CN105484863A - 涡轮活塞组合发动机的空气系统 - Google Patents

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CN105484863A CN201510982934.4A CN201510982934A CN105484863A CN 105484863 A CN105484863 A CN 105484863A CN 201510982934 A CN201510982934 A CN 201510982934A CN 105484863 A CN105484863 A CN 105484863A
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黄开胜
李志勇
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Abstract

本发明提供了一种涡轮活塞组合发动机的空气系统，包括进气阀、燃气轮机、第一中冷器、涡轮增压器、发动机以及第四阀。燃气轮机包括第一压气机、第一阀、燃烧室、第一涡轮机以及动力涡轮；涡轮增压器包括第二压气机以及第二涡轮机；发动机包括第二阀、第三压气机、第二中冷器、发动机反应室、第三阀以及第三涡轮机。当发动机单独使用时，空气经由第二压气机和第三压气机的两级压缩，增加进入发动机反应室中的空气流量，提高发动机的输出功率；而当发动机与燃气轮机联合工作时，空气经由第一压气机和第二压气机加压，满足燃烧室以及发动机反应室的工作要求，保证联合工作状态下燃气轮机的输出功率和降低发动机的输出功率缩减幅度。

Description

涡轮活塞组合发动机的空气系统
技术领域
本发明涉及组合发动机领域，尤其涉及一种涡轮活塞组合发动机的空气系统。
背景技术
于2014年4月30日公布的中国专利文献CN103754103A公开了一种涡轮活塞混合动力系统和车辆。此涡轮活塞混合动力系统采用的是柴油机与燃气轮机联合循环工作系统，结合了柴油机的低油耗和燃气轮机的高功率密度优点，是高功率密度发动机发展的重要趋势之一。
此涡轮活塞混合动力系统通过电磁阀的切换控制可工作在三种状态下：柴油机单独工作、燃气轮机单独工作与柴燃联合工作。在柴燃联合工作状态下，燃气轮机的压气机与涡轮机相当于柴油机的一级涡轮增压器，虽然压气机提高了柴油机的进气压力，但由于燃气轮机的涡轮机前进气压力要求同时也相应提高了柴油机的排气压力，柴油机的输出功率并未提升甚至有所减小，因此如何降低柴油机功率缩减幅度是一个需要解决的问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种涡轮活塞组合发动机的空气系统，其能自由切换组合发动机的工作模式，并能够在提高发动机在联合工作的状态下的输出功率的同时保证组合发动机的整体性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种涡轮活塞组合发动机的空气系统，其包括进气阀、燃气轮机、第一中冷器、涡轮增压器、发动机以及第四阀。
进气阀设有进气口、第一出气口以及第二出气口。
燃气轮机包括第一压气机、第一阀、燃烧室、第一涡轮机以及动力涡轮。第一压气机具有：第一压气机入口，与进气阀的第一出气口相连；以及第一压气机出口。第一阀与第一压气机出口相连。燃烧室具有：燃烧室入口，与第一阀相连；以及燃烧室出口。第一涡轮机与第一压气机同轴连接，具有：第一涡轮机入口，与燃烧室出口相连；以及第一涡轮机出口。动力涡轮具有：动力涡轮入口，与第一涡轮机出口相连；以及动力涡轮出口。
第一中冷器具有：第一中冷器入口，与第一阀相连；以及第一中冷器出口。
涡轮增压器包括第二压气机以及第二涡轮机。第二压气机具有：第二压气机入口，与进气阀的第二出气口以及第一中冷器出口相连；以及第二压气机出口。第二涡轮机与第二压气机同轴连接，具有：第二涡轮机入口；以及第二涡轮机出口，与外部的排气口相连。
发动机包括第二阀、第三压气机、第二中冷器、发动机反应室、第三阀以及第三涡轮机。第二阀与第二压气机出口相连。第三压气机具有：第三压气机入口，与第二阀相连；以及第三压气机出口。第二中冷器具有：第二中冷器入口，分别与第二阀和第三压气机出口相连；以及第二中冷器出口。发动机反应室具有：发动机反应室入口，与第二中冷器出口相连；以及发动机反应室出口。第三阀分别与发动机反应室出口和第一涡轮机入口相连。第三涡轮机与第三压气机同轴连接，具有：第三涡轮机入口，与第三阀相连；以及第三涡轮机出口。
第四阀分别与动力涡轮出口、第三涡轮机出口、第二涡轮机入口以及排气口相连。
