CN113294263A - 燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机 - Google Patents

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杨光耀
何永顺
相宏伟
崔小龙
谢若初
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Abstract

本发明提供一种燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机，要点是：燃气轮机动力涡轮轴和空气涡轮机空气涡轮轴经过联轴器连接；燃气轮机由涡扇燃气发生器及其匹配的动力涡轮组成，涡扇燃气发生器是指去掉尾喷管和加力***后的退役涡扇航空发动机，涡扇燃气发生器包括高压压气机及其外涵通道。气体换热器有两组进风口－排风口，外涵高压输气管和热气输出管的一端分别接到水平进风口和水平排风口上，垂直进风口接在燃气轮机动力涡轮乏气排气口上，垂直排风口为换热器乏气排气口；外涵高压输气管的另一端接到涡扇燃气发生器外涵通道的尾部，热气输出管的另一端接到空气涡轮机的进风口。

Description

燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机
技术领域
本发明涉及航改燃气轮机，具体说是航改燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机。
背景技术
涡扇航空发动机主要包括低压压气机、高压压气机及其外涵通道、燃烧室、尾喷管和加力***等，低压压气机产生的压力空气大部分输送到高压压气机做功，余下部分的压力空气进入高压压气机的外涵通道。该发动机工作可靠，在我国具有稳定的生产线。现役的该发动机有数百台，具有大量潜在退役型发动机资源，故将退役型涡扇航空发动机改为燃气轮机有比较广泛的发展前景。目前将涡扇航空发动机改成燃气轮机的方法是，为去掉涡扇航空发动机的外涵空气，将低压压气机上的所有转子叶片做切顶处理后作为燃气发生器，再匹配上动力涡轮后就构成燃气轮机（即切顶燃气轮机）。由于切顶燃气轮机每个转子叶片顶部的扭角大，根部的扭角小，当把扭角大的顶部切除后，虽然降低了低压压气机的功耗，但也大大降低了低压压气机即切顶燃气轮机的效率；其次，切顶燃气发生器产生的高温高压气体对动力涡轮做功后的乏气从动力涡轮乏气排气口向外排出，乏气中尚存热能，造成乏气热能损失。
空气涡轮机作为成熟的现有技术，包括空气涡轮及其轴。
发明内容
本发明的目的是提供一种能回收上述乏气热能的燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机。
本发明的目的是这样实现的：它包括燃气轮机，其特征是：它还包括气体换热器和空气涡轮机，燃气轮机动力涡轮轴和空气涡轮机空气涡轮轴经过联轴器连接，使动力涡轮轴和空气涡轮轴成为同轴，也是本发明的输出轴，接负载；所述燃气轮机由涡扇燃气发生器及其匹配的动力涡轮组成，所述涡扇燃气发生器是指去掉尾喷管和加力***后的退役涡扇航空发动机，涡扇燃气发生器包括高压压气机及其外涵通道。
所述气体换热器有两组进风口－排风口，一组为水平（方向）进风口－排风口，另一组为垂直（方向）进风口－排风口；外涵高压输气管和热气输出管的一端分别接到水平进风口和水平排风口上，垂直进风口接在燃气轮机动力涡轮乏气排气口上，垂直排风口为换热器乏气排气口；外涵高压输气管的另一端接到涡扇燃气发生器外涵通道的尾部，热气输出管的另一端接到空气涡轮机的进风口。
本发明所述燃气轮机的工作过程与上述切顶燃气轮机的工作过程相同，其动力涡轮驱动动力涡轮轴输出转速与扭矩（以下称动力）；另一方面，从涡扇燃气发生器外涵通道尾部取出外涵增压空气，经与动力涡轮的排气口排出的含有热能的乏气在气体换热器换热后，获得外涵高压热气，经热气输出管输给空气涡轮机，作为空气涡轮机的驱动源，驱动空气涡轮及其轴旋转，空气涡轮机输出动力。这样，空气涡轮机和燃气轮机在一根输出轴（同轴）上同时输出动力。
与切顶燃气轮机相比，本发明的积极效果是：它将所述燃气轮机的外涵增压空气和动力涡轮乏气回收作为空气涡轮机的驱动源，与燃气轮机一起共同输出动力，在能耗相同的情况下，获得更大的动力输出。同时为退役航空发动机提供了又一种改制方案，提高了退役航空发动机的利用率。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明的示意图。
图2是图1的A-A剖面图。
具体实施方式
参见图1，所述燃气轮机由涡扇燃气发生器1及其匹配的动力涡轮4组成，所述涡扇燃气发生器是指去掉尾喷管和加力***后的退役涡扇航空发动机，涡扇燃气发生器包括高压压气机及其外涵通道；所述燃气轮机动力涡轮轴和空气涡轮机11空气涡轮轴经过联轴器8连接，使动力涡轮轴和空气涡轮轴成为同轴，也是本发明的输出轴12。10为空气涡轮机排气口。
它还包括气体换热器5，气体换热器有两组进风口－排风口，一组为水平进风口－排风口，另一组为垂直进风口－排风口；外涵高压输气管3和热气输出管9的一端分别接到水平进风口和水平排风口上，垂直进风口接在燃气轮机动力涡轮乏气排气口7上，垂直排风口为换热器乏气排气口6；外涵高压输气管的另一端接到涡扇燃气发生器外涵通道的尾部，热气输出管的另一端接到空气涡轮机的进风口。
参见图2，所述外涵高压输气管的另一端接到涡扇燃气发生器外涵通道的尾部是指，首先在外涵道尾部外壁13的一个圆周上，均匀开若干个外涵道出气口14；其次在外涵道出气孔的外圈设置一个环形集气室2，焊接于外涵道机匣外壁13上，通过若干个外涵道出气孔14，将外涵道气体取至环形集气室2里；外涵集气室上半周设若干个如四个管接头15，每个管接头里端与环形集气室连通，每个管接头外端接一个外涵高压输气管的另一端，所述外涵高压输气管共四个。16是外涵气通道，17是内涵的高压压气机通道。本发明的输出轴12接负载。
本发明所述燃气轮机的工作过程与上述切顶燃气轮机的工作过程相同，其动力涡轮驱动动力涡轮轴输出转速与扭矩；另一方面，从涡扇燃气发生器外涵通道尾部取出外涵增压空气，经与动力涡轮的排气口排出的含有热能的乏气在气体换热器换热后，获得外涵高压热气，经热气输出管输给空气涡轮机，作为空气涡轮机的驱动源，驱动空气涡轮及其轴旋转，空气涡轮机输出转速与扭矩。这样，空气涡轮机和燃气轮机在一根轴（同轴）上同时输出转速与扭矩。

