[发明专利]无叶片式燃气轮机发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种发电装置。

背景技术

伴随着环境保护的需要和电力市场自由化的发展趋势，传统的基于大型、低效、污染严重、远离消费者的发电厂的集中式供电模式亟需改变，分布式供电模式由此产生。分布式供电系统可以弥补大电网在安全稳定性方面的不足，实现应急供电；分布式供电系统亦可用于许多供电不集中的场合，用户可以就近发电，满足了分散式用电的需求。小型、清洁、可靠、廉价的发电装置成为分散式供电的基础。微型燃气轮机由于其能源利用率高，同时具有高功率密度和高能量密度的特点，成为分布式发电系统的理想发电装置。

另外，功率更小的，范围为W～KW的微型燃气轮机能够满足对微型动力源和便携式能源的需求。例如，对于功率不高的微型飞行器，微型涡轮机可成为一种有效的电力和动力源。对于小型、手持或者移动的电子设备，应用高功率密度的微型燃气轮机作为电力装置，可以替代传统的化学电池，实现便捷、高效、持续的电力供应。微型燃气轮机技术的发展，必将推动其在能源、电力、航空航天、舰船、车辆以及军事科技领域的应用。

燃气轮机的微小型化对其设计、制造和运行提出了更高的要求。装置结构的紧凑性、制造的经济性和运行的可靠性都是制约其应用的重要问题。当前，在对微型燃气轮机的研究中，燃气轮机的压气机和涡轮部件在结构上仍然沿用了传统燃气轮机中的叶片型式。微小化的叶片结构复杂，设计要求高，制造难度大，复杂工况下可靠性难于保证，为整机的微小型化带来困难，制约了微型燃气轮机发电装置的发展。

发明内容

本发明的目的是：为弥补现有技术的不足,使燃气轮机向微小型化发展,特提供一种无叶片式燃气轮机发电装置。

本发明的技术方案是：无叶片式燃气轮机发电装置，它包括：燃气轮机本体与电机；

燃气轮机本体包括:壳体、压气机圆盘组、涡轮机圆盘组以及燃气导向器；壳体两端分别设有进气口以及出气口，在进气口侧的壳体上设有燃油腔以及燃油喷嘴；壳体内部由中间隔板分隔成两个空腔，其中，进气口侧的空腔为混合气室，出气口侧的空腔为燃烧室；燃烧室通过设置在中间隔板上的火焰稳定器与混合气室连通；燃气导向器设置在燃烧室内，其圆周面上设有渐缩切口；涡轮机圆盘组安装在燃气导向器内；压气机圆盘组安装在混合气室内；

电机的转子通过轴承支撑在中间隔板上，并与位于中间隔板两侧的压气机圆盘组、涡轮机圆盘组固定连接。

对于燃气轮机本体部分，空气经进气口进入，在高速旋转的压气机圆盘部的压缩作用下实现升压，与燃油腔喷入的燃料充分混合后进入燃烧室燃烧，产生大量高温高压燃气。燃气在导向装置的引导下沿切向高速喷入涡轮机圆盘组的圆盘间隙内，依靠粘性力的作用带动圆盘组旋转。高温高压燃气的热力学能转化为转子的动能，燃气最终经涡轮机圆盘组中心出口排出，离开系统。压气机圆盘组部件和涡轮机圆盘组部件都与转子轴固连，这样，在系统启动并稳定工作后，转子动能一部分用来带动压气机压缩空气，另一部分可以实现能量输出，用于发电或者做功。

电机的作用主要有两个：在系统启动时，由于空气阻力和轴承支撑部件的摩擦力的作用，需要由电机带动转子旋转，辅助启动；在系统稳定工作时，改变电机的线路接法，使其变为发电机。发电机的转子轴随燃气轮机的中心轴一同高速旋转，发电并向外实现电力输出。

有益效果：(1)本发明通过燃气轮机与电机的匹配，解决了燃气轮机的启动问题，同时，燃气轮机达到稳定工作状态时，带动发电机转子转动，实现电力输出，形成了一个完整的发电系统。

(2)在系统的燃气轮机部分，本发明采用了无叶片式的压气机和涡轮机结构，用一组以相等微小间距隔开的同轴平行薄圆盘取代传统燃气轮机的叶片结构。这种结构利用了流体的边界层效应，当工质在圆盘间的微小间隔中运动时，可通过与圆盘的粘性力的作用来实现能量的传递。这种依靠流体粘性来传递动力的设计，改变了传统燃气轮机中通过工质与叶片的直接冲击和摩擦来传递动力的方式，大大简化了燃气轮机的系统结构，解决了燃气轮机叶片在制造和维护上的诸多问题。另外，这种无叶片式的结构与其他部件相互匹配，可以使整个装置结构简单、紧凑，尤其是在厘米级和毫米级的微型和超微型燃气轮机中，更能体现其优越性。

附图说明

图1为电机位于外部时的本发明的结构示意图；

图2为压气机圆盘组以及涡轮机圆盘组中的单片圆盘的结构示意图；

图3为燃气导向器的结构示意图；

图4为电机位于内部时的本发明的结构示意图；