当发动机单独工作时，进气阀的第一出气口关闭，断开第一阀与第一压气机出口和第一中冷器入口的连接、断开第二阀与第二中冷器入口的连接、断开第三阀与第一涡轮机入口的连接以及断开第四阀与动力涡轮出口和外部的排气口的连接，而第二阀与第二压气机出口和第三压气机入口连通、第三阀与发动机反应室出口以及第三涡轮机入口连通、第四阀与第三涡轮机出口以及第二涡轮机入口连通；外部的空气经由进气阀的进气口、第二出气口以及第二压气机入口进入第二压气机初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口、第二阀以及第三压气机入口进入第三压气机再次压缩，再次压缩后的空气经由第三压气机出口以及第二中冷器入口进入第二中冷器进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口以及发动机反应室入口进入发动机反应室燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口、第三阀以及第三涡轮机入口进入第三涡轮机，带动第三涡轮机转动，进而向第三压气机提供动力，初步做功后的废气经由第三涡轮机出口、第四阀以及第二涡轮机入口进入第二涡轮机，带动第二涡轮机转动，进而向第二压气机提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口和外部的排气口排出，完成发动机单独使用时的空气循环。
当燃气轮机单独使用时，进气阀的第二出气口关闭，断开第一阀与第一中冷器入口的连接、断开第三阀与第一涡轮机入口的连接以及断开第四阀与第二涡轮机入口和第三涡轮机出口的连接，而第一阀与第一压气机出口以及燃烧室入口连通、第四阀与动力涡轮出口以及外部的排气口连通；外部的空气经由进气阀的进气口、第一出气口以及第一压气机入口进入第一压气机压缩，压缩完成后的空气经由第一压气机出口、第一阀以及燃烧室入口进入燃烧室燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口以及第一涡轮机入口进入第一涡轮机，带动第一涡轮机转动，进而向第一压气机提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口、动力涡轮入口进入动力涡轮，带动动力涡轮转动并向外部提供动力，充分利用后的废气经由动力涡轮出口、第四阀以及外部的排气口排出，完成燃气轮机单独使用时的空气循环。
当燃气轮机和发动机联合使用时，进气阀的第二出气口关闭，断开第二阀与第三压气机入口的连接、断开第三阀与第三涡轮机入口的连接以及断开第四阀与第三涡轮机出口和外部的排气口的连接，而第一阀与第一压气机出口、燃烧室入口以及第一中冷器入口连通、第二阀与第二压气机出口以及第二中冷器入口连通、第三阀与发动机反应室出口以及第一涡轮机连通、第四阀与动力涡轮出口以及第二涡轮机入口连通；外部的空气经由进气阀的进气口、第一出气口以及第一压气机入口进入第一压气机进行第一次压缩，第一次压缩后的空气经由第一压气机出口进入第一阀，并在第一阀内分成两部分：一部分压缩后的空气经由第一阀以及燃烧室入口进入燃烧室燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口以及第一涡轮机入口进入第一涡轮机；另一部分压缩后的空气经由第一阀以及第一中冷器入口进入第一中冷器冷却，冷却后的空气经由第一中冷器出口及第二压气机入口进入第二压气机初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口、第二阀以及第二中冷器入口进入第二中冷器进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口以及发动机反应室入口进入发动机反应室燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口、第三阀以及第一涡轮机入口进入第一涡轮机；进入第一涡轮机的来自燃烧室的废气和发动机反应室的废气共同带动第一涡轮机转动，进而向第一压气机提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口、动力涡轮入口进入动力涡轮，带动动力涡轮转动并向外部提供动力，再次做功后的废气经由动力涡轮出口、第四阀以及第二涡轮机入口进入第二涡轮机，带动第二涡轮机转动，进而向第二压气机提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口以及外部的排气口排出，完成燃气轮机和发动机联合使用时的空气循环。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，当发动机单独使用时，外部的空气经由第二压气机和第三压气机的两级压缩，有效的增加了进入发动机反应室中的空气流量，提高了发动机的输出功率；而当发动机与燃气轮机联合工作时，外部的空气首先经由燃气轮机的第一压气机加压，然后分成两部分，进入燃气轮机的燃烧室的一部分空气的压力能够满足燃气轮机的工作要求，而另一部分空气经由第二压气机的再次加压之后进入发动机反应室，保证联合工作状态下发动机的输出功率；通过控制进气阀、第一阀、第二阀、第三阀以及第四阀的连通和断开能自由切换组合发动机的工作模式。
附图说明
图1为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统的示意图；
图2为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统在发动机单独工作时的示意图；
