[实用新型]可重新构造的多级ORC涡轮机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可重新构造的多级涡轮机。

背景技术

有机朗肯循环技术(称为《ORC》，此名称是英语术语“OrganicRankineCycle”的缩写)使得通过利用沸点低的工作流体将中等温度或低温的热能转化为电能。在有机朗肯循环设备中，此液态工作流体被泵送，随后被蒸发。有机物流体的蒸气随后膨胀且然后凝结。

将密度高于水且在大气压下沸点温度低于50℃的有机流体定义为沸点低密度高的流体。

蒸发交换器、冷凝器、及循环泵均为常规设备且在市场上很容易购买。但是，用于使工作流体的蒸气膨胀的设备则复杂得多。出于提高效率和可靠性的原因，与例如螺旋器膨胀机，活塞膨胀机或涡轮型膨胀机之类的体积膨胀机相比较而言，涡轮设备(涡轮机)被认为是对功率超过400千瓦的气体膨胀的应用的最好技术。

涡轮机针对在温度，出口处压力，流体流量，入口处允许的最高压力及温度的方面的给定的运行点而进行设计。运行条件的改变(例如因为实际的出口处压力高于预设的额定条件)将导致超出规范的运行，这将导致效率降低和/或供应的电功率减小。

新型涡轮机的发展需要在流体力学，热力学，机械以及数字模拟，质量控制方面的广泛的工程技术，还需要非技术资源(采购，质量管理…)。新型涡轮机的设计和开发也需要经济资源及研发时间。另外，从空气动力学或机械的观点来看，设计糟糕的涡轮机的导致整个设备的效率及/或实用性方面的低的性能。

在ORC设备的技术主要用于中等温度/低温源且因此具有相应的中等/低的效率的情况，在经济和工业化方面都很难接受在中型(尤其是达到3MW的)项目中每一次都接受新的涡轮机。因此，ORC技术的使用者很自然地对其设备及其涡轮机研发了一种仅限于给定数量的设备的朝向《产品》市场的近似以满足所有的可能的需要，而不是一种定制的相似系统。

但是，ORC的应用在冷源，热源的温度，要增值的热功率及可考虑的工作流体(出于环境及安全的原因)的方面是非常不同的。

在涡轮机领域的设计选择中，转子的旋转速度及所述级的数量是影响成本的参数。但是，并不能够容易地优化此二者，以及选择使得所述参数中的一个减小但使得所述参数中的另一个增加(使得级的数量减小但使得旋转速度增加以及因此线速度增加)的设计。

多级轴向涡轮机通常被用于蒸汽机或燃气涡轮机，但在ORC涡轮机的现有技术中通常涉及在大多数情况下具有一个级或两个级且通常具有高的旋转速度的径向或轴向型的涡轮机。

这些涡轮机通常为悬臂式机械设计，具有轴侧以及轮侧的两个轴承，与涡轮机的元件位于所述轴承之间的称为轴承之间的设计相反。悬臂式设计使得将密封件的数量减小至一个，但是此设计难以与具有多个数量的级兼容。

同样，对于给定的直径，通常选择将第一分配器中的超音速流降至最低以便减小级的数量。这具有如下作用：提高旋转速度(以及因此增加沿轴的外围的线速度)，并或多或少地降低相关级的效率。

引导该整体决定的主要因素是：级的工作是耗费成本的。

出于此原因，轴向ORC涡轮机通常被限制为三个级或更少的级，通常对于径向涡轮机而言限制为一个级。

在此将带有固定于旋转轴的叶片的非实心的厚度小的圆盘定义为轮。转动的整体，即，轮+轴形成转子。

将涡轮机的固定部分定义为定子，且特别是带有固定于涡轮机的体部的叶片的非实心的厚度小的圆盘。不转动的零件的整体被称为定子。

实用新型内容

本实用新型的目的是弥补这些不便的全部或一部分。

在一般情况下，本实用新型的目的在于一种针对少量，成本低且可根据客户的需求而重新构造的优化的ORC涡轮机。

为此目的，根据第一方面，本实用新型的目的在于一种用于使密度大于水且在大气压下的沸点温度低于50℃的有机物流体膨胀的多级ORC涡轮机，所述多级ORC涡轮机包括：

-转子，轴承和密封件被定位在所述转子的每一个末端，

-可拆卸的级，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地整体加工制造，

-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，

-级的数量大于或等于两个。