專(zhuān)利名稱(chēng)：具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能渦輪機(jī)，特別地，涉及具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
在背景技術(shù)中，存在有不同類(lèi)型的渦輪機(jī)，這些渦輪機(jī)可以主要分類(lèi)成沖擊式渦輪機(jī)和反動(dòng)式渦輪機(jī)，在沖擊式渦輪機(jī)中，流動(dòng)壓力在流體和轉(zhuǎn)子的元件之間的相互作用的過(guò)程期間不改變(這種類(lèi)型的渦輪機(jī)的示例為培爾頓(Pelton)渦輪機(jī)，其中，流動(dòng)壓力始終保持等于外部大氣壓值)；在反動(dòng)式渦輪機(jī)中，相反地，流動(dòng)壓力在流體和轉(zhuǎn)子的元件之間的相互作用的過(guò)程期間改變(這種類(lèi)型的渦輪機(jī)的示例為弗郎西斯(Francis)渦輪機(jī)和卡普蘭(Kaplan)潤(rùn)輪機(jī))。在不考慮或沒(méi)有在流體和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的元件之間的相互作用的過(guò)程期間的流動(dòng)壓力的恒定不變的情況下，區(qū)分已知類(lèi)型渦輪機(jī)所憑借的另一特征是當(dāng)流體流動(dòng)與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)，流體流動(dòng)所沿行的主要方向。實(shí)際上，根據(jù)流體流動(dòng)在與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)所沿行的主要方向，可以分類(lèi)成徑流式渦輪機(jī)(即，當(dāng)流體流動(dòng)主要在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面中從離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)一定距離的入口部分處，運(yùn)動(dòng)到在出口部分處的另一距離，例如在弗郎西斯渦輪機(jī)中)、軸流式渦輪機(jī)(即，當(dāng)流體流動(dòng)主要沿平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，例如在卡普蘭渦輪機(jī)中)、以及混流式渦輪機(jī)(即，當(dāng)流體流動(dòng)部分地沿徑向方向運(yùn)動(dòng)并且部分地沿軸向方向運(yùn)動(dòng)時(shí))。在已知類(lèi)型的渦輪機(jī)的最后的可能分類(lèi)中，即根據(jù)待處理的流體的類(lèi)型所做的分類(lèi)，相同的渦輪機(jī)可以被分類(lèi)成水輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和風(fēng)輪機(jī)。更具體地，在水輪機(jī)中，水流被導(dǎo)向轉(zhuǎn)子，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并能夠從連接至軸的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，如在水力發(fā)電廠(chǎng)所發(fā)生的那樣。在培爾頓渦輪機(jī)的情況中，自由的且處于大氣壓下的水流，或者在弗郎西斯渦輪機(jī)和卡普蘭渦輪機(jī)的情況中，管道中的并且處于比外部環(huán)境更高壓力下的水流，從大體上由通常通過(guò)水壩產(chǎn)生的人工水體供給的壓力管而來(lái)。壓力管中的流動(dòng)能量減去載荷損耗，部分地是壓能并且部分地是動(dòng)能。在弗郎西斯渦輪機(jī)和卡普蘭渦輪機(jī)的情況中，在壓力管端部處的流動(dòng)通過(guò)另外的管道被導(dǎo)向轉(zhuǎn)子，并因此具有能量載荷，能量載荷部分地是壓能，部分地是動(dòng)能。在培爾頓渦輪機(jī)的情況中，壓力管末端具有用于排出到大氣中的管口，并且因此，在管口處，流動(dòng)能量單獨(dú)地被完全地轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。之后，相同的流動(dòng)被導(dǎo)向渦輪機(jī)。因此，在該最后的情況中，與渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子相互作用的流動(dòng)能量是排他性的動(dòng)力學(xué)類(lèi)型。在蒸汽輪機(jī)中，通過(guò)引入來(lái)自例如熱電站或核熱電站中的鍋爐的循環(huán)熱量而達(dá)到明顯高于外部壓力的操作設(shè)備所需的流體壓力值，其中，燃料在所述鍋爐中燃燒。