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CN112424477A - 多级涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多级涡轮机，该多级涡轮机包括：‑具有至少两个轴承(6)的中心部件(2)，从该中心部件至少在一侧上延伸有由所述轴承(6)引导的轴(4)，并且在该轴上以悬臂方式安装有两个径向叶轮(22,34)，两个径向叶轮(22,34)通过防漏分隔件(32)彼此分开，并且两个径向叶轮(22,34)中的每个径向叶轮安装在其壳体(24,32,40)中，每个壳体具有专用流体入口(24a,42)和专用流体出口(24b,44)。

Description

多级涡轮机
本发明涉及一种多级涡轮机。更具体地讲，本发明涉及此类机器的结构。
涡轮机可包括若干压缩级或若干膨胀级，或者甚至同时包括与一个或多个膨胀级相关联的一个或多个压缩级。
值得注意的是，已知存在压缩机-涡轮型机器，也称为压缩膨胀机(compander)(该词语得自涡轮或减压器的“压缩机”(compressor)和“膨胀器”(expander)的组合)，其中存在一个或多个离心式压缩机和一个或多个涡轮。这些各个级借助于被称为齿轮箱的一组齿轮机械地连接到公共马达(任选地公共发电机)。
此类机器使得能够获得优异的流体处理性能水平。它是模块化的并且同一台机器可与一种或多种流体一起工作：例如，可以回收一种流体中包含的能量，以便将其传输给另一种流体。
然而，已知的压缩膨胀器的缺点在于其占地面积相对较大。
已知的压缩膨胀器的另一个缺点在于其结构需要具有大量的轴承。实际上，每个涡轮机叶轮或压缩机具有一个轴承，并且马达和齿轮箱具有四个轴承。该结构还具有若干必须密封的轴。因此，所得到的涡轮机相对较重。
最后，由于齿轮箱的存在，通常必须含有油，以便润滑所述齿轮箱。对于一些应用，优选的是不含油，因此齿轮箱的存在是不利的。
因此，本发明的目的是提供一种多级涡轮机，如压缩膨胀器，其能够处理不同流体(例如气体和液体)并且不具有所有上述缺点。
因此，该新型涡轮机将优选地具有更紧凑的结构。该涡轮机在相同性能水平下也将优选地比压缩膨胀器更轻。有利的是，该涡轮机将在没有油的情况下工作。
为此，本发明提出了一种多级涡轮机，该多级涡轮机包括具有至少两个轴承的中心部件，从该中心部件至少在一侧上延伸有由所述轴承引导的轴，并且在该轴上以悬臂方式安装有两个径向叶轮。
根据本发明，两个径向叶轮通过防漏分隔件彼此分开，并且两个径向叶轮中的每个径向叶轮安装在其壳体中，每个壳体具有专用流体入口和专用流体出口。
此结构使得能够获得与具有较小占地面积的四级压缩膨胀器相当的涡轮机，同时能够与若干种流体(至少两种流体，因为至少两个壳体各自具有专用入口和专用出口，即，这些入口和出口不与另一个级共用)一起工作。
为了有利于供应到两个径向叶轮并具有紧凑的结构，安装在同一悬臂上的两个径向叶轮例如背对背安装。因此，在一侧上提供一个叶轮并且在相对侧上提供另一个叶轮。
为了限制部件的数量并具有紧凑的结构，前提条件是防漏分隔件与两个壳体中的每个壳体形成公共壁。
为了能够使用基本上不同温度的流体，防漏分隔件有利地具有绝热件。
如上文所公开的多级涡轮机旨在用于热力学过程中。为了更好地管理该过程，有利的是，前提条件是中心部件还包括选自电动马达和发电机的集的电气组。
根据一个有利的实施方案，对应于远侧叶轮的壳体包括与近侧叶轮的壳体共用的近侧部件和固定到近侧叶轮的壳体的远侧部件。
