渦輪機(jī)組件的制作方法
【專利摘要】一種渦輪機(jī)組件（1）包括：?軸（10）；?徑向氣體膨脹機(jī)（2），其支承在軸（10）上位于至少一個(gè)第一軸承（11）和第二軸承（12）之間；?壓縮機(jī)（3），其支承在軸（10）上處于鄰近所述第一軸承和第二軸承中的一個(gè)或另一個(gè)的外懸位置；?所述壓縮機(jī)（3）包括多個(gè)可動(dòng)入口噴嘴（20）以及所述徑向氣體膨脹機(jī)（2）包括多個(gè)可動(dòng)導(dǎo)向翼片（5a，b）。
【專利說(shuō)明】
渦輪機(jī)組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機(jī)組件，具體為一體的渦輪壓縮機(jī)-渦輪膨脹機(jī)組件。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪膨脹機(jī)廣泛地用于工業(yè)制冷、油氣加工以及用于低溫處理中。在一些已知應(yīng)用中，渦輪膨脹機(jī)用于有機(jī)蘭金循環(huán)(0RC)。
[0003]當(dāng)在機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中采用有機(jī)蘭金循環(huán)時(shí)，渦輪膨脹機(jī)通常連接至用于壓縮過(guò)程氣體的渦輪壓縮機(jī)。該連接要求在蘭金循環(huán)中的操作氣體與在渦輪壓縮機(jī)中循環(huán)的過(guò)程氣體分離。此外，渦輪膨脹機(jī)和渦輪壓縮機(jī)通常以不同的速度操作。由于這些原因，渦輪壓縮機(jī)要求高速軸借助于齒輪箱或能夠改變速度比的液壓聯(lián)接器來(lái)連接至渦輪膨脹機(jī)軸。這兩個(gè)分離的軸允許兩種氣體保持分離，也即齒輪箱(或液壓聯(lián)接器)允許渦輪壓縮機(jī)的速度不同于渦輪膨脹機(jī)的速度。
[0004]這種方案的主要缺點(diǎn)在于兩個(gè)軸托架(mounting)和它們之間的連接通常意味著大量的軸承、密封件、復(fù)雜構(gòu)件(例如(大)齒輪)和附件，從而使損耗和成本上升。
[0005]由于齒輪箱必然的功率和大小限制，齒輪箱構(gòu)造也在功率方面受到限制。
[0006]因此，期望的是修改已知的渦輪壓縮機(jī)-渦輪膨脹機(jī)組件以便通過(guò)降低總體組件復(fù)雜性(尤其是在構(gòu)件總數(shù)方面)來(lái)獲得較低的損耗和成本而不會(huì)減損組件總體性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)第一實(shí)施例，本發(fā)明通過(guò)提供一種渦輪機(jī)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的，該渦輪機(jī)組件包括:
_軸，
-徑向氣體膨脹機(jī)，其在至少一個(gè)第一軸承和至少第二軸承之間支承在軸上，
-壓縮機(jī)，其在鄰近所述第一和第二軸承中的一個(gè)或另一個(gè)的外懸位置中支承在軸上， -所述壓縮機(jī)包括多個(gè)可動(dòng)入口噴嘴以及所述徑向氣體膨脹機(jī)包括多個(gè)可動(dòng)導(dǎo)向翼片。
[0008]可動(dòng)噴嘴和翼片用于調(diào)控總體過(guò)程和最大限度地提高在所有操作狀態(tài)中機(jī)器的效率。這可獨(dú)立于膨脹機(jī)和壓縮機(jī)來(lái)進(jìn)行，因而容許壓縮機(jī)和膨脹機(jī)以不同的速度操作，且因此克服對(duì)在它們之間的齒輪箱或液壓聯(lián)接器的需求。
[0009]本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)利用根據(jù)從屬權(quán)利要求得到的渦輪機(jī)組件來(lái)獲得。例如，在膨脹機(jī)和壓縮機(jī)葉輪之間插入密封件到軸上容許通過(guò)它們來(lái)操作兩種不同的氣體。
【附圖說(shuō)明】
[0010]本發(fā)明的其它對(duì)象特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)下文對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述并結(jié)合以下附圖而變得明顯，附圖中:
-圖1為根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)組件的截面?zhèn)纫晥D； -圖2為圖1的渦輪機(jī)的示意圖；
-圖3為圖1的渦輪機(jī)根據(jù)本發(fā)明的可能變體的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]參照附圖，渦輪機(jī)組件I包括:
-具有旋轉(zhuǎn)軸線Y的軸10，
-徑向氣體膨脹機(jī)2，其在第一組軸承11和第二組軸承12之間支承在軸10上，
-離心壓縮機(jī)3，其支承在軸10上處于外懸位置。
[0012]在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，徑向氣體膨脹機(jī)2包含在操作適合的有機(jī)氣體例如環(huán)戊烷的有機(jī)蘭金循環(huán)中。然而，本發(fā)明不限于有機(jī)蘭金循環(huán)或不限于由徑向氣體膨脹機(jī)2所操作的特定氣體。
