CN109595073A - 一种超临界流体动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源动力技术领域，公开了一种超临界流体动力装置，包括：涡轮室；特斯拉涡轮；输入部，周向环设于特斯拉涡轮外；两组轴承组件，对称设置于特斯拉涡轮的圆盘两侧，每组轴承组件均包括多个套设于轴上的第一轴承片以及多个第二轴承片，最外侧的两个第一轴承片中其中一个与输入部之间形成有间隙，另一个与涡轮室之间形成有间隙；第二轴承片对应套设于位于中间的第一轴承片外侧且每个第二轴承片的两侧与其邻近的第一轴承片之间均设有滚珠，滚珠抵接于第二轴承片上且滚珠与第一轴承片之间均形成有间隙，第二轴承片与第一轴承片之间形成有间隙。本发明能够使得轴承磨损几近于零，提高了整个装置的使用寿命。

Description

一种超临界流体动力装置

技术领域

本发明涉及能源动力技术领域，尤其涉及一种超临界流体动力装置。

背景技术

特斯拉涡轮又称无叶涡轮，其形状是一根轴上按一定间距固定有多个光滑且薄的圆盘，当气流从切线方向冲击这些圆盘时，气流会由于流体粘度和气体在表面层的粘滞性而吸附在圆盘上。当气流速度放慢，同时给圆盘施加以能量，气体会作螺旋向心运动并排出，进而带动整体运行。

目前应用有上述特斯拉涡轮的装置中，会搭配轴承使用，不过由于特斯拉涡轮的低扭矩以及轴承自身内外圈转动时存在的摩擦，导致具有上述特斯拉涡轮的装置在轴承上的功率损耗较大，也造成了现有轴承磨损较大，使用寿命较短，进而具有上述特斯拉涡轮的装置的使用寿命变短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界流体动力装置，能够使得轴承磨损为零或几近于零，进而提高了整个装置的使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超临界流体动力装置，包括：

涡轮室，所述涡轮室密闭设置，且所述涡轮室设有排出口；

特斯拉涡轮，设置于所述涡轮室内；

输入部，周向环设于所述特斯拉涡轮外，被配置为向所述涡轮室内输入超临界流体；

两组轴承组件，对称设置于所述特斯拉涡轮的圆盘两侧，每组轴承组件均包括多个套设于所述特斯拉涡轮的轴上的第一轴承片以及多个第二轴承片，最外侧的两个所述第一轴承片中其中一个与所述输入部之间形成有间隙，另一个与所述涡轮室之间形成有间隙；

所述第二轴承片对应套设于位于中间的所述第一轴承片外侧，且每个所述第二轴承片的两侧与其邻近的所述第一轴承片之间均设有滚珠，所述滚珠抵接于所述第二轴承片上且所述滚珠与所述第一轴承片之间均形成有间隙，所述第二轴承片与所述第一轴承片之间形成有间隙。

作为优选，所述输入部包括对称设置的两个圆弧形凸起，所述圆弧形凸起与所述特斯拉涡轮的圆盘之间形成间隙。

作为优选，还包括第一连接部，所述第一连接部对称设置于所述特斯拉涡轮的轴的两端，且所述第一连接部上开设有连通所述涡轮室的通道。

作为优选，还包括设置于所述轴承组件外侧的第一法兰，所述第一法兰与所述涡轮室之间形成有间隙。

作为优选，所述圆盘、所述第一轴承片以及所述第一法兰之间通过周向布置的若干第一螺栓固定连接。

作为优选，还包括连通于所述输入部的爆燃室，所述爆燃室内设有探针式火花塞，经所述探针式火花塞点燃的混合物燃烧后，形成所述超临界流体。

作为优选，所述爆燃室周侧连通有两两一组的燃烧室，每组的两个燃烧室中，其中一个所述燃烧室向所述爆燃室内输送氧气以及燃烧后的产物，另一个所述燃烧室向所述爆燃室内输送反应气体以及燃烧后的产物，所述燃烧室内的所述氧气、所述反应气体以及所述燃烧后的产物共同组成所述混合物。

作为优选，所述燃烧室两侧连通有气体输送室，两个所述气体输送室中，其中一个所述气体输送室用于输送氧气，另一个所述气体输送室用于输送反应气体。

作为优选，所述燃烧室呈矩形结构，且每个侧面上均开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽连通于所述燃烧室的燃烧位置。