为了获得等同于压缩膨胀器的结构，如上文所公开的多级涡轮机可在其中心部件的任一侧上包括两个径向叶轮的组件，这两个径向叶轮通过防漏分隔件彼此分开，并且对于每个组件，径向叶轮中的每个径向叶轮安装在其壳体中，每个壳体具有专用流体入口和专用流体出口。
通过参考所附示意图，从以下描述中，本发明的细节和优点将变得显而易见，其中：
图1是多级涡轮机的剖视图，并且
图2是图1中的涡轮机的实施方案的局部放大剖视图。
在图1所示的实施方案中，存在具有四个独立级的涡轮机。下文公开了该机器的总体结构。电气组2(其可为马达或发电机)被布置在中心位置。其被由轴承6支撑并具有悬臂式轴端部的轴4横穿。每个轴端部承载两个径向叶轮。
电气组2安装在单元8中。磁体10冷缩配合在轴4上并形成电气组2的转子。通过气隙与转子分离并具有绕组的定子12固定地安装在单元8中。接线盒14使得能够电连接电气组2。
单元8在任一侧上由与轴承6(在本文中是流体动力轴承)集成的覆盖件16闭合。单元8与油歧管18集成。为了防止油朝向电气组2有任何迁移，在每个覆盖件16的内部提供密封件22。
轴4的轴承6因此集成在覆盖件16中。轴4的从单元8(或更具体地讲，从其覆盖件16)向外延伸的部分相对于该轴4的支撑件以悬臂方式布置。
图1示出了布置在电气组2的任一侧上的径向叶轮的两个组件是对称的。因此，在以下描述中，将公开位于图1右侧的单个组件。
第一压缩机与位于图1右侧的覆盖件16相邻地安装。该压缩机包括第一压缩机叶轮22以及分为若干部分的第一压缩主体。
第一压缩机叶轮22安装在轴4上并由该轴驱动。流体(为气相或液相)沿轴向方向(由轴4的轴线给出)在图1中从左向右进入第一压缩机叶轮22。在图1所示的优选实施方案中，轴4在第一压缩机叶轮22处具有所谓的多边形截面。本文中轴4的截面为三角形形状(具有略微凸形的面和倒圆的顶点)。
第一压缩主体在其上游和下游引导供应第一压缩机叶轮22的流体。壳体24具有在径向方向上输送供应第一压缩机叶轮22的流体的入口24a，以及引导第一压缩机叶轮22下游的压缩流体的出口24b。壳体24固定在安装在对应覆盖件16上的支撑件26上。该支撑件26具有内壁，该内壁也参与引导流体以将其指引至第一压缩机叶轮22。密封部件28被布置在支撑件26与轴4之间以密封压缩机。在例示的实施方案中，密封部件28在轴4的侧面上具有曲径。在壳体24的内部，密封部件引导流体从径向方向移动到其轴向方向，以便供应第一压缩机叶轮22。最后，在壳体24内部，偏转器30将流体引导到第一压缩机叶轮22的上游并与其相对。
在第一压缩机叶轮22(即)移动离开结合电气组2的涡轮机的中心部件之后，横向壁32将第一压缩机与第二压缩机分开。该第二压缩机包括第二压缩机叶轮34以及也分为若干部分的压缩主体。
顾名思义，横向壁32垂直于轴4的轴线延伸。它具有环形形式并且在其中心容纳密封装置36。在该水平下，轴4也具有多边形形状(三角形)的截面。为了实现密封，具有匹配轴4的多边形形状的内表面以及外圆柱形表面的环围绕轴4定位。因此，例如由曲径式密封系统在所述环上形成密封。
横向壁32具有接纳第一压缩机叶轮22的背面的面和接纳第二压缩机叶轮34的背面的面。叶轮的背面在本文中是具有最大直径的面。如此处可见，两个压缩机叶轮(第一压缩机叶轮22和第二压缩机叶轮34)因此背对背安装。横向壁32的每个面具有外壳以接纳对应压缩机叶轮的背面。在该外壳之外，横向壁32的每个面形成对应压缩机扩散器的壁。
壳体24被构造成位于第一压缩机叶轮22的背面上，以便接纳横向壁32。为此，它具有中空外壳，优选地具有肩部38，以便接纳横向壁32。外壳(横向壁32坐落于其底部处)由承载流体入口管42和出口管44的板40闭合。板40被固定到壳体24。
