無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體與動(dòng)力機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用旋轉(zhuǎn)的機(jī)件自穿過它的流體中汲取動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)，在人民生活、工業(yè)生產(chǎn)、國防、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。目前普遍應(yīng)用的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)都是有扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括水力渦輪機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。有扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流體沖擊葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生動(dòng)力，基于該工作原理的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率并不高，而且葉片受流體的直接沖擊，非常容易斷裂或損壞，特別是長而窄的葉片。基于上述的有扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問題，偉大發(fā)明家尼古拉.特斯拉曾提出基于邊界層效應(yīng)由流體剪切力驅(qū)動(dòng)的無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)原模型，其理論上具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率和很長的使用壽命。但后來的一系列實(shí)驗(yàn)證明這種無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)存在兩個(gè)嚴(yán)重的問題:一是轉(zhuǎn)子超高速運(yùn)轉(zhuǎn)下圓盤片受強(qiáng)大的離心力作用非常容易被拉伸并造成扭曲，并且圓盤片的直徑越大，受扭曲程度越高；二是流體流動(dòng)過程中無法完全避免的摩擦生熱非常容易造成圓盤片過熱卻無法對其進(jìn)行冷卻保護(hù)，圓盤片很快發(fā)生熱變形而造成損壞，并且流體的溫度越高，熱變形的現(xiàn)象越嚴(yán)重；因此這種無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)想歷經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)至今仍無法得到實(shí)際應(yīng)用。針對上述的無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問題，除了選用先進(jìn)的加工材料外，更應(yīng)該從發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以求從根本上解決上述的兩個(gè)問題，從而使無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在未來得到真正的商業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)想進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，克服原始的無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷，以求得到一種能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用、具有較高的抗拉伸強(qiáng)度和抗扭曲強(qiáng)度、有效防止過熱變形、單機(jī)功率大的無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
本發(fā)明是一種無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括汽缸、轉(zhuǎn)軸、多個(gè)空腔圓盤體、多條拉金、多根熱管、進(jìn)汽管、噴嘴組、隔板、排汽管。
[0005]所述的汽缸為水平放置的空心圓筒，汽缸的中心線上安裝一根貫穿于圓筒兩底面的變截面轉(zhuǎn)軸，汽缸上半部的一側(cè)開設(shè)若干個(gè)與轉(zhuǎn)軸垂直的長方形進(jìn)汽口組；所述的轉(zhuǎn)軸的兩端為小直徑實(shí)心軸，實(shí)心軸從汽缸的內(nèi)腔延伸至汽缸的外部，并在實(shí)心軸引出汽缸處設(shè)置汽封，轉(zhuǎn)軸的中間部分為大直徑空心轉(zhuǎn)鼓，空心轉(zhuǎn)鼓的中間段為圓柱體，兩端為錐形圓臺體，錐形圓臺體的側(cè)面布滿內(nèi)外相通的小孔。
[0006]所述的空腔圓盤體是由兩個(gè)平行的表面光滑的由碳纖維或芳綸纖維制成的圓環(huán)薄片和圍帶組成，圍帶的外表面上設(shè)置汽封并與汽缸的內(nèi)壁面保持微小的間隙，兩個(gè)圓環(huán)薄片的內(nèi)端緣與空心轉(zhuǎn)鼓的圓柱體外表面密封焊接，兩個(gè)圓環(huán)薄片的外端緣皆與圍帶密封焊接，由此空腔圓盤體與空心轉(zhuǎn)鼓的圓柱體外表面形成內(nèi)部封閉空腔，內(nèi)部封閉空腔內(nèi)填充密度小的氣體冷卻介質(zhì)；所述的多個(gè)空腔圓盤體等間距地固定套接在空心轉(zhuǎn)鼓的圓柱體表面上且安裝在汽缸內(nèi)，處于相鄰兩空腔圓盤體之間的空心轉(zhuǎn)鼓圓柱體表面上開設(shè)多個(gè)排汽孔與空心轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔相通。