CN114753925A - 电能源涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

一种电能源涡轮发动机，属于发动机技术领域。所述电能源涡轮发动机包括发动机壳体、轮轴和一级电加热器，发动机壳体设置有进气口和喷口，轮轴设置于发动机壳体内部，轮轴安装有压气叶轮和涡轮，一级电加热器设置于压气叶轮与涡轮之间的发动机壳体内部，用于加热工质气体；轮轴的一端伸出发动机壳体的进气口与外部旋转装置连接，轮轴旋转驱动外部旋转装置旋转做功。所述电能源涡轮发动机以电为能源加热气体工质，推动涡轮旋转做功，能够达到更高功率重量比，能够满足更加极限的应用需求。

Description

电能源涡轮发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种电能源涡轮发动机。

背景技术

进入21世纪以来，新能源领域人类投入前所未有的力量进行开发。以光伏、光热、风电、水电、传统核电、可控热核聚变发电等新能源技术得到大幅发展。同时以三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠电池、石墨烯电池等各种储能电池技术不断发展升级。综合表现为传统化石能源因环境污染问题使用量不断下降，以绿色发电、电能绿色使用、分散储能为代表的新能源利用技术成为人类进行科学有序发展的大趋势。

以当下规模化生产的电磁原理旋转型电动机来看，输出功率与质量(重量)比(以下称功率重量比)很难超过6kw/kg。而以化学燃料为能源的涡轮发动机，功率重量比可以很容易超过6kw/kg，但是达不到7kw/kg。因此化学燃料能源涡轮发动机，以其无可比拟的高功率输出特点，在航空等要求发动机推重比大的领域是暂时无法被取代的，虽然电动机暂时无法取代高功率重量比的涡轮发动机，但是，电能是未来大势所趋的主要能源传输和利用形式。

现今燃气或燃油等化学燃料涡轮发动机，多采用大气做工质气体，同时需要工质气体在燃烧室助燃，产生能量，加热工质气体推动涡轮进行做功。化学燃料与大气工质燃烧反应，受理化因素限制，燃烧后烟气温度最高不会超于1900℃。且受发动机散热和材料等工艺限制，燃烧室实际工作温度仅在1000℃至1400℃范围内。此外涡喷发动机作为涡轮发动机的一种，在加力燃烧室进行二次补燃提高工质气体焓值，加大发动机推力来提高输出功率。而这种加力燃烧室的温度上限，同样受理化因素限制，也不可能超过1900℃。工质气体被加热温度越高涡轮发动机输出功率越大。从上述数据来看，化学燃料自身理化因素造成了化学燃料涡轮发动机输出功率的上限。

另外，现有化学燃料涡轮发动机因采用工质气体助燃，在无氧或低氧气体环境下，自然不能工作或者功率受限。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种电能源涡轮发动机，其以电为能源加热气体工质，推动涡轮旋转做功，能够达到更高功率重量比，能够满足更加极限的应用需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种电能源涡轮发动机，包括：

发动机壳体，其设置有进气口和喷口；

轮轴，其设置于发动机壳体内部，所述轮轴安装有压气叶轮和涡轮；以及

一级电加热器，其设置于压气叶轮与涡轮之间的发动机壳体内部，用于加热工质气体。

进一步的，所述轮轴的一端伸出发动机壳体的进气口与外部旋转装置连接，轮轴旋转驱动外部旋转装置旋转做功。

进一步的，所述发动机壳体内部靠近喷口的一侧设置有二级电加热器，用于加热工质气体。

进一步的，所述进气口和喷口通过工质回流管连通，所述工质回流管内有惰性气体。

进一步的，所述工质回流管设置有工质冷却器，用于冷却喷口排出的热工质。

进一步的，所述一级电加热器与电源控制器连接，所述电源控制器用于控制一级电加热器工作；所述一级电加热器设置有若干个，若干个一级电加热器沿着发动机壳体的周向均匀分布。