入口管42被布置在中心位置，并且将流体朝向第二压缩机叶轮34引导，使得在图1中，对于右侧的第二压缩机叶轮34，该流体被取向成从右向左轴向前进。在外壳内部，引导件46确保将流体朝向第二压缩机叶轮34引导并引导到该叶轮中。当离开叶轮时，压缩流体由扩散器48(以及由横向板32)引导。
第二压缩机叶轮34也安装在轴4的具有多边形截面的节段上。然而，应当注意，第二压缩机叶轮34安装在尺寸(“直径”)小于轴4的接纳第一压缩机叶轮22的节段的节段上。螺栓50将第二压缩机叶轮34紧固在轴4的端部处。这种紧固通过堆叠确保布置在轴4上的各个元件诸如密封装置和第一压缩机叶轮22的紧固。
在本文中应当注意，两个压缩主体均嵌入彼此中，具有公共元件，并且两者独立地作为两个不同的流体回路形成。
以这种方式，在涡轮机的同一轴端部上产生完全彼此独立的两个级。
图2示出了图1的实施方案。其再次使用图1中的附图标记来指定类似的部件。在本文中存在由分隔件分开并且背对背安装的两个径向叶轮，这两个叶轮安装在轴的同一悬臂上。图2也示出了轴承(在该示例中，它也是流体动力轴承，但可为任何其他类型的具有滚柱轴承或甚至磁性轴承、空气轴承等的“常规”轴承)，该图为局部放大截面。另外，对应于第一压缩机叶轮或近侧叶轮(最靠近轴承)的压缩机主体为合适的形状，并且具有外壳以便部分地接纳对应于第二压缩机叶轮的压缩机主体。在下文中，将仅给出图2中的实施方案与图1中的实施方案之间的差异。
在中心部件侧，图1中的覆盖件16和支撑件26两者组合在一起成为单个部件，壳体24安装在该单个部件上。流体动力轴承和密封件的结构需要审查。因此，密封部件具有不同的形状。
图2中的实施方案对应于例如旨在于非常不同的温度下与两种流体一起工作的涡轮机。因此识别出绝热层52，其被布置在与第一压缩主体相对的第二压缩主体中。本文可以例如在“正常”温度(例如接近环境温度)下压缩低温流体和另一种流体。
在该另一个实施方案中，第二压缩主体中的压力相对较高。因此，将该主体闭合并将其与外部分离的板40具有凸形形状。流体供应因此受到调适。
上文所公开的实施方案因此具有多级涡轮机，所述级能够相互独立。
图1示出了对称的四级机器。这种对称性仅出于示例性目的。可以在机器的中心部件的任一侧上具有两个非常不同的组件。
本文提出的涡轮机具有单个轴并且没有齿轮箱。因此，与前序中公开的“压缩膨胀器”型机器相比，它可具有有限的占地面积。与“压缩膨胀器”相比，待生产的轴承和密封件的数量减少。
涡轮机在本发明的型式中具有四个级(它可仅具有例如两个或三个级，即，一侧上具有两个级，并且另一侧上具有一个或零个级)，或者完全相反，具有更大数量的级。
本发明的涡轮机还可包括一个或多个膨胀叶轮(而不仅仅是压缩级)。其将随后被用于热力学安装中。其可在马达被布置在中心部件中的情况下驱动，或者甚至可在发电机设置在中心部件时发电。其还可参与流体之间的交换，一个或多个减压器因此借助于中心轴将能量传输到一个或多个压缩机。因此，四级机器可具有若干构型，具体取决于是否存在压缩机或膨胀涡轮机(或“膨胀器”)。因此，可以具有以下带有马达的构型：
涡轮-涡轮/马达/压缩机-压缩机
涡轮-涡轮/马达/涡轮-压缩机
涡轮-涡轮/马达/压缩机-涡轮
涡轮-压缩机/马达/压缩机-压缩机
涡轮-压缩机/马达/涡轮-压缩机
涡轮-压缩机/马达/压缩机-涡轮
压缩机-涡轮/马达/压缩机-压缩机
压缩机-涡轮/马达/涡轮-压缩机
压缩机-涡轮/马达/压缩机-涡轮
压缩机-涡轮/马达/涡轮-涡轮
压缩机-压缩机/马达/压缩机-压缩机
