[发明专利]一种基于流体空化效应的蒸汽发生涡轮机

说明书

本发明公开了一种基于流体空化效应的蒸汽发生涡轮机，包括具有注水口和水蒸汽出口的蜗壳、设于蜗壳内的涡轮和位于蜗壳外的动力驱动设备，涡轮轴穿出蜗壳与动力驱动设备相连，涡轮为盘状体，蜗壳内部是与涡轮相适应的盘状密闭腔，注水口和水蒸汽出口与该密闭腔相通，蜗壳内壁与涡轮之间有间隙，在涡轮外沿侧面圆周上分布有空泡空化效应发生结构，空泡空化效应发生结构至少是由沿涡轮圆周排布的若干凹陷部组成。本发明利用水‑气‑水空泡空化转化蒸汽原理，产生高温高压蒸汽的同时，无其它任何排放，环保，且产生能量超过通常加热过程物理定义的能量，热转化效率高。可实现小型化、重量轻，适用于市政、工业生产、农业生产、医药生产需要蒸汽场合。

技术领域

本发明涉及一种基于流体空化效应的蒸汽发生涡轮机。

背景技术

空化是流体在特定环境、速度背景下于相关流体机械内和固体之间发生的一种物理效应。具体而言，在流体机械内部的特定位置流动的流体受到低到一定程度的负压(与流速有关)时就会由水相转化为气相，在流体中形成一系列气泡，随着流体流动，这些气泡在运动过程中会再次遇到强压而出现溃灭，气泡的产生与溃灭过程就是空化现象。

气泡溃灭时产生巨大的冲击力和高温，因此，空化现象通常会对流体机械的结构、金属部件造成破坏，极端情况下可使其断裂，这种产生破坏和生成高温的现象叫做空化效应。空化气泡在被压缩直至崩溃的一瞬间产生巨大的瞬时压力，一般可高达几十兆帕至上百兆帕。根据空化研究实验测得：空化可使气相反应区的温度达到约5200K(5200-273.15＝4926摄氏度)，水相反应区的有效温度达到约1900K(1900-273.15＝1626摄氏度)，并伴有强烈的冲击波和时速超过111米/秒的微射流。

而另一方面，现有的加热装置，例如燃煤、燃气蒸汽锅炉，不仅燃烧和热转换效率难以超过50％，而且燃烧排放物CO₂、CO、NO、NO₂等已经极大地影响着地球的生态环境。电蒸汽锅炉虽然无排放，但是，其也存在着能耗高和热转换效率低的缺点。

若空化效应所产生的巨大能量能被有效利用，将会完全取代燃煤、燃气、乃至电磁感应涡流加热方法。然而，目前还尚未出现可有效利用空化效应的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保、热转化效率高、可小型化的基于流体空化效应的蒸汽发生涡轮机。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：一种基于流体空化效应的蒸汽发生涡轮机，其特征在于：它包括具有注水口和水蒸汽出口的蜗壳、设于蜗壳内可高速旋转的涡轮和位于蜗壳外的动力驱动设备，涡轮中心的涡轮轴穿出蜗壳与所述动力驱动设备相连，所述涡轮为盘状体，所述蜗壳内部为与涡轮相适应的盘状密闭腔，所述注水口和水蒸汽出口与该密闭腔相通，所述蜗壳内壁与所述涡轮之间具有可供涡轮自由转动的间隙，在所述涡轮的外沿侧面圆周上分布有空泡空化效应发生结构，所述空泡空化效应发生结构至少是由沿涡轮圆周排布的若干凹陷部组成，流体从注水口进入蜗壳内，动力驱动设备驱动涡轮高速旋转，流体在凹陷部因连续的高压、负压，由水体液相转化为气相，并再次受压而致气泡溃灭发生空化效应，产生高温蒸汽，进而从水蒸汽出口生产出连续的高温蒸汽。

本发明利用水-气-水空泡空化转化蒸汽的原理，涡轮具有在高速旋转时使所接触外圆周处水体不断受压、压力释放、承受负压的空泡空化效应发生结构，在产生高温高压蒸汽的同时，无其它任何的排放，环保，而且，本发明产生的能量超过通常加热过程物理定义的能量，热转化效率高，按照传统热力转化方式计算，转化能效接近100％。另外，本发明可实现小型化、重量轻，实用性强，可适用于市政、工业生产、农业生产、医药生产需要蒸汽场合。

所述动力驱动设备可以是电动机、发动机、水力驱动等任何能够驱动涡轮做高速旋转的设备，动力源可以是电能、各类汽油、柴油、水力但不限于此的任何动力源。

本发明所述涡轮外沿处的线速度大于10米/秒，或根据直径、涡轮结构不同，涡轮转动线速度使得水体在其空化发生结构持续产生空化效应。