[发明专利]径流式涡轮机

说明书

技术领域

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。

发明内容

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。