專利名稱：大過載條件下容積式壓縮機機載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大過載條件下容積式壓縮機機載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，屬飛機環(huán)境控制技術領域。
背景技術：
隨著機載電子設備的增多，電子設備的發(fā)熱功率不斷增大，單一空氣循環(huán)制冷已不能滿足飛機總體需要。由于飛機的機動性能、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)更加復雜，制冷形式增多，而且，有必要在全機范圍內(nèi)進行熱能的統(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，并已在國外的先進戰(zhàn)斗機上得到了應用?？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、冷凝器和膨脹閥組成。壓縮機為系統(tǒng)的動力源，它是一個高轉速、大功率、耐振動且磨損很小的設備，即使在冷凝溫度很高的情況下，也容易達到所需要的高壓。它采用了高壓直流電機驅動，兩級離心壓縮，并帶有空氣動壓軸承的結構。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等電子設備。燃油循環(huán)中，燃油作為冷源吸收PAO冷卻液、發(fā)動機滑油循環(huán)、液壓系統(tǒng)的熱量及發(fā)動機的熱負荷后，一部分去發(fā)動機燃燒，另一部分經(jīng)沖壓空氣散熱后，回到油箱進行再循環(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，先進戰(zhàn)斗機的換進控制系統(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)斗機代際發(fā)展的趨勢，四代機的熱載荷約為三代機的2倍，下一代戰(zhàn)斗五代機有望達到100 kW，如果未來的戰(zhàn)斗機為無人機，所需制冷量將完全由蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)(VCS)來承擔。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)動機引氣等，故現(xiàn)代直升機廣泛采用蒸發(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)明目的是設計一種大過載條件下容積式壓縮機機載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)。一種大過載條件下容積式壓縮機機載蒸發(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、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的入口相連；
上述旋葉式制冷壓縮機包括氣缸、轉子軸、安裝于轉子軸的轉子；氣缸內(nèi)壁近似呈橢圓形，轉子與氣缸為同心配置；轉子與氣缸內(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。旋葉式壓縮機與滑片式壓縮機的最大區(qū)別是轉子與氣缸是同心配置，轉子完全平衡，所以轉速可以很高，最高轉速可達9000r/ min。提高轉速后可以使泄漏減少，也使機器的尺寸和質(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與槽間的摩擦力減小，故旋葉式壓縮機的效率也提高了。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)的適應性很好，采用R134a制冷劑后其優(yōu)點更為突出。另外由于飛機在空中飛行的過程中，壓縮機會承受相當大的過載，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的滑片脫離轉子上的滑道，從而造成失效。因此，在每個滑片和轉子之間加裝彈簧，使彈簧在最壞的情況下承受9G的過載。通過彈簧將轉子與滑片連接起來，能夠有效防止在大過載條件下壓縮機受到慣性力的作用而導致的失效。


附圖1為旋葉式制冷壓縮機的側視結構附圖2為旋葉式制冷壓縮機的正視結構附圖3為機載蒸發(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—轉子軸18—旋葉式制冷壓縮機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合圖1、圖2說明本發(fā)明涉及的旋葉式制冷壓縮機的結構它主要部件有氣缸、轉子、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，轉子與氣缸為同心配置(不是偏心轉子)，轉子上裝有五片傾斜配置的鋁制滑片，滑片在轉子槽中可以做往復運動。轉子與氣缸內(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。旋葉式壓縮機中轉子旋轉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的基元容積。隨著轉子的旋轉，每個基元容積完成吸氣、壓縮和排氣過程，轉子旋轉一周，基元容積完成兩次吸氣、壓縮和排氣過程，圖中轉子旋轉一周可以實現(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，達到制冷目的。冷凝液體首先進入蒸發(fā)器，在低壓(低溫)下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣；之后進入氣液分離器進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，然后進入蒸發(fā)器開始下一次循環(huán)。
權利要求
1.一種大過載條件下容積式壓縮機機載蒸發(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(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(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(18)的入口相連； 上述旋葉式制冷壓縮機包括氣缸(I)、轉子軸(17)、安裝于轉子軸(17)的轉子(2);氣缸(I)內(nèi)壁近似呈橢圓形，轉子(2)與氣缸為同心配置；轉子與氣缸內(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機載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，其一般性為蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，特殊性在于機載。屬飛機環(huán)境控制技術領域。主要包括旋葉式壓縮機、熱交換設備、節(jié)流機構、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具有轉速高、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，達到制冷目的。
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