专利名称：一种边界层透平发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电装置，特别是关于一种边界层透平发电装置。
背景技术：
目前，大部分的燃气、蒸汽透平，无论是径向还是轴向式，都属于有叶透平，由工质 冲击透平叶片从而推动透平转动。基于这种原理的有叶透平，由于叶片易受空穴腐蚀和固 体颗粒的磨损，因此无法用于高粘度流体、低温水蒸气等气液两相流以及烟气、煤浆等固液 两相流，限制了其工质的范围。同时，有叶透平随着尺寸的缩小，比表面积大大增加，从流体 与叶片表面摩擦损失增加，透平效率降低，造成有叶透平难以小型化。另外，在制造上，叶片 形状复杂，强度要求高，加工难度高，也增加了有叶透平的制造成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用范围较广、结构简单的边界层透平 发电装置。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种边界层透平发电装置，其特征在 于它包括一腔体，所述腔体内部中心位置开设有一中间镗圆形腔，底部中心位置处开设有 一圆形轴孔；所述中间镗圆形腔内通过所述圆形轴孔安装一排气管轴，所述排气管轴的中 间段沿周向开设有若干均勻分布的排气孔；从所述腔体的底部，在所述排气管轴上依次套 设有一止推环、一转子盘组、一电枢盘和一永磁定子，所述止推环位于所述腔体底部与所述 转子盘组之间；所述转子盘组的前端面固定所述电枢盘，所述转子盘组与所述排气管轴间 隙配合；所述永磁定子的底盘固设在一方形前端盖上，所述前端盖的四角分别通过一紧固 螺钉固设在所述腔体的顶部；所述腔体的一侧壁上开设有一与其相连通的狭缝槽，所述狭 缝槽内插设有一喷嘴；所述腔体的另一侧壁上开设有一与其相连通的导线孔。所述转子盘组包括若干转子盘，相邻两个所述转子盘之间沿周向布置有若干间隔 垫将两所述转子盘粘结在一起，组成所述转子盘组；各所述转子盘的中心位置处分别开设 有一轴孔。各所述间隔垫的形状采用流线型和圆形其中之一的形状。所述排气管轴采用圆管形轴。所述电枢盘采用印制绕组制成，其由在圆周上均勻分布的多层相互连接的导条形 成圆环状绕组。所述永磁定子包括一环形永磁体、两电刷和所述底盘，所述环形永磁体和两电刷 均固定在所述底盘上。所述两电刷依靠弹簧压在所述电枢盘上，所述电枢盘转动时所述两电刷始终与所 述电枢盘接触，即带有所述电枢盘的转子盘组既是透平转子，又是发电转子，形成透平发电 一体化结构。所述前端盖的外形采用矩形薄板，所述前端盖的中间位置处开设有一用于安装所述排气管轴的圆形轴孔。所述喷嘴包括一体成型的一方形连接部和一圆柱状插入部，所述连接部和插入部 内均设置有一用于工质流通的中间气道，且所述插入部的端部与所述转子盘组周缘对应呈 圆弧形设置。所述连接部的中间气道由内向外从矩形逐渐过渡为圆形；所述插入部的中间气道 采用矩形气道。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用在腔体的一 侧设置有狭缝槽，该狭缝槽内插设有喷嘴，这样可以使得本发明能根据不同工质的不同流 速更换喷嘴，因此，使得本发明的适用范围较广。2、本发明由于采用在腔体的圆形轴孔内设 置有排气管轴，该排气管轴的中间段上开设有若干均勻分布的排气孔，通过这种中间段排 气孔结构，避免了在转子盘组上开孔，因此，降低了转子盘组的加工成本，同时，增大了流体 与转子盘组的接触面积，这样有利于提高本发明的功率及转子效率。3、本发明由于在转子 盘组与腔体底部之间设置有止推环，且在转子盘组的前端面固定电枢盘，转子盘组与排气 管轴间隙配合，排气管轴固定，转子盘组转动，通过止推环与永磁定子的电刷弹簧保持转子 盘组的轴向位置，形成盘轴分离结构。因此，这种盘轴分离结构省去了排气管轴两端的轴 承，降低了对排气管轴的强度要求。4、本发明由于电枢盘采用印制绕组制成，将电枢盘固定 在转子盘组的前端面，形成透平发电一体化结构，解决了传统有叶透平无法用于多相流、难 以小型化以及加工复杂的缺陷，减小了本发明的边界层透平发电装置轴向尺寸，使整个装 置结构紧凑、简单。本发明可以广泛应用于各种多相流、烟气等复杂工质的发电需求应用 中。
