一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，沿氣流方向依次包括低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和動(dòng)力渦輪，低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪同軸，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪同軸，低壓軸與高壓軸為共軸心的套軸安裝形式，動(dòng)力渦輪通過齒輪箱與負(fù)載相連，低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉和前一級(jí)或前多級(jí)導(dǎo)葉設(shè)置為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，動(dòng)力渦輪第一級(jí)或前兩級(jí)導(dǎo)葉為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。本實(shí)用新型不但能明顯改善燃?xì)廨啓C(jī)在低工況下的工作穩(wěn)定性和性能，而且還具備良好的極端工況適應(yīng)性。
【專利說明】
一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，尤其涉及一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)是一種動(dòng)力裝置，主要由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪組成。燃?xì)廨啓C(jī)可分為簡單循環(huán)和復(fù)雜循環(huán)。簡單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪等主要部件組成。復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)是在簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)上添加一些其他部件，比如在低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間增添間冷器的間冷循環(huán)，可有效降低壓氣機(jī)耗功等。由于燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)功率高，比功率質(zhì)量小，機(jī)動(dòng)性好，振動(dòng)噪聲小，運(yùn)行平穩(wěn)，長壽命等優(yōu)點(diǎn)得到了普遍地承認(rèn)和廣泛地應(yīng)用。
[0003]對(duì)于船用燃?xì)廨啓C(jī)來說，其在壽命期90%以上的時(shí)間里都處于部分負(fù)荷工況下運(yùn)行。由于非設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)熱力參數(shù)的改變，進(jìn)而導(dǎo)致其耗油率急劇升高。并且，在低負(fù)荷工況下壓氣機(jī)也面臨著工作穩(wěn)定性問題，此時(shí)必須使防喘振裝置工作，以保證燃?xì)廨啓C(jī)工作運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0004]現(xiàn)有的中間級(jí)放氣或旁通調(diào)節(jié)防喘措施雖然可以在廣泛的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的參數(shù)，但卻使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，特別是旁通并入調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)更是這樣。放氣和旁通一般都帶來附加損失，放氣損失可達(dá)15%?20%，從而惡化了船用燃?xì)廨啓C(jī)裝置的經(jīng)濟(jì)性，因此希望盡可能不采用放氣防喘。
[0005]目前，在燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，廣泛采用進(jìn)口導(dǎo)葉可調(diào)和第一級(jí)導(dǎo)葉可調(diào)。為了擴(kuò)大穩(wěn)定工作范圍，有的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不僅把第一級(jí)做成可轉(zhuǎn)，而且把第二、第三和更多級(jí)也做成可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。從經(jīng)濟(jì)性方面看，采用可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉比放氣防喘要好，但結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，且復(fù)雜程度與防喘性能呈正相關(guān)。此外，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉方法只能近似改善沿葉高的某一半徑上的流動(dòng)情況，如照顧到平均半徑時(shí)，就不能很滿意地照顧到葉尖和葉根。
[0006]由于現(xiàn)有技術(shù)的不足，一直以來，人們希望有一種具有優(yōu)良低工況穩(wěn)定性及性能的燃?xì)廨啓C(jī)。此外，人們對(duì)具有針對(duì)極端工況(比如沙漠地區(qū)、高溫季節(jié)、寒冷季節(jié)或極地等)的良好的工作適應(yīng)性的燃?xì)廨啓C(jī)也有很大需求，而在這方面也尚未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供能大幅提高燃?xì)廨啓C(jī)的低工況穩(wěn)定性及性能，還具有良好的極端工況適應(yīng)性的一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。
[0008]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:沿氣流方向依次設(shè)置低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和動(dòng)力渦輪，所述低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪同軸設(shè)置，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪同軸設(shè)置，動(dòng)力渦輪通過齒輪箱與負(fù)載相連，其特征是:低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉和前一級(jí)或前多級(jí)導(dǎo)葉設(shè)置為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，且動(dòng)力渦輪第一級(jí)或前兩級(jí)導(dǎo)葉為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。
