專利名稱：一種流體渦輪發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及流體和熱力機械，尤其是涉及一種可輸入多種能源的混合動力機械。
背景技術：
各種發動機是人類社會文明的產物，它已成為當今社會發展不可缺少的機械。因此，人們開發了利用各種能源的發動機，各種結構的發動機主要是利用各種能源的熱力膨脹能、動能、勢能、壓力能等，當然，也有利用電磁能量的電動機。這些發動機從其利用的能源類別大概可分為以下兩類一類是利用化石能源的發動機，包括大家熟知的各種內燃機、 汽輪機、噴氣渦輪機等，這些都屬于熱機，是建立在熱力學基礎之上的，都是以消耗化石能源為主的發動機。第一類發動機運行穩定、環境適應性好、可移動性好、可調節性好、體積相對較小。盡管人們已經開發出了各種節能環保的熱機，但這一類熱機仍然對環境存在一定破壞性，特別是化石能源會走向枯竭，對人類未來的生產和生活會構成極大的威脅。第二類是利用可再生能源的發動機，包括大家熟知的各種風力渦輪機、水流渦輪機等，我們可稱其為冷機，都是以消耗可再生能源為主的發動機。盡管第二類發動機對環境的影響較小，所消耗的能源可再生，但由于其所利用的能源大都存在波動性、隨機性和稀薄性，使得輸出穩定性差、利用率低、體積相對龐大、一次性投資大、利用成本高，只能安裝在存在某種可再生能源的地方等缺點。從以上兩類發動機所利用的能源品種來分析，我們可以發現，無論那種發動機都是一個品種的能源對應一種結構的發動機，而且都是獨立運行的。按所使用的能源品位，現有發動機可分為三類一類是利用高溫高壓能流的高品位能源發動機，例如燃油、燃氣發動機，噴氣渦輪發動機、汽輪機等，這些發動機既可利用化石能源，也可以利用部分可再生能源，如生物質能。二類是利用中溫中壓能流的中品位能源發動機，例如膨脹動力機、水輪機、液壓馬達、氣動馬達等。三類是利用低溫低壓能流的低品位能源發動機，例如風力渦輪機、熱能風力渦輪機、海流渦輪機等。上述發動機是一個品位的能源對應一類發動機。另外，在利用低品位能源發動機機中，由于機械的靜摩擦力、 慣性阻力、流體阻力的存在，使得當能流的密度較小時發動機難以啟動，即低品位能流的能量不能得到有效利用。為此人們采取了多種方式解決上述問題，(1)利用磁懸浮軸承技術來消除摩擦阻力，有效地降低了啟動所需的能流強度，提高了渦輪機的輸出能力。但磁懸浮軸承無法消除發動機啟動時的慣性阻力和流體阻力，因此所能降低的啟動能流強度是有限的。(2)改進發電機結構，如將發電機的槽型由直槽型改成斜槽型，但效果不十分明顯。 (3)電動機拖動模式，例如中國專利申請號為201020044819. 5公開的一種用于低風速的持續運轉風力發電機，主發電機與電動機同軸，低風速時，電動機帶動主發電機啟動并運行至額定轉速，當風速大時，風輪帶動主發電機發電，同時電動機也運行于發電狀態。又如中國專利申請號為201010270584. 6公開的一種實現永磁風力發電機組低風速起動的方法， 發電機組在低風速條件下首先使全功率變流器處于拖動工作模式，從電網吸收電能，使發電機運轉直至達到切入轉速，之后全功率變流器才轉換為發電運行模式。但這種方式都是利用電網的電能，不能利用其他形式的能源。
發明內容
本發明要解決的技術問題一是渦輪發動機可有效利用低品位能流的能量。二是渦輪發動機起動和運行時，能同時利用多種能源，包括化石能源和多種可再生能源，同時適應高品位能源和低品位能源，達到互補輸入、穩定輸出的目的。為了實現上述目的，本發明提供了以下技術方案
一種流體渦輪發動機，包括葉輪、主傳動軸，葉輪與主傳動軸相互耦聯，其特征在于，所述葉輪與主傳動軸相互耦聯是葉輪通過外轉子動力機與主傳動軸相互耦聯，更進一步的是葉輪先通過固定在外轉子動力機的外轉子上的外轉子殼體與外轉子流體動力機的輸出動軸相耦聯，輸出動軸再與主傳動軸相耦聯，所述葉輪為升力形葉輪，葉輪由至少一支葉片構成，葉片為空心葉片，空心葉片尾緣處開有噴流孔隙，還可以在空心葉片的正壓力面和升力面上靠近尾緣部順沿流體流向開有噴流孔隙，空心葉片內腔與外轉子流體動力機的外轉子殼體內腔相連通，低品位能流驅動葉輪，中、高品位能流驅動外轉子流體動力機。外轉子流體動力機運轉時的轉速高于或等于葉輪的轉速。外轉子流體動力機可以是消耗各種化石能源的外轉子發動機，也可以是消耗由可再生能源形成的熱力能、壓縮空氣能的外轉子發動機。