图1是本发明的整体结构示意图2是图1的A-A向剖视图3是本发明的腔体结构示意图4是图3的B-B向剖视图5是本发明的排气管轴结构示意图6是本发明的转子盘组结构示意图7是图6的C-C向剖视图8是本发明的电枢盘结构示意图9是本发明的永磁定子结构示意图10是本发明的前端盖结构示意图11是本发明的喷嘴结构示意图12是图11的D-D向剖视图13是本发明在使用时的状态结构示意图
图14是图13的E-E向剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1 图5所示，本发明包括一方形的腔体1，腔体1内部中心位置开设有一中 间镗圆形腔2，腔体1底部中心位置处开设有一圆形轴孔3，在中间镗圆形腔2内通过圆形 轴孔3安装一排气管轴4，排气管轴4的中间段沿周向开设有若干均勻分布的排气孔5(如 图5所示)。从腔体1的底部，在排气管轴4上依次套设有一止推环6、一转子盘组7、一电 枢盘8和一永磁定子9，止推环6位于腔体1底部与转子盘组7之间，控制转子盘组7的轴 向位置，使转子盘组7始终对准排气管轴4中间段的排气孔5处；转子盘组7的前端面固定 电枢盘8，且转子盘组7与排气管轴4间隙配合，排气管轴4固定，转子盘组8转动，通过止 推环6与永磁定子9的电刷弹簧保持转子盘组7的轴向位置，形成盘轴分离结构。永磁定 子9的底盘10固设在一方形的前端盖11上，前端盖11的四角分别通过一紧固螺钉12固 设在腔体1的顶部，使腔体1内形成一密闭空间。腔体1的一侧壁上还开设有一与腔体1 相连通的狭缝槽13，并在狭缝槽13内插设有一喷嘴14，用于将工质导流至腔体1内；腔体 1的另一侧壁上开设有一与其相连通的导线孔15，用于将永磁定子9的导线引出腔体1外 部。上述实施例中，排气管轴4采用圆管形轴，其圆管内径、中间段排气孔5的直径和 排气孔5的个数均由排气管轴4的强度要求及排气流量共同决定。为使本发明运行时排气 管轴4无轴向移动，排气管轴4 一端可以有一定锥度，以保证排气管轴4与腔体1的圆形轴 孔3为过盈配合。上述各实施例中，如图6、图7所示，转子盘组7包括若干转子盘16，相邻两个转子 盘16之间沿周向布置有若干间隔垫17将两转子盘16粘结在一起，组成转子盘组7。在各 转子盘16的中心位置处分别开设有一轴孔18，用于将转子盘组7套设在排气管轴4上。其 中，各间隔垫17的形状可以采用流线型或圆形，且各间隔垫17的大小及数目由粘结强度与 对流场的影响决定。上述各实施例中，如图8所示，电枢盘8采用印制绕组制成，其由在圆周上均勻分 布的多层相互连接的导条19形成圆环状绕组。上述各实施例中，如图9所示，永磁定子9包括一环形永磁体20、两电刷21和底盘 10，环形永磁体20和两电刷21均固定在底盘10上。两电刷21依靠弹簧压在电枢盘8上， 使电枢盘8在转动时两电刷21始终保持与电枢盘8接触，即带有电枢盘8的转子盘组7既 是透平转子，又是发电转子，形成透平发电一体化结构。两电刷21端引出正、负两条直流导 线，通过导线孔15引出腔体1外部。上述各实施例中，如图10所示，前端盖11的外形采用矩形薄板，在前端盖11的中 间位置处开设有一圆形的轴孔22，用于安装排气管轴4。上述各实施例中，如图11、图12所示，喷嘴14包括一体成型的一方形连接部23 和一圆柱状插入部对，连接部23和插入部M内均设置有一中间气道25，用于工质的流通。 其中，连接部23的中间气道25由内向外从矩形逐渐过渡为圆形；插入部对的中间气道25 采用矩形气道，该矩形气道的出口与转子盘组7的厚度相同，且方向与转子盘组7相切；插 入部M的端部与转子盘组7周缘对应呈圆弧形设置。在使用时，将插入部M插设在狭缝 槽13内，连接部23连接外界工质输气管。如图13、图14所示，综上所述，本发明在使用时，通过喷嘴14沿切向射入腔体1中 的转子盘组7。工质在转子盘16间沿螺旋状迹线流动，通过边界层内粘性力推动转子盘组7转动，最后达排气管轴4上的排气孔5，再沿排气管轴4排出腔体1。转子盘组7转动过程 中，止推环6限制转子盘组7的轴向位置，保持转子盘组7与腔体1的间隙。电枢盘8上的 导条19切割永磁定子9产生的磁力线，在导条19中产生电流，两电刷21与电枢盘8始终 摩擦接触，导出电流，并通过两电刷21端导线输出直流电。因此，本发明可以实现适用于多 相流、烟气等复杂工质的发电需求，集动能到转动机械能、转动机械能到电能的两步转换于 一体，并通过细致的结构设计，使本发明具有结构紧凑、部件简单等特点。