封闭式涡轮结构的制作方法

封闭式涡轮结构
【技术领域】
1.一种封闭式涡轮结构，属于航空发动机技术领域。


背景技术：

2.传统涡扇等涡轮系列发动机的涡轮结构都是开放式结构，开放式涡轮结构的特征是转子和定子的叶片厚度小，叶片之间的空间口面积大，多级转子与定子组合在一起工作时，转子叶片的边沿厚度面积不能封闭定子叶片之间的空间口，而定子叶片的边沿厚度面积也不能封闭转子叶片之间的空间口，所有转子、定子上的空间每时每刻都保持相互连通，各级转子与定子工作时气压相互影响较大，无法形成封闭式工作状态，因此开放式涡轮结构的工作效率较低，传统涡轮系列发动机需要多级涡轮转子与定子工作，不仅增加发动机的生产成本，同时也降低了发动机的安全稳定性。


技术实现要素：

3.本技术解决的问题：一种封闭式涡轮结构，主要是提高涡轮的工作效率以及安全稳定性，降低发动机生产成本。
4.技术方案：一种封闭式涡轮结构，由转子和定子组成，转子包括具有两个工作端面的轮盘，轮盘的中间是轴孔，轴孔上设有键槽，以轴孔为中心，在轮盘上有数个均匀分布的空间孔，空间孔形状相同、大小相同，空间孔在轮盘的进气工作端面上有数个均匀分布的进气口，进气口形状相同、面积相同，两个相邻进气口之间与进气口相同半径位置的端面面积是进气封闭区，进气封闭区形状相同、面积相同，进气封闭区与进气口的面积比是1～5，空间孔在轮盘的排气工作端面上有数个均匀分布的排气口，排气口形状相同、面积相同，进气口与排气口的面积比是0.01～1，两个相邻排气口之间与排气口相同半径位置的端面面积是排气封闭区，排气封闭区形状相同、面积相同，排气封闭区与排气口的面积比是1～5，同一个工作端面上封闭区与空间口的面积比是封闭比，转子的进气、排气工作端面上的封闭比都是1～5。
5.定子有两个工作端面，定子的中间是轴孔，以轴孔为中心在定子上有数个均匀分布的空间孔，空间孔形状相同、大小相同，空间孔在定子的进气工作端面上有数个均匀分布的进气口，进气口形状相同、面积相同，两个相邻进气口之间与进气口相同半径位置的端面面积是进气封闭区，进气封闭区形状相同、面积相同，进气封闭区与进气口的面积比是1～5，空间孔在定子的排气工作端面上有数个均匀分布的排气口，排气口形状相同、面积相同，进气口与排气口的面积比是0.01～1，两个相邻排气口之间与排气口相同半径位置的端面面积是排气封闭区，排气封闭区形状相同、面积相同，排气封闭区与排气口的面积比是1～5，同一个工作端面上封闭区与空间口的面积比是封闭比，定子的进气、排气工作端面上的封闭比都是1～5。
6.前级定子、转子、后级定子轴向排列，转子在两个定子的中间，转子的进气工作端面与前级定子的排气工作端面相互紧密重合，转子的进气口与前级定子的排气口数量相
同、形状相同、面积相同，转子的进气封闭区与前级定子的排气封闭区数量相同、形状相同、面积相同，转子旋转时，转子的所有进气口与前级定子的所有排气口能够同时相互完全重合接通，转子的排气工作端面与后级定子的进气工作端面相互紧密重合，转子的排气口与后级定子的进气口数量相同、形状相同、面积相同，转子的排气封闭区与后级定子的进气封闭区数量相同、形状相同、面积相同，转子旋转时，转子的所有排气口与后级定子的所有进气口能够同时相互完全重合接通，转子与定子上的空间方向相反，当转子的进气口与前级定子的排气口相互完全重合接通时，转子的排气口被后级定子的进气封闭区封闭，封闭比大于1时，封闭区中间位置封闭空间口，根据这种转子与定子的空间口和封闭区相互位置排列结构，前级定子与后级定子的空间口和封闭区相互位置固定，转子旋转时，所有定子上的空间口和封闭区相互位置不变，组成封闭式涡轮结构，根据不同性能发动机的需要，可以增加发动机封闭式涡轮结构的数量，组合成多级封闭式涡轮结构，两个封闭式涡轮结构相互重合的定子可以共用一个定子。
7.封闭式涡轮结构工作原理：转子旋转时，所有定子上的空间口和封闭区相互位置不变，当前级定子的排气口与转子的进气口相互接通做功时，前级定子空间内的高压气体向转子的空间内流动，在转子的进气口产生转向动力，由于此时转子的排气口被后级定子的进气封闭区封闭，或者部分时间封闭，转子空间内的气压升高，同时转子排气口的气体对后级定子进气封闭区的压力增大，在对后级定子进气封闭区压力增大的过程中，打破原来的压力平衡，在转子的排气口产生动力，也就是在转子的进气口和排气口同时产生两个动力，推动转子旋转做功，这是封闭式涡轮结构工作效率高的主要原因，在转子惯性转动作用下，转子的进气口被前级定子的排气封闭区封闭，或者部分时间封闭，同时转子的排气口与后级定子的进气口相互接通做功，转子空间内的次高压气体向后级定子的空间内流动，次高压气体在转子的排气口产生排气动力，继续推动转子旋转做功，在转子惯性转动作用下，转子的进气口与前级定子的排气口再次相互接通做功，重复上述做功过程，封闭式涡轮结构各级定子、转子上的封闭比越大，在转子排气口产生的动能越多，工作效率越高，当转子、定子上的封闭比都大于3时，前级定子的排气口与转子的进气口从开始相互接通到完全断开做功过程中，转子的排气口被后级定子的进气封闭区完全封闭，根据能量守恒定律，前级定子空间内的高压气体进入转子空间内后变成次高压气体所释放的气体压力能量将全部转换成机械动能，这时的封闭式涡轮结构工作效率最高，封闭式涡轮结构的工作方式与船闸的工作方式一样。
8.封闭式涡轮结构的优点：
9.1.所有涡轮系列发动机都可以拫据发动机排气量的大小，选择不同封闭比的封闭式涡轮结构，大幅降低发动机的生产成本。
10.2.封闭式涡轮结构的转子和定子没有叶片，封闭区间内部有较大的空间散热面积，大幅提高发动机的安全稳定性。
11.3.封闭式涡轮结构是所有气压能和液压能转换成机械动能效率最高的机械结构，可以用于汽轮机和水轮机等，有利于节能环保。
【附图说明】
12.图1是转子进气做功时转子与定子上的空间口和封闭区相互位置结构平面展开示
意图
13.图2是转子排气做功时转子与定子上的空间口和封闭区相互位置结构平面展开示意图
14.图3是转子与定子轴向排列结构示意图
15.图4是前级定子进气工作端面示意图
16.图5是前级定子侧面图
17.图6是前级定子排气工作端面示意图
18.图7是转子进气工作端面示意图
19.图8是转子侧面图
20.图9是转子排气工作端面示意图
21.图10是后级定子进气工作端面示意图
22.图11是后级定子侧面图
23.图12是后级定子排气工作端面示意图
24.图中：前级定子1，转子2，后级定子3，前级定子进气口12，前级定子排气封闭区13，前级定子排气口14，前级定子轴孔16，前级定子空间孔18，转子进气封闭区21，转子进气口22，转子排气封闭区23，转子排气口24，转子轴孔26，转子空间孔28，后级定子进气封闭区31，后级定子进气口32，后级定子排气口34，后级定子轴孔36，后级定子空间孔38
【具体实施方式】
25.一种封闭式涡轮结构，由转子和定子组成，图6，前级定子1的排气工作端面上有数个均匀分布的排气口14，排气口14形状相同、面积相同，中间是轴孔16，以轴孔16轴心为圆心，两个相邻排气口14之间与排气口14相同半径位置的端面面积是排气封闭区13，排气封闭区13形状相同、面积相同，排气封闭区13与排气口14的面积比是1～5，图4，前级定子1的进气工作端面上有数个均匀分布的进气口12，进气口12形状相同、面积相同，进气口12与排气口14的面积比是0.01～1。