[0013]渦輪膨脹機(jī)2包括第一高壓級(jí)2a和第二低壓級(jí)2b。工作流體進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)2的第一高壓級(jí)2a，離開(kāi)第一渦輪膨脹機(jī)級(jí)2a以經(jīng)由級(jí)間路徑16傳送至渦輪膨脹機(jī)2的第二低壓級(jí)2b的入口。路徑16包括多個(gè)支柱(strut)17用于引導(dǎo)來(lái)自第一級(jí)2a的氣流通向第二級(jí)2b以便優(yōu)化效率。
[0014]參看圖1和圖2，操作氣體沿徑向進(jìn)入高壓級(jí)2a，流經(jīng)第一組可動(dòng)入口導(dǎo)向翼片5a且然后通過(guò)高壓級(jí)2a的葉輪。操作氣體沿軸向離開(kāi)高壓級(jí)2a并且由級(jí)間路徑16引導(dǎo)以在流經(jīng)第二組可動(dòng)入口導(dǎo)向翼片5b之后沿徑向進(jìn)入低壓級(jí)2b。操作氣體沿軸向離開(kāi)低壓級(jí)2b并且通過(guò)軸向出口 8引向渦輪膨脹機(jī)2外。
[0015]作為備選(圖3)，操作氣體沿軸向離開(kāi)低壓級(jí)2b并且通過(guò)徑向出口9引向渦輪膨脹機(jī)2外。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例(未示出)，渦輪膨脹機(jī)2為單一級(jí)渦輪膨脹機(jī)或者具有三個(gè)或更多級(jí)的多級(jí)渦輪膨脹機(jī)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例(未示出)，渦輪膨脹機(jī)2為多級(jí)渦輪膨脹機(jī)，其中一些級(jí)包括可動(dòng)入口導(dǎo)向翼片而其它級(jí)包括固定入口導(dǎo)向翼片。
[0018]在本發(fā)明的所有可能實(shí)施例中，渦輪膨脹機(jī)級(jí)中至少之一包括一組可動(dòng)的入口導(dǎo)向翼片。
[0019]徑向氣體膨脹機(jī)2在鄰近高壓級(jí)2a的第一組軸承11和鄰近低壓級(jí)2b的第二組軸承12之間支承在軸10上。成組的軸承11、12在本領(lǐng)域是常規(guī)和已知的，并且它們中的每個(gè)均可包括磁性、氣體或潤(rùn)滑類型或者其組合的一個(gè)或更多個(gè)軸承。
[0020]參看圖1和圖2，離心壓縮機(jī)3支承在軸10上處于鄰近第一組軸承11的外懸位置。
[0021]作為備選(圖3)，離心壓縮機(jī)3支承在軸10上處于鄰近第二組軸承12的外懸位置。
[0022]在圖2和圖3的兩個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程氣體軸向地進(jìn)入渦輪壓縮機(jī)3，流經(jīng)多個(gè)可動(dòng)入口噴嘴20，然后經(jīng)過(guò)葉輪并且最終徑向地離開(kāi)渦輪壓縮機(jī)3。
[0023]—般來(lái)講，根據(jù)本發(fā)明，該多個(gè)可動(dòng)入口噴嘴20是可選的，而存在并不包括它們的實(shí)施例也是可能的。
[0024]然而，本發(fā)明并不限于特定類型的渦輪壓縮機(jī)，例如代替單流壓縮機(jī)也可采用雙流壓縮機(jī)。
[0025]離心壓縮機(jī)3處理例如LNG系統(tǒng)中的制冷流體或者將在管線中運(yùn)送的氣體。
[0026]作為另一備選實(shí)施例(未示出)，當(dāng)渦輪膨脹機(jī)2相比于單一渦輪壓縮機(jī)所需產(chǎn)生更多動(dòng)力時(shí)，渦輪機(jī)組件I包括分別鄰近第一和第二組軸承11、12的兩個(gè)外懸渦輪壓縮機(jī)。作為最后實(shí)施例的變體，渦輪機(jī)組件I包括分別鄰近第一和第二組軸承11、12的一個(gè)外懸渦輪壓縮機(jī)和一個(gè)外懸發(fā)電機(jī)。
[0027]在所有實(shí)施例中，壓縮機(jī)都安裝在渦輪膨脹機(jī)2的同一軸10上，以渦輪膨脹機(jī)2的相同速度η操作。速度η的值可以為恒定的或者可變的。
[0028]圖2和圖3的實(shí)施例都能夠以恒定的速度操作。在此類實(shí)施例中，入口導(dǎo)向翼片5a、5b和入口噴嘴20允許分別改變渦輪膨脹機(jī)2和渦輪壓縮機(jī)3的操作點(diǎn)，以便改變例如渦輪膨脹機(jī)2中和渦輪壓縮機(jī)3中各個(gè)氣體的入口/出口壓力或者質(zhì)量流率。渦輪膨脹機(jī)2和渦輪壓縮機(jī)3的操作點(diǎn)因此獨(dú)立于彼此改變而無(wú)需區(qū)分相關(guān)速度，因此容許單一軸用于渦輪膨脹機(jī)2和渦輪壓縮機(jī)3這兩者。
[0029]在其它實(shí)施例(未示出)中，其中存在可動(dòng)入口噴嘴20，渦輪壓縮機(jī)的操作點(diǎn)可通過(guò)變化軸10的旋轉(zhuǎn)速度η來(lái)改變，而渦輪膨脹機(jī)2的操作點(diǎn)相應(yīng)地通過(guò)操作入口導(dǎo)向翼片5a、5b來(lái)改變。渦輪膨脹機(jī)2和渦輪壓縮機(jī)3的操作點(diǎn)因此在這些實(shí)施例中同樣獨(dú)立地改變。
