用于暫時增加動力的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，特別地涉及用于暫時增加至少第一渦輪發(fā)動機(jī)的動力的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在本背景中，術(shù)語“渦輪發(fā)動機(jī)”用于表示任何機(jī)器，所述機(jī)器通過所述工作流體在渦輪機(jī)中膨脹而使得工作流體的熱能能夠轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。更加具體地，工作流體可以是產(chǎn)生自燃燒室中的燃料和空氣之間的化學(xué)反應(yīng)的燃燒氣體。因此，如本背景中理解的那樣，渦輪發(fā)動機(jī)除了其它裝置之外還包括直流或者旁路渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪螺旋發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。在以下描述中，關(guān)于工作流體流經(jīng)渦輪發(fā)動機(jī)的正常流動方向限定術(shù)語“上游”和“下游”。
[0003]在特定情況中，理想的是暫時增加渦輪發(fā)動機(jī)的動力。例如，在包括多個渦輪發(fā)動機(jī)的動力裝置中，多個渦輪發(fā)動機(jī)中的一個發(fā)生故障使得必須在非常時期暫時增加其它渦輪發(fā)動機(jī)的動力，以便彌補(bǔ)由發(fā)生故障的渦輪發(fā)動機(jī)所造成的動力損失。
[0004]本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的獲得這種動力暫時增加的解決方案中的一種是注入冷卻液，所述冷卻液可以例如由水或者水和防凍劑(例如，甲醇、乙醇或者乙二醇)的混合物構(gòu)成，這種冷卻液被注入到燃燒室上游的進(jìn)氣中。這種注入首先用于冷卻燃燒室上游的空氣，由此增加其密度并且因此增加允許進(jìn)入到燃燒室中的氧氣的質(zhì)量流率。其次，這種冷卻液在燃燒室中蒸發(fā)非常顯著地增加燃燒室下游的壓力和/或體積流率，并且因此用于非常顯著增加渦輪機(jī)中回收的機(jī)械功。
[0005]然而，對于車載式車輛并且特別地飛機(jī)，這種冷卻液的使用受限于能夠由車輛承載的冷卻液的重量。在英國專利申請GB 2046681A中，建議從固定儲液槽向飛機(jī)供給冷卻液。然而，僅僅在飛機(jī)也靜止不動或者幾乎靜止不動的情況下，這種解決方案才具有實(shí)用性。
[0006]因此，希望具有在盡可能長的時期內(nèi)可用的額外動力的需求與最小化由冷卻液構(gòu)成的額外重量的要求發(fā)生直接沖突。
[0007]而且，當(dāng)暫時增加動力的目的是彌補(bǔ)另一個渦輪發(fā)動機(jī)的故障時，理想的是自動并且盡可能快速地觸發(fā)這種增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明力圖糾正這些缺陷。更加具體地，本發(fā)明建議一種用于暫時增加至少第一渦輪發(fā)動機(jī)的動力的裝置，所述裝置包括冷卻液槽和第一注入回路，所述第一注入回路連接到所述冷卻液槽并且通往至少一個注入噴嘴，所述注入噴嘴適于安裝在所述第一渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級的上游，并且使得能夠在第二渦輪發(fā)動機(jī)發(fā)生故障時自動觸發(fā)注入冷卻液。
[0009]在這種裝置的至少一個實(shí)施例中，可以通過以下事實(shí)來實(shí)現(xiàn)這些目的，所述事實(shí)為:第一注入回路包括至少第一流量閥，所述第一流量閥構(gòu)造成當(dāng)所述第一流量閥上游的壓力超過第二渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級的下游的壓力一大于預(yù)定閾值的量時打開，以允許冷卻液流向所述第一注入回路的注入噴嘴；用于暫時增加動力的裝置還包括至少一條增壓回路，所述增壓回路適于連接到第一渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級，用于為所述冷卻液槽增壓，并且所述增壓回路包括止回閥，以免槽降壓。