在燃?xì)廨啓C(jī)中，通過(guò)與在例如反作用式發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒室內(nèi)的燃料和空氣有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到遠(yuǎn)高于外部壓力的操作設(shè)備所需的高壓力值。 在風(fēng)輪機(jī)中，處于大氣壓下并因此僅具有動(dòng)能的風(fēng)流使連接至軸的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述軸又連接至交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
一般地，在所有的現(xiàn)有類(lèi)型的渦輪機(jī)中，可以分成控制體積的入口部分和相同控制體積的出口部分，其中，處于流體狀態(tài)或處于氣體狀態(tài)的流體的推力釋放在控制體積的入口部分的周?chē)?。如所已知的，根?jù)以下提供的已知定律，控制體積的入口部分的幾何尺寸，即面積“A”和進(jìn)入流體的截面速度的平均值“V”，確定流體流率“Q”，流體流率“Q”理解成每單位時(shí)間進(jìn)入機(jī)器的體積Q = VA如果流體的密度“ P ”不是恒定的，則涉及每單位時(shí)間的質(zhì)量并且根據(jù)以下提供的已知定律來(lái)確定Q = P VA
在所有的現(xiàn)有渦輪機(jī)中，在機(jī)器操作的每個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)處，在所述機(jī)器的入口部分和出口部分之間的流體流率保持恒定。因此，由于在機(jī)器的入口部分處的流動(dòng)功率等于Pmme=^-W2并且由于可以在所述渦輪機(jī)的軸處獲得并因此可以被使用的機(jī)械功率等于
I , Pmrbina = η-ρθν~其中，“ η ”是機(jī)器的效率，很明顯，可以在渦輪機(jī)的軸處獲得的機(jī)械功率不僅取決于所使用的流體的密度以及不利于設(shè)備的效率，還取決于在機(jī)器的輸入中的流動(dòng)特征值，即，取決于流率“Q”和平均速度“V”。因此，例如，高功率渦輪機(jī)的提供涉及入口流率值的必然升高或入口流動(dòng)的平均速度的必然升高，或這些量都必然升高。這使得大型設(shè)備的提供承擔(dān)高的生產(chǎn)成本、安裝成本和管理成本，并且自然地,使高的流體流率值的實(shí)際可用性和待引入機(jī)器的流速的實(shí)際可用性具有相應(yīng)的高操作成本。例如，考慮到被燃燒以操作大型熱電站的燃料的成本，其中，交流發(fā)電機(jī)通過(guò)蒸汽輪機(jī)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能渦輪機(jī)，如果與已知類(lèi)型的渦輪機(jī)的比功率相t匕，對(duì)于相同的整體尺寸，該高性能渦輪機(jī)使得能夠獲得增大的比功率水平。在該目的中，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種高性能渦輪機(jī)，該高性能渦輪機(jī)可以與處于液體狀態(tài)的流體和處于氣體狀態(tài)的流體一起工作，以及可以與混合流體，即具有處于液體狀態(tài)的成分和處于氣體狀態(tài)的成分的流體一起工作。在下文中將變得更加明顯的該目標(biāo)以及這些和其他目的通過(guò)特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)實(shí)現(xiàn)，該高性能渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子和分配裝置，該分配裝置適于將流體流輸送到所述轉(zhuǎn)子的元件上以使所述轉(zhuǎn)子圍繞其自身的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)推力管道，多個(gè)推力管道適于接收由所述分配裝置輸送的所述流體流以在所述推力管道的周壁上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推力，其特征在于，該渦輪機(jī)包括至少一個(gè)槽，至少一個(gè)槽形成在所述推力管道和/或所述分配裝置的壁上并且適于將所述流體流連接至渦輪機(jī)的外部環(huán)境，由所述流體流穿過(guò)的所述推力管道和所述分配裝置中的至少一個(gè)包括沿所述流體流行進(jìn)的方向會(huì)聚的至少一個(gè)部分，所述至少一個(gè)部分沿所述流體流的行進(jìn)方向被限定在所述至少一個(gè)槽的上游，以使在由所述流體流穿過(guò)的所述推力管道和/或所述分配裝置內(nèi)的壓力至少局部地降低到所述外部環(huán)境的填充流體的壓力值以下，因此使得所述填充流體被吸入到由所述流體流穿過(guò)的所述推力管道和/或所述分配裝置內(nèi)。


