[发明专利]气体和蒸汽涡轮装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将气体流和蒸汽流转换成轴的旋转运动的涡轮装置。

背景技术

气体涡轮经常在不同的应用中用于化学能向机械能的转换。通过产生用于旋转气体涡轮中的转子的气体流实现该能量的转换。通过来例如天然气或油基产品燃烧的燃烧气体产生所述气体流。燃烧发生在设置于转子上游的燃烧室中。不断地向该室提供空气，以提高涡轮的效率，空气优选在压缩机产生的压力下向燃烧室提供。

为了提高气体涡轮的效率，燃烧期间在气体涡轮中产生的热量用于产生蒸汽流，该蒸汽流与燃烧气体流结合，可用于转动转子。从而进一步提高效率，该效率是提供的能量的量和从气体涡轮中输出的机械能的量的比率。

在WO2008/111905中公开了一种设计用于使用燃烧气体流和蒸汽流的气体涡轮装置。该公开的气体涡轮装置包括围绕转子的定子，该转子设置于定子内的空间的中心。定子设置有沿着定子的内侧设置的并且从定子的内侧向转子毂延伸的定子盘。在定子盘之间的空间，设置有从转子毂延伸的转子翼。在定子内侧和转子毂之间的空间，同心排布两条通道，并且该两条通道相互之间隔开。该两条通道由设置于每一个定子盘和转子翼之间的密封元件隔开。

然而，以上公开的结构确实存在一些严重的缺陷。第一，气体涡轮转子在高速下转动，这使在定子盘和转子翼之间提供需要的密封变得很困难，该密封是保持两个通道相互之间隔开必不可少的。此外，该密封被暴露在高温下，使提供所要求的长期性能的密封变得更加复杂和昂贵。第二，公开的气体涡轮装置是复杂的，这使制造变得昂贵。

本发明提供解决以上确定的问题的气体涡轮装置。

发明内容

由所附权利要求定义的本发明提供一种用于将气体流和蒸汽流转换成轴的旋转运动的气体涡轮装置，该气体涡轮装置减少以上描述的问题。

用于将气体流和蒸汽流转换成轴的旋转运动的要求保护的涡轮装置包括：

-气体涡轮部分，

-与气体涡轮部分同心排布的蒸汽涡轮部分，以及

-包围气体涡轮部分和蒸汽涡轮部分的外部定子，

-包括设置于定子的中心的转子毂的转子。

该涡轮装置特征在于气体涡轮部分或蒸汽涡轮部分在转子毂内延伸。

要求保护的涡轮装置通过让气体涡轮部分或蒸汽涡轮部分在转子毂内延伸，解决涉及先前已知的涡轮装置的问题。转子毂隔开气体部分和蒸汽部分，由此消除转子轮和定子盘之间复杂的且昂贵的密封的需要。

要求保护的涡轮装置的更进一步地优点是由转子毂来隔开热气体涡轮部分和相对小的热蒸汽涡轮部分，而不是如在WO2008/111905 A1中公开的涡轮装置中的，由设置于转子叶片和定子盘之间的密封来隔开。该差别提高了涡轮装置的可靠性，因为在WO2008/111905 A1中公开的涡轮装置中的每一个转子叶片和密封将暴露在大的温度差下，该温度差引起叶片和密封内的热膨胀和应力，这可以破坏密封和叶片，然而在根据本发明的涡轮装置中的每一个叶片仅暴露在气体流或蒸汽流中。

更进一步，根据本发明的涡轮装置在结构上相对不复杂，这使制造花费变少，并且减少涡轮装置失效的风险。

在该涡轮装置的一个实施例中，外部定子包括从定子的内表面，大体上横向于转子的旋转轴、向转子毂延伸的定子盘。定子盘用于在希望的方向上引导涡轮部分内的气体或蒸汽流，并且从而提高该气体涡轮装置的效率。

在该涡轮装置的一个实施例中，转子包括在大体径向上从转子毂向外部定子的内部延伸的转子轮。每一个转子轮包括若干倾斜的转子叶片。当气体或蒸汽流到达倾斜的转子叶片时，使转子围绕它的旋转轴旋转。

该涡轮装置的一个实施例还包括设置于转子毂的中心的内部定子。该内部定子具有小于转子毂的内径的外径，以便在内部定子和转子毂的内表面之间为在转子毂内延伸的涡轮部分产生空间。该实施例提供有效的且可靠的涡轮装置以及在转子毂内部延伸的涡轮部分。

在该涡轮装置的一个实施例中，转子包括在大体径向上从转子毂的内表面向内部定子延伸的内部转子轮。每一个转子轮包括若干倾斜的转子叶片。当气体或蒸汽流到达倾斜的转子叶片时，使转子围绕它的旋转轴旋转。更进一步，内部定子包括从内部定子向邻近的内部转子轮之间的转子毂的内表面延伸的内部定子盘。该内部定子盘设置在两个邻近的盘之间的空间，以便在希望的方向引导流体，而更进一步提高涡轮装置的效率。

在该涡轮装置的一个实施例中，通过在内部定子中的通道引导气体或蒸汽流向转子毂内的涡轮部分。该实施例提供可靠的涡轮装置，通过合理的花费制造该涡轮装置是可能的。