在來流流速較小，不足以啟動葉輪及工作機械系統時，啟動外轉子流體動力機，以克服葉輪及工作機械系統的靜摩擦阻力、慣性阻力和流體阻力，帶動葉輪旋轉，與此同時，來流流速與葉輪旋轉的線速度形成的合成相對速度對葉片產生升力，驅動葉輪旋轉，此時流體渦輪發動機及工作機械系統進入滾動摩擦和慣性旋轉狀態，由于材料之間的靜摩擦阻力是滾動摩擦阻力的幾十倍以上，所以此時來流即便仍在低速能流狀態下，在外轉子流體動力機將葉輪及工作機械系統帶入旋轉狀態后，即便是關閉外轉子流體動力機的輸入能流，來流的動能也能驅動葉輪及工作機械系統旋轉，使流體渦輪發動機輸出能量。在流體渦輪發動機及工作機械系統啟動后，外轉子流體動力機如果繼續增加輸入能流，還會增加葉輪的旋轉速度，從而提高葉片各點的線速度，由速度三角形可知，此時可提高對葉片的升力，外轉子流體動力機和來流的共同驅動使葉輪及工作機械系統進入額定工作狀態。此技術方案中的葉輪是升力形葉輪，升力形葉輪相對于外轉子流體動力機而言同向旋轉，不僅具有儲能飛輪的作用，而且在相對來流的作用下會產生升力扭矩。外轉子流體動力機可以是一臺， 也可以是多臺，所述工作機械可以是發電機，也可以是泵類機械、氣體壓縮類機械等。所稱流體是指具有一定壓力、流速、熱力的氣體或液體或兩相流體。所稱耦聯可以是剛體與剛體的直接連接，也可以是剛體通過離合器、聯軸器、齒輪箱、耦合器、外轉子動力機的外轉子等相連接。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，所述葉輪為水平軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片構成，空心葉片的葉根部通透，在靠近空心葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣處開設有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子環形渦輪、靜止導流器，外轉子環形渦輪和靜止導流器同心套裝，所述外轉子環形渦輪為兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有葉片的環形閉式渦輪，所述靜止導流器是兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有導流葉片的環形體，所述輸出動軸與主傳動軸相耦聯，是輸出動軸與空心定軸同軸線安裝，空心定軸為一端封閉另一端設有進流口的空心軸，空心定軸的管壁上設有導流孔，空心定軸的進流口與外部的進流管道相連通，能流通過進流管道輸入，靜止導流器安裝在空心定軸上，空心定軸上的導流孔與靜止導流器的導流葉片間的流道相對應，外轉子環形渦輪套裝在靜止導流器外圓上，外轉子環形渦輪的一側壁還通過外轉子殼體與輸出動軸相連接，能流經空心定軸的導流孔、靜止導流器流道進入外轉子環形渦輪作功，外轉子環形渦輪通過輸出動軸輸出動力，所述外轉子流體動力機的外轉子殼體是一內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子流體動力機的靜止導流器和外轉子環形渦輪的外部，外轉子殼體的兩側端蓋與外轉子環形渦輪的兩側壁分別固定在一起，外轉子殼體與靜止導流器兩側壁外表面保留有間隙，外轉子殼體的兩側端蓋的內徑處通過軸承安裝在空心定軸上，所述排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔與空心葉片根部相連通。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，所述葉輪為水平軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片構成，空心葉片的葉根部通透，在靠近空心葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣處開設有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子動渦輪、靜止渦輪，外轉子動渦輪由動渦盤和裝在動渦盤上的動渦葉構成，靜止渦輪由靜渦盤和裝在靜渦盤上的靜渦葉構成，外轉子動渦輪的動渦葉與靜止渦輪的靜渦葉相向嵌入安裝，外轉子動渦盤外側與輸出動軸相連接，輸出動軸還與主傳動軸相連接，靜渦盤中心安裝有一空心定軸，進流管經空心定軸與靜渦葉和動渦葉所形成的核心工作腔相連通，所述外轉子殼體為內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子動渦輪和靜止渦輪的外部，外轉子殼體的一側端蓋與動渦盤的外側壁固定在一起，外轉子殼體的另一側端蓋與靜渦盤的外側壁外表面保留有間隙，所述外轉子殼體外環面上的排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔與空心葉片根部相連通。