[0010]憑借這些設(shè)置，一旦已經(jīng)激活裝置，則導(dǎo)致由其壓縮機(jī)供應(yīng)的壓力的下降的第二渦輪發(fā)動機(jī)的故障致使流量閥上游的壓力大于由壓縮機(jī)供應(yīng)的壓力一超過打開流量閥的預(yù)定閾值的量，由此觸發(fā)打開流量閥并且冷卻液流向注入噴嘴。因?yàn)橥ㄟ^由第二渦輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)增壓的槽來確定流量閥上游的壓力，所以根據(jù)由至少第一渦輪發(fā)動機(jī)供應(yīng)的壓力和由第二渦輪發(fā)動機(jī)供應(yīng)的壓力之間的壓差決定第一流量閥是否打開。如果通常處于正常狀態(tài)中的兩個渦輪發(fā)動機(jī)以相同速度運(yùn)轉(zhuǎn)，則這兩個壓力應(yīng)當(dāng)基本相等并且超壓將不會超過預(yù)定閾值，因此第一流量閥將保持關(guān)閉。相比之下，如果由于故障第二渦輪發(fā)動機(jī)的速度相對于第一渦輪發(fā)動機(jī)的速度減小，則與由第二渦輪發(fā)動機(jī)供應(yīng)的壓力相比由第一渦輪發(fā)動機(jī)供應(yīng)的壓力能夠迫使第一流量閥打開并且允許冷卻液流向注入噴嘴。
[0011]在流量閥處于打開位置中的情況中，通過為槽增壓驅(qū)使冷卻液流經(jīng)第一注入回路。因此，由槽和大氣壓力之間的壓差以被動方式調(diào)節(jié)經(jīng)由第一注入回路注入時的冷卻液的流率，由此通過將更大流率的冷卻液注入其中至少部分地自然彌補(bǔ)處于高水平的第一渦輪發(fā)動機(jī)的降低的性能。
[0012]特別地，為了在第二渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)生故障和第一渦輪發(fā)動機(jī)發(fā)生故障的情況中同樣持續(xù)增壓槽，用于暫時增加動力的裝置還可以包括第二增壓回路，用于連接到第二渦輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)級。另外，槽可以包括至少一個降壓電磁閥和/或至少一個安全閥，所述降壓電磁閥和/或至少一個安全閥分別用于在渦輪發(fā)動機(jī)停止時重建槽中的大氣壓力并且用于當(dāng)渦輪發(fā)動機(jī)中的一個或者另一個超速時避免槽中的壓力過大，這將用于限制因增壓導(dǎo)致產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。
[0013]不僅僅期望能夠通過暫時增加由第一渦輪發(fā)動機(jī)供應(yīng)的動力來彌補(bǔ)第二渦輪發(fā)動機(jī)的故障，而且還期望能夠通過暫時增加由第二渦輪發(fā)動機(jī)供應(yīng)的動力來彌補(bǔ)第一渦輪發(fā)動機(jī)的故障并且以相同的方式實(shí)施上述操作。為此，用于暫時增加動力的裝置還可以包括第二注入回路，所述第二注入回路連接到所述冷卻液槽并且通向至少一個注入噴嘴而且包括至少一個流量閥，所述流量閥構(gòu)造成當(dāng)壓力超過與第一渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級的下游的壓力相關(guān)的預(yù)定閾值時打開，以便使得冷卻液能夠流向所述第二注入回路的注入噴嘴。與第一渦輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)的至少一個級的下游的壓力相比，這種更高的壓力可以是第二渦輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)的至少一個級的下游的壓力和/或的第二注入回路的流量閥的上游的壓力。
