一种超高速特斯拉涡轮式煤油发电机制造技术

一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，包括高速发电机、特斯拉涡轮泵、高流速过滤器、导管组件以及引流煤油管接嘴。超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机引流火箭发动机高压高速煤油，作用在特斯拉涡轮泵转子叶片上，将流体作用于叶片的流体剪切力转化为供外输出的旋转机械能，驱动发电机进行发电，后经过整流单元整流后为电静压伺服系统提供电源，利用完的煤油经大流量过滤器过滤后，回到煤油发动机进行二次利用，实现对高压液体能量的开发循环利用和节能环保。本发明专利技术利用流体的粘性将流体的动能转化成涡轮的机械能，实现向电能的转化，但发电的同时，并不需要额外的能源消耗，仅仅利用火箭煤油发动机的工作介质即可实现发电。

A super high speed Tesla turbine type kerosene generator

【技术实现步骤摘要】
一种超高速特斯拉涡轮式煤油发电机
本专利技术涉及一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，具体涉及一种电静压伺服系统能源用的高转速大流量的特斯拉涡轮式发电机，能够将高速流体的剪切力转换成旋转机构的所需的机械能，并最终实现向电能的转换。
技术介绍
特斯拉涡轮泵是一种应用流体边界层效应，而非传统的是采用流体直接冲击涡轮叶片，流体受黏滞力影响，会在管壁或者其它物体边缘形成一层很薄的边界层，在边界层内，固定表面的流速为零，离表面越远速度越大。利用这个效应就可以让高速运动的液体带动一组圆盘转动。它的效率比普通的叶片涡轮机高得多。现有特斯拉涡轮泵应用蒸汽或燃气作为工作介质，多为能源消耗式利用方式。比如专利号CN109162811A的一种燃气轮机发电机及控制方法，其结构采用内置增压结构的压气机和燃料燃烧室，将产生燃气通过喷嘴装置对燃气进行增速，进而驱动特斯拉涡轮机旋转，且能源介质为消耗式且不可重复利用，结构较为复杂，可靠性影响因素多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提出一种超高转速大流量特斯拉涡轮泵式煤油发电机，能够利用流体的粘性将流体的剪切力转化成泵转子旋转的机械能，实现向电能的转化，但发电的同时，并不需要额外的能源消耗，仅仅利用火箭煤油发动机的工作介质即可实现发电，且可以循环使用。本专利技术采用的技术方案为：一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，包括高速发电机、特斯拉涡轮泵、大流量过滤器、导管组件以及引流煤油管接嘴；所述高速发电机底面具有平面安装支座圆柱体结构，其上安装有电连接器及用于监测发电机转速的转速传感器；高速发电机和大流量过滤器位于特斯拉涡轮泵的两侧，引流煤油管接嘴固定安装在特斯拉涡轮泵的壳体上，且通过导管组件与高速发电机的后端盖连接；从引流煤油管接嘴进入的高压煤油分为两路，一路通过导管组件进入高速发电机的后端盖，对后侧的轴承进行润滑散热，润滑散热后的煤油流入大流量过滤器；另一路直接进入特斯拉涡轮泵内部，驱动特斯拉涡轮泵旋转做功，进而驱动高速发电机同步旋转发电，通过电连接器输出；进入特斯拉涡轮泵的高压煤油最终流入大流量过滤器，大流量过滤器对进入其中的煤油进行过滤后，煤油返回火箭煤油发动机循环利用。进一步的，特斯拉涡轮泵的转子组件通过多个转子叶片叠放而成，相邻转子叶片之间加装调整垫片用于调整间距；在转子叶片的靠近边缘处、沿圆周均匀设置有轴向通孔，该轴向通孔中加装连接销钉，用于增强特斯拉涡轮转子叶片的强度。进一步的，特斯拉涡轮泵的转子叶片上还设置有第一出油孔和第二出油孔；用于驱使特斯拉涡轮旋转做功的煤油，在特斯拉涡轮泵做功后通过第一出油孔回流到大流量过滤器中，同时，做功后的煤油还通过第二出油孔喷出，对高速发电机的前侧轴承进行润滑散热。进一步的，从引流煤油管接嘴进入的高压煤油为火箭煤油发动机喷射出的高压煤油，其压力值范围为30MPa～35MPa。进一步的，导管组件包括导管和阻尼结构，阻尼结构设置在进入高速发电机的后端盖之前，将高压煤油转化为低压煤油后送入高速发电机后端盖内，对后侧的轴承进行润滑散热。进一步的，高速发电机采用实心转子结构以及无槽定子结构形式，定子绕组选择杯形形式，定子绕组在铁心内表面完成绕制后，进行整体式灌封成型。进一步的，高速发电机转子轴通过如下方式实现：(1)将左轴段、圆柱磁钢、右轴段利用胶粘剂在接触面处粘接一起，保留加工余量，粘接后将外圆磨削成要求尺寸；(2)将合金护套热装在上述整体外圆上，保证过盈量；(3)对合金护套与轴段连接处进行焊接处理，采用激光焊；(4)对轴段的轴承安装位置圆柱面进行精加工，确保同轴度和表面质量；(5)对磁钢充磁，形成转子轴整体。进一步的，所述大流量过滤器是一个金属圆柱体结构且通过螺纹与特斯拉涡轮泵的泵壳体连接，大流量过滤器、高速发电机和特斯拉涡轮泵位于同一轴向方向上，密封采用径向密封。进一步的，高速发电机的外壳内设置有流道，对后侧的轴承进行润滑散热后的煤油通过该流道最终流回大流量过滤器内，实现对高速发电机的散热。进一步的，特斯拉涡轮泵的转子组件叶片厚度30-40微米，叶片外径30-40mm，叶片数20-50片。进一步的，引流的火箭发动机高压高速煤油驱动特斯拉涡轮泵高速旋转，带动高速发电机同步转动，转速为60000～90000rpm，优选为70000rpm。进一步的，大流量过滤器的承受流量为150L/min，压力为5Mpa。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机本身不消耗能源直接采用引流火箭发动机高压高速煤油作为工作介质，将作用在转子叶片上的流体剪切力转化为供外输出的旋转机械能，驱动高速发电机同步旋转进行发电，不需要额外的增压装置，利用完的煤油经大流量过滤器过滤后，重新回到火箭煤油发动机进行二次利用，实现对现有高压液体能量的开发循环利用，本身不消耗能源。(2)特斯拉涡轮泵和高速发电机一体化设计高速发电机转子轴与特斯拉涡轮泵转子组件轴通过螺纹连接(旋转方向与螺纹拧紧方向相同)的形式连接；油路设计采用一个进油口和一个出油口，壳体之间的连接采用螺钉连接，其密封结构采用机械密封、端面密封以及径向密封，对外流体接口只有引流煤油入口和过滤器出口，密封结构可靠，整体结构紧凑。(3)特斯拉涡轮泵转子组件结构特斯拉涡轮泵转子叶片采用叠加形式，为了有效地控制叶片之间的间距，在叶片之间加装调整垫片用于调整间距。在叶片外缘处加装连接销钉，用于增加叶片的强度。叶片安装时，一侧利用轴肩定位，另一侧利用轴套定位，安装简单。(4)高速发电机实心转子结构考虑转子结构的工艺复杂性和高频带来的不良影响，为了实现实心磁钢的结构方案，选择为2极。转子结构中选用最为普遍的表贴式结构，永磁体贴于轴的表面，并由过盈配合的复合材料或合金护套保护。(5)轴承散热结构两侧轴承的散热通道分别由引流煤油管接嘴将引流的高压高速煤油一分为二，一路用于驱动特斯拉涡轮旋转做功，后对前侧轴承进行润滑散热；另一路由导管组件引流小股油液经阻尼结构转化为低压油液，用于对后侧轴承的润滑散热。(6)无槽定子结构定子结构形式可分为少槽型、多槽型和无槽型。针对电机高速旋转时，定子齿槽会增大转子中的涡流损耗，而转子散热又非常困难。该发电机结构采用无槽定子结构。定子绕组选择杯形形式，定子绕组在铁心内表面完成绕制后，进行整体式灌封成型，提升结构强度和绝缘等。(7)机械密封结构设计为满足超高速运转的要求，静环座材料为不锈钢1Cr8Ni9Ti，石墨环材料为M238H，静环座与石墨环通过环氧树脂及固化剂粘接成一体。动环材料为高温合金GH4141，摩擦面进行离子注入氮处理。附图说明图1特斯拉涡轮泵式煤油发电机系统工作原理图图2特斯拉涡轮泵式煤油发电机外形图图3为特斯拉涡轮泵式煤油发电机剖视图一；图4为特斯拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，其特征在于：包括高速发电机(1)、特斯拉涡轮泵(2)、大流量过滤器(3)、导管组件(4)以及引流煤油管接嘴(5)；/n所述高速发电机(1)底面具有平面安装支座圆柱体结构，其上安装有电连接器(18)及用于监测发电机转速的转速传感器(13)；高速发电机(1)和大流量过滤器(3)位于特斯拉涡轮泵(2)的两侧，引流煤油管接嘴(5)固定安装在特斯拉涡轮泵(2)的壳体上，且通过导管组件(4)与高速发电机(1)的后端盖连接；从引流煤油管接嘴(5)进入的高压煤油分为两路，一路通过导管组件(4)进入高速发电机(1)的后端盖，对后侧的轴承进行润滑散热，润滑散热后的煤油流入大流量过滤器(3)；/n另一路直接进入特斯拉涡轮泵(2)内部，驱动特斯拉涡轮泵(2)旋转做功，进而驱动高速发电机(1)同步旋转发电，通过电连接器(18)输出；进入特斯拉涡轮泵(2)的高压煤油最终流入大流量过滤器(3)，大流量过滤器(3)对进入其中的煤油进行过滤后，煤油返回火箭煤油发动机循环利用。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，其特征在于：包括高速发电机(1)、特斯拉涡轮泵(2)、大流量过滤器(3)、导管组件(4)以及引流煤油管接嘴(5)；
所述高速发电机(1)底面具有平面安装支座圆柱体结构，其上安装有电连接器(18)及用于监测发电机转速的转速传感器(13)；高速发电机(1)和大流量过滤器(3)位于特斯拉涡轮泵(2)的两侧，引流煤油管接嘴(5)固定安装在特斯拉涡轮泵(2)的壳体上，且通过导管组件(4)与高速发电机(1)的后端盖连接；从引流煤油管接嘴(5)进入的高压煤油分为两路，一路通过导管组件(4)进入高速发电机(1)的后端盖，对后侧的轴承进行润滑散热，润滑散热后的煤油流入大流量过滤器(3)；
另一路直接进入特斯拉涡轮泵(2)内部，驱动特斯拉涡轮泵(2)旋转做功，进而驱动高速发电机(1)同步旋转发电，通过电连接器(18)输出；进入特斯拉涡轮泵(2)的高压煤油最终流入大流量过滤器(3)，大流量过滤器(3)对进入其中的煤油进行过滤后，煤油返回火箭煤油发动机循环利用。


