[发明专利]一种无叶涡轮机及其盘体间距自动调整方法

说明书

本发明公开了一种无叶涡轮机，包括壳体，所述壳体用于承载无叶发电机；无叶发电机，其由所述外壳承载，所述无叶发电机包括安装于轴体上的至少一个盘体，所述轴体上设置有多个微动装置，所述微动装置固定所述盘体并实现盘体沿轴体方向移动，通过控制盘体间隙来实现对涡轮机的控制，并且，涡轮机可以根据采集的输入端流体参数，判断流体的种类是层流还是湍流或者其他类型，并控制加热加压装置等控制流体的黏性作用和惯性作用，结合无叶电机调节盘体间隙的功能，实现多重无叶涡轮机控制功能。

技术领域

本发明涉及涡轮机控制技术领域，尤其涉及一种无叶涡轮机及其盘体间距自动调整方法。

背景技术

燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质，把热能转化为机械功的旋转式动力机械。作为一种先进的热能动力装置，燃气轮机已经在航空、舰船，机车、电力、石油等各个工业领域得到了十分广泛的应用。传统的重型、大功率燃气轮机，主要用作航空动力装置和发电机组装置。随着分布式供电系统的发展，以及对于高功率密度和低燃料消耗率的新型动力的需求，微型和超微型燃气轮机受到了世界各国的极大重视。

燃气轮机的简单循环系统主要由压气机、燃烧室和透平等三大部件组成，再配以进气、排气、控制、传动及其他辅助系统，即可实现连续对外做功。空气被压气机从大气中吸入，经旋转的压气机叶轮压缩后进入燃烧室，与喷入的燃料燃烧后成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮带着压气机叶轮一起旋转。叶片是燃气轮机的关键部件，工作条件复杂，故障率高，特别是涡轮叶片，一般都在高温、高压和腐蚀的工质中工作，同时以很高的转速旋转，工作条件十分恶劣。传统燃气轮机对叶片的强度，韧性，高温稳定性，耐蚀性及冷热加工性等性能提出了很高的要求。叶轮叶片数量多，形状复杂，加工要求高，维修十分不便。尤其在微型和超微型燃气轮机中，叶片在材料，加工和装配技术上面临着巨大的困难。因此，叶片的质量不仅影响燃气轮机的整体性能，还直接决定着燃气轮机的生产和维护成本。

无叶片式涡轮机的转子是由一组平行排列的圆周转动光盘安置在轴上组成，流入流体通过安置在定子上的喷嘴进入涡轮机，由于流体边界层效应，流体吸附在光盘表面，伴随着流体表面层粘性和粘附力的作用，涡轮机中的流体将会带动圆盘做旋转作用，在圆盘的旋转的旋转运动带动下，输出轴也随之一起运动，最终得到转速功率输出。

然而，现有的无叶涡轮机的边界层效应为固定值，得到的扭矩也为固定值，当流体的流动速率为常数时，由于机构的几何结构，盘间距与输入流体的压力成反比。因为输入端流体速率与输入流体密度有直接的关系且流体的密度与压强成正比，此结论仅仅决定盘间距与输入压力之间的关系，但是为了确保圆盘的转动，需要将圆盘间距设置的足够的小。

在实际使用需求时，有时做功的流体并不能由人自由控制，例如水流等，而对涡轮机而言，也并不需要太过高的扭矩和马力。

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，如图2所示，本发明公开了一种无叶涡轮机，包括壳体，所述壳体用于承载无叶发电机；无叶发电机，其由所述外壳承载，所述无叶发电机包括安装于轴体上的至少一个盘体。

更进一步地，本发明公开了一种基于边界效应的无叶涡轮机盘体间距自动调整方法，所述无叶涡轮机包含有N个盘体安装于轴体上，其中的盘体空隙为N-1个，轴体上固定有N个微动装置，每个所述圆盘通过微动装置与轴体固定连接，中央控制器对所述微动装置进行控制以使得所述微动装置可以控制盘体沿轴体方向移动，当流体容积固定时，计算任一盘体空隙的流体流动速率为：

Q＝2πRb·v

其中，所述Q为流体流动速率，R为盘体半径，b为盘体空隙，v为圆盘内径速度；以此，得出盘体空隙对流体流动速率与盘体转动的影响，使输出功率固定，构建盘体间隙与流体输入压强的对应曲线，当需要减少涡轮机的扭矩时，用户输入希望得到的扭矩大小，中央控制器根据所述对应曲线及流体的参数通过所述微动装置调整盘体空隙的距离。