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以 有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等 同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种边界层透平发电装置，其特征在于它包括一腔体，所述腔体内部中心位置开 设有一中间镗圆形腔，底部中心位置处开设有一圆形轴孔；所述中间镗圆形腔内通过所述 圆形轴孔安装一排气管轴，所述排气管轴的中间段沿周向开设有若干均勻分布的排气孔; 从所述腔体的底部，在所述排气管轴上依次套设有一止推环、一转子盘组、一电枢盘和一永 磁定子，所述止推环位于所述腔体底部与所述转子盘组之间；所述转子盘组的前端面固定 所述电枢盘，所述转子盘组与所述排气管轴间隙配合；所述永磁定子的底盘固设在一方形 前端盖上，所述前端盖的四角分别通过一紧固螺钉固设在所述腔体的顶部；所述腔体的一 侧壁上开设有一与其相连通的狭缝槽，所述狭缝槽内插设有一喷嘴；所述腔体的另一侧壁 上开设有一与其相连通的导线孔。
2.如权利要求1所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述转子盘组包括若 干转子盘，相邻两个所述转子盘之间沿周向布置有若干间隔垫将两所述转子盘粘结在一 起，组成所述转子盘组；各所述转子盘的中心位置处分别开设有一轴孔。
3.如权利要求2所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于各所述间隔垫的形状 采用流线型和圆形其中之一的形状。
4.如权利要求1所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述排气管轴采用圆 管形轴。
5.如权利要求1所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述电枢盘采用印制 绕组制成，其由在圆周上均勻分布的多层相互连接的导条形成圆环状绕组。
6.如权利要求1所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述永磁定子包括一 环形永磁体、两电刷和所述底盘，所述环形永磁体和两电刷均固定在所述底盘上。
7.如权利要求6所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述两电刷依靠弹簧 压在所述电枢盘上，所述电枢盘转动时所述两电刷始终与所述电枢盘接触，即带有所述电 枢盘的转子盘组既是透平转子，又是发电转子，形成透平发电一体化结构。
8.如权利要求1所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述前端盖的外形采 用矩形薄板，所述前端盖的中间位置处开设有一用于安装所述排气管轴的圆形轴孔。
9.如权利要求1所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述喷嘴包括一体成 型的一方形连接部和一圆柱状插入部，所述连接部和插入部内均设置有一用于工质流通的 中间气道，且所述插入部的端部与所述转子盘组周缘对应呈圆弧形设置。
10.如权利要求9所述的一种边界层透平发电装置，其特征在于所述连接部的中间气 道由内向外从矩形逐渐过渡为圆形；所述插入部的中间气道采用矩形气道。
全文摘要
本发明涉及一种边界层透平发电装置，它包括腔体，腔体中心位置开设有中间镗圆形腔，底部中心位置处开设有圆形轴孔；中间镗圆形腔内通过轴孔安装排气管轴，排气管轴的中间段开设有若干排气孔；从腔体底部，排气管轴上依次套设有止推环、转子盘组、电枢盘和永磁定子，止推环位于腔体底部与转子盘组之间；转子盘组的前端面固定电枢盘，转子盘组与排气管轴间隙配合；永磁定子的底盘固设在方形前端盖上，前端盖的四角分别通过紧固螺钉固设在腔体的顶部；腔体的一侧壁上开设有与其相连通的狭缝槽，狭缝槽内插设有喷嘴；腔体的另一侧壁上开设有与其相连通的导线孔。本发明的适用范围较广、结构简单。本发明可以广泛应用于各种多相流、烟气等复杂工质的发电需求应用中。
文档编号H02K1/17GK102080576SQ20101059169
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者史翊翔, 周滢垭, 李汶颖, 蔡宁生 申请人:清华大学