[0009]本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0010]1.還包括進(jìn)氣管，且進(jìn)氣管與低壓壓氣機(jī)相連。
[0011]2.還包括排氣管，且排氣管與動(dòng)力渦輪相連。
[0012]3.低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間還設(shè)置有間冷器。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型在充分考慮壓氣機(jī)、渦輪可變幾何對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)性能影響的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化壓氣機(jī)、渦輪可變幾何的級(jí)數(shù)及調(diào)節(jié)規(guī)律，不但能明顯改善燃?xì)廨啓C(jī)在低工況下的工作穩(wěn)定性和性能，而且還能提高燃?xì)廨啓C(jī)的極端工況適應(yīng)性。此外，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)也相對(duì)較簡單。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型另一種結(jié)構(gòu)形式。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)目的是，聯(lián)合可變幾何壓氣機(jī)和可變幾何渦輪，通過可變幾何渦輪，改善燃?xì)廨啓C(jī)低工況性能，并通過可變幾何渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)運(yùn)行線，并結(jié)合壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)避免壓氣機(jī)在低負(fù)荷下喘振，從而大幅提高燃?xì)廨啓C(jī)的低工況性能及工作穩(wěn)定性。本實(shí)用新型還要解決的技術(shù)問題在于在確保防喘性能的前提下采用少量的壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉排數(shù)，從而確保壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡單化。
[0018]實(shí)施方式1:
[0019]結(jié)合圖1，本實(shí)用新型沿氣體流動(dòng)方向依次包括低壓壓氣機(jī)VGLPC、高壓壓氣機(jī)HPC、燃燒室CC、高壓渦輪HPT、低壓渦輪LPT和動(dòng)力渦輪VGPT，低壓壓氣機(jī)VGLPC和低壓渦輪LPT同軸，高壓壓氣機(jī)HPC和高壓渦輪HPT同軸，低壓軸與高壓軸為共軸心的套軸安裝形式，動(dòng)力渦輪VGPT通過齒輪箱與負(fù)載相連，低壓壓氣機(jī)一般為軸流式多級(jí)壓氣機(jī)，其進(jìn)口導(dǎo)葉為可轉(zhuǎn)的，為了擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定范圍，根據(jù)具體的壓氣機(jī)工作范圍等參數(shù)，其前一級(jí)或前幾級(jí)也可做成可轉(zhuǎn)動(dòng)形式，具體可轉(zhuǎn)的排數(shù)通過經(jīng)驗(yàn)或者大規(guī)模數(shù)值計(jì)算確定。另外，動(dòng)力渦輪一般是軸流式多級(jí)渦輪，第一級(jí)或前兩級(jí)導(dǎo)葉也是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，具體可轉(zhuǎn)的排數(shù)同樣通過經(jīng)驗(yàn)或者大規(guī)模數(shù)值計(jì)算確定。
[0020]本實(shí)用新型還包括進(jìn)氣管，且進(jìn)氣管與低壓壓氣機(jī)相連。
[0021]本實(shí)用新型還包括排氣管，且排氣管與動(dòng)力渦輪相連。
[0022]燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程屬于布雷頓循環(huán)，然而在本實(shí)用新型中，由于壓氣機(jī)和渦輪為可變幾何形式，從而使得本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)工作過程屬于可變的布雷頓循環(huán)。一般地，空氣經(jīng)由壓氣機(jī)提升壓力和溫度進(jìn)入燃燒室，燃燒室中高壓空氣和燃料燃燒得到高溫高壓的燃?xì)猓邷馗邏旱娜細(xì)膺M(jìn)入渦輪并推動(dòng)渦輪做功，帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)外輸出軸功。
[0023]在燃?xì)廨啓C(jī)處于低轉(zhuǎn)速下，通過壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)減小導(dǎo)葉安裝角，在一定的流量系數(shù)下，可以改善導(dǎo)葉本身氣流的沖角，避免了導(dǎo)葉氣流分離，從而協(xié)調(diào)壓氣機(jī)工作，喘振邊界左移，擴(kuò)大壓氣機(jī)的運(yùn)行范圍。在燃?xì)廨啓C(jī)處于極低轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)能力受限，此時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力渦輪導(dǎo)葉，加大渦輪出口截面，可使燃?xì)廨啓C(jī)的共同工作線向右方移動(dòng)，從而增加壓氣機(jī)喘振裕度。此時(shí)，壓氣機(jī)增壓比將略有下降，壓氣機(jī)壓縮功也下降。雖然流過燃?xì)廨啓C(jī)的空氣流量有所增大，但燃?xì)獬鯗氐南陆灯鹬饕饔?，因而使功率降低。另外，燃?xì)廨啓C(jī)各部件間的參數(shù)匹配也由于渦輪可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)而得到明顯改善，從而提高燃?xì)廨啓C(jī)在低工況下的氣動(dòng)性能及經(jīng)濟(jì)性。
[0024]并且，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)需要處于超設(shè)計(jì)負(fù)荷工況下運(yùn)行，此時(shí)也可通過開大動(dòng)力渦輪可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的開度來實(shí)現(xiàn)。