26.图9，转子2的排气工作端面上有数个均匀分布的排气口24，排气口24形状相同、面积相同，以轴孔26轴心为圆心，两个相邻排气口24之间与排气口24相同半径位置的端面面积是排气封闭区23，排气封闭区23形状相同、面积相同，排气封闭区23与排气口24的面积比是1～5，图7，转子2的进气工作端面上有数个均匀分布的进气口22，进气口22形状相同、面积相同，进气口22与排气口24的面积比是0.01～1，两个相邻进气口22之间与进气口22相同半径位置的端面面积是进气封闭区21，进气封闭区21形状相同、面积相同，进气封闭区21与进气口22的面积比是1～5。
27.图12，后级定子3的排气工作端面上有数个均匀分布的排气口34，排气口34形状相同、面积相同，图10，后级定子3的进气工作端面上有数个均匀分布的进气口32，进气口32形状相同、面积相同，以轴孔36轴心为圆心，两个相邻进气口32之间与进气口32相同半径位置的端面面积是进气封闭区31，进气封闭区31形状相同、面积相同，进气封闭区31与进气口32的面积比是1～5，进气口32与排气口34的面积比是0.01～1。
28.同一个工作端面上封闭区与空间口的面积比是封闭比，封闭式涡轮结构定子、转子工作端面上的封闭比都是1～5。
29.图3，前级定子1、转子2、后级定子3相互轴向排列，前级定子1的排气工作端面图6与转子2的进气工作端面图7相互紧密重合，图6、图7所示，前级定子1的排气口14与转子2的进气口22数量相同、形状相同、面积相同，前级定子1的排气封闭区13与转子2的进气封闭区21数量相同、形状相同、面积相同，转子旋转时，转子2的所有进气口22与前级定子1的所有排气口14能够同时相互完全重合接通，转子2的排气工作端面图9与后级定子3的进气工作端面图10相互紧密重合，图9、图10所示，转子2的排气口24与后级定子3的进气口32数量相同、形状相同、面积相同，转子2的排气封闭区23与后级定子3的进气封闭区31数量相同、形状相同、面积相同，转子旋转时，转子2的所有排气口24与后级定子3的所有进气口32能够同时相互完全重合接通。
30.图1，转子2的空间孔28与前级定子1的空间孔18和后级定子3的空间孔38方向相反，当转子2的进气口22与前级定子1的排气口14相互完全重合接通时，转子2的排气口24被后级定子3的进气封闭区31封闭，封闭比大于1时，封闭区中间位置封闭空间口，根据这种转子与定子的空间口和封闭区相互位置结构，前级定子1与后级定子3的空间口和封闭区相互位置固定，转子2旋转时，前级定子1与后级定子3的空间口和封闭区相互位置不变，组成封闭式涡轮结构，根据不同性能发动机的实际需要，可以增加封闭式涡轮结构的数量，组合成多级封闭式涡轮结构，两个封闭式涡轮结构相互重合的定子可以共用一个定子。
31.封闭式涡轮结构工作原理：图1，图中转子2的移动方向向上，转子2旋转时，前级定子1与后级定子3的空间口和封闭区相互位置不变，当前级定子1的排气口14与转子2的进气口22相互接通做功时，前级定子1空间18内的高压气体向转子2的空间28内流动，在转子2的进气口22产生转向动力，由于此时转子2的排气口24被后级定子3的进气封闭区31封闭，或者部分时间封闭，转子2的空间28内气体压力升高，同时转子2排气口24的气体对后级定子3进气封闭区31的压力增大，在对进气封闭区31压力增大过程中，打破原来的压力平衡，在转子2的排气口24产生动力，也就是在转子2的进气口22和排气口24同时产生两个动力推动转子2旋转做功，这是封闭式涡轮结构工作效率高的主要原因，在转子2惯性转动作用下，图2，转子2的进气口22被前级定子1的排气封闭区13封闭，或者部分时间封闭，同时转子2的排气口24与后级定子3的进气口32相互接通做功，转子2的空间28内次高压气体向后级定子3