进一步的，所述二级电加热器与电源控制器连接，所述电源控制器用于控制二级电加热器工作；所述二级电加热器设置有若干个，若干个二级电加热器沿着发动机壳体的周向均匀分布。

进一步的，所述一级电加热器为电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件；所述二级电加热器为电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件。

进一步的，所述发动机壳体为筒形形式，所述压气叶轮采用单级叶轮、多级叶轮、离心式叶轮或者轴流式叶轮。

进一步的，所述轮轴通过轮轴轴承和轮轴支撑设置于发动机壳体内部。

本发明的有益效果：

1)本发明提供一种以电能为能源、加热气体工质做功为技术路线的涡轮发动机，既使用电为能源又能够达到更高功率重量比，能满足更加极限的应用需求。

2)本发明采用电能源的涡轮发动机，当采用分两级加热方式工作时，如果以在二级加热单元区域(对应涡轮喷气发动机的加力燃烧室)进行电加热，并采用电弧等离子体作为加热元件，将工质温度加热至1900℃以上，能够产生远高于现有燃气或燃油涡轮喷气发动机的推力输出，相比传统化学燃料涡轮发动机，本发明电能源涡轮发动机将有无可比拟的高功率输出优势。

3)本发明以电为能源加热工质气体做功，在无氧的惰性气体环境中(譬如火星大气条件)一样可以正常工作，随着储能电池的能量密度逐渐提高，电能源涡轮发动机未来会在诸多行业领域，特别是交通载具行业上有广阔应用前景。

4)本发明还提供一种以电能为能源，惰性气体作为工质气体，并循环使用此工质的涡轮发动机，即，采用以电为能源、工质采用惰性气体循环使用的涡轮发动机技术路线，既使用电为能源，又能够超过传统化学燃料涡轮轴发动机的高功率重量比，以满足更加极限的应用需求。

5)本发明制造密闭的惰性气体环境，使电能源涡轮发动机高温部件工作在该环境中，达到以惰性气体为工质气体的目的。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明提供的电能源涡轮发动机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的电能源涡轮发动机的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的电能源涡轮发动机的结构示意图；

图4是本发明实施例一和实施例二提供的电能源涡轮发动机的各工作单元区域图；

图5是本发明实施例一和实施例二提供的电能源涡轮发动机的工作流程图；

图6是本发明实施例三提供的电能源涡轮发动机的结构示意图；

图7是本发明实施例三提供的电能源涡轮发动机的工作流程图；

图8是本发明实施例四提供的电能源涡轮发动机的结构示意图；

图9是本发明实施例四提供的电能源涡轮发动机各工作单元区域图；

图10是本发明实施例四提供的电能源涡轮发动机的工作流程图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-轮轴，2-进气口，3-压气叶轮，4-发动机壳体，5-工质冷却器，6-导线二，7-涡轮，8-导线三，9-喷口，10-一级电加热器，11-二级电加热器，12-电源控制器，13-导线一，14-轮轴气封，15-轮轴支撑，16-轮轴轴承，17-工质回流管，18-工质回流单元区域，19-工质冷却单元区域，20-工质气体工作路径，21-发动机进口区域，22-发动机压气单元区域，23-一级电加热单元区域，24-涡轮做功单元区域，25-二级电加热单元区域，26-发动机喷口区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“一”、“二”、“三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图10所示，本发明提供了一种电能源涡轮发动机，包括：