2.根据权利要求1所述的一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，其特征在于：特斯拉涡轮泵(2)的转子组件(23)通过多个转子叶片(233)叠放而成，相邻转子叶片(233)之间加装调整垫片(232)用于调整间距；
在转子叶片(233)的靠近边缘处、沿圆周均匀设置有轴向通孔，该轴向通孔中加装连接销钉(235)，用于增强特斯拉涡轮转子叶片(233)的强度。


3.根据权利要求2所述的一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，其特征在于：特斯拉涡轮泵(2)的转子叶片(233)上还设置有第一出油孔(236)和第二出油孔(237)；用于驱使特斯拉涡轮旋转做功的煤油，在特斯拉涡轮泵做功后通过第一出油孔(236)回流到大流量过滤器(3)中，同时，做功后的煤油还通过第二出油孔(237)喷出，对高速发电机(1)的前侧轴承进行润滑散热。


4.根据权利要求1所述的一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，其特征在于：从引流煤油管接嘴(5)进入的高压煤油为火箭煤油发动机喷射出的高压煤油，其压力值范围为30MPa～35MPa。


5.根据权利要求1所述的一种超高速特斯拉涡轮泵式煤油发电机，其特征在于：导管组件(4)包括导管和阻尼结构(41)，阻尼结构(41)设置在进入高速发电机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东宁，夏银亮，刘会祥，冯伟，朱熠，王鑫，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11