CN210239860U - 燃气涡轮发电装置及飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了燃气涡轮发电装置及飞行器，涉及发动机技术领域。本实用新型提供的燃气涡轮发电装置包括进气通道、电机、压气机、燃烧室和涡轮，电机安装于进气通道，电机的转子、压气机的转子和涡轮的转子相互连接并同轴设置，压气机通过进气通道进气，燃烧室燃烧后的气流作用于涡轮，涡轮带动压气机和电机旋转；电机的壳体上设置有供滑油或燃油流动的液体管路，液体管路内流动的滑油或燃油用于对电机散热。本实用新型还提供一种包括燃气涡轮发电装置的飞行器。本实用新型提供的燃气涡轮发电装置能广泛应用于航空领域，并具有电机散热效果好和转子的动力学特性佳的特点。

Description

燃气涡轮发电装置及飞行器

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，具体而言，涉及燃气涡轮发电装置及飞行器。

背景技术

大型的双/多旋翼(或涵道风扇、螺旋桨)飞行器，例如纵列式双旋翼直升机、倾转旋翼机等，发动机对旋翼的驱动目前采用机械传动方式。由于涡轴发动机转速高，旋翼转速低，传动系统要传递大的功率并具有大的传动比，必须采用多级减速方式。由于旋翼位置分散，又需要使多个旋翼转速协调，需要采用长轴连接旋翼。

采用涡轮发动机发电，用电能驱动多个旋翼的方式可以发挥电能易于分配调节特点同时取消大重量电池。燃气涡轮发动机由压缩机、燃烧室、涡轮、换热器组成，这种燃气轮机在简单布雷顿循环的基础上增加了回热循环，即利用涡轮出高温燃气的热量加热压缩机(压气机)出口气流，通过提高进入燃烧室的空气温度，减少需要加入燃烧的燃油热量，同时降低余气损失，达到提高热效率的目的。燃气轮机转子与发电机转子为同一转子，转速相同，有利于利用高转速提高电机功率密度。转子采用空气轴承支承，不需额外加入润滑剂。电机由风扇鼓风冷却，被加热的空气进入压气机进口流道。

现有技术中的燃气涡轮发电装置的技术相对不成熟，尤其不适于应用在航空领域。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃气涡轮发电装置，其能广泛应用于航空领域，并具有电机散热效果好和转子的动力学特性佳的特点。

本实用新型提供一种关于燃气涡轮发电装置的技术方案：

一种燃气涡轮发电装置，包括进气通道、电机、压气机、燃烧室和涡轮，所述电机安装于所述进气通道，所述电机的转子、所述压气机的转子和所述涡轮的转子相互连接并同轴设置，所述压气机通过所述进气通道进气，所述燃烧室燃烧后的气流作用于所述涡轮，所述涡轮带动所述压气机和所述电机旋转；所述电机的壳体上设置有供滑油或燃油流动的液体管路，所述液体管路内流动的所述滑油或所述燃油用于对所述电机散热。

本实用新型提供的燃气涡轮发电装置：压气机通过进气通道进气，在燃烧室内燃烧后对涡轮做功并使涡轮旋转，涡轮、压气机和电机的转子相互连接，从而带动压气机和电机的转子旋转，电机的转子旋转发电，以对飞行器的旋翼供电。压气机的转子旋转后能够增大进气气压，从而提升了能量的利用率。设置在电机壳体上的液体管路用于供滑油或燃油流动，以通过滑油或燃油对电机进行散热，而不需要另外设置散热器等结构，使得装置更简单、紧凑。同时电机安装在进气通道内，流动的气体也能对电机起到一定的散热作用，进一步保证电机的正常运行。

进一步地，所述液体管路包括相互连通的第一管道和第二管道，所述第一管道设置于所述电机的壳体内侧，所述第二管道设置于所述电机的壳体外侧并暴露于所述进气通道，所述第一管道和所述第二管道用于供燃油或滑油流动。

进一步地，所述液体管路包括设置于所述电机的壳体内侧的第一管道，所述燃气涡轮发电装置还包括滑油箱和燃油箱，所述滑油箱与所述第一管道连通，所述滑油箱通过所述燃油箱散热。