從根據(jù)本發(fā)明的、特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)的兩個(gè)優(yōu)選的、但非排他性的實(shí)施方式，將更清楚地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，上述實(shí)施方式在附圖中以非限制性示例的方式示出，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)的第一實(shí)施方式的透視圖；圖2是圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的分解透視圖； 圖3是從圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的下部觀(guān)察的透視圖；圖4是從圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的下方觀(guān)察的分解透視圖；圖5是圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的一部分的透視圖；圖6是圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的一部分的透視圖；圖7是圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的輸送裝置的一部分的透視圖；圖8是圖I中示出的高性能渦輪機(jī)的局部剖切的平面圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)的第二實(shí)施方式的平面圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，在兩個(gè)所引用的實(shí)施方式中分別由參考數(shù)字Ia和Ib表示的、特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子2和分配裝置，轉(zhuǎn)子2在兩個(gè)實(shí)施方式中是相同的并且可以例如連接到交流發(fā)電機(jī)或類(lèi)似裝置，以便將轉(zhuǎn)子2的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能(取決于所使用的轉(zhuǎn)換系統(tǒng))，分配裝置根據(jù)所考慮的實(shí)施方式由參考數(shù)字3a或3b表示，該分配裝置適于將流體流4輸送到轉(zhuǎn)子2的元件上，以使轉(zhuǎn)子2圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5旋轉(zhuǎn)。有利地，使定子2旋轉(zhuǎn)所需的旋轉(zhuǎn)推力通過(guò)多個(gè)推力管道6的存在而提供，多個(gè)推力管道6由定子2直接形成并適于接收由分配裝置3a或3b輸送的流體流4，其中，流體流4通過(guò)沖擊推力管道6的周壁而確實(shí)地提供使轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)所需的旋轉(zhuǎn)推力。更精確地，如果例如渦輪機(jī)Ia或Ib具有豎直旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5，則轉(zhuǎn)子2包括由第一平坦部7和第二平坦部8限定的基本圓筒形的圓形體，其中，第一平坦部7和第二平坦部8分別是頂部和底部。在所提出的實(shí)施方式中，為了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的目的，第一平坦部7和第二平坦部8相互平行并且都垂直于轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5。推力管道6形成在第一平坦部7和第二平坦部8之間并且根據(jù)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5限定的角度順序(angular sequence)相對(duì)于彼此均勻地布置。更精確地，推力管道6中的每一個(gè)均從轉(zhuǎn)子2的入口部分9延伸到轉(zhuǎn)子2的出口部分11，其中，入口部分9形成在轉(zhuǎn)子2的外側(cè)表面10上，靠近第一平坦部7，出口部11形成同一外側(cè)表面10上，靠近第二平坦部8。