在每個(gè)空腔圓盤體的內(nèi)腔皆設(shè)有多條不同直徑的拉金，該多條拉金以轉(zhuǎn)軸為中心安裝在空腔圓盤體的內(nèi)腔，且每條拉金的左右側(cè)面皆與空腔圓盤體的兩個(gè)圓環(huán)薄片的內(nèi)側(cè)面固定焊接。所述的拉金為橫截面為方形的圓環(huán)，圓環(huán)沿徑向方向開設(shè)多個(gè)小孔使內(nèi)外圓側(cè)面相通。所述的多根熱管皆對稱地布置在每個(gè)空腔圓盤體的內(nèi)腔，熱管的一端布置在空腔圓盤體的內(nèi)腔，該段熱管貫穿多個(gè)拉金并與拉金固定焊接，熱管的另一端貫穿空心轉(zhuǎn)鼓的圓柱體壁面并延伸至空心轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔，該段熱管與空心轉(zhuǎn)鼓的壁面接觸處密封焊接；所述的進(jìn)汽管水平布置在汽缸上半部一側(cè)的正上方并與汽缸的中心線平行，進(jìn)汽管的下半部開設(shè)若干個(gè)與空腔圓盤體平行的長方形出汽口組。
[0007]所述的噴嘴組是由多個(gè)橫截面為長方形的漸縮通道構(gòu)成的噴嘴緊密布置而成，噴嘴組的外殼上端緣與進(jìn)汽管的出汽口組端緣密封焊接，噴嘴組的外殼下端緣與汽缸側(cè)面的進(jìn)汽口組端緣密封焊接，每個(gè)噴嘴的進(jìn)口皆與進(jìn)汽管相通，出口皆與汽缸的內(nèi)腔相通，每個(gè)噴嘴的出口皆布置在相鄰兩空腔圓盤體之間，噴嘴的開口寬度小于相鄰兩空腔圓盤體的間距，噴嘴的開口方向與空腔圓盤體的側(cè)面外邊緣相切；所述的隔板為兩塊圓環(huán)形的平板，分別位于空心轉(zhuǎn)鼓圓柱體表面的兩側(cè)，所有的空腔圓盤體皆處于兩塊隔板之間，隔板的外端緣與汽缸的內(nèi)壁面密封焊接，隔板的內(nèi)端緣與空心轉(zhuǎn)鼓圓柱體表面保持微小的間隙；汽缸處于隔板與圓筒底面之間的兩端側(cè)面上分別開設(shè)一個(gè)排汽口與排汽管相通。
[0008]采用上述方案后，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1、能量轉(zhuǎn)換效率高。本發(fā)明利用流體的邊界層剪切力進(jìn)行作功，與利用流體的沖動(dòng)力和反動(dòng)力進(jìn)行作功的傳統(tǒng)方式比較，能量損失小，能量轉(zhuǎn)換效率更高。
[0009]2、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用。本發(fā)明利用獨(dú)特設(shè)計(jì)的空腔圓盤體取代傳統(tǒng)的扇葉，解決葉片容易斷裂和損壞的問題，設(shè)備結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，使用壽命較長。
[0010]3、較高的抗拉伸強(qiáng)度和抗扭曲強(qiáng)度。本發(fā)明的受力元件為空腔圓盤體，其內(nèi)部的多條拉金和頂部的圍帶分段支撐整個(gè)圓盤體的結(jié)構(gòu)模型，使其有足夠的剛性和強(qiáng)度支撐高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的圓盤體承受離心力和扭曲力作用而不被拉伸和扭曲。
[0011]4、有效防止過熱變形。本發(fā)明的空腔圓盤體表面的摩擦生熱可以迅速被其內(nèi)部的冷卻介質(zhì)吸收，并通過熱管直接被低溫排汽帶走，該方法可以使整個(gè)圓盤體維持較低的恒定溫度，從而有效地避免了旋轉(zhuǎn)元件的過熱變形問題。
[0012]5、單機(jī)功率大。本發(fā)明有效改善了最初的無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷，因此可以使用更高溫度的流體，并采用更大直徑的空腔圓盤體以得到流體更大的焓降，從而增加單位流量的做功量，不僅單機(jī)功率增大，而且進(jìn)一步提高了熱力學(xué)效率。
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的整體表觀圖；
圖2是本發(fā)明的剖面圖；
圖3是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明的空腔圓盤體內(nèi)部構(gòu)造圖； 圖5是本發(fā)明工作原理軸視示意圖；
圖6是本發(fā)明工作原理主視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明是一種無扇葉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括汽缸1、轉(zhuǎn)軸
2、多個(gè)空腔圓盤體3、多條拉金4、多根熱管5、進(jìn)汽管6、噴嘴組7、隔板8、排汽管9。
[0016]所述的汽缸I為水平放置的空心圓筒，汽缸I的中心線上安裝一根貫穿于圓筒兩底面的變截面轉(zhuǎn)軸2，汽缸I上半部的一側(cè)開設(shè)若干個(gè)與轉(zhuǎn)軸2垂直的長方形進(jìn)汽口組11 ;所述的轉(zhuǎn)軸2的兩端為小直徑實(shí)心軸21，實(shí)心軸21從汽缸I的內(nèi)腔延伸至汽缸I的外部，并在實(shí)心軸21引出汽缸I處設(shè)置汽封(圖中未表不)，轉(zhuǎn)軸2的中間部分為大直徑空心轉(zhuǎn)鼓22，空心轉(zhuǎn)鼓22的中間段為圓柱體221，兩端為錐形圓臺體222，錐形圓臺體222的側(cè)面布滿內(nèi)外相通的小孔2221。
[0017]所述的空腔圓盤體3是由兩個(gè)平行的表面光滑的由碳纖維以及芳綸纖維制成的圓環(huán)薄片31和圍帶32組成，圍帶32的外表面上設(shè)置汽封(圖中未表示)并與汽缸I的內(nèi)壁面保持0.1?0.5毫米的距離，兩個(gè)圓環(huán)薄片31的內(nèi)端緣與空心轉(zhuǎn)鼓22的圓柱體221外表面密封焊接，兩個(gè)圓環(huán)薄片31的外端緣皆與圍帶32密封焊接，由此空腔圓盤體3與空心轉(zhuǎn)鼓22的圓柱體221外表面形成內(nèi)部封閉空腔，內(nèi)部封閉空腔內(nèi)填充密度小的氣體冷卻介質(zhì)；所述的多個(gè)空腔圓盤體3等間距地固定套接在空心轉(zhuǎn)鼓22的圓柱體