进一步地，所述燃气涡轮发电装置还包括前机械轴承和后机械轴承，所述燃气涡轮发电装置还设置有前轴承腔和后轴承腔，所述前机械轴承设置于所述前轴承腔，所述后机械轴承设置于所述后轴承腔，所述滑油箱与所述前轴承腔和后轴承腔连通，以通过滑油对所述前机械轴承和所述后机械轴承润滑。

进一步地，所述燃气涡轮发电装置还包括燃油箱，所述燃油箱与所述液体管路连通，所述液体管路用于供所述燃油流动。

进一步地，所述燃气涡轮发电装置还包括燃油分配调节器，所述燃油分配调节器用于使燃油流向所述燃油箱和/或所述燃烧室。

进一步地，所述燃气涡轮发电装置还包括中心拉杆，所述电机的转子与所述压气机的转子一体设置，所述中心拉杆穿过所述电机的转子和所述压气机的转子并用于固定连接所述电机的转子和所述涡轮的转子。

进一步地，所述中心拉杆沿轴向设置有通风孔，所述通风孔通过第一轴心通风器和第二轴心通风器分别与所述燃气涡轮发电装置的前轴承腔和后轴承腔连通。

进一步地，所述燃气涡轮发电装置还包括前机械轴承和后机械轴承，所述所述电机的转子、所述压气机的转子和所述涡轮的转子连接为刚性整体，所述前机械轴承位于所述电机远离所述压气机的一端，所述后机械轴承位于所述压气机和所述涡轮之间。

进一步地，所述电机的转子设置有内孔，所述内孔延伸至所述压气机的转子，所述中心拉杆沿所述内孔设置；所述中心拉杆设置有至少一个抵持所述内孔侧壁的轴肩。

可选地，所述液体管路呈迷宫形或螺旋形。

本实用新型的另一目的在于提供一种飞行器，其采用电推进，不需要携带大重量的电池，有利于提高飞行性能。

本实用新型提供一种关于飞行器的技术方案：

一种飞行器，包括燃气涡轮发电装置。所述燃气涡轮发电装置包括进气通道、电机、压气机、燃烧室和涡轮，所述电机安装于所述进气通道，所述电机的转子、所述压气机的转子和所述涡轮的转子相互连接并同轴设置，所述压气机通过所述进气通道进气，所述燃烧室燃烧后的气流作用于所述涡轮，所述涡轮带动所述压气机和所述电机旋转；所述电机的壳体上设置有供滑油或燃油流动的液体管路，所述液体管路内流动的所述滑油或所述燃油用于对所述电机散热。

本实用新型提供的具有燃气涡轮发电装置的飞行器，至少应具有与燃气涡轮发电装置类似的效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的燃气涡轮发电装置的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例提供的中心拉杆的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例提供的滑油流经液体管路且液体管路部分或全部位于进气通道内的滑油流动路径示意图；

图4为本实用新型的实施例提供的滑油流经液体管路且滑油通过燃油进行冷却内的滑油流动路径的示意图；

图5为本实用新型的实施例提供的滑油分别流经前后轴承、液体管路且滑油通过燃油进行冷却内的滑油流动路径的示意图；

图6为本实用新型的实施例提供的燃油流经液体管路且通过燃油分配调节器的滑油流动路径的示意图；

图7为本实用新型的实施例提供的液体管路(第一管路或第二管路)为迷宫形时的周向展开结构示意图；

图8为本实用新型的实施例提供的液体管路(第一管路或第二管路)为螺旋形时的周向展开结构示意图。

图标：10-燃气涡轮发电装置；100-进气通道；200-电机；220-电机转子；221-内孔；223-延伸孔；224-安装孔；240-第一轴心通风器；250-第二轴心通风器；300-前机械轴承；310-前轴承腔；400-后机械轴承；410-后轴承腔；500-中心拉杆；520-通风孔；530-凸肩；610-压气机；620-涡轮；621-导风孔；630-燃烧室；710-滑油箱；810-燃油箱；820-燃油分配调节器；900-液体管路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