发动机壳体4，其设置有进气口2和喷口9；

轮轴1，其设置于发动机壳体4内部，轮轴1安装有压气叶轮3和涡轮7；以及

一级电加热器10，其设置于压气叶轮3与涡轮7之间的发动机壳体4内部，用于加热工质气体。

作为优选实施例，轮轴1的一端伸出发动机壳体4的进气口2与外部旋转装置连接，轮轴1旋转驱动外部旋转装置旋转做功，本实施例中，外部旋转装置为螺旋桨。

作为优选实施例，发动机壳体4内部靠近喷口9的一侧设置有二级电加热器11，用于加热工质气体。

上述技术方案中，电能源涡轮发动机工作在气体环境中，气体环境既可是地球大气环境，也可是其他种类气体的环境。轮机行业通常称用于轮机做功的介质为工质。电能源涡轮发动机通过各分工单元元件的调整，可以三种工作方式进行工作：(1)以轮轴1输出旋转机械能的工作方式；(2)以喷口9高速喷射工质气体输出反向推力的工作方式；(3)以前两种方式同时复合输出的工作方式。当工作在第(1)种轮轴1输出的方式时，一级电加热器10将工质气体加热到1400℃以上，电能源涡轮发动机能够实现大于7kw/kg的功率重量比，特别是在惰性气体为工质的环境中，相较地球大气环境，惰性气体作为工质，对涡轮7叶片不产生氧化腐蚀，能够进一步提高功率重量比。当以第(2)种喷气产生推力方式工作时，在二级加热单元区域25采用电弧等离子体加热工质气体，可将工质气体温度加热至1900℃以上，这将产生远高于现有燃气或燃油涡轮喷气发动机的推力输出。当以第(3)种复合输出工作方式工作时，是上述两种工作方式的结合，实现电能源涡轮发动机输出功率、功率重量比等技术指标均要高于现有的涡轮发动机。

作为优选实施例，进气口2和喷口9通过工质回流管17连通，工质回流管17内有惰性气体。工质回流管17设置有工质冷却器5，用于冷却喷口9排出的热工质。

本实施例为一种工质循环使用的电能源涡轮发动机，是采用电来加热惰性工质气体，推动涡轮7旋转做功并驱动轮轴1输出机械能的装置。工质气体置于涡轮发动机内部，与发动机外部环境气体隔绝，压气叶轮3侧为冷工质进入端，涡轮7侧为热工质出气端。发动机工作时，工质气体流经发动机主体部分做功，推动涡轮7做功完成的工质气体由工质回流管17经工质冷却器5冷却后返回到发动机进气口2，如此持续循环。工质气体为惰性气体保护了电加热器和涡轮7，能够提高一级电加热器10输出功率，可以控制工质气体被加热温度高于1400℃，电加热器和涡轮7均因在惰性气体工质环境而不会氧化侵蚀，相比传统涡轮发动机而言，本发明的电能源涡轮发动机的输出功率得到大幅度提升。工质冷却器5的冷却形式可通过换热方式将回流热工质冷却，也可通过增加工质流通通道的外表面积，直接往大气散热的方式进行冷却。工质冷却器5用于将带有余热的工质冷却到初始冷工质状态，但如果发动机内做功完成的工质气体，已经焓降到初始状态的焓值，那么可不设置工质冷却器5。本实施例中，轮轴1除驱动压气叶轮3用于压气做功外，还延长到发动机外侧，连接并驱动外部旋转装置转动做功。轮轴气封14将轮轴1转动处密封，防止工质气体外泄或者外部气体进入发动机。

本发明中，一级电加热器10与电源控制器12连接，电源控制器12用于控制一级电加热器10工作；一级电加热器10设置有若干个，若干个一级电加热器10沿着发动机壳体4的周向均匀分布。二级电加热器11与电源控制器12连接，电源控制器12用于控制二级电加热器11工作；二级电加热器11设置有若干个，若干个二级电加热器11沿着发动机壳体4的周向均匀分布。一级电加热器10为电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件；二级电加热器11为电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件，实际使用时，一级电加热器10和二级电加热器11既可单独采用电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件，也可以同时采用电阻和电弧等离子体加热元件的复合形式。

