本发明专利技术公开了一种电机集成式特斯拉涡轮发电装置，采用涡轮外壳、特斯拉涡轮和叶轮发电机一体集成的结构，涡轮喷嘴将高压流体工质减压加速，内能转化为动能推动盘式叶轮转动。盘式叶轮与电机转子耦合，在流体工质带动下旋转，同时带动叶轮和电机转子相对于电机定子转动发电。涡轮喷嘴喷射的高速流体工质，在推动盘式叶轮做功的同时，也能进入电机定子与转子之间的间隙，实现对叶轮发电机的冷却。本发明专利技术具有结构紧凑、适用空间狭小、工质回收利用、响应速度快、扩大适用工质范围等技术效果。采用涡轮喷嘴可将更多内能转化为动能，降低损耗；利用变频器实现启动、运行和制动控制，减少工质消耗，防止涡轮飞车；广泛利用各类工质实现清洁环保发电。清洁环保发电。清洁环保发电。
【技术实现步骤摘要】
一种电机集成式特斯拉涡轮发电装置
[0001]本专利技术属于叶轮机械与发电相结合的高效发电
，涉及一种发电装置，具体涉及一种电机集成式特斯拉涡轮发电装置，可广泛应用于压缩空气储能、可再生能源利用、余热利用及超临界二氧化碳循环等领域。
技术介绍
[0002]特斯拉涡轮是一种无叶片涡轮，利用边界层效应依靠作用在旋转圆盘表面上的粘性应力来拖动转子旋转。特斯拉涡轮的转子由一系列同轴平行的刚性圆盘构成，这些圆盘被安装在中心轴上，盘与盘之间保持微小的间隙。工作流体在喷嘴或蜗壳中加速，然后几乎切向射入到转子圆盘中，流体沿着圆盘表面形成边界层并在盘间隙中沿着螺旋路径流动，最后通过轴附近的孔或槽从转子中排出，圆盘与流体之间的摩擦力使圆盘旋转并输出转矩和功率。特斯拉涡轮具有结构简单、制作成本低、运行平稳、工作效率高等特性。
[0003]特斯拉涡轮可以作为一种高效、低噪音和低振动的涡轮机，用于产生旋转动力。将特斯拉涡轮与发电机集成构成发电装置，可以实现更高效、更环保的发电方式。其优点是可以利用各种低成本、低污染的流体介质，如水、空气、蒸汽等，来实现清洁、可再生的发电。而且，特斯拉涡轮的无叶片结构，可以减少噪音、震动和维护成本。此外，特斯拉涡轮与发电机的集成应用还可以用于其他的发电场景，例如水力发电、热能发电等。通过集成特斯拉涡轮，可以提高发电效率，降低噪音和振动，同时减少对环境的影响。
[0004]以中国专利技术专利申请CN201911056687.X所公开的“一种超高速特斯拉涡轮式煤油发电机”为例，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的形式连接，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。该技术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。然而，该专利存在一些不足之处。首先，由于电机与特斯拉涡轮采用轴连接方式，集成度较低，体积较大。这可能会限制其在一些空间受限的应用中的使用。其次，电机冷却结构较为复杂，无法解决现有涡轮结构复杂、损耗高的问题。这可能导致电机在高速运转时产生过多的热量，影响其性能和寿命。
技术实现思路
[0005](一)专利技术目的
[0006]针对现有技术的上述缺陷和不足，为解决现有特斯拉涡轮发电地图中所存在的体积较大、集成度较低、电机冷却结构较为复杂以及涡轮结构复杂、损耗高等技术问题，本专利技术提出了一种电机集成式特斯拉涡轮发电装置，通过采用叶轮发电机与特斯拉涡轮的高度
集成结构，特斯拉涡轮内部工质可以为叶轮发电机提供冷却，进一步降低结构复杂程度，并且工质还能够回收一部分电机热量；并通过叶轮发电机与涡轮的高度集成结构，使得特斯拉涡轮本体转动惯量较低，能够根据负载需求快速启动或停机。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现该专利技术目的，解决其技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种电机集成式特斯拉涡轮发电装置，至少包括一涡轮外壳、一特斯拉涡轮和一叶轮发电机，其特征在于，
[0010]所述涡轮外壳整体呈薄壁圆柱筒状结构，其径向外边沿处设有一与其中空内腔连通并沿其切线延伸的涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴的进口通过管路与外部高压流体工质源连通，且所述涡轮喷嘴的型腔内壁形状构造为当高压流体工质通过该型腔时，其内能转化为动能而压力下降速度提升；
[0011]所述特斯拉涡轮整体设置在所述涡轮外壳内，至少包括一叶轮驱动转轴和一盘式叶轮，其中，
[0012]所述叶轮驱动转轴的两端通过支撑件密封且可转动地设置在所述涡轮外壳的前后两端壁的中心处，
[0013]所述盘式叶轮包括多个平行布置并以等距离散间隔分布的方式固定设置在所述叶轮驱动转轴上的刚性圆盘叶片，每一所述刚性圆盘叶片在径向上延伸至接近所述涡轮外壳的圆柱内壁的位置，且每一所述刚性圆盘叶片的径向内边缘附近沿周向设有若干工质通流孔，相邻各所述刚性圆盘叶片上的工质通流孔在周向位置上一一对应，所述涡轮外壳的轴向两端壁上设有与各所述工质通流孔在径向及周向位置上对应的工质排出口，并且相邻两所述刚性圆盘叶片之间的轴向间隙设置为使得流体工质沿圆盘叶片表面形成边界层并在该轴向间隙中沿着螺旋路径流动，继而使得所述盘式叶轮通过边界层粘性在流体工质带动下旋转；