Claims (2)

1.一种燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机，包括燃气轮机，其特征是：它还包括气体换热器和空气涡轮机，燃气轮机动力涡轮轴和空气涡轮机空气涡轮轴经过联轴器连接；所述燃气轮机由涡扇燃气发生器及其匹配的动力涡轮组成，所述涡扇燃气发生器是指去掉尾喷管和加力***后的退役涡扇航空发动机，涡扇燃气发生器包括高压压气机及其外涵通道；
所述气体换热器有两组进风口－排风口，一组为水平进风口－排风口，另一组为垂直进风口－排风口；外涵高压输气管和热气输出管的一端分别接到水平进风口和水平排风口上，垂直进风口接在燃气轮机动力涡轮乏气排气口上，垂直排风口为换热器乏气排气口；外涵高压输气管的另一端接到涡扇燃气发生器外涵通道的尾部，热气输出管的另一端接到空气涡轮机的进风口。
2.按照权利要求1所述的燃气轮机和空气涡轮机同轴输出的动力机，其特征是：所述外涵高压输气管的另一端接到涡扇燃气发生器外涵通道的尾部是指，在外涵道尾部外壁的一个圆周上，均匀开若干个外涵道出气口；在外涵道出气孔的外圈设置一个环形集气室，焊接于外涵道机匣外壁上，通过若干个外涵道出气孔，将外涵道气体取至环形集气室里；外涵集气室上半周设若干个如四个管接头，每个管接头里端与环形集气室连通，每个管接头外端接一个外涵高压输气管的另一端，所述外涵高压输气管共四个。
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CN115450713A (zh) * 2022-10-21 2022-12-09 中国航发沈阳发动机研究所 一种均匀排气的承力框架组合件结构

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