[发明专利]与脉冲燃气涡轮机系统相结合的旋转式机械往复滑动金属叶片空气泵和边界层燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及这样一个技术领域，其中旋转式机械往复滑动金属叶片空气泵和边界层涡轮机被结合成爆燃脉冲驱动的燃气涡轮机系统。

背景技术

在爆燃脉冲(explosion-pulse)驱动的燃气涡轮机领域，例如在美国专利6,000,214中提出的燃气涡轮机，涡轮机是爆燃驱动的改进型佩尔顿(Pelton)水轮，其具有在动能冲击和膨胀气体作用下穿过叶片座圈进行强制移动的叶片。利用从外部安装在主涡轮和轴组件上的罗茨型叶片(Roots-type lobe)鼓风机或滑动叶片鼓风机，来产生压缩空气。

叶片鼓风机具有两个轴，其驱动通过变速箱得到同步的两个叶片，因此不能与脉冲驱动的燃气涡轮机的主轴进行机械结合。在商业使用的滑动叶片鼓风机采用石墨叶片，通常每个转子是四个叶片，它们定位在转子上的角槽中，使叶片在旋转过程中可以通过离心力延伸入泵腔内。叶片不会经由泵轴和转子上的槽延伸穿过泵壳体的直径部，并且不能机械往复。而且，它们易于在爆燃的反压作用下发生断裂或震裂。

从1906和1913年获得专利授权的Nikola Tesla涡旋涡轮机开始，边界层现象和技术被用于多种应用场合已经一百多年了。边界层涡轮机应用于所有类型的工作流体，其与离心式和轴流式涡轮机相同，工作流体保持压力和流动恒定。

发明内容

本发明采用一种具有高压力脉冲工作流体的混合式边界层涡轮机。

根据本发明，旋转式往复滑动叶片空气泵和边界层涡轮机是与爆燃驱动的燃气涡轮机系统的轴相结合。空气泵具有带有空腔的缸体，其具有容置着带槽转子和旋转往复滑动叶片的两个端板。转子安装在带槽涡轮轴的中心上，所述轴使得往复滑动叶片可随着转子和轴在空腔壳体中的转动而前后移动。壳体上的空腔与轴的中心线偏离，从而在转子与壳体壁之间形成空间。转子和空腔的尺寸决定了每次回转的移动量。空气在空腔壳体的进口被强制导入，并在出口被强制排出。随着转子和叶片顺时针旋转，进气口和出气口分别以90度和270度角地进入和引出空腔壳体壁。

当旋转式机械往复金属叶片旋转经过空腔壳体壁上的进气口时，真空使来自进气孔的充气强制移动，并使空腔中的空气强制移动到出气孔。每次回转时，导入和排出充气两次。排出的空气经由止回阀进入歧管。歧管将空气直接引入安装在涡轮壳体上的无阀型燃烧室。燃料喷入燃烧室的文丘里孔内，燃料和空气混合物通过放电弧方式点燃。爆燃气体在文丘里管中产生反压，并降低了流向燃烧室的空气流动；歧管中的空气由此被暂时重新引入到相反的燃烧室。主爆燃脉冲经由喷嘴排出燃烧室，所述喷嘴将热的高速/轻质的膨胀气体引向边界层燃气涡轮机的叶片，从而迫使涡轮、轴和滑动叶片转子旋转，产生连续充入燃烧空气。

本发明采用具有单个旋转式机械往复滑动金属叶片的空气压缩机或鼓风机。叶片可滑动地容纳在带槽转子和带槽轴上。与壳体壁进行的接触，通过机械方式迫使叶片以往复运动方式在槽内穿过空腔壳体的直径部前后移动，从而每次回转导入和排出两次脉冲空气。

本发明采用脉冲充气，以在与燃料混合并以放电弧方式在燃烧室中得到点燃时产生爆燃，从而产生从燃烧室中以高速经由喷嘴排出的爆燃力。

本发明还采用混合式边界层燃气涡轮机转轮，作为将高温、高压以及高速工作流体转化成轴功率的装置。常规的边界层涡轮机包括利用盘之间的隔套而螺栓连接在一起的一系列混合盘。本发明的混合边界层涡轮机采用实心轮，其中凹槽通过机加工形成在其外表面上。

参照示出优选实施方式的附图，将进一步论述本发明的原理。图中表示的详细方案被用于示例，而不是限制本发明的各个方面。

附图说明

在附图中：

图1是旋转式往复滑动叶片空气泵、空壳体、带槽转子、带槽轴和滑动叶片的横截面图；

图2是边界层燃气涡轮机转轮的端视图，显示了由转轮的周边中的凹槽所形成的叶片；

图3是爆燃驱动的边界层燃气涡轮机系统的横截面图，所述涡轮机系统利用由旋转式往复滑动叶片空气泵和将燃烧空气输送到发动机燃烧室的歧管所产生的脉冲燃烧空气；以及

图4是图1-3所示的部件得到组装后的侧视图。

具体实施方式

在本发明的优选实施方式中，图1所示的旋转式往复滑动叶片空气泵、以及两个边界层燃气涡轮机(图2显示了其中之一)相结合，以形成图3-4所示的爆燃驱动的燃气涡轮机系统。