參照基于流體流在其與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)所沿行的主要方向?qū)u輪機(jī)進(jìn)行的分類(lèi)，根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)Ia或Ib是混流型的渦輪機(jī)，這是因?yàn)榱黧w流4沿基本切向于轉(zhuǎn)子2的方向進(jìn)入推力管道6，首先沿基本的徑向方向轉(zhuǎn)向，然后沿基本的軸向方向轉(zhuǎn)向，之后再次沿基本的徑向方向轉(zhuǎn)向，隨后再次基本地切向于轉(zhuǎn)子2排出。實(shí)際上，推力管道6中的每一個(gè)均沿流體流4的行進(jìn)方向包括第一曲線(xiàn)部和第二曲線(xiàn)部，第一曲線(xiàn)部以與轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向匹配的曲率基本平行于第一平坦部7延伸，第二曲線(xiàn)部關(guān)于轉(zhuǎn)子2的徑向?qū)ΨQ(chēng)平面與第一曲線(xiàn)部對(duì)稱(chēng)，其中，轉(zhuǎn)子2的徑向?qū)ΨQ(chēng)平面基本垂直于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5。有利地，第一曲線(xiàn)部和第二曲線(xiàn)部通過(guò)基本平行于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5延伸并形成為靠近旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5的基本直線(xiàn)部而相互連接，使得在流體流4行進(jìn)通過(guò)推力管道6期間，流體流4執(zhí)行基本等于180°的反向行進(jìn)。 更精確地，第一曲線(xiàn)部和第二曲線(xiàn)部?jī)烧叻謩e從轉(zhuǎn)子2的入口部分9和從轉(zhuǎn)子2的出口部分11切向于轉(zhuǎn)子2的外側(cè)表面10延伸，并且兩者均以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5基本為徑向的方向終止于直線(xiàn)部。特別參照第一實(shí)施方式，分配裝置3a包括在轉(zhuǎn)子2徑向外部的、成形為基本類(lèi)似于中空?qǐng)A柱體的本體，形成有相對(duì)于轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5基本徑向地延伸的多個(gè)輸送通道13，并且具有與第一平坦部7共面的面12。便利地，像轉(zhuǎn)子2的推力管道6 —樣，輸送通道13根據(jù)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5限定的角度順序相對(duì)于彼此均勻地布置。這樣，分配裝置3a能夠輸送存在于渦輪機(jī)Ia浸沒(méi)其中的外部環(huán)境中的填充流體22，而與沖擊分配裝置3a的流動(dòng)的初始方向無(wú)關(guān)。如果流體流4具有任意類(lèi)型的行進(jìn)的主要方向，則分配裝置3a的這種形狀是特別有用的。更精確地，輸送通道13中的每一個(gè)均沿著與轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向一致地相對(duì)于徑向方向傾斜的方向延伸，以沿至少部分地切向于轉(zhuǎn)子2的方向?qū)⒘黧w流4輸送到推力管道6內(nèi)。實(shí)際上，輸送通道13中的每一個(gè)均從分配裝置3a的入口部分14延伸到分配裝置3a的出口部分16，其中，分配裝置3a的入口部分14形成在所述分配裝置3a的外側(cè)表面15上，分配裝置3a的出口部分16對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子2的入口部分9中的一個(gè)并且形成在分配裝置3a的內(nèi)側(cè)表面17上。特別地，參照第二實(shí)施方式，如已經(jīng)提到的，第二實(shí)施方式不同于第一實(shí)施方式之處僅在于替代分配裝置3a的分配裝置3b，渦輪機(jī)Ib的分配裝置3b包括基本沿單個(gè)優(yōu)選方向延伸的多個(gè)輸送管道18，該單個(gè)優(yōu)選方向例如相對(duì)于轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5是徑向的。這樣，僅當(dāng)分配裝置3b的輸送管道18具有與沖擊分配裝置3b的流動(dòng)的初始方向匹配的入口時(shí)，分配裝置3b才能夠輸送流體流4。更精確地，輸送管道18沿著與轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向一致地相對(duì)于徑向方向傾斜的方向，從分配裝置3b的入口部分19延伸到分配裝置3b的多個(gè)出口部分20，以沿著至少部分地切向于轉(zhuǎn)子2的方向?qū)⒘黧w流4輸送到所述推力管道6內(nèi)，其中，分配裝置3b的入口部分19例如是相互共面的，分配裝置3b的多個(gè)出口部分20對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子2的入口部分9中的一些。