用于燃?xì)廨啓C(jī)的冷卻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型燃?xì)廨啓C(jī)，該微型燃?xì)廨啓C(jī)包括產(chǎn)生在壓力下的熱排氣的所稱燃?xì)獍l(fā)生器以及驅(qū)動(dòng)實(shí)際輸出產(chǎn)生發(fā)生器的動(dòng)力渦輪。燃?xì)獍l(fā)生器吸入大量環(huán)境空氣。
【背景技術(shù)】
[0002]由燃?xì)獍l(fā)生器和動(dòng)力渦輪裝配燃?xì)廨啓C(jī)涉及像這樣已知的技術(shù)。因此，出發(fā)點(diǎn)通常是所謂的純噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)(即，沒有旁路風(fēng)扇的航空發(fā)動(dòng)機(jī))，其中在噴嘴前的燃?xì)鈮毫κ?.3-0.9bar的過壓。移除噴嘴，并且允許在壓力下的燃燒氣體在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的單獨(dú)的動(dòng)力渦輪中膨脹。由此，僅產(chǎn)生推進(jìn)力的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成功地轉(zhuǎn)換為發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)。這樣的燃?xì)廨啓C(jī)通常被稱為航改燃?xì)廨啓C(jī)，許多這些燃?xì)廨啓C(jī)已投入使用，特別是用作后備動(dòng)力裝置。
[0003]這樣的航改燃?xì)廨啓C(jī)的典型情況在于，動(dòng)力渦輪和發(fā)電機(jī)的制造商是較小的企業(yè)，而用作燃?xì)獍l(fā)生器的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商是一年制造數(shù)千這樣產(chǎn)品的大公司。這樣的原因是，由于極端的高溫，燃?xì)獍l(fā)生器很難制造，然而動(dòng)力渦輪，由于明顯較低的溫度，顯然更易于設(shè)計(jì)和制造。由于燃?xì)獍l(fā)生器是大規(guī)模生產(chǎn)的，航改燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)點(diǎn)是吸引人的價(jià)格，缺陷在于與所謂的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)相比，具有更多的保養(yǎng)需求和短的技術(shù)使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]由本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方案涉及以該原理操作的所謂的微型燃?xì)廨啓C(jī)。微型燃?xì)廨啓C(jī)總體上涉及具有小于10kW輸出的低容量燃?xì)廨啓C(jī)，這與典型地具有約為5000-20000kW的輸出的傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)形成鮮明對(duì)比。商業(yè)制造的最小微型燃?xì)廨啓C(jī)可能是叫做Capstone的公司的最小型號(hào)，其具有約30kW的輸出。本發(fā)明構(gòu)思的燃?xì)廨啓C(jī)具有低至6kW的輸出，這代表一種突破。因此，其將被稱作超微型燃?xì)廨啓C(jī)。
[0005]該非常小型燃?xì)廨啓C(jī)或超微型燃?xì)廨啓C(jī)提供的優(yōu)于具有相同能力的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其輕量化(輕至五倍)以及就燃料而言的多樣性(合適的燃料包括例如燃油、生物油以及酒精)。不利的一面是效率明顯比燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)弱，尤其是缺少回流換熱器。因此，超微型燃?xì)廨啓C(jī)適于這樣的工作狀態(tài)，其中在較短時(shí)間上需要較高的輸出并且希望該特定的動(dòng)力單元便于單人攜帶，甚至在困難的地形下也是如此。這樣的應(yīng)用能夠特別地在防火援救服務(wù)、災(zāi)害救護(hù)工作、音樂節(jié)、空軍、游擊隊(duì)作戰(zhàn)單位以及例如關(guān)于鐵路的輔助檢修工作中發(fā)現(xiàn)。
[0006]由于低輸出，超微型燃?xì)廨啓C(jī)必須簡(jiǎn)單且便宜，然而在操作時(shí)又是可靠的。例如，動(dòng)力渦輪發(fā)電機(jī)軸承的潤(rùn)滑不能通過傳統(tǒng)的循環(huán)油潤(rùn)滑執(zhí)行，而是必需使用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的軸承來執(zhí)行。因此，在動(dòng)力渦輪中，由于渦輪盤是熱的(500°C)，渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)軸承必須用專門的裝置來冷卻。由于潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，該特定軸承的溫度不會(huì)高于約110°C。同樣地，對(duì)發(fā)電機(jī)和整個(gè)單元的冷卻必須以盡可能簡(jiǎn)單、便宜和可靠的方式執(zhí)行。
[0007]本發(fā)明的特定目的是通過提出滿足在先前段落中陳述的需求的這種超微型燃?xì)廨啓C(jī)冷卻裝置來改進(jìn)可用的現(xiàn)有技術(shù)。可用的現(xiàn)有技術(shù)可以在例如專利公開EP 0187486AUUS 3418485 A、GB 529799 A、US 3287907 A 和 US 3605441 A 中找到。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器裝置的主要特征在于:動(dòng)力渦輪的軸承區(qū)段12設(shè)有銅冷卻杯9，該銅冷卻杯9具有高導(dǎo)熱率并且從軸承側(cè)和軸承區(qū)段移除熱通量，并且該銅冷卻杯9的設(shè)計(jì)允許穿透氣流的效果。此外，借助于由不銹鋼(差的導(dǎo)熱體)制成的薄壁杯6(圖1和2)而將渦輪盤安裝在發(fā)電機(jī)軸上，該薄壁杯還作用為冷卻空氣風(fēng)機(jī)。因此，幾乎沒有熱量可能從渦輪盤7傳導(dǎo)到軸。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過使用適當(dāng)?shù)耐ǖ纴砝鋮s發(fā)電機(jī)，該通道將用于燃?xì)獍l(fā)生器I的進(jìn)氣19經(jīng)由空氣進(jìn)口 2引導(dǎo)通過發(fā)電機(jī)部分C，一方面沿定子外部的通道3，另一方面通過空氣間隙4 ο這些通道的面積比選擇為使得進(jìn)氣的結(jié)果壓降盡可能地微小，且使得對(duì)限定了空氣間隙的表面的冷卻是充分的。同時(shí)，進(jìn)氣提供了用于對(duì)在發(fā)電機(jī)的冷端處的電子設(shè)備14(變頻機(jī)或整流器，由于發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高頻電流)的冷卻。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)電機(jī)軸的渦輪側(cè)端13(圖3)可以由不銹鋼(差的導(dǎo)熱體)制成，并且以緊密的過盈配合連接到(必須由磁性材料制成的)轉(zhuǎn)子10的余下部分。
[0011]本發(fā)明的進(jìn)一步特征從所附的權(quán)利要求可以變得顯而易見。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的解決方案提供了許多優(yōu)點(diǎn)?？梢栽诓恍枰嘿F的和重型的循環(huán)油潤(rùn)滑系統(tǒng)的情況下，通過用便宜的潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的軸承來建立用于動(dòng)力渦輪發(fā)電機(jī)軸的軸承組件。此外，其使得能夠在不需要單獨(dú)的風(fēng)扇的情況下，以有效和功能可靠的方式冷卻發(fā)電機(jī)。這還提供了重量節(jié)省，并且允許在發(fā)電機(jī)中使用非常高的功率密度，使得結(jié)構(gòu)更輕并且價(jià)格更便宜。
【附圖說明】
[0013]參照示意性附圖現(xiàn)在將描述本發(fā)明和其操作，其中:
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)；
[0015]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例，該實(shí)例阻止熱量從渦輪葉輪傳遞至軸承；
[0016]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例，該實(shí)例利用不銹鋼制造發(fā)電機(jī)軸的渦輪側(cè)端。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1中，燃?xì)廨啓C(jī)部分已經(jīng)用點(diǎn)劃線限定，并且用字母A標(biāo)記，并且在該部分內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)生器已經(jīng)用數(shù)字I標(biāo)記。動(dòng)力渦輪部分已經(jīng)用點(diǎn)劃線限定，并且用字母B標(biāo)記。發(fā)電機(jī)部分已經(jīng)用點(diǎn)劃線限定，并且用字母C標(biāo)記。
[0018]超微型燃?xì)廨啓C(jī)外殼(見圖1)鑒于如下考慮形成通道，即允許由燃?xì)獍l(fā)生器吸入的大量空氣(白色箭頭)以盡可能微小的壓力損失被引導(dǎo)通過發(fā)電機(jī)部分C，因此使發(fā)電機(jī)和與其關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備經(jīng)受有效冷卻。一些空氣用于冷卻渦輪側(cè)軸承8(圖2)。除附圖中描繪的以外，在傳統(tǒng)的方式中使用保溫棉來阻止熱傳導(dǎo)，例如在軸承區(qū)段12與出口通道錐之間的空間中填充有保溫棉16。
[0019]圖2示出了結(jié)構(gòu)方案，其中轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪盤7產(chǎn)生吸力，該吸力通過軸承區(qū)段中的孔20吸入一些進(jìn)氣。該流動(dòng)通過布置在附接杯6中的葉片6a得到進(jìn)一步增強(qiáng)。所討論的附接杯由薄壁不銹鋼(差的導(dǎo)熱體)構(gòu)造，以使從渦輪盤傳導(dǎo)至軸的熱的量盡可能地微小?？諝獾牧鲃?dòng)由白色箭頭示出。
[0020]圖3示出了結(jié)構(gòu)方案，其中發(fā)電機(jī)軸的渦輪側(cè)端13由不銹鋼或?qū)嵝圆畹钠渌饘僦瞥?，并且以緊密的過盈配合21連接到轉(zhuǎn)子10的余下部分。
[0021]應(yīng)當(dāng)理解，上述僅是本發(fā)明的一些最優(yōu)選實(shí)施例。因此，顯然的是本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而是在所附權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)關(guān)聯(lián)于各種微型燃?xì)廨啓C(jī)具有廣范應(yīng)用。盡管關(guān)于本發(fā)明的討論主題涉及超微型燃?xì)廨啓C(jī)，但本發(fā)明自然地也適用大型燃?xì)廨啓C(jī)。同樣，結(jié)合各實(shí)施例提出的特征也可僅在本發(fā)明的基本構(gòu)思內(nèi)結(jié)合其它實(shí)施例使用，和/或在需要且存在技術(shù)上可能性的情況下能夠?qū)⑺鍪鎏卣鹘Y(jié)合在一起用于各種組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置(圖1)，包括燃?xì)獍l(fā)生器部分(A)、動(dòng)力渦輪部分(B)和發(fā)電機(jī)部分(C)，所述發(fā)電機(jī)部分(C)與所述動(dòng)力渦輪(B)聯(lián)接在公共軸(10)上，其特征在于，在朝向所述動(dòng)力渦輪(B)的一側(cè)上的軸承區(qū)段(12)設(shè)有銅冷卻杯(9)，所述銅冷卻杯(9)具有高導(dǎo)熱率并且背離軸承側(cè)和所述軸承區(qū)段傳送熱通量，并且所述銅冷卻杯(9)的設(shè)計(jì)(特別地，可打開覆蓋部分和穿孔)允許穿透氣流的效果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，所述動(dòng)力渦輪的渦輪盤(7)利用薄壁杯(6)安裝在所述發(fā)電機(jī)的軸(10)上，所述薄壁杯￠)由不銹鋼或?qū)嵝悦黠@比鐵的導(dǎo)熱性差的其它金屬構(gòu)造。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，所述杯構(gòu)件(6)還起到冷卻風(fēng)機(jī)的作用。4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，所述冷卻風(fēng)機(jī)的效果利用葉片(6a)和孔(11)實(shí)現(xiàn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，所述動(dòng)力渦輪部分(B)的排氣通道與所述軸承區(qū)段(12)用熱絕緣物(16)隔離，并且與空氣管道用空間(15)中的熱絕緣物隔離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，使用適當(dāng)?shù)耐ǖ?2-5、17-19)冷卻所述發(fā)電機(jī)部分(C)，所述適當(dāng)?shù)耐ǖ烙糜谝龑?dǎo)所述燃?xì)獍l(fā)生器的進(jìn)氣通過所述發(fā)電機(jī)，一方面沿定子外部的通道(3)，另一方面通過空氣間隙(4)。7.根據(jù)權(quán)利要求1和6所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，所述通道(3、4)的面積比選擇為使得進(jìn)氣(2)的結(jié)果壓降盡可能地微小，而且使得對(duì)限定所述空氣間隙(4)的表面的冷卻是充分的。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，電機(jī)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)子(10)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(10)的渦輪側(cè)端(13)由不銹鋼或?qū)嵝悦黠@比鐵的導(dǎo)熱性差的其它金屬制成，并且以緊密的過盈配合(21)連接到所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(10)。
【專利摘要】一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置，包括燃?xì)獍l(fā)生器部分(A)、動(dòng)力渦輪部分(B)以及聯(lián)接在公共軸(10)上的發(fā)電機(jī)部分(C)。動(dòng)力渦輪的軸承區(qū)段(12)設(shè)有銅冷卻杯(9)，該銅冷卻杯(9)具有高導(dǎo)熱率并且背離軸承側(cè)和軸承區(qū)段傳送熱通量，并且銅冷卻杯的設(shè)計(jì)允許穿透氣流的效果。
【IPC分類】F02C7/12, F01D25/12, F01D25/14
【公開號(hào)】CN105189936
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380059172
【發(fā)明人】埃薩·薩里, 亞科·拉里奧拉, 尤哈·洪卡圖基亞
【申請(qǐng)人】拉普蘭塔理工大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2013年11月5日
【公告號(hào)】EP2917507A1, US20150285146, WO2014072575A1