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，所述葉輪為垂直軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片和至少兩支空心橫桿構成，空心橫桿與空心葉片相連通，在空心葉片尾緣處開有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子環形渦輪、靜止導流器，外轉子環形渦輪和靜止導流器同心套裝，所述外轉子環形渦輪為兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有葉片的環形閉式渦輪，所述靜止導流器是兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有導流葉片的環形體，所述輸出動軸與主傳動軸相耦聯，是輸出動軸與空心定軸同軸線安裝，空心定軸為一端封閉另一端設有進流口的空心軸，空心定軸的管壁上設有導流孔，空心定軸的進流口與外部的進流管道相連通，能流通過進流管道輸入，靜止導流器安裝在空心定軸上，空心定軸上的導流孔與靜止導流器的導流葉片間的流道相對應，外轉子環形渦輪套裝在靜止導流器外圓上，外轉子環形渦輪的一側壁還通過外轉子殼體與輸出動軸相連接，能流經空心定軸的導流孔、靜止導流器流道進入外轉子環形渦輪作功，外轉子環形渦輪通過輸出動軸輸出動力，外轉子流體動力機立式安裝在垂直的主傳動軸上，所述外轉子流體動力機的外轉子殼體是一內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子流體動力機的靜止導流器和外轉子環形渦輪的外部，外轉子殼體的兩側端蓋與外轉子環形渦輪的兩側壁分別固定在一起，外轉子殼體與靜止導流器兩側壁外表面保留有間隙，外轉子殼體的兩側端蓋的內徑處通過軸承安裝在空心定軸上，所述排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔與空心橫桿的一端相連通。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，所述葉輪為垂直軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片和至少兩支空心橫桿構成，空心橫桿與空心葉片相連通，在空心葉片的尾緣處開有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子動渦輪、靜止渦輪，外轉子動渦輪由動渦盤和裝在動渦盤上的動渦葉構成，靜止渦輪由靜渦盤和裝在靜渦盤上的靜渦葉構成，外轉子動渦輪的動渦葉與靜止渦輪的靜渦葉相向嵌入安裝，動渦盤外側與輸出動軸相連接，輸出動軸與主傳動軸相耦聯，靜渦盤中心安裝有一空心定軸，進流管經空心定軸與靜渦葉和動渦葉所形成的核心工作腔相連通，所述外轉子殼體為內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子動渦輪和靜止渦輪的外部，外轉子殼體的一側端蓋與動渦盤的外側壁固定在一起，外轉子殼體的另一側端蓋與靜渦盤的外側壁外表面保留有間隙，所述排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，外轉子流體動力機立式安裝在垂直的主傳動軸上，排流通孔與空心橫桿的一端相連通。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，在所述葉輪的外緣周圍套有聚流擴壓噴筒，聚流擴壓噴筒是一直徑先逐漸縮小再逐漸擴大的筒體，葉輪位于其狹頸部位內，聚流擴壓噴筒對流體具有聚流加速和擴壓輸出的作用，可提高流體能的利用系數。上述的一種流體渦輪發動機，改進的技術方案是，在所述聚流擴壓噴筒內徑向、葉輪的前面進流處設置有靜葉柵，靜葉柵由靜葉片沿徑向輻射組成。