[0025]在燃?xì)廨啓C(jī)處于寒冷季節(jié)或極地，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度很低，此時(shí)壓氣機(jī)耗功減少，而動(dòng)力渦輪輸出功明顯增加。為滿足既定功率的要求，此時(shí)，關(guān)小動(dòng)力渦輪可調(diào)導(dǎo)葉，減少燃?xì)廨啓C(jī)工作氣體的流量，從而維持功率不變或近似不變。
[0026]在燃?xì)廨啓C(jī)處于高溫季節(jié)，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度升高，此時(shí)壓氣機(jī)耗功明顯增加，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率大幅降低，此時(shí)，通過開大動(dòng)力渦輪可調(diào)導(dǎo)葉，增加燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣流量，以維持功率不變或近似不變。
[0027]在沙漠地區(qū)，氣溫日變化非常大，可通過適時(shí)或者定時(shí)調(diào)整動(dòng)力渦輪可調(diào)導(dǎo)葉的開度，來維持平穩(wěn)的燃?xì)廨啓C(jī)功率輸出。
[0028]實(shí)施方式2:
[0029]結(jié)合圖2，在圖1基礎(chǔ)上，通過在低壓壓氣機(jī)VGLPC和高壓壓氣機(jī)HPC之間增設(shè)間冷器1C，構(gòu)成間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其屬于復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。
[0030]其他同實(shí)施方式I。
[0031]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
[0032]—種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，沿氣流方向依次包括低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和動(dòng)力渦輪，低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪同軸，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪同軸，低壓軸與高壓軸為共軸心的套軸安裝形式，動(dòng)力渦輪通過齒輪箱與負(fù)載相連，低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉和前一級(jí)或前多級(jí)導(dǎo)葉設(shè)置為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，且動(dòng)力渦輪第一級(jí)或前兩級(jí)導(dǎo)葉為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。
[0033]本實(shí)用新型還可以包括:
[0034]1、還包括進(jìn)氣管，且進(jìn)氣管與低壓壓氣機(jī)相連。
[0035]2、還包括排氣管，且排氣管與動(dòng)力渦輪相連。
[0036]本實(shí)用新型的目的在于提供一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，沿氣流方向依次包括低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和動(dòng)力渦輪，低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪同軸，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪同軸，低壓軸與高壓軸為共軸心的套軸安裝形式，動(dòng)力渦輪通過齒輪箱與負(fù)載相連，低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉和前一級(jí)或前多級(jí)導(dǎo)葉設(shè)置為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，動(dòng)力渦輪第一級(jí)或前兩級(jí)導(dǎo)葉為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。本實(shí)用新型不但能明顯改善燃?xì)廨啓C(jī)在低工況下的工作穩(wěn)定性和性能，而且還具備良好的極端工況適應(yīng)性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，沿氣流方向依次設(shè)置低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和動(dòng)力渦輪，所述低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪同軸設(shè)置，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪同軸設(shè)置，動(dòng)力渦輪通過齒輪箱與負(fù)載相連，其特征是:低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉和前一級(jí)或前多級(jí)導(dǎo)葉設(shè)置為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，且動(dòng)力渦輪第一級(jí)或前兩級(jí)導(dǎo)葉為可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是:還包括進(jìn)氣管，且進(jìn)氣管與低壓壓氣機(jī)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是:還包括排氣管，且排氣管與動(dòng)力渦輪相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是:低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間還設(shè)置有間冷器。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是:低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間還設(shè)置有間冷器。
【文檔編號(hào)】F04D29/56GK205422839SQ201620163665
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月3日
【發(fā)明人】高杰, 鄭群, 岳國強(qiáng), 董平, 魏明, 劉鵬飛
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)