[发明专利]一种磁悬浮超音速透平膨胀机

说明书

本发明公开了一种磁悬浮超音速透平膨胀机，按照气体从进到出的方向依次包括：进气口、整流栅、喷嘴、叶轮、发电机、出气口；喷嘴采用超音速喷嘴，亚音速进气后先通过收敛段进入喷嘴喉部以达到音速，再通过扩散段进入喷嘴出口以达到超音速；发电机腔体内的径向轴承和推力轴承均采用磁悬浮轴承；叶轮采用轴流式叶轮，每两个叶片之间采用两个同心圆间流道。本发明的透平膨胀机具备体积小、能量密度大、损耗低、无油的特点。

技术领域

本发明涉及膨胀机技术领域，尤其是一种磁悬浮超音速透平膨胀机。

背景技术

透平膨胀机，是一种通过高压力气体膨胀实现能量转换的原动机，其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而在输出能量的同时还能使气体冷却，透平膨胀机广泛应用于低温制冷或能量回收领域，分为径流式和轴流式两种，其核心部件为喷嘴和叶轮。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种磁悬浮超音速透平膨胀机，具备体积小、能量密度大、损耗低、无油的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种磁悬浮超音速透平膨胀机，按照气体从进到出的方向依次包括：进气口、整流栅、喷嘴、叶轮、发电机、出气口；

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

所述收敛段和所述喷嘴喉部相配合用于将气体从亚音速变为音速，所述收敛段与所述喷嘴喉部之间光滑过渡；所述喷嘴喉部和所述扩散段相配合用于将气体从音速变为超音速，所述扩散段与所述喷嘴喉部之间光滑过渡；

所述发电机的腔体内包括：发电机转轴；

所述叶轮安装在发电机转轴上朝向喷嘴一侧的端部；

所述喷嘴出口的超音速气体进入叶轮后，用于带动叶轮转动，所述叶轮用于同步带动发电机转轴的转动，实现发电机的发电；

气体从叶轮出来后通过膨胀机机壳到达出气口。

所述发电机的腔体内还包括：径向轴承、推力轴承；所述径向轴承用于将发电机转轴悬浮；所述推力轴承用于限制发电机转轴在旋转时的轴向窜动。

所述径向轴承和所述推力轴承均采用磁悬浮轴承；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，以使发电机转轴悬浮在规定的位置。

所述叶轮采用轴流式叶轮；所述叶轮上的任意相邻的两个叶片之间均构成圆弧型流道。

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。

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。