作为优选，所述爆燃室呈矩形结构，且所述爆燃室的每个侧面均开设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽连通于所述爆燃室的燃烧位置，且所述第二环形凹槽与所述第一环形凹槽形成第一密闭通道。

本发明的有益效果：通过上述结构，超临界流体能够通过输入部进入涡轮室，随后依次流向各个部件之间形成的间隙，由于超临界流体兼有气体和液体的双重特性，即密度接近液体，黏度又与气体相似，扩散系数为液体的10-100倍，因而具有很强的溶解能力和良好的流动输运性质(也就是粘度小)的特点，其能够使轴承组件的第一轴承片和第二轴承片之间以及滚珠与第一轴承片之间均处于无接触状态，当特斯拉涡轮带动轴承组件转动时，轴承组件的转动为零摩擦或近似于零摩擦转动，进而磨损为零或几近于零，提高了整个装置的使用寿命。

附图说明

图1是本发明超临界流体动力装置涡轮室内部的结构示意图；

图2是本发明图1的A处放大图；

图3是本发明超临界流体动力装置的主视图；

图4是本发明超临界流体动力装置的侧视图。

图中：

1、涡轮室；2、特斯拉涡轮；21、圆盘；22、轴；3、输入部；31、圆弧形凸起；32、输入口；4、轴承组件；41、第一轴承片；42、第二轴承片；43、滚珠；5、第一法兰；6、爆燃室；61、探针式火花塞；7、燃烧室；8、气体输送室；9、第一密闭通道；10、第一连接部；101、通道；20、压力开关；30、第二法兰；40、环形密闭通道；50、壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供一种超临界流体动力装置，如图1所示，该超临界流体动力装置包括涡轮室1、特斯拉涡轮2、输入部3、轴承组件4、第一法兰5、爆燃室6、燃烧室7、气体输送室8以及第一连接部10，其中：

上述涡轮室1密闭设置，其可以呈图1所示的长方体结构，也可以是其他形状结构，在涡轮室1上设有排出口。

本实施例中，在涡轮室1内开设有腔室，该腔室内设置有上述特斯拉涡轮2、输入部3以及轴承组件4。

上述特斯拉涡轮2包括轴22以及按预设间距固定在轴22上的多个光滑且薄的圆盘21，该圆盘21优选采用氮化铝或氮化硅制成，采用该材料，使得特斯拉涡轮2能够承受超高速旋转(超过每分钟10W转)带来的力。

上述输入部3周向环设于特斯拉涡轮2外，其上沿径向开设有输入口32，超临界流体能够通过该输入口32进入到涡轮室1内。可参照图1和图2，在输入部3还对称设有位于上述输入口32两侧的圆弧形凸起31，该圆弧形凸起31与特斯拉涡轮2的圆盘21之间形成一微小间隙，当超临界流体从输入口32进入涡轮室1后，其会从圆弧形凸起31与特斯拉涡轮2的圆盘21之间的间隙流向两侧。

上述轴承组件4设有两组，两组轴承组件4对称设置于特斯拉涡轮2的圆盘21两侧，如图2所示，上述轴承组件4包括多个第一轴承片41和多个第二轴承片42，其中多个第一轴承片41均套设在特斯拉涡轮2的轴22上，且多个第一轴承片41相互紧贴设置。位于最外侧的两个所述第一轴承片41中其中一个与输入部3之间形成有间隙(具体可以是输入部3的一侧开设缺口，第一轴承片41的端部置于该缺口内)，另一个与所述涡轮室1之间形成有间隙(即该第一轴承片41置于涡轮室1的内壁下方)。

上述第二轴承片42对应套设于位于中间的第一轴承片41外侧，且每个第二轴承片42的两侧与其邻近的第一轴承片41之间均设有滚珠43，本实施例中，第一轴承片41可以设置为四片，第二轴承片42设置为两片，可参照图2，可以在第二轴承片42的两侧上开设截面为半球形的半球形凹槽或1/4球形的1/4球形凹槽，滚珠43能够抵接在该半球形凹槽或1/4球形凹槽。可以如图2所示，在靠近涡轮室1的位置处的第二轴承片42的一侧开设截面为半球形的半球形凹槽，在涡轮室1的内壁以及最外侧的第一轴承片41上均开设截面为1/4球形的1/4球形凹槽，滚珠43置于半球形凹槽、两个1/4球形凹槽形成的空间内。而在靠近输入部3的位置处的第二轴承片42的一侧开设截面为半球形的半球形凹槽，在输入部3以及最外侧的第一轴承片41上均开设截面为1/4球形的1/4球形凹槽，滚珠43置于半球形凹槽、两个1/4球形凹槽形成的空间内。在位于中间的两个第一轴承片41上开设有截面为1/4球形的1/4球形凹槽，在两个第二轴承片42相邻的侧面上开设有截面为1/4球形的1/4球形凹槽，滚珠43置于四个1/4球形凹槽形成的空间内。