请结合参阅图1至图2，本实施例提供了一种燃气涡轮发电装置10，其能广泛应用于航空领域，并具有电机散热效果好和转子的动力学特性佳的特点。

本实施例提供的燃气涡轮发电装置10可以应用于飞行器，如无人机、直升机等具有旋翼的飞行器，通过燃气涡轮发电装置10能够对旋翼供电，进而便于控制旋翼。

在本实施例中，燃气涡轮发电装置10包括进气通道100、电机200、压气机610、燃烧室630和涡轮620，电机200安装于进气通道100，电机200的转子(电机转子220)、压气机610的转子和涡轮620的转子相互连接并同轴设置，压气机610通过进气通道100进气，燃烧室630燃烧后的气流作用于涡轮620，涡轮620带动压气机610和电机200旋转；电机200的壳体上设置有供滑油或燃油流动的液体管路900，液体管路900内流动的滑油或燃油用于对电机200散热。

需要说明的是，压气机610通过进气通道100进气，在燃烧室630内燃烧后对涡轮620做功并使涡轮620旋转，涡轮620、压气机610和电机200的转子相互连接，从而带动压气机610和电机200的转子旋转，电机200的转子旋转发电，以对飞行器的旋翼等推进装置供电。压气机610的转子旋转后能够增大进气气压，从而提升了能量的利用率。设置在电机200壳体上的液体管路900用于供滑油或燃油流动，以通过滑油或燃油对电机200进行散热，而不需要另外设置散热器等结构，使得装置更简单、紧凑。同时电机200安装在进气通道100内，流动的气体也能对电机200起到一定的散热作用，进一步保证电机200的正常运行。

需要说明的是，在本实施例中，燃气涡轮发电装置10还包括燃油箱810、滑油箱710以及燃油和滑油流动的管路。

在本实施例中，装置还包括前机械轴承300和后机械轴承400，以及用于安装前机械轴承300的前轴承腔310和安装后机械轴承400的后轴承腔410，上述转子通过前后机械轴承400进行安装。采用机械轴承能够保证空间占用小、结构紧凑，前后的机械轴承支架的支点跨度小，有利于优化转子系统的动力学特性。同时，只需要设置前后两个机械轴承即可达到设置转子的目的，不需要额外增加轴承数量，即采用机械轴承有利于减少轴承数量。也能够在保证强度和稳定性的前提下，使整体结构更加紧凑，由于机械轴承技术成熟、价格低廉，不需要主动控制，易于推广，从而也使得本实施例提供的燃气涡轮发电装置10的成本相对较低、推广性也更好。

可选地，前机械轴承300和后机械轴承400可以为深沟球轴承、圆柱滚子轴承等其他机械轴承。同时，也需要说明的是，前机械轴承300和后机械轴承400可以为同一种机械轴承，也可以为不同的机械轴承。

在本实施例中，燃气涡轮发电装置10还可以包括中心拉杆500，电机200的转子与压气机610的转子一体设置，中心拉杆500穿过电机200的转子和压气机610的转子并用于固定连接电机200的转子和涡轮620的转子。

在本实施例中，电机200的转子、压气机610的转子和涡轮620的转子连接为刚性整体，前机械轴承300位于电机200远离压气机610的一端，后机械轴承400位于压气机610和涡轮620之间。

进一步地，中心拉杆500沿轴向设置有通风孔520，通风孔520通过第一轴心通风器240和第二轴心通风器250分别与燃气涡轮发电装置10的前轴承腔310和后轴承腔410连通。

在本实施例中，电机200的转子设置有内孔221，内孔221延伸至压气机610的转子，中心拉杆500沿内孔221设置；中心拉杆500设置有至少一个抵持内孔221侧壁的轴肩。

在本实施例中，内孔221包括相互连通的延伸孔223和安装孔224，安装孔224与进气通道100连通，安装孔224与前轴承腔310之间设置有第一轴心通风器240，安装孔224的孔径大于延伸孔223的孔径，安装孔224靠近延伸孔223的端面设置有抵紧面，中心拉杆500设置有与抵紧面抵持的抵持面。

