(zhuǎn)子(2)與氣缸為同心配置；轉(zhuǎn)子與氣缸內(nèi)壁有兩個接觸點，將氣缸容積劃分為兩個月牙形空間，每個月牙形空間都設(shè)有吸氣孔口和排氣閥(4);上述滑道內(nèi)還安裝有彈簧(5)，彈簧一端與滑道底端相連，另一端與滑片(3)相連。
全文摘要
大過載條件下容積式壓縮機(jī)機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，其一般性為蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，特殊性在于機(jī)載。屬飛機(jī)環(huán)境控制技術(shù)領(lǐng)域。主要包括旋葉式壓縮機(jī)、熱交換設(shè)備、節(jié)流機(jī)構(gòu)、管道、各種控制閥、輔助部件。該系統(tǒng)所使用的旋葉式壓縮機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、泄露少、尺寸小、質(zhì)量輕及效率高等特點。該系統(tǒng)的工作方法是蒸氣壓縮式制冷，利用制冷劑液體在氣化時(蒸發(fā)時)產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷目的。
文檔編號F04C18/344GK103017391SQ20131002281
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者夏文慶, 吳惠祥, 朱禹, 黃輝, 侯世峰 申請人:南京航空航天大學(xué)