一种涡轮盘驱动装置及应用涡轮盘驱动装置的燃气轮机

摘要

本发明公开了一种涡轮盘驱动装置及应用涡轮盘驱动装置的燃气轮机，包括涡轮盘机构、传动轴机构、机匣系统以及支撑系统，涡轮盘机构固定安装于传动轴机构上；传动轴机构通过轴承安装于机匣系统中；机匣系统固定在支撑系统的支架上；涡轮盘机构包括一个以上的涡轮盘，每个涡轮盘均包括定子组件以及转子组件，所述定子组件包括定子壳体以及环绕一圈布设在定子壳体内腔的定子静叶。本发明以高压气体为工质在进入能量转换环节后进行集中再分配方式，利用涡轮盘的构造把工质重新导流至做功半径最大的区域进行扭力生成输出机械动力；采用分级衰减多点同步完成多级能量转换，保障不同速率下的矢量能效提高能源效率，本发明致力节能减排。

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，具体涉及一种涡轮盘驱动装置及应用涡轮盘驱 动装置的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机是通过吸入空气经压气机压缩并混合燃烧介质经燃烧室燃烧膨胀 再通过透平转化为机械能的热机系统，其优点为功率输出大、设备体积小、结 构简约易维护等；缺点是消耗大、机动性响应慢、排放大、透平叶片难以冷却 降温导致材料的制造门槛高等缺点。目前燃气轮机在装备制造业中的权重很大， 在特定设备中占有不可替代的地位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种涡轮盘驱动装置及应用涡轮盘驱动装置 的燃气轮机，本发明致力改变燃气轮机目前现状，优化和完善上述呈现的短板， 解决现有技术中的诸多不足。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种涡轮盘驱动装置，包括涡轮盘 机构、传动轴机构、机匣系统以及支撑系统，涡轮盘机构固定安装于传动轴机 构上；传动轴机构通过轴承安装于机匣系统中；机匣系统固定在支撑系统的支 架上；

涡轮盘机构包括一个以上的涡轮盘，每个涡轮盘均包括定子组件以及转子 组件，所述定子组件包括定子壳体以及环绕一圈布设在定子壳体内腔的定子静 叶；

转子组件包括转子盘，以及沿着转子盘外圆面布设的一组以上的复合气道结构，转子盘的中间一侧设置有一工质入口，工质入口的中间设置有轴承环，围绕轴 承环相连的是离心涡轮叶片，用于结构连接和集中导入工质至离心涡轮叶片， 转子盘内对应每组复合气道结构的位置均设置有一个离心导流气道；

离心导流气道的输出端接复合气道结构的进气端，离心涡轮叶片用于转子 盘与轴承套环的连接及分发工质入转子盘内部至离心导流气道，离心涡轮叶片 迎风旋转方向与转子同步，根部轴向通透；

离心导流气道用于压缩及输送工质至主喷口，主喷口由转子动叶构成的， 工质从主喷口朝旋转反方向喷出获取反向动能，位于主喷口背侧设置有扩展气 口以缓冲及开始释放能量于主喷口；

每组复合气道结构还均设置有一个排气口，当做功完毕后工质余量从排气 口朝转子旋转反方向排放，转子盘的中间设置有一个以上的通风孔用于散热。

作为优选的技术方案，所述复合气道结构均包括一扩展气口、主喷口、与 主喷口并排设置的第一进气口、与第一进气口通过复合气道导通的第一喷气口、 与第一喷气口并排设置的第二进气口、与第二进气口通过复合气道导通的第二 喷气口、与第二喷气口并排设置的第三进气口、与第三进气口通过复合气道导 通的第三喷气口、与第三喷气口并排设置的第四进气口、与第四进气口通过复 合气道导通的第四喷气口，与第四喷气口并排设置的第五进气口，第五进气口 输出端与排气口相通。

作为优选的技术方案，转子动叶所设置的径向倾角与定子叶片一致，两者 的间隙则是工质膨胀做功的空间。

作为优选的技术方案，转子盘与定子壳体的契合处设置有非接触型气封环。

作为优选的技术方案，所述传动轴机构包括转子进出气口连接环、密封伸 缩环、转子气口封盖、动力输出端、高压转子气封环、双层轴承环、变径调节 控制阀、离心变径自适应调节阀、涡轮连接轴承，涡轮盘包括低速涡轮盘以及 高速涡轮盘，双层轴承环用于连接机匣连接口安装主传动轴和高速涡轮传动轴 的双层套轴结构，转子进出气口连接环用于连接燃烧室与涡轮盘，密封伸缩环 由韧性金属材料制成，高速涡轮传动轴与压气机动轮相连，用于带动压气机运 转，涡轮连接轴承连接高速涡轮与低速涡轮之间的变径调节控制阀，涡轮连接 轴承连接各个低速涡轮盘以及安装离心自适应变径阀，进出气口连接环用于连 接转子气口封盖，转子气口封盖用于涡轮盘模组末端的气道密封。

作为优选的技术方案，所述变径调节控制阀包括控制阀外框架、控制阀内 支架、控制阀拉杆、控制阀阀门片、控制阀旋转轴；控制阀内支架设置为两个， 其设置于控制阀外框架中间，两个控制阀内支架呈内外环结构设置，两个控制 阀内支架支架通过一根以上的控制阀拉杆连接，控制阀拉杆的两端分别通过控 制阀旋转轴连接两个控制阀内支架，内环的控制阀内支架中间设置控制阀阀门 门片；

所述离心变径自适应调节阀包括调节阀外框架、调节阀内支架、调节阀弹 力压片、调节阀阀门片、调节阀旋转轴，调节阀内支架设置于调节阀外框架中 间位置，调节阀阀门门片通过调节阀旋转轴与调节阀内支架连接，调节阀弹力 压片向圆心内压迫调节阀阀门片，其一端与调节阀外框架内侧面弹性连接，另 一端与调节阀阀门片接触。

作为优选的技术方案，所述机匣系统包括壳体、外涵道、机匣骨架、主传 动轴轴承、高压涡盘连接压气机轴承、排气孔以及高压涡轮轴承，壳体分上下 两部分，壳体内部设置定子壳体以及定子叶片，主传动轴轴承通过机匣骨架连 接壳体，外涵道形成于各机匣骨架之间，涡轮盘排气孔输出端与排气孔相通， 排气孔与外涵道相通，排气孔的长度与两个涡轮盘之间的间距相等，宽度为圆 周长的36分之0.5，即每个孔5度，孔宽与间隔等宽，余量气体从涡轮盘排气 孔排出后由离心力带动工质余量向外排放，通过机匣内壁上的排气孔排至外涵 道。

作为优选的技术方案，所述支撑系统包括底座以及支架，底座设置于支架 的底部，支架用于安装支撑系统的壳体。

作为优选的技术方案，所述复合气道包括两侧气道和中置气道两部分，工 质从转子中置气道主喷口喷出，经定子叶片反压回转子两侧气道口进入，两侧 气道截面积之和大于或等于中间气道截面积。

一种燃气轮机，包括安装有涡轮盘驱动装置的燃气轮机。

本发明的有益效果是：本发明采用工质集中再分配方式，利用涡轮盘构造 把工质重新导流至做功半径最大的区域进行扭矩生成；以及采用分级做功精细 化能量吸收和转换，取代透平逐层轴向倾角吹压做功方式，提升燃机的转化效 率和机动响应能力。

对比传统技术，本发明对涡轮盘的定子和转子由轴向阵列布局改为径向对 齐并契合的布局，重新定义了做功区域和方式以最大化力矩输出、并缩小了严 苛工况范围，更关键的是涡轮盘相对独立的构造大比例地增加了方便冷却操作 的界面，以减少高价值材料的使用量，从而降低成本

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是涡轮盘驱动装置整机布局剖视示意图；

图2是涡轮盘驱动装置分解轴测图；

图3是涡轮盘定子和转子的爆炸图；

图4-1是涡轮盘的侧立面图；

图4-2是涡轮盘的侧剖面图；

图4-3是涡轮盘的侧剖面直观图；

图5是涡轮盘大样透视直观图；

图6是涡轮盘大样正立面图；

图7是涡轮盘大样两侧气道剖面图；

图8是涡轮盘大样核心气道剖面图；

图9是涡轮盘大样衍生款型正面直观图；

图10是涡轮盘衍生款型背面直观图；

图11-1是变径调节控制阀的正面图；

图11-2是变径调节控制阀的反面图；

图12-1是变径调节控制阀透视直观图；

图12-2是变径调节控制阀另一视角的透视直观图；

图13-1是离心自适应变径阀立面图；

图13-2是离心自适应变径阀另一视角的立面图；

图14-1是离心自适应变径阀透视直观图；

图14-2是离心自适应变径阀另一视角的透视直观图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除 非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非 特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、 “上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、 “外端”等指示的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 了便于描述本发明和简化描述，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，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个 等，除非另有明确具体的限定。

本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对 位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对 于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或 工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则 被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特 征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设 备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连 接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

对于本发明涉及燃气轮机使用涡轮盘驱动装置更具体细节进行详述，值得 注意的是如下文所述的涡轮盘驱动装置也可以用于但不局限于蒸汽机、压缩空 气机车、气动工程工具之类的其它系统中。

如图1和图2所示，本发明的一种涡轮盘驱动装置，包括涡轮盘机构1、传 动轴机构2、机匣系统3以及支撑系统4，涡轮盘机构1固定安装于传动轴机构 2上；传动轴机构2通过轴承安装于机匣系统3中；机匣系统3固定在支撑系统 4的支架上；

涡轮盘机构包括一个以上的涡轮盘，每个涡轮盘均包括定子组件以及转子 组件，所述定子组件包括定子壳体101以及环绕一圈布设在定子壳体101内腔 的定子静叶102；

转子组件包括转子盘100，转子盘100内设置有转子腔体103，以及沿着转 子盘100外圆面布设的一组以上的复合气道结构，转子盘100的圆形中间向工 质输入一侧设置有一工质入口，工质入口的中心设置有轴承环113，轴承环113 的外部安装离心涡轮叶片105，用于结构连接和集中导入工质至离心涡轮叶片， 转子盘100对应每组复合气道结构的位置均设置有一个离心导流气道106；

离心导流气道106的输出端通过定子叶片间隙连接复合气道结构中与其并 排的进气端，离心涡轮叶片105用于转子盘100与轴承套环的结构连接及分发 工质入转子盘100内部至离心导流气道106，离心涡轮叶片105迎风旋转方向与 转子同步，根部轴向通透；

离心导流气道106用于压缩及输送工质至主喷口108，主喷口108由转子动 叶构成的，工质从主喷口108反方向喷出获取反向动能，位于主喷口108背面 一侧的转轴盘上还设置有扩展气口1111用于缓冲及开始释放能量于主喷口；

每组复合气道结构还均设置有一个排气口110，当做功完毕后工质余量从排 气口110朝转子旋转反方向排放，转子盘100的中间设置有一个以上的通风孔 109用于通风散热。

本实施例中，复合气道结构均包括一扩展气口1111、主喷口108、与主喷 口108并排设置的第一进气口1112、与第一进气口1112通过复合气道111导通 的第一喷气口1113、与第一喷气口1113并排设置的第二进气口1114、与第二 进气口1114通过复合气道111导通的第二喷气口1115、与第二喷气口1115并 排设置的第三进气口1116、与第三进气口1116通过复合气道导通的第三喷气口 1117、与第三喷气口1117并排设置的第四进气口1118、与第四进气口1118通 过复合气道导通的第四喷气口1119，与第四喷气口1119并排设置的第五进气口 1120，第五进气口1120输出端与排气口相通。

其中，转子动叶107所设置的径向倾角与定子叶片102一致，两者的间隙 则是工质膨胀做功的空间，转子盘100与定子壳体101的契合处设置有非接触 型气封环103。

本实施例中，传动轴机构包括转子进出气口连接环201、密封伸缩环202、 转子气口封盖203、动力输出端204、高压转子气封环205、双层轴承环206、 变径调节控制阀207、离心变径自适应调节阀208、涡轮连接轴承209，涡轮盘 包括低速涡轮盘以及高速涡轮盘，双层轴承环206用于连接机匣连接口安装主 传动轴和高速涡轮传动轴，转子进出气口连接环201用于连接燃烧室与涡轮盘， 密封伸缩环202由韧性金属材料制成，高速涡轮传动轴与压气机动轮相连，用 于带动压气机运转，涡轮连接轴承209连接高速涡轮与低速涡轮之间的变径调 节控制阀207，各个低速涡轮盘之间固定安装离心自适应变径阀208于主传动轴 用于不同功率下的变径截流，进出气口连接环201用于各个转子100之间的连 接，气口封盖203，转子气口封盖203用于涡轮盘模组末端的气道密封。

其中，变径调节控制阀包括控制阀外框架2071、控制阀内支架2072、控制 阀拉杆2073、控制阀阀门片2074、控制阀旋转轴2075；控制阀内支架2072设 置为两个，其设置于控制阀外框架中间，两个控制阀内支架呈内外环结构设置， 两个控制阀内支架支架通过一根以上的控制阀拉杆连接，控制阀拉杆的两端分 别通过控制阀旋转轴连接两个控制阀内支架，内环的控制阀内支架中间设置控 制阀阀门片；

离心变径自适应调节阀包括调节阀外框架2081、调节阀内支架2082、调节 阀弹力压片2083、调节阀阀门片2084、调节阀旋转轴2085，调节阀内支架设置 于调节阀外框架中间位置，调节阀阀门片通过调节阀旋转轴与调节阀内支架连 接，调节阀弹力压片向圆心内压迫调节阀阀门片2084，其一端与调节阀外框架 内侧面弹性连接，另一端与调节阀阀门片接触。

机匣系统包括壳体301、外涵道302、机匣骨架303、主传动轴轴承304、 高压涡盘连接压气机轴承305、排气孔306以及高压涡轮轴承307，壳体分上下 两部分，壳体内部设置定子壳体以及定子叶片，主传动轴轴承304通过机匣骨 架303连接壳体，外涵道形成于各机匣骨架之间，涡轮盘排气孔110输出端与 排气孔306相通，排气孔与外涵道相通，排气孔306的长度与两个涡轮盘之间 的间距相等，宽度为圆周长的36分之0.5，即每个孔5度，孔宽与间隔等宽， 余量气体从涡轮盘排气孔110排出后由离心力带动工质余量向外排放，通过机 匣内壁上的排气孔306排至外涵道。

本实施例中，支撑系统包括底座401以及支架402，底座401设置于支架 402的底部，支架402用于安装支撑系统的壳体。

复合气道111包括两侧气道和中置气道两部分，工质从转子中置气道主喷 口108喷出，经定子叶片反压回转子两侧气道口进入，两侧气道截面积之和大 于或等于中间气道截面积。

机匣壳体分两个模块，以传动轴2的轴心分界，横向切分，将壳体内壁圆 形截面分为上、下两个模块，便于安装；机匣3两侧紧固于支架402；涡轮盘装 置1的排放方式是在侧面排放，因此需要增加外涵道302排气，余量气体从涡 轮盘排气孔110排出后由离心力带动工质余量向外排放，通过机匣内壁上的排 气孔306排至外涵道；

如图2所示的传动轴部分，自涡轮盘驱动装置与燃烧室交界接口到末端的 头尾排列顺序为：第一、双层轴承206用于机匣连接口安装主传动轴和高速涡 轮传动轴；第二、连接环201用于连接和固定各个涡轮盘1模块和离心自适应 变径阀208于传动轴上，其中有伸缩环202由韧性金属制成，以适应温度较大 的温差；第三、高速涡轮盘1(前续和压气机动轮相连)用于能量转化带动压气 机运转，其直径比低速涡轮盘1略小，以适应高速运转的响应速度；第四、轴 承209用于连接高速涡轮与低速涡轮之间的变径调节阀207；第五、变径调节阀 207用于调整低速与高速时工质人为变量；第六、低速涡轮盘1用于能量转化带 动主动力输出端；然后是重复上述涡轮盘1模块阵列的连接若干个，第八、连 接环201用于连接密封盖203(末端密封环不用安装调节阀)第九、伸缩环202； 第十密封盖203用于涡轮盘模组末端的气道密封，含安全阀功能，安全阀用于 防止过载；第十一、动力输出端204(根据不同设备的要求可灵活选择启动端与 输出端的前置或后置布局)。

涡轮盘的定子：图3至图10所示,如图3所示为涡轮盘定子，定子分为壳 体101和叶片102两部分，由于定子是工况最严苛的部件，故叶片与壳体需要 做比较充分的空芯冷却布局，材料需要采用耐热等级较高的钴基或镍基金属外 加陶瓷涂层，虽然定子的工况恶劣但毕竟是静态的，冷却充分的情形下，所添 加贵金属成分可酌量减少；定子的壳体和叶片组与转子需要高度契合，间隙要 最小化，避免做功过程中能量逃逸流失。

涡轮盘的转子：按工质做功流程描述,如图3所示的转子模块的一体构造及 其功能如下，第一、工质入口104，用于连接和集中导入工质至涡轮叶片105； 第二、离心涡轮叶片105用于转子腔体100与轴承套环结构连接及分发工质入 转子腔体内部至导流气道106，涡轮叶片迎风旋转方向与转子同步，根部轴向通 透，不影响工质穿透至后级涡轮盘单元；第三、导流气道106用于压缩及输送 工质至转子边缘转子动叶107构成的主喷口108位置；第四、工质从主喷口108 朝转子旋转的反方向喷出获取反向动能；第五、主喷口108所喷出的工质经定 子叶片102反压工质进入气口1112然后通过相连的气口1113喷出，再经定子反压进转子气口1114然后通过相连的气口1115喷出，如此类推经过多个能及 的复合气道111通过做功衰减能量；第六、复合气道111用于工质逐级迂回做 功转化能量的关键部件；第七、动叶107是工质膨胀做功承受膨胀张力的要件 也是主喷口108、复合气道111的轮廓构件，动叶107所设置的径向倾角与定子 叶片102一致，两者的间隙则是工质膨胀做功的空间；第八、当做功完毕后工 质余量从排气口110朝转子旋转反方向排放；第九、双层轴承套112用于轴承 安装及转子冷却系布局之用；第十、转子边缘与定子壳体契合处的非接触型气 封环103，用于减少工质逃逸之用；第十一、通风孔109用于转子散热辅助。

涡轮盘驱动装置的适配性：在涡轮盘驱动装置的应用方面，不同的设备会 有不同的匹配要求，如图9所示，列举了多个不同功率的转子实例以匹配相应 的设备；图9从A大样图至G大样图是直径相同功率不同的各型款涡轮盘，从 大到小的排列：图9的A大样图是四喷口、多模块合并连体模式，特点是输出 功率大，机动性一般，适用于大型发电，大涵道飞行器、船舶等，若轮盘直径 比较的大情况下(例如超过一米)，还可以增加喷口和对应的模组，以进一步 加大工质通量从而增加功率输出；图9的B大样图是四喷口大孔径模式，由于孔径比较大单模块已经有较大的功率输出可单独用于中小型设备，也可以大孔 径多模块联合驱动，装配于超大型设备；图9的大样图C是四喷口标准模式， 因标准模式的轮盘各方面指标都比较折衷，适合多模块联合驱动，当配装上变 径调节阀时能响应机动性的变量同时更节能，适用于多种行动装备，包括飞行 器、船舶、机车等机动性强的设备；图9的D大样图是双喷口、超长复合气道 模式，机动性一般，适用于节能型设备，由于复合气道较长分级多则能量转化 较充分，因此能耗低；以下的E、F、G大样图的涡轮盘转子均适用于小型设备，包括图9大样图的E是双喷口短复合气道模式；图9的F大样图是双喷口单层 迂回气道模式；图9的G大样图是双喷口单层单反压片简化模式；具体匹配方 式需根据设备要求进行灵活选配。

复合气道111的布局分两侧气道和中置气道两部分，侧气道如图7剖面大 样，和中置气道图8剖面大样组合构成，气道在转子轮廓投影图看是互不相通 的，工质是从转子中置气道主喷口108喷出，经定子叶片102反压回转子两侧 气道口1112进入，然后1112从相连的U形气道至1113气口喷出，再经定子叶 片反压在进入中心气道的气口1114进入，如此类推，工质在中置气道与两侧气 道间，经定子叶片反压，进行来回切换、逐级做工，逐级转化能量，完毕后在 排气口110朝旋转的反方向排出；两侧气道截面积之和等于中间气道截面积； 中置气道和两侧气道形态一致，但排列异步，例如中置气道的开头与两侧气道 的结尾平行。

变径调节控制阀207描述：如图2所示的变径调节控制阀207用于调整在 不同工况下流入涡轮盘的工质的变量，预设最小通量与最大通量(全开)的中 间值为可控范围，以维持低速运转的最小值为涵道孔径下限，无闭合状态。如 图11的O大样为全开状态，I为最小值状态；调节阀207由内支架2072通过连 杆2073实施旋转动作调节阀门片2074按需要调整涵道孔径，可人工干预；阀 门片长期处于极端工况下运行，需要采用高等级的耐热材料例如钴基或镍基金 属。

离心自适应调节阀208描述：如图2所示的变径阀208用于调整在不同工 况下流入涡轮盘的工质的变量，预设最小通量与最大通量(全开)的中间值为 可控范围，以维持低速运转的最小值为涵道孔径下限，无闭合状态。如图13的 O为全开状态，I为最小值状态；由调节阀208的内支架2082作支撑安装阀门 片2084于旋转轴2085上，弹性钢压片2083向圆心内压迫阀门片2084至图13-1 的I大样状态为常态，当旋转增速时，阀门片2084离心力增加，向圆心外方向 顶开压片，扩张涵道孔径如图13-2的O大样图状态；自适应调节阀是与涡轮盘同步旋转的，无需人工干预，可以固定安装于封闭的腔体内以简化构造；阀门 片长期处于极端工况下运行，需要采用高等级的耐热材料例如钴基或镍基金属。

在提高能量转化率方面本发明所采用的具体方案如下：第一、分段能量获 取方法，如图3所示，工质从主喷口108喷出-通过定子叶片102反压回转子的 1112气口进入-通过相连气道至1113气口喷出-经定子叶片反压至1114气口进 入-通过相连气道从1115气口喷出-经定子叶片反压至1116气口进入-通过相连 气道从1117气口喷出-经定子反压从1118气口进入-通过相连气道从1119喷出 -经定子叶片反压至1120气口进入-此时衰变结束，余量工质通过相连气道从排 气口110朝方向V的反方向排出转子腔体外，做功衰变的级数设定因设备需求 而定此过程作用于精细化能量吸收转化；第二、反向能量获取方法、如图8所 指引的108主喷口的工质喷向转子旋转方向V的相反方向，旁边的气口1111用 于扩展主喷口108，以缓冲和吸收定子反压的力作为工质膨胀做功的首级，扩展 气口设于主喷口背后一侧的设计则是不和其它气道联通的孤立状态的，目的是 保持主喷口靠运行前端的工质能量集中，压迫工质向后方即旋转方向V的反方 向，进行逐级做功、衰减并排出；排气口110排气是朝旋转方向V的反方向， 而喷口则跟随转子旋转，故排出的余量工质相对静止的定子101而言，其移动 的速度是被明显减慢呈现溢出态，对比透平的轴流式倾角喷压的喷涌态，动态 排放方式可明显降低工质流动速度从而转化更多的能量以提高设备的直接输出 效率。

在转子提升扭力获取方面本发明所采用的技术方案如下：第一、集中再分 配，如图8所示，工质从腔体入口104集中导入，利用涡轮盘构造中的导流通 道106把工质重新分配至做功半径最大的转子边缘区域的主喷口108进行释放 做功，获取最大化扭力半径；第二、做功的受力截面设计在涡轮盘的圆形边缘 切线位置，如图7所示指引的转子动叶107叶片间隙与定子静叶102叶片间隙 之间形成了径向切面对置关系的空间，以供工质膨胀做功，压迫转子叶片向方 向V旋转，直接生成扭力；对比透平轴流式吹压斜切的叶片获取旋转扭力的做 功方法，本发明在扭力生成方式上更直接。

在改善低速时的能量流失方面本发明采用的技术方案如下：燃气轮机在怠 速时的能耗也达到全工况的60％-80％，本发明的涡轮盘驱动装置在涡轮盘与涡轮 盘之间位于涡轮盘腔体入口104前端安装变径阀，如图2所指207和208的位 置；当设备在非匀速运行时，变径阀可根据速率按需调整阀门开启的程度，改 变工质通量；当设备怠速运转时变径阀则收缩至预设的额定最低通量状态无关 闭状态，如图11-1、11-2所指1076的位置、以及图13-1、13-2所指的1086 位置的状态，以维持涡轮盘的最低运转能量，这种动态控制流量的方式可以降 低燃机低速或怠速的功耗。

在机动响应方面本发明采用的技术方案如下：涡轮盘驱动装置的做功流程 如图8所示，工质在腔体入口104集中进入腔体内，通过气道106分发导流至 扭力半径最大的转子边缘区域，在喷口108喷出，并被强制压入全部能级而又 相对围蔽的复合通道111，最后从尾部排气口110排出；过程中工质所流经的路 径比较长且围蔽，使做功较为充分、能量逃逸量相对少，低速状态也不易失速， 因此即便工况的变量大，也可以相对保持矢量输出，从而保障有效的机动响应。

在成本方面本发明所采用的技术方案如下：第一、涡轮盘1的定子和转子 布局为径向对应契合，如图4-1、4-2、4-3，通过气道106拉长热流路径避免定 子叶片102和转子叶片107叶片承受过热的工质抵近直喷，第二、从圆心向外 压缩定子半径范围，目的为做功区域预留更长的扭力半径加大扭矩，同时减少 定子叶片的展开使用面积和增加外部散热布局的界面；第三、工质从主喷口喷 出是直接由定子承担并反压，以至转子主喷口叶片和定子叶片承担着最严苛的 工况环境，但基于定子受热是间歇性的以及前述第一项和第二项对定子的布局 修改，使定子截面积范围缩小；第四、转子盘外表大部分需要散热的部位置于 常温区域，冷却系布局简便；综上所述涡轮盘转子和定子的基础材料对比透平 可稍降低耐热等级亦能做到较好的冷却效果；而转子叶片由于进行了分级做功， 工况严苛程度从主喷口顺位逐级递减，也可以相应减少了高价值材料的使用量， 而从而降低制造成本并延长设备寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，值得注意的是如本文所述的涡轮 盘驱动装置也可以用于但不限于蒸汽机、压缩空气机车、气动工程工具之类的 其他系统中。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围和 核心原理逻辑为准。