靜葉柵具有對來流導流、 加速、將熱能轉化為動能的作用，優先推薦流經靜葉輪的流體為風能、水流能、中溫中壓以下的熱空氣能等；所述靜葉柵還可以是由若干支葉根封閉的空心葉片沿徑向輻射組成，在靜葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣部開設有噴流孔隙，葉尖處與設置其外圍的通流管道相連通，優先推薦流經靜葉片空心內腔和噴流孔隙的流體為中壓熱空氣、中壓以下液體等，噴流流經葉輪的葉尖部可有效推動葉輪旋轉，提高能源利用率；流經靜葉片噴流孔隙的流體還可有效防止來流分離。上述的一種流體渦輪發動機，可以在所述聚流擴壓噴筒內的工作機械外部，沿徑向輻射設有主機支撐體，主機支撐體橫截面為空心流線體，在主機支撐體外端的三分之一部分的流線形支撐體的尾緣部開設有噴流孔隙，主機支撐體外端處與設置其外圍的通流管道相連通，能流輸入通流管道，經噴流孔隙噴射出的流體可增加流經葉輪的動力。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，在所述聚流擴壓噴筒內的工作機械外部，沿徑向輻射設有主機支撐體，主機支撐體橫截面為空心流線體，輻射的主機支撐體上裝有環形噴流環，噴流環的橫截面為空心流線形，在流線形噴流環尾緣處沿來流去向開有噴流孔隙，空心噴流環與空心支撐體相連通，經噴流孔隙噴射出的流體可增加流經葉輪的動力。上述的一種流體渦輪發動機，可供選擇的技術方案是，在所述聚流擴壓噴筒內壁表面、葉輪的側面設有噴流環，噴流環外部與通流管道相連通，噴流環內側沿來流去向開設有噴流孔隙，能流輸入通流管道內，經噴流孔隙噴射出的流體可增加流經葉輪的動力。上述一種流體渦輪發動機的各種技術方案，可根據工作環境和條件的需要配置磁懸浮軸承、支撐結構、偏航機構、變槳機構、剎車機構和控制系統等。
對上述一種流體渦輪發動機的各種技術方案的各要素進行再組合，還可以衍生出更多的新的技術方案，以適用不同的環境和條件。有益效果與現有技術相比，本發明的各種技術方案可實現高品位能源、中品位能源和低品位能源同步互補利用，同步驅動工作機械運轉并可達到輸出穩定的目的；在低速能流狀態下，葉輪不足以啟動渦輪發動機及工作機械系統時，通過外轉子流體動力機的拖動克服靜摩擦阻力、慣性阻力和流體阻力，可提高對低品位能源的利用率，擴大能量輸出。 當本發明的流體渦輪發動機用于發電時，通過調節外轉子流體動力機的輸入大小與來流大小相匹配，可方便地實現恒速/恒頻發電或變速/恒頻發電。
圖1是一種流體渦輪發動機的結構示意圖。圖2是另一種流體渦輪發動機的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步描述
如圖1所示的一種流體渦輪發動機，包括葉輪10、主傳動軸11a，葉輪10通過外轉子流體動力機60的輸出動軸11與主傳動軸Ila相耦聯，主傳動軸Ila與發電機50相耦聯， 葉輪10為升力形葉輪，葉輪10由空心葉片10a、10b構成、空心葉片10a、10b根部通透，在靠近空心葉片IOa和空心葉片IOb的葉尖三分之一部分的葉片尾緣處分別開有噴流孔隙 10c、10d，兩支空心葉片10a、10b的根部分別與外轉子流體動力機60的外轉子殼體20上的排流通孔21、22相耦聯，所述外轉子流體動力機60包括輸出動軸11、空心定軸12、外轉子殼體20、外轉子動渦輪30、靜止渦輪40，外轉子動渦輪30由動渦盤31和裝在動渦盤31上的動渦葉32構成，靜止渦輪40由靜渦盤41和裝在靜渦盤41上的靜渦葉42構成，外轉子動渦輪30的動渦葉32與靜止渦輪40的靜渦葉42相向嵌入安裝，動渦盤31外側與輸出動軸11相連接，輸出動軸11還與主傳動軸Ila相連接，靜渦盤41中心安裝有一空心定軸12， 進流管經空心定軸12與靜渦葉42和動渦葉32所形成的核心工作腔相連通，所述外轉子殼體20為內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有兩個排流通孔21、22，外轉子殼體20的兩側23J4作為端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體20套裝在動渦輪30 和靜渦輪40的外部，外轉子殼體20的一側端蓋M與動渦盤31的外側壁固定在一起，外轉子殼體20的另一側端蓋23與靜渦盤41的外側壁外表面保留有間隙，端蓋23的內徑處通過軸承25與空心定軸12相耦聯，所述外轉子殼體20外環面上的排流通孔21、22作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔21、22分別與空心葉片10a、10b的根部相連通。