图3为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统在燃气轮机单独工作时的示意图；以及
图4为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统在联合工作时的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1进气阀411第二压气机入口
11进气口412第二压气机出口
12第一出气口42第二涡轮机
13第二出气口421第二涡轮机入口
2燃气轮机422第二涡轮机出口
21第一压气机5发动机
211第一压气机入口51第二阀
212第一压气机出口52第三压气机
22第一阀521第三压气机入口
23燃烧室522第三压气机出口
231燃烧室入口53第二中冷器
232燃烧室出口531第二中冷器入口
24第一涡轮机532第二中冷器出口
241第一涡轮机入口54发动机反应室
242第一涡轮机出口541发动机反应室入口
25动力涡轮542发动机反应室出口
251动力涡轮入口55第三阀
252动力涡轮出口56第三涡轮机
3第一中冷器561第三涡轮机入口
31第一中冷器入口562第三涡轮机出口
32第一中冷器出口6第四阀
4涡轮增压器7控制器
41第二压气机
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统。
参照图1至图4，根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统包括进气阀1、燃气轮机2、第一中冷器3、涡轮增压器4、发动机5以及第四阀6。
进气阀1设有进气口11、第一出气口12以及第二出气口13。
燃气轮机2包括第一压气机21、第一阀22、燃烧室23、第一涡轮机24以及动力涡轮25。第一压气机21具有：第一压气机入口211，与进气阀1的第一出气口12相连；以及第一压气机出口212。第一阀22与第一压气机出口212相连。燃烧室23具有：燃烧室入口231，与第一阀22相连；以及燃烧室出口232。第一涡轮机24与第一压气机21同轴连接，具有：第一涡轮机入口241，与燃烧室出口232相连；以及第一涡轮机出口242。动力涡轮25具有：动力涡轮入口251，与第一涡轮机出口242相连；以及动力涡轮出口252。
第一中冷器3具有：第一中冷器入口31，与第一阀22相连；以及第一中冷器出口32。
涡轮增压器4包括第二压气机41以及第二涡轮机42。第二压气机41具有：第二压气机入口411，与进气阀1的第二出气口13以及第一中冷器出口32相连；以及第二压气机出口412。第二涡轮机42与第二压气机41同轴连接，具有：第二涡轮机入口421；以及第二涡轮机出口422，与外部的排气口(未示出)相连。
发动机5包括第二阀51、第三压气机52、第二中冷器53、发动机反应室54、第三阀55以及第三涡轮机56。第二阀51与第二压气机出口412相连。第三压气机52具有：第三压气机入口521，与第二阀51相连；以及第三压气机出口522。第二中冷器53具有：第二中冷器入口531，分别与第二阀51和第三压气机出口522相连；以及第二中冷器出口532。发动机反应室54具有：发动机反应室入口541，与第二中冷器出口532相连；以及发动机反应室出口542。第三阀55分别与发动机反应室出口542和第一涡轮机入口241相连。第三涡轮机56与第三压气机52同轴连接，具有：第三涡轮机入口561，与第三阀55相连；以及第三涡轮机出口562。
第四阀6分别与动力涡轮出口252、第三涡轮机出口562、第二涡轮机入口421以及排气口相连。
当发动机5单独工作时，参照图1和图2，进气阀1的第一出气口12关闭，断开第一阀22与第一压气机出口212和第一中冷器入口31的连接、断开第二阀51与第二中冷器入口531的连接、断开第三阀55与第一涡轮机入口241的连接以及断开第四阀6与动力涡轮出口252和外部的排气口的连接，而第二阀51与第二压气机出口412和第三压气机入口521连通、第三阀55与发动机反应室出口542以及第三涡轮机入口561连通、第四阀6与第三涡轮机出口562以及第二涡轮机入口421连通；外部的空气经由进气阀1的进气口11、第二出气口13以及第二压气机入口411进入第二压气机41初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口412、第二阀51以及第三压气机入口521进入第三压气机52再次压缩，再次压缩后的空气经由第三压气机出口522以及第二中冷器入口531进入第二中冷器53进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口532以及发动机反应室入口541进入发动机反应室54燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口542、第三阀55以及第三涡轮机入口561进入第三涡轮机56，带动第三涡轮机56转动，进而向第三压气机52提供动力，初步做功后的废气经由第三涡轮机出口562、第四阀6以及第二涡轮机入口421进入第二涡轮机42，带动第二涡轮机42转动，进而向第二压气机41提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口422和外部的排气口排出，完成发动机5单独使用时的空气循环。