[0030]在徑向氣體渦輪膨脹機(jī)2和渦輪壓縮機(jī)3之間，渦輪機(jī)組件I包括兩個(gè)密封件15，其提供在軸10上位于鄰近渦輪膨脹機(jī)級(jí)的渦輪壓縮機(jī)的葉輪的相應(yīng)位置，該渦輪膨脹機(jī)級(jí)較接近渦輪壓縮機(jī)(圖2的實(shí)施例中的高壓級(jí)，圖3的實(shí)施例中的低壓級(jí))。密封件15在本領(lǐng)域中是常規(guī)和已知的，允許分別在渦輪膨脹機(jī)2中和渦輪壓縮機(jī)3中流動(dòng)的兩個(gè)氣體彼此隔開(kāi)，從而容許在渦輪膨脹機(jī)2中和渦輪壓縮機(jī)3中使用不同的氣體。
[0031]參看圖2和圖3，在軸10的與渦輪壓縮機(jī)3相反的軸向端部，渦輪機(jī)組件I還包括平衡鼓19以補(bǔ)償(或抵消)在操作中由渦輪膨脹機(jī)2和渦輪壓縮機(jī)3所產(chǎn)生的軸向推力的總和。
[0032]盡管文中所述主題的公開(kāi)實(shí)施例已在圖中示出和在上文結(jié)合若干示例性實(shí)施例精確和詳細(xì)地全面描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚的是許多修正、變化和省略也是可能的而實(shí)質(zhì)上并不脫離新型教導(dǎo)內(nèi)容、文中所述原理和概念，以及在所附權(quán)利要求中所記載主題的優(yōu)點(diǎn)。因此，所公開(kāi)新發(fā)明的正確范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求的最廣義解釋來(lái)確定以便涵蓋所有此類修正、變化和省略。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦輪機(jī)組件(I)，包括: -軸(10); -徑向氣體膨脹機(jī)(2)，其支承在所述軸(10)上位于至少一個(gè)第一軸承(11)和至少第二軸承(12)之間； -壓縮機(jī)(3)，其支承在所述軸(10)上處于鄰近所述第一軸承(11)和第二軸承(12)中的一個(gè)或另一個(gè)的外懸位置； -所述徑向氣體膨脹機(jī)(2)包括多個(gè)可動(dòng)導(dǎo)向翼片(5a，b)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)組件(1)，其特征在于，所述壓縮機(jī)(3)包括多個(gè)可動(dòng)入口噴嘴(20)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)組件(I)，其特征在于，所述徑向氣體膨脹機(jī)(2)包括至少兩個(gè)徑向級(jí)(2a，b)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)組件(1)，其特征在于，徑向級(jí)(2a，b)中至少之一包括一組可動(dòng)的入口導(dǎo)向翼片(5a，b)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)組件(1)，其特征在于，每個(gè)徑向級(jí)(2a，b)均包括相應(yīng)的一組可動(dòng)入口導(dǎo)向翼片(5a，b)，每一組均獨(dú)立于另一組被致動(dòng)。6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)組件(1)，其特征在于，至少一密封件(15)提供在所述軸(10)上位于所述壓縮機(jī)(3)和所述徑向氣體膨脹機(jī)(2)之間。7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)組件(I)，其特征在于，第一處理氣體在所述壓縮機(jī)(3)中壓縮以及第二操作氣體在所述徑向氣體膨脹機(jī)(2)中膨脹。8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)組件(I)，其特征在于，所述徑向氣體膨脹機(jī)(2)為有機(jī)蘭金循環(huán)的一部分。9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)組件(1)，其特征在于，所述軸(10)以可變的速度操作。10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)組件(I)，其特征在于，所述軸(10)以恒定的速度操作。
【文檔編號(hào)】F01D25/16GK106062316SQ201580013109
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日 公開(kāi)號(hào)201580013109.1, CN 106062316 A, CN 106062316A, CN 201580013109, CN-A-106062316, CN106062316 A, CN106062316A, CN201580013109, CN201580013109.1, PCT/2015/54848, PCT/EP/15/054848, PCT/EP/15/54848, PCT/EP/2015/054848, PCT/EP/2015/54848, PCT/EP15/054848, PCT/EP15/54848, PCT/EP15054848, PCT/EP1554848, PCT/EP2015/054848, PCT/EP2015/54848, PCT/EP2015054848, PCT/EP201554848
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