[發明專利]一種分軸的組合式燃氣動力裝置和轉換方法

有效

• 申請號: 201610191503.0
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN107288758B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 于宗明;王岳;雷宇;趙瑋杰;賀紅娟;孔文俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F02C3/10
• 分類號: F02C3/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種分軸的組合式燃氣動力裝置，包括燃驅壓氣組件、回熱器、燃燒室和動力渦輪，燃驅壓氣組件包括共軸設置的壓氣機和壓氣機驅動渦輪；壓氣機由壓氣機驅動渦輪驅動，輸出壓縮空氣；壓縮空氣輸入回熱器，輸出預熱后的壓縮空氣；燃燒室輸入預熱后的壓縮空氣，預熱后的壓縮空氣在燃燒室內與燃料反應燃燒后產生高溫燃氣；動力渦輪輸入高溫燃氣，由高溫燃氣驅動，對外輸出軸功，做功后從動力渦輪輸出乏氣；動力渦輪具有自身獨立的軸系，與壓氣機和壓氣機驅動渦輪呈分軸布置。還提供一種組合式燃氣動力轉換方法。本發明裝置有利于動力渦輪轉速和對外輸出軸功的自由調節，有利于采用高轉速壓氣機和低燃氣參數的壓氣機驅動渦輪。

技術領域

本發明涉及燃氣動力機械技術領域，具體涉及一種分軸的組合式燃氣動力裝置以及動力轉換方法。

背景技術

布雷頓循環是一種廣泛應用的氣體動力循環，燃氣輪機是這一循環應用的典型裝置。燃氣輪機一般包括壓氣機、燃燒室和渦輪三個部件，其中壓氣機與渦輪共軸，燃燒室位于壓氣機與渦輪之間。工作時，空氣首先進入壓氣機被壓縮，而后進入燃燒室與燃料混合燃燒，燃燒后形成的高溫燃氣被送入渦輪膨脹做功，做功后低壓低溫的乏氣被排入大氣。燃氣在渦輪中所做的功一部分用于驅動壓氣機，剩余部分作為軸功對外輸出。

大量的燃氣輪機采用上述單軸的布置方案，這導致用戶的負載必須與壓氣機-渦輪軸相聯，負載的轉速變化會對燃氣輪機的工作參數產生直接的影響。這極大地限制了燃氣輪機對負載的調節能力，影響了其應用范圍。

多數航空發動機和航改燃氣輪機采用分軸式布置方案。這一類型的燃氣輪機一般包括低壓壓氣機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪五個部件，其中低壓壓氣機與低壓渦輪共軸，聯接為低壓轉子，高壓壓氣機與高壓渦輪共軸，聯接為高壓轉子，高壓轉子在低壓壓氣機與低壓渦輪之間，燃燒室在高壓壓氣機與高壓渦輪之間。空氣依次經過低壓壓氣機、高壓壓氣機和燃燒室，形成高溫燃氣，而后依次進入高壓渦輪和低壓渦輪膨脹做功，做功后的乏氣被排入大氣。一般情況下，高壓轉子的轉速顯著高于低壓轉子，燃氣在高壓渦輪中所做的功僅用于驅動高壓壓氣機，燃氣在低壓渦輪中所做的功一部分用于驅動低壓壓氣機，剩余部分對外輸出。上述裝置中主要存在兩個方面的問題：其一是高速轉子的熱負荷大，由于受到高溫燃氣的直接沖刷，高壓渦輪需要承受極大的離心力、熱應力和氣動力，這嚴重制約了部件的可靠性和壽命；其二是對負載的調節能力差，低壓渦輪、低壓壓氣機和用戶負載共軸，負載的轉速變化仍然可以直接影響到燃氣輪機的工作，因此上述方案的負載調節能力與單軸燃氣輪機并無明顯差別，同時由于用于驅動低壓渦輪的燃氣為高壓渦輪排氣，其做功能力有限，影響了燃氣輪機軸功的輸出。

發明內容

本發明的目的是提供一種分軸的組合式燃氣動力裝置和動力轉換方法，以解決背景技術中存在的問題至少之一。

為實現上述目的，本發明提供一種分軸的組合式燃氣動力裝置，包括燃驅壓氣組件、回熱器、燃燒室和動力渦輪，其中，

所述燃驅壓氣組件包括共軸設置的壓氣機和壓氣機驅動渦輪；所述壓氣機由所述壓氣機驅動渦輪驅動，用于對空氣進行壓縮，輸出壓縮空氣；

所述回熱器輸入壓縮空氣，用于對所述壓縮空氣進行預熱，輸出預熱后的壓縮空氣；

所述燃燒室輸入預熱后的壓縮空氣，預熱后的壓縮空氣在燃燒室內與燃料反應燃燒后產生高溫燃氣；

所述動力渦輪輸入高溫燃氣，由高溫燃氣驅動，對外輸出軸功，做功后從所述動力渦輪輸出乏氣；所述動力渦輪具有自身獨立的軸系，與所述壓氣機和壓氣機驅動渦輪呈分軸布置。

根據本發明的一優選實施方案，所述壓氣機驅動渦輪輸入乏氣，所述乏氣驅動所述壓氣機驅動渦輪。

根據本發明的一優選實施方案，乏氣輸入壓氣機驅動渦輪之前經過所述回熱器換熱。

根據本發明的一優選實施方案，所述壓氣機驅動渦輪輸出做功后的乏氣，然后乏氣經過所述回熱器，在所述回熱器內進行換熱。