[发明专利]一种无叶涡轮机及其流体工质控制方法

说明书

本发明公开了一种无叶涡轮机的流体工质控制方法，所述无叶涡轮机包括多个进气口和喷嘴，所述多个进气口和喷嘴每次进行工作只选择单个喷嘴和进气口进行导通，在所述流体工质进入涡轮机之前对气体进行检测，判定该流体工质的属性，其中，所述属性包括纳米流体、超临界二氧化碳和一般性气体及液体，根据不同的气体属性和类别选择进口和喷嘴，设置多个对应的喷嘴和进口根据流体工质调整涡轮机的效率和功率；涡轮机的喷嘴实现增压并保障流体均匀平稳喷出，进一步提升机体运行效率。对涡轮机的圆盘之间的流体稳定性进行分析，判断当前效率是否符合，进口处产生的湍流会严重影响机体运行的平稳性，对涡轮机进口进行优化设计以降低湍流出现的频率。

技术领域

本发明涉及涡轮机控制领域，尤其涉及一种无叶涡轮机及其流体工质控制方法。

背景技术

涡轮机作为一种利用流体冲击叶轮转动的动力机械结构体，涡轮机已被广泛用于发电、航空、航海等领域。从适用流体工质的角度而言，涡轮机一般被分为汽轮机、燃气轮机和水轮机等不同类型。受其结构特点和运行原理的制约，传统涡轮机(如叶片式涡轮机)在设计制造和应用过程中有诸多技术问题需予特别考虑，如涡轮叶片具有复杂形状，叶片和活塞膨胀装置容易在固定外壳和旋转动力装置之间发生空气泄漏，在流体为高粘度、强研磨性、含有固体颗粒或两相流的流体的情况下，存在许多不兼容的问题(如涡轮机工质为纳米流体时会对叶片造成侵蚀和污染)。

无叶片、由流体剪切力驱动的特斯拉涡轮机具有结构简单、制造公差要求相对较低、密封性能突出等特点，在运转时流体会产生压力梯度(与流速的平方呈正相关)与圆盘的离心力相互平衡，以防止轴承等部件因超速运转而发生损坏。同时由于运转过程中产生离心力场，使得机体具有自洁性，保证了涡轮机在工质为非常规燃料(如生物质)产生固体颗粒的情况下也可以正常运转。所以在利用研磨液、含有固体颗粒流体以及其他特殊物化特性流体工质方面具有独特的适应性。

现阶段，由于超临界蒸汽朗肯循环、超临界二氧化碳布雷顿循环等多种循环系统处于探索阶段，使得特斯拉涡轮机因其特性在生产实践中具有替代传统涡轮机的显著潜力。与目前仍在使用的传统叶片式涡轮机相比，特斯拉涡轮机的能量转换效率相对较低，主要原因是其结构体特点所导致的进口和喷嘴压力损失、轴承能量损失、端盖表面流体粘性损失以及增压室中的流体耗散损失等。如通过针对性研究解决上述能量损失问题，则能够通过提升特斯拉涡轮机的实际能量转换效率而极大地拓展其在工业领域的应用范围。

目前特斯拉涡轮机由于能量转换效率相对较低，还无法正式投入生产实践。并且现有的无叶涡轮机对于不同的工质而言，当工质不同时，能量转换效率会进一步的下降。

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，本发明公开了一种无叶涡轮机的流体工质控制方法，所述无叶涡轮机包括多个进气口和喷嘴，所述多个进气口和喷嘴每次进行工作只选择单个喷嘴和进气口进行导通，所述方法包括如下步：

步骤1，在所述流体工质进入涡轮机之前对气体进行检测，判定该流体工质的属性，其中，所述属性包括纳米流体、超临界二氧化碳和一般性气体及液体；

步骤2，当检测到所述流体工质为纳米流体时，控制所述流体工质通过增压进气口对的喷嘴实现增压并保障流体均匀平稳喷出，同时测量该纳米流体中颗粒的的体积分数，当检测到所述体积分数达到第一设定值时和/或纳米流体对所述无叶涡轮机的输出功率的增益超过了第一功率值后，不再对该纳米流体增压而维持当前压强；

步骤3，当检测到所述流体工质为超临界二氧化碳时，选择的导通进气口为超临界进气口，将所述超临界二氧化碳导入超临界流体处理后再通过涡轮机进气口对所述无叶涡轮机做功，其中，处理过程为对超临界二氧化碳再次进行等熵压缩、等压冷却、等压吸热和等熵膨胀以减少超临界二氧化碳在输入过程中的参数误差，低压工质首先进入压缩机升至高压，经回热器吸收透平排出工质的热量，再经热交换器从热源吸收热量达到最高温度，然后进入透平做功推动发电机工作，透平排出的工质经回热器释放部分热量，最后经预热器冷却后进入下一循环；