复合循环发动机制造技术

本发明专利技术涉及复合循环发动机。讨论了复合循环发动机，其包括输出轴、每一个均限定内燃发动机的至少两个旋转单元、速度涡轮机和涡轮增压器。所述速度涡轮机包括转子，所述转子与位于所述旋转单元中的两个旋转单元之间的所述输出轴驱动地接合。每个旋转单元的排气端口与所述速度涡轮机在其转子上游的流路流体连通。所述涡轮增压器的压缩机的出口与每个旋转单元的入口端口流体连通。所述涡轮增压器的压力涡轮机的入口与所述速度涡轮机在其转子下游的流路流体连通。还讨论了用于复合至少两个旋转发动机的方法。

【技术实现步骤摘要】

本申请总体上涉及复合循环发动机，且更具体地涉及包括一个或多个旋转燃烧发动机的这种复合循环发动机。
技术介绍
一些复合循环发动机包括旋转发动机，该旋转发动机由位于涡轮增压器涡轮机下游的涡轮机来涡轮增压以及复合。但是，已知复合旋转发动机布置通常具有用于涡轮复合的有限可用功率和/或有限性能，例如在涡轮增压器正在运行之前的启动时。
技术实现思路
在一个方面，提供一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：输出轴；至少两个旋转单元，每个单元限定内燃发动机，包括密封地且可旋转地接收在相应壳体内的转子，每个壳体限定入口端口和排气端口，每个单元的转子都被安装在所述输出轴上并且与所述输出轴驱动地接合；包括转子的速度涡轮机，所述转子与位于所述旋转单元中的两个旋转单元之间的所述输出轴驱动地接合并且支撑跨过流路延伸的叶片的周向阵列，每个壳体的排气端口与位于所述速度涡轮机的转子上游的流路流体连通；以及涡轮增压器，所述涡轮增压器包括通过公共轴驱动地接合的压缩机和压力涡轮机，所述压缩机的出口与每个壳体的入口端口流体连通，以及所述压力涡轮机的入口与所述速度涡轮机的转子下游的流路流体连通。在另一方面，提供一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：速度涡轮机，所述速度涡轮机具有驱动地接合到输出轴的转子；至少两个旋转发动机，每个旋转发动机都具有密封地且可旋转地接收在具有进气端口和排气端口的相应壳体内的转子，每个旋转发动机的转子驱动地接合到所述输出轴，所述旋转发动机包括沿所述输出轴定位在所述速度涡轮机前面的第一旋转发动机以及沿所述输出轴定位在所述速度涡轮机后面的第二旋转发动机；相应排气管，所述相应排气管在每个排气端口与速度涡轮机在其转子上游之间提供流体连通；涡轮增压器，所述涡轮增压器包括通过公共轴驱动地接合的压缩机和压力涡轮机；入口管道，所述入口管道在所述压缩机的出口与每个旋转发动机的入口端口之间提供流体连通；以及涡轮机管，所述涡轮机管在所述速度涡轮机的出口与所述压力涡轮机的入口之间提供流体连通。在又一方面，提供一种用于复合至少两个旋转发动机的方法，所述方法包括：使涡轮增压器中的压力涡轮机和压缩机驱动地接合；限定在所述压缩机的出口与每个旋转发动机的入口端口之间的流体连通；通过将速度涡轮机沿输出轴放置在所述旋转发动机中的两个旋转发动机之间来将每个旋转发动机和所述速度涡轮机驱动地接合到所述输出轴；限定每个旋转发动机的排气端口与所述速度涡轮机的入口之间的流体连通；以及限定所述速度涡轮机的出口与所述涡轮增压器的压力涡轮机的入口之间的流体连通。附图说明现在参考附图，在附图中：图1是根据具体实施例的复合循环发动机的框图；图2是根据具体实施例的汪克尔（Wankel）发动机的截面图，该汪克尔发动机可用于例如如图1所示的复合循环发动机中；图3是根据具体实施例的图1的复合循环发动机的示意图；图4是根据具体实施例的例如如图3所示的复合循环发动机的示意性立体图；图5是根据另一实施例的图1的复合循环发动机的示意图；图6是根据具体实施例的例如如图5所示的复合循环发动机的示意性立体图；图7是根据又一实施例的图1的复合循环发动机的示意图；以及图8是根据具体实施例的例如如图7所示的复合循环发动机的示意性立体图。具体实施方式现参考图1，示意性地示出了复合循环发动机10。复合循环发动机10包括旋转单元12，每个单元12由旋转内燃发动机限定，该旋转内燃发动机具有密封地接合在相应壳体中的转子。所述旋转单元12驱动公共负载。在所示的实施例中，公共负载包括输出轴16，该输出轴例如可通过减速变速箱（未示出）连接到推进器，并且每个单元12的转子接合到所述输出轴。复合循环发动机10还包括涡轮增压器18，其由压缩机20和压力涡轮机22形成，所述压缩机20和压力涡轮机22由轴24驱动地互连。压缩机20和涡轮机22每个均可以是具有单个轴或者分开在并联或串联的多个独立轴上的单级装置或多级装置，并且可以是离心式或轴向装置。在所示的实施例中，涡轮增压器18的轴24独立于公共负载来旋转。涡轮增压器18的压缩机20在空气进入单元12之前压缩该空气。旋转单元（多个）12形成复合循环发动机10的芯部并且每个均提供呈排气脉冲形式的排气流。来自单元（多个）12的排气流被供应到与该单元流体连通的功率涡轮机26，并且还驱动公共负载。功率涡轮机26是速度式涡轮机，并且还已知为脉冲涡轮机，并且可以是轴向、径向或混合流涡轮机。在速度涡轮机中，流体偏转，而不存在叶片通道中的显著压降。因此，速度涡轮机与压力涡轮机的不同之处在于，在发生在压力涡轮机中的转子上的压降不会存在于速度涡轮机中。速度涡轮机与压力涡轮机相比通常具有带有不同截面的叶片；例如，随着工作流体循环流过该叶片，压力涡轮机的叶片通常具有流动面积的变化，而速度涡轮机的叶片通常具有恒定的流动面积；压力涡轮机的叶片通常并不关于旋转盘的平面对称，而速度涡轮机的叶片通常是对称的。因此，速度涡轮机26的每个叶片形成由排气流推动的桶。功率涡轮机26的转子由通过排气脉冲冲击在叶片上而在叶片上形成的力来旋转。由此，每个排气脉冲所提供的动能被用于驱动功率涡轮机26的转子，并且同时在旋转单元12上施加最小的背压。功率涡轮机26通过合适类型的传动装置28连接到输出轴16，所述传动装置例如是行星、星形、偏置或角度齿轮系统。功率涡轮机26的出口与涡轮增压器涡轮机22的入口流体连通。能量由涡轮增压器涡轮机22从离开功率涡轮机26的排气气体提取，以经由连接轴24来驱动压缩机20.。虽然未示出，但是空气可以可选地循环通过压缩机20和单元12之间的中冷器，并且复合循环发动机10还包括：冷却系统，例如包括用于冷却剂（例如，水-乙烯、油、空气）的循环系统，以冷却每个单元12的壳体；用于单元12的内部机械部件的油冷却剂；一个或多个冷却剂热交换器等。每个单元12的燃料喷射器（在具体实施例中是共轨燃料喷射器）与重质燃料源30（例如，柴油、煤油（喷气发动机燃料）、等效生物燃料）连通并且将该重质燃料传输到单元12中，使得燃烧室被分层成在点火源附近的富燃料-空气混合物以及在其他部位的较贫混合物。在具体实施例中，每个单元12是汪克尔发动机。参考图2，示出了汪克尔发动机的示例性实施例；要理解的是，用于复合循环发动机10中的单元12的构造（例如，端口的放置、密封件的数量和放置等）可与所示实施例中的不同；每个单元12可由除汪克尔发动机之外的旋转发动机限定。如图2所示，在具体实施例中，每个单元12包括限定转子腔的壳体32，该转子腔具有限定两个凸角的轮廓，该轮廓优选地是长短辐圆外旋轮线。转子34被接收在转子腔内。该转子限定三个周向间隔开的顶点部36以及具有向外拱出侧面的大致三角形轮廓。所述顶点部36与壳体32的外围壁38的内表面密封式接合，以在转子34和壳体32之间形成三个工作室40。