當無來流或來流流速Vl較小，不足以啟動葉輪10、外轉子動力機60及發電機50 時，向空心定軸12輸入能流V2，V2在驅動外轉子動力機60的外轉子動渦輪30和葉輪10 旋轉的同時，其余熱余壓流體經外轉子殼體20外環面上的排流通孔21、22分別流入空心葉片10a、10b內腔，在被離心力加速后，再分別經噴流孔隙10c、10b噴射排出，進一步推進空心葉片10a、IOb旋轉，與此同時，如有來流，來流流速還與葉輪旋轉的線速度形成的合成相對速度對空心葉片10a、10b產生升力扭矩驅動葉輪10旋轉，以克服葉輪10及發電機50的靜摩擦阻力、慣性阻力和流體阻力，此時流體渦輪發動機及發電機50進入滾動摩擦和慣性
9旋轉狀態，由于材料之間的靜摩擦阻力是滾動摩擦阻力的幾十倍以上，所以此時來流Vl即便仍在低速能流狀態下，關閉輸入外轉子流體動力機60的能流V2，低速能流Vl的動能也能驅動葉輪10及發電機50旋轉，流體渦輪發動機驅動發電機50輸出電能。當流體渦輪發動機及發電機啟動后，還沒有達到額定工作狀態時，通過調大輸入外轉子流體動力機60內的能流V2，繼續增加旋轉動力，增加葉輪的旋轉速度，從而提高葉片各點的線速度，由速度三角形可知，此時可提高對空心葉片10a、10b的升力，外轉子流體動力機60和來流Vl的共同驅動使葉輪10及發電機50進入額定工作狀態。當來流Vl較大時，可調小或關閉V2輸入， 保證輸出功率穩定。當來流Vl過大時，可通過調槳機構70a、70b調整空心葉片10a、10b的攻角大小，控制輸出功率穩定。當系統要停止運轉時，關閉V2輸入、控制調槳機構70a、70b 使空心葉片10a、10b的葉面正對來流VI，形成阻尼作用，同時啟動機械剎車系統剎車。由于此技術方案中的葉輪是升力形葉輪，升力形葉輪10相對于外轉子流體動力機60而言同向旋轉，不僅具有儲能飛輪的作用，而且在相對來流的作用下會產生升力扭矩。
圖2所示的是另一種流體渦輪發動機，外轉子流體動力機60的外轉子輸出動力軸 11與發電機50的輸入主軸Ila相連，葉輪10為水平軸升力形葉輪，葉輪由空心葉片10a、 IOb構成，空心葉片10a、IOb根部通透，在靠近空心葉片IOa和空心葉片IOb的葉尖三分之一部分的葉片尾緣處分別開有噴流孔隙10c、10d，葉輪10安裝在外轉子流體動力機60的外轉子殼體20上，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸11、空心定軸12、外轉子殼體20、 外轉子環形渦輪30、靜止導流器40，外轉子環形渦輪30和靜止導流器40同心套裝，所述外轉子環形渦輪30為兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有葉片的環形閉式渦輪，所述靜止導流器40是兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有導流葉片的環形體，輸出動軸11與主傳動軸Ila 相耦聯，輸出動軸11與空心定軸12同軸線安裝，空心定軸12的外圓周開有若干導流孔，空心定軸12 —端封閉，另一端裝有控制電機58，內部裝有筒形閥芯55，筒形閥芯55的外圓周開有與空心定軸12上的導流孔相對應若干導流孔，控制電機58通過傳動軸57與筒形閥芯陽相連接，靜止導流器40安裝在空心定軸12上，空心定軸12上的導流孔與靜止導流器40 的導流葉片間的流道相對應，外轉子環形渦輪30套裝在靜止導流器40外圓上，外轉子環形渦輪30的一側壁還通過外轉子殼體20與輸出動軸11相連接，能流經空心定軸12的導流孔、靜止導流器40流道進入外轉子環形渦輪30作功，外轉子環形渦輪30通過輸出動軸11 輸出動力，所述外轉子流體動力機的外轉子殼體20是一內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有兩個排流通孔21、22，兩側帶有端蓋23、24，內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體20套裝在外轉子流體動力機的靜止導流器40和外轉子環形渦輪30的外部，外轉子殼體20的兩側端蓋23、24與外轉子環形渦輪30的兩側壁分別固定在一起，外轉子殼體20的兩側端蓋23J4與靜止導流器40兩側壁外表面保留有間隙，外轉子殼體20的兩側端蓋的內徑處通過軸承13、14、15安裝在空心定軸12上，所述排流通孔21、22作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔21、22分別與空心葉片10a、10b根部相連通。