渦輪機組件的制作方法
【專利摘要】一種渦輪機組件（1）包括：?軸（10）；?徑向氣體膨脹機（2），其支承在軸（10）上位于至少一個第一軸承（11）和第二軸承（12）之間；?壓縮機（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或另一個的外懸位置；?所述壓縮機（3）包括多個可動入口噴嘴（20）以及所述徑向氣體膨脹機（2）包括多個可動導向翼片（5a，b）。
【專利說明】
渦輪機組件
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機組件，具體為一體的渦輪壓縮機-渦輪膨脹機組件。
【背景技術】
[0002]渦輪膨脹機廣泛地用于工業(yè)制冷、油氣加工以及用于低溫處理中。在一些已知應用中，渦輪膨脹機用于有機蘭金循環(huán)(0RC)。
[0003]當在機械驅動應用中采用有機蘭金循環(huán)時，渦輪膨脹機通常連接至用于壓縮過程氣體的渦輪壓縮機。該連接要求在蘭金循環(huán)中的操作氣體與在渦輪壓縮機中循環(huán)的過程氣體分離。此外，渦輪膨脹機和渦輪壓縮機通常以不同的速度操作。由于這些原因，渦輪壓縮機要求高速軸借助于齒輪箱或能夠改變速度比的液壓聯接器來連接至渦輪膨脹機軸。這兩個分離的軸允許兩種氣體保持分離，也即齒輪箱(或液壓聯接器)允許渦輪壓縮機的速度不同于渦輪膨脹機的速度。
[0004]這種方案的主要缺點在于兩個軸托架(mounting)和它們之間的連接通常意味著大量的軸承、密封件、復雜構件(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-渦輪膨脹機組件以便通過降低總體組件復雜性(尤其是在構件總數方面)來獲得較低的損耗和成本而不會減損組件總體性能。

【發(fā)明內容】

[0007]根據第一實施例，本發(fā)明通過提供一種渦輪機組件來實現此目的，該渦輪機組件包括:
_軸，
-徑向氣體膨脹機，其在至少一個第一軸承和至少第二軸承之間支承在軸上，
-壓縮機，其在鄰近所述第一和第二軸承中的一個或另一個的外懸位置中支承在軸上， -所述壓縮機包括多個可動入口噴嘴以及所述徑向氣體膨脹機包括多個可動導向翼片。
[0008]可動噴嘴和翼片用于調控總體過程和最大限度地提高在所有操作狀態(tài)中機器的效率。這可獨立于膨脹機和壓縮機來進行，因而容許壓縮機和膨脹機以不同的速度操作，且因此克服對在它們之間的齒輪箱或液壓聯接器的需求。
[0009]本發(fā)明的另外的優(yōu)點利用根據從屬權利要求得到的渦輪機組件來獲得。例如，在膨脹機和壓縮機葉輪之間插入密封件到軸上容許通過它們來操作兩種不同的氣體。
【附圖說明】
[0010]本發(fā)明的其它對象特征和優(yōu)點將根據下文對本發(fā)明實施例的描述并結合以下附圖而變得明顯，附圖中:
-圖1為根據本發(fā)明的渦輪機組件的截面?zhèn)纫晥D； -圖2為圖1的渦輪機的示意圖；
-圖3為圖1的渦輪機根據本發(fā)明的可能變體的示意圖。
【具體實施方式】
[0011 ]參照附圖，渦輪機組件I包括:
-具有旋轉軸線Y的軸10，
-徑向氣體膨脹機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3，其支承在軸10上處于外懸位置。
[0012]在本發(fā)明的典型實施例中，徑向氣體膨脹機2包含在操作適合的有機氣體例如環(huán)戊烷的有機蘭金循環(huán)中。然而，本發(fā)明不限于有機蘭金循環(huán)或不限于由徑向氣體膨脹機2所操作的特定氣體。
[0013]渦輪膨脹機2包括第一高壓級2a和第二低壓級2b。工作流體進入渦輪膨脹機2的第一高壓級2a，離開第一渦輪膨脹機級2a以經由級間路徑16傳送至渦輪膨脹機2的第二低壓級2b的入口。路徑16包括多個支柱(strut)17用于引導來自第一級2a的氣流通向第二級2b以便優(yōu)化效率。
[0014]參看圖1和圖2，操作氣體沿徑向進入高壓級2a，流經第一組可動入口導向翼片5a且然后通過高壓級2a的葉輪。操作氣體沿軸向離開高壓級2a并且由級間路徑16引導以在流經第二組可動入口導向翼片5b之后沿徑向進入低壓級2b。操作氣體沿軸向離開低壓級2b并且通過軸向出口 8引向渦輪膨脹機2外。
[0015]作為備選(圖3)，操作氣體沿軸向離開低壓級2b并且通過徑向出口9引向渦輪膨脹機2外。
[0016]根據本發(fā)明的不同實施例(未示出)，渦輪膨脹機2為單一級渦輪膨脹機或者具有三個或更多級的多級渦輪膨脹機。
[0017]根據本發(fā)明的不同實施例(未示出)，渦輪膨脹機2為多級渦輪膨脹機，其中一些級包括可動入口導向翼片而其它級包括固定入口導向翼片。
[0018]在本發(fā)明的所有可能實施例中，渦輪膨脹機級中至少之一包括一組可動的入口導向翼片。
[0019]徑向氣體膨脹機2在鄰近高壓級2a的第一組軸承11和鄰近低壓級2b的第二組軸承12之間支承在軸10上。成組的軸承11、12在本領域是常規(guī)和已知的，并且它們中的每個均可包括磁性、氣體或潤滑類型或者其組合的一個或更多個軸承。
[0020]參看圖1和圖2，離心壓縮機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的兩個實施例中，過程氣體軸向地進入渦輪壓縮機3，流經多個可動入口噴嘴20，然后經過葉輪并且最終徑向地離開渦輪壓縮機3。
[0023]—般來講，根據本發(fā)明，該多個可動入口噴嘴20是可選的，而存在并不包括它們的實施例也是可能的。
[0024]然而，本發(fā)明并不限于特定類型的渦輪壓縮機，例如代替單流壓縮機也可采用雙流壓縮機。
[0025]離心壓縮機3處理例如LNG系統中的制冷流體或者將在管線中運送的氣體。
[0026]作為另一備選實施例(未示出)，當渦輪膨脹機2相比于單一渦輪壓縮機所需產生更多動力時，渦輪機組件I包括分別鄰近第一和第二組軸承11、12的兩個外懸渦輪壓縮機。作為最后實施例的變體，渦輪機組件I包括分別鄰近第一和第二組軸承11、12的一個外懸渦輪壓縮機和一個外懸發(fā)電機。
[0027]在所有實施例中，壓縮機都安裝在渦輪膨脹機2的同一軸10上，以渦輪膨脹機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的實施例都能夠以恒定的速度操作。在此類實施例中，入口導向翼片5a、5b和入口噴嘴20允許分別改變渦輪膨脹機2和渦輪壓縮機3的操作點，以便改變例如渦輪膨脹機2中和渦輪壓縮機3中各個氣體的入口/出口壓力或者質量流率。渦輪膨脹機2和渦輪壓縮機3的操作點因此獨立于彼此改變而無需區(qū)分相關速度，因此容許單一軸用于渦輪膨脹機2和渦輪壓縮機3這兩者。
[0029]在其它實施例(未示出)中，其中存在可動入口噴嘴20，渦輪壓縮機的操作點可通過變化軸10的旋轉速度η來改變，而渦輪膨脹機2的操作點相應地通過操作入口導向翼片5a、5b來改變。渦輪膨脹機2和渦輪壓縮機3的操作點因此在這些實施例中同樣獨立地改變。
[0030]在徑向氣體渦輪膨脹機2和渦輪壓縮機3之間，渦輪機組件I包括兩個密封件15，其提供在軸10上位于鄰近渦輪膨脹機級的渦輪壓縮機的葉輪的相應位置，該渦輪膨脹機級較接近渦輪壓縮機(圖2的實施例中的高壓級，圖3的實施例中的低壓級)。密封件15在本領域中是常規(guī)和已知的，允許分別在渦輪膨脹機2中和渦輪壓縮機3中流動的兩個氣體彼此隔開，從而容許在渦輪膨脹機2中和渦輪壓縮機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3相反的軸向端部，渦輪機組件I還包括平衡鼓19以補償(或抵消)在操作中由渦輪膨脹機2和渦輪壓縮機3所產生的軸向推力的總和。
[0032]盡管文中所述主題的公開實施例已在圖中示出和在上文結合若干示例性實施例精確和詳細地全面描述，但本領域普通技術人員將清楚的是許多修正、變化和省略也是可能的而實質上并不脫離新型教導內容、文中所述原理和概念，以及在所附權利要求中所記載主題的優(yōu)點。因此，所公開新發(fā)明的正確范圍應僅由所附權利要求的最廣義解釋來確定以便涵蓋所有此類修正、變化和省略。
【主權項】
1.一種渦輪機組件(I)，包括: -軸(10); -徑向氣體膨脹機(2)，其支承在所述軸(10)上位于至少一個第一軸承(11)和至少第二軸承(12)之間； -壓縮機(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)中的一個或另一個的外懸位置； -所述徑向氣體膨脹機(2)包括多個可動導向翼片(5a，b)。2.根據權利要求1所述的渦輪機組件(1)，其特征在于，所述壓縮機(3)包括多個可動入口噴嘴(20)。3.根據權利要求1或權利要求2所述的渦輪機組件(I)，其特征在于，所述徑向氣體膨脹機(2)包括至少兩個徑向級(2a，b)。4.根據權利要求3所述的渦輪機組件(1)，其特征在于，徑向級(2a，b)中至少之一包括一組可動的入口導向翼片(5a，b)。5.根據權利要求4所述的渦輪機組件(1)，其特征在于，每個徑向級(2a，b)均包括相應的一組可動入口導向翼片(5a，b)，每一組均獨立于另一組被致動。6.根據任一前述權利要求所述的渦輪機組件(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(3)和所述徑向氣體膨脹機(2)之間。7.根據任一前述權利要求所述的渦輪機組件(I)，其特征在于，第一處理氣體在所述壓縮機(3)中壓縮以及第二操作氣體在所述徑向氣體膨脹機(2)中膨脹。8.根據任一前述權利要求所述的渦輪機組件(I)，其特征在于，所述徑向氣體膨脹機(2)為有機蘭金循環(huán)的一部分。9.根據任一前述權利要求所述的渦輪機組件(1)，其特征在于，所述軸(10)以可變的速度操作。10.根據權利要求1至權利要求8中任一項所述的渦輪機組件(I)，其特征在于，所述軸(10)以恒定的速度操作。
【文檔編號】F01D25/16GK106062316SQ201580013109
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年3月9日 公開號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
【發(fā)明人】M.伯蒂, P.德爾特科, M.達爾阿拉, A.斯科蒂德爾格雷科
【申請人】諾沃皮尼奧內股份有限公司