上述技术方案中，一级电加热器10和二级电加热器11均为多组形式，沿发动机壳体4圆周方向环形排布在所对应的加热单元区域内。电源控制器12从外部电网或电池引入电能，再通过导线一13给一级电加热器10和二级电加热器11供电，电源控制器12通过控制供入一级电加热器10和二级电加热器11电量实现分别控制一级电加热器10和二级电加热器11输出功率的大小。一根导线一13通过导线二6与一级电加热器10相连，另一根导线一13通过导线三8与二级电加热器11相连，以实现为一级电加热器10和二级电加热器11供电，导线二6和导线三8与发动机壳体4的连接处绝缘且密封，可单点或者多点穿过发动机壳体4引入到对应的电加热器。

本发明中，发动机壳体4为筒形形式，压气叶轮3采用单级叶轮、多级叶轮、离心式叶轮或者轴流式叶轮。压气叶轮3和涡轮7均安装在轮轴1上。涡轮7、轮轴1以及压气叶轮3，既可以采用同转速形式，也可以在三者之间通过变速装置形成不同转速和不同旋转方向。涡轮7通过轮轴1与压气叶轮3做直接连接或做变速驱动相连，发动机工作时，涡轮7为驱动力输入端，轮轴1与压气叶轮3为从动部件。

本发明中，轮轴1通过轮轴轴承16和轮轴支撑15设置于发动机壳体4内部，即，轮轴1通过轮轴轴承16和轮轴支撑15连接并支撑在发动机壳体4上。具体的，轮轴轴承16采用适用的轴承形式，包括空气轴承、滚针轴承、滚珠轴承、电磁轴承、陶瓷轴承等旋转形式轴承；轮轴支撑15和轮轴轴承16可为多组形式，根据需要安装在轮轴1轴向方向的任何合适位置上。

本发明中，电能源涡轮发动机通过调整不同单元内元件的参数性能以三种工作方式(实施例一～实施例三)进行工作：

实施例一

如图2所示，本实施例的一种电能源涡轮发动机，包括：

发动机壳体4，其设置有进气口2和喷口9，进气口2为进气端，喷口9为出气端；

轮轴1，其设置于发动机壳体4内部，轮轴1安装有压气叶轮3和涡轮7；以及

一级电加热器10，其设置于压气叶轮3与涡轮7之间的发动机壳体4内部，用于加热工质气体；

轮轴1的一端伸出发动机壳体4的进气口2与外部旋转装置(螺旋桨)连接，轮轴1旋转驱动外部旋转装置旋转做功；

发动机壳体4内部靠近喷口9的一侧设置有二级电加热器11，用于加热工质气体。

本实施例为电能源涡轮发动机以轮轴1输出机械能和喷口9高速喷出工质气体产生反作用力做功的复合工作方式：

轮轴1延长出发动机进气口2用来连接和驱动外部旋转装置(螺旋桨)做功，喷口9高速喷出工质气体产生反向推力做功。这种工作形式是电能源涡轮发动机在两种动力输出做功的复合形式工作方式，在此工作方式的电能源涡轮发动机，如果提高一级电加热器10的输出功率并增加涡轮7的叶片和叶片级数，则能够提高轮轴1输出机械能的输出功率在整个发动机功率输出中的占比；反之则缩小其占比。如果提高二级电加热器11的输出功率，则能提高喷口9喷出工质气体产生反向推力做功的输出功率在整个发动机功率输出中的占比，反之则缩小其占比。通过电源控制器12调整向一级电加热器10和二级电加热器11输出电能的量，可控制该涡轮发动机的输出功率。

如图4和图5所示，本实施例电能源涡轮发动机的工质气体工作路径20为：

工质气体在发动机进口区域21为自由状态；

工质气体经由发动机进气口2被吸入发动机压气单元区域22，工质气体经由压气叶轮3加压，工质气体在发动机压气单元区域22出现焓升；

被加压后工质气体进入一级电加热单元区域23，电源控制器12通过导线一13和导线二6将电能输送给一级电加热器10，一级电加热器10将经过一级电加热单元区域23内的工质气体加热，工质气体出现第二次焓升；