在所述葉輪10的外緣周圍套有聚流擴壓噴筒80，聚流擴壓噴筒80是一直徑先逐漸縮小再逐漸擴大的筒體，葉輪10位于其狹頸部位內，在所述聚流擴壓噴筒80內沿徑向、葉輪 10的前面進流處設置有靜葉柵70，靜葉柵70由空心靜葉片沿徑向輻射組成，在空心靜葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣部開設有噴流孔隙71，葉尖處與設置其外圍的通流管道 72相連通，空心定軸12上對應靜葉柵70的空心靜葉片的內端還開有另一排進流口，另一排進流口與空心靜葉片的內端相連通。在所述聚流擴壓噴筒80內的發電機50外部，沿徑向輻射設有主機支撐體85，主機支撐體85橫截面為流線體，在所述聚流擴壓噴筒80內與空心定軸12之間沿徑向輻射設有空心流線形支撐體83，空心定軸12上還對應于流線形空心支撐體83內端開有通孔，通孔與流線形空心支撐體83的內端相連通，流線形空心支撐體 83的外端與設置在聚流擴壓噴筒80外圍的通流管道84相連通；開有若干出流口通孔的空心定軸12又作為閥體，其內插裝有桶形閥芯55，桶形閥芯55沿圓周對應空心定軸12上的導流孔也設有通孔，桶形閥芯55的另一端的桶底與控制電機58的傳動軸57相連接，控制電機58的定子固定在空心定軸12的外端面上，在控制電機58的控制下桶形閥芯55可在空心定軸12內轉動，實現開啟、調節或關閉輸入能流的功能；在輸入外轉子流體動力機60 的能量轉換做功、驅動葉輪10旋轉的同時，其能流的余熱或余壓或剩余動能流入空心葉片 IOaUOb內腔，并分別在空心葉片10a、10b內被離心加速形成V3，V3通過噴流孔隙10c、10d 噴出，進一步推動葉輪10旋轉。在外轉子流體動力機60及靜葉柵70外圍裝有前機艙整流罩90，在發電機50外圍裝有后機艙整流罩91。當來流V 1速度較小，流經聚流擴壓噴筒 80的前段，來流被聚流加速后流入葉輪10，由于靜摩擦阻力、慣性阻力和流體阻力的作用， 葉輪10和發電機50仍不能被啟動時，通過通流管道72、84輸入能流，啟動外轉子流體動力機60，或通過靜葉柵70的尾部噴流孔隙71向葉輪10噴射高壓流體V 2，可驅動流體渦輪發動機及發電機進入滾動摩擦旋轉狀態，又由于滾動摩擦系數只是靜摩擦系數的幾十分之一，此時即便是關閉輸入能流，葉輪10也可以驅動發電機50運轉在低速狀態，從而提高能流的利用系數。在流體渦輪發動機及發電機還沒有運轉到額定狀態時，通過控制電機58調大輸入外轉子流體動力機60的能流強度，或通過調大噴流孔隙71噴出的流體V 2的強度， 可驅動流體渦輪發動機及發電機50提速直至進入額定工作狀態。當來流V 1中含有比外部高的熱量時，來流V 1流經靜葉柵70，由于各靜葉片之間的流道是漸縮噴管形，此時V 1 中的部分熱能會被轉換成流體的動能釋放出來，從而提高流體渦輪發動機的輸出能力。
盡管已經結合上述優選實施方式描述了本發明的裝置和用途，但是本發明不限于本文所述的具體實施形式，相反，其目的在于覆蓋理所當然會落入所述權利要求書限定的本發明的思路和范圍內的各種替代方式、改型、各種特征要素的再組合而衍生的新組合和等同體。
權利要求
1.一種流體渦輪發動機，包括葉輪、主傳動軸，葉輪與主傳動軸相互耦聯，其特征在于， 所述葉輪與主傳動軸相互耦聯是葉輪通過外轉子動力機與主傳動軸相互耦聯，更進一步的是葉輪先通過固定在外轉子動力機的外轉子殼體與外轉子流體動力機的輸出動軸相耦聯， 輸出動軸再與主傳動軸相耦聯，所述葉輪為升力形葉輪，葉輪由至少一支葉片構成，葉片為空心葉片，空心葉片尾緣處開有噴流孔隙，空心葉片內腔與外轉子流體動力機的外轉子殼體內腔相連通，低品位能流驅動葉輪，中、高品位能流驅動外轉子流體動力機。
