[发明专利]具有连接低压涡轮机的高压压气机的双轴涡轮发动机设计

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮轴发动机的内部结构，并且更特别地涉及直升机发动机的内部结构。

应该观察到术语“涡轮喷气发动机”指燃气涡轮发动机，其通过与高速度的热气体射出反应，传递推进所需要的推力，而术语“涡轮轴发动机”指燃气涡轮发动机，其驱动主动轴旋转。例如，涡轮轴发动机用作直升机、轮船、火车中的发动机，或者实际上用作工业发动机。涡轮螺旋桨发动机（涡轮轴发动机驱动螺旋桨）也是航空发动机中所用的发动机。

背景技术

常规的涡轮轴发动机通常包括低压压气机和布置在低压压气机下游的高压压气机，其中“下游”是相对于经过发动机的气体流动方向。在一些使用情况下，当在高压压气机进口的压力高于在低压压气机出口的压力时，就会出现喘振现象。发动机的运行变得不稳定，可能到达这种程度：气体通过进口排放到低压压气机中。

通过用于双轴涡轮喷气发动机类型的常规结构可以避免这种喘振现象，该双轴涡轮喷气发动机类型包括低压转子（通过轴联接低压涡轮机的低压压气机）和高压转子（通过另一个轴连接高压涡轮机的高压压气机，高压压气机和高压涡轮机一端位于低压压气机和另一端位于低压涡轮机之间）。然而，这种涡轮喷气发动机结构难以适合于涡轮轴喷气发动机，因为在正常工作时，双轴涡轮喷气发动机的压缩比率与强加于正常工作中涡轮轴喷气发动机上的压缩比率比较太大了。具体地，双轴涡轮喷气发动机的压缩比率通常是30到40（例如，在飞机的涡轮喷气发动机中），而涡轮轴发动机的压缩比率通常是小于20（例如，在直升机发动机中）。

发明内容

本发明的目的是提出了一种涡轮轴发动机，其中低压压气机和高压压气机之间出现的喘振现象的风险被降低，甚或为零。

本发明通过提出一种涡轮轴发动机达到其目的，该涡轮轴发动机包括低压压气机、高压压气机、低压涡轮机、高压涡轮机和用于调节低压涡轮机的旋转速度达到基本上恒定的速度的调节器装置，其中低压涡轮机通过第一轴联接高压压气机，而高压涡轮机通过第二轴联接低压压气机。

可以理解高压压气机布置在低压压气机的下游，高压涡轮机布置在高压压气机的下游，低压涡轮机布置在高压涡轮机的下游。高压涡轮机是燃烧室下游的第一涡轮机。燃烧室布置在气体流动方向上高压压气机和高压涡轮机之间。也可以理解高压涡轮机根据喷射到燃烧室的燃料多或少，其旋转速度会改变。

通常，并且除非有相反的说明，术语元件的“上游”和“下游”以及“进口”和“出口”相对于经过发动机的气体流动方向而被限定。

高压压气机安装在与低压涡轮机相同的旋转轴上，而低压压气机安装在与高压涡轮机相同的旋转轴上。因此，高压压气机和低压涡轮机以相同的旋转速度旋转，而低压压气机和高压涡轮机以相同的另一个旋转速度旋转。

术语“基本上恒定的速度”意指对于预定运转速度，该速度可以改变，但是不会超过加或减百分之十五（±15%）。例如，为了调节低压涡轮机的速度，调节器装置将或多或少的燃料喷射到燃烧室中，这样包括高压涡轮机和低压压气机的旋转组件被加速或减慢。因此，使得气体的流速更大或更小，并且该气体的流速用于传递低压涡轮机以基本上恒定的速度转动时所必需的能量，而与施加于发动机主动轴的扭矩无关。

因为调节器装置，因为高压压气机通过第一轴机械地联接低压涡轮机，所以高压压气机的速度是基本上恒定的。而且，因为低压压气机通过第二轴机械地联接高压涡轮机，所以高压涡轮机的旋转速度的变化仅会影响低压压气机的旋转速度。因此，高压压气机的旋转速度与低压压气机的旋转速度比较，是基本上恒定的。因此，低压压气机和高压压气机之间的任何喘振风险被降低，甚或被避免。自然地，可以理解对于高压压气机的预定旋转速度，低压压气机的旋转速度位于预定的旋转速度范围内，这样高压压气机总是能够接收和压缩来自于低压压气机的气体。

换而言之，通过机械地联接高压压气机和低压涡轮机，以及机械地联接低压压气机和高压涡轮机，并且通过使用调节器装置，高压压气机的旋转速度比低压压气机的旋转速度更稳定，这样在低压压气机和高压压气机之间太高的任何压力风险被降低，甚或为零，同时喘振现象由此被减少，甚或不存在。

在第一个变化形式中，第一轴同轴地穿过第二轴，第一和第二轴限定轴向方向，以沿着轴向方向的顺序布置高压压气机、低压压气机、高压涡轮机和低压涡轮机。