工质气体受热膨胀后流入涡轮做功单元区域24，推动涡轮7旋转做功，带动压气叶轮3工作，并驱动外部旋转装置做功，工质气体出现焓降；

在涡轮做功单元区域24内做功完成的工质气体进入二级电加热单元区域25，电源控制器12通过导线一13和导线三8将电能输送给二级电加热器11，二级电加热器11将经过二级电加热单元区域25内的工质气体加热，在此区域内的工质气体出现焓升；

经过二次加热的工质气体从发动机喷口9高速喷出，产生反向于喷出方向的反作用力进行做功，在发动机喷口区域26工质气体出现焓降；

轮轴1除驱动压气叶轮3用于压气做功外，还延长到发动机进气口2外侧，连接并驱动外部旋转装置(螺旋桨)转动做功，在电能源涡轮发动机外部的工质气体连续不断的从发动机进气口2进入，流经发动机各中间区域后由喷口9喷出，使发动机可以连续输出做功。

实施例二

如图3所示，本实施例的一种电能源涡轮发动机，包括：

发动机壳体4，其设置有进气口2和喷口9，进气口2为进气端，喷口9为出气端；

轮轴1，其设置于发动机壳体4内部，轮轴1安装有压气叶轮3和涡轮7；以及

一级电加热器10，其设置于压气叶轮3与涡轮7之间的发动机壳体4内部，用于加热工质气体；

发动机壳体4内部靠近喷口9的一侧设置有二级电加热器11，用于加热工质气体。

本实施例为电能源涡轮发动机以喷口9高速喷出工质气体产生反作用力做功的工作方式：

本实施例在实施例一的基础上去除轮轴1与外部旋转装置的连接。一级电加热器10输出功率主要用来驱动涡轮7带动压气叶轮3工作。涡轮7做功只用来驱动压气叶轮3压缩工质气体。大幅增加二级电加热器11的输出功率，使工质气体经过该单元区域时获得极大焓升。工质气体被加热到高温高压状态，从喷口9高速喷出，形成反向推力进行做功。这种方式可使电能源涡轮发动机工作在只通过喷口9高速喷射工质气体输出反作用力做功的单输出工作方式下。通过电加热器电源控制器12调整向二级电加热器11输出电能的量，可控制电能源涡轮发动机的输出功率。

如图4和图5所示，本实施例电能源涡轮发动机的工质气体工作路径20为：

工质气体在发动机进口区域21为自由状态；

工质气体经由发动机进气口2被吸入发动机压气单元区域22，工质气体经由压气叶轮3加压，工质气体在发动机压气单元区域22出现焓升；

被加压后工质气体进入一级电加热单元区域23，电源控制器12通过导线一13和导线二6将电能输送给一级电加热器10，一级电加热器10将经过一级电加热单元区域23内的工质气体加热，工质气体出现第二次焓升；

工质气体受热膨胀后流入涡轮做功单元区域24，推动涡轮7旋转做功，带动压气叶轮3工作，工质气体出现焓降；

在涡轮做功单元区域24内做功完成的工质气体进入二级电加热单元区域25，电源控制器12通过导线一13和导线三8将电能输送给二级电加热器11，二级电加热器11将经过二级电加热单元区域25内的工质气体加热，在此区域内的工质气体出现焓升；

