动力涡轮可调式发动机

摘要

本发明公开了一种动力涡轮可调式发动机，该发动机在燃气涡轮和动力涡轮之间设置了用于调节动力涡轮工作能力的放气装置。当需要降低动力涡轮的工作能力时，打开放气装置，释放一部分燃气，从而减少进入动力涡轮的燃气，降低其工作能力，当负载负荷一定、燃气发生器状态不变时，降低动力涡轮的转速，一方面满足动力涡轮临界转速的安全裕度要求，避免以提高燃气发生器慢车转速的方式满足该要求而引起的燃油浪费；另一方面对于发动机负载从不由发动机传动转换至由发动机传动时，在提高负载转速的过程中，减少离合器的发热，提高离合器的工作性能及寿命。

权利要求

1.一种动力涡轮可调式发动机，发动机类型包括涡轮轴发动机、涡轮螺桨发动机、用于旋翼/机翼变换式高速直升机的轴扇发动机或用于短距起飞/垂直降落飞机的可驱动升力风扇的涡扇发动机，其动力涡轮与动力涡轮前方的涡轮之间按流量连续进行设计，动力涡轮的工作能力由燃气发生器的工作状态确定，在燃气发生器工作状态不变时独立调整动力涡轮的工作能力，其特征在于，所述发动机包括设置在燃气涡轮(1)和动力涡轮(5)之间用于调节所述动力涡轮(5)的工作能力的放气装置；

所述放气装置位于所述动力涡轮(5)之前，用于在所述动力涡轮(5)需要降低工作能力时打开，以减少进入所述动力涡轮(5)的燃气，降低所述动力涡轮(5)的转速；

放气装置包括：设置在燃气涡轮(1)和动力涡轮(5)之间的流道外壁(2)外侧的集气环腔(6)及流道外壁(2)设有的使集气环腔(6)与涡轮间流道连通的集气通道，集气环腔(6)上连接有用于输出燃气的放气管路(4)；集气通道为设置在流道外壁(2)周向的多个集气孔(7)，或者集气通道为设置在流道外壁(2)周向的集气环缝，以将涡轮间流道与集气环腔(6)均匀连通，放气效果更好，能快速的降低动力涡轮(5)的转速；

放气管路(4)上设有用于控制放气的阀门(3)，控制放气装置的开启和关闭，阀门(3)设计为开度可调，用于控制排出的燃气的排放量；

由发动机的控制装置控制放气装置的开启和关闭，放气装置平时关闭；需要开启时，开启指令与发动机起动至慢车的指令或负载装置由不传动转换至传动的指令联合发出；或者开启指令根据对发动机转速信号的判断发出，当通过转速信号判断发动机处于慢车状态时，控制放气装置开启，当通过转速信号判断发动机处于正常工作状态时，则控制装置关闭放气装置；避免了在慢车状态下以调高燃气发生器慢车转速的方式满足所述动力涡轮(5)临界转速的安全裕度要求而引起的燃油浪费；及发动机负载从不由发动机传动转换至由发动机传动时，在提高负载转速的过程中减少离合器的发热。

2.根据权利要求1所述的动力涡轮可调式发动机，其特征在于，

所述放气管路(4)与所述动力涡轮(5)后的发动机流道连通，以使释放掉的燃气与所述动力涡轮(5)后的发动机排气汇合。

3.根据权利要求1所述的动力涡轮可调式发动机，其特征在于，

所述阀门(3)为电驱动或流体驱动阀门。

说明书

动力涡轮可调式发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及一种动力涡轮可调式发动机。

背景技术

[0002] 在现有燃气涡轮发动机上，低压涡轮与其前方的涡轮之间一般按流量连续进行设计，这样，对于功率型燃气涡轮发动机来说，当环境条件一定时，其作为动力涡轮使用的低压涡轮的工作能力单纯由燃气发生器的工作状态确定，如果环境条件和燃气发生器工作状态不变，则动力涡轮的工作能力不变，动力涡轮的输出扭矩与输出转速之间的关系不变，不能独立进行调节。