当燃气轮机2单独使用时，参照图1和图3，进气阀1的第二出气口13关闭，断开第一阀22与第一中冷器入口31的连接、断开第三阀55与第一涡轮机入口241的连接以及断开第四阀6与第二涡轮机入口421和第三涡轮机出口562的连接，而第一阀22与第一压气机出口212以及燃烧室入口231连通、第四阀6与动力涡轮出口252以及外部的排气口连通；外部的空气经由进气阀1的进气口11、第一出气口12以及第一压气机入口211进入第一压气机21压缩，压缩完成后的空气经由第一压气机出口212、第一阀22以及燃烧室入口231进入燃烧室23燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口232以及第一涡轮机入口241进入第一涡轮机24，带动第一涡轮机24转动，进而向第一压气机21提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口242、动力涡轮入口251进入动力涡轮25，带动动力涡轮25转动并向外部提供动力，充分利用后的废气经由动力涡轮出口252、第四阀6以及外部的排气口排出，完成燃气轮机2单独使用时的空气循环。
当燃气轮机2和发动机5联合使用时，参照图1和图4，进气阀1的第二出气口13关闭，断开第二阀51与第三压气机入口521的连接、断开第三阀55与第三涡轮机入口561的连接以及断开第四阀6与第三涡轮机出口562和外部的排气口的连接，而第一阀22与第一压气机出口212、燃烧室入口231以及第一中冷器入口31连通、第二阀51与第二压气机出口412以及第二中冷器入口531连通、第三阀55与发动机反应室出口542以及第一涡轮机24连通、第四阀6与动力涡轮出口252以及第二涡轮机入口421连通；外部的空气经由进气阀1的进气口11、第一出气口12以及第一压气机入口211进入第一压气机21进行第一次压缩，第一次压缩后的空气经由第一压气机出口212进入第一阀22，并在第一阀22内分成两部分：一部分压缩后的空气经由第一阀22以及燃烧室入口231进入燃烧室23燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口232以及第一涡轮机入口241进入第一涡轮机24；另一部分压缩后的空气经由第一阀22以及第一中冷器入口31进入第一中冷器3冷却，冷却后的空气经由第一中冷器出口32及第二压气机入口411进入第二压气机41初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口412、第二阀51以及第二中冷器入口531进入第二中冷器53进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口532以及发动机反应室入口541进入发动机反应室54燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口542、第三阀55以及第一涡轮机入口241进入第一涡轮机24；进入第一涡轮机24的来自燃烧室23的废气和发动机反应室54的废气共同带动第一涡轮机24转动，进而向第一压气机21提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口242、动力涡轮入口251进入动力涡轮25，带动动力涡轮25转动并向外部提供动力，再次做功后的废气经由动力涡轮出口252、第四阀6以及第二涡轮机入口421进入第二涡轮机42，带动第二涡轮机42转动，进而向第二压气机41提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口422以及外部的排气口排出，完成燃气轮机2和发动机5联合使用时的空气循环。
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，当发动机5单独使用时，外部的空气经由第二压气机41和第三压气机53的两级压缩，有效的增加了进入发动机反应室54中的空气流量，提高了发动机5的输出功率；而当发动机5与燃气轮机2联合工作时，外部的空气首先经由燃气轮机2的第一压气机21加压，然后分成两部分，进入燃气轮机2的燃烧室23的一部分空气的压力能够满足燃气轮机2的工作要求，而另一部分空气经由第二压气机41的再次加压之后进入发动机反应室54，保证联合工作状态下发动机5的输出功率；通过控制进气阀1、第一阀22、第二阀51、第三阀55以及第四阀6的连通和断开能自由切换组合发动机的工作模式。
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，第二压气机41和第二涡轮机42均采用可变截面的叶轮。由于在柴燃联合工作时此涡轮增压器4为高压级，空气流通的截面积变窄，在发动机5单独工作时无法与发动机5的第三压气机52和第三涡轮机56共用，因此涡轮增压器4的第二压气机41和第二涡轮机42均采用可变截面的叶轮。