经过二次加热的工质气体从发动机喷口9高速喷出，产生反向于喷出方向的反作用力，进行做功，在发动机喷口区域26工质气体出现焓降。

实施例三

如图6所示，本实施例的一种电能源涡轮发动机，包括：

发动机壳体4，其设置有进气口2和喷口9，进气口2为进气端，喷口9为出气端；

轮轴1，其设置于发动机壳体4内部，轮轴1安装有压气叶轮3和涡轮7；以及

一级电加热器10，其设置于压气叶轮3与涡轮7之间的发动机壳体4内部，用于加热工质气体；

轮轴1的一端伸出发动机壳体4的进气口2与外部旋转装置连接，轮轴1旋转驱动外部旋转装置旋转做功。

本实施例为电能源涡轮发动机以轮轴1输出机械能做功输出的工作方式：

本实施例在实施例一的基础上去除二级加热器11；增多涡轮7叶片数量、增加叶轮级数并加大一级电加热器10的输出功率来提高涡轮7的做功能力。由轮轴1输出机械能带动其他装置旋转做功。此时工质气体经过涡轮7做功时，出现大幅度焓降，工质气体携带的能量主要用来推动涡轮7做功。在喷口9处喷出的工质气体温度和流速均较低，可忽略反作用力做功功率。这种方式可使电能源涡轮发动机工作在只通过轮轴1输出机械能的单输出工作方式下。通过电加热器电源控制器12调整向一级电加热器10输出电能的量，可控制电能源涡轮发动机的输出功率。

如图7所示，本实施例电能源涡轮发动机的工质气体工作路径20为：

工质气体在发动机进口区域21为自由状态；

工质气体经由发动机进气口2被吸入发动机压气单元区域22，工质气体经由压气叶轮3加压，工质气体在发动机压气单元区域22出现焓升；

被加压后工质气体进入一级电加热单元区域23，电源控制器12通过导线一13和导线二6将电能输送给一级电加热器10，一级电加热器10将经过一级电加热单元区域23内的工质气体加热，工质气体出现第二次焓升；

工质气体受热膨胀后流入涡轮做功单元区域24，推动涡轮7旋转做功，带动压气叶轮3工作，并驱动外部旋转装置做功，工质气体出现焓降；

在涡轮做功单元区域24内做功完成的工质气体从发动机喷口区域26喷出。

实施例一～实施例三中，电能源涡轮发动机的启动过程为：

启动电能源涡轮发动机，在非工作状态开始启动时，需要外部动力装置连接轮轴1旋转，驱动压气叶轮3使外部工质气体被吸入发动机进气口2，经过压气叶轮3加压到启动所需要的最低压力，此时通过一级电加热器10加热流过的工质气体，推动涡轮7做功，直到外部动力装置撤出后，涡轮7做功能力足够驱动压气叶轮3将工质气体加压到发动机工作所需压力时，电能源涡轮发动机即完成启动。电能源涡轮发动机的启动过程采用现有涡轮发动机的启动方式即可。

实施例四

如图8所示，本实施例的一种电能源涡轮发动机，包括：

发动机壳体4，其设置有进气口2和喷口9，进气口2为进气端，喷口9为出气端；

轮轴1，其设置于发动机壳体4内部，轮轴1安装有压气叶轮3和涡轮7；以及

一级电加热器10，其设置于压气叶轮3与涡轮7之间的发动机壳体4内部，用于加热工质气体；

轮轴1的一端伸出发动机壳体4的进气口2与外部旋转装置(螺旋桨)连接，轮轴1旋转驱动外部旋转装置旋转做功；

进气口2和喷口9通过工质回流管17连通，工质回流管17内有惰性气体，工质回流管17设置有工质冷却器5，用于冷却喷口9排出的热工质。

如图9和图10所示，本实施例电能源涡轮发动机的工质气体工作路径20为：

工质气体在发动机进口区域21为冷却初始状态；

工质气体经由压气叶轮3吸入到发动机压气单元区域22，并加压，工质气体在发动机压气单元区域22出现焓升；

被加压后工质气体进入一级电加热单元区域23，电源控制器12通过导线一13和导线二6将电能输送给一级电加热器10，一级电加热器10将经过一级电加热单元区域23内的工质气体加热，加热温度从初始温度到几千℃，依工况而定；工质气体被加热的温度越高，发动机输出功率越大，在一级电加热单元区域23工质气体出现第二次焓升；

工质气体受热膨胀后流入涡轮做功单元区域24内，推动涡轮7旋转做功，在此工质气体出现焓降；

做功完成的工质气体通过工质回流管17，进入工质回流单元区域18，通过工质回流管17回流通道进入工质冷却单元区域19，工质冷却单元区域19内的工质冷却器5将工质气体冷却，在工质冷却单元区域19的工质气体继续焓降；

