[发明专利]一种浮动轴承式高速电机驱动的空气循环机

权利要求书

1.一种浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM，Air Cycle Machine)，由图1中的压气机(16)、涡轮机(13)分置于高速电机(7)两端，三者同轴组成。高速电机(7)采用全浮动式油润滑轴承，电机(7)的冷却由涡轮机(13)输出的一部份冷气分两路对机体强制换热，功率达15kw/6万r/min。其工作原理是：图2中，采用变频器控制的高速电机(7)旋转时，压气机(16)输出具有一定能量的压缩空气通过中冷器(17)到涡轮机(13)绝热等熵膨胀，一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量；另一部分焓降则在哥氏力作用下直接无损失地转变为机械功输出，与高速电机(7)共同驱动压气机(16)旋转，从而在同样的压气能量输出下可使高速电机(7)的输出功率显著减小，周而复始。涡轮机(13)采用双边切线进气，提高了制冷效率。

2.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，图1中，高速电机(7)采用全浮动式油润滑轴承，轴径与固定的轴承座(4)之间有一浮动轴承(5)，其内间隙为0.03-0.05mm，外间隙为0.04-0.08mm，长度为电机转子轴(15)轴径的0.7-0.9倍。高速电机(7)旋转过程中，浮动轴承(5)也以一定的转速转动，内外表面均有油膜产生，故可在不增加相邻表面间间隙的情况下，能大大增加流过的润滑量，降低轴承温升；同时，也相应地减小了与轴径和轴承座(4)之间的相对速度，从而减小浮动轴承(5)的摩擦损失功率。另一方面，由于浮动轴承(5)中总的间隙较大，当转子动平衡有所破坏时，其旋转中心与几何中心不重合，浮动轴承(5)可自动调整，即它本身相当于一个弹性支承。

3.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，止推轴承(9)设计在叶轮直径较小的涡轮机(13)一端，以改善因布置止推轴承(9)后而使悬臂轴的悬伸量增大所引起的刚性变差和高速旋转振动问题。

4.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，左右浮动轴承(5)润滑油的密封，采取在浮动轴承(5)的两侧各分别安置两道活塞环(3)和两道活塞环(6)的密封方式。浮动轴承(5)的外侧为整体式密封套(2)，其上安置有两道活塞环(3)，中间腔为一卸压排油口；内侧安置有两道紧靠的活塞环(6)，可靠地保证了密封效果。

5.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，轴承润滑的供油压力为0.3-0.5MPa，润滑油流量为0.4-0.6L/min，进口油温低于45℃。

6.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，高速电机(7)的冷却由涡轮机(13)输出的深冷气体(0℃以下)的一部份分两路对机体强制换热：一路通入机体内，换热后由机壳(8)上的小孔排出；另一路经轴流风机(14)对机壳(8)上的导热翅片强制风冷。

7.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，图3中，涡轮机(13)采用双边切线进气，蜗壳(11)进气口底边相对于涡轮(12)轮缘的高度为5-10mm，压缩空气从两侧进入涡轮机(13)，一部分沿涡轮(12)切线方向通过喷嘴(10)直接切向冲击涡轮(12)，显著提高了涡轮(12)转速及效率。

8.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，涡轮(12)进口直径为70-100mm；压气机(16)叶轮(1)出口直径为80-120mm。

9.根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，高速电机转子轴(15)的轴径不小于25mm。