[0014]即使多個多于兩個渦輪發(fā)動機(jī)中的一個渦輪發(fā)動機(jī)的故障產(chǎn)生很小的影響，但是本發(fā)明也可應(yīng)用于這種多個渦輪發(fā)動機(jī)。因此，為了在第二渦輪發(fā)動機(jī)或者第三渦輪發(fā)動機(jī)發(fā)生故障的情況中觸發(fā)用于暫時增加至少第一渦輪發(fā)動機(jī)的動力的裝置，第一注入回路還可以包括至少第二流量閥，所述第二流量閥與所述第一注入回路的第一流量閥并聯(lián)并且構(gòu)造成當(dāng)壓力超過關(guān)于第三渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級的下游的壓力的預(yù)定閾值時打開，以便允許冷卻液流向所述第一注入回路的注入噴嘴。兩個流量閥的平行構(gòu)造因此使得能夠在第二渦輪發(fā)動機(jī)發(fā)生故障和第三渦輪發(fā)動機(jī)發(fā)生故障的情況中觸發(fā)冷卻液流向至少一個注入噴嘴。另外，裝置可以針對每個渦輪發(fā)動機(jī)具有一條注入回路，其中，每個并聯(lián)的流量閥均對應(yīng)于其它渦輪發(fā)動機(jī)中的相應(yīng)一個。
[0015]每條注入回路均還可以包括其它閥，所述其它閥位于所述至少一個流量閥的上游處。這種其它閥用于激活注入回路或者使得注入回路不活動，特別地，以避免在不必要的情況中注入冷卻液。
[0016]本描述還提供了一種動力裝置，所述動力裝置具有至少第一渦輪發(fā)動機(jī)、第二渦輪發(fā)動機(jī)和用于暫時增加至少第一渦輪發(fā)動機(jī)的動力的裝置，其中，所述第一注入回路的注入噴嘴安裝在第一渦輪發(fā)動機(jī)的所述壓縮機(jī)級的上游，而第一注入回路的第一流量閥連接到第二渦輪發(fā)動機(jī)的所述壓縮機(jī)級，以便控制所述第一流量閥。
[0017]另外，本描述還涉及一種飛機(jī)，諸如旋翼機(jī)，所述飛機(jī)包括這種動力裝置。
[0018]本描述還涉及一種暫時增加第一渦輪發(fā)動機(jī)的動力的方法，其中，第一注入回路的第一流量閥在所述第一流量閥上游的壓力大于第二渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級的下游的壓力一超過預(yù)定閾值的量時打開，以便使得冷卻液能夠流經(jīng)所述第一注入回路并且通過位于所述第一渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級上游的所述注入噴嘴注入，所述第一注入回路連接到冷卻液槽并且通往位于所述第一渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級上游的至少一個注入噴嘴，由至少一條增壓回路對所述冷卻液槽增壓，所述增壓回路連接到所述第一渦輪發(fā)動機(jī)的至少一個壓縮機(jī)級并且包括止回閥，以免所述冷卻液槽降壓。
【附圖說明】
[0019]在閱讀由非限制性示例給出的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述時能夠更好地理解本發(fā)明并且其優(yōu)勢顯而易見。描述涉及附圖，其中:
[0020]圖1是擁有具有用于暫時增加動力的裝置的第一實(shí)施例的動力裝置的飛機(jī)的簡圖；
[0021]圖2是圖1飛機(jī)的動力裝置的簡圖；
[0022]圖3是具有用于暫時增加動力的裝置的第二實(shí)施例的動力裝置的簡圖；
[0023]圖4是具有用于暫時增加動力的裝置的第三實(shí)施例的動力裝置的簡圖；
[0024]圖5是用于暫時增加動力的裝置的第四實(shí)施例的簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]第一視圖示出了旋翼飛機(jī)I，更加具體地直升飛機(jī)，所述直升飛機(jī)具有主旋翼2和抗扭尾槳3，所述主旋翼2和所述抗扭尾槳3被聯(lián)接以便由動力裝置4驅(qū)動。動力裝置4如圖所示具有兩個渦輪發(fā)動機(jī)，更加具體地具有擁有相應(yīng)輸出軸6的第一渦輪軸發(fā)動機(jī)5A和第二渦輪軸發(fā)動機(jī)5B，所述兩根輸出軸6皆連接到主變速箱7，用于驅(qū)動主旋翼2和尾槳3。
[0026]在圖2中更加詳細(xì)地示出了動力裝置4。每個禍輪軸發(fā)動機(jī)5A、5B均包括壓縮機(jī)8、燃燒室9、由驅(qū)動軸11連接到壓縮機(jī)8的第一渦輪機(jī)10、和聯(lián)接到輸出軸6的第二渦輪機(jī)12或者“自由”渦輪機(jī)。為了至少暫時彌補(bǔ)因渦輪軸發(fā)動機(jī)5A或者5B中的一個的故障所造成的動力下降，動力裝置4具有用于暫時增加另一個渦輪軸發(fā)動機(jī)5A、5B的動力的