类似地，对于中心部件处的发电机，可以在发电机的任一侧上具有涡轮和压缩机的任何可能的组合(除了仅具有压缩机之外，因此不能驱动发电机)。
类似地，可设想涡轮和压缩机的所有组合(除了仅涡轮或仅压缩机之外)在中心部件处没有电气组，以仅经由中心轴在流体之间执行能量交换。
每一次，至少在中心部件的一侧上存在优选地背对背安装并且位于公共轴的同一悬臂上的两个径向叶轮的组件，在两个径向叶轮之间存在密封装置。体现对应于这两个径向叶轮的压缩或膨胀主体，以便每个压缩或膨胀主体能够接纳不同的流体。每个主体因此具有流体入口和流体出口，并且存在两个完全不同的回路：一个主体的入口和出口以及另一个主体的入口和出口。
在纯描述性和非限制性公开中，所示的径向叶轮通过“多边形”类型区域安装在轴上。显然，其他构型也是可以的：键式、齿式、Hirth型联接件等。
最外侧叶轮优选地但不一定必须安装在轴的具有较小截面的节段上。也可设想安装在两个相同的节段上。叶轮可使用任何装置安装：止推垫圈、衬套、曲径式密封件等。
对应于最外侧叶轮或远侧叶轮的压缩或膨胀主体优选地固定到对应于最内侧叶轮的主体(压缩或膨胀主体)。绝热件可设置在两个主体之间。
本发明不限于上文所公开的实施方案和所设想的变型。本发明还涉及在下文权利要求书的上下文中的在本领域技术人员的能力范围内的实施方案。

Claims (7)

1.一种多级涡轮机，所述多级涡轮机包括具有至少两个轴承(6)的中心部件(2)，从所述中心部件至少在一侧上延伸有由所述轴承(6)引导的轴(4)，并且在所述轴上以悬臂方式安装有两个径向叶轮(22,34)，
其特征在于所述两个径向叶轮(22,34)通过防漏分隔件(32)彼此分开，并且
其特征在于所述两个径向叶轮(22,34)中的每个径向叶轮安装在其壳体(24,32,40)中，每个壳体具有专用流体入口(24a,42)和专用流体出口(24b,44)。
2.根据权利要求1所述的多级涡轮机，其特征在于安装在所述同一悬臂上的所述两个径向叶轮(22,34)背对背安装。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的多级涡轮机，其特征在于所述防漏分隔件(32)与所述两个壳体(24,32,40)中的每个壳体形成公共壁。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的多级涡轮机，其特征在于所述防漏分隔件(32)具有绝热件(52)。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的多级涡轮机，其特征在于所述中心部件(2)还包括选自电动马达和发电机的集的电气组。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的多级涡轮机，其特征在于对应于所述远侧叶轮(34)的所述壳体(32,40)包括与所述近侧叶轮(22)的所述壳体共用的近侧部件(32)和固定到所述近侧叶轮(22)的所述壳体(24)的远侧部件(40)。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的多级涡轮机，其特征在于所述多级涡轮机在其中心部件(2)的任一侧上包括两个径向叶轮(22,34)的组件，所述两个径向叶轮通过防漏分隔件(32)彼此分开，并且其特征在于对于每个组件，所述径向叶轮(22,34)中的每个径向叶轮安装在其壳体(24,32,40)中，每个壳体具有专用流体入口(24a,42)和专用流体出口(24b,44)。
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