复合材料边界层涡轮机制造技术

涡轮机包括多个堆叠的盘，每个盘包括位于该盘中心、形成中心流动腔的开口。该涡轮机进一步包括结合到多个堆叠的盘的底部的第一盘。第一盘不像堆叠的盘一样具有位于中心的开口。存在多个设置在多个堆叠的盘中的一个或多个之间以在各盘之间形成流动通道的盘间隔件。该流动通道从堆叠的盘的外侧周边延伸到该中心流动腔。锥形电枢结合到第一盘并设置在该中心流动腔内，并且流体收集单元与堆叠的盘的外侧周边连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及涡轮机领域，并且在一个实施例中但非限制性地涉及一种复合材料边界层涡轮机。相关申请本申请要求于2009年11月4日提交的美国临时专利申请序列号No. 61/257，988的优先权，其全文引用于此以供参考。
技术介绍
边界层涡轮机可追溯到1913年，Nikola Tesla提交的最初专利。然而，部分由于是金属的材料限制，近百年来没有制造和卖出成功的大型涡轮机。本领域需要经济可行的 以及商业可行的边界层涡轮机。附图说明图I示出具有堆叠的涡轮盘和盘间隔件的示例性实施例的局部截面。图2示出涡轮盘和由这些盘形成的流体流动通道的若干不同轮廓的示例性实施例。图3示出涡轮机和结合到该涡轮机的流体收集单元的示例性实施例的顶部平面截面。图4示出涡轮机的示例性实施例的截面图，该涡轮机包括堆叠的涡轮盘和位于盘上的盘间隔件并且包括中心流动腔和锥形电枢。图5示出图4所示的涡轮机的另一个截面，并且进一步示出结合到能量转换单元的涡轮机。图6A和6B分别示出结合到涡轮机的工作流体收集单元的透视图和顶部平面图。图7示出包括粘合点和盘间隔件的盘的一半的顶部透视图。图8示出具有位于其上的盘间隔件的涡轮盘的示例性实施例的顶部平面图。图9是堆叠的涡轮盘的透视图。具体实施例方式在接下来的说明书中，参照构成说明书的一部分的附图进行描述，其中，通过图示方式显示实际应用的具体实施例。这些实施例的描述足够详细以使本领域普通技术人员可以实施本专利技术，并且应当理解，其他实施例也是可以使用的并且可在不脱离本专利技术的范围的情况下进行结构、逻辑和其他改变。因此，不以限定方式进行示例性实施例的接下来的描述，并且本专利技术的范围是由所附权利要求限定的。直到现在，部分由于该涡轮机构造中所用的金属的材料特性，所以大型盘涡轮机和压缩机也没有实现。随着新型航空技术的出现，复合材料由于可以提供高强度和低重量(有时降至同等钢结构的百分之六)的特性而被推到市场的前沿。另外，利用新型的复合材料和树脂，可以制造符合低惯性要求的大型盘组件，从而提供可行的例如风轮机的解决方案。进一步应用可推广到少量地热、蒸汽以及水力应用。利用新型技术，复合材料由于可提供高强度和低重量的特性而被推到市场的前沿。利用新型复合材料、树脂和预先固化体系，可以制造符合低惯性要求的大型盘组件，从而提供质量轻且坚固的涡轮机。本公开内容中的一个或多个实施例涉及一种包括堆叠的盘式边界层涡轮机设计的复合材料风轮机。一个实施例结合位于垂直轴线上的一系列堆叠的盘和位于封闭动力部分的外壳内部的轴式或无轴电枢(衔铁，armature)。流体(空气)流通过指向风向的大开口收集扩散器(collection diffuser)区域(工作流体收集单元)进入。在一个实施例中，收集扩散器是漏斗形状，因此轴向地朝着动力部分的风体积受到限制，并使其进入可变区域进口扩散器。流体流被引至一系列堆叠的盘之间并通过扩散器进入所述盘之间的中心流动通道。各盘之间的流动通道是由各盘之间的盘间隔件(支架)形成。盘间隔件是先前几何形状的改进，因此增加流体流、机械特性、几何形状和盘本身表面区域之间的能量提取效率。在涡轮机动力部分中提取的大部分动力源自在各盘表面上运动的流体。借助于流体边界层中 的粘滞性和附着性，流体在各盘上拖拽，并且当流体降速时将能量传递至各盘。流体流源自各盘的外部边缘，流向中间的流动腔，与锥形旋流器或锥形电枢和螺线接触，并被导出涡轮机。图I示出用于本公开内容的一个或多个实施例的堆叠的盘100和盘间隔件110。图I中盘100的外周是锥形的。盘100包括结合两个半盘的部分107和空的气隙部分108。图2示出可用于盘100的其他轮廓，包括椭圆形205、凹入式锥形210、半椭圆形215、矩形220、延伸的锥形225、半尖形(half point) 230、全尖形(full point) 235、钝化半尖形240以及圆头形(rounded tip) 245和250。图2中的每个轮廓和这些轮廓的不同组合在不同实施例中表现出不同的流体动力学。例如，在像210中那样朝向盘中心逐渐减小的实施例中，由于文丘里效应冲击盘的工作流体的速度将增加。同样地,如果一对盘210和215形成流体通道216A和216B，则在216A处进入盘组的流体在其接近各盘的中间点时速度将增大，然后在其进入216B时速度减小。这些不同轮廓和轮廓组合会导致盘转速增加以及功率输出增加，正如在此所解释的一样。图4示出堆叠的盘100和设置在另一盘115上的盘间隔件110的实施例。盘110中心处的开口形成涡轮机的中心流动腔125。盘115在其中心处或者没有开口，或者仅仅具有还允许锥形电枢120结合到盘115的小开口。工作流体可在盘100的周边处进入涡轮机，并且流体经过各盘之间的空间以及盘间隔件110的臂之间的空间形成的流动通道。正如所述，工作流体冲击盘100的表面，因而使盘转动。工作流体进入中心流动腔125，并接触锥形电枢120。锥形电枢120引导工作流体远离电枢底座和盘115并将其指引出涡轮机105。在涡轮机105以外的重新定向形成进入工作流体的连续介质并防止任何背压的形成。图3示出涡轮机105和工作流体收集单元125的实施例的顶部平面图。工作流体进入单元125，当它接近单元125的颈部123时速度增加，接着又进入由涡轮机105的外壳130封闭的动力部分122。工作流体将冲击盘100，因而使盘转动。工作流体将进一步冲击将工作流体引导至中心流体腔125的盘间隔件110。正如上所解释的，锥形电枢120将工作流体指引出涡轮机105。阀124能够被调节成控制进入动力部分122的风或其他流体的量。图5示出涡轮机105结合到能量转换装置500的实施例。图5图示出堆叠的盘100、间隔件110、锥形电枢120和中心流体腔125，上述构件全都设置在盘115上。附接于盘115上的是结合到金属板510的轴505。第二板515结合到第二轴520，第二轴520结合到发电机525。当盘100和115转动时，轴505和510也将转动。金属板510和515可以是带电导体板或电磁板。板510和515之间的电动势将使板515和板510 —致地转动。板515的转动使轴510转动，该转动通过发电机525转变成电流。以这种方式，借助于穿过两个导电板510和515 (或磁体阵列)之间的气隙产生的无接触无摩擦感应电动势扭矩传递来传递能量。除了产生电流，轴520的转动可用于执行其他任务。例如，除了用作风轮机，涡轮机105可用作地热汽轮机、蒸汽轮机、汽轮机、水轮机和泵。图5进一步示出磁体对530。这一对磁体530具有相反极性并且用于支撑涡轮机105。在另一个实施例中，轴承(一个或者多个)可用来支撑涡轮机105。图6A和6B示出结合到涡轮机105的流体收集单元125的实施例。工作流体将进 入流体收集单元125的漏斗形开口，由于文丘里效应速度增加，接着进入涡轮机105的动力部分122。在暴风或非常大的风会损坏流体收集单元和/或涡轮机105的其它大风的情况下，板127被设计成使其能被打开以允许风或其他工作流体经过单元125并且基本上不进入涡轮机105的动力部分122。排气管128附接于涡轮机128的顶部。图7和8示出盘和盘间隔件的示例性实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.04 US 61/257,9881.一种设备，包括 多个堆叠的盘，每个盘包括位于盘中心的开口，从而形成中心流动腔； 第一盘，结合到所述多个堆叠的盘的底部，第一盘在第一盘的中心处没有开口 ； 多个盘间隔件，位于所述多个堆叠的盘中的一个或多个之间，从而在所述盘之间形成流动通道，该流动通道从所述堆叠的盘的外侧周边延伸到中心流动腔； 锥形电枢，结合到第一盘并设置在所述中心流动腔内；和 流体收集单元，与所述堆叠的盘的外侧周边连通。2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，锥形电枢远离第一盘并朝着在该堆叠的盘的顶部的中心流动腔的开口逐渐变细。3.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，包括用来将所述多个堆叠的盘结合到能量转换单元的机构。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，包括能量转换单元。5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，用于结合的机构包括 第一轴，结合到第一盘； 第一金属板，结合到与第一盘相对的第一轴的端部；和 第二金属板，结合到第二金属轴，第二金属板可调节地设置在第一金属板附近； 其中，第二金属轴被配置为结合到能量转换单元。6.根据权利要求5所述的设备,其特征在于，第一金属板和第二金属板中的一个或者多个包括导电板和磁化板中的一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·A·威尔逊，D·霍尔特，
申请(专利权)人：E·A·威尔逊，D·霍尔特，
类型：发明
国别省市：