根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于兩個(gè)所描述的實(shí)施方式的兩個(gè)渦輪機(jī)Ia和Ib都包括至少一個(gè)槽，至少一個(gè)槽形成在推力管道6的壁上或分配裝置3a或3b的壁上，并適于將流體流4連接到渦輪機(jī)Ia和Ib的外部環(huán)境。有利地，所述槽以及下述事實(shí)使得能夠?qū)⑻畛淞黧w22從外部環(huán)境吸入到由相同的流體流4穿過(guò)的推力管道6和/或分配裝置3a或3b內(nèi)，所述事實(shí)為由流體流4穿過(guò)的推力管道6和分配裝置3a或3b中的至少一個(gè)包括沿流體流4的行進(jìn)方向會(huì)聚并沿流體流4的行進(jìn)方向限定在槽的上游的至少一部分。 更精確地，通過(guò)下述事實(shí)使得這種吸入成為可能根據(jù)在亞音速狀態(tài)下的柏努利定理，在流體流的路徑中存在的會(huì)聚通道使得在由流體流4穿過(guò)的推力管道6和/或分配裝置3a或3b內(nèi)部的壓力至少局部地降低到填充流體22的壓力值以下。鑒于已經(jīng)示出的，有利地，對(duì)于推力管道6中的每一個(gè)，轉(zhuǎn)子2具有第一組多個(gè)槽23，第一組多個(gè)槽23在推力管道6的第一曲線(xiàn)部處形成在第一平坦部7中，并且特別地，形成在所述推力管道6的、沿所述流體流4的行進(jìn)方向會(huì)聚的部分的下游或附近。同樣，對(duì)于推力管道6中的每一個(gè)，轉(zhuǎn)子2具有第二組多個(gè)槽24，第二組多個(gè)槽24在推力管道6的第二曲線(xiàn)部處形成在第二平坦部8中，并且特別地，形成在所述推力管道6的、沿著所述流體流4的行進(jìn)方向會(huì)聚的部分的上游或附近。更精確地，槽23和24兩者均基本沿關(guān)于轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5的徑向方向定向。這樣，被吸入推力管道6內(nèi)的填充流體22更容易地通過(guò)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子2的槽23和24進(jìn)入。同樣地，如同轉(zhuǎn)子2，對(duì)于輸送通道13中的每一個(gè)或輸送管道18中的每一個(gè)并且在它們的會(huì)聚部分處，分配裝置3a或3b也分別具有第三組多個(gè)槽25或第四組多個(gè)槽26，第三組多個(gè)槽25或第四組多個(gè)槽26與轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5基本相切地定向，并且形成在分配裝置3a或3b的、在輸送通道13或輸送管道18的沿流體流4行進(jìn)方向的會(huì)聚部分的下游或附近的壁中。為了調(diào)節(jié)推力管道6和輸送通道13或輸送管道18中的填充流體22的流率，具有在功能上與槽23、24和25或26相關(guān)聯(lián)的流率調(diào)節(jié)裝置。這些調(diào)節(jié)裝置一為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)未示出一可以包括例如應(yīng)用到槽23、24和25或26上的閘門(mén)，并可以例如通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)被致動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)的這兩個(gè)實(shí)施方式Ia和Ib的操作如下。無(wú)論分配裝置3a或3b的類(lèi)型，沖擊所述分配裝置3a或3b的流體流4被引導(dǎo)到輸送通道13或輸送管道18內(nèi)，通過(guò)輸送通道13或輸送管道18，由于輸送通道13或輸送管道18的沿流體流4行進(jìn)的方向會(huì)聚的橫截面，所述流體流4的平均速度增大。根據(jù)柏努利定理，通過(guò)在亞音速條件下操作，沿流體流4的流動(dòng)線(xiàn)發(fā)生了相對(duì)于外部環(huán)境的填充流體22的壓力的壓力下降，其中，渦輪機(jī)Ia或Ib浸沒(méi)在外部環(huán)境的填充流體22中。
