[發明專利]一種無葉渦輪機及無葉渦輪機的盤體設計方法

在審

• 申請號: 202011343950.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112589384A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 羅云奎
• 申請（專利權）人: 深圳樸坂科技有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C22C21/08;C22F1/047;C21D1/26;C21D9/32;C21D1/18
• 代理公司: 廣州市律帆知識產權代理事務所(普通合伙) 44614
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種無葉渦輪機的盤體設計方法，所述無葉渦輪機主要包括殼體、盤體及轉軸，其特征在于，所述盤體呈圓形，且圓心位置處設有通孔，所述盤體材質為Al?Mg?Si系鋁合金，所述盤體采用的鍛壓方式進行成型，坯料的加熱溫度為480℃，通過采用Al?Mg?Si系鋁合金增強盤體對流體的約束，增加無葉渦輪機的工作穩定性，解決現有技術中通常的無葉渦輪機盤體采用金屬材質進行制作，在加工過程中，容易造成盤體與盤體的差異性，對于無葉渦輪機整體的穩定性會造成一定影響的問題。

技術領域

本發明涉及無葉渦輪機技術領域，尤其涉及一種無葉渦輪機及無葉渦輪機的盤體設計方法。

背景技術

無葉渦輪機是一種無葉片，由流體剪切力驅動的渦輪機，它應用了邊界層效應，而非傳統的用流體直接沖擊渦輪葉片。此外，無葉渦輪機還被稱為“邊界層渦輪機(boundarylayer turbine)”、“凝聚型渦輪機(cohesion-type turbine)”和“普朗特層渦輪機(Prandtl layer turbine)”(以紀念德國力學大師路德維格·普朗特)。生物工程學研究者將其看作一種“多碟式離心泵(multiple disk centrifugal pump)”。

原理是流體的邊界層效應(boundary layer effect)，流體受黏滯力影響，會在管壁或者其它物體邊緣形成一層很薄的邊界層，在邊界層內，固定表面的流速為0，離表面越遠速度越大。利用這個效應就可以讓高速運動的液體帶動一組圓盤轉動。因此它的效率比普通的葉片渦輪機高得多。其中，渦輪由一組光滑圓盤組成，盤上有噴嘴向盤邊緣持續吹出氣流。這種氣流會由于流體粘度和氣體在表面層的粘滯性而吸附在圓盤上。當氣流速度放慢，同時給圓盤施加以能量，氣體會作螺旋向心運動并排出。由于轉子的表面光滑沒有隆起，這個設計極其堅固。

而在現有技術中，通常的無葉渦輪機盤體采用金屬材質進行制作，在加工過程中，容易造成盤體與盤體的差異性，對于無葉渦輪機整體的穩定性會造成一定影響。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明公開了一種無葉渦輪機的盤體設計方法，所述無葉渦輪機主要包括殼體、盤體及轉軸，所述盤體呈圓形，且圓心位置處設有通孔，所述盤體材質為Al-Mg-Si系鋁合金，所述盤體采用的鍛壓方式進行成型，坯料的加熱溫度為480℃。

更進一步地，所述圓盤設計步驟包括：

步驟1，鍛造系統根據所述無葉渦輪機的功率需求，自動計算盤體參數及盤體間距；

步驟2，根據所述步驟1中計算得到的盤體參數選擇圓盤對應的模具；

步驟3，鑄造鋁合金鑄錠，鋁合金鑄錠中元素的質量百分含量中的Al含量跟隨盤體半徑的大小而改變，當圓盤越大時Al含量越高，其中，Si的質量百分比≤0.3％，Mg的質量百分比為為11.2％～13.2％；

步驟4，將所述鑄造鋁合金鑄錠放于退火爐中，降低溫度為在400℃的溫度下保溫6至8小時進行第一級均勻化退火，然后在450℃的溫度下保溫10至18小時進行第二級均勻化退火，得到毛坯材料；

步驟5，對得到的毛坯材料進行加工，通過在重新加熱的情況下通過液壓裝置進行多次鍛造，得到直徑大于計算得到的盤體參數的盤體，其中，鍛造次數大于等于兩次；

步驟6，對所述步驟5中得到的盤體進行蝕洗切邊，然后，再多次進行蝕洗、修傷、切邊，直到檢測到毛邊的殘留量小于第一預設值；

步驟7，對修傷后的盤體進行最后一次熱處理，對該步驟的盤體進行淬火，得到盤體成品。

更進一步地，所述圓盤設計步驟包括：所述液壓裝置的欠壓量根據所述步驟1中計算得到的盤體參數而設置，盤體直徑越大，所述欠壓量越小。