[发明专利]辅助动力装置及辅助动力装置的排气控制方法

说明书

本发明公开了一种辅助动力装置及辅助动力装置的排气控制方法，包括负载压气机、动力压气机、处于动力压气机的气流出口的燃烧室、处于燃烧室的下游的燃气涡轮、处于燃气涡轮下游的自由涡轮以及处于自由涡轮的下游的用于将自由涡轮输出的高温燃气排出的尾喷管，自由涡轮与燃气涡轮之间设有排气调节机构，排气调节机构用于将燃气涡轮输出的高温燃气导入至自由涡轮内进而驱动自由涡轮旋转或者用于将燃气涡轮输出的高温燃气从自由涡轮的进气侧导出至自由涡轮外。本发明的辅助动力装置，既可以实现以往辅助动力装置的负载压气机引气以及发电等正常功能，又能在负载压气机的不引气状态下使负载压气机不工作进而减小负载压气机的功耗，经济效益好。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，特别地，涉及一种辅助动力装置。本发明还涉及一种辅助动力装置的排气控制方法。

背景技术

如图1所示，辅助动力装置(APU)常采用负载压气机引气，通过负载压气机的进气口处的进口导叶控制进入负载压气机的进气量。当需要引气时，打开进口导叶，进气机匣内的气流进入负载压气机，被压缩后输送到飞机的环控系统及主发起动系统；当不需要引气时，关闭进口导叶，让尽可能少的气流进入负载压气机，减小负载压气机做功，从而降低无用的燃油消耗。

目前，不管是带负载压气机的单转子APU还是自由涡轮形式的双转子APU，涡轮流道是唯一的，负载压气机转子都会高速旋转，因此即便在不需要引气的状态下，负载压气机的进口导叶不能完全关闭，必须有一定的空气进入负载压气机，用于给高速旋转的离心叶轮散热，防止叶轮疲劳，进入负载压气机的空气被压缩，会消耗涡轮转子发出的功，即使在关闭导向叶片的情况下也会消耗非常大的功，导致能量被用于做无用功，不引气状态下将消耗更多的燃油，APU的燃油消耗量大。现有技术中APU在任何工作状态下，负载压气机都在高速旋转，即使在不需要引气状态下，关闭进口导叶，仍然必须保证有一定的进气流量，用于负载压气机散热，负载压气机消耗的功此时仍非常大，导致该状态下燃油消耗量增加，经济性不好。

发明内容

本发明提供的辅助动力装置，以解决现有的辅助动力装置在任何工作状态下，负载压气机都在高速旋转，导致辅助动力装置的燃油消耗量大、经济性不好的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种辅助动力装置，包括沿轴向排布的负载压气机和动力压气机，负载压气机和动力压气机之间设有用于为负载压气机和动力压气机供气的进气机匣，辅助动力装置还包括处于动力压气机的气流出口的燃烧室、处于燃烧室的下游的燃气涡轮、处于燃气涡轮下游的自由涡轮以及处于自由涡轮的下游的用于将自由涡轮输出的高温燃气排出的尾喷管，燃气涡轮的涡轮外轴沿轴向延伸并伸入至动力压气机的中心孔内，以在燃气涡轮的涡轮叶片旋转时带动涡轮外轴旋转进而驱动动力压气机工作，自由涡轮的涡轮内轴沿轴向穿过涡轮外轴的内孔并伸入至负载压气机的中心孔内，以在自由涡轮的涡轮叶片旋转时带动涡轮内轴旋转进而驱动负载压气机工作，自由涡轮与燃气涡轮之间设有排气调节机构，排气调节机构用于将燃气涡轮输出的高温燃气导入至自由涡轮内进而驱动自由涡轮旋转或者用于将燃气涡轮输出的高温燃气从自由涡轮的进气侧导出至自由涡轮外。

进一步地，排气调节机构包括处于燃气涡轮的排气口的侧喷管和排气管，侧喷管和排气管并联，侧喷管和排气管的进气口均朝向燃气涡轮的排气口设置，侧喷管的排气口沿侧向向外延伸至自由涡轮外，排气管的排气口沿轴向延伸并与自由涡轮的进气口连通，排气机构还包括引气部和驱动定位部，引气部处于自由涡轮的进气侧，引气部的侧壁与自由涡轮的机匣铰接，驱动定位部用于驱动引气部绕铰接轴线转动并对转动后的引气部定位，进而使燃气涡轮的排气口与侧喷管连通或者使燃气涡轮的排气口与排气管连通。

进一步地，引气部包括多个引气板，多个引气板沿周向组合形成环状结构，引气板的侧壁与自由涡轮的机匣的侧壁铰接，引气板的第一侧向燃气涡轮方向延伸并伸入至燃气涡轮内，引气板的第二侧延伸至自由涡轮外，驱动定位部用于驱动引气板的第二侧绕铰接轴线旋转并定位，进而使引气板的第一侧摆动使燃气涡轮的排气口与侧喷管连通或者使燃气涡轮的排气口与排气管连通。