[发明专利]一种分轴的组合式燃气动力装置和转换方法

说明书

一种分轴的组合式燃气动力装置，包括燃驱压气组件、回热器、燃烧室和动力涡轮，燃驱压气组件包括共轴设置的压气机和压气机驱动涡轮；压气机由压气机驱动涡轮驱动，输出压缩空气；压缩空气输入回热器，输出预热后的压缩空气；燃烧室输入预热后的压缩空气，预热后的压缩空气在燃烧室内与燃料反应燃烧后产生高温燃气；动力涡轮输入高温燃气，由高温燃气驱动，对外输出轴功，做功后从动力涡轮输出乏气；动力涡轮具有自身独立的轴系，与压气机和压气机驱动涡轮呈分轴布置。还提供一种组合式燃气动力转换方法。本发明装置有利于动力涡轮转速和对外输出轴功的自由调节，有利于采用高转速压气机和低燃气参数的压气机驱动涡轮。

技术领域

本发明涉及燃气动力机械技术领域，具体涉及一种分轴的组合式燃气动力装置以及动力转换方法。

背景技术

布雷顿循环是一种广泛应用的气体动力循环，燃气轮机是这一循环应用的典型装置。燃气轮机一般包括压气机、燃烧室和涡轮三个部件，其中压气机与涡轮共轴，燃烧室位于压气机与涡轮之间。工作时，空气首先进入压气机被压缩，而后进入燃烧室与燃料混合燃烧，燃烧后形成的高温燃气被送入涡轮膨胀做功，做功后低压低温的乏气被排入大气。燃气在涡轮中所做的功一部分用于驱动压气机，剩余部分作为轴功对外输出。

大量的燃气轮机采用上述单轴的布置方案，这导致用户的负载必须与压气机-涡轮轴相联，负载的转速变化会对燃气轮机的工作参数产生直接的影响。这极大地限制了燃气轮机对负载的调节能力，影响了其应用范围。

多数航空发动机和航改燃气轮机采用分轴式布置方案。这一类型的燃气轮机一般包括低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮五个部件，其中低压压气机与低压涡轮共轴，联接为低压转子，高压压气机与高压涡轮共轴，联接为高压转子，高压转子在低压压气机与低压涡轮之间，燃烧室在高压压气机与高压涡轮之间。空气依次经过低压压气机、高压压气机和燃烧室，形成高温燃气，而后依次进入高压涡轮和低压涡轮膨胀做功，做功后的乏气被排入大气。一般情况下，高压转子的转速显著高于低压转子，燃气在高压涡轮中所做的功仅用于驱动高压压气机，燃气在低压涡轮中所做的功一部分用于驱动低压压气机，剩余部分对外输出。上述装置中主要存在两个方面的问题：其一是高速转子的热负荷大，由于受到高温燃气的直接冲刷，高压涡轮需要承受极大的离心力、热应力和气动力，这严重制约了部件的可靠性和寿命；其二是对负载的调节能力差，低压涡轮、低压压气机和用户负载共轴，负载的转速变化仍然可以直接影响到燃气轮机的工作，因此上述方案的负载调节能力与单轴燃气轮机并无明显差别，同时由于用于驱动低压涡轮的燃气为高压涡轮排气，其做功能力有限，影响了燃气轮机轴功的输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种分轴的组合式燃气动力装置和动力转换方法，以解决背景技术中存在的问题至少之一。

为实现上述目的，本发明提供一种分轴的组合式燃气动力装置，包括燃驱压气组件、回热器、燃烧室和动力涡轮，其中，

所述燃驱压气组件包括共轴设置的压气机和压气机驱动涡轮；所述压气机由所述压气机驱动涡轮驱动，用于对空气进行压缩，输出压缩空气；

所述回热器输入压缩空气，用于对所述压缩空气进行预热，输出预热后的压缩空气；

所述燃烧室输入预热后的压缩空气，预热后的压缩空气在燃烧室内与燃料反应燃烧后产生高温燃气；

所述动力涡轮输入高温燃气，由高温燃气驱动，对外输出轴功，做功后从所述动力涡轮输出乏气；所述动力涡轮具有自身独立的轴系，与所述压气机和压气机驱动涡轮呈分轴布置。

根据本发明的一优选实施方案，所述压气机驱动涡轮输入乏气，所述乏气驱动所述压气机驱动涡轮。

根据本发明的一优选实施方案，乏气输入压气机驱动涡轮之前经过所述回热器换热。

根据本发明的一优选实施方案，所述压气机驱动涡轮输出做功后的乏气，然后乏气经过所述回热器，在所述回热器内进行换热。