2.根據權利要求1所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，所述葉輪為水平軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片構成，空心葉片的葉根部通透，在靠近空心葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣處開設有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子環形渦輪、靜止導流器，外轉子環形渦輪和靜止導流器同心套裝， 所述外轉子環形渦輪為兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有葉片的環形閉式渦輪，所述靜止導流器是兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有導流葉片的環形體，所述輸出動軸與主傳動軸相耦聯，是輸出動軸與空心定軸同軸線安裝，空心定軸為一端封閉另一端設有進流口的空心軸，空心定軸的管壁上設有導流孔，空心定軸的進流口與外部的進流管道相連通，能流通過進流管道輸入，靜止導流器安裝在空心定軸上，空心定軸上的導流孔與靜止導流器的導流葉片間的流道相對應，外轉子環形渦輪套裝在靜止導流器外圓上，外轉子環形渦輪的一側壁還通過外轉子殼體與輸出動軸相連接，能流經空心定軸的導流孔、靜止導流器流道進入外轉子環形渦輪作功，外轉子環形渦輪通過輸出動軸輸出動力，所述外轉子流體動力機的外轉子殼體是一內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、 兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子流體動力機的靜止導流器和外轉子環形渦輪的外部，外轉子殼體的兩側端蓋與外轉子環形渦輪的兩側壁分別固定在一起，外轉子殼體與靜止導流器兩側壁外表面保留有間隙，外轉子殼體的兩側端蓋的內徑處通過軸承安裝在空心定軸上，所述排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔與空心葉片根部相連通。
3.根據權利要求1所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，所述葉輪為水平軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片構成，空心葉片的葉根部通透，在靠近空心葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣處開設有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子動渦輪、靜止渦輪，外轉子動渦輪由動渦盤和裝在動渦盤上的動渦葉構成，靜止渦輪由靜渦盤和裝在靜渦盤上的靜渦葉構成，外轉子動渦輪的動渦葉與靜止渦輪的靜渦葉相向嵌入安裝，外轉子動渦盤外側與輸出動軸相連接，輸出動軸還與主傳動軸相連接，靜渦盤中心安裝有一空心定軸，進流管經空心定軸與靜渦葉和動渦葉所形成的核心工作腔相連通，所述外轉子殼體為內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子動渦輪和靜止渦輪的外部，外轉子殼體的一側端蓋與動渦盤的外側壁固定在一起，外轉子殼體的另一側端蓋與靜渦盤的外側壁外表面保留有間隙，所述外轉子殼體外環面上的排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔與空心葉片根部相連
4.根據權利要求1所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，所述葉輪為垂直軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片和至少兩支空心橫桿構成，空心橫桿與空心葉片相連通，在空心葉片尾緣處開有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子環形渦輪、靜止導流器，外轉子環形渦輪和靜止導流器同心套裝，所述外轉子環形渦輪為兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有葉片的環形閉式渦輪，所述靜止導流器是兩側帶有側壁，兩側壁之間安裝有導流葉片的環形體，所述輸出動軸與主傳動軸相耦聯，是輸出動軸與空心定軸同軸線安裝，空心定軸為一端封閉另一端設有進流口的空心軸，空心定軸的管壁上設有導流孔，空心定軸的進流口與外部的進流管道相連通，能流通過進流管道輸入，靜止導流器安裝在空心定軸上，空心定軸上的導流孔與靜止導流器的導流葉片間的流道相對應，外轉子環形渦輪套裝在靜止導流器外圓上，外轉子環形渦輪的一側壁還通過外轉子殼體與輸出動軸相