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，发动机5为柴油机。
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，燃烧室23为环管燃烧室或环形燃烧室。
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，所述涡轮活塞组合发动机的空气系统还包括：
控制器7，用于控制第一阀22、第二阀51、第三阀55以及第四阀6的断开和连通。
在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，第一阀22、第二阀51、第三阀55以及第四阀6均为电磁阀。

Claims (6)

1.一种涡轮活塞组合发动机的空气系统，包括：
进气阀(1)，设有进气口(11)、第一出气口(12)以及第二出气口(13)；
燃气轮机(2)，包括：
第一压气机(21)，具有：
第一压气机入口(211)，与进气阀(1)的第一出气口(12)相连；以及
第一压气机出口(212)；
第一阀(22)，与第一压气机出口(212)相连；
燃烧室(23)，具有：
燃烧室入口(231)，与第一阀(22)相连；以及
燃烧室出口(232)；
第一涡轮机(24)，与第一压气机(21)同轴连接，具有：
第一涡轮机入口(241)，与燃烧室出口(232)相连；以及
第一涡轮机出口(242)；
以及
动力涡轮(25)，具有：
动力涡轮入口(251)，与第一涡轮机出口(242)相连；以及
动力涡轮出口(252)；
第一中冷器(3)，具有：
第一中冷器入口(31)，与第一阀(22)相连；以及
第一中冷器出口(32)；
涡轮增压器(4)，包括：
第二压气机(41)，具有：
第二压气机入口(411)，与进气阀(1)的第二出气口(13)以及第一中冷器出口(32)相连；以及
第二压气机出口(412)；
以及
第二涡轮机(42)，与第二压气机(41)同轴连接，具有：
第二涡轮机入口(421)；以及
第二涡轮机出口(422)，与外部的排气口相连；
发动机(5)包括：
第二阀(51)，与第二压气机出口(412)相连；
第三压气机(52)，具有：
第三压气机入口(521)，与第二阀(51)相连；以及
第三压气机出口(522)；
第二中冷器(53)，具有：
第二中冷器入口(531)，分别与第二阀(51)和第三压气机出口(522)相连；以及
第二中冷器出口(532)；
发动机反应室(54)，具有：
发动机反应室入口(541)，与第二中冷器出口(532)相连；以及
发动机反应室出口(542)；
第三阀(55)，分别与发动机反应室出口(542)和第一涡轮机入口(241)相连；
第三涡轮机(56)，与第三压气机(52)同轴连接，具有：
第三涡轮机入口(561)，与第三阀(55)相连；以及
第三涡轮机出口(562)；
以及
第四阀(6)，分别与动力涡轮出口(252)、第三涡轮机出口(562)、第二涡轮机入口(421)以及排气口相连；
其特征在于，
当发动机(5)单独工作时，进气阀(1)的第一出气口(12)关闭，断开第一阀(22)与第一压气机出口(212)和第一中冷器入口(31)的连接、断开第二阀(51)与第二中冷器入口(531)的连接、断开第三阀(55)与第一涡轮机入口(241)的连接以及断开第四阀(6)与动力涡轮出口(252)和外部的排气口的连接，而第二阀(51)与第二压气机出口(412)和第三压气机入口(521)连通、第三阀(55)与发动机反应室出口(542)以及第三涡轮机入口(561)连通、第四阀(6)与第三涡轮机出口(562)以及第二涡轮机入口(421)连通；外部的空气经由进气阀(1)的进气口(11)、第二出气口(13)以及第二压气机入口(411)进入第二压气机(41)初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口(412)、第二阀(51)以及第三压气机入口(521)进入第三压气机(52)再次压缩，再次压缩后的空气经由第三压气机出口(522)以及第二中冷器入口(531)进入第二中冷器(53)进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口(532)以及发动机反应室入口(541)进入发动机反应室(54)燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口(542)、第三阀(55)以及第三涡轮机入口(561)进入第三涡轮机(56)，带动第三涡轮机(56)转动，进而向第三压气机(52)提供动力，初步做功后的废气经由第三涡轮机出口(562)、第四阀(6)以及第二涡轮机入口(421)进入第二涡轮机(42)，带动第二涡轮机(42)转动，进而向第二压气机(41)提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口(422)和外部的排气口排出，完成发动机(5)单独使用时的空气循环；
