[发明专利]具有静态分配器的盘式涡轮机

说明书

本发明涉及一种用于将与流体相关的能量转换成机械能的盘式涡轮机。涡轮机(1)包括壳体和位于所述壳体(3)内的转子(4)，转子(4)可以相对于壳体围绕旋转轴线(100)旋转。转子(4)包括与所述轴线同轴的多个盘式元件(11A、11B)。涡轮机的特征在于，它包括分配器(5)，分配器(5)具有至少部分围绕盘的分配壁(5A)。这种壁(5A)布置在所述壳体(3)内部，以便与壳体本身一起界定扩散室(7)，该室至少部分地围绕分配壁(5A)。分配壁(5A)包括多个喷嘴(6A、6B、6C、66A、66B、66C)，每个喷嘴都设置有与所述室(7)连通的入口部分(61)、邻近盘(11A、11B)的出口部分(62)以及朝向所述出口部分(62)加速所述流体的会聚部分(615)。

发明领域

本发明涉及用于将与气体、蒸汽或其他流体的流动相关的焓转换成可用于其他目的的机械动力的旋转机械的领域。具体而言，本发明涉及一种盘式涡轮机，其使用入口流体的粘度作为将与流体本身相关的能量转换成在输出处可用的机械动力的手段。

背景技术

盘式涡轮机在用于将与气体、蒸汽或其他流体的流动相关的能量转换成机械动力的操作机器的领域中是已知的。盘式涡轮机通常包括转子，该转子支撑盘，在盘之间界定通道间隙，并且进入涡轮机的流体穿过该通道间隙。转子可以连接到例如发电机，或者在任何情况下连接到载荷所连接的轴。更准确地说，流体穿过界定在每对相邻盘之间的通道间隙，并且由于其粘度，决定了使盘围绕转子的旋转轴线旋转的力，从而产生可用于与转子相关联的轴的机械动力。基本上，在盘式机器中，(高速的)流体和(与流体相比相对较慢的)转子之间的动量的变化是由于流体粘附到被流体掠过的盘的表面而产生，而不是像在具有翼型轮廓的涡轮机器中产生的那样，由于围绕翼型形轮廓的循环所实现的气动升力效应(aerodynamic lift effects)而产生。

美国专利1,061,206描述了一种包括喷嘴的盘式涡轮机，该喷嘴被构造成加速流体并根据与盘相切的方向来定向相应的流动。专利申请WO 2012/004127和FR 30238968描述了一种在概念上类似于美国专利1,061,206中描述的解决方案。具体而言，盘式转子插入界定有开口的圆柱形壁内，喷嘴设置在该开口处，喷嘴定向成加速流体并允许流体根据切向方向引入盘之间。在已经穿过盘之间的空间之后，流体在由盘自身构造的轴向腔处被排放。

上述文献中描述和显示的技术方案具有各种缺点，这些缺点的主要方面是流体转化为机械能的效率有限。已经看到，这方面取决于转子的盘之间的流体的分配系统。在这点上，在上述解决方案中，进入涡轮机的流体直接到达喷嘴，喷嘴的出口部分的高度对应于盘组的总高度(根据平行于转子的旋转轴线方向的方向考虑)。这种构造决定了盘最外边缘处的高的载荷损失。事实上，部分流体没有直接插入盘之间，而是相反地与盘本身的最外边缘碰撞，从而产生湍流区域。除了载荷损失之外，流体的这种行为决定了盘式转子上的弯曲载荷。这种载荷不平衡，并且除了降低整体机械效率之外，还会对转子的可靠性和耐用性产生负面影响。

在喷嘴围绕与转子相关联的盘的定位系统中发现了传统解决方案的另一个缺点。目前使用的系统非常复杂，并使得涡轮机的组装也特别复杂。这一方面也强烈影响获得流体通道截面的制造成本，该制造成本较高。为了获得通道截面，这些截面通常必须使用自动控制铣削机器制造，这些机器必须同时确保加工表面的精度和光洁度。

基于上述考虑，本发明的主要任务是提供一种能够克服上述缺点的盘式涡轮机。在该任务中，本发明的第一个目的是提供一种盘式涡轮机，相对于传统的解决方案，该盘式涡轮机允许提高流体能量转换成机械能的效率。本发明的另一个目的是提供一种涡轮机，其允许流体更均匀地分配在转子盘处。本发明的另一个目的是提供一种设置有分配系统的盘式涡轮机，该分配系统能够处理流体，以便在转子上实现平衡推力，从而避免或在所有情况下减少弯曲推力。本发明的非最后一个目的是提供一种可靠的且以有竞争力的成本容易制造的盘式涡轮机。

概述