連接，能流經空心定軸的導流孔、靜止導流器流道進入外轉子環形渦輪作功，外轉子環形渦輪通過輸出動軸輸出動力，外轉子流體動力機立式安裝在垂直的主傳動軸上，所述外轉子流體動力機的外轉子殼體是一內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子流體動力機的靜止導流器和外轉子環形渦輪的外部，外轉子殼體的兩側端蓋與外轉子環形渦輪的兩側壁分別固定在一起，外轉子殼體與靜止導流器兩側壁外表面保留有間隙，外轉子殼體的兩側端蓋的內徑處通過軸承安裝在空心定軸上，所述排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，排流通孔與空心橫桿的一端相連通。
5.根據權利要求1所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，所述葉輪為垂直軸升力形葉輪，葉輪至少由兩支空心葉片和至少兩支空心橫桿構成，空心橫桿與空心葉片相連通， 在空心葉片的尾緣處開有噴流孔隙，所述外轉子流體動力機包括輸出動軸、空心定軸、外轉子殼體、外轉子動渦輪、靜止渦輪，外轉子動渦輪由動渦盤和裝在動渦盤上的動渦葉構成， 靜止渦輪由靜渦盤和裝在靜渦盤上的靜渦葉構成，外轉子動渦輪的動渦葉與靜止渦輪的靜渦葉相向嵌入安裝，動渦盤外側與輸出動軸相連接，輸出動軸與主傳動軸相耦聯，靜渦盤中心安裝有一空心定軸，進流管經空心定軸與靜渦葉和動渦葉所形成的核心工作腔相連通， 所述外轉子殼體為內環面開放、外環面上沿圓周均布且徑向輻射開有至少兩個排流通孔、 兩側帶有端蓋、內腔截面為U形的空心殼體，外轉子殼體套裝在外轉子動渦輪和靜止渦輪的外部，外轉子殼體的一側端蓋與動渦盤的外側壁固定在一起，外轉子殼體的另一側端蓋與靜渦盤的外側壁外表面保留有間隙，所述排流通孔作為外轉子流體動力機的余熱余壓流體的排出口，外轉子流體動力機立式安裝在垂直的主傳動軸上，排流通孔與空心橫桿的一端相連通。
6.根據權利要求1 5任意一項所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，在所述葉輪的外緣周圍套有聚流擴壓噴筒，聚流擴壓噴筒是一直徑先逐漸縮小再逐漸擴大的筒體。
7.根據權利要求6所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，在所述聚流擴壓噴筒內徑向、葉輪的前面進流處設置有靜葉柵，靜葉柵由靜葉片沿徑向輻射組成。
8.根據權利要求7所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，所述靜葉柵的靜葉片為葉根封閉的空心葉片，在靠近靜葉片的葉尖的三分之一部分的葉片尾緣部開設有噴流孔隙，葉尖處與設置在其外圍的通流管道相連通，通流管道與外部能流管道相連通。
9.根據權利要求6所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，在所述聚流擴壓噴筒內沿徑向輻射設有主機支撐體，主機支撐體橫截面為空心流線體，在主機支撐體外端的三分之一部分的流線形支撐體的尾緣部開設有噴流孔隙，主機支撐體外端處與設置其外圍的通流管道相連通。
10.根據權利要求6所述的一種流體渦輪發動機，其特征在于，在所述聚流擴壓噴筒內壁表面、葉輪的側面設有噴流環，噴流環外部與通流管道相連通，噴流環內側沿來流去向開設有噴流孔隙。
全文摘要
本發明提供了一種流體渦輪發動機，屬于流體動力機械領域；該發明主要解決的是一種發動機只適用于一種能源以及使用低位能流、波動性能源輸出不穩定和效率低的問題；該流體渦輪發動機，包括葉輪、主傳動軸，葉輪與主傳動軸相互耦聯，所述葉輪與主傳動軸相互耦聯是葉輪通過外轉子動力機與主傳動軸相互耦聯，所述葉輪為升力形葉輪，葉輪由至少一支葉片構成，葉片為空心葉片，空心葉片尾緣處開有噴流孔隙，空心葉片內腔與外轉子流體動力機的外轉子殼體內腔相連通，該系統既能有效利用低品位能流的能量，又能同時利用多種類、多品位能源，達到互補輸入、穩定輸出的目的，該渦輪發動機工作系統可用于發電或驅動其它工作機械。
文檔編號F01D5/02GK102434218SQ201110381428
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月27日 優先權日2011年11月27日
發明者岑陳, 張玉芹, 王政玉, 王超穎 申請人:王政玉