[0003] 上述流量连续的设计有时不利于涡轮轴发动机和涡轮螺桨发动机慢车状态的设计。以涡轴发动机为例，当燃气发生器的慢车状态按常规要求设计完成后，慢车状态对应的动力涡轮的工作能力也就确定了，而直升机使用慢车状态时，其旋翼一般处于最小载荷状态，因此，动力涡轮的转速也就处于某一范围，如果该转速与动力涡轮自身及直升机相关临界转速之间的间隔不满足安全裕度要求而需要调整时，为了保证燃气发生器稳定工作，只能提高燃气发生器的慢车转速，其代价是造成了燃油浪费，并增强了直升机停留在地面时的下洗气流。在直升机上，慢车工作的时间占发动机总工作时间的比例约10％，慢车状态的燃油浪费不宜忽略。对于涡轮螺桨发动机而言，其慢车状态的动力涡轮转速，如果与动力涡轮自身及飞机相关临界转速之间的间隔不满足安全裕度要求，情况与涡轮轴发动机类似，只能提高燃气发生器转速，导致燃油浪费。

[0004] 另外，上述流量连续的设计，对于复合式高速直升机采用的涡轴发动机，以及旋翼/机翼变换式高速直升机采用的轴扇发动机，短距起飞/垂直降落飞机采用的可驱动升力风扇的涡扇发动机而言，不利于降低发动机空载输出转速，不利于不连续传动的螺旋桨、旋翼、升力风扇随飞行状态变化而从不由发动机传动转换至由发动机传动。以短距起飞/垂直降落飞机的升力风扇为例，其只在起飞、降落时需要由发动机进行传动，巡航飞行时不需要传动，为此，在其与涡扇发动机低压涡轮之间，目前一般设置主动控制式摩擦离合器，当升力风扇需要从不由发动机传动转换至由发动机传动时，考虑到发动机燃气发生器稳定工作的需要，以及为了缩短后续重新提高转速的时间，燃气发生器的转速只能降低到某种程度，此时，发动机低压涡轮转速仍比较高，以致合上摩擦离合器后，在提高升力风扇转速至与低压涡轮转速一致的过程中发热量较大，以致于影响摩擦离合器工作的可靠性和构件的寿命。

[0005] 因此，如何在燃气发生器工作状态及负载的扭矩不变时，独立调整动力涡轮的工作能力是一个凾待解决的问题。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种动力涡轮可调式发动机，以解决现有的燃气涡轮发动机在燃气发生器工作状态不变时不能独立调整动力涡轮工作能力的技术问题。

[0007] 本发明采用的技术方案如下：

[0008] 一种动力涡轮可调式发动机，该发动机包括设置在燃气涡轮和动力涡轮之间用于调节动力涡轮的工作能力的放气装置。

[0009] 进一步地，放气装置包括：设置在燃气涡轮和动力涡轮之间的涡轮间流道外壁外侧的集气环腔、流道外壁设有的使燃气从涡轮间流道进入集气环腔的集气通道，集气环腔上连接有用于输出燃气的放气管路。

[0010] 进一步地，集气通道为设置在流道外壁周向的多个集气孔或设置在流道外壁的集气环缝。

[0011] 进一步地，放气管路上设有用于开启和关闭放气装置的阀门。

[0012] 进一步地，放气管路与动力涡轮后的发动机流道连通，以使释放掉的燃气与动力涡轮后的发动机排气汇合。

[0013] 进一步地，阀门为电驱动或流体驱动阀门。

[0014] 进一步地，由发动机的控制装置控制所述放气装置的开启和关闭。

[0015] 进一步地，发动机的控制装置在发动机处于慢车状态或发动机负载从不由发动机传动转换至由发动机传动时，控制放气装置开启，并在发动机正常工作时控所述放气装置关闭。

[0016] 进一步地，发动机为涡轮轴发动机、涡轮螺桨发动机、用于旋翼/机翼变换式高速直升机的轴扇发动机或用于短距起飞/垂直降落飞机的可驱动升力风扇的涡扇发动机。

[0017] 本发明具有以下有益效果：

[0018] 本发明的动力涡轮可调式发动机，该发动机在燃气涡轮和动力涡轮之间设置了用于调节动力涡轮工作能力的放气装置。当需要降低动力涡轮的工作能力时，打开放气装置，释放一部分燃气，从而减少进入动力涡轮的燃气，降低其工作能力，当负载负荷一定、燃气发生器状态不变时，降低动力涡轮的转速，一方面满足动力涡轮临界转速的安全裕度要求，避免以提高燃气发生器慢车转速的方式满足该要求而引起的燃油浪费，另一方面对于发动机负载从不由发动机传动转换至由发动机传动时，在提高负载转速的过程中，减少离合器的发热，提高离合器的工作性能及寿命。

