径流式涡轮机的制作方法

本发明的目的是一种径流式涡轮机。径流式涡轮机指的是这样的涡轮机：与该涡轮机交换能量的流体的流动相对于所述涡轮机的旋转轴线主要指向径向方向。本发明应用于驱动涡轮机(涡轮)和工作涡轮机(压缩机)两者。

优选但不排他地，本发明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，本发明涉及在通过蒸汽兰金循环或有机兰金循环(ORC)产生能量的装置中使用的径流式膨胀涡轮。

优选但不排他地，本发明涉及离心径流式或“流出”类型的膨胀涡轮，术语“流出”意为流体流从中心径向地指向涡轮的外周。

背景技术：

相同申请人名下的公开文件WO2012/143799示出了一种膨胀涡轮，所述膨胀涡轮包括：具有轴向入口和径向外周出口的固定壳体；安装在壳体中并可绕相应的旋转轴线旋转的单个转子盘；多个环形系列的转子叶片，其安装在转子盘的正面上并围绕旋转轴线布置；多个环形系列的定子叶片，其安装在壳体上，面向转子盘并与转子叶片径向交错。

公开文件WO2013/108099阐述了一种在兰金循环中膨胀有机流体的涡轮，所述涡轮设置有在径向方向上彼此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，工作流体的第一膨胀大体上径向提供。在限定于低压下的第二部分，工作流体的第二膨胀大体上轴向提供。定子叶片由涡轮的外壳支撑。

公开文件US7,244,095示出了一种离心径流式涡轮，其中蒸汽朝外部径向膨胀。涡轮包括单个膨胀级，该膨胀级设置有定子叶片，定子叶片配置成以高速加速该蒸汽。金属突起部由转子的叶片承载，并且密封在可磨损类型的固定表面上，这样以便限制蒸汽的通过(否则蒸汽将绕转子叶片行进)。

文件DE721543示出了一种涡轮机，所述涡轮机包括：转子叶环，以及密封在转子叶环之间的定子叶环。密封件包括布置在一个环上并面向相邻环的表面的密封板。DE721543强调了一个事实：密封板和对应的表面被放置在环的区域中，使得在涡轮机的操作期间，它们保持与涡轮机停止时相同的相对位置。在操作期间，密封区域表现得好像它们被停止一样。

文件GB594,203示出了径流式涡轮机(涡轮或压缩机)，其设置有叶环以及布置在叶环之间的密封条。为了安装/拆卸这些环，该密封条是倾斜的，以便使得所述环能够相对于彼此轴向移动。

文件FR428778示出了用于蒸汽或燃气涡轮的迷宫式密封件。该文件描述了具有一定形状(具有倾斜和薄的端部边缘)的涡轮的壳体与盘之间所布置的密封件，以便避免当它们相对于彼此滑动时被损坏。FR428778还描述了由于压力差导致的所述盘之间的轴向运动而引起的垫圈之间的相对运动。

涡轮机通常特征在于：进入流体的条件(压力和温度)不同于同一流体在离开时的条件。在如上所述的膨胀涡轮(驱动涡轮机)中，进入流体处于比离开流体更高的压力和温度条件下。相反，在工作涡轮机中，入口压力和温度低于出口处的压力和温度。

在涡轮机内部与外部环境之间的压力差、在叶片工作处的膨胀体积与处于机器内部但与所述膨胀体积分离的部分之间的压力差、以及在对应于不同级的膨胀体积的不同部分之间的压力差，导致工作流体通过涡轮机的固定部件(定子)和旋转部件(转子)之间的联接区域的泄漏。事实上，流体倾向于从较高压力的位置朝向较低压力的位置移动。这种泄漏是有害的，因为它以重要的方式降低了涡轮机的效率。

申请人已经观察到，例如在文件US7,244,095中描述的适于限制上述泄漏的公知解决方案(由金属突起和由可磨损类型的固定表面构成的密封件)不够有效。

申请人还观察到，在公知的涡轮机的组装期间，特别是在将定子部件与转子部件联接期间，常常发生是，在达到其正确的组装位置之前，密封件的精致元件(金属突起)会滑动/冲击涡轮机的其它部件。这样，存在破坏密封件的危险，故密封件不再能正确地工作和为涡轮机提供设计性能。

技术实现要素：

在这种情况下，申请人已经观察到，可在各个方面改进上述涡轮机，以便提高其效率。

特别地，申请人认识到，当涡轮机运行时，需要将通过密封件的工作流体的泄漏减至最小。

申请人还认识到需要确保在安装涡轮机期间，构成所述密封件的元件不被破坏。

因此，本发明的目的是提出一种具有更高效率和更容易组装的径流式涡轮机。

申请人已发现，上述目的和其它目的可这样实现：利用转子部件的径向膨胀，以便使所述转子部件在密封件处移得更靠近相应的定子部件，从而确保就公知类型的涡轮机而论大体上没有泄漏或减少泄漏，其中，所述径向膨胀归因于在径流式涡轮机的运行期间所述转子部件所经受的离心力和/或热量。

特别地，上述目的和其它目的大体上通过如所附权利要求中的一项或多项所述的和/或根据一个或多个以下方面论及的径流式涡轮机来实现。

在本说明书和在所附权利要求书中，形容词“轴向”旨在限定指向平行于涡轮机的旋转轴线“X-X”的方向。形容词“径向”则旨在限定指向类似于从旋转轴“X-X”正交地延伸的光线的方向。形容词“圆周”指的是与同轴于旋转轴线“X-X”的圆周相切的方向。

更具体地，根据一个方面，本发明涉及一种径流式涡轮，包括：

固定壳体；

至少一个转子盘，其安装在壳体中并且可围绕相应的旋转轴线在壳体中旋转；

与所述旋转轴线同轴的多个环形转子元件，其从转子盘的正面和/或从转子盘的背面轴向地突出；

与旋转轴线同轴的多个环形固定元件，其从壳体轴向地突出，并且每个环形固定元件相对于相应的环形转子元件位于径向外部位置；

多个密封装置，其径向地介于至少一些所述环形转子元件与相应的环形固定元件之间；

其中，所述环形转子元件能够在当所述涡轮机处于非运行状态时的径向收缩的第一配置和在当所述涡轮机运行时在离心力和/或热作用下的径向膨胀的第二配置之间径向移动，在所述径向收缩的第一配置中，在所述密封装置处，所述环形转子元件与相应的环形固定元件径向间隔开；在所述径向膨胀的第二配置中，在所述密封装置处，所述环形转子元件靠近相应的环形固定元件；

其中，在第二配置中，密封装置大体上防止工作流体在环形转子元件与环形固定元件之间通过。

在一个方面，在第一配置中，所述环形转子元件与相应的环形固定元件径向间隔开一定的程度，使得它们不一定确保密封，但确实允许其沿着轴向方向在转子盘与环形固定元件之间相互接近(在安装涡轮机期间)或相互移动离开(在拆卸涡轮机期间)，而所述环形固定元件与环形转子元件不彼此干涉。

在一个方面，本发明涉及一种安装根据前述方面所述的径流式涡轮机的方法，其中该方法包括：

■准备具有环形固定元件的至少一部分的固定壳体的第一半部；

■准备所述至少一个转子盘；

■将第一半部放置成与所述至少一个转子盘同轴，其中环形固定元件面向环形转子元件；

■使第一半部与所述至少一个转子盘彼此轴向靠近，直到每个环形固定元件相对于相应的环形转子元件位于径向外部位置；

其中，在安装期间，环形转子元件处于第一径向收缩配置中，以便在第一半部与所述至少一个转子盘相互轴向接近期间不与环形固定元件干涉。

在一个方面，该方法包括：

■准备具有环形固定元件的至少一部分的固定壳体的第二半部；

■将第二半部放置成与所述至少一个转子盘同轴，其中环形固定元件面向环形转子元件；

■使第二半部与所述至少一个转子盘彼此轴向靠近，直到每个环形固定元件相对于相应的环形转子元件位于径向外部位置；

■将第二半部连接到第一半部，以便将所述至少一个转子盘闭合在它们之间；

其中，在安装期间，环形转子元件处于第一径向收缩配置中，以便在第二半部与所述至少一个转子盘相互轴向接近期间不与环形固定元件干涉。

在一个方面，本发明涉及一种拆卸根据前述方面所述的径流式涡轮机的方法，其中，该方法包括：

■使第一半部和/或第二半部从所述至少一个转子盘轴向地相互移动离开；

其中，在安装期间，环形转子元件处于第一径向收缩配置，以便在第一半部和/或第二半部从所述至少一个转子盘相互轴向移动离开期间不与环形固定元件干涉。

申请人已证实，所要求保护的解决方案使得能够通过利用在运行期间产生的热力和/或惯性，在必要时，即在涡轮机的运行期间，确保环形转子元件与环形固定元件之间的密封。

此外，申请人已证实，所要求保护的解决方案使得能够在不需要密封时便于涡轮机的安装和拆卸。

在第一配置中，事实上，确保了在半部与所述至少一个转子盘不干涉的情况下的轴向释放。

在一个方面，在第一和第二配置之间的推移中，在所述密封装置处在环形转子元件与相应的环形固定元件之间的相对径向位移包括在约0.05mm与约1.4mm之间。

在一个方面，所述相对径向位移包括在约0.1mm与约0.5mm之间。

环形转子元件在密封装置处的径向膨胀/收缩的程度要确保涡轮机运行时环形转子元件与环形固定元件之间的密封，并且便于涡轮机停机时涡轮机的安装和拆卸。

在一个方面，密封装置包括与环形转子元件成一体的多个突起和属于环形固定元件的多个表面和/或在环形固定元件中获得的座部。

在一个方面，密封装置包括与环形固定元件成一体的多个突起和属于环形转子元件的多个表面和/或在环形转子元件中获得的座部。

在一个方面，所述表面是所述座部的底壁。

在一个方面，在第一配置中，所述突起的末端与所述表面间隔开和/或位于所述座部的外部，而在第二配置中，所述末端靠近所述表面和/或插入所述座部。

在一个方面，在第一配置中，所述突起的末端与所述表面擦碰或间隔开和/或位于所述座部的外部，而在第二配置中，所述末端抵靠所述表面和/或插入所述座部。

在一个方面，所述突起是大体上类似于承载所述突起的环形固定元件或环形转子元件的刚体。

每个突起优选地是一种与旋转轴线同轴的环形壁。

在一个方面，所述突起是相对于承载所述突起的环形固定元件或环形转子元件的弹性可屈服体。

每个突起优选地是具有例如由钢或复合材料(例如Kevlar)制成的柔性刷毛的刷。

在一个方面，在第二配置中，柔性突起的所述末端推靠所述表面，而所述突起被径向压缩。

在一个方面，柔性突起的径向压缩(即它们在第一和第二配置之间的推移中沿着径向方向的变形)包括在约0.1mm与约0.2mm之间，更优选地包括在约0.15mm与约0.18mm之间。

在一个方面，每个座部是与旋转轴线同轴的环形槽。

当所述突起在座部的外部时，在环形转子元件与环形定子元件之间的轴向相互滑动(在安装或拆卸涡轮机期间)是被允许的，而无所述突起与承载座部的元件干涉的风险。

在一个方面，在第二配置中，所述突起的末端与座部的底壁之间的距离“V1”包括在约0.2mm与约0.4mm之间，更优选地在约0.25mm与约0.35mm之间。

在一个方面，在第一配置中，位于座部外部的环形固定元件的径向内表面与所述壁的末端之间的距离“V2”包括在约0.15mm与约0.8mm之间，更优选地在约0.2mm与约0.7mm之间。

在一个方面，在第二配置中，所述末端进入所述座部的深度包括在约0.1mm与约0.6mm之间，更优选地包括在约0.2mm与约0.4mm之间。

当所述突起在座部内时，与所述突起配合的所述座部的内壁限定了狭窄蜿蜒的轴向路径，其防止/限制工作流体的泄漏。

在一个方面，在第二配置中，所述末端插入所述座部并与所述座部的底部保持间隔开。

这样，确保了密封，而所述突起和/或座部不会通过相互滑动/磨损而破坏。

在一个方面，每个环形固定元件或环形转子元件具有多个轴向相邻的座部。

在一个方面，每个环形固定元件或环形转子元件具有多个轴向相邻的突起。

通过增加座部和突起的数量，可以提高密封效果。

在一个方面，同一环形固定元件或环形转子元件的座部位于距离旋转轴线相同的径向距离处。

在一个方面，构成同一环形固定元件或环形转子元件的座部的环形槽是同轴的并具有相同的直径。

在一个方面，构成同一环形固定元件或环形转子元件的座部的环形槽具有相同的径向深度。

在一个方面，环形固定元件或环形转子元件的座部位于与旋转轴线相隔一定径向距离的地方，该径向距离从所述环形固定元件或环形转子元件的自由末端开始，朝着转子盘的正面和/或壳体或转子盘的背面逐渐减小。

在一个方面，形成座部的环形槽是同轴的，并具有从所述环形固定元件或环形转子元件的自由末端开始、朝着转子盘的正面和/或壳体或转子盘的背面减小的直径。

在一个方面，形成同一环形固定元件或环形转子元件的座部的环形槽具有不同的径向深度。

在一个方面，承载所述座部的环形转子元件或环形固定元件的一个表面是圆柱形的。

在一个方面，承载所述表面或所述座部的环形转子元件或环形固定元件的一个表面大体上为圆锥形(或阶梯状)，并朝向转子盘的正面和/或壳体或转子盘的背面会聚。

在一个方面，座部优选地通过去除材料或通过模制或熔化由环形固定元件或环形转子元件的材料(例如钢或其合金)制成。

在一个方面，所述表面是插入件或覆盖物的一部分，所述插入件或覆盖物由比环形固定元件或环形转子元件的材料更软的材料制成。

在一个方面，座部由比环形固定元件或环形转子元件的材料更软的材料制成。这种材料包括例如聚合物材料(即PTFE，特氟龙)、浸渍石墨、具有低熔化温度的金属(即黄铜、铝)，这种材料优选地具有多孔结构(烧结粉末)或蜂窝结构。

在一个方面，环形固定元件或环形转子元件包括由承载所述座部或具有所述表面的所述较软材料制成的插入件。

在一个方面，环形固定元件或环形转子元件包括由承载所述座部或具有所述表面的所述较软材料制成的覆盖物。

在一个方面，在涡轮机的初始阶段和/或第一运行循环期间，较软材料的所述座部由径向膨胀的突起制成，切割所述材料并挖掘所述座部。

在一个方面，同一环形固定元件或环形转子元件的突起布置在距离旋转轴线相同的径向距离处。

在一个方面，形成同一环形固定元件或环形转子元件的突起的环形壁是同轴的并具有相同的直径。

在一个方面，形成同一环形固定元件或环形转子元件的突起的环形壁具有相同的径向高度。

在一个方面，环形固定元件或环形转子元件的突起布置在与旋转轴线相隔一定径向距离的地方，该径向距离从所述环形固定元件或环形转子元件的自由末端开始，朝着转子盘的正面和/或壳体或转子盘的背面逐渐减小。

在一个方面，形成所述突起的环形壁是同轴的，并具有从所述环形固定元件或环形转子元件的自由末端开始、朝着转子盘的正面和/或壳体或转子盘的背面减小的直径。

在一个方面，形成同一环形固定元件或环形转子元件的突起的环形壁具有不同的径向高度。

在一个方面，承载所述突起的环形转子元件或环形固定元件的一个表面是圆柱形的。

在一个方面，承载所述突起的环形转子元件或环形固定元件的一个表面大体上为圆锥形(或阶梯状)，并朝着转子盘的正面和/或壳体或转子盘的背面会聚。

在同一环形固定元件或环形转子元件的表面的不同直径和/或锥度上的突起和/或座部的布置有助于增加密封效果，且仍然使得环形转子元件和环形定子元件在无干涉的情况下能够相互轴向移动离开/接近。

在一个方面，所述突起例如通过去除材料、熔化或模制一体地制成于环形转子元件上或环形固定元件上。

在一个方面，每个突起在子午断面中具有三角形形状。三角形的自由顶点构成突起的进入座部的端部。

在一个方面，所述突起被施加到环形转子元件或环形固定元件上。在一个方面，所述突起是板，其插入并固定在环形转子元件的适宜的槽中或插入并固定到环形固定元件。

在一个方面，所述突起是刷，所述刷约束到环形转子元件上并且操作地作用在环形固定元件的表面上。在一个方面，在第一配置中，所述刷的末端与环形固定元件的表面间隔开或仅蹭及该表面。在一个方面，在第二配置中，所述末端推靠环形固定元件的所述表面，而所述刷被径向压缩。在一个方面，所述突起是刷，所述刷约束到环形固定元件上并操作地作用在环形转子元件的表面上。在一个方面，在第一配置中，所述刷的末端与环形转子元件的表面间隔开或仅蹭及该表面。在一个方面，在第二配置中，所述末端推靠环形固定元件的所述表面，而所述刷被径向压缩。所述刷抵靠的表面优选地没有座部。

每个刷包括多个刷毛，刷毛布置在圆周上并具有第一端，第一端约束到相应的环形固定或转子元件上，其优选地插入并固定在所述环形转子元件或环形固定元件中的适宜的槽中。约束到环形固定元件上的刷的自由端径向指向内。约束到环形转子元件的刷的自由端径向指向外。刷毛优选地在与转子盘的旋转方向一致的方向上相对于相应的径向方向倾斜。

在一个方面，环形转子元件包括安装在转子盘的正面上的转子叶片，而环形固定元件包括面向转子盘的正面的定子叶片。因此，环形转子和定子元件构成涡轮机的级。

在一个方面，每个环形转子元件均包括环形转子带，所述环形转子带具有连接到转子盘的正面的第一边缘和与第一边缘相反并且设置有环形转子接头的第二边缘。环形转子接头承载沿着圆形路径连续布置的相应转子级的多个转子叶片。转子叶片的前缘大体上平行于旋转轴线延伸。在一个方面，每个环形转子元件均包括连接到转子叶片的与环形转子接头相反的端部的末端转子环。在一个方面，每个环形转子接头承载密封装置的至少一部分。在一个方面，每个末端转子环承载密封装置的至少一部分。在一个方面，每个环形转子带具有径向厚度，所述径向厚度小于相应接头的径向尺寸，并优选地包括在径向尺寸的约1/4与约1/10之间，更优选地包括在所述径向尺寸的约1/6与约1/8之间。在一个方面，每个环形转子带具有轴向长度，其中，环形转子带的轴向长度与相应的径向厚度之间的比包括在约3与约20之间，更优选地在约8与约12之间。

这种尺寸赋予环形转子带的刚度比环形转子元件(亦即由转子接头、转子叶片和末端转子环构成的组件)的其余部分的刚度低得多，因此使得所述组件以均匀的方式自由地径向膨胀(在离心力和/或热的作用下)。换言之，转子接头和末端转子环膨胀到大体上相等的程度。在径向膨胀和收缩期间，组件大体上保持与自身平行。

在一个方面，每个环形固定元件均包括固定环形带，该固定环形带具有：连结到壳体的第一边缘；和第二边缘，该第二边缘与第一边缘相反，并且设置有固定的环形接头。固定环形接头承载沿着圆形路径连续布置的相应定子级的多个定子叶片。定子叶片的前缘大体上平行于旋转轴线延伸。在一个方面，每个环形定子元件包括连接到定子叶片的与固定环形接头相反的端部的末端定子环。在一个方面，每个固定环形接头承载密封装置的至少一部分。在一个方面，每个末端定子环承载密封装置的至少一部分。在一个方面，每个环形定子带具有大体上等于相应定子接头的径向尺寸的径向厚度。

环形固定元件不受任何离心力。这样，在相对径向运动期间，环形转子元件与相应的环形固定元件至少在密封装置处保持彼此平行。

在一个方面，环形转子元件是安装在转子盘的背面上的转子密封壁，而环形固定元件是面向转子盘的背面的固定密封壁。环形转子和固定元件因此构成密封壁，其位于与承载涡轮机的定子级和转子级的面部相反的转子盘的面部。

在一个方面，每个环形转子元件包括环形转子带，环形转子带具有连接到转子盘的背面的第一边缘和与第一边缘相反并且设置有环形转子接头的第二边缘。在一个方面，每个环形转子接头承载密封装置的至少一部分。

在一个方面，转子密封壁的每个环形转子带具有径向厚度，该径向厚度小于相应接头的径向尺寸并优选地包括在径向尺寸的约1/4与约1/10之间，更优选地包括在所述径向尺寸的约1/6与约1/8之间。在一个方面，转子密封壁的每个环形转子带具有轴向长度，并且其中，环形转子带的轴向长度与相应径向厚度之间的比包括在约3与约20之间，更优选地在约8与约12之间。

这种尺寸使得环形转子带的刚度比转子接头的刚度低得多，因此使所述接头以均匀的方式自由径向膨胀(在离心力和/或热的作用下)。换言之，在径向膨胀和收缩期间，转子接头保持大体上平行于其自身。

在一个方面，限定该固定密封壁的环形固定元件具有不变的或朝其自由端减小径向厚度。所述环形固定元件不受任何离心力。这样，在相对径向运动期间，环形转子元件与相应的环形固定元件在密封装置处保持彼此平行。

在一个方面，根据本发明的涡轮机是径流式涡轮，其设置有位于单个转子盘上的径向级，亦即设置有转子叶片和定子叶片。在一个方面，根据本发明的涡轮机是径流式涡轮，其设置有位于两个面对且反向旋转的转子盘上的径向级，亦即无定子叶片。优选地，所述径流式涡轮为离心径流式(流出式)。

如果涡轮机为涡轮，则设置有叶片的每个环形转子元件的温度大于相应的径向外部定子环形元件的温度。因此，相对于环形定子元件的径向膨胀，温度梯度将导致环形转子元件产生更大的径向膨胀(其增加了由于离心力而导致的膨胀)。换言之，这种温度梯度有助于环形转子元件更移近相应的径向外部环形定子元件(即使主要作用是由于离心力)。

对根据本发明的径流式涡轮机的优选但不排他的实施例的详细描述将使其他特征和优点更加清楚。

附图说明

下文将参考仅作为非限制性示例提供的附图阐述该描述，附图中：

■图1示出了根据本发明的径流式涡轮机的第一实施例的子午断面；

■图2示出了根据本发明的涡轮机的第二实施例的子午断面；

■图3示出了处于两个相应的操作配置中的图1的涡轮的详图；

■图4、图4A、图5、图5A、图6、图6A和图7为图3的详图的相同数量的变型；

■图8示出了处于两个相应的操作配置中的图1和图2的涡轮的不同细节；

■图9示出了图8的详图的变型；

■图10示出了按照现有技术获得的图3的细节。

具体实施方式

参考上述附图，附图标记1总体表示根据本发明的径流式涡轮机。图1中所示的涡轮机1是具有单个转子盘2的径向流出型的膨胀涡轮。图2中所示的涡轮机2是具有两个反向旋转的转子盘2、2’的径向流出型的膨胀涡轮。参考图1，转子盘2设置有在相应的正面4上以一系列同心环布置的多个转子叶片3。每个系列的转子叶片3是涡轮1的转子级的一部分。转子盘2刚性地连接到沿着旋转轴线“X-X”延伸的轴5上。轴5又连接到发电机上(未示出)。转子叶片3从转子盘2的正面4伸出，其前缘大体上平行于旋转轴线“X-X”。

转子盘2和轴5容纳在固定壳体6中，并且以这样的方式由固体壳体支撑：即，使得转子盘和轴可围绕旋转轴线“X-X”自由旋转。固定壳体6由第一半部6a和第二半部6b形成，第一半部6a和第二半部6b相互联接并且可限制在平面“P”，所述平面“P”垂直于旋转轴线“X-X”并位于转子盘2处。

固定壳体6包括位于转子盘2的正面4的对面的前壁7(第一半部6a的一部分)、和位于与转子盘2的正面4相反的背面9的对面的后壁8(第二半部6b的一部分)。套筒10与后壁8成一体，并且通过介入适宜的轴承11可旋转地容纳轴5。前壁7具有位于旋转轴线“X-X”处的用于工作流体的进入开口12。

固定壳体6还容纳布置成一系列同心环并且朝向转子盘2的正面4的多个定子叶片13。所述一系列定子叶片13与所述一系列转子叶片3径向交错，以限定通过进入开口12进入并径向地朝着转子盘2的外周径向膨胀离开的工作流体的径向膨胀路径。固定壳体6还包括径向外周壁14，所述径向外周壁从前壁7和后壁8延伸、并且在内部限定用于工作流体的出口容积15。

涡轮1包括由凸壁限定的偏转器或鼻部16，其位于进入开口12中并朝着进入流“F”定向。偏转器16使进入的径向流“F”朝着介于固定壳体6的前壁7与偏转器本身16的径向外周部分之间的第一系列定子叶片13径向偏转。

图1的涡轮机1包括辅助轴向级17，该辅助轴向级包括安装在转子盘2的外周边缘上的多个辅助转子叶片18和安装固定在固定壳体6的径向外周壁14上的多个辅助定子叶片19。

在转子盘2的背面9处，存在两个密封壁20，所述两个密封壁与壳体6的后壁8和背面9一起限定环形室21。

如在图3中更好地可见的那样，每个系列的转子叶片3安装在相应的环形转子接头22上，所述环形转子接头22与旋转轴线“X-X”同轴(图3示出了图1的涡轮1的一个级的子午断面)。因此，相应的转子级的转子叶片3沿着由环形转子接头22限定的圆形路径连续布置。环形转子接头22又由环形转子带23承载，该环形转子带具有连接到转子盘2的正面4的第一边缘、和与第一边缘相反并且连接到所述环形转子接头22的第二边缘。同一系列的转子叶片3中的每一个均具有约束到环形转子接头22上的一端(叶根)和连接到末端转子环24上的相反端，所述末端转子环也与旋转轴线“X-X”同轴。环形转子接头22和末端转子环24大体上具有相同的直径和相同的径向尺寸“d1”。与之不同，环形转子带23具有小于径向尺寸“d1”的径向厚度“t1”。例如，径向厚度“t1”与径向尺寸“d1”之间的比率约为1/5。此外，环形转子带23的轴向长度“L1”与相应的径向厚度“t1”之间的比率例如约为10。

如图3所示，转子叶片3的阵列操作地联接到位于径向外部位置的相应定子级的定子叶片13的阵列上。每个系列的定子叶片13安装在与旋转轴线“X-X”同轴的相应的固定环形接头25上。因此，定子级的定子叶片13沿着由固定环形接头25限定的圆形路径连续布置。

固定环形接头25又由固定环形带26承载，该固定环形带具有连结到壳体6的前壁7的第一边缘、和与第一边缘相反并且连接到所述固定环形接头25的第二边缘。在所示的实施例中，固定环形带26与固定环形接头25是一体的。同一系列的定子叶片13中的每一个均具有约束到固定环形接头25的一端(叶根)和连接到末端定子环27的相反端，所述末端定子环也与旋转轴线“X-X”同轴。固定环形接头25、端环27和固定环形带26大体上具有相同的径向尺寸“d2”，其类似于或大体上等于末端转子环24和环形转子接头22的径向尺寸。

环形转子接头22相对于末端定子环27径向靠内，并且径向面向所述末端定子环27。末端转子接头24相对于固定环形接头25径向靠内，并且径向面向所述固定环形接头25。同样地，一个级的转子叶片3相对于相同级的定子叶片13径向靠内，并径向面对所述定子叶片13。

环形转子接头22的径向外表面承载与旋转轴线“X-X”同轴并且彼此轴向并排的多个环形壁28(在图3所示的示例中为这些环形壁中的三个)。每个环形壁28从相应的径向外表面径向突出，并且在子午断面中具有三角形形状，其自由顶点指向末端定子环27。类似地，末端转子环24的径向外表面承载与旋转轴线“X-X”同轴并且彼此轴向并排的多个环形壁28(在图3所示的示例中为这些环形壁的三个)。每个环形壁28从相应的径向外表面径向突出，并且在子午断面中具有三角形形状，其自由顶点指向固定环形接头25。在图3所示的实施例中，环形壁28分别与末端转子环24和环形转子接头22一体地获得。

末端定子环27的径向内表面具有与旋转轴线“X-X”同轴并且彼此轴向并排的多个环形座或槽29(在图3所示的示例中为这些环形座或槽中的三个)。每个环形槽29径向面向环形转子接头22的相应环形壁28，并且具有底壁和两个侧壁。类似地，固定环形接头25的径向内表面具有与旋转轴线“X-X”同轴并且彼此轴向并排的多个环形座或槽29(在图3所示的示例中为这些环形座或槽中的三个)。每个环形槽29径向面向末端转子环24的相应环形壁28，并且具有底壁和两个侧壁。

在图3的非限制性实施例中，末端定子环27和固定环形接头25的径向内表面以及环形转子接头22和末端转子环24的径向外表面是圆柱形的。此外，环形壁28都具有相同的径向高度，并且环形槽29都具有相同的径向深度。

环形壁28与环形槽29一起限定密封装置，所述密封装置适于防止/限制工作流体从转子叶片3和定子叶片13在其中操作的工作流体的径向膨胀路径流出。在径流式涡轮1停机和冷却时，亦即当其未被工作流体穿过时，这种密封装置28、29是不起作用的，或者它们是起作用的，但是不足以确保必要的密封。在这种第一配置中(在图3和图3A中示出为实线)，壁28的自由顶点或末端位于相应的环形槽29的外部。

相反，当径流式涡轮1运行时，亦即当作用在转子盘2上的离心力和/或由于工作流体导致的温度梯度引起环形转子接头22和末端转子环24的径向膨胀，使得壁28的自由顶点或末端位于相应的环形槽29内，优选地不接触环形槽的底壁(图3和3A的虚线)时，该密封装置28、29是起作用的。优选地，在第一与第二配置之间的推移中，槽29与壁28之间的相对径向位移“R”(图3A)约为0.8mm。优选地，在第二配置中，壁28的自由顶点或末端与槽29的底壁之间的距离“V1”约为0.3mm(图3A)。优选地，在第一配置中，壁28的自由顶点或末端与位于槽29外部的固定环形接头25的径向内表面之间的距离“V2”约为0.5mm(图3A)。优选地，在第二配置中，所述末端进入所述槽29中达约0.3mm的深度“P”(图3A)。

在图4的变型中，壁28具有如下径向高度：该径向高度从位于转子盘2处的第一壁28开始朝着位于壳体7的前壁处的最终壁28减小。此外，固定环形接头25的和末端定子环27的径向内部表面是锥形的并且朝壳体7的前壁会聚。环形槽29都具有相同的径向深度，但由于它们在锥形表面上的定位，所述槽与旋转轴线的径向距离从位于转子盘2处的第一槽29朝着位于壳体7的前壁处的最后的槽29逐渐减小。

图4A中示出的另一变型与图4的变型大体上类似，但是仅具有台阶而不具有环形槽29。

在图5的变型中，与图3的实施例不同，槽29由比固定环形接头25和末端定子环27(其通常由钢制成)的材料更软的材料(例如聚四氟乙烯)的插入件30制成。插入件30安装在适宜的外壳中，该外壳分别制造在固定环形接头25和末端定子环27的径向内表面中。

在图5A的变型中，插入件30未设有槽，壁28在第二配置中只是更移近插入件30。

在图6的变型中，槽29在环形转子接头22和末端转子环24的径向外表面中获得。代替环形壁28，固定环形接头25和末端定子环27在径向内表面上承载着多个板31，所述多个板31插入并固定在适宜的槽中(未示出)。板31用于以类似于壁28的方式部分地插入相应的槽中。在这种情况下，环形槽29径向向外移动以接收所述板31。在图6A的变型中，环形转子接头22和末端转子环24的径向外表面未设有槽，所述板31在第二配置中只是更移近所述表面。

在图7的实施例中，代替壁28或板31，固定环形接头25和末端定子环27每个均设置有刷32。每个刷32包括多个刷毛(例如，由钢制成)，刷毛布置在圆周上并且具有约束到相应的固定环形接头25和末端定子环27的第一端，优选地插入并固定在适宜的槽中。刷32的自由端径向指向内并分别朝向环形转子接头22和末端转子环24。与上述实施例不同，图7的变型不具有环形槽。事实上，刷32的自由端分别抵靠环形转子接头22和末端转子环24的光滑表面来工作。在第一配置中，所述刷32的末端与所述光滑表面间隔开或仅轻擦该表面，而在第二配置中，所述末端将刷32推靠在所述光滑表面上，并且它们被径向压缩/变形/挤压和/或者使刷毛弯曲。刷32的径向压缩，亦即它们在第一和第二配置之间的推移中沿着径向方向的变形举例来说约为0.16mm。在图7的实施例中，在每个刷32的两侧，设置有环形保护壁33，其在任何情况下均保持与光滑表面间隔开，即使在第二配置中。

如在图8和图9中更加可见的那样，限定环形室21的密封壁20具有与就转子叶片3的支撑元件所描述的结构类似的结构。特别地，所示的两个密封壁20中的每一个包括固定密封壁34，所述固定密封壁与壳体6成一体并在壳体6内从后壁8朝着转子盘2延伸。所示的两个密封壁20中的每一个还包括转子密封壁35，转子密封壁35安装在转子盘2的背面9上并且朝着壳体6的后壁8延伸。

图8的固定密封壁34具有圆筒形的径向内表面并且设置有多个环形槽29(这些槽中的三个呈现在所示示例中)，其在结构上类似于就图3的固定环形接头25或就末端定子环27所描述的槽。

图8的转子密封壁35包括环形转子带23，环形转子带23具有连结到转子盘2的背面9的第一边缘和与第一边缘相反并且设置有环形转子接头22的第二边缘。因此，转子密封壁35的几何形状类似于由环形转子接头22和环形转子带23形成的组件，所述环形转子带23承载图3的转子叶片3。环形转子带23具有径向厚度“t1”，其小于环形转子接头22的径向尺寸“d1”。例如，径向厚度“t1”与径向尺寸“d1”之间的比率约为1/5。此外，环形转子带23的轴向长度“L1”与相应的径向厚度“t1”之间的比率举例来说约为5。

环形转子接头22的径向外表面承载多个壁28，所述壁28在结构上类似于先前参照承载转子叶片3的接头22所描述的壁。

环形壁28与环形槽29一起限定适于防止/限制工作流体在密封室21与固定壳体6内部的其它区域之间通过的密封装置。密封壁20的功能原理与转子和定子级的情况相同，亦即当径流式涡轮机1运行时，密封装置28、29是起作用的。

图3A还示出了属于转子密封壁35的环形转子接头22的放大图和固定密封壁34的一部分的放大图。优选地，在第一和第二配置之间的推移中，槽29与壁28之间的相对径向位移“R”(图3A)约为0.8mm。优选地，在第二配置中，壁28的自由顶点或末端与槽29的底壁之间的距离“V1”约为0.3mm(图3A)。优选地，在第一配置中，壁28的自由顶点或末端与位于槽29外部的固定环形接头25的径向内表面之间的距离“V2”约为0.5mm(图3A)。优选地，在第二配置中，所述末端进入所述狭槽29达约0.3mm的深度“P”(图3A)。

在图9所示的变型中，图8的固定密封壁34的径向内表面为锥形并朝固定壳体6的后壁8会聚。环形槽29(这些槽中的三个呈现在所示示例中)在结构上类似于就图4的固定环形接头25或就末端定子环27所描述的情况。壁28具有如下径向高度：该径向高度从位于后壁8处的第一壁28开始朝着与所述后壁8隔开一定距离的最后的壁28增加。因此，固定密封壁34的几何形状类似于图4的固定环形接头25的和末端定子环27的几何形状。

由环形转子带23、由环形转子接头22、由转子叶片3和由末端转子环24形成的组件以及由环形转子带23和由转子密封壁35的环形转子接头22形成的组件每个均构成可在第一与第二配置之间径向变形的环形转子元件。

图2的径流式涡轮1设置有两个反向旋转的盘2、2'。与就图1的径流式涡轮所示和所述的元件相对应的元件用相同的附图标记表示。

固定壳体6在其内部容纳第一转子盘2和第二转子盘2'。转子盘2、2'可围绕公共旋转轴线“X-X”在壳体6中彼此独立地自由旋转。为此，第一盘2与通过轴承11安装在壳体6中的相应旋转轴5成一体。第二盘2'与通过相应的轴承安装在壳体6中的相应的旋转轴5成一体。

第一转子盘2具有正面4，该正面承载多个径向依次相继布置的径向转子级。所述径向转子级中的每一个包括多个叶片3，所述多个叶片3沿着与旋转轴线“X-X”同心的圆形路径布置为阵列。换言之，不同级的叶片3的圆形阵列形成同心环。

第二转子盘2'具有相应的正面4'，所述正面4’承载径向依次相继布置的多个径向转子级。所述径向转子级中的每一个包括多个叶片3'，所述多个叶片3’沿与旋转轴线“X-X”同心的圆形路径布置为阵列。换言之，不同级的叶片3'的圆形阵列形成同心环。

第一转子盘2的正面4位于第二转子盘2'的正面4'的对面，第一转子盘2的叶片3则与第二转子盘2'的叶片3'径向交错。换言之，第一转子盘2的径向转子级与第二转子盘2'的径向转子级沿径向交错。第一盘2的叶片3终止于第二盘2'的正面4'附近，第二盘2'的叶片3'则终止于第一盘2的正面4附近。

图2的反向旋转径流式涡轮1包括位于两个旋转盘2、2'的背面处的密封壁20，以限定相应的密封腔23。所述密封壁20在结构上与以上就图1的涡轮所述的密封壁相同/相似。

上述涡轮1的结构使得能够按本发明的方法安装和拆卸所述涡轮1。特别地参考图1，所示的涡轮1通过从第二半部6b释放第一半部6a来拆卸。所述第一半部6a从第二半部6b和从转子盘2轴向移动离开，办法是通过从转子级移除定子级，而这些级彼此不干涉，因为包括所述叶片3的环形转子元件处于第一径向收缩配置中。

随后，转子盘2与轴5一起被抽出，办法是通过从固定密封壁34移除转子密封壁35，而这些壁彼此不干涉，因为所述转子密封壁35处于第一径向收缩配置中。

参考图2，所示的涡轮1被拆卸，办法是通过从第二半部6b释放第一半部6a、轴向移动离开两个半部6a、6b和两个盘2、2'、然后从相应的半部6a、6b取出盘2、2'。同样在这种情况下，转子密封壁35从固定密封壁34移除，而这些壁彼此不干涉，因为所述转子密封壁35处于第一径向收缩配置中。

根据本发明，通过颠倒上述步骤的顺序来安装涡轮1。

数值示例

以下示例涉及如下类型的离心径流式(流出)涡轮：其示于图1，并在用于回收工业热的ORC设备中使用，所述ORC设备用以下参数来工作：

工作流体＝R245FA(1,1,1,3,3-五氟丙烷)；Pin＝23bar；Pout＝2bar；Tin＝190℃；质量流量＝18Kg/s。

所有示例涉及由朝着外部从旋转轴线开始计数的第三转子和第四定子形成的涡轮的级。

示例1—图10—现有技术

该示例涉及属于现有技术并示于图10中的结构，其中环形转子接头22(使用了与本发明相同附图标记的，以便更容易比较)以如下方式约束到转子盘2上：使环形转子接头不能在离心力的作用下自由地径向膨胀(实际上不存在具有有限厚度的环形带23)。第三转子和第四定子以这样的方式安装，使得板31的端部与面向该端部的表面之间的距离在冷态(涡轮停机)和热态(运行涡轮)条件下都为0.38mm。

示例2—图6A—本发明

可以看出，密封装置(面向无槽表面的板31)的结构与图10的结构相同，但是在这种情况下，环形带23的存在使得由转子接头22、转子叶片3和末端转子环24构成的组件能够径向膨胀。

第三转子和第四定子以这样的方式安装，使得板31的端部与面向该端部的表面之间的距离“V2”在冷态条件下(涡轮停机)为0.7mm。当涡轮运行时，该距离“V2”减小到约0.38mm。

示例3—图6—本发明

在本示例中，由转子接头22、转子叶片3和末端转子环24构成的组件的径向膨胀导致板31的端部插到相应的槽29中。

第三转子和第四定子以这样的方式安装，使得板31的端部与转子接头22的径向外表面之间和距离末端转子环24的距离“V2”在冷态条件下(涡轮停机)约为0.2mm。当涡轮运行时，所述板被插入槽29，深度“P”约为0.12mm。此外，在运行过程中，板31的端部与槽29的底部之间的距离“V1”约为0.38mm。

示例4—图5A—本发明

第三转子和第四定子以这样的方式安装，使得环形壁28的端部与面向该端部的插入件30的表面之间的距离“V2”在冷态条件下(涡轮停机)约为0.4mm。当涡轮运行时，这样的距离“V2”减小到约0.08mm。

示例5—图7—本发明

第三转子和第四定子以这样的方式安装，使得在冷态条件下(涡轮停机)，刷32的刷毛的端部与面向该端部的表面之间的距离“V2”约为0.3mm。当涡轮运行时，该距离“V2”被消除，刷毛则被压缩大约0.02mm(同时从不接触环形保护壁33)。

下表示出了对上述示例中的每一个而言，在运行期间(通过密封装置)在末端转子环24与固定环形接头25之间以及然后在环形转子接头22与末端定子环27之间泄漏的质量百分比(相对于在膨胀空间中流动的标称质量)。

表

如可观察到的那样，根据本发明的示例2确保了在示例1(根据图10的现有技术的解决方案)的运行过程中具有相同的密封，但在涡轮停机时使得能够更容易地安装/拆卸而没有危险，因为“V2”间距为良好的0.7mm。

在根据本发明的所有其它示例(示例3、4、5)中，在运行期间的密封远大于示例1的密封，并且在涡轮停机的情况下，总是能够无干涉地安装和拆卸。