需要说明的是，本实施例中，上述滚珠43与第一轴承片41之间、第二轴承片42与第一轴承片41之间均形成有间隙。当超临界流体从输入口32进入涡轮室1并经过圆弧形凸起31与特斯拉涡轮2的圆盘21之间的间隙后，会依次经过第一轴承片41与输入部3之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第二轴承片42与第一轴承片41之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第二轴承片42与第一轴承片41之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第一轴承片41与涡轮室1之间的间隙后，流出排出口。

本实施例通过上述第一轴承片41与输入部3之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第二轴承片42与第一轴承片41之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第一轴承片41与涡轮室1之间的间隙，当特斯拉涡轮2被超临界流体带动转动时，上述轴承组件4也会转动，此时由于上述间隙的存在，超临界流体会布满上述各间隙，由于超临界流体良好的流动输运性质(也就是粘度小)的特性，能够使得轴承组件4处于一个类似于“悬浮”的状态，即轴承组件4不会与涡轮室1以及输入部3接触，此时其转动将会是一种零摩擦的状态(理想状态下，零摩擦状态包括第一轴承片41与滚珠43以及第二轴承片42之间零摩擦、第一轴承片41与涡轮室1以及输入部3之间零摩擦)。进而，轴承组件4的磨损为零或几近于零，提高了整个装置的使用寿命，也避免因更换轴承组件4影响工作效率，提高了经济效益。

本实施例中，上述超临界流体动力装置还包括设置于轴承组件4外侧的第一法兰5，第一法兰5与涡轮室1之间形成有间隙。本实施例中，进一步的，可以通过周向均布的多个第一螺栓(图中未标出)将特斯拉涡轮2的圆盘21、第一轴承片41以及第一法兰5固定连接。本实施例在连接时，需要在特斯拉涡轮2的圆盘21、第一轴承片41以及第一法兰5上开设同样大小且相对应的通孔，第一螺栓穿过上述通孔，并通过螺母连接，将三者固定起来。此外，优选的，上述通孔的直径大于第一螺栓的直径，也就是说通孔与第一螺栓之间形成有间隙，且该间隙连通于第一法兰5与涡轮室1之间的间隙，超临界流体作用在特斯拉涡轮2的圆盘21上时，部分超临界流体可以从通孔与第一螺栓之间的间隙流出，并且流入第一法兰5与涡轮室1之间的间隙内。通过该结构的设置，在保证特斯拉涡轮2的圆盘21、第一轴承片41以及第一法兰5的固定装配的同时，也能够实现超临界流体的排出。

本实施例中，在特斯拉涡轮2的轴22的两端对称设有第一连接部10，该第一连接部10上开设有连通涡轮室1的通道101，该通道101即为涡轮室1的排出口，在超临界流体在经过间隙后，可以从该通道101流出。优选的，在该通道101未连通涡轮室1的一端设置有压力开关20，能够检测涡轮室1内的压力，以便根据需要调整涡轮室1内压力。

本实施例中，在特斯拉涡轮2的轴22与第一连接部10之间设有第二法兰30，上述第二法兰30与涡轮室1以及第一连接部10之间均形成有间隙。当超临界流体流经第一法兰5和涡轮室1的间隙后，会经过第二法兰30与涡轮室1的间隙、第二法兰30与第一连接部10之间的间隙，最后进入到第一连接部10的通道101内，经通道101流出。

可选地，上述特斯拉涡轮2的圆盘21、轴承组件4、第一法兰5以及第二法兰30之间通过周向布置的多个第二螺栓(图中未标出)固定连接。可以在特斯拉涡轮2的圆盘21、第一轴承片41、第一法兰5以及第二法兰30上开设同样大小且相对应的通孔，第二螺栓穿过上述通孔，并通过螺母连接，将四者固定起来。此外，优选的，上述通孔的直径大于第二螺栓的直径，也就是说通孔与第二螺栓之间形成有间隙，且该间隙连通于第二法兰30与第一连接部10之间的间隙，超临界流体作用在特斯拉涡轮2上时，部分超临界流体可以从通孔与第一螺栓之间的间隙流出，并且流入第一法兰5与涡轮室1之间的间隙内。

本实施例中，进一步的，上述特斯拉涡轮2的轴22内部中空设置且两端连接于第一连接部10的通道101，超临界流体可以进入到该中空结构内，并通过第一连接部10的通道101流出。

本实施例中，上述爆燃室6连通于输入部3的输入口32，在爆燃室6的燃烧位置处内设有探针式火花塞61(为现有技术中常见的点火结构，不再赘述)，将探针式火花塞61通电，探针式火花塞61能够点燃爆燃室6内的混合物(主要为氧气以及与氧气反应的反应气体)，点燃的混合物燃烧后，形成上述超临界流体。本实施例中，上述反应气体可以是氢气或者碳氢燃料(如天然气)等气体。

在上爆燃室6周侧连通有两两一组的燃烧室7，每个燃烧室7内均设有探针式火花塞61，即在燃烧室7内会进行氧气与反应气体的燃烧，不同的只在于每组的两个燃烧室7中，其中一个燃烧室7向爆燃室6内输送氧气以及氧气与反应气体燃烧后的产物(即在该燃烧室7燃烧时，氧气的量多于反应气体的量)，另一个燃烧室7向爆燃室6内输送反应气体以及燃烧后的产物(即在该燃烧室7燃烧时，反应气体的量多于氧气的量)，此时，氧气、反应气体以及两者燃烧后的产物共同组成上述混合物，并进入到爆燃室6。通过上述结构的设置，能够给爆燃室6一个特定温度以及压力的环境，此时爆燃室6内的混合物燃烧后，能够形成上述超临界流体。

本实施例中，优选的，可参照图4，在燃烧室7两侧连通有气体输送室8，两个气体输送室8中，其中一个气体输送室8用于输送氧气至燃烧室7，另一个气体输送室8用于输送反应气体至燃烧室7，随后即可在燃烧室7内点燃燃烧。

可选地，上述燃烧室7可以呈矩形结构，且燃烧室7每个侧面上均开设有第一环形凹槽，第一环形凹槽可以通过通道连通于燃烧室7的燃烧位置，通过设置该第一环形凹槽，燃烧室7燃烧后的混合物除了进入到涡轮室1内外，还有一小部分进入第一环形凹槽内。相应的，上述气体输送室8与燃烧室7贴合的一侧设有第三环形凹槽，该第三环形凹槽与第一环形凹槽能够形成一环形密闭通道40，燃烧后的混合物能够进入到该环形密闭通道40内，由于燃烧室7周向均设有第一环形凹槽，所以在混合物进入到环形密闭通道40后，能够改变燃烧室7内的压力和温度。

上述爆燃室6也可以呈矩形结构，且爆燃室6的每个侧面均开设有第二环形凹槽，该第二环形凹槽可通过通道连通于爆燃室6的燃烧位置，且第二环形凹槽与对应第一环形凹槽共同形成第一密闭通道9。爆燃室6燃烧后形成的超临界流体能够进入到第一密闭通道9内，使得爆燃室6内的压力和温度满足超临界流体的生成要求。需要说明的是，第一密闭通道9内也可能进入燃烧室7燃烧后的混合物，但是不论进入的是燃烧室7燃烧后的混合物还是爆燃室6燃烧后形成的超临界流体，均可以使得爆燃室6内的压力和温度满足超临界流体的生成要求。

本实施例中，燃烧室7和气体输送室8将爆燃室6包裹设置，而且在燃烧室7和气体输送室8的外部设有壳体50，该壳体50将所有部件均密闭于其内，以确保整个装置的安全性。优选的，可以在壳体50上设置出口，经通道101流出的超临界流体会汇集在壳体50内，此时通过出口，可以将其排出。