的空间38内流动，次高压气体在转子2的排气口24产生排气动力，继续推动转子2旋转做功，在转子2惯性转动作用下，图1，转子2的进气口22与前级定子1的排气口14再次相互接通做功时，重复上述做功过程，封闭式涡轮结构转子、定子上的封闭比越大，转子2的排气口24被后级定子3的进气封闭区31封闭的时间越长，在转子2的排气口24产生的动能越多，工作效率越高，当转子、定子上的封闭比大于3时，转子2的进气口22与前级定子1的排气口14从开始相互接通到完全断开过程中，转子2的排气口24被后级定子3的进气封闭区31完全封闭，根据能量守恒定律，前级定子1空间18内的高压气体进入转子2的空间28内后变成次高压气体所释放的气体压力能量全部转换成机械动能，这时的封闭式涡轮结构工作效率最高，与船闸的工作方式一样，有益效果是发动机只要一个涡轮转子做功，大幅降低发动机生产成本。
32.以上描述仅是示例性的，而不是本质上的限制，在不改变本技术工作原理的前提下，本技术领域的普通技术人员还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种封闭式涡轮结构，其特征在于：前级定子、转子、后级定子相互轴向排列，转子在两个定子中间，转子的进气工作端面与前级定子的排气工作端面相互紧密重合，转子的进气口与前级定子的排气口数量相同、形状相同、面积相同，转子的进气封闭区与前级定子的排气封闭区数量相同、形状相同、面积相同，转子旋转时，转子的所有进气口与前级定子的所有排气口能够同时相互完全重合接通，转子的排气工作端面与后级定子的进气工作端面相互紧密重合，转子的排气口与后级定子的进气口数量相同、形状相同、面积相同，转子的排气封闭区与后级定子的进气封闭区数量相同、形状相同、面积相同，转子旋转时，转子的所有排气口与后级定子的所有进气口能够同时相互完全重合接通，转子与定子上的空间方向相反，当转子的进气口与前级定子的排气口相互完全重合接通时，转子的排气口被后级定子的进气封闭区封闭，封闭比大于1时，封闭区中间位置封闭空间口，根据这种转子与定子上的空间口和封闭区相互位置排列结构，前级定子与后级定子的空间口和封闭区相互位置固定，转子旋转时，前级定子与后级定子上的空间口和封闭区相互位置不变，组成封闭式涡轮结构，根据不同性能发动机的需要，可以增加发动机的封闭式涡轮结构数量，组合成多级封闭式涡轮结构，两个封闭式涡轮结构相互重合的定子可以共用一个定子。2.根据权利要求1的一种封闭式涡轮结构，其特征在于：转子的进气口与排气口的面积比是0.01～1。3.根据权利要求1的一种封闭式涡轮结构，其特征在于：定子的进气口与排气口的面积比是0.01～1。4.根据权利要求1的一种封闭式涡轮结构，其特征在于：转子工作端面上的封闭比是1～5。5.拫据权利要求1的一种封闭式涡轮结构，其特征在于：定子工作端面上的封闭比是1～5。

技术总结
一种封闭式涡轮结构，由转子和定子组成，转子、定子的工作端面上有空间口和封闭区结构，转子与定子相互轴向排列，当转子的进气口与前级定子的排气口相互完全重合接通时，转子的排气口被后级定子的进气封闭区完全封闭，封闭比大于1时，封闭区中间位置封闭空间口，根据这种转子与定子的空间口和封闭区相互位置排列结构，前级定子与后级定子上的空间口和封闭区相互位置固定，转子旋转时，前级定子与后级定子的空间口和封闭区相互位置不变，组成封闭式涡轮结构，有益效果是大幅提高涡轮的工作效率，降低航空发动机的生产成本。降低航空发动机的生产成本。降低航空发动机的生产成本。


技术研发人员：邓军
受保护的技术使用者：邓军
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2023/6/12