径向涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及一种径向涡轮机，包括：固定壳体(6)；至少一个转子盘(2，2’，2”)，其安装在壳体(6)中并且具有安装在其正面(4，4’，4”)上的转子叶片(3，3’，3”)；多个凸出元件(25，35)，其从壳体(6)凸出并且终止于转子盘(2，2’，2”)附近，其中凸出元件(25，35)包括作用在转子盘(2，2’，2”)上并操作性地作用在转子盘(2，2’，2”)的背面(9，9’，9”)上的密封元件(34)或径向插置在转子盘(2)的转子叶片(3)之间的定子叶片(13)；至少一个支撑板(17，37)，其支承凸出元件(25，35)并且安装在壳体(6)中。支撑板(17，37)在转子盘(2，2’，2”)对面径向延伸并且包括与旋转轴线(X‑X)同心的多个第一圆形部分(29)和径向地插置在第一圆形部分(29)之间的多个第二圆形部分(30)。第一圆形部分(29)中的至少若干个支承凸出元件(25，35)，第二圆形部分(30)能够比第一圆形部分(29)沿径向方向更多地变形，以便在支撑板(17，37)受到热梯度作用时允许第一圆形部分(29)之间相对运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的主题是径向涡轮机。径向涡轮机是指这样的涡轮机：其中，主要相对于所述涡轮机的旋转轴线沿径向方向引导流体(涡轮机利用该流体交换能量)的流动。本专利技术既适用于驱动涡轮机(涡轮)又适用于工作涡轮机(压缩机)。优选地但不排他地，本专利技术涉及用于产生电能和/或机械能的径向类型的膨胀涡轮。优选但不排他地，本专利技术涉及在用于通过蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环(ORC)产生能量的装置中使用的径向膨胀涡轮。优选但不排他地，本专利技术涉及径向离心或“流出”类型的膨胀涡轮，该术语指的是流体流被从中心朝涡轮的外周径向引导。
技术介绍
同一申请人的公开文件WO2012/143799示出了一种膨胀涡轮，该膨胀涡轮包括具有轴向入口和径向外周出口的固定壳体、安装在壳体中并且能够围绕相应的旋转轴线旋转的单个转子盘、安装在转子盘的正面并且围绕旋转轴线布置的环形的多个系列的转子叶片、和安装在壳体上的环形的多个系列的定子叶片，所述定子叶片面对转子盘并且与转子叶片径向交替布置。公开文件WO2013/108099示出了一种用于朗肯循环中有机流体的膨胀的涡轮，该涡轮设置有沿径向方向彼此交替布置的定子叶片和转子叶片的构造。沿正面方向获得涡轮中的蒸汽供应。在涡轮的以高压限定的第一区段中，沿基本径向方向提供工作流体的第一膨胀。在以低压限定的第二区段中，沿基本轴向方向提供工作流体的第二膨胀。定子叶片由涡轮的外壳体支撑。涡轮机的特征通常在于进入流体的条件(压力和温度)与离开时该流体的条件不同。在像WO2012/143799和WO2013/108099描述的膨胀涡轮(驱动涡轮机)中，入口流体处于压力和温度高于出口处的流体的压力和温度的条件。相反，在工作涡轮机中，入口处的压力和温度低于出口处的压力和温度。当涡轮机以正常条件操作时，入口和出口之间的温差产生温度梯度，该温度梯度在受影响部件中引起机械应力。确实，一个部件的经受更高温度的部分倾向于比该部件的处于更低温度的部分膨胀得更多，并且由于所述部分彼此成一体，这产生内应力。在以低温机器条件起动的步骤中，该情况甚至更为严重。在该情况中，具有低热惯性和高换热的部件(例如转子叶片或定子叶片)与具有高热惯性的部件(例如定子盘、隔膜或壳体)之间产生内应力；这种应力可能比机器在正常操作条件时产生的应力高很多。此外，相对于具有低热惯性的部件(通常是旋转零件)而言，具有高热惯性的部件(通常是固定零件)倾向于在较长时间段内更少地变形，这可能引起损害性干涉/咬粘，并且在一些情况中，甚至可以引起机器零件的塑性变形和/或所述部件之间间隙和/或工作流体通路尺寸的不希望的变化。因此，在低温和高温机器条件下都不能确保这种间隙，这种间隙的尺寸被设定为最小(几十毫米的数量级)以便避免通过泄漏造成的损失，该损失负面地影响机器的效率(旁通旋转零件的流体对能量交换不起作用)。如上所述，通常运动零件比固定零件具有更低的热惯性，因此，必须以足够缓慢的方式进行机器的起动/加热步骤，以确保不产生干涉/咬粘。已知类型的涡轮机的起动通常从最少约半小时到超过三小时变化。已知用于通过交替布置高挠性元件控制热梯度情况下的应力的系统，以便允许相对运动，从而保持足够低的应力。为了避免间隙的干涉/消除问题，如今已知多种解决方案，但是所有这些解决方案可以总结成两类：第一类，靠近旋转零件的固定零件以区段形成并且通过弹簧系统和压力平衡保持就位；第二类，固定零件由“更软的”材料制成并且允许旋转零件使固定零件“变形”，从而避免实际咬粘。两类已知解决方案都具有缺点：在第一类情况下，必须容忍因零件之间不理想的定中导致的更大的间隙；而在第二类情况下，反复接触导致间隙的较早劣化。
技术实现思路
在这样的背景下，申请人已经观察到，上述涡轮机可以在不同方面得到改进，尤其是为了避免因温度梯度产生高机械应力以及为了允许快速起动涡轮机。特别地，申请人认为需要：·在存在甚至可能是较高的温度梯度的情况下，显著降低在正常操作条件中和起动期间都运行的涡轮机的固定零件中的机械应力；·显著降低涡轮机的起动/加热时间；·避免消除固定零件和旋转零件之间的间隙。申请人发现，可以通过将紧密靠近运动零件运行的固定零件安装在支撑板上实现上述目的，在热梯度的作用下，所述支撑板至少在其环形部分处自由地径向变形。在本专利技术和所附权利要求中，形容词“轴向的”意图限定沿平行于涡轮机的旋转轴线“X-X”定向的方向。形容词“径向的”意图限定从旋转轴线“X-X”垂直延伸、像半径那样定向的方向。形容词“圆周的”指的是与旋转轴线“X-X”同轴的圆周的切线方向。更特别地，根据第一方面，本专利技术涉及一种至少部分地径向和/或径向-轴向的涡轮机，其包括：固定壳体；至少一个转子盘，所述至少一个转子盘安装在壳体中并且具有至少安装在其正面上的转子叶片，其中转子盘能够在壳体中围绕相应的旋转轴线旋转；以及在转子盘的外周上的可能的轴向叶片；多个凸出元件，所述多个凸出元件从壳体凸出并且终止于转子盘附近；至少一个支撑板，所述至少一个支撑板支承所述凸出元件并且安装在壳体中；其中，所述至少一个支撑板在转子盘对面(cross from)径向延伸；其中，所述支撑板包括：多个第一圆形部分，所述多个第一圆形部分与旋转轴线同心，其中，所述第一圆形部分中的至少若干个支承所述凸出元件；多个第二圆形部分，所述多个第二圆形部分径向地插置在第一圆形部分之间；其中，第二圆形部分能够比第一圆形部分沿径向方向更多地变形，以便在支撑板受到热梯度作用时允许第一圆形部分之间相对运动。申请人已经证实，所要求保护的解决方案允许显著降低在凸出元件被约束的壳体部分中产生的内应力的大小。这是由于第二圆形部分吸收/缓冲由更热的零件所承受的相对于更冷的零件所承受的变形而言更多的变形。例如，如果流体流在涡轮机的径向上位于更内部的零件处更热并且然后向外渐进地冷却，则更热的径向上位于更内部的第一部分比径向上位于更外部的第一部分更多地膨胀。径向上位于更内部的第一部分的膨胀决定了更具挠性的第二部分的径向压缩，这避免在处于不同温度的两个径向相继的第一部分之间产生过多应力。如果流体流在涡轮机的径向上位于更内部的零件处更冷并且然后向外渐进地加热，则更冷的径向上位于更内部的第一部分趋向于保持其尺寸，而更热的径向上位于更外部的第一部分膨胀。径向上位于更外部的第一部分的膨胀决定了更具挠性的第二部分的径向膨胀，这避免在处于不同温度的两个径向相继的第一部分之间产生过多应力。此外，申请人已经证实，所要求保护的解决方案允许从壳体凸出的凸出元件在热梯度的作用下遵循具有低热惯性和高换热性的部件(像转子叶片)的径向变形径向运动，因此不产生危险的干涉。如果从壳体凸出的凸出元件被直接约束到壳体的壁上或者被直接约束到安装在壳体中的实心盘上，则将不允许凸出元件的这种运动充分地进行。申请人已经证实，相比已知机器，能够明显更快地执行该涡轮机的起动，即起动从最少约5分钟，直到最多约半小时。申请人还已经证实，这种解决方案在结构上简单且较便宜，并且允许涡轮机的简单且快速的组装。在一个方面，第二圆形部分中的每个包括至少一个挠性体，该挠性体具有横向于径向方向的主延伸部以便适于径向弯曲。优选地，第二圆形部分中的每个包括多个挠性体。优选地，支撑板是优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种径向涡轮机，其包括：固定壳体(6)；至少一个转子盘(2，2’，2”)，所述转子盘安装在壳体(6)中并且具有至少安装在所述转子盘的正面(4，4’，4”)上的转子叶片(3，3’，3”)，其中所述转子盘(2，2’，2”)能够在壳体(6)中围绕相应的旋转轴线(X‑X)旋转；多个凸出元件(25，35)，所述凸出元件从壳体(6)凸出并且终止于所述转子盘(2，2’，2”)附近；至少一个支撑板(17，37)，所述支撑板安装在壳体(6)中；其中所述支撑板(17，37)支承从壳体(6)凸出的所述凸出元件(25，35)；其中，所述至少一个支撑板(17，37)在所述转子盘(2，2’，2”)对面径向延伸；其中，所述支撑板(17，37)包括：多个第一圆形部分(29)，所述第一圆形部分与所述旋转轴线(X‑X)同心，其中，所述多个第一圆形部分(29)中的至少若干个第一圆形部分支承所述凸出元件(25，35)；多个第二圆形部分(30)，所述第二圆形部分径向地插置在所述第一圆形部分(29)之间；其中，所述第二圆形部分(30)能够比所述第一圆形部分(29)沿径向方向更多地变形，以便在所述支撑板(17，37)受到热梯度作用时允许所述多个第一圆形部分(29)之间相对运动。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 IT MI2014A0004881.一种径向涡轮机，其包括：固定壳体(6)；至少一个转子盘(2，2’，2”)，所述转子盘安装在壳体(6)中并且具有至少安装在所述转子盘的正面(4，4’，4”)上的转子叶片(3，3’，3”)，其中所述转子盘(2，2’，2”)能够在壳体(6)中围绕相应的旋转轴线(X-X)旋转；多个凸出元件(25，35)，所述凸出元件从壳体(6)凸出并且终止于所述转子盘(2，2’，2”)附近；至少一个支撑板(17，37)，所述支撑板安装在壳体(6)中；其中所述支撑板(17，37)支承从壳体(6)凸出的所述凸出元件(25，35)；其中，所述至少一个支撑板(17，37)在所述转子盘(2，2’，2”)对面径向延伸；其中，所述支撑板(17，37)包括：多个第一圆形部分(29)，所述第一圆形部分与所述旋转轴线(X-X)同心，其中，所述多个第一圆形部分(29)中的至少若干个第一圆形部分支承所述凸出元件(25，35)；多个第二圆形部分(30)，所述第二圆形部分径向地插置在所述第一圆形部分(29)之间；其中，所述第二圆形部分(30)能够比所述第一圆形部分(29)沿径向方向更多地变形，以便在所述支撑板(17，37)受到热梯度作用时允许所述多个第一圆形部分(29)之间相对运动。2.根据权利要求1所述的径向涡轮机，其中，所述多个第二圆形部分(30)中的每个包括至少一个挠性体(32，33)，优选包括多个挠性体(32、33)，所述挠性体具有横向于径向方向以便适于径向弯曲的主延伸部。3.根据权利要求2所述的径向涡轮机，其中，所述第二圆形部分(30)具有贯通支撑板(17，37)的贯通开口(31)，并且所述贯通开口(31)界定所述挠性体(32)。4.根据权利要求3所述的径向涡轮机，其中，每个挠性体(32，33)是连接两个径向相继的第一圆形部分(29)的臂部。5.根据权利要求4所述的径向涡轮机，其中，所述臂部(29)沿圆周方向延伸。6.根据权利要求4所述的径向涡轮机，其中，所述臂部(29)相对于圆周方向倾斜。7.根据权利要求4、5或6所述的径向涡轮机，其中，每个臂部(29)由两个或更多个相邻的贯通开口(31)界定。8.根据权利要求3-7中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述贯通开口(31)是狭槽。9.根据权利要求8所述的径向涡轮机，其中，所述狭槽(31)沿圆周方向为大体长形的。10.根据权利要求2所述的径向涡轮机，其中，所述至少一个挠性体(32、33)是与所述旋转轴线(X-X)同轴的基本圆柱形或圆锥形的壁(33)。11.根据权利要求10所述的径向涡轮机，其中，在沿轴向平面的剖面中，所述支撑板(17，37)具有至少一个蛇形区段，所述至少一个蛇形区段限定至少一个所述基本圆柱形或圆锥形的壁(33)。12.根据权利要求11所述的径向涡轮机，其中，所述蛇形区段由在所述支撑板(17，37)的两个表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·斯帕达奇尼，D·里齐，
申请(专利权)人：埃克塞基股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT