用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法和涡轮的制造方法

用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法和涡轮的制造方法
【专利摘要】本发明描述一种用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法，其包括将所述工作流体供应到涡轮机上的步骤，所述涡轮机配备有与约束到关于对应的旋转轴线旋转的轴上的多个转子叶片阵列交替的多个定子叶片阵列，以界定对应的涡轮机级。有利的是，所述方法包括以下其它步骤：a)在所述涡轮机的一个或多个径向级中引起所述工作流体的第一次膨胀，b)使退出所述径向级的所述工作流体在相对于所述旋转轴线的轴向以及切向的方向上转移，以及c)在所述涡轮机的一个或多个轴向级中引起第二次流体膨胀。步骤b)对应于所述工作流体的焓变，所述焓变等于经提供用于完成在所述涡轮机中的所述流体膨胀的平均焓变的至少50％。本发明进一步描述一种用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的涡轮机，所述涡轮机允许执行所述以上方法。
【专利说明】用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法和涡轮机

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法以及一种允许实 施此类方法的涡轮机。本申请案主张在2011年12月20日提交的第BS2012A000008号意 大利专利申请案的优先权。

【背景技术】
[0002] 朗肯类型的热力学循环通常利用首字母缩略词0RC "有机朗肯循环"来标识，所述 循环在对应的设备中用于使用具有高分子质量的有机工作流体以热能为起始来产生电能。
[0003] 例如，0RC设备用于以固体生物质为起始来联合产生电能和热能，可替代地使用工 业过程的废热、来自原动机或地热源的热回收。
[0004] 例如，供应有生物质的0RC设备通常包括：
[0005] -供应有燃料生物质的燃烧室；
[0006] -经提供以将燃烧烟气/气体的一部分热量给予热传递流体（例如，导热油）的热 交换器，所述热量通过中间电路来传递；
[0007] -经提供以将中间热传递流体的一部分热量给予将蒸发的工作流体的热交换器；
[0008] -供应有汽态工作流体的涡轮机；以及
[0009] -通过涡轮机启动的用于产生电能的发电机。
[0010] 在燃烧室中，热传递流体（例如，导热油）被加热到高达通常等于约300°c的温 度。热传递流体在闭合回路中循环，从而穿过前面提到的有机工作流体在其中蒸发的热交 换器。工作流体的蒸汽在涡轮机中膨胀，从而产生机械能，随后所述机械能通过连接到涡轮 机自身的轴上的发电机转化成电能。随着在涡轮机中对应的膨胀将结束，工作流体的蒸汽 在适当的冷凝器中凝结，从而将热量给予在设备下游作为热载体用于（例如）区域加热的 在80°C到90°C下的冷却流体（通常是水）。工作流体供应到热传递流体所穿过的热交换 器，从而完成在闭合回路中的循环。
[0011] 所产生的电能可以用以启动设备的辅助装置和/或它可以被引入到配电网络中。
[0012] 在以涡轮机中的工作流体的高膨胀比及高焓变为特征的0RC设备中，涡轮机配备 有三个或更多个级，其中利用术语"级"来意指定子叶片阵列以及对应的转子叶片阵列的组 合件。
[0013] 随着涡轮机级的数目增加超过一定限度，使用串联连接的两个涡轮机将会便于单 个发电机的启动。因此，采用两个二者均具有三个级的涡轮机，而不是将单个涡轮机中的级 的数目增加至（例如）多达六个级或更多。
[0014] 例如，在由 申请人:设计的用于产生5丽功率的设备中，使用利用对应的轴相对于 单个发电机在相反的两侧连接到该单个发电机上的两个轴流式涡轮机（一个在高压下且 另一个在低压下），而不是使用具有六个级的既定以3. OOOrpm旋转的单个轴流式涡轮机。
[0015] 如前面所描述的一个解决方案，具有若干个润轮机的解决方案具有超过一个技术 和经济类的缺点。设备必须配备有用于将涡轮机耦合到发电机上的多个异径管、除高压进 气阀之外用于使蒸汽流入低压涡轮机中的阀门、用于涡轮机之间的流体连接的隔热管道、 双轴承等。这引起生产成本，以及用于启动、停止和操作设备的技术困难的增加。
[0016] 美国专利申请案2008/0252077描述了用于应用到0RC设备中的涡轮机（第11 段）。所述涡轮机是径向向心式的，具有单个级，因此工作流体的膨胀实质上经过涡轮机自 身的轴线发生；排出实质上在轴向方向上发生。
[0017] 在与前面所描述的领域不同的领域中，已经提出配备有与轴向级交替的径向级的 燃气涡轮机。
[0018] 例如，美国专利3, 462, 953描述了用于航空应用因此未根据朗肯循环操作的燃气 涡轮机，其包括在进入涡轮机中的第一径向级和退出涡轮机的轴向级之中插入的转子叶片 阵列。这些转子叶片经布置以使气体从径向膨胀方向转移到轴向膨胀方向上。
[0019] 文档 US 4, 435, 121、W0 2006/048401、DE 554163 以及 US 2011/085887 描述了现有 技术。


【发明内容】

[0020] 本发明的一个目的是提供用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀使得能够解决 已知解决方案的缺点的涡轮机和方法。
[0021] 因此，在其第一方面中，本发明涉及根据权利要求1所述的方法。
[0022] 具体来说，本发明涉及一种用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法，其包 括将工作流体供应到配备有多个级的非向心式涡轮机上的步骤，每个级通过与约束到关于 对应的旋转轴线旋转的轴上的转子叶片阵列交替的定子叶片阵列来界定。有利的是，所述 方法包括以下其它步骤：
[0023] a)通过一个或多个径向级诱导工作流体的第一次膨胀，
[0024] b)使叶片阵列（称为角叶片）中的工作流体从实质上径向的起始膨胀方向转移到 实质上轴向以及（相对于与所述角叶片成一体的观测器）切向的膨胀方向上，以及
[0025] c)通过一个或多个轴向级提供第二次流体膨胀。
[0026] 步骤b)对应于工作流体的焓变，所述焓变等于经提供用于完成在整个涡轮机中 的流体膨胀的平均焓变的至少50%。
[0027] 利用术语"平均焓变"意指全部级的总焓变与其中执行膨胀的级的数目之间的比 率。全部级的总焓变对应于全部级的下游工作流体的总焓与全部级的上游流体的总焓之间 的差值。
[0028] 如往常在涡轮机领域中常见的，在本发明的范围中，参考轴向对称坐标系，其中涡 轮轴的旋转轴线位于其上的通用平面称为子午面。与机器轴线正交并且位于所认为的子午 面上的方向称为径向方向。利用术语"子午面的一个点中的切向方向"来标识与子午面正 交并且与经过所述点的径向方向正交的方向。与机器轴线平行的方向界定为轴向方向。
[0029] 更详细地说，轴向级包括对应地位于质量流向的上游和下游的定子叶片阵列和对 应的转子叶片阵列；反过来，流动的发生主要是由于流动内部的轴向速度分量导致。
[0030] 轴向级包括对应地位于质量流向的上游和下游的定子叶片阵列和对应的转子叶 片阵列；反过来，流动的发生主要是由于流动内部的径向速度分量导致。
[0031] 通过利用径向级实现第一次膨胀并且利用轴向级实现第二次膨胀，对于相同的条 件，在效率方面获得极佳结果，而不必提供两个涡轮机，而是相反，使用单个径流轴流式涡 轮机。
[0032] 具体来说，所述方法使得避免使用一个高压轴流式涡轮机以及一个低压轴流式涡 轮机。第一次高压膨胀径向发生在涡轮机的对应的径向级中并伴随有离心流，而第二次低 压膨胀轴向发生在同一涡轮机的对应的轴向级中。
[0033] 显然，所述方法提供的是，流体在两次膨胀之间从初始径向膨胀方向到最终轴向 膨胀方向转移。
[0034] 角叶片是定子叶片，或可替代地是转子叶片。
[0035] 在单个径流轴流式涡轮机中执行步骤a)到c)。优选地，通过在径向方向上运送工 作流体使之经过彼此交替安置的至少一个定子叶片阵列和一个对应的转子叶片阵列来执 行步骤a)。通过在轴向方向上运送工作流体使之经过彼此交替安置的至少一个定子叶片阵 列和一个对应的转子叶片阵列来执行步骤c)。通过运送流体使之经过定子或转子叶片阵列 (称为角叶片）来执行步骤b)，所述定子叶片或转子叶片阵列之后或之前对应地为相应的 转子或定子叶片阵列。
[0036] 通过执行前面所描述的方法，工作流体的蒸汽在单个涡轮机中膨胀，并且因此避 免了级联安装两个涡轮机或采用具有多个级（例如，超过三个）的轴流式涡轮机，具有显而 易见的技术及经济优点。
[0037] 相对于在US 3, 462, 953中描述的解决方案，本发明提供的是，角叶片经布置以实 现大于或等于在涡轮机中全部膨胀的平均焓变的50 %的工作流体的焓变。换句话说，在US 3, 462, 953中描述的角叶片在转化工作流体的能量中起到很小的作用；相反，在本发明中 角叶片经安置以将流体能量的很大且精确定量的一部分转化为到涡轮轴功率的输入。这对 应于角叶片对工作流体施加的切向转移。
[0038] 在一个方法实施例中，涡轮机的角叶片是定子叶片；膨胀的蒸汽的流动在轴向方 向和切向方向上转移，也就是说在所述角叶片阵列中转移，并且对于与角叶片成一体的观 测器来说，工作流体流动的速度矢量的径向分量减到最小且相同速度矢量的轴向分量和切 向分量增到最大。
[0039] 在一个替代的方法实施例中，角叶片是转子叶片，并且在步骤b)与c)之间执行反 转在角叶片阵列的下游的蒸汽膨胀的方向路线的额外步骤d)。换句话说，经过角转子叶片 阵列的流体在实质上轴向的方向上转移，但是相对于涡轮机轴向级的横向逆向流动。更详 细地说，所述转子角叶片阵列对工作流体的流动产生影响，将对应的速度矢量的径向分量 减到最小或将其消除并且增加在相对运动中（也就是说对于与角叶片成一体的观测器来 说）相同速度矢量的轴向分量和切向分量。在绝对运动中，也就是说对于静止的观测器来 说，退出角叶片阵列的工作流体的速度矢量实质上是轴向的，也就是说在绝对运动中速度 矢量的切向分量几乎为零，因为它由相同角叶片的切向速度（常规地以术语"摇转速度"命 名）来平衡。
[0040] 因此，角转子叶片下游的流体进一步转移约180°，以便被适当地朝向涡轮机的 轴向级和出口引导。所述反转优选地通过为涡轮机提供实质上环形的管道来实现，所述管 道将角叶片的出口部分连接到紧靠下游的定子叶片阵列的入口部分；在轴向部分中管道根 据U形曲线延伸。
[0041] 在其第二方面中，本发明涉及根据权利要求6所述的用于在朗肯循环中使有机工 作流体膨胀的涡轮机。
[0042] 具体来说，所述涡轮机包括定子叶片阵列和与前者交替的转子叶片阵列，以及关 于对应的旋转轴线旋转的用于支撑转子叶片的轴。在涡轮机的第一部分中，定子叶片阵列 和转子叶片阵列在实质上径向的方向上交替；在涡轮机的第二部分中，定子叶片阵列和转 子叶片阵列在实质上轴向的方向上交替。在涡轮机的第一部分与第二部分之间存在至少一 个定子或转子叶片阵列（以上称为角叶片），其经布置使将工作流体从在绝对运动中实质 上径向的膨胀方向转移到在绝对运动中实质上轴向以及在绝对运动或相对运动中（对应 地取决于角叶片是定子叶片还是转子叶片）实质上切向的方向上。换句话说，角叶片经布 置以（对于静止的观测器来说）将进入阵列中的工作流体的速度矢量的径向分量减到最小 或将其消除，并且（对于静止的观测器来说）增加退出阵列的流体的速度矢量的轴向分量 并且还（对于与角叶片成一体的观测器来说）增加退出阵列的流体的速度矢量的切向分 量。
[0043] 通过角叶片膨胀的工作流体的焓变等于经提供用于完成在整个涡轮机中的流体 膨胀的平均焓变的至少50%。
[0044] 优选地，角叶片的前缘在实质上轴向的方向上延伸，也就是说实质上平行于涡轮 轴的轴线，并且对应的后缘在实质上径向的方向上延伸，也就是说实质上与涡轮轴的轴线 正交。
[0045] 优选地，角叶片在实质上弯曲的径向和轴向方向上延伸。换句话说，每个角叶片的 表面迫使工作流体的蒸汽流动将膨胀方向从径向变为轴向。
[0046] 在优选实施例中，角叶片至少部分在切向方向上延伸以便增加工作流体的速度矢 量的切向分量。由于与流动引导表面相邻的限制层的厚度减少，以此方式有可能在流动转 移过程中加速流体使得具有效率优势。
[0047] 在一个实施例中，涡轮机包括经布置与同一涡轮机的轴对准的工作流体的轴向进 气歧管。在这种情况下，角叶片是定子叶片。
[0048] 角叶片阵列引起的工作流体流动的转移对应于焓降。在角叶片阵列中发生的焓变 主要由在每个相邻的角叶片之间的流体压力的减少（相对于阵列自身上游的压力值）引 起。相应地，以最小的流体动态损耗实现了将压力能几乎全部转化成动能。
[0049] 在数目方面，角叶片阵列可以引起至少一半的平均焓变（通过涡轮机中获得的总 焓变与其级的数目之间的比率来界定），并且在角叶片阵列中，可用于该阵列自身的焓变的 至少10 %被转化成在相对运动中的工作流体的动能。
[0050] 优选地，在此实施例中，所述轴通过在相对于进气歧管的相反侧处围绕轴提供的 轴承以悬臂方式支撑。
[0051] 在一个替代实施例中，涡轮机包括流动反转蜗壳。角叶片是转子叶片并且蜗壳界 定在转子叶片与紧靠下游定子叶片阵列之间的约180°的曲线，也就是说它界定前面所描 述的实质上环形的管道。以此方式，实现了工作流体的蒸汽膨胀的轴向方向路线的反转。
[0052] 在此后一描述的实施例中，优选地，在角叶片与所述曲线之间延伸的通道部分或 管道至少部分增加以在对应的膨胀方向反转之前实现工作流体的减速。在所述曲线下游或 沿着所述曲线，蜗壳可以配备有至少一个工作流体的流入/提取端口。工作流体的进气歧 管可以相对于轴紧邻对应的支撑轴承径向布置。
[0053] 通常，至少一个转子叶片阵列优选地装配在利用端面齿齿接耦合到轴的对应的凸 缘上的支撑盘上。此类型的耦合具有支承盘相对于轴的自定心作用。
[0054] 为了避免承载支撑盘的轴经受轴向推力的不希望的影响，涡轮机配备有由涡轮机 对应的内体积界定的腔室，由于所述腔室的缘故，确定了作用在所述盘自身的两面上的压 力的平衡。
[0055] 具体来说，在每个支撑盘的上游和下游提供了腔室。具体来说，参考第一支撑盘， 在相对于此支撑盘的同一侧处提供的腔室借助于（例如）曲径彼此隔离；与第一支撑盘轴 向隔开的腔室通过在所述盘自身中制得的一个或多个通孔连通。此外，在第一支撑盘下游 提供的至少一个腔室与在第一支撑盘上游提供的涡轮机的高压级连通。

【专利附图】

【附图说明】
[0056] 本发明的进一步的细节将不论如何从下面参考附图所进行的描述过程中显而易 见，其中：
[0057] -图1是根据本发明的涡轮机的第一实施例的局部截面视图；
[0058] -图2是根据本发明的涡轮机的第二实施例的局部截面视图；
[0059] -图3是根据本发明的涡轮机的第三实施例的局部截面视图。

【具体实施方式】
[0060] 图1是根据本发明的用于有机工作流体的膨胀的涡轮机1在轴向对称部分中的局 部视图。
[0061] 优选地，工作流体属于烃类，更优选地属于环状烃。例如，工作流体是环戊烷。
[0062] 涡轮机包括在轴向方向X上延伸的轴2、外壳3或蜗壳，以及彼此交替的多个定子 叶片阵列Si-S n和多个转子叶片阵列Ri-Rn，也就是说根据方案Si-Ri ;S2-R2 ;Sn-Rn等。
[0063] 具体来说，涡轮机1在概念上根据工作流体蒸汽的膨胀方向被划分为第一部分A 和接后的部分B。在第一部分A(称为高压部分）中，工作流体的第一次膨胀在实质上径向 的方向上提供，也就是说在与X轴正交的方向上提供；在第二部分B(称为低压部分）中，工 作流体的第二次膨胀在实质上轴向的方向上提供，也就是说在与X轴平行的方向上提供。
[0064] 在涡轮机的两个部分A部分与B部分之间提供了至少一个角定子叶片阵列AR，所 述阵列具有使工作流体流动从初始径向的膨胀方向转移到轴向的或甚至切向的方向（当 观测图1时与纸张正交的方向）上的功能。
[0065] 具体来说，图1中所示的涡轮机1包括径向布置在所述角叶片阵列AR上游的三 个级Si-Ri ; S2-R2 ; S3-R3以及轴向安置在所述角叶片阵列AR下游的一个或多个级R4-S 4 ; R5_S5(未示出）。通常在角叶片AR上游和下游的级的数目可以不同。
[0066] 角定子叶片AR约束到蜗壳3上，并且如图式中所示，它们根据弯曲路径（在轴向 部分中所见）延伸。叶片AR的前缘A&优选地在轴向方向上延伸并且后缘A&优选地在径 向方向上延伸；因此每个叶片AR沿着具有此系列流体动态管道的弯曲的路径延伸，以减少 或消除（相对于叶片自身上游的值）工作流体流动的平均径向分量并且产生轴向及切向分 量。
[0067] 优选地，定子叶片AR(当通过放置在旋转轴线X上的观测器观测时）在底部与外 围部分之间延伸第一实质上径向长度，随后叶片沿圆周或沿切线方向成曲线型，并且之后 它们具有在轴向和切向方向上逐渐转移的叶片间管道。
[0068] 一些转子叶片Rn，以及优选地所有转子叶片，通过借助于由参考标号10(局部截面 中）标识的端面齿齿接约束到涡轮机1的轴2上的支撑盘8来支撑。具体来说，如图式中 所示，支撑盘8耦合到轴的凸缘9上。端面齿齿接使得盘8在径向方向上"浮动"，从而相对 于X轴自定心。
[0069] 钢制撑杆（未示出）轴向推动支撑盘8使其抵靠轴2对应的耦合凸缘。
[0070] 轴2通过在对应的末端处的轴承（与流体密封件一起示出）支撑，或者其优选地 利用布置在支撑盘8的同一侧处的轴承以悬臂方式支撑。
[0071] 蜗壳3配备有待膨胀的工作流体蒸汽的一个或多个流入歧管7。
[0072] 在相对膨胀期间，蒸汽通行的路径由箭头示出。
[0073] 图2示出涡轮机1的一个替代实施例，其中角叶片AR是通过盘8支撑的转子叶片。 与图1中指示的那些参考标号相等的参考标号标识相同的或等效的元件。
[0074] 与前述解决方案不同，工作流体的蒸汽流动在轴向方向上从角叶片阵列AR转移， 但相对于涡轮机1的轴向延伸逆向流动，也就是说朝向提供涡轮机1中的流体进入的部分 转移。为此，蜗壳3界定像U形一样成曲线型的环形的管道4以反转供应的流向，以便引导 流动朝向低压级B。
[0075] 优选地，在转子角叶片阵列AR下游，管道4的部分增加以在其供应方向反转之前 引起流动减速。在叶片阵列AR与低压部分B之间可以存在一个或多个流入或提取端口 5。
[0076] 同样在此第二实施例中，角叶片AR优选地相对于角叶片AR自身下游的值增加蒸 汽流动的速度矢量的切向分量。
[0077] 图3示出涡轮机1的第三实施例。角叶片AR是定子叶片并且其通过蜗壳3支撑。 与第一实施例不同，轴3以悬臂方式支撑在提供在蜗壳3的同一侧中、并且具体来说在蜗壳 3的排出蜗壳的同一侧处的对应的轴承上。
[0078] 在此实施例中，借助于相对于轴2对准并且同轴装配的轴向歧管6直接在前向方 向上实现待膨胀的蒸汽的流入，如图式中所示。在轴2以悬臂方式装配的第一实施例中，也 可以米用轴向歧管6。
[0079] 同样，在第二和第三实施例中，定子和转子级的数目可以不同于图式中所示的数 目。
[0080] 参考图1到3,涡轮机1包括腔室CpCyCyC；，每个腔室对以相对压力值为特征的 涡轮机内部的体积定界。腔室Cp C2、C3、C4经布置以借助于涡轮机1的不同部分A与B之 间的压力差实现对作用在支撑盘8上的轴向推力的补偿。
[0081] 具体来说，参考图1，曲径L使腔室C3保持与高压部分A实质上分隔开。为了避免 经过高压部分的工作流体的压力推动第一支撑盘8朝向腔室q (向右观察图1)，后者借助 于在横跨第一支撑盘8的51-1?1阵列之间、或者在部分A自身的其它位置中打开的一个或多 个通孔与高压部分A连通。
[0082] 类似地，腔室C2与C4通过延伸通过第二支撑盘8的管道彼此连通并且与涡轮机的 排出部分连通；在腔室Ci与c 2之间提供了分隔曲径。
[0083] 利用所描述的布置，腔室Q的压力等于或接近高压部分A的选定点中的流体压 力，并且腔室(：2、(： 3和C4中的压力等同于涡轮机1的排出压力。
[0084] 图1到3中的任一者中所示的涡轮机1允许执行如上文所描述的根据本发明的方 法。
[〇〇85] 有利的是，涡轮机1允许利用有机流体在朗肯循环中获得高焓变和高膨胀比。
【权利要求】
1. 一种用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的方法，其包括将所述有机工作流体供 应到配备有多个级的涡轮机（1)上的步骤，每个级通过与约束到关于对应的旋转轴线（X) 旋转的轴（2)上的转子叶片阵列（RpRj交替的定子叶片阵列（Si，S n)来界定，其特征在于 以下步骤： a) 通过一个或多个径向级引起所述工作流体的第一次膨胀，以及 b) 使叶片阵列（AR)(称为角叶片）中的所述工作流体从所述实质上径向的膨胀方向转 移到相对于与所述角叶片（AR)成一体的观测器实质上轴向以及切向的膨胀方向上，以及 c) 通过一个或多个轴向级诱导第二次流体膨胀， 其中所述步骤b)对应于所述工作流体的焓变，所述焓变等于经提供用于完成在所述 涡轮机（1)中的所述流体膨胀的平均焓变的至少50%。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中通过在所述径向方向上引导所述工作流体使之经 过彼此交替安置的至少一个定子叶片阵列（&，S n)与一个对应的转子叶片阵列（&，Rn)来 执行所述步骤a)，通过在所述轴向方向上引导所述工作流体使之经过彼此交替安置的至少 一个定子叶片阵列（Si，S n)和一个对应的转子叶片阵列（&，!〇来执行所述步骤c)，以及通 过引导所述流体使之经过定子或转子角叶片阵列（AR)来执行所述步骤b)。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述角叶片（AR)是转子叶片并且其 中在所述步骤b)与c)之间执行以下步骤： d) 反转在所述角叶片阵列（AR)的下游的所述流体膨胀方向的路线。
4. 根据前述权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中通过在所述步骤b)中所 述工作流体的膨胀引起的所述焓变的至少10%转化为退出所述角叶片阵列（AR)的所述工 作流体的动能。
5. -种用于在朗肯循环中使有机工作流体膨胀的涡轮机（1)，其包括定子叶片阵列 以，S n)以及与前者交替的转子叶片阵列況，Rn)，以及关于对应的旋转轴线⑴旋转的用 于支撑所述转子叶片（&，R n)的轴（2)，其特征在于在所述涡轮机的第一部分（A)中，所述 定子叶片阵列（Si，Sn)和所述转子叶片阵列狀，1〇在实质上径向的方向上交替，在所述涡 轮机的第二部分（B)中，所述定子叶片阵列（Si，S n)和所述转子叶片阵列汛，1〇在实质上 轴向的方向上交替，以及在所述涡轮机的所述第一部分与所述第二部分之间存在至少一个 定子或转子叶片阵列（AR)(称为角叶片），所述阵列经布置以使所述工作流体从实质上径 向的膨胀方向转移到实质上轴向和/或切向的膨胀方向上， 其中，通过所述角叶片（AR)膨胀的所述工作流体的焓变等于经提供用于完成在所述 涡轮机（1)中的所述流体膨胀的平均焓变的至少50%。
6. 根据权利要求5所述的涡轮机（1)，其中所述角叶片（AR)的所述前缘（ARi)在实质 上轴向方向上延伸并且所述对应的后缘（ARo)在实质上径向方向上延伸。
7. 根据权利要求5或权利要求6所述的涡轮机，其中所述角叶片（AR)在实质上弯曲的 径向和轴向方向上延伸。
8. 根据权利要求5到7中任一权利要求所述的涡轮机，其中所述角叶片（AR)至少部分 在切向方向上延伸，以便至少在通过与所述角叶片（AR)成一体的观测器观测到的相对运 动中增加所述流体速度矢量的切向分量。
9. 根据权利要求5到8中任一权利要求所述的涡轮机，其包括经布置与所述轴（2)对 准的所述工作流体的轴向进气歧管（6)，并且其中所述轴（2)通过从相对于所述进气歧管 (6)的相反侧提供的轴承以悬臂方式支撑并且其中所述角叶片（AR)是定子或转子叶片。
10. 根据权利要求5到8中任一权利要求所述的涡轮机，其包括蜗壳（3)，并且其中所 述角叶片（AR)是转子叶片，并且在所述转子叶片与所述紧靠下游的定子叶片阵列（S 4)之 间，所述蜗壳（3)界定约180°的曲线（4)，其中流体膨胀的轴向方向的路线被反转。
11. 根据权利要求10所述的涡轮机，其中在所述角叶片（AR)与所述曲线⑷之间的通 道部分至少部分增加以在所述对应的膨胀方向反转之前实现所述工作流体的减速。
12. 根据权利要求10或权利要求11所述的涡轮机，其中在所述曲线（4)的下游，所述 蜗壳（3)配备有至少一个所述工作流体的流入/提取端口（5)。
13. 根据前述权利要求10到12中任一权利要求所述的涡轮机，其包括相对于所述轴 (2)径向布置在所述对应支撑轴承之间的实质上中间位置上的所述工作流体的进气歧管 ⑵。
14. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的涡轮机，其中至少一个转子叶片阵列 (&，!〇装配在利用端面齿齿接（10)耦合到所述轴⑵的对应凸缘（9)上的支撑盘⑶上。
15. 根据权利要求14所述的涡轮机，其中在第一支撑盘（8)的上游和下游相对于所述 旋转轴线（X)提供至少一个腔室（Ci-C；)，所述腔室通过所述涡轮机（1)的对应的内体积界 定，并且其中布置在所述第一支撑盘（8)的同一侧上的所述腔室（&、(；）实质上彼此隔离， 并且其中所述第一支撑盘（8)配备有至少一个通孔，用于均衡通过所述第一支撑盘（8)自 身分隔开的所述两个腔室（C 3_C4)内部的压力，或者用于均衡在所述第一支撑盘下游的所 述腔室（Q)的压力与所述涡轮机（1)的所述第一部分（A)内部的压力。
16. 根据权利要求15所述的涡轮机，其包括两个支撑盘（8)，其中所述第二支撑盘放置 在所述第一支撑盘的下游并且它配备有至少一个通孔，用于均衡紧靠所述第二支撑盘自身 上游的所述腔室（C 4)内部的压力与所述涡轮机（1)的排出压力。
【文档编号】F01K25/10GK104066937SQ201280067570
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】马里奥·盖亚, 罗伯特·比尼 申请人:Turboden责任有限公司