[发明专利]涡轮机，特别是内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机，特别是内燃机，其包括壳体和位于壳体中的堆叠的盘式或特斯拉式结构的无叶片涡轮部。

背景技术

1909年10月21日，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）提交了一份专利申请，最终于1913年5月6日获得两项专利授权：美国第1,061,142号名称为“流体推进（Fluid propulsion）”的专利以及美国第1,061,206号名称为“涡轮机（Turbine）”的专利，这两项专利是作为分案申请于1911年1月17日提交的。这两项专利的发明点都是包括一叠接近地间隔开的盘的无叶片转子。工作流体通过该流体的粘度及其对所述盘的粘附性而与转子相互作用。尽管由特斯拉创立并证明，两者都作为泵和涡轮机，且在现代也有了相对较好的研究，但特斯拉涡轮机的商业成功很少。从概念上讲简单且明显易于建造，为了获得与由带叶片的机器同等水平的效率，无叶片涡轮机需要直到最近也未曾获得的材料和技术。

1930年1月16日，弗兰克·惠特尔（Frank Whittle）在英国提交了一项专利申请，该申请于1931年4月16日被接受，专利号为347,206，名称为“有关飞机及其他交通工具的推进的改进（Improvements relating to the Propulsion of Aircraft and other Vehicles）”，描述了一种具有由涡轮机驱动的压缩机和介于在两个阶段中产生的两种膨胀的热气体之间的燃烧室的推进式引擎，第一阶段是在涡轮机中，第二阶段是在推进喷管中。惠特尔的发明最终导致了现代喷气式引擎的产生。一种所有热气体膨胀都在涡轮中发生的替代设计，产生了所谓的燃气轮机，通过轴移除的额外功率来驱动例如发电机、船用推进器或飞机用推进器。

1960年7月6日，威廉姆B·麦克莱恩（William B.McLean）在美国提交了一项专利申请，于1962年7月24日获得授权，专利号为3,045,428，名称为“涡燃气轮机（Vortex Gas Turbine）”。麦克莱恩利用常规的燃气轮机方案，但依靠特斯拉式压缩机和特斯拉式涡轮机。麦克莱恩的方案在设计上精致，采用有利于形成改善燃烧的涡旋的燃烧室，但是麦克莱恩的方案受到特斯拉涡轮机效率的根本限制－压缩机级的入口和压缩机级的出口处具有高损耗，以及在涡轮机的入口喷管处具有高损耗（例如，参见1991年9月23-25日的第四次国际尼古拉特斯拉研讨会（IV International Nikola Tesla Symposium），会议录，沃伦·赖斯（Warren Rice）：特斯拉涡轮机械（Tesla Turbomachinery））。

肯尼斯·希克斯（Kenneth Hicks）的美国专利，专利号为6,973,792，于2005年12月13日获得授权，在解决损耗这一根本问题上也没有做得更好，并且也未解决特斯拉式转子的设计问题－用于强度的优良设计的权利要求没有进一步地检验。并且伊路易斯·勒图尼奥（Guy Louis Letourneau）的于2004年2月17日获得授权的美国专利第6,692,232号的权利要求也是如此，－盘中存在的任何孔都将使强度降低至任何已知的材料都将不能支持达到用于与气态介质一起工作的特斯拉式转子的最佳条件所需的旋转速度。

发明内容

本文公开的发明的目标在于通过消除压缩机的出口损耗和涡轮机的入口损耗以及通过减少压缩机的入口损耗来克服特斯拉式涡轮机的根本局限性，特别是在典型的燃气轮机配置中、或根据例如惠特尔的喷气式引擎中的局限性。

为在最一般的意义上解决上述目标，提出了具有权利要求1所述的特征的涡轮机。

本发明的优选实施方式在权利要求2-11中要求保护。

权利要求12和13涉及一种与特斯拉式涡轮机的传统操作相比，利用工作流体的相反流动来操作特斯拉式无叶片涡轮机的方法。