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边界层 涡轮机

阅读：199发布：2020-05-11

专利汇可以提供边界层涡轮机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种边界层涡轮机，所述边界层涡轮机可包括壳体(10)，所述壳体限定内部空间并且具有入口开口和出口开口，以有利于流体移动通过所述壳体(10)。所述边界层涡轮机还可包括转子组件(20)，所述转子组件设置在所述转子腔室中并且被构造成围绕旋转轴线(1)旋转。所述转子组件(20)可具有多个圆盘(21)，所述多个圆盘沿着所述旋转轴线(1)间隔开，以在所述圆盘(21)之间提供间隙(54)。所述多个圆盘(21)还可沿着所述旋转轴线(1)限定内部开口(26)。所述转子组件(20)可具有圆盘承载架(46)，所述圆盘承载架至少部分地设置在所述内部开口(26)中以支撑所述多个圆盘(21)。所述圆盘承载架(46)可具有暴露于所述圆盘(21)之间的所述间隙(54)中的两个或更多个的流体通道(47)。当所述流体移动通过所述壳体(10)时，所述流体可穿过所述圆盘(21)和所述内部开口(26)之间的间隙(54)。，下面是边界层涡轮机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种边界层涡轮机，包括：
壳体，所述壳体限定内部空间并且具有入口开口和出口开口，以有利于流体移动通过所述壳体；和
 转子组件，所述转子组件设置在所述转子腔室中并且被构造成围绕旋转轴线旋转，所述转子组件具有
多个圆盘，所述多个圆盘沿着旋转轴线间隔开，以在所述圆盘之间提供间隙，所述多个圆盘沿着所述旋转轴线限定内部开口，和
圆盘承载架，所述圆盘承载架至少部分地设置在所述内部开口中以支撑所述多个圆盘，所述圆盘承载架具有暴露于所述圆盘之间的所述间隙中的两个或更多个的流体通道，其中当所述流体移动通过所述壳体时，所述流体通过所述圆盘和所述内部开口之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述流体通道包括多个流体通道。
3.根据权利要求2所述的边界层涡轮机，其中所述多个流体通道围绕所述圆盘承载架周向分布并且沿着所述圆盘承载架的圆盘部分延伸。
4.根据权利要求2所述的边界层涡轮机，其中所述多个流体通道包括至少三个流体通道。
5.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘承载架包括延伸部分，以将所述转子组件联接到所述壳体并且有利于所述转子组件围绕所述旋转轴线旋转。
6.根据权利要求5所述的边界层涡轮机，其中所述延伸部分包括排出端口，所述排出端口延伸穿过所述内部开口与所述内部开口流体连通。
7.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘承载架包括圆盘联接界面部分，并且所述多个圆盘中的至少一个包括承载架联接界面部分，并且其中所述圆盘联接界面部分和所述承载架联接界面部分交接以将所述圆盘承载架和所述多个圆盘中的所述至少一个彼此联接。
8.根据权利要求7所述的边界层涡轮机，其中所述多个圆盘中的每一个包括承载架联接界面部分。
9.根据权利要求7所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘联接界面部分相对于所述旋转轴线径向向外延伸。
10.根据权利要求7所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘联接界面部分和所述承载架联接界面部分包括围绕所述旋转轴线彼此周向偏置的互补突起部。
11.根据权利要求7所述的边界层涡轮机，还包括支撑圆盘，以与所述多个圆盘联接并为所述多个圆盘提供支撑，所述支撑圆盘具有第二承载架联接界面部分，其中所述圆盘联接界面部分和所述第二承载架联接界面部分交接以将所述圆盘承载架和所述支撑圆盘彼此联接。
12.根据权利要求11所述的边界层涡轮机，其中所述支撑圆盘是外部支撑圆盘，所述外部支撑圆盘被构造成设置在所述多个圆盘的端部处。
13.根据权利要求11所述的边界层涡轮机，其中所述支撑圆盘是内部支撑圆盘，所述内部支撑圆盘被构造成设置在所述多个圆盘中的至少两个之间。
14.根据权利要求7所述的边界层涡轮机，其中所述流体通道包括多个流体通道，所述多个流体通道至少部分地由沿着所述旋转轴线延伸的多个跨段限定，并且其中所述圆盘联接界面部分与所述多个跨段相关联。
15.根据权利要求14所述的边界层涡轮机，其中所述多个跨段平行于所述旋转轴线延伸。
16.根据权利要求14所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘承载架还包括中间跨段支撑件，所述中间跨段支撑件联接到所述多个跨段并且围绕所述圆盘承载架周向延伸，以为所述跨段提供支撑。
17.根据权利要求16所述的边界层涡轮机，还包括内部支撑圆盘，以与所述多个圆盘联接并为所述多个圆盘提供支撑，所述内部支撑圆盘具有跨段支撑联接界面部分并且所述中间跨段支撑件具有支撑圆盘联接界面部分，其中所述跨段支撑联接界面部分和所述支撑圆盘联接界面部分交接以将所述内部支撑圆盘和所述中间跨段支撑件彼此联接。
18.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，还包括隔板，所述隔板将所述内部空间周向划分为外部腔室和转子腔室，所述转子腔室从所述外部腔室径向向内定位，所述隔板具有隔板开口，由此使得流体可移动通过所述外部腔室和所述转子腔室之间的所述隔板。
19.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述多个圆盘被取向成垂直于所述旋转轴线。
20.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘被多个隔离件以等于所述流体的边界层厚度的0.25至8倍的距离间隔开，其中所述隔离件任选地局限于所述圆盘的半径的三分之一内的区域，并且其中所述隔离件任选地横跨每个圆盘布置成环构型。
21.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘通过穿过所述多个圆盘的多个紧固件彼此联接。
22.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘的外边缘为渐缩的。
23.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述转子组件包括延伸构件，以将所述转子组件联接到所述壳体并且有利于所述转子组件围绕所述旋转轴线旋转。
24.根据权利要求23所述的边界层涡轮机，其中所述延伸构件包括排出端口，所述排出端口延伸穿过所述内部开口与所述内部开口流体连通。
25.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，还包括飞轮，所述飞轮联接到所述转子组件，其中所述飞轮任选地包括发电构件。
26.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述入口开口与所述外部腔室相关联，由此使得所述外部腔室用作所述流体的膨胀腔室。
27.根据权利要求26所述的边界层涡轮机，其中所述外部腔室的横截面围绕所述旋转轴线360度是均匀的。
28.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述隔板开口围绕所述隔板周向等距地隔开，并且所述隔板开口由多个隔板构件限定，其中所述隔板构件的所述数量为8或等于所述多个圆盘的外径内的2.54cm单位数除以2得到的最接近整数，以较大者为准。
29.根据权利要求28所述的边界层涡轮机，其中形成隔板开口入口的一部分的所述入口表面的半径为所述隔板构件的径向厚度的1.5倍的5％以内，其中每个隔板构件任选地具有形成隔板开口出口的一部分的出口表面半径，所述出口表面半径为所述入口表面半径的三分之一的5％以内。
30.根据权利要求28所述的边界层涡轮机，其中所述隔板构件中的一个任选地被定位成由此使得所述隔板构件的中点与所述壳体的终点偏置所述隔板构件的长度的51％，从而限定流体入口通路。
31.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述壳体还包括所述入口开口和所述内部空间之间的分配区域，以使流体流从所述入口开口过渡到所述内部空间，其中所述入口开口任选地包括模块化入口歧管，所述模块化入口歧管具有将圆形入口渐进地过渡到矩形分配区域横截面的膨胀区域。
32.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述圆盘的外径和所述隔板的内表面之间的径向距离为等于所述流体的边界层厚度的3至10倍。
33.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述多个圆盘中的至少一个由织造纤维树脂复合材料构造而成。
34.根据权利要求1所述的边界层涡轮机，其中所述多个圆盘中的至少一个是实心圆盘，在平行于所述旋转轴线的方向上没有通过所述至少一个圆盘的流体连通。
35.一种用于边界层涡轮机的转子组件，包括：
多个圆盘，所述多个圆盘沿着旋转轴线间隔开，以在所述圆盘之间提供间隙，所述多个圆盘沿着所述旋转轴线限定内部开口；和
圆盘承载架，所述圆盘承载架至少部分地设置在所述内部开口中以支撑所述多个圆盘，所述圆盘承载架具有暴露于所述圆盘之间的所述间隙中的至少两个的流体通道，由此使得当流体移动通过所述转子组件时，所述流体通过所述圆盘和所述内部开口之间的所述间隙中的所述至少两个。
36.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述流体通道包括多个流体通道。
37.根据权利要求36所述的转子组件，其中所述多个流体通道围绕所述圆盘承载架周向分布。
38.根据权利要求36所述的转子组件，其中所述多个流体通道包括至少三个流体通道。
39.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述圆盘承载架包括延伸部分，以将所述转子组件联接到所述涡轮机的一部分并且有利于所述转子组件围绕所述旋转轴线旋转。
40.根据权利要求39所述的转子组件，其中所述延伸部分包括排出端口，所述排出端口延伸穿过所述内部开口与所述内部开口流体连通。
41.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述多个圆盘被取向成垂直于所述旋转轴线。
42.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述圆盘通过延伸穿过所述圆盘的紧固件彼此联接。
43.根据权利要求35所述的转子组件，还包括多个隔离件，所述多个隔离件设置在相邻圆盘之间以沿着旋转轴线将所述圆盘间隔开。
44.根据权利要求43所述的转子组件，其中所述圆盘通过延伸穿过所述圆盘且穿过所述隔离件中的至少一个的紧固件彼此联接。
45.根据权利要求43所述的转子组件，其中所述隔离件横跨每个圆盘布置成环构型，其中所述环构型任选地包括围绕所述旋转轴线同心的多个环，并且其中所述隔离件任选地局限于所述圆盘的半径的三分之一内的区域。
46.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述圆盘的外边缘为渐缩的。
47.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述圆盘以等于所述流体的边界层厚度的
0.25至8倍的距离间隔开，并且所述圆盘具有所述边界层厚度的2至5倍的圆盘厚度。
48.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述多个圆盘中的至少一个由织造纤维树脂复合材料构造而成。
49.根据权利要求35所述的转子组件，其中所述多个圆盘中的至少一个是实心圆盘，在平行于所述旋转轴线的方向上没有通过所述至少一个圆盘的流体连通。

说明书全文

边界层 涡轮机

背景技术

[0001] Tesla在美国专利No.1,061,142和No.1,061,206中描述了在堆叠的旋转盘和流体之间的动力传输。根据这些专利，由于流体表面层的粘度和粘附力在紧密间隔的旋转圆盘上造成流体拖曳，这使得流体受到两个力，一个沿旋转方向切向作用，另一个沿径向向外作用。这些切向力和离心力的组合作用是以连续增加的速度沿螺旋路径推动流体，直到其到达合适的周边出口，然后从该周边出口排出。

[0002] Tesla描述的设计可用作泵或马达。此类装置在与圆盘的旋转表面接触时利用流体的特性。如果圆盘由流体驱动，则当流体在间隔开的圆盘之间通过时，流体的运动引起圆盘旋转由此产生电力，该电力能够通过轴传递到装置外部从而为各种应用提供动力。相应地，此类装置起到马达或涡轮的作用。另一方面，如果流体基本上是静止的，那么圆盘的旋转将引起流体开始沿与圆盘相同的方向旋转，从而将流体抽吸通过装置，从而使装置起到泵或风扇的作用。在本公开中，无论用作马达还是用作泵或风扇，所有此类装置通常被称为“边界层涡轮机”。

[0003] 尽管对Tesla的原始设计做了大量改进，但由于诸如可靠性和成本等各种缺陷，已经发现此类机器的实际应用非常有限。典型的边界层涡轮机有几个缺点。典型的边界层涡轮机的薄圆盘在操作负荷下易于发生偏转，这会导致与其他圆盘和/或其他结构(诸如，包围圆盘的壳体)接触。为了使这种潜在的破坏性接触最小化，一些边界层涡轮机包括特征部，诸如结合到壳体中的浅凹或充当隔离件的贯穿螺栓。另外，典型的边界层涡轮机的效率可能受到限制。因此，有待继续寻求边界层涡轮机设计的改进。发明内容

[0004] 本文公开了一种边界层涡轮机，该边界层涡轮机可最小化或消除易于引起相邻圆盘和/或壳体之间的接触的圆盘偏转。在一个方面，本文公开了还提供增加边界层涡轮机的效率的原理。边界层涡轮机可包括壳体，其限定内部空间并且具有入口开口和出口开口，以有利于流体流过壳体。边界层涡轮机还可包括转子组件，其设置在转子腔室中并且被构造成围绕旋转轴线旋转。转子组件可具有多个圆盘，其沿着旋转轴线间隔开，以在圆盘之间提供间隙。多个圆盘还可沿着旋转轴线限定内部开口。转子组件可具有圆盘承载架，其至少部分地设置在内部开口中以支撑多个圆盘。圆盘承载架可具有暴露于圆盘之间的间隙中的两个或更多个的流体通道。当流体流过壳体时，流体可穿过圆盘与内部开口之间的间隙。

[0005] 在一个方面，公开了用于边界层涡轮机的转子组件。转子组件可包括多个圆盘，其沿着旋转轴线间隔开，以在圆盘之间提供间隙。多个圆盘可沿着旋转轴线限定内部开口。转子组件还可包括圆盘承载架，其至少部分地设置在内部开口中以支撑多个圆盘。圆盘承载架可具有暴露于圆盘之间的间隙中的至少两个的流体通道，由此使得当流体流过转子组件时，流体通过圆盘和内部开口之间的间隙中的至少两个。

[0006] 因此，已对本发明的较重要的特征部进行了广义的概述，以使得更好地理解接下来的本发明的具体实施方式，并且以使得更好地认识本发明对本领域的贡献。通过本发明的以下具体实施方式结合附图和权利要求，本发明的其它特征将变得更清晰，或者可通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0007] 图1A是根据本公开一个示例的边界层涡轮机的转子组件的透视图。

[0008] 图1B是图1A的转子组件的侧视图。

[0009] 图1C是图1A的转子组件的侧剖视图。

[0010] 图1D是图1A的转子组件的圆盘组的剖视图。

[0011] 图1E和图1F示出了图1A的转子组件的圆盘承载架46。

[0012] 图1G和图1H示出了外部支撑圆盘的组件和图1A的转子组件的圆盘承载架。

[0013] 图1I示出了图1A的转子组件的圆盘承载架上的圆盘的组件。

[0014] 图1J示出了图1A的转子组件的圆盘承载架上组装的外部支撑圆盘。

[0015] 图1K和图1L示出了根据本公开一个示例的转子组件的方面和特征部。

[0016] 图1M至图1T示出了根据本公开另一示例的具有键控圆盘承载架的转子组件的方面和特征部。

[0017] 图2是根据本公开一个示例的边界层涡轮机的透视图。

[0018] 图3A和图3B是图2的边界层涡轮机的分解图。

[0019] 图4A是在壳体部分之间截取的图2的边界层涡轮机的剖视图，其中省略了转子组件。

[0020] 图4B是在壳体部分之间截取的图2的边界层涡轮机的剖视图，其中示出了转子组件。

[0021] 图5是根据本公开一个示例的转子组件的圆盘的侧视图。

[0022] 图6是根据本公开一个示例的具有锥形区域的转子组件的圆盘周边边缘的细部图。

[0023] 图7是根据本公开一个示例的转子组件的一部分的剖视图。

[0024] 图8是根据本公开另一示例的转子组件的一部分的剖视图，其示出了内部开口内的可选的螺旋挡板。

[0025] 图9A和图9B示出了根据本公开一个示例的计算机模型，其示出了边界层涡轮机的内部空间中的流体体积。

[0026] 图10A和图10B示出了根据本公开另一示例的边界层涡轮机。

[0027] 图11A和图11B示出了图10A和图10B的边界层涡轮机的转子组件。

[0028] 图12示出了根据本公开另一示例的边界层涡轮机的转子组件。

[0029] 图13A是根据本公开另一示例的边界层涡轮机的透视图。

[0030] 图14A和图14B是图13的边界层涡轮机的部分分解透视图。

[0031] 图15A是图13的边界层涡轮机的平行于旋转轴线的剖视图。

[0032] 图15B是图13的边界层涡轮机的剖视图，其中省略了转子组件。

[0033] 图16是图13的边界层涡轮机的垂直于旋转轴线的剖视图。

[0034] 图17是图16的边界层涡轮机的剖视图的细部图。

[0035] 图18是图13的边界层涡轮机的转子组件的透视图。

[0036] 图19示出了图13的边界层涡轮机的转子组件的圆盘和隔离件。

[0037] 图20是根据本公开另一示例的边界层涡轮机的透视图。

[0038] 图21是图20的边界层涡轮机的剖视图。

[0039] 图22A是根据本公开一个示例被构造成泵的边界层涡轮机的示意图。

[0040] 图22B是根据本公开一个示例被构造成真空泵的边界层涡轮机的示意图。

[0041] 图22C是根据本公开一个示例被构造成风扇或鼓风机的边界层涡轮机的示意图。

[0042] 图22D是根据本公开一个示例被构造成直列泵的边界层涡轮机的示意图。

[0043] 图22E是根据本公开一个示例被构造成船马达的边界层涡轮机的示意图。

[0044] 图22F是根据本公开一个示例被构造成推进器的边界层涡轮机的示意图。

[0045] 图23A至图23C示出了根据本公开的若干示例的暴露于流体流的表面的减阻结构。

[0046] 提供这些附图以说明本发明的各个方面而不是意图在尺寸、材料、构型、布置或比例方面进行范围的限制，除非权利要求另有限制。

具体实施方式

[0047] 虽然这些示例性实施方案足够详细地描述以使本领域的技术人员能够实践本发明，但是应当理解，其它实施方案也可以实现并且在不脱离本发明的实质和范围的情况下可对本发明作出各种改变。因此，如权利要求书所要求的，本发明的实施方案的以下更详细的描述并不旨在限制本发明的范围，但是仅仅为了说明而非限制的目的而呈现以描述本发明的特征和特性，阐述本发明的最佳操作模式，并且充分地使本领域的技术人员能够实践本发明。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求书来限定。

[0048] 定义

[0049] 在描述和要求保护本发明时，将使用下面的术语。

[0050] 除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一种”、“一个”和“所述”包括复数指示物。因此，例如，提及“圆盘”包括提及一个或多个此类圆盘，并且提及“隔离件”是指一个或多个此类隔离件。

[0051] 如本文相对于标识的特性或环境所用，“基本上”是指足够小的偏差程度，以便不可测量地减损所标识的特性或环境。在一些情况下，容许的精确偏差程度取决于具体情况。

[0052] 如本文所用，“相邻”是指两个结构或元件接近。具体地讲，被识别为“相邻”的元件可邻接或连接。此类元件还可以彼此靠近或接近，而不一定彼此接触。在一些情况下，精确的接近度可以取决于具体情况。

[0053] 如本文所用，“边界层厚度”是指距固体表面的距离，在该固体表面处粘性流速为自由流速的99％。在绝大部分情况下，涡轮机可在基本上层流条件下操作，但该装置有时可在湍流条件下起作用。

[0054] 如本文所用，为方便起见，多个物品、结构元件、组成元件和/或材料可以在相同列表中表示。然而，这些列表应当理解为列表的每个构件独立地识别为单独且唯一的构件。因此，在没有相反指示的情况下，不应当单独地基于它们在相同组中的表现，将此类列表的任何单个构件理解为相同列表的任何其它构件的实际等同物。

[0055] 如本文所用，术语“…中的至少一个”旨在与“…中的一个或多个”同义。例如，“A、B和C中的至少一个”明确地包括仅A、仅B、仅C，或每一个的组合。

[0056] 如本文所用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和允许与给定术语、度量或值相关联的不精确性。本领域的技术人员可以容易地确定特定变量的灵活程度。然而，除非另有说明，否则术语“约”通常表示灵活性为小于5％，并且最通常小于1％，并且在一些情况下小于0.01％。

[0057] 本文可能以范围格式表示数值数据。应当理解，此类范围格式的使用仅仅出于方便和简洁目的，并且应当灵活解读为不仅包括明确引用为范围限制的数值，还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确引用每个数值和子范围。例如，约1至约4.5的数值范围应当被理解为不仅包括明确叙述的1至约4.5的限制，而且还包括单个数值(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4)等。相同原理适用于叙述仅一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，这应当被理解为包括所有上述值和范围。另外，这样的解释应当适用于无论范围的宽度或所描述的特性如何。

[0058] 任何方法或方法权利要求中所引用的任何步骤可以按任何顺序执行并且不限于权利要求中提供的顺序。装置加功能或步骤加功能限制仅仅用在特定的权利要求限制中，在这种限制中满足所有的下列条件：a)明确记载了“用于…的装置”或“用于…的步骤”；以及b)明确引用对应功能。在本文的说明中明确引用了支持装置加功能的结构、材料或行为。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同条件确定，而非由本文给定的描述和示例确定。

[0059] 边界层涡轮机

[0060] 参照图1A至图1J，根据本公开一个示例示出了转子组件20的方面和特征部。完整的转子组件20分别以透视图和侧视图在图1A和图1B中示出。转子组件20可包括围绕圆盘承载架46取向的多个圆盘21。外部支撑圆盘57a、57b可围绕多个圆盘21的相对端设置。外部支撑圆盘57a、57b可用于圆盘21的“盖”端，从而在圆盘组或组件的相对端上提供平滑的暴露圆盘面。转子组件20的侧剖视图在图1C中示出。圆盘组或组件(包括圆盘21和外部支撑圆盘57a、57b)的横截面示出为与图1D中的圆盘承载架隔离。圆盘承载架46示出为在图1E和图1F中隔离。外部支撑圆盘57a、57b和圆盘承载架46在图1G和图1H中示出。因此，多个圆盘21和外部支撑圆盘57a、57b彼此平行并且围绕共同的旋转轴线取向。通常，多个圆盘和外部支撑圆盘是圆形的并且具有共同的外径。

[0061] 圆盘承载架46可包括圆盘部分83和延伸部分22a、22b，如图1C所示。延伸部分22a、22b可被构造成将转子组件20联接到本文所公开的涡轮机的一部分(例如，图1C中以虚线示出的壳体10)并且有利于转子组件20围绕旋转轴线1旋转。例如，延伸部分22a、22b可在相对的方向上从多个圆盘21延伸并且基本上呈直列式以有利于转子组件围绕轴线1旋转。延伸部分22a、22b可在联接到壳体10时安装在轴承上以提供低摩擦旋转界面。在一个替代方案中，轴承可包括刷式轴承密封件，但也可使用其他旋转界面。

[0062] 具体参照图1C和图1D，多个圆盘21可沿着旋转轴线1间隔开，以在圆盘之间提供间隙54。在一个方面，圆盘可以是基本上平面的并且垂直于旋转轴线取向，但可利用任何合适的圆盘构型，诸如锥形圆盘构型或其他尺寸和构型，如下文结合本文所述的实施方案中任一个进一步概述的。例如，可使用本文所述的原理将非平面圆盘嵌套以形成转子组件。无论如何，相邻圆盘21的外表面可始终基本上彼此平行。此外，可利用任何合适数量的圆盘(例如，取决于电力要求)，但通常利用多于五个圆盘且最通常多于十个圆盘。多个圆盘21可限定沿着旋转轴线1的内部开口26(在多个圆盘21的径向内部)。

[0063] 如图1C所示，圆盘承载架46至少部分地设置在内部开口26中以支撑多个圆盘21。例如，圆盘21(例如，单个圆盘或两个或更多个组的圆盘)可滑动或以其他方式定位在圆盘承载架46的圆盘部分83上方。圆盘可一般具有约等于圆盘承载架的外径的开口内径。这可允许圆盘仅接触圆盘承载架和摩擦配合在一起。另选地，每个圆盘的内周边可固定到圆盘承载架的外表面(例如胶粘、焊接、凹口等)。

[0064] 圆盘可围绕圆盘承载架46定位，由此使得圆盘承载架46的一个或多个流体通道47可暴露于圆盘21之间的间隙54中的两个或更多个。这些流体通道47可以是沿着圆盘承载架的开口。换句话讲，一个或多个流体通道47可重叠或横贯圆盘21之间的间隙54中的两个或更多个，由此使得流体通道47和多个间隙54流体连通。因此，在流体流过转子组件20时，流体可通过圆盘21和内部开口26之间的间隙54。外部支撑圆盘57a、57b可位于内部流体通道47之外或与内部流体通道具有不重叠的关系。省略了圆盘21以显露图1G中的内部流体通道
47。可包括任何合适数量的流体通道47。在一个方面，圆盘承载架46可包括至少三个流体通道。流体通道47可单个地或共同地具有任何合适的构型。在一个方面，流体通道47可围绕圆盘承载架46(均匀地或不均匀地)周向分布。在一个示例中，流体通道47可包括沿着圆盘承载架46的旋转轴线1纵向延伸的细长槽。然而，流体通道可以是圆形、矩形、重叠的等。通常，流体通道47可延伸对应于多个圆盘21的宽度的距离。以此方式，间隙54中的每一个经由流体通道47流体连接到内部开口26。作为一般性原则，流体通道47可包括约20％至约95％的圆盘部分83的外部区域，并且一般为约50％至90％。只要在预期的操作条件下保持圆盘承载架的结构完整性，流体通道通常就可具有任何形状或尺寸。

[0065] 在流体进入圆盘承载架46(例如，经由流体通道47)的情况下，圆盘承载架46可包括中心腔室49，其可用作流体流过圆盘承载架46的管道。在一个方面，延伸部分22a、22b还可有利于流体流过圆盘承载架46。例如，延伸部分22a、22b可包括排出端口25a、25b，其延伸穿过与圆盘承载架46的中心腔室49流体连通的相应延伸部分(即，与内部开口26流体连通)。另外，延伸部分22a、22b可包括外部流体通道48a、48b，其分别与排出端口25a、25b流体连通。因此，流体可通过穿过内部流体通道47、中心腔室49、排出端口25a、25b和外部流体通道48a、48b而经由圆盘承载架46离开壳体10。以此方式，流体穿过流体通道48a、48b离开离轴的圆盘承载架46。流体也可在反向方向进入壳体10，在圆盘承载架46作为泵或风扇操作时穿过圆盘承载架中的这些开口。因此，圆盘承载架46可有利于流体从涡轮机的壳体10中排出或进入到涡轮机的壳体中。圆盘承载架46的内部流体通道47、中心腔室49、排出端口25a、25b和外部流体通道48a、48b可具有任何合适的构型，前提条件是存在足够的面积以允许流体(处于液体和/或气体状态)在没有不适当的限制的情况下通过，同时保持圆盘承载架46的结构完整性。

[0066] 在一个方面，延伸部分22a、22b可有利于将转子组件20联接到发电机或马达。例如，延伸部分22a、22b可包括界面特征部或表面24a、24b，以与驱动部件诸如发电机或马达交接并有利于联接至驱动部件诸如发电机或马达。界面特征部24a、24b可根据这些目标具有任何合适的构型。在一个方面，发电机(例如，电力发电机或泵)可联接到转子组件20以在流体流过转子组件20时发电。在另一方面，马达可联接到转子组件20以使转子组件旋转，从而使流体流过转子组件20并且将边界层涡轮机作为泵利用。因此延伸部分22a、22b可用作转子组件20到外部装置(诸如发电机或马达)的机械传递联轴器。任何合适的发电机或马达均可与本文所述的边界层涡轮机一起使用，只要此类部件的设计和尺寸与其他类型的泵或涡轮机一样合适即可。

[0067] 圆盘承载架46可提供平衡组件上的圆盘21的有益效果。例如，圆盘承载架46的圆盘部分83的外表面93可被构造成与圆盘21的内部径向表面和外部支撑圆盘57a、57b交接。因此，外表面93可用作圆盘组的圆盘的定位特征部，其可保持组件的一致性并且减少圆盘之间相对于旋转轴线1的位置的变化。因此，圆盘承载架46可提高平衡圆盘21的程度和简便性，这对于操作是有益的，尤其是在涡轮机转速增大时，并且在初始启动期间扭矩转速非常低的情况下。

[0068] 尽管转子组件20的各种部件可由任何合适的材料构造而成，但在一个方面，转子组件20(例如，圆盘21和/或圆盘承载架46)可全部或部分由复合材料诸如碳纤维复合材料(例如，Toray T800S)、玄武岩纤维复合材料或任何其他合适的轻质结构材料制成。在一个示例中，圆盘21可由织造纤维复合材料(例如，经纱/纬纱)形成。在一个实施方案中，织造纤维材料可以是玄武岩纤维材料，但不限于市售的15582/50材料。在另一个示例中，圆盘21可由陶瓷复合材料形成，这对于高温应用可是有利的。在一个方面，圆盘承载架46可由金属诸如铝、不锈钢和/或钛、陶瓷、碳纤维复合材料等制成。作为一般性指导，转子组件20可被设计成提供较低的质量与表面积比。通常，只要在转子组件20中保持足够的强度，较低的质量与表面积比就可提供改进的性能。在一些情况下，转子组件20可作为完整的单元提供，以作为损坏或磨损的转子组件的替换。

[0069] 图1I示出了圆盘承载架46上的圆盘21且图1J示出了组装在圆盘承载架上的外部支撑圆盘。圆盘21可用一个或多个紧固件或杆彼此固定且固定到外部支撑圆盘57a、57b。此外，如结合相关变化更详细地讨论的，隔离件可任选地用于保持相邻圆盘之间的均匀间隙距离。这些隔离件可具有各种形状，并且可经由永久装置或经由延伸穿过多个圆盘的通孔(例如，图1I)固定。需注意，这些包括圆盘承载架的转子组件20也可连接参照图2至图23C更详细所示和所述的任意构型使用。

[0070] 参照图1K和图1L，根据本公开另一示例示出了转子组件20'的方面和特征部。为了清楚起见，以上附图标记21标识的多个圆盘已从这些图中省略。在这种情况下，圆盘承载架46'可被构造成联接转子组件的各种圆盘中的任一个。这可便于组装并且直接提供在给定转子组件圆盘和圆盘承载架46'之间的扭矩传递。例如，圆盘承载架46'可包括圆盘联接界面部分61，并且转子组件圆盘中的一个或多个可具有承载架联接界面部分。这种承载架联接界面部分在图1L，例如，被外部支撑圆盘57a'、57b'上的附图标记63示出。内部支撑圆盘
57c可包括在上述的圆盘21之间以提供对圆盘21的附加支撑。外部支撑圆盘和内部支撑圆盘被用于联接转子组件中的(上述)多个圆盘21并对他们提供支撑。在一个实施方案中，内部支撑圆盘57c可与圆盘承载架46'一体形成(例如，固定地彼此联接，诸如通过焊接)。在该实施方案的一个具体方面，内部支撑圆盘57c的一部分可通过延伸穿过圆盘承载架46'来分隔圆盘承载架46'内的中心腔室，从而阻挡或阻塞中间跨段支撑件处的中心腔室。在这种情况下，由于中心开口已被内部支撑圆盘57c分隔并细分，因此防止流体完全通过圆盘承载架。另选地，内部支撑圆盘57c可包括中心孔，其形成中心腔室的一部分，从而允许流体完全通过圆盘承载架46'。在其他实施方案中，内部支撑圆盘57c可包括承载架联接界面部分，其与包括在外部支撑圆盘57a'、57b'中的承载架联接界面部分相同或不同。圆盘联接界面部分61和承载架联接界面部分63可交接以使圆盘承载架和转子组件圆盘彼此联接。在一个实施方案中，所有转子组件圆盘将具有承载架联接界面部分，但转子组件圆盘的任何组合可具有承载架联接界面部分。

[0071] 如图1K和图1L所示，圆盘承载架的圆盘联接界面部分61可包括突起部61a，其相对于旋转轴线1径向向外延伸。另一方面，转子组件圆盘(例如，图1L的外部支撑圆盘57a'、57b')可具有突起部63a，其朝旋转轴线1径向向内延伸。因此，圆盘联接界面部分61和承载架联接界面部分63可包括互补突起部61a、63a，其在联接时围绕旋转轴线1彼此周向偏置。
外部支撑圆盘57a'、57b'被构造成设置在多个圆盘21的外端处，并且内部支撑圆盘57c被构造成设置在多个圆盘中的至少两个之间。因此，转子组件的各种圆盘可以以在部件之间围绕旋转轴线1传递扭矩的方式直接联接到圆盘承载架46'。换句话讲，通过联接界面部分61、
63提供的联接界面可有利于彼此联接以防止围绕旋转轴线1以旋转自由度进行的相对移动。

[0072] 应当认识到，联接界面部分61、63可具有任何合适的构型。例如，互补突起部61a、63a可以是任何合适的构型，以在圆盘(例如，外部支撑圆盘57a、57b、内部支撑圆盘57c和/或圆盘21)与圆盘承载架46'上的对应联接界面部分之间形成旋转固定的界面。在一个实施方案中，突起部61a、63a可是任何合适的构型的花键，诸如蜂窝轮廓花键或任何其他合适的花键轮廓或形状。联接界面部分61、63可具有任何合适彼此配合的类型。例如，联接界面部分61、63的互补突起部61a、63a的尺寸可设定成用于间隙配合、过渡配合或过盈配合。互补突起部61a、63a的几何结构可提供对联接界面部分61、63之间的围绕旋转轴线1的相对旋转的机械阻力，其足以防止这种相对旋转。因此，圆盘承载架46'、圆盘21和支撑圆盘57a、57b、
57c可作为单个单元一起旋转。在一个方面，突起部61a、63a可平行于旋转轴线1延伸(如图
1K和图1L所示)或可围绕旋转轴线1螺旋延伸。在另一方面，突起部61a、63a可从圆柱形基座形状(如图1K和图1L所示)或锥形基座形状(即，沿旋转轴线1渐缩)在径向方向延伸。在另一方面，突起部61a、63a的径向高度可沿旋转轴线1是恒定的或可变的(例如，高度渐缩)。此外，焊接或粘合剂可应用在突起部61a、63a的界面处，以使联接界面部分61、63彼此固定。

[0073] 进一步参照图1K和图1L，圆盘承载架46'的流体通道47'可至少部分地由沿着旋转轴线1延伸的圆盘部分83'中的跨段79限定。如图所示，跨段79可平行于旋转轴线1延伸，但可设想其他构型，诸如围绕旋转轴线1螺旋延伸。如这些图所示，圆盘联接界面部分61可与跨段79相关联，并且在一些情况下可在纵向长度相称。在一个方面，跨段79可与联接界面部分61集成，诸如在被构造成接收圆盘的交接突起部63a的相邻突起部之间形成突起部61a的至少一部分和/或凹槽。将互锁联接界面部分61与跨段79集成可改善圆盘对齐并且使流体通道47'进出内部腔室的流体出口面积最大化。内部支撑圆盘57c可定位在沿着跨段79的任意位置。因此，在该实施方案中，内部支撑圆盘57c可为跨段79提供中间跨段支撑。相比之下，所示示例中的外部支撑圆盘57a'、57b'被构造成邻接圆盘联接界面部分61(靠近跨段79的外端)的端部，从而将他们的位置限制到圆盘承载架46'的圆盘部分83'的端部。

[0074] 参照图1M至图1T，根据本公开另一示例示出了转子组件20”的方面和特征部。转子组件20”类似于上文参照图1K和图1L所讨论的转子组件20'。例如，转子组件20”可包括如本文所述的圆盘承载架46”和转子组件圆盘。为了清楚起见，以上附图标记21标识的多个圆盘已从这些图中省略。图1M示出了外部支撑圆盘57a'、57b'和联接到圆盘承载架46”的内部支撑圆盘57c'。图1N示出了外部支撑圆盘57a'、57b'相对于圆盘承载架46”的分解图。圆盘承载架46”可具有圆盘联接界面部分61'，并且转子组件圆盘中的一个或多个可具有如上所述的承载架联接界面部分，以有利于使圆盘和圆盘承载架彼此联接。例如，外部支撑圆盘57a'、57b'可具有如上所述的用于圆盘承载架46”的互补联接界面部分，并且多个圆盘(未示出)可以以为支撑圆盘57a'、57b'所示的相同的方式具有互补联接界面部分。另外，参照图1K和图1L如上述实施方案所述，圆盘承载架46”的流体通道47”可至少部分地由沿着旋转轴线1延伸的圆盘部分83”中的跨段79'限定。

[0075] 在这种情况下，圆盘承载架46”包括联接到跨段79'的中间跨段支撑件79a。在一些实施方案中，中间跨段支撑件79a可与跨段79'一体形成(例如，固定地彼此联接，诸如通过焊接)。中间跨段支撑件79a可围绕圆盘承载架46”周向延伸以提供对跨段79'的支撑。内部支撑圆盘57c'被示出为以和图1O中的圆盘承载架46”的组装构型、且以图1P中的分解或拆卸构型与其他转子组件圆盘隔离。圆盘承载架46”示出为在图1Q和图1R中隔离，并且内部支撑圆盘57c'示出为在图1S和图1T中隔离。在一个方面，内部支撑圆盘57c'可被构造成与中间跨段支撑件79a联接。例如，内部支撑圆盘57c'可具有跨段支撑件联接界面部分63b，并且中间跨段支撑件79a可具有支撑圆盘联接界面部分61b(图1P)。在所示实施方案中，联接界面部分61b、63b包括相应的凹槽79b、79c，其组合以形成键槽79d(图1O)，键(未示出)可插入该键槽中以提供内部支撑圆盘57c'和圆盘承载架46”之间的扭矩传递。应当认识到，联接界面部分61b、63b可具有任何合适的构型，该构型以在部件之间围绕旋转轴线1传递扭矩的方式(例如，如上所述的一个或多个交接突起部)使内部支撑圆盘57c'和中间跨段支撑件79'彼此联接。尽管中间跨段支撑件79a的联接方面已被示出并描述为能够操作以将内部支撑圆盘57c'和圆盘承载架46”联接，但应当认识到，外部支撑圆盘可以类似方式联接到圆盘承载架。

[0076] 在一个方面，利用中间跨段支撑件79a，圆盘承载架46”的中心腔室可保持不受流体流的阻碍，诸如通过包括形成中心腔室的一部分的中心孔，从而允许流体完全通过圆盘承载架46'。另选地，中间跨段支撑件79a可被构造成延伸穿过圆盘承载架46”并分隔圆盘承载架的中心腔室，从而阻挡或阻塞中间跨段支撑件79a处的中心腔室。在这种情况下，由于中心腔室已被中间跨段支撑件79a分隔并细分，因此防止流体完全通过圆盘承载架46”。

[0077] 需注意，结合圆盘承载架讨论的转子组件可容易地结合到本文参照图2至图22C所讨论的壳体、隔板、入口和其他特征部。因此，本说明书明确涵盖了系统的变化，其中图1A至图1P的转子组件在本文随后讨论的变化中使用。类似地，在其他实施方案中讨论的关于圆盘形状、参数、渐缩等的特征部和变化也同样适用于包括圆盘承载架的转子组件。

[0078] 参照图2，根据本公开一个示例示出了边界层涡轮机100。图3A至图3B示出了边界层涡轮机100的分解图以供进一步参照。边界层涡轮机可包括壳体110，其可包括互补的壳体部分111a、111b。壳体还可具有入口开口112和出口开口113以有利于流体(即，气体和/或液体)流过壳体。出口开口113可定位在转子组件120的旋转轴线101处或附近，而入口开口112可从旋转轴线101径向向外地定位在壳体110上。尽管转子组件120在转子组件的一个实施方案的上下文中示出和描述，但应当认识到，本文所公开的边界层涡轮机100和其他边界层涡轮机可包括转子组件的任何合适的实施方案，诸如本文所公开的那些。

[0079] 另外，尽管附图标记112、113分别标识了壳体110的入口开口和出口开口，但应当认识到，在一些实施方案中，基于边界层涡轮机的操作，开口113可以是入口开口，开口112可以是出口开口。在一个方面，边界层涡轮机可以被设计和操作为“定向的”，因为流体的流动总是通过相同的入口开口进入壳体并且通过相同的出口开口离开壳体。另一方面，边界层涡轮机可以被设计和操作为“双向的”，因为流体的流动可以被切换为通过开口112、113中的任一者进入壳体并且通过另一开口离开壳体以获得正向和反向流体流。另外，壳体可包括开口114(图3B)，其也可用作类似于开口113的入口和/或出口。当利用两个开口113、114时，它们通常将具有相同的功能。因此，开口112可用作入口开口，开口113和/或开口114可用作出口开口。另一方面，开口113和/或开口114可用作入口开口，开口112可用作出口开口。在一些实施方案中，可用作入口和/或出口开口的多个开口可类似于开口112从旋转轴线径向向外地定位在壳体110上。

[0080] 如图3A和图3B所示，壳体110可限定内部空间115以容纳转子组件120。转子组件可被构造成围绕旋转轴线101旋转。转子组件可具有沿着旋转轴线间隔开的多个圆盘121。在一个方面，圆盘可以是基本上平面的并且垂直于旋转轴线取向，但可利用任何合适的圆盘构型，诸如锥形圆盘构型。例如，可使用本文所述的原理将非平面圆盘嵌套以形成转子组件。无论如何，圆盘可始终基本上彼此平行。此外，可利用任何合适数量的圆盘(例如，取决于电力要求)。如在下文中更详细描述的，所述多个圆盘121可限定沿着旋转轴线的内部开口(在所述多个圆盘121内部并且在图中不可见)。因此，当流体从入口开口112流过壳体到出口开口113和/或114时，流体可穿过圆盘和内部开口之间的间隙。

[0081] 转子组件120还可包括延伸构件122a、122b，以将转子组件联接到壳体110并且有利于转子组件围绕旋转轴线101的旋转。例如，延伸构件122a、122b可彼此相对地附接到多个圆盘121并且基本上呈直列式以有利于转子组件围绕轴线101的旋转。延伸构件122a、122b可使用粘合剂、紧固件或任何其他合适的物质或装置附接到多个圆盘121。例如，延伸构件可包括凸缘123a、123b，以交接多个圆盘并且有利于与圆盘联接。延伸构件122a、122b可在联接到壳体110时安装在轴承上以提供低摩擦旋转界面。在一个替代方案中，轴承可以是刷式轴承密封件。在一个方面，延伸构件122a、122b可包括排出端口125a、125b，其延伸穿过延伸构件并与多个圆盘121所形成的内部开口流体连通。因此流体可经由延伸构件排出端口125a、125b离开或进入壳体，这些延伸构件排出端口分别延伸穿过壳体开口113、114。

[0082] 尽管边界层涡轮机100的各种部件可由任何合适的材料构成，但在一个方面，转子组件120(即，多个盘121、延伸构件122a和/或延伸构件122b)和/或壳体110(即，壳体部分111a和/或壳体部分111b)可整体或部分地由复合材料诸如碳纤维复合材料(例如，Toray T800S)、玄武岩纤维复合材料或任何其他合适的轻质结构材料制成。在一个示例中，多个圆盘可由织造纤维复合材料(例如，经纱/纬纱)形成。在一种情况下，织造纤维材料可以是玄武岩纤维材料，可使用诸如但不限于市售的15582/50材料。在另一个示例中，多个圆盘121可由陶瓷复合材料形成，这对于高温应用可是有利的。作为一般性指导，转子组件120可被设计成提供较低的质量与表面积比。通常，只要在转子组件中保持足够的强度，较低的质量与表面积比就可提供改进的性能。在一些情况下，转子组件120可作为完整的单元提供，以作为损坏或磨损的转子组件的替换。

[0083] 在一个方面，延伸构件122a、122b可有利于将转子组件120联接到发电机或马达。例如，延伸构件122a、122b可包括凸缘124a、124b，以交接发电机轴或马达轴并且有利于将转子组件120联接到发电机或马达，诸如利用紧固件等。发电机(例如，电力发电机或泵)可联接到转子组件120以在流体流过壳体110时产生电力。马达可联接到转子组件120以使转子组件旋转，从而使流体流过壳体110并且将边界层涡轮机100作为泵利用。因此延伸构件
122a、122b可用作转子组件120到外部装置(诸如发电机或马达)的机械传递联轴器。任何合适的发电机或马达都可与边界层涡轮机100一起使用。在一个方面，每个壳体部分111a、
111b可联接到发电机或马达。例如，壳体部分111a、111b可分别包括安装特征部116a、116b，以交接发电机或马达并且有利于将壳体110联接到发电机或马达，诸如利用紧固件、焊接等。在一个方面，安装特征部116a、116b可至少延伸到延伸构件122a、122b，以有利于直接将壳体110附接到发电机或马达，而不受延伸构件122a、122b的干扰。另外，边界层涡轮机100可通过旋转轴线101以任何合适的取向(诸如，竖直或水平)进行操作。

[0084] 当利用具有发电机的边界层涡轮机100时，边界层涡轮机可由来自多个不同来源的蒸汽提供动力，诸如从锅炉捕获废热、通过更换消声器直接将水喷射到液体燃料发生器的排气流中或者通过从燃烧室产生其自身的热量。例如，燃烧气体可直接用作工作流体。这些构造中的每一者都可利用许多相同的部件，诸如给水箱、泵、传感器、计算机和其他电子部件。因此，水可作为蒸汽进入边界层涡轮机100并且可作为液体排出，但是可使用宽范围压力和温度下的任何流体，这可取决于用碳纤维复合材料构造边界层涡轮机部件时材料和树脂的特性。另选地，涡轮机可具有任何数量的流体作为工作流体介质，诸如但不限于气体、蒸汽、液体、悬浮液及其组合(例如多相流体)。

[0085] 在一个方面，边界层涡轮机100可包括隔板130。如在图4A和图4B中更清楚地示出，隔板130可沿圆周将内部空间115划分为外部腔室116和转子腔室117，该转子腔室从该外部腔室径向向内定位。外部腔室116可以是环形体积，该环形体积通常具有的内部径向尺寸102为内部空间115的半径103的80％至95％。如图4B所示，转子组件120可设置在转子腔室
117中。转子组件的外边缘可与隔板构件132的内边缘以径向转子间隙距离间隔开。径向转子间隙通常可以是测量到内边缘的转子腔室半径的85％至95％。在一个方面，径向间隙距离可为等于流体的边界层厚度的3倍至8倍。尽管用于转子圆盘121的大多数材料是刚性的，但是在操作期间相关联的旋转速率通常可导致的径向伸长为1％至5％。转子间隙可根据尺寸而变化，但在歇置状态下通常为1mm至2cm。相应地，转子间隙可被设计成适应此类圆盘拉伸。需注意，操作速度可有相当大的变化。但是，在许多情况下，转子组件可在500rpm高达
100,000rpm的速度下操作，并且在一些情况下，可在2,000rpm高达8,000rpm的速度下操作，作为具有负载的工作范围，并且在其他情况下可在1,000rpm至20,000rpm的速度下操作。作为一般性指导原则，较大直径的圆盘通常可操作比直径较小的圆盘更低的转速。

[0086] 隔板130可具有隔板开口131，由此使得流体可流过外部腔室116与转子腔室117之间的隔板。在一个方面，开口112可与外部腔室116相关联，由此使得当开口112是入口开口时外部腔室用作流体的膨胀腔室。尽管并非必需，但通常入口也可被取向成在膨胀腔室内产生切向流。隔板开口131可沿圆周围绕隔板130隔开(例如，等距)，以便允许流体从外部腔室116流入转子腔室117中，并因此在围绕圆盘的外边缘的多个位置处流入转子组件120的圆盘之间的间隙中。这种构造提供了从外部腔室116到转子组件120圆盘的多个进入端口，这可增加涡轮机的效率，尤其是当隔板开口131彼此等距间隔开时。在一个方面，隔板开口131可由两个或更多个隔板构件132限定或在单个隔板构件中形成。如图4B所示，隔板构件
132可被布置成圆形构型，其中内径的尺寸被设定为容纳转子组件120圆盘(即，大于圆盘的外径)。隔板130(即，隔板构件132)可以是固定在适当位置的单独部件，或与壳体一体地形成，诸如壳体部分111a。在图4A和图4B所示的实施方案中，所示的隔板构件132仅仅是隔板
130的一半，其中互补的一组隔板构件固定到相对的壳体部分111b。另选地，隔板可形成为单组隔板，以避免互补隔板构件的错位。

[0087] 在一个方面，隔板开口131可包括文丘里构型。本文所用的术语“文丘里”通常限定这样的构型，其中由相邻隔板构件132的两个间隔开的互补表面133、134形成的隔板开口131汇聚和/或发散，由此使得穿过隔板开口的流体达到增强的速度，同时形成显著下降的压力，从而产生与文丘里效应类似的效应。可利用任何合适的文丘里构型。在一个方面，隔板开口131相对于至少部分平面表面133可具有的喷射角104为25至55度。在一些情况下，喷射角104可为在30至50度的范围内，并且在一个具体的示例中为41.5度。另选地，喷射角104可为在35至65度的范围内，在一些情况下在40至60度范围内，并且在一个具体的示例中为
51.4度。另一方面，隔板开口131的径向尺寸105可为5mm至5cm。又一方面，隔板开口131的外圆周尺寸106可为5mm至5cm以及内圆周尺寸107为1cm至10cm。角104、径向尺寸105、外圆周尺寸106和内圆周尺寸107可根据涡轮机的流体类型、尺寸和应用而变化。

[0088] 在一个方面，隔板开口131可在使用期间被重新构造以有利于流体穿过壳体的双向流动，或微调用于特定设定和环境的性能。例如，隔板开口131的构型(即，角104、径向尺寸105、外周尺寸106和/或内周尺寸107)可通过经由马达操纵一个或多个隔板构件132来控制，该马达可由一个或多个开关致动以在两个方向上实现穿过隔板开口的合适的流动特性。另选地，可使用手动或机械连杆来调节隔板构件取向，以相对于彼此移动隔板构件。通常，可均匀调节隔板构件，以使得每个隔板构件移动相等的距离以在整个隔板中保持均匀的角度和距离，但在一些方面，隔板构件可独立地调节。最佳角度、间距和构型可至少部分地取决于流体介质(包括温度、相等)、流体速度、边界层圆盘间隙距离、圆盘粗糙度等。

[0089] 在一个方面，外部腔室116(即，在一些实施方案中的膨胀腔室)可具有恒定或均匀的横截面积，诸如通过保持尺寸特性和围绕旋转轴线101的完整360度的几何形状。需注意，在这种情况下膨胀腔室不包括通向膨胀腔室的入口开口112空间。在例示的实施方案中，外部腔室116具有圆柱形构型，其中横截面积围绕外部腔室116在恒定圆柱形壁厚度中为均匀的。

[0090] 在流体经由开口112进入壳体的稳定操作状态下，流体围绕外部腔室116循环并且在外部腔室内保持相对恒定的压力状态。流体流过隔板开口131进入转子腔室117并且进入转子组件120内的各个圆盘121之间的空间或间隙。通过圆盘表面上的粘附和粘性作用，流体使圆盘旋转。随着圆盘的旋转速度增加，圆盘之间的流体同时受到离心力和在外部腔室116与隔板开口131之间保持的压力差的作用，这使流体被保留在圆盘内。流体在圆盘之间这种驻留的增加使得流体能够继续传递能量并且通过以扭矩形式引起进一步的旋转来起作用，这增加了效率并且允许涡轮机将更多的热能转换成机械功。

[0091] 在一个方面，可包括碎屑捕集器140以通过离心力收集和排出被抛到转子组件120圆盘的外边缘的较重颗粒。例如，隔板130的一部分可以形成图4A和图4B所示碎屑捕集器140，其形状为沿着一个或多个隔板构件132的内部径向表面形成的通道或槽。碎屑捕集器
140可以经由开口141从内部空间115输送颗粒，该开口可以经由管道143通向壳体110外部的碎屑容器142，如图2和图3A所示。所示碎屑捕集器在每个端部包括开口141，尽管单个开口可能是合适的。碎屑捕集器142可以利用蒸汽压力和重力容易地维修和清洁。因此，碎屑捕集器140可以从流体中捕获颗粒并防止颗粒作为排放物离开涡轮机。在某些应用中，这可以显著降低与典型现有技术相关的环境负面排放。

[0092] 在一个方面，开口112可构造成自适应入口，以为流体提供最佳效率进口压力和/或流型。例如，如图4B所示，模块化的可更换入口配件118可以任选地用于根据需要提供不同的孔或入口开口尺寸，以影响流体的吸入压力和/或流型。另选地，入口歧管144可以包括在歧管的宽度上可替换的插入件。

[0093] 图5示出了可用于根据本公开一个示例的转子组件中的圆盘250。如图所示，圆盘250可以包括多个流体导引件251。流体导引件可具有任何合适的横截面，诸如但不限于翼型、椭圆形、圆形、菱形等。然而，如图所示的翼型横截面可以是特别有效的。流体导引件251可以在整个圆盘250中布置成环构型252a、252b和/或252c。在一个方面，环构型可以包括围绕旋转轴线201同心的多个环252a-c。尽管示出了三个这样的环，从大约三个到大约八个环通常是合适的，具体取决于尺寸和设计操作参数。在另一方面，环252a-c的径向关系可与斐波纳契比(1.61618)或黄金比(1.61803)相对应，以在流体沿着圆盘250沿着螺旋流动路径流动时使流体的效率最大化。但可以使用其他径向关系，例如等距离，或者比率为1.2至2。
当流体首次遇到流体导引件251时，形成压力波，该压力波在通过时形成低压涡旋区域，除了已经存在的力之外(例如，作用在旋转的转子组件上的粘附力和粘度)，该低压涡旋区域还以机械能量传递的形式向(旋转)圆盘增加进一步的冲击。当使用翼形流体导引件时，可以基于期望的操作参数来调整倾斜角度。作为一般性指导原则，倾角253(即，转子半径254与中心纵向翼型轴线255的夹角)可为约20°至约75°，并且在一些情况下为30°至55°。圆盘
250上的流体导引件251的数量、几何设计和位置可基于圆盘的尺寸、入口压力以及转子组件的设计旋转速度来进行优化。在一个方面，隔板开口的文丘里构型(参见图4A和图4B)可以控制同心环252a-c之间的流体流。随着转子组件的旋转速度增加，流向圆盘中心的流体流亦增加。在较低的旋转速度下，流体趋向于向圆盘的外边缘流动。

[0094] 图6示出了根据本公开一个示例的转子组件的相邻圆盘350a、350b，圆盘被取向成显示圆盘之间的间隙。转子组件的圆盘350a、350b通常相对较薄(例如，厚度356为大约为1.45mm)，并且圆盘之间的间隙357或空间的距离358等于或小于圆盘厚度356。更一般地，圆盘厚度356可以是流体边界层厚度的约2至5倍，通常为3至5，并且最经常为约3。类似地，圆盘350a、350b可以间隔距离358，该距离等于流体边界层厚度的3倍，尽管是从约0.25到8，在一些情况下是边界层厚度的从1到5、经常从2到5且最经常约3倍。通常，圆盘厚度可以为在约0.5mm至约5mm并且在一些情况下在约0.8mm至约2mm的范围内。在一个方面，圆盘350a、
350b的外边缘可以渐缩角度359以形成小半径的较薄边缘，以提供锥形区域，该锥形区域可以减小湍流并有利于流体流入或流出转子组件的平滑过渡。

[0095] 图7示出了根据本公开一个示例的转子组件420一部分的横截面。转子组件420包括多个圆盘421(分别标识为圆盘450a-n)，其限定了沿着旋转轴线的中空内部开口426，该旋转轴线延伸穿过内部开口。圆盘450a-n包括设置在相邻圆盘之间的多个隔离件451a-n，这些隔离件沿着旋转轴线将圆盘隔离开来，以在圆盘之间提供间隙454a-m。因此，当流体移动通过转子组件420时，流体可以通过圆盘450a-n之间的间隙454a-m和内部开口426。

[0096] 在一个方面，圆盘450a-n可以通过所述多个隔离件451a-n永久地彼此联接在一起(诸如，使用粘合剂)。在一个示例中，粘合剂是用于形成整个组件的常用树脂粘合剂。在一个方面，内部开口426是中空空隙，其没有应当将圆盘450a-n彼此联接或固定在一起并且/或者传递转矩的任何实心结构(例如，轴或其他类似结构)。在另一方面，内部开口可包括中空空隙以及如本文所公开的圆盘承载架(例如，图1A至图1L)，该圆盘承载架可联接到圆盘450a-n以用于支撑和/或传递扭矩。因此，沿着多个圆盘421的整个长度，并且在一些实施方案中，沿着转子组件的整个长度，从内部开口426的中空空隙排除实心结构。这样的构造还使得流体从内部开口的两端流入和流出。

[0097] 如图7所示，隔离件451a-n可以与圆盘450a-n一体地形成。因此，通过利用这种内置隔离件451a-n将圆盘450a-n彼此联接，而不需要其他部件来完成组装圆盘组件。在一个方面，隔离件451a-n可以具有翼型构型，并且因此也可用作如上参照图5所述的流体导引件。如图7所示，圆盘450a-n在一侧可以是平坦的，并且可以具有从相对侧突出的隔离件，其可以如上所述设置或布置在环构型中。因此，隔离件451a-n可以确保圆盘450a-n相互之间的精确和适当的间隔，并且通过提供多个几何分布和径向分布的联接位置来互锁相邻的圆盘，从而在操作负荷下为转子组件420结构提供刚性。另外，使用粘合剂将隔离件451a-n粘合到相邻圆盘在所有自由度提供了固定附接条件，其增加了更简单附接条件下的刚度，而不具有所有自由度的固定性，诸如螺栓联接。通常，转子组件420将包括60到200个间隙距离为0.5mm到5mm的圆盘，但可以使用任意合适数量和间距的圆盘。尽管转子组件内的圆盘数量可以变化，但作为一般性指导原则，可以包括50至500个圆盘，并且在一些情况下可以包括75至200个圆盘。在一些实施方案中，可以使用相同的圆盘来构造整个转子组件420(包括外端圆盘)，从而简化构造。在其他实施方案中，可以将不同构造的圆盘结合到转子组件中，诸如具有不同隔离件/流体导引件构造的圆盘。在一个示例中，“光滑”圆盘可以用来“封盖”转子组件圆盘的端部，从而在转子组件的相对端上提供光滑、暴露的盘面。另选地，可以在圆盘组的外板上打孔，使得冷凝水可以自由地逸出到轴中，这可以其他方式起到水膜破散的作用。

[0098] 设备的圆盘和其他部分通常可以由具有合适机械强度和刚性的任何材料形成。作为非限制性示例，圆盘可以由轻质复合材料、金属合金、陶瓷等形成。轻质复合材料可以包括但不限于碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等。这种基于纤维的材料也可以织造，以增加刚性来抵抗操作期间的过度拉伸。合适金属的非限制性示例可以包括钛、钨、镁合金、铝、钢、钽、钒、其合金、其复合物等。陶瓷和合适的超硬材料可包括但不限于碳化物、氮化物、多晶金刚石(PCD和CVD)等。圆盘的构成或涂层是单一的(例如，具有陶瓷或PCD外涂层的金属芯)。在一个方面，与本公开的涡轮机不同，转子组件的圆盘可以由轻质复合材料(例如，碳纤维和/或玄武岩纤维)构造而成，与严重依赖“飞轮”效应来保持动量的典型设计相比，这种材料能够以更小的质量提供较大的表面积。

[0099] 图8示出了根据本公开另一示例的转子组件520一部分的横截面。如图7所示，转子组件520包括多个圆盘521，其限定了沿着旋转轴线的中空内部开口526，该旋转轴线延伸穿过内部开口。因此，流过相邻圆盘之间间隙的流体可以自由从间隙进入或离开内部开口526。但在这种情况下，内部开口526也至少部分地由螺旋挡板527所限定，从而有利于流体通过转子组件520的定向流动或移动，以从转子组件排出流体。在一些实施方案中，螺旋挡板527可以由每个圆盘上的特征部或突出部形成，由此使得组装圆盘时，形成在相邻圆盘之间具有间隙的挡板。在其他实施方案中，螺旋挡板527可以是添加到圆盘组件的单独部件，由此使得挡板延伸跨过相邻圆盘之间的间隙。

[0100] 还示出了延伸构件522附接到多个圆盘521。可使用粘合剂、紧固件或任何其他合适的物质或装置将延伸构件522附接到多个圆盘521。例如，延伸构件522可包括凸缘523以交接多个圆盘521并有利于与圆盘的联接。延伸构件522还包括沿着旋转轴线取向的排出端口525。排出端口525可延伸穿过延伸构件525与多个圆盘形成的内部开口526流体连通，以此有效地形成内部开口的延伸。尽管排出端口525的直径被示出为不同于内部开口526的直径，但是应当认识到，排出端口和内部开口可以具有基本上相同的直径，从而有利于内部开口与排出端口之间流体的流动不受限制。

[0101] 螺旋挡板任选地延伸跨过延伸构件522。在一个方面，排出端口525可以至少部分地由螺旋挡板528限定，从而有利于流体通过排出端口525的移动。同内部开口526的螺旋挡板527一样，螺旋挡板528可以是与基板一体地形成的突出的内表面特征部，或者作为单独的部件包括在内。螺旋挡板527、528可以在内部开口526和排出端口525连续，由此使得挡板的对接端彼此对齐，以保持流体通过转子组件520的流动或移动，以从转子组件中排出流体。虽然内部开口526和排出端口525被示出为具有螺旋挡板527、528，但是应当认识到，内部开口和排出端口可以具有平滑或无特征部的边界，这可以简化转子组件520的构造。

[0102] 图9A和图9B示出了根据本公开一个示例的计算机模型，其示出了边界层涡轮机的内部空间中的流体体积。这些图显示了入口开口、外部腔室、隔板开口、转子腔室、内部开口以及排出端口中的流体。

[0103] 参照图10A和图10B，根据本公开另一示例示出了边界层涡轮机600。边界层涡轮机可以包括壳体610。壳体可以具有开口612、613，其可以基于边界层涡轮机的操作用作入口开口或出口开口，从而有利于流体(即气体和/或液体)移动穿过壳体，如入口/出口流动方向608、609所示出的。需注意，涡轮机可利用多相系统作为液体作工作介质，包括液体、蒸气、气体，以及这些的组合，包括固体悬浮微粒。开口613可位于转子组件620的旋转轴线上或围绕旋转轴线，同时开口612可从旋转轴线径向向外地定位在壳体610上。隔板构件被遮挡但是在转子组件620和壳体610的内表面之间沿圆周取向，如参照图3A和图3B所描述的。图11A和图11B示出了与壳体610隔离的转子组件620的视图以供进一步参照。在一个方面，边界层涡轮机可以被设计和操作为“定向的”，因为流体的流动总是通过相同的入口开口进入壳体并且通过相同的出口开口离开壳体。另一方面，边界层涡轮机可以被设计和操作为“双向的”，因为流体的流动可以被切换为通过开口612或613中的任一者进入壳体并且通过另一开口离开壳体以获得正向和反向流体流。在一些实施方案中，可用作入口和/或出口开口的多个开口612可从旋转轴线径向向外地定位在壳体610上。因此，可以包括任意合适数量的开口612，并且可以由开口歧管644或管道形成任意合适数量的开口。

[0104] 壳体610可限定内部空间615以容纳转子组件620。转子组件可被构造成围绕旋转轴线旋转。如上所述，转子组件可具有多个圆盘621，其沿着旋转轴线间隔开并且限定沿着旋转轴线的内部开口626。因此，当流体移动通过开口612和开口613之间的壳体时，流体可穿过圆盘和内部开口之间的间隙。

[0105] 转子组件620还可包括联接到多个圆盘621的延伸构件622。在一个方面，延伸构件622可包括排出端口625，其延伸穿过延伸构件并与多个圆盘621所形成的内部开口626流体连通。因此流体可经由延伸构件排出端口625离开或进入壳体，该延伸构件排出端口延伸穿过壳体开口613。

[0106] 另外，转子组件620可以包括联接到多个圆盘621的安装板660。可使用粘合剂、紧固件或任何其他合适的物质或装置将延伸构件622和安装板660附接到多个圆盘621。安装板660可以形成对流经内部开口626的流体的屏障，由此使得当流体穿过内部开口626时，流体必须流过排出端口625或流过圆盘之间的间隙。

[0107] 转子组件620还可包括经由连接构件662联接到安装板660的基部664。基部664可以至少部分地设置在壳体610的内部空间615内。在一个方面，基部664可以用于将转子组件620联接到壳体610，并且有利于转子组件围绕旋转轴线601进行旋转。基部664可在联接到壳体610时安装在轴承上以提供低摩擦旋转界面。在一个方面，边界层涡轮机600可以以模块化的方式构造，其中壳体610和转子组件620可以利用相似的部件进行互换，以实现期望的结果。因此，基部664可以构造成沿着旋转轴线“浮动”，以容纳可能包括在给定转子组件中的任意合适数量的圆盘。在一些实施方案中，当圆盘的数量改变时，可以调整基部664的尺寸以保持一致的转子组件的堆叠高度，但这不是必须的。壳体610可以包括肩部619，其被构造成位于靠近多个圆盘的位置628处。肩部619可以在内部空间615内至少部分地限定从多个圆盘621径向向外的区域，从而有利于流体通过壳体610流入或流出多个圆盘621中的间隙。

[0108] 在一个方面，基部664和/或延伸构件622可以有利于将转子组件620联接到发电机、马达、驱动轴等。发电机(例如，电力发电机或泵)可以诸如经由基部664联接到转子组件620，从而在流体流经壳体610时发电。马达可类似地联接到转子组件620以使转子组件旋转，从而使流体流过壳体610并且将边界层涡轮机600作为泵利用。因此基部664和/或延伸构件622可用作转子组件620到外部装置(诸如发电机或马达)的机械传递联轴器。任何合适的发电机或马达可与边界层涡轮机600一起使用。另外，边界层涡轮机600可以以任意合适取向(诸如竖直或水平)的旋转轴线进行操作。

[0109] 尽管边界层涡轮机600的各种部件可由任何合适的材料构成，但在一个方面中，转子组件620(即，所述多个圆盘621、基部664、连接构件662和/或延伸构件622)和/或壳体610可整体或部分由碳纤维复合材料(例如，Toray T800S)或任何其他合适的轻质结构材料制成。作为一般性指导，转子组件620被设计成提供较低的质量与体积比。在一些情况下，转子组件620可作为完整的单元提供，以作为损坏或磨损的转子组件的替换。

[0110] 图12示出了根据本公开另一示例的转子组件720。同上述转子组件620一样，转子组件720包括联接到多个圆盘721的安装板760、基部764和连接构件762。但在这种情况下，基部764包括构造成容纳马达770的开口766，该基部经由连接构件762联接到安装板760。基部764可包括连接构件762可以延伸穿过的开口768。因此，在该实施方案中，基部764可以相对于壳体和马达770固定，同时连接构件762用作马达的驱动轴以使得多个圆盘721旋转。

[0111] 参照图13，根据本公开另一示例示出了边界层涡轮机800。图14A至图14B示出了边界层涡轮机800的部分分解图，图15A和图15B示出了边界层涡轮机800的剖视图以供进一步参照。与本文所公开的其他示例一样，边界层涡轮机800可包括壳体810，其可以包括任意数量或任意构型的壳体部分以围绕或包围转子组件820的圆盘821(图15A)。图15B中示出了不带转子组件820的壳体810的横截面，图18中单独示出了转子组件820以供进一步参照。

[0112] 壳体810可具有开口812-814以促进流体(即，气体和/或液体)流过壳体。开口813、814可定位在转子组件820的旋转轴线801处或附近，同时开口812可从旋转轴线801径向向外地定位在壳体810上。开口812-814可以用作入口开口或出口开口，具体取决于通过壳体
810的流动方向。例如，开口812可以用作入口开口，并且开口813和/或开口814可以用作出口开口。另一方面，开口813和/或开口814可用作入口开口，开口812可用作出口开口。边界层涡轮机800可以被设计和操作为“定向的”，因为流体的流动总是经由相同的入口开口进入壳体810，并且经由相同的出口开口离开壳体；或者边界层涡轮机可以被设计和操作作为“双向的”，因为可以切换流体的流动，以经由开口812或开口813、814进入壳体，并且经由另一个(或另外多个)开口离开壳体以获得正向和反向流体流动。在一些实施方案中，可用作入口和/或出口开口的多个开口可类似于开口812从旋转轴线径向向外地定位在壳体810上。

[0113] 与本文所公开的其他示例一样，转子组件820可具有沿着旋转轴线801间隔开的多个圆盘821，这些圆盘可限定沿着旋转轴线的内部开口826(图15A)。因此，当流体流过壳体810，诸如从开口812流到开口813和/或814时，流体可穿过圆盘与内部开口之间的间隙。

[0114] 如图15A和图15B所示，壳体810可限定内部空间815以容纳转子组件820。另外，隔板830可沿圆周将内部空间815划分为外部腔室816和转子腔室817，该转子腔室从该外部腔室径向向内定位。当开口812是入口开口时，壳体810可具有入口开口与内部空间815之间的分配区域880，以使流体流从入口开口过渡到内部空间。在一个方面，开口812可与入口歧管844相关联，该入口歧管可被构造成形成膨胀入口区域881。膨胀入口区域881和分配区域
880可形成流体的重定向腔室，并且外部腔室816沿圆周围绕隔板830形成流体的不同且分开的膨胀腔室。在一个方面，分配区域880和外部腔室816可具有彼此相等的垂直于流体流动方向的横截面积(例如，如在图17中分别以890和891表示)，然而应当认识到，这些面积的一些差异是可以接受的。例如，分配区域880的横截面积890可与外部腔室816的横截面积
891相差多达100％。然而，最常见的是，分配区域880的横截面积890可与外部腔室816的横截面积891相差不到10％，并且在一些情况下基本上相等(例如，在约1％以内)。提供基本上相等的横截面积890、891可保持流体的恒定速度并避免外部腔室816内的涡电流。歧管844可被构造成模块化的可更换配件，其可根据需要提供不同的入口开口尺寸和膨胀区域特性，以影响流体的进口压力和/或流型。例如，歧管844可具有膨胀表面845a、845b(图14B)，其被构造成限定膨胀区域881。膨胀表面845a、845b的尺寸和/或角度可被设定为提供所需的膨胀区域特性。在该构型中，膨胀表面845a和845b可从入口直径(即，与圆形入口相关联)渐缩至更窄的膨胀高度。这样，入口歧管844可从圆形入口到矩形分配区域880横截面渐进地改变横截面积。这种渐进过渡可有助于减少或消除流体流中的涡流或扰动，但也可减少所需的层流。一般来讲，整个装置中的层流可提高操作效率。因此，向膨胀区域、内部空间、外部区域、圆盘间隙、出口等中的过渡可被构造成减少或基本上消除非层流。尽管并非必需，但分配区域880可被取向成在外部腔室816内产生切向流。流体排放口882可与壳体810相关联，并且与内部空间815流体连通，以从内部空间中排放液体。

[0115] 隔板830可具有隔板开口831，由此使得流体可移动通过外部腔室816与转子腔室817之间的隔板。隔板开口831可沿圆周围绕隔板830隔开(例如，等距)，以便允许流体从外部腔室816流入转子腔室817中，并因此在围绕圆盘的外边缘的多个位置处流入转子组件
820的圆盘之间的间隙中。在一个方面，隔板开口831可由两个或更多个隔板构件832限定或在单个隔板构件中形成。隔板构件832可被布置成圆形构型，其中内径的尺寸被设定为容纳转子组件820圆盘(即，大于圆盘的外径)。隔板构件832可沿圆周围绕转子腔室817隔开(例如，等距)。隔板830(即，隔板构件832)可为固定在适当位置的单独部件，或与壳体810一体地形成。

[0116] 隔板开口831可包括由相邻隔板构件832的两个间隔开的互补表面833、834形成的文丘里构型，这种构型汇聚和/或发散，由此使得穿过隔板开口的流体达到增强的速度，同时形成显著下降的压力，从而产生与文丘里效应类似的效应。可利用任何合适的文丘里构型。在一个方面，每个隔板构件832可具有入口表面半径835，从而形成隔板开口入口836的一部分。入口表面半径835(例如，曲率半径)可为等于隔板构件的径向厚度883(即，最大径向厚度)加上1/2径向厚度。作为一般性指导原则，入口表面半径可为1.5倍径向厚度883的5％以内、最常约1％以内。在另一个方面，每个隔板构件832可具有出口表面半径837，从而形成隔板开口出口838的一部分。出口表面半径837可为等于入口表面半径835的三分之一，并且一般为三分之一入口表面半径835的至少20％以内、通常5％以内。如图所示，隔板构件
832的表面833可整体或部分为平面的，但可利用任何合适的构型。

[0117] 可利用任何合适数量的隔板构件832。在一个方面，隔板构件832的数量可为至少8个，并且等于多个圆盘821的外径892内的英寸数(例如，2.54cm的单位)除以2得到的最接近的或相邻较大的偶整数。在一个方面，可包括至少8个隔板构件832，而不论圆盘821的外径如何。例如，10个隔板构件可与19英寸直径圆盘一起使用，并且8个隔板构件可与14英寸直径圆盘一起使用。如图17的细部图所示，隔板构件832的位置可相对于壳体810确立。在一个方面，隔板构件832之一可被定位成由此使得隔板构件的中点885与壳体810的终点887偏置886达隔板构件的长度889的51％(为了清楚起见，未按比例示出)，从而限定流体入口通路或管道888(诸如在分配区域880的末端处)。然而，前向偏置886在一些情况下可为长度889的51％约1％以内、但小于50％，以避免形成涡流。中点885可表示限定隔板构件832长度的线889的几何中心。

[0118] 在一个方面，外部腔室816(即，一些实施方案中的膨胀腔室)可具有恒定或均匀的横截面积891，诸如通过保持尺寸特性及围绕旋转轴线801的完整360度和在大多数情况下围绕旋转轴线801的至少330度的几何形状。应当指出的是，外部腔室816不包括在相邻隔板构件832之间形成的隔板开口831或分配区域880。因此，在图示实施方案中，外部腔室816具有圆柱形构型，其中横截面积891围绕外部腔室816在整个恒定圆柱形壁厚度中为均匀的。

[0119] 为了缩放涡轮机800，可增大圆盘的直径和/或可增加圆盘的数量。当增加圆盘的数量时，涡轮机的长度将沿着旋转轴线增加。在一个方面，圆盘可构造成在圆盘组中或在具有由外部支撑圆盘“挡住”的多个圆盘的圆盘组段中。此类圆盘组段可包括如上所述的一个或多个内部支撑圆盘。多个圆盘组段可在共同的圆盘承载架(其可是多个圆盘承载架的组合)上组合在一起以适应给定设计目标。在此类情况下，涡轮机可包括多个入口和/或出口，以有利于流体移动通过涡轮机。以此方式，多个圆盘组段可形成多个对应的流体流动区域。在一些实施方案中，涡轮机内的入口/出口区域(例如，在共同的壳体内)可与挡板或罩物理分隔，以基本上隔离流向相应入口/出口区域的流体。在其他实施方案中，多个流体流动区域构型的入口/出口区域可具有共同的膨胀腔室和/或共同的流体出口区域。

[0120] 图17进一步示出了转子组件820的外径边缘829，其与隔板构件832的内边缘或表面839以径向转子间隙距离884间隔开。在一个方面，径向距离884可为等于流体的边界层厚度的6倍，在一些情况下为3至10倍，并且在一些情况下为3至8倍。尽管距离可基于具体设计参数而改变，但在涡轮机被构造成泵时径向距离一般可略高。例如，在泵构型中，径向距离884可比类似构造的涡轮构型高约2-10％。在任一种情况下，3至10倍边界层厚度的范围可为合适的。

[0121] 如图15A和图18所示，转子组件820还可包括延伸构件822a、822b，以将转子组件联接到壳体810并且有利于转子组件围绕旋转轴线801的旋转。例如，延伸构件822a、822b可彼此相对地附接到多个圆盘821，并且基本上呈直列式以有利于转子组件围绕轴线801的旋转。在一个方面，延伸构件822a、822b可诸如经由外部支撑圆盘857a、857b，使用粘合剂、紧固件或任何其他合适的物质或装置来附接到多个圆盘821。在另一个方面，延伸构件822a、822b可分别与外部支撑圆盘857a、857b一体地形成。除了提供用于与延伸构件822a、822b联接的界面或结构之外，外部支撑圆盘857a、857b还可用于“封盖”转子组件圆盘的端部，从而在转子组件的相对端上提供平滑的暴露圆盘面。在一个方面，转子组件820的圆盘可由轻质复合材料(例如，碳纤维和/或玄武岩纤维)构造而成。在一个特定方面，外部支撑圆盘857a、
857b可由金属材料(例如，钢、铝、镍、青铜等)构造而成，这种金属材料可与用于构造延伸构件822a、822b的材料的类型相同或类似。

[0122] 如图15A所示，延伸构件822a、822b可在联接到壳体810时安装在轴承865a、865b上以提供低摩擦旋转界面，但也可使用其他安装件。可包括密封件866a、866b以防止或最大程度减少流体围绕延伸构件822a、822b从壳体810泄漏。在一个方面，延伸构件822a、822b可包括排出端口825a、825b，其延伸穿过延伸构件并与多个圆盘821所形成的内部开口826流体连通。因此流体可经由延伸构件排出端口825a、825b离开或进入壳体810，这些延伸构件排出端口分别延伸穿过壳体开口813、814。

[0123] 延伸板823a、823b可分别附接到延伸构件822a、822b的端部。延伸板可用于联接到合适的机械旋转能捕获装置(例如，传动轴、输送带等)。可通过用旋转联轴器将延伸板联接到固定出口管道，从而经排出端口825a、825b抽取流体。另选地，延伸构件822a、822b可为细长的，从而远远延伸超过外部壳体810。流体出口可沿着细长部分分布以允许流体释放，由此使得固定传动轴或其他构件可附接在细长部分的远端，同时还允许从该系统中去除流体。无论如何，都可使用任何数量的构型来联接对应的机械能捕获装置，同时还允许流体从内部开口826离开。

[0124] 图19示出了可用于根据本公开一个示例的转子组件(诸如上述转子组件820)中的圆盘850。如该图所示，圆盘850可包括多个隔离件851。隔离件851可具有任何合适的横截面，诸如但不限于翼型、椭圆形、圆形、菱形等。隔离件851可在整个圆盘850中布置成环构型，如图所示。在一个方面，隔离件851可局限于圆盘850的半径854二分之一内的区域。在另一个方面，隔离件851可局限于圆盘850的半径854三分之一内的区域。使隔离件851围绕圆盘850居中地定位(例如，但不在内部开放空间内)可允许圆盘的径向向外部分自由挠曲或偏转。在操作条件(例如，高旋转速度且流体在相邻圆盘之间)下，圆盘的这种柔性可为有利的，因为通过使相邻圆盘之间的距离均等，圆盘可响应于压力差来“自调节”，这可为涡轮机800提供性能益处。

[0125] 在一个方面，隔离件851可被构造成流体导引件。在这种情况下，隔离件851可以以倾角853取向，该倾角可基于所需的操作参数来选择。作为一般性指导原则，倾角853(即，转子半径854与中心纵向隔离件轴线855的夹角)可为约20°至约75°，并且在一些情况下为30°至55°。圆盘850上的隔离件851的数量、几何设计和位置可基于圆盘的尺寸、入口压力以及转子组件的设计旋转速度来进行优化。在一个方面，隔离件851的数量可为等于隔板构件(例如，隔板构件832)的数量。

[0126] 在一个方面，可利用隔离件851将多个圆盘850彼此联接，从而形成转子组件的圆盘。例如，隔离件851可包括孔或开口866a、866b，并且圆盘850可包括孔或开口867a、867b(参见例如图16)，这些孔或开口被构造成接收紧固件(例如，图15A的螺纹紧固件869)，从而可将多个圆盘彼此联接。在该示例中，可使用两个紧固件延伸穿过单独的隔离件851并将该隔离件固定在相邻圆盘850之间，从而可用于在涡轮机操作期间为隔离件提供稳定性。因此，紧固件可任选地为穿过圆盘的多个螺栓。如本文更详细描述的，此类紧固件可围绕圆盘分布。应当认识到，隔离件可另选地与圆盘一体地形成。在一个方面，除了合并形成转子组件内的内部开口的圆盘850中的暴露中心开口之外，圆盘在组装在转子组件中时可为实心的，没有窗口或其他流体通道。换句话讲，圆盘850可为实心的，在平行于旋转轴线的方向(例如，除穿过中心开口之外)不具有穿过圆盘的流体连通，从而排除间隙到间隙的流体流过圆盘。多个圆盘中的至少一个圆盘可为实心的，并且在另一个选项中，多个圆盘中的全部可为实心的(不包括中心轴向开口)。

[0127] 图20和图21示出了根据本公开另一示例的涡轮机800’。在这种情况下，涡轮机800’包括上文参照图13至图16所讨论的涡轮机800，其联接到一个或多个发电机和/或马达
870a、870b。如图21所示，延伸构件822a、822b可有利于转子组件820联接到发电机和/或马达870a、870b。例如，延伸构件822a、822b可包括凸缘824a、824b，以交接发电机轴和/或马达轴872a、872b并且有利于将转子组件820联接到发电机和/或马达870a、870b，诸如利用紧固件等。

[0128] 在一个方面，发电机和/或马达870a、870b可被构造成使转子组件820旋转，从而使流体移动穿过壳体810。因此发电机和/或马达870a、870b可用于在涡轮机作为泵操作时向延伸构件822a、822b提供扭矩，或在涡轮机用作发电机时“启动”涡轮机。在后一种情况下，一旦转子组件达到所需的操作速度，发电机和/或马达870a、870b就可从提供扭矩的马达切换为发电机。因此延伸构件822a、822b可用作转子组件820与外部装置(诸如发电机和/或马达870a、870b)的机械传递联轴器。任何合适的发电机或马达可与边界层涡轮机800一起使用。在一个方面，壳体810可联接到发电机和/或马达870a、870b的壳体871a、871b。

[0129] 轴872a、872b可包括中心开口875a、875b，以用作经由延伸构件822a、822b离开或进入涡轮机800的流体的管道。壳体871a、871b可包括开口876a、876b，以有利于流体穿过壳体871a、871b的壁。在所示的示例中，开口876a、876b与轴872s、872b的中心开口875a、875b流体连通，但在一些实施方案中，轴可延伸穿过壳体中的开口。轴承877a、877b和密封件878a、878b可与壳体871a、871b相关联，以支撑轴872s、872b并围绕这些轴密封。

[0130] 在一个方面，一个或多个飞轮873a、873b可联接到转子组件820。飞轮873a、873b可安装到轴872a、872b，因此可随转子组件820一起围绕旋转轴线801旋转。轴872a、872b的尺寸可被设定为容纳任何合适数量的飞轮或其他此类旋转部件。如图21所示，飞轮873a、873b可设置在壳体871a、871b内。飞轮873a、873b可用于储存旋转能和/或可包括发电构件，因此形成发电机和/或马达的一部分。发电机和/或马达870a、870b还可包括一个或多个定子874a、874b，这些定子可随飞轮873a、873b一起操作，从而形成发电机和/或马达。飞轮的尺寸可减小或通过使圆盘组件内的圆盘承载架和/或外部圆盘具有更大的质量来移除。

[0131] 图22A至图22F示意性地示出了根据本公开的若干示例的边界层涡轮机。例如，图22A示出了被构造成泵的边界层涡轮机900。在这种情况下，流体可经由从旋转轴线901径向向外地定位的开口912进入涡轮机，并且可径向向内流动以经由定位在旋转轴线上或围绕旋转轴线定位的开口913离开涡轮机。

[0132] 图22B示出了被构造成真空泵的边界层涡轮机1000。在这种情况下，流体可经由从旋转轴线径向向外地定位的开口1012进入涡轮机，并且可径向向内流动以经由定位在旋转轴线上或围绕旋转轴线定位的开口1013离开涡轮机。这可引起抽吸，从而产生真空。在一个方面，止回阀1094可与出口相关联以防止流体回流到抽真空的腔室中。

[0133] 图22C示出了被构造成风扇或鼓风机的边界层涡轮机1100。在这种情况下，流体可经由定位在旋转轴线1101上或围绕该旋转轴线定位的开口1113进入涡轮机，并且可径向向外(加速)地流动以经由从旋转轴线径向向外地定位的开口1112离开涡轮机。在一个方面，可包括流体导引结构1195以控制流体离开涡轮机时的流动方向。例如，涡轮机的壳体可被构造成控制流体的离开方向。

[0134] 图22D示出了被构造成联接到流体管道1296的直列泵的边界层涡轮机1200。在这种情况下，流体可经由定位在旋转轴线1201上或围绕该旋转轴线定位的开口1213进入涡轮机，并且可径向向外(加速)地流动以经由从旋转轴线径向向外地定位的开口1212离开涡轮机。在一个方面，可包括流体导引结构1295以使流体往回汇聚到较小直径的流体管道。例如，涡轮机的壳体可被构造成将流体汇集或引导到管道。

[0135] 图22E示出了被构造成船马达的边界层涡轮机1300。在这种情况下，流体可经由定位在旋转轴线1301上或围绕该旋转轴线定位的开口1313进入涡轮机，并且可径向向外地流动以经由从旋转轴线径向向外地定位的开口1312离开涡轮机，从而实现旋转力向水平运动的有效传递。在一个方面，可引导流体以实现矢量推力。例如，壳体1310可被构造成旋转，和/或下游喷嘴1397可被构造成旋转，以便以一个或多个自由度引导离开的流体。

[0136] 图22F示出了被构造成推进器的边界层涡轮机1400。在这种情况下，流体可经由定位在旋转轴线1401上或围绕该旋转轴线定位的开口1413进入涡轮机，并且可径向向外地流动以经由从旋转轴线径向向外地定位的开口1412离开涡轮机，其中空气被压缩以进行燃烧。开口1413可被构造成具有此前所述的入口组件844以便使流过渡到矩形横截面。该燃烧产生的膨胀可通过文丘里喷嘴1498向外传送，从而有效地形成推力。图22E和图21F的边界层涡轮机1300、1400可用于为任何合适的运输平台诸如飞机、船舶(例如，船只或潜水艇)或者陆基或陆地运输平台提供动力或推力。

[0137] 图22A至图22F中所示的流体流动方向表示给定类型边界层涡轮机或应用的流体流动方向的示例。应当认识到，给定类型边界层涡轮机或应用的流体流动方向可不同于图中所示的方向。

[0138] 此外，该设备还可用作冷藏、HVAC或发动机冷却应用中的冷却器和/或冷凝器。

[0139] 图23A至图23C示出了根据本公开的若干示例的暴露于流体流的表面的减阻结构。如图所示，具有以流体流动方向倾斜或引导的前缘的脊可在流体越过脊时在后缘上产生真空，从而形成漩涡。结果类似于空气轴承，这可减小脊表面上的阻力。在一个方面，脊可具有后缘，这些后缘是竖直的(图23A中的1599)、底切的(图23B中的1699)和/或在流动方向上远离脊顶峰延伸(图23C中的1799)。脊可具有任何合适的高度。在一个方面，脊的高度为约
0.030英寸。减阻结构可应用于暴露于流体流的任何表面，诸如空气动力学表面、车身、喷嘴等。

[0140] 上述具体实施方式参照具体示例性实施方案描述了本发明。然而，应当理解，在不脱离如所附权利要求中所述的本发明的范围的情况下，可进行各种修改和更改。具体实施方式和附图应视为仅仅是示例性的，而非限制性的，并且所有此类修改或更改(如果有的话)旨在落入如本文所述和示出的本发明的范围内。

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