转子34接合到输出轴16的离心部42，以在定子腔内执行公转。输出轴16执行用于转子34的每次公转的三次旋转。转子3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：输出轴；至少两个旋转单元，每个单元限定内燃发动机，包括密封地且可旋转地接收在相应壳体内的转子，每个壳体限定入口端口和排气端口，每个单元的转子都被安装在所述输出轴上并且与所述输出轴驱动地接合；包括转子的速度涡轮机，所述转子与位于所述旋转单元中的两个旋转单元之间的所述输出轴驱动地接合并且支撑延伸跨过流路的叶片的周向阵列，每个壳体的排气端口与位于所述速度涡轮机的转子上游的流路流体连通；以及涡轮增压器，所述涡轮增压器包括通过公共轴驱动地接合的压缩机和压力涡轮机，所述压缩机的出口与每个壳体的入口端口流体连通，所述压力涡轮机的入口与所述速度涡轮机的转子下游的流路流体连通。

【技术特征摘要】
1.一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：
输出轴；
至少两个旋转单元，每个单元限定内燃发动机，包括密封地且可旋转地接收在相应壳体内的转子，每个壳体限定入口端口和排气端口，每个单元的转子都被安装在所述输出轴上并且与所述输出轴驱动地接合；
包括转子的速度涡轮机，所述转子与位于所述旋转单元中的两个旋转单元之间的所述输出轴驱动地接合并且支撑延伸跨过流路的叶片的周向阵列，每个壳体的排气端口与位于所述速度涡轮机的转子上游的流路流体连通；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括通过公共轴驱动地接合的压缩机和压力涡轮机，所述压缩机的出口与每个壳体的入口端口流体连通，所述压力涡轮机的入口与所述速度涡轮机的转子下游的流路流体连通。
2.根据权利要求1所述的复合循环发动机，其中，所述输出轴从所述速度涡轮机延伸穿过，并且所述速度涡轮机沿所述输出轴定位在所述旋转单元中的所述两个旋转单元之间。
3.根据权利要求1所述的复合循环发动机，其中，每个单元是汪克尔发动机。
4.根据权利要求3所述的复合循环发动机，其中，每个汪克尔发动机具有被限定在从6:1至8:1的范围内的体积计压缩比。
5.根据权利要求1所述的复合循环发动机，其中，所述涡轮增压器的轴独立于所述输出轴旋转。
6.根据权利要求5所述的复合循环发动机，其中，所述涡轮增压器的轴与所述输出轴以非平行的方式延伸。
7.根据权利要求1所述的复合循环发动机，还包括用于每个单元的共轨燃料喷射器以及与所述燃料喷射器连通的重质燃料源。
8.根据权利要求1所述的复合循环发动机，其中，所述单元中的所述两个单元的壳体彼此以180度取向。
9.根据权利要求2所述的复合循环发动机，其中，所述单元定位成使得沿所述输出轴在所述功率涡轮机前面和后面布置有相同数量的所述单元。
10.根据权利要求2所述的复合循环发动机，其中，所述单元定位成使得沿所述输出轴在所述功率涡轮机前面布置的所述单元的数量比在所述功率涡轮机后面布置的所述单元的数量多一个或少一个。
11.一种复合循环发动机，所述复合循环发动机包括：
速度涡轮机，所述速度涡轮机具有驱动地接合到输出轴的转子；
至少两个旋转发动机，每个旋转发动机都具有密封地且可旋转地接收在具有进气端口和排气端口的相应壳体内的转子，每个旋转发动机的转子驱动地接合到所述输出轴，所述旋转发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：S博尔杜，M方丹，L兰德里，J托马辛，
申请(专利权)人：普拉特惠特尼加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA