相较于常规类型安装件而言极大地降低制造成本:
[0066]a)带有附加的叶片的轮随后加箍，或
[0067]b)沿外围整体加工轮，随后通过加箍而设置轮圈。
[0068]对于这种制造，更优选的方法是，利用具有五个轴的机械以沿轴向的方式在轮的体部中加工叶片。
[0069]此技术的工业化成本由在可重新构造的涡轮机的范围内的这些轮的使用频率来补偿。
[0070]涡轮机的转子优选地具有不变的外直径(也称作《恒定罩盖》)，这允许使用可重复用于其他应用的筒形膨胀体部。
[0071](包括许多级的)多级轴向涡轮机允许通过在涡轮机的上游或下游去除级从而实现对涡轮机的重新构造。因此，如果根据在此提出的规定而构造的具有五个级的轴向涡轮机允许有机流体蒸气从20巴膨胀到2巴，可以:
[0072]a)通过选择最初的三个级，使用相同的涡轮机元件实现从20巴到6巴的优化膨胀，这允许例如在以废热运行并产生电和热的机械的范围内提高冷源的温度。
[0073]b)通过选择后面四个级，使用相同的涡轮机元件实现从16巴到2巴的优化膨胀，这允许具有较低温度的热源有效地增值。
[0074]还可以用较低的成本实现涡轮机的从第一种应用到第二种应用的快速的重新构造。系统还可以考虑为同一涡轮机根据季节而以两种不同的工况运行。例如对于ORC设备的给定的应用:
[0075]a)在夏季，ORC设备仅生产电能，涡轮机使用其五个膨胀级。冷凝能量耗散到环境温度，则
[0076]b)在冬季，寻求使设备出口的热增值，且因此优化膨胀被限制在20巴到6巴。
[0077]对于这种应用，快速干预允许一年一次去除涡轮机的两个极，其余的元件不改变。因此对一年的每个时期都保持最优的效率。
[0078]本实用新型的目标涡轮机的机械设计也可用于相似膨胀状态下的其它流体。只有流体流、叶片轮廓被改变，并且机械部件可以保留。
[0079]在图1观察到包括定子叶片105和转子叶片120的叶片10的整体。
[0080]在图1中:
[0081]-矢量C1表示分配器的入口的流体速度。矢量C1与涡轮机的旋转轴线的角度为
α I；
[0082]-矢量C2表示分配器的出口的流体速度。矢量C2与涡轮机的旋转轴线的角度为α 2；
[0083]-矢量(:3表示转子的入口的流体速度。矢量C3与涡轮机的旋转轴线的角度为α 3；
[0084]-矢量(:4表示转子的出口的流体速度。矢量C4与涡轮机的旋转轴线的角度为α 4;
[0085]-矢量胃3表示转子的入口的流体的相对速度。矢量W3与涡轮机的旋转轴线的角度为α ’ 3；
[0086]-矢量胃4表示转子的出口的流体的相对速度。矢量W4与涡轮机的旋转轴线的角度为α ’ 4；
[0087]-矢量U表示速度矢量，为用弧度表示的每秒角度速度与距涡轮机的旋转轴线的距离的乘积。
[0088]在一般情况下，角度α 1与α 4是不同的。优选地，在本实用新型的目标涡轮中，α !
=σ 4= O。。
[0089]图2示出本实用新型的目标的可以重新构造的多级轴向涡轮机。
[0090]在图2观察到有机流体入口 210、外部体部205和240、入口凸缘250、轮的主半径与密封轮圈之间的空间260，轮在轴245上的固定系统及叶片位于该空间中，以及蒸气出口235和四个连续的级215、220、225、230，每个级具有定子(分别为D1-D4)和转子(分别为R1-R4)ο
[0091]转子具有不变的外半径(恒定《罩盖》)。
[0092]在应用中，为了获得入口压力被优化的涡轮机，可以去除由Dl和Rl构成的级215，甚至还可去除由D2和R2构成的级220。
[0093]在其它应用中，为了获得出口压力更高的被优化的涡轮机，可以去除由D4和R4构成的级230。
[0094]由具有四个级的单个涡轮机通过简单地去除一些级而获得适于每种具体的应用的涡轮机。
[0095]优选地:
[0096]-轴承为滚动轴承，密封件为机械密封件；
[0097]-在每个转子中，带有叶片的轮、分配器和密封轮圈以整块而整体加工成一个零件；
[0098]-级的出口的流体流是亚音速的，并且与转子的轴的旋转轴线的角度小于15°，并更加优选地小于10° ;
[0099]-转子的旋转速度为每分钟1500/1800/3000/3600转+/-20转；
[0100]-轮的外围的线速度小于30m/s；
[0101]-转子第一振动模式的频率至少比旋转速度高20%，例如对于每分钟3600转且具有20%的安全边际，大于每分钟4320转；
[0102]-每个分配器包括其上装有叶片及轮圈的圆盘，整个分配器由单个块体整体加工制造;
[0103]-反应度大于0.3，并且转子装有平衡活塞和/或挡块类型的轴向推力的补偿元件，并且/或者
[0104]-定子由三个主要的体部组成，入口体部、分配器固定在其中的膨胀体部、和出口体部。
[0105]图3示出在整块中整体加工的涡轮机的轮。在图3观察到由实心的盘310形成的轮30，盘310上装有一组叶片320，并装有轮圈330。轮30在区域340处固定至旋转轴。由于轮圈的存在，轮30的加工可以沿外围进行。
[0106]本实用新型的目标的轮和分配器的制造方法在可靠性、性能和降低成本以及缩短时限方面带来优点。
[0107]正如阅读前文描述所了解的，用于低沸点高密度的有机流体的膨胀的多级轴向涡轮机包括:
[0108]-转子，轴承和密封件被定位在转子的每一个末端，
[0109]-可拆卸的级，可拆卸的级分别包括固定的分配器及固定至旋转轴的活动的轮，
[0110]-每个轮包括其上装有叶片及轮圈的圆盘，所述轮的整体由单个块体整体加工制造，
[0111]-每个级在出口处具有方向为相对于转子的轴线具有小于15°的角度的亚音速流，
[0112]-级的数量大于或等于两个。
[0113]优选地，级的数量大于或等于两个。
[0114]为了使涡轮机适应同一流体的不同膨胀条件，通过去除或添加至少一个级而改变级的数量。
[0115]为了使涡轮机适应相似的膨胀条件下的另一流体，但保留相同的机械设计，只需对轮重新加工。
[0116]为了制造本实用新型的目标涡轮机，通过整体加工圆盘、叶片并优选地还有轮圈而实现从单个零件以块体整体加工轮或分配器的步骤。优选地，轮和分配器的加工步骤通过加工工具沿轴向靠近而实现。
【主权项】
1.一种可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，所述多级ORC涡轮机(20)用于使密度大于水且在大气压下的沸点温度低于50°C的有机流体膨胀，其特征在于所述多级ORC涡轮机(20)包括: -转子(R1-R4，120)，轴承和密封件被定位在所述转子(Rl-R4，120)的每一个末端， -可拆卸的级(215、220、225、230)，所述可拆卸的级(215、220、225、230)分别包括固定的分配器及固定至旋转轴的活动的轮， -每个轮(30)由其上装有叶片(320)及轮圈(330)的圆盘(310)构成，所述轮的整体由单个块体整体加工制造， -每个所述级在出口处具有方向为相对于所述转子的轴线具有小于15°的角度的亚音速流， -所述级的数量大于或等于两个。2.根据权利要求1所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，所述多级ORC涡轮机(20)包括数量大于或等于三的级(215、220、225、230)。3.根据权利要求2所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，所述多级ORC涡轮机(20)包括数量大于或等于五的级(215、220、225、230)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中所述轴承为滚动轴承且所述密封件为机械密封件。5.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中，每个分配器由其上装有叶片及轮圈的圆盘构成，所述分配器的整体由单个块体整体加工制造，每个分配器在安装或运行时保持为单独的零件。6.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中每个所述级(215、220、225、230)在出口处具有方向为相对于所述转子的轴线具有小于10°的角度的亚音速流。7.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中，转子的旋转速度为每分钟1500、1800、3000或3600转+/-20转。8.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中所述轴承及所述密封件的位置处的线速度小于30m/s。9.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中所述转子(R1-R4)外部半径是不变的。10.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中所述转子的第一振动模式的频率比最大旋转速度高20%。11.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中反应度大于0.3且所述转子装有平衡活塞及/或挡块类型的轴向推力的补偿元件。12.根据权利要求1至3中任一项所述的可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，其中定子(Dl-D4，105)由三个主要的体部构成:入口体部、所述分配器被固定在其内部的膨胀体部、及出口体部。
【专利摘要】本实用新型涉及一种可重新构造的多级ORC涡轮机(20)，所述涡轮机(20)用于使密度大于水且在大气压下的沸点温度低于50℃的有机流体膨胀，其特征在于所述涡轮机(20)包括，转子(R1-R4，120)，轴承和密封件被定位在所述转子(R1-R4，120)的每一个末端，可拆卸的级(215、220、225、230)，所述可拆卸的级分别包括固定的分配器及固定至旋转轴的活动的轮，每个轮(30)由其上装有叶片(320)及轮圈(330)的圆盘(310)构成，所述轮的整体由单个块体整体加工制造，每个所述级在出口处具有方向为相对于所述转子的轴线具有小于15°的角度的亚音速流，所述级的数量大于或等于两个。通过这种布置，可以通过在轴承之间增加或撤出级而对涡轮机进行快速的装配。
【IPC分类】F01D1/00
【公开号】CN205101042
【申请号】CN201520408067
【发明人】艾哈迈德·贝尔卡内, 法比安·米歇尔, 劳伦特·桑切斯
【申请人】法国埃纳泰姆公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年6月12日