[发明专利]一种基于压力差的径向工作的无叶涡轮机

说明书

本发明公开了一种基于压力差的径向工作的无叶涡轮机，多个盘体同轴地堆叠，每个盘体上设置有径向延伸的螺旋沟道，所述的径向延伸的螺旋沟道具有第一宽度和第一高度，每个所述盘的螺旋沟道具有工质入口，所述工质入口构造成在所述盘的中心处接收高压工质气体，其中，所述由盘体切线方向在盘的最外径位置的出口处释放气体，每个所述盘体的螺旋沟道构造成通过螺旋的多次转动逐渐释放气体的压力，相邻盘体间通过螺旋的多次旋转逐渐降低所述工质气体的温度和压力，从而通过压力控制所述盘体转动方向为所述高压工质气体旋转的相反方向上绕轴体旋转。通过上述设计本发明以求得到一种能量转换效率高、有效防止过热变形的无叶涡轮发动机。

技术领域

本发明涉及涡轮机技术领域，尤其涉及一种基于压力差的径向工作的无叶涡轮机。

背景技术

涡轮发动机是一种利用旋转的机件自穿过它的流体中汲取动能的发动机，在人民生活、工业生产、国防、航空航天等各个领域都有极其广泛的应用。目前普遍应用的涡轮发动机都是有扇叶涡轮发动机，包括水力涡轮机、风力涡轮机、蒸汽轮机、燃气轮机等。有扇叶涡轮发动机是利用流体冲击叶片转动而产生动力，基于该工作原理的涡轮发动机的能量转换效率并不高，而且叶片受流体的直接冲击，非常容易断裂或损坏，特别是长而窄的叶片。基于上述的有扇叶涡轮发动机存在的问题，伟大发明家尼古拉.特斯拉曾提出基于边界层效应由流体剪切力驱动的无扇叶涡轮发动机原模型，其理论上具有很高的能量转换效率和很长的使用寿命。但后来的一系列实验证明这种无扇叶涡轮发动机存在两个严重的问题:一是转子超高速运转下圆盘片受强大的离心力作用非常容易被拉伸并造成扭曲，并且圆盘片的直径越大，受扭曲程度越高；二是流体流动过程中无法完全避免的摩擦生热非常容易造成圆盘片过热却无法对其进行冷却保护，圆盘片很快发生热变形而造成损坏，并且流体的温度越高，热变形的现象越严重；因此这种无扇叶涡轮发动机的设想历经一个多世纪至今仍无法得到实际应用。针对上述的无扇叶涡轮发动机存在的问题，除了选用先进的加工材料外，更应该从发动机的内部结构进行改进设计以求从根本上解决上述的两个问题，从而使无扇叶涡轮发动机在未来得到真正的商业化应用。

本发明通过采用基于压力差的新型涡轮机设计，迫使高压气体通过许多匝的长螺旋沟道和浅螺旋沟道，气体在设定宽度和设定高度的长螺旋沟道中进行工作，并且，当螺旋线以适当的角速度旋转时，沿着螺旋线的长度会出现逐渐接近线性的压力下降。气体的绝热膨胀随着气体以螺旋形旋转而逐渐发生，从而使该过程基本上为等熵的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明公开了一种基于压力差的径向工作的无叶涡轮机，多个盘体同轴地堆叠，每个盘体上设置有径向延伸的螺旋沟道，所述的径向延伸的螺旋沟道具有第一宽度和第一高度，每个所述盘的螺旋沟道具有工质入口，所述工质入口构造成在所述盘的中心处接收高压工质气体，其中，所述由盘体切线方向在盘的最外径位置的出口处释放气体，每个所述盘体的螺旋沟道构造成通过螺旋的多次转动逐渐释放气体的压力，相邻盘体间通过螺旋的多次旋转逐渐降低所述工质气体的温度和压力，从而通过压力控制所述盘体转动方向为所述高压工质气体旋转的相反方向上绕轴体旋转。

更进一步地，每个所述盘体为实心盘体，所述轴体为空心轴体，并且每个螺旋沟道具有刻在相应盘体上的多个匝，盘体上的每个所述螺旋沟道的所述工质入口和工质出口具有与其他盘体上的螺旋沟道不同的相位角度。

更进一步地，所述工质气体的总入口为垂直于盘体沿轴体方向设置，所述工质气体的总入口具有开口结构，并且以该开口作为轴承，并使多个盘体能够绕所述工质气体的总入口平滑旋转。

更进一步地，所述第一宽度为0.68厘米，所述第一高度为0.12厘米。

更进一步地，所述第一宽度小于0.8厘米，所述第一高度小于0.4厘米。

更进一步地，所述径向工作的无叶涡轮机还具有辅助工质入口，所述辅助工质入口延伸穿过所述圆柱形壳体的中心底部圆形表面，并且所述辅助工质入口用于为多个盘体的螺旋沟道的工质入口提供辅助加压工质，以此构成与所述工质气体的总入口的压力差以平衡系统的压力。