[0014]所述叶轮发电机，至少包括整体均呈盘状结构的电机转子和电机定子，其中，所述电机转子包括一环形永磁体或多个扇形永磁体，所述环形永磁体或多个扇形永磁体以固定连接的方式设置在所述盘式叶轮中在轴向上位于最外侧的一刚性圆盘叶片的外端面上，且处于装配状态时，所述电机转子以与所述涡轮外壳的内壁及各临近部件无运动干涉的方式随所述盘式叶轮在所述涡轮外壳内转动；所述电机定子包括铁芯和线圈，所述铁芯和线圈固定设置在所述涡轮外壳的轴向端壁上或附近位置，且处于装配状态时，所述电机定子与电机转子在空间上紧邻布置并具有轴向间隙，二者之间的轴向间隙形成为气隙磁场。
[0015]本专利技术的电机集成式特斯拉涡轮发电装置中，所述涡轮喷嘴用于将高压流体工质进行减压加速并将其内能转化为动能喷射到盘式叶轮，所述盘式叶轮与所述电机转子固定在一起形成为一体结构，所述盘式叶轮通过边界层粘性在流体工质带动下旋转，带动所述电机转子相对于所述电机定子转动以实现发电，所述涡轮喷嘴喷射的高速流体工质在推动所述盘式叶轮做功的同时，也能进入所述电机定子与电机转子之间的间隙，实现对所述叶轮发电机的冷却。
[0016]优选地，所述涡轮喷嘴与外部高压流体工质源之间的连通管路上设有驱动工质流动的流体泵。
[0017]优选地，所述涡轮喷嘴的型腔内壁形状构造为渐缩式或缩放式。
[0018]优选地，所述盘式叶轮中各刚性圆盘叶片的表面粗糙度根据流体工质的粘性进行设定并加工制造。
[0019]优选地，所述盘式叶轮中各刚性圆盘叶片上的工质通流孔，其形状为扇形、圆形或矩形。
[0020]优选地，所述叶轮驱动转轴两端的支撑件为滚动轴承或电磁轴承。
[0021]优选地，所述电机转子的环形永磁体或多个扇形永磁体以过盈配合或胶粘方式固定设置在所述盘式叶轮中在轴向上位于最外侧的一刚性圆盘叶片的外端面上。
[0022]优选地，所述电机定子的铁芯和线圈固定设置在所述涡轮外壳的轴向端壁的内表面或外表面上。
[0023]优选地，所述电机定子的铁芯和线圈固定设置在位于所述涡轮外壳内的一固定支架上。
[0024]优选地，所述电机转子和电机定子的数量均为两个，所述涡轮外壳的轴向两端壁上分别设有一电机定子，所述盘式叶轮中在轴向上位于最外侧的两个刚性圆盘叶片上分别设有一电机转子。
[0025]优选地，所述叶轮发电机通过一变本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电机集成式特斯拉涡轮发电装置，至少包括一涡轮外壳、一特斯拉涡轮和一叶轮发电机，其特征在于，所述涡轮外壳整体呈薄壁圆柱筒状结构，其径向外边沿处设有一与其中空内腔连通并沿其切线延伸的涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴的进口通过管路与外部高压流体工质源连通，且所述涡轮喷嘴的型腔内壁形状构造为当高压流体工质通过该型腔时，其内能转化为动能而压力下降速度提升；所述特斯拉涡轮整体设置在所述涡轮外壳内，至少包括一叶轮驱动转轴和一盘式叶轮，其中，所述叶轮驱动转轴的两端通过支撑件密封且可转动地设置在所述涡轮外壳的前后两端壁的中心处，所述盘式叶轮包括多个平行布置并以等距离散间隔分布的方式固定设置在所述叶轮驱动转轴上的刚性圆盘叶片，每一所述刚性圆盘叶片在径向上延伸至接近所述涡轮外壳的圆柱内壁的位置，且每一所述刚性圆盘叶片的径向内边缘附近沿周向设有若干工质通流孔，相邻各所述刚性圆盘叶片上的工质通流孔在周向位置上一一对应，所述涡轮外壳的轴向两端壁上设有与各所述工质通流孔在径向及周向位置上对应的工质排出口，并且相邻两所述刚性圆盘叶片之间的轴向间隙设置为使得流体工质沿圆盘叶片表面形成边界层并在该轴向间隙中沿着螺旋路径流动，继而使得所述盘式叶轮通过边界层粘性在流体工质带动下旋转；所述叶轮发电机，至少包括整体均呈盘状结构的电机转子和电机定子，其中，所述电机转子包括一环形永磁体或多个扇形永磁体，所述环形永磁体或多个扇形永磁体以固定连接的方式设置在所述盘式叶轮中在轴向上位于最外侧的一刚性圆盘叶片的外端面上，且处于装配状态时，所述电机转子以与所述涡轮外壳的内壁及各临近部件无运动干涉的方式随所述盘式叶轮在所述涡轮外壳内转动；所述电机定子包括铁芯和线圈，所述铁芯和线圈固定设置在所述涡轮外壳的轴向端壁上或附近位置，且处于装配状态时，所述电机定子与电机转子在空间上紧邻布置并具有轴向间隙，二者之间的轴向间隙形成为气隙磁场。2.根据权利要求1所述的电机集成式特斯拉涡轮发电装置，其特征在于，所述涡轮喷嘴与外部高压流体...
【专利技术属性】
技术研发人员：王星，陈海生，李文，朱阳历，徐玉杰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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