本实施例的超临界流体动力装置在使用时，首先通过燃烧室7内燃烧生成混合物，随后混合物进入到爆燃室6继续燃烧，生成超临界流体。随后超临界流体经输入部3的输入口32进入涡轮室1，一部分带动特斯拉涡轮2转动，并最终经第一连接部10的通道101排出。另一部分超临界流体经过圆弧形凸起31与特斯拉涡轮2的圆盘21之间的间隙、第一轴承片41与输入部3之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第二轴承片42与第一轴承片41之间的间隙、滚珠43与第一轴承片41之间的间隙、第一轴承片41与涡轮室1之间的间隙、第一法兰5与涡轮室1之间的间隙、第二法兰30与涡轮室1之间的间隙、第一连接部10与第二法兰30之间的间隙后，进入到第一连接部10的通道101内，流出至外界。在此过程中，轴承组件4能够被特斯拉涡轮2带动转动，且能实现零摩擦转动，有效地延长了轴承组件4以及整个装置的使用寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超临界流体动力装置，其特征在于，包括：

涡轮室(1)，所述涡轮室(1)密闭设置，且所述涡轮室(1)设有排出口；

特斯拉涡轮(2)，设置于所述涡轮室(1)内；

输入部(3)，周向环设于所述特斯拉涡轮(2)外，被配置为向所述涡轮室(1)内输入超临界流体；

两组轴承组件(4)，对称设置于所述特斯拉涡轮(2)的圆盘(21)两侧，每组轴承组件(4)均包括多个套设于所述特斯拉涡轮(2)的轴(22)上的第一轴承片(41)以及多个第二轴承片(42)，最外侧的两个所述第一轴承片(41)中其中一个与所述输入部(3)之间形成有间隙，另一个与所述涡轮室(1)之间形成有间隙；

所述第二轴承片(42)对应套设于位于中间的所述第一轴承片(41)外侧，且每个所述第二轴承片(42)的两侧与其邻近的所述第一轴承片(41)之间均设有滚珠(43)，所述滚珠(43)抵接于所述第二轴承片(42)上且所述滚珠(43)与所述第一轴承片(41)之间均形成有间隙，所述第二轴承片(42)与所述第一轴承片(41)之间形成有间隙。

2.根据权利要求1所述的超临界流体动力装置，其特征在于，所述输入部(3)包括对称设置的两个圆弧形凸起(31)，所述圆弧形凸起(31)与所述特斯拉涡轮(2)的圆盘(21)之间形成间隙。

3.根据权利要求1所述的超临界流体动力装置，其特征在于，还包括第一连接部(10)，所述第一连接部(10)对称设置于所述特斯拉涡轮(2)的轴(22)的两端，且所述第一连接部(10)上开设有连通所述涡轮室(1)的通道(101)。

4.根据权利要求1所述的超临界流体动力装置，其特征在于，还包括设置于所述轴承组件(4)外侧的第一法兰(5)，所述第一法兰(5)与所述涡轮室(1)之间形成有间隙。

5.根据权利要求4所述的超临界流体动力装置，其特征在于，所述圆盘(21)、所述第一轴承片(41)以及所述第一法兰(5)之间通过周向布置的若干第一螺栓固定连接。

6.根据权利要求1所述的超临界流体动力装置，其特征在于，还包括连通于所述输入部(3)的爆燃室(6)，所述爆燃室(6)内设有探针式火花塞(61)，经所述探针式火花塞(61)点燃的混合物燃烧后，形成所述超临界流体。

7.根据权利要求6所述的超临界流体动力装置，其特征在于，所述爆燃室(6)周侧连通有两两一组的燃烧室(7)，每组的两个燃烧室(7)中，其中一个所述燃烧室(7)向所述爆燃室(6)内输送氧气以及燃烧后的产物，另一个所述燃烧室(7)向所述爆燃室(6)内输送反应气体以及燃烧后的产物，所述燃烧室(7)内的所述氧气、所述反应气体以及所述燃烧后的产物共同组成所述混合物。

8.根据权利要求7所述的超临界流体动力装置，其特征在于，所述燃烧室(7)两侧连通有气体输送室(8)，两个所述气体输送室(8)中，其中一个所述气体输送室(8)用于输送氧气，另一个所述气体输送室(8)用于输送反应气体。

9.根据权利要求8所述的超临界流体动力装置，其特征在于，所述燃烧室(7)呈矩形结构，且每个侧面上均开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽连通于所述燃烧室(7)的燃烧位置。

10.根据权利要求9所述的超临界流体动力装置，其特征在于，所述爆燃室(6)呈矩形结构，且所述爆燃室(6)的每个侧面均开设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽连通于所述爆燃室(6)的燃烧位置，且所述第二环形凹槽与所述第一环形凹槽形成第一密闭通道(9)。