[0019] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

[0020] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0021] 图1是本发明优选实施例的动力涡轮可调式发动机的结构示意图。

[0022] 附图标号说明：

[0023] 1、燃气涡轮；2、流道外壁；3、阀门；4、放气管路；

[0024] 5、动力涡轮；6、集气环腔；7、集气孔。

具体实施方式

[0025] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0026] 参照图1，本发明的优选实施例提供了一种动力涡轮可调式发动机，该发动机包括：设置在燃气涡轮1和动力涡轮5之间的用于调节动力涡轮5的工作能力的放气装置，通过放气装置将一部分燃气释放，从而减少进入动力涡轮5的燃气，降低动力涡轮5的工作能力。

[0027] 具体地，当需要降低动力涡轮5的工作能力时，打开放气装置，释放一部分燃气，从而减少进入动力涡轮5的燃气，降低动力涡轮5的工作能力，当负载负荷一定、燃气发生器状态不变时，降低动力涡轮5的转速，一方面满足动力涡轮5临界转速的安全裕度要求，避免以提高燃气发生器慢车转速的方式满足该要求而引起的燃油浪费，另一方面对于发动机负载从不由发动机传动转换至由发动机传动时，在提高负载转速的过程中，减少离合器的发热，提高离合器的工作性能及寿命。

[0028] 优选地，该放气装置包括：设置在燃气涡轮1和动力涡轮5之间的流道外壁2外侧的集气环腔6及流道外壁2设有的使集气环腔6与涡轮间流道连通的集气通道，集气环腔6上连接有用于输出燃气的放气管路4。

[0029] 在本实施例中，集气通道为设置在流道外壁2周向的多个集气孔7，在其他实施例中，集气通道为设置在流道外壁2周向的集气环缝，以将涡轮间流道与集气环腔6均匀连通，放气效果更好，能快速的降低动力涡轮5的转速。

[0030] 在本实施例中，集气环腔6与流道外壁2一体成型；在其他实施例中，集气环腔6经限位装置固定在流道外壁2上。

[0031] 优选地，放气管路4上设有用于控制放气的阀门3，控制放气装置的开启和关闭。根据需要，阀门3可设计为开度可调，用于控制排出的燃气的排放量。

[0032] 可选地，阀门3为电驱动或流体驱动阀门。

[0033] 可选地，放气管路4与动力涡轮后5的发动机流道连通。在本实施例中，放气管路4与动力涡轮5后的发动机流道连通，使旁路燃气与涡轮后的发动机排气汇合，在其他实施例中，放气管路4也可不与动力涡轮5后的发动机流道连通。

[0034] 优选地，由发动机的控制装置控制放气装置的开启和关闭，放气装置平时关闭，需要开启时，开启指令可与发动机起动至慢车的指令或负载装置由不传动转换至传动的指令联合发出，也可根据对发动机转速信号的判断发出，如：当通过转速信号判断发动机处于慢车状态时，控制放气装置开启，当通过转速信号判断发动机处于正常工作状态时，则控制装置关闭放气装置。

[0035] 优选地，本发明的发动机包括但不限于：涡轮轴发动机、涡轮螺桨发动机、用于旋翼/机翼变换式高速直升机的轴扇发动机、用于短距起飞/垂直降落飞机的可驱动升力风扇的涡扇发动机。

[0036] 从以上的描述可以得知，本发明的动力涡轮可调式发动机，该发动机包括：设置在燃气涡轮和动力涡轮之间的用于调节动力涡轮的工作能力的放气装置。当需要降低动力涡轮的工作能力时，打开放气装置，释放一部分燃气旁路，从而减少进入动力涡轮的燃气，降低动力涡轮的工作能力，当负载负荷一定，燃气发生器状态不变时，降低动力涡轮的转速，一方面满足动力涡轮临界转速的安全裕度要求，避免以提高燃气发生器慢车转速的方式满足该要求而引起的燃油浪费，另一方面对于发动机负载从不由发动机传动转换至由发动机传动时，在提高负载转速的过程中，减少离合器的发热，提高离合器的工作性能及寿命。

[0037] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。