[发明专利]一种磁悬浮超音速透平膨胀机

权利要求书

1.一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，按照气体从进到出的方向依次包括：进气口(1)、整流栅(2)、喷嘴(3)、叶轮(4)、发电机(5)、出气口(6)；

所述喷嘴(3)采用超音速喷嘴，按照气体从进到出的方向依次包括：喷嘴进口(31)、收敛段(32)、喷嘴喉部(33)、扩散段(34)、喷嘴出口(35)；

所述收敛段(32)和所述喷嘴喉部(33)相配合用于将气体从亚音速变为音速，所述收敛段(32)与所述喷嘴喉部(33)之间光滑过渡；所述喷嘴喉部(33)和所述扩散段(34)相配合用于将气体从音速变为超音速，所述扩散段(34)与所述喷嘴喉部(33)之间光滑过渡；

所述发电机(5)的腔体内包括：发电机转轴(51)；

所述叶轮(4)安装在发电机转轴(51)上朝向喷嘴一侧的端部；

所述喷嘴出口(35)的超音速气体进入叶轮(4)后，用于带动叶轮(4)转动，所述叶轮(4)用于同步带动发电机转轴(51)的转动，实现发电机(5)的发电；

气体从叶轮(4)出来后通过膨胀机机壳到达出气口(6)。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，所述发电机(5)的腔体内还包括：径向轴承(52)、推力轴承(53)；所述径向轴承(52)用于将发电机转轴(51)悬浮；所述推力轴承(53)用于限制发电机转轴(51)在旋转时的轴向窜动。

3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，所述径向轴承(52)和所述推力轴承(53)均采用磁悬浮轴承；所述磁悬浮轴承通过位置传感器检测发电机转轴(51)的轴偏差信号，并将轴偏差信号送入控制器，控制器通过功率放大器控制电磁铁中的电流，从而控制电磁力的大小，以使发电机转轴(51)悬浮在规定的位置。

4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，所述叶轮(4)采用轴流式叶轮；所述叶轮(4)上的任意相邻的两个叶片之间均构成圆弧型流道。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，每个叶片的上表面均为呈月牙状的弧面，每个叶片的前缘部a的线型均依次分为以下几个部分：进口直线EF，进口上过渡弧FG，同心上圆弧GH，出口上过渡弧HI，出口直线IJ；每个叶片的后缘部b的线型均依次分为以下几个部分：进口下过渡弧AB，同心下圆弧BC，出口下过渡弧CD；

其中，前缘部a的同心上圆弧GH和后缘部b的同心下圆弧BC之间为同心圆弧，且均沿叶片的中轴线对称，同心下圆弧BC的同心角度数大于同心上圆弧GH的同心角度数。

6.根据权利要求5所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，任意的相邻的两个叶片X、Y之间，叶片Y的前缘部a的同心上圆弧GH和叶片X的后缘部b的同心下圆弧BC之间即构成同心圆间流道；

超音速流体在相邻两叶片X、Y之间的同心圆间流道内的流通方式为：叶片Y的前缘部a的进口上过渡弧FG和叶片X的后缘部b的进口下过渡弧AB逐渐改变进气超音速均匀气流到涡流流动，叶片Y的前缘部a的同心上圆弧GH和叶片X的后缘部b的同心下圆弧BC保持涡流流动，叶片Y的前缘部a的出口上过渡弧HI和叶片X的后缘部b的出口下过渡弧CD转换涡流回到叶片出口均匀气流。

7.根据权利要求1所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，透平膨胀机的反动度为0.25。

8.根据权利要求1所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，在扩散段(34)中，E1F1为中心线，A1C1段为过渡弧，B1D1段与A1C1段关于E1F1轴对称，C1G1段为直线，C1G1段与A1C1段相切。

9.根据权利要求8所述的一种磁悬浮超音速透平膨胀机，其特征在于，所述喷嘴出口(35)的角度α为中心线E1F1与水平线之间的夹角，所述水平线与喷嘴(3)进气方向垂直，所述喷嘴出口(35)的角度α设定为16°。