被工质冷却器5冷却的工质气体经由回流管道再次进入发动机进口区域21，如此不断循环，工质完成压缩、加热、做功、冷却的持续循环过程。

本实施例的电能源涡轮发动机(工质循环使用的电能源涡轮发动机)的启动过程为：

启动涡轮发动机，在非工作状态开始启动时，需要外部动力装置连接轮轴1旋转，驱动压气叶轮3将加压到启动所需要的最低压力，通过一级电加热器10加热流过的工质气体，推动涡轮7做功，直到外部动力装置撤出后，涡轮7做功能力足够驱动压气叶轮3将工质气体加压到发动机工作所需压力时，该涡轮发动机即完成启动。电能源涡轮发动机的启动过程采用现有涡轮发动机的启动方式即可。

本实施例的工质循环使用的电能源涡轮发动机用电弧等离子体作为加热元件时，可将工质加热到1400℃以上，相比传统化学燃料燃烧温度上限高出许多，使本实施例的电能源涡轮发动机有无可比拟的高功率输出优势。被加热的工质温度较高时，如果工质为大气，那么大气中的氧对加热元件和多为金属材料制造的涡轮7都会产生强氧化侵蚀，所以采用惰性气体为工质，电加热元件进行超高温加热，可以大幅度提高电能源涡轮发动机输出功率的同时，还能保护加热元件和涡轮7免受氧化侵蚀。

本发明只保护以电为能源进行加热的结构和效果，涡轮发动机的其他结构参考现有技术。比如，一级电加热器10加热的部分，是对现有涡轮发动机燃烧室的改进，将以化学燃料为能源的形式，改进成以电为能源的形式，本发明通过在燃烧室部位设置一级电加热器10加热工质，工质受热膨胀后推动涡轮7旋转做功，实现涡轮发动机的工作及机械能输出；二级电加热器11加热的部分，是对现有涡轮喷气发动机的加力燃烧室的改进，将以化学燃料为能源的形式，改进成以电为能源的形式，本发明通过在加力燃烧室部位设置二级电加热器11加热工质，工质受热膨胀后从发动机喷口9高速喷出，产生反向于喷出方向的反作用力进行做功。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电能源涡轮发动机，其特征在于，包括：

发动机壳体，其设置有进气口和喷口；

轮轴，其设置于发动机壳体内部，所述轮轴安装有压气叶轮和涡轮；以及

一级电加热器，其设置于压气叶轮与涡轮之间的发动机壳体内部，用于加热工质气体。

2.根据权利要求1所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述轮轴的一端伸出发动机壳体的进气口与外部旋转装置连接，轮轴旋转驱动外部旋转装置旋转做功。

3.根据权利要求1或2所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述发动机壳体内部靠近喷口的一侧设置有二级电加热器，用于加热工质气体。

4.根据权利要求2所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述进气口和喷口通过工质回流管连通，所述工质回流管内有惰性气体。

5.根据权利要求4所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述工质回流管设置有工质冷却器，用于冷却喷口排出的热工质。

6.根据权利要求1所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述一级电加热器与电源控制器连接，所述电源控制器用于控制一级电加热器工作；所述一级电加热器设置有若干个，若干个一级电加热器沿着发动机壳体的周向均匀分布。

7.根据权利要求3所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述二级电加热器与电源控制器连接，所述电源控制器用于控制二级电加热器工作；所述二级电加热器设置有若干个，若干个二级电加热器沿着发动机壳体的周向均匀分布。

8.根据权利要求3所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述一级电加热器为电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件；所述二级电加热器为电阻式加热元件或者电弧等离子体加热元件。

9.根据权利要求1所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述发动机壳体为筒形形式，所述压气叶轮采用单级叶轮、多级叶轮、离心式叶轮或者轴流式叶轮。

10.根据权利要求1所述的电能源涡轮发动机，其特征在于，所述轮轴通过轮轴轴承和轮轴支撑设置于发动机壳体内部。

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