当燃气轮机(2)单独使用时，进气阀(1)的第二出气口(13)关闭，断开第一阀(22)与第一中冷器入口(31)的连接、断开第三阀(55)与第一涡轮机入口(241)的连接以及断开第四阀(6)与第二涡轮机入口(421)和第三涡轮机出口(562)的连接，而第一阀(22)与第一压气机出口(212)以及燃烧室入口(231)连通、第四阀(6)与动力涡轮出口(252)以及外部的排气口连通；外部的空气经由进气阀(1)的进气口(11)、第一出气口(12)以及第一压气机入口(211)进入第一压气机(21)压缩，压缩完成后的空气经由第一压气机出口(212)、第一阀(22)以及燃烧室入口(231)进入燃烧室(23)燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口(232)以及第一涡轮机入口(241)进入第一涡轮机(24)，带动第一涡轮机(24)转动，进而向第一压气机(21)提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口(242)、动力涡轮入口(251)进入动力涡轮(25)，带动动力涡轮(25)转动并向外部提供动力，充分利用后的废气经由动力涡轮出口(252)、第四阀(6)以及外部的排气口排出，完成燃气轮机(2)单独使用时的空气循环；
当燃气轮机(2)和发动机(5)联合使用时，进气阀(1)的第二出气口(13)关闭，断开第二阀(51)与第三压气机入口(521)的连接、断开第三阀(55)与第三涡轮机入口(561)的连接以及断开第四阀(6)与第三涡轮机出口(562)和外部的排气口的连接，而第一阀(22)与第一压气机出口(212)、燃烧室入口(231)以及第一中冷器入口(31)连通、第二阀(51)与第二压气机出口(412)以及第二中冷器入口(531)连通、第三阀(55)与发动机反应室出口(542)以及第一涡轮机(24)连通、第四阀(6)与动力涡轮出口(252)以及第二涡轮机入口(421)连通；外部的空气经由进气阀(1)的进气口(11)、第一出气口(12)以及第一压气机入口(211)进入第一压气机(21)进行第一次压缩，第一次压缩后的空气经由第一压气机出口(212)进入第一阀(22)，并在第一阀(22)内分成两部分：一部分压缩后的空气经由第一阀(22)以及燃烧室入口(231)进入燃烧室(23)燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口(232)以及第一涡轮机入口(241)进入第一涡轮机(24)；另一部分压缩后的空气经由第一阀(22)以及第一中冷器入口(31)进入第一中冷器(3)冷却，冷却后的空气经由第一中冷器出口(32)及第二压气机入口(411)进入第二压气机(41)初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口(412)、第二阀(51)以及第二中冷器入口(531)进入第二中冷器(53)进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口(532)以及发动机反应室入口(541)进入发动机反应室(54)燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口(542)、第三阀(55)以及第一涡轮机入口(241)进入第一涡轮机(24)；进入第一涡轮机(24)的来自燃烧室(23)的废气和发动机反应室(54)的废气共同带动第一涡轮机(24)转动，进而向第一压气机(21)提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口(242)、动力涡轮入口(251)进入动力涡轮(25)，带动动力涡轮(25)转动并向外部提供动力，再次做功后的废气经由动力涡轮出口(252)、第四阀(6)以及第二涡轮机入口(421)进入第二涡轮机(42)，带动第二涡轮机(42)转动，进而向第二压气机(41)提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口(422)以及外部的排气口排出，完成燃气轮机(2)和发动机(5)联合使用时的空气循环。
2.根据权利要求1所述的涡轮活塞组合发动机的空气系统，其特征在于，第二压气机(41)和第二涡轮机(42)均采用可变截面的叶轮。
3.根据权利要求1所述的涡轮活塞组合发动机的空气系统，其特征在于，发动机(5)为柴油机。
4.根据权利要求1所述的涡轮活塞组合发动机的空气系统，其特征在于，燃烧室(23)为环管燃烧室或环形燃烧室。
5.根据权利要求1所述的涡轮活塞组合发动机的空气系统，其特征在于，所述涡轮活塞组合发动机的空气系统还包括：
控制器(7)，用于控制第一阀(22)、第二阀(51)、第三阀(55)以及第四阀(6)的断开和连通。
6.根据权利要求1所述的涡轮活塞组合发动机的空气系统，其特征在于，第一阀(22)、第二阀(51)、第三阀(55)以及第四阀(6)均为电磁阀。
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