离心径流式涡轮制造技术

本发明专利技术涉及一种离心径流式涡轮，包括至少一个支撑盘(3、4)，所述支撑盘具有第一面(9、15)，第一面承载至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)，径向转子级由沿相应的圆形路径接连布置的叶片(14、20)的阵列形成。支撑盘(3、4)具有贯通导入通道(25、28)，贯通导入通道相对于相应的转轴(5、7)位于径向外部位置上，并且相对于径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)位于径向内部位置上。在相应的贯穿导入通道(25、28)处，支撑盘(3、4)包括至少一个相应的轴向转子级(27、30)的多个导入转子叶片(26、29)。

【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一种用于生产电能和/或机械能的离心径流式涡轮。本专利技术属于如下那些过程的领域，所述过程提供用于通过一个或多个涡轮来获得工作流体的一个或多个膨胀阶段，所述涡轮适于通过(一个或多个)涡轮中的流体的膨胀来转换流体的能量。优选但不排他地，本专利技术涉及反向旋转型的离心径流式膨胀涡轮。优选但不排他地，本专利技术涉及在通过蒸汽兰金循环或有机兰金循环(ORC)来产生能量的装置中使用的膨胀涡轮。在ORC装置中，有机类型的工作流体代替常规的水/蒸汽系统来使用。
技术介绍
用于蒸汽或有机流体的膨胀的离心径流式涡轮是公知的。例如，公开文献WO2013/108099阐述了一种用于在兰金循环中膨胀有机流体的涡轮，其设置有沿径向方向交错的转子叶片和定子叶片的阵列。涡轮中蒸汽的供应在正面方向上获得。在限定于高压下的涡轮的第一部分中，大致沿径向方向提供工作流体的第一膨胀。在限定于低压下的第二部分中，大致沿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支撑。反向旋转的离心径流式涡轮也长期为人们所知，其用于水蒸汽的膨胀。例如，公开文献GB311,586阐述了一种蒸汽涡轮，其包括两个承载叶片环的反向旋转的盘。邻近径向更靠内的叶片环存在有通路，所述通路横贯从在涡轮容纳壳中获得的蒸汽室开始的盘。蒸汽导入管道被连接到所述室。还为人们所知的是反向旋转的离心径流式涡轮，其中，所述盘之间的蒸汽的导入通过在与所述盘一体的转轴中获得的导管来发生。
技术实现思路
在这样的背景下，本申请人观察到，像上面描述的那些公知的离心径流式涡轮能够在各个方面加以改进，尤其是以增加其效率且同时改善其结构强度的方式加以改进。本申请人首先观察到，如在上述文献GB311,586所述的盘中获得的导入通路首先引起所述盘本身的结构弱化。的确，这种通路的尺寸必须设计成使得允许通过涡轮可处理的最大流体流速，以便最大化其效率。但是，为了限制通过所述通路的负载损耗，所述通路穿越速度不能超过特定值(约10米/秒)，因此，必要的和公知的是，要获得具有一定面积的通道，以便甚至利用低穿越速度也能获得期望的流率。本申请人还观察到，即使如上所述限制穿越速度，这样的通路与相应的盘一起旋转的事实仍然引起相当大的负载损耗，所述负载损耗对整个涡轮的效率产生不利的影响。本申请人还观察到，具有(非反向旋转的)定子和转子叶片的离心径流式涡轮(如在文献WO2013/108099中所述的涡轮，尤其是在图1和图2的构造中)具有相当多的与工作流体的插入有关的问题，因为在具有支撑轴的机器侧上的空间有限；此外，在这样的区域中，过高的温度是不允许的(冷却问题)，以便避免损坏通常装备所述机器和所述区域的精密元件(比如机械密封件和轴承)。在这样的背景下，本申请人设定以下目标：提出一种离心径流式涡轮，其优选但不排他地反向旋转，所述离心径流式涡轮相对于现有技术的反向旋转及其他离心径流式涡轮具有改善的效率。更一般地，本申请人设定了至少一个以下目标/对现有技术的改进：■改善定子与转子叶片之间(在单盘离心径流式涡轮的情况下)或转子盘之间(就反向旋转离心径流式涡轮而言)的工作流体的导入期间的效率；■提高所述一个或多个盘的结构强度；■简化工作流体(即使其具有高流速)的导入，如在ORC循环中的有机流体的膨胀的情况那样；■使得能够利用任何工作流体(例如有机流体或水)来使用涡轮(尤其是反向旋转涡轮)。本申请人发现，所述目标(至少一个上面列出的目标)及其他目标能够通过如下方式实现：同时利用导入阶段，以便通过在所述一个或多个盘的导入通路处获得的轴向级来转动所述一个或多个盘，或者(换言之)将所述通路成形为具有叶栅。特别地，所述目标(至少一个上面列出的目标)及其他目标大体上由权利要求书中的一项或多项所述的离心径流式涡轮来实现。下文阐述本专利技术的各个方面。根据一个方面，本专利技术涉及一种离心径流式涡轮，包括：固定容纳壳；至少一个支撑盘，所述至少一个支撑盘具有第一面，所述第一面承载至少一个径向转子级，所述径向转子级由沿着相应的圆形路径接连布置的叶片的阵列形成；至少一个与相应的支撑盘成一体的转轴；其中所述至少一个径向转子级位于用于工作流体的膨胀容积中；其中所述至少一个支撑盘具有贯通导入通道，所述贯通导入通道相对于所述相应的转轴位于径向外部位置，并且相对于所述至少一个径向转子级位于径向内部位置；其中所述至少一个支撑盘可在通过所述贯通导入通道进入的工作流体的作用下围绕旋转轴线与所述相应的转轴一起自由旋转；其特征在于，在相应的贯穿导入通道处，所述至少一个支撑盘包括至少一个相应的轴向转子级的多个导入转子叶片。根据一个方面，本专利技术涉及一种离心径流式涡轮，包括：固定容纳壳；支撑盘，所述支撑盘具有第一面，所述第一面承载至少一个径向转子级，所述径向转子级由沿相应的圆形路径接连布置的叶片的阵列形成；与相应的盘成一体的转轴；至少一个径向定子级，所述至少一个径向定子级相对于容纳壳固定并且由沿相应的圆形路径接连布置的叶片的阵列形成，并且所述至少一个径向定子级相对于所述至少一个径向转子级处于径向外部和/或径向内部位置，其中膨胀容积界定于支撑盘与容纳壳之间；其中所述至少一个支撑盘具有贯穿导入通道，所述贯穿导入通道相对于相应的转轴位于径向外部位置并且相对于所述至少一个径向转子级位于径向内部位置；其中所述至少一个支撑盘可在通过所述贯通导入通道进入的工作流体的作用下围绕旋转轴线与所述相应的转轴一起自由旋转；其特征在于，在相应的贯穿导入通道处，所述至少一个支撑盘包括至少一个相应的轴向转子级的多个导入转子叶片。根据一个方面，本专利技术涉及一种反向旋转的离心径流式涡轮，包括：第一支撑盘，所述第一支撑盘具有第一面，第一面承载至少一个径向转子级，所述至少一个径向转子级由沿相应的圆形路径并以第一取向接连布置的叶片的阵列形成；与第一支撑盘成一体的第一转轴；第二支撑盘，所述第二支撑盘包括第一面，第一面承载至少一个径向转子级，所述至少一个径向转子级由沿相应的圆形路径并且以与所述第一取向相反的第二取向接连布置的叶片的阵列形成；与第二支撑盘成一体的第二转轴；其中第一支撑盘面对第二支撑盘，以便界定膨胀容积，并且第一支撑盘的叶片与第二支撑盘的叶片径向交错；其中所述盘中的每一个盘具有贯穿导入通道，所述贯穿导入通道相对于相应的转轴位于径向外部位置并且相对于径向转子级的叶片的阵列位于径向内部位置；其中第一和第二支撑盘在通过导入通道进入的工作流体的作用下与相应的转轴一起围绕公共旋转轴线自由旋转并以相反的方向旋转；其特征在于，在相应的贯穿导入通道处，所述盘中的每一个包括至少一个相应的轴向转子级的多个导入转子叶片。导入通道在所述(各)盘的第一面和与所述第一面相反的第二面两者上均敞开且优选地沿轴向延伸。每个转子叶片均具有大体上径向延伸的前缘(和后缘)。前缘面对相应的盘的第二面。后缘面对相应的盘的第一面。工作流体进入膨胀容积(被包括在所述盘与所述容纳壳之间、或如果反向旋转的话在第一与第二支撑盘之间)通过位于所述(各)盘的径向内部的导入通道来实现。流体从旋转轴线向外膨胀离开，并在上述(各)盘的径向周边部分出去。在一个方面，导入通道至少部分地由所述导入转子叶片界定。在一个方面，毗邻的导入通道由所述导入转子叶片之一隔开。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
离心径流式涡轮，包括：固定容纳壳(2)；至少一个支撑盘(3、4)，所述至少一个支撑盘具有第一面(9、15)，所述第一面承载至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)，所述径向转子级由沿着相应的圆形路径接连布置的叶片(14、20)的阵列形成；至少一个与相应的支撑盘(3、4)成一体的转轴(5、7)；其中所述至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)位于用于工作流体的膨胀容积(31)中；其中所述至少一个支撑盘(3、4)具有贯通导入通道(25、28)，所述贯通导入通道相对于相应的转轴(5、7)位于径向外部位置，并且相对于所述至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)位于径向内部位置；其中所述至少一个支撑盘(3、4)能够在通过所述贯通导入通道(25、28)进入的工作流体的作用下围绕旋转轴线(X‑X)与相应的转轴(5、7)一起自由旋转；其特征在于，在相应的贯穿导入通道(25、28)处，所述至少一个支撑盘(3、4)包括至少一个相应的轴向转子级(27，30)的多个导入转子叶片(26、29)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 IT MI2014A0004871.离心径流式涡轮，包括：固定容纳壳(2)；至少一个支撑盘(3、4)，所述至少一个支撑盘具有第一面(9、15)，所述第一面承载至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)，所述径向转子级由沿着相应的圆形路径接连布置的叶片(14、20)的阵列形成；至少一个与相应的支撑盘(3、4)成一体的转轴(5、7)；其中所述至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)位于用于工作流体的膨胀容积(31)中；其中所述至少一个支撑盘(3、4)具有贯通导入通道(25、28)，所述贯通导入通道相对于相应的转轴(5、7)位于径向外部位置，并且相对于所述至少一个径向转子级(10、11、12、13、16、17、18、19)位于径向内部位置；其中所述至少一个支撑盘(3、4)能够在通过所述贯通导入通道(25、28)进入的工作流体的作用下围绕旋转轴线(X-X)与相应的转轴(5、7)一起自由旋转；其特征在于，在相应的贯穿导入通道(25、28)处，所述至少一个支撑盘(3、4)包括至少一个相应的轴向转子级(27，30)的多个导入转子叶片(26、29)。2.如前述权利要求所述的涡轮，其特征在于，所述贯通导入通道(25、28)至少部分地由所述导入转子叶片(26、29)界定。3.如前述权利要求之一所述的涡轮，其特征在于，所述导入转子叶片(26、29)整体形成在所述至少一个支撑盘(3、4)中。4.如前述权利要求之一所述的涡轮，其特征在于，每个导入转子叶片(26、29)的径向高度与所述至少一个支撑盘(3、4)的直径的比值包含在约0.007与约0.05之间。5.如前述权利要求之一所述的涡轮，其特征在于，通过所述贯通导入通道(25、28)的工作流体的轴向通过速度包含在约35m/s和约100m/s之间、优选地在约40m/s和约45m/s之间。6.如前述权利要求之一所述的涡轮，包括相应的轴向级(27、35、30、39)的多个导入定子叶片(34、38)，所述多个导入定子叶片与所述至少一个支撑盘(3、4)的...

【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