也就是说，中心拉杆500的一端抵持在电机转子220上、另一端与涡轮620转子可拆卸地连接。中心拉杆500与涡轮620转子之间可以采用螺纹连接，或者其他合理的可拆卸方式进行连接。当然，也并不仅限于此，中心拉杆500从安装孔224一侧穿过延伸孔223，到达涡轮620转子并与之连接，该连接方式也可以为焊接等方式。

通风孔520与安装孔224连通，通风孔520与中心拉杆500的延伸方向一致并贯穿中心拉杆500的两端端部；涡轮620转子设置有导风孔621，导风孔621与通风孔520连通，导风孔621与后轴承腔410之间设置有第二轴心通风器250。

设置在中心拉杆500上的凸肩530能起到支撑的作用，避免中心拉杆500在转动过程中出现过大的挠度和振动，保证运行平稳。

关于液体管路900，其可以设置在电机200壳体的内侧，也可以设置在电机200壳体的外侧，当然，也可以一部分设置在电机200壳体的内侧，另一部分设置在电机200壳体的外侧。由于电机200安装于进气通道100内，位于电机200壳体外侧，能够对进气通道100内的气体加热，有助于其在燃烧室630内燃烧，另一方面也通过进气通道100内的气体对液体管路900内的液体进行散热。

需要说明的是，本实施例提供的液体管路900既可以供滑油流动，也可以供燃油流动。但是根据常识，滑油与燃油不能混合，因此，在本实用新型的某些实施例中，液体管路900既流动滑油又流动燃油时，管道之间是相互隔离的。也就是说，此时，液体管路900至少应有两个相互隔离的流路，或者液体管路900的数量为至少两个，分别用于供滑油和燃油流动。

在本实施例中，液体管路900包括相互连通的第一管道和第二管道，第一管道设置于电机200的壳体内侧，第二管道设置于电机200的壳体外侧并暴露于进气通道100，第一管道和第二管道用于供燃油或滑油流动。

应当理解的是，第一管道能通过其内流动的液体带走电机200的热量，从而对电机200散热。第二管道暴露于进气管道，能够通过进气管道内流动的气体进一步散热，从而保证电机200的散热效果。

可选地，当液体管路900设置于电机200壳体的外侧时，滑油的流动路径可以参阅图3，此时可以通过进气通道100对其进行散热。当液体管路900仅设置在电机200壳体的内侧时，液体管路900可以与燃油涡轮620发动机的滑油箱710连接并供滑油流动散热。滑油可以通过燃油箱810内的燃油进行散热，如图4所示。也就是说，当液体管路900为设置于电机200的壳体内侧的第一管道且第一管道与滑油箱710配合时，滑油箱710可以通过燃油箱810散热。当然，当液体管路900为设置于电机200壳体内侧的第一管道且第一管道与燃油箱810配合时，可以通过燃油箱810的散热器对携带有热量的燃油散热。

同时，需要说明的是，滑油通过燃油箱810散热的设置方式可以为：将滑油箱710设置在燃油箱810内，部分或完全浸泡在燃油箱810的燃油内。当然也可以将滑油箱710靠近燃油箱810设置，并通过燃油箱810的散热器进行散热。

进一步地，滑油箱710与前轴承腔310和后轴承腔410连通并通过滑油对前机械轴承300和后机械轴承400润滑。此时，滑油箱710依然可以通过燃油箱810内的散热器利用燃油箱810内的燃油为冷却介质进行散热。可选地，如图5所示，滑油箱710至少具有一条润滑流路和一条散热流路。前者用于对前后轴承润滑，后者用于对电机200散热。

可选地，在其他实施例中，燃气涡轮发电装置10还可以包括燃油箱810，燃油箱810与液体管路900连通，液体管路900用于供燃油流动。此时，如图6所示，燃油箱810内的燃油的流动路径依次为：燃油箱810、液体管路900和燃油箱810，在此过程中，当液体管路900部分暴露于进气通道100时，也可以通过进气通道100的气体进行散热。当然，也可以在液体管路900的末端位置设置燃油分配调节器820，燃油分配调节器820的出口有两个，一个流回至燃油箱810，另一个流动至燃烧室630，可以通过调节燃油分配调节器820实现燃油的三种流动方式：a)燃油完全流回燃油箱810；b)燃油完全流至燃烧室630；c)燃油一部分流回燃油箱810，一部分流向燃烧室630，燃油分配调节器820可以调节这两个流路的流量大小。

此外，液体管路900可以呈迷宫形或螺旋形，以增加与电机200的接触面积，提高散热效率，图7和图8中分别展示了第一管路呈迷宫形和螺旋形的周向展开示意图。对于第二管路，其也可以为迷宫形或螺旋形，或者其他有助于增加散热面积的形状。

请结合参阅图1至图8，本实施例提供的燃气涡轮发电装置10：压气机610通过进气通道100进气，在燃烧室630内燃烧后对涡轮620做功并使涡轮620旋转，涡轮620、压气机610和电机200的转子相互连接，从而带动压气机610和电机200的转子旋转，电机200的转子旋转发电，以对飞行器的旋翼供电。压气机610的转子旋转后能够增大进气气压，从而提升了能量的利用率。设置在电机200壳体上的液体管路900用于供滑油或燃油流动，以通过滑油或燃油对电机200进行散热，而不需要另外设置散热器等结构，使得装置更简单、紧凑。同时电机200安装在进气通道100内，流动的气体也能对电机200起到一定的散热作用，进一步保证电机200的正常运行。

本实用新型的实施例还提供一种包括上述燃气涡轮发电装置10的飞行器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发电装置，其特征在于，包括进气通道、电机、压气机、燃烧室和涡轮，所述电机安装于所述进气通道，所述电机的转子、所述压气机的转子和所述涡轮的转子相互连接并同轴设置，所述压气机通过所述进气通道进气，所述燃烧室燃烧后的气流作用于所述涡轮，所述涡轮带动所述压气机和所述电机旋转；所述电机的壳体上设置有供滑油或燃油流动的液体管路，所述液体管路内流动的所述滑油或所述燃油用于对所述电机散热。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述液体管路包括相互连通的第一管道和第二管道，所述第一管道设置于所述电机的壳体内侧，所述第二管道设置于所述电机的壳体外侧并暴露于所述进气通道，所述第一管道和所述第二管道用于供燃油或滑油流动。

3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述液体管路包括设置于所述电机的壳体内侧的第一管道，所述燃气涡轮发电装置还包括滑油箱和燃油箱，所述滑油箱与所述第一管道连通，所述滑油箱通过所述燃油箱散热。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述燃气涡轮发电装置还包括前机械轴承和后机械轴承，所述燃气涡轮发电装置还设置有前轴承腔和后轴承腔，所述前机械轴承设置于所述前轴承腔，所述后机械轴承设置于所述后轴承腔，所述滑油箱与所述前轴承腔和后轴承腔连通，以通过滑油对所述前机械轴承和所述后机械轴承润滑。

5.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述燃气涡轮发电装置还包括燃油箱，所述燃油箱与所述液体管路连通，所述液体管路用于供所述燃油流动。

6.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述燃气涡轮发电装置还包括中心拉杆，所述电机的转子与所述压气机的转子一体设置，所述中心拉杆穿过所述电机的转子和所述压气机的转子并用于固定连接所述电机的转子和所述涡轮的转子。

7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述中心拉杆沿轴向设置有通风孔，所述通风孔通过第一轴心通风器和第二轴心通风器分别与所述燃气涡轮发电装置的前轴承腔和后轴承腔连通。

8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述燃气涡轮发电装置还包括前机械轴承和后机械轴承，所述电机的转子、所述压气机的转子和所述涡轮的转子连接为刚性整体，所述前机械轴承位于所述电机远离所述压气机的一端，所述后机械轴承位于所述压气机和所述涡轮之间。

9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发电装置，其特征在于，所述液体管路呈迷宫形或螺旋形。

10.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的燃气涡轮发电装置。

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