由于此壓力下降，流體22的流動(dòng)從外部環(huán)境通過(guò)槽25或26被吸入，從而增大了流體流4的流率以及流體流4的平均速度，并因此進(jìn)一步降低了流體流4的壓力。因此，總體情況是，從分配裝置3a的輸送通道13的出口部分16或從分配裝置3b的輸送管道18的出口部分20排出的流體流率，高于從分配裝置3a的輸送通道13的入口部分14或從分配裝置3b的輸送管道17的入口部分19進(jìn)入的流率。此外，從出口部分16或從出口部分20排出的流體流4的速度也高于從入口部分14或從入口部分19進(jìn)入的流體流4的平均速度。在來(lái)自輸送通道13或輸送管道18的輸出中，流體流4分別通過(guò)分配裝置3a或3b的出口部分16或20進(jìn)入轉(zhuǎn)子2的推力管道6?；谝呀?jīng)描述的，流體流4以低于外部環(huán)境的填充流體22的壓力的壓力進(jìn)入轉(zhuǎn)子2的推力管道6，使得轉(zhuǎn)子2圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)5旋轉(zhuǎn)。、存在于推力管道6的兩個(gè)平坦部7和8中的槽23和24，使得填充流體22以每單位時(shí)間的量，即流率，從外部朝向推力管道6的內(nèi)部被吸入，其中，所述每單位時(shí)間的量，SP流率，取決于實(shí)際存在的槽23和24的組的數(shù)量、尺寸和位置。在任何情況下，這些槽23和24的存在使得給定量的填充流體22能夠流入推力管道6內(nèi)，并因此能夠相對(duì)于下述的量增大在推力管道6內(nèi)行進(jìn)的流體流率，所述量已從所述推力管道6的入口部分9進(jìn)入并且來(lái)自分配裝置3a的輸送通道13或來(lái)自分配裝置3b的輸送管道18。此外，隨著在槽23和/或槽24中的每一個(gè)處發(fā)生的每一次流率增加，直接在這些槽中的每一個(gè)的下游，發(fā)生流動(dòng)的平均速度的增大和局部壓力的進(jìn)一步降低。因此，總體情況為，從推力管道6的出口部分11排出的流體流率大于從所述推力管道6的入口部分9進(jìn)入的流率，而且，從出口部分11排出的流體流4的平均速度大于從入口部分9進(jìn)入的流體流4的平均速度。由于由流體流4釋放到推力管道6的壁上的旋轉(zhuǎn)推力與從入口部分9進(jìn)入的流率成比例以及與從出口部分11排出的流率成比例，并且由于所述旋轉(zhuǎn)推力也與從入口部分9進(jìn)入的流動(dòng)的平均速度值成比例以及與從出口部分11排出的流動(dòng)的平均速度值成比例，因此，應(yīng)當(dāng)清楚的是，沿著從入口部分9延伸到出口部分11的路徑的流率和平均速度這兩個(gè)量的增加，相當(dāng)大地增大由流體流4釋放到推力管道6的壁上的旋轉(zhuǎn)推力，并因此相當(dāng)大地增大了可以由渦輪機(jī)Ia或Ib傳輸?shù)谋裙β省Ｒ虼?，可以由渦輪機(jī)Ia或Ib傳輸?shù)脑摫裙β氏鄬?duì)于可以由已知類(lèi)型的渦輪機(jī)傳輸?shù)谋裙β仕皆龃?，這不僅是因?yàn)榘l(fā)生在推力管道6中的情況，還因?yàn)榘l(fā)生在輸送通道13或輸送管道18中的情況。為了更好地理解特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)的操作，在下文中提供了涉及第一實(shí)施方式Ia的操作的數(shù)值示例。根據(jù)方法學(xué)，通過(guò)參照與分析的每個(gè)步驟相關(guān)的控制體積，實(shí)現(xiàn)整體類(lèi)型的分析。更精確地，應(yīng)當(dāng)參照單個(gè)輸送通道13和單個(gè)推力管道6的構(gòu)型。特別地，參照?qǐng)D5、圖6、圖7和圖8，假定分配裝置3a的輸送通道13和轉(zhuǎn)子2的推力管道6的槽23、24和25被認(rèn)為是關(guān)閉的，認(rèn)為不可壓縮的流體的流動(dòng)以不被干擾的平均速度”運(yùn)動(dòng)并且沿著基本徑向于渦輪機(jī)Ia的方向沖擊渦輪機(jī)la，其中，假設(shè)不可壓縮的流體是非粘性的，并且處于穩(wěn)定狀態(tài)而不被干擾。在輸送通道13的入口部分14處，入口部分14表示與所述輸送通道13相符的控制體積的入口部分，適用以下表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種高性能渦輪機(jī)(la，Ib)，所述渦輪機(jī)特別地具有增大的比功率，所述渦輪機(jī)(la, Ib)包括轉(zhuǎn)子(2)和分配裝置(3a，3b)，所述分配裝置(3a，3b)適于將流體流(4)輸送到所述轉(zhuǎn)子(2)的元件上，以使所述轉(zhuǎn)子(2)圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子(2)包括多個(gè)推力管道出)，所述多個(gè)推力管道(6)適于接收由所述分配裝置(3a，3b)輸送的所述流體流(4)，以在所述推力管道(6)的周壁上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推力，其特征在于，所述渦輪機(jī)(la，lb)包括至少一個(gè)槽(23，24，25，26)，所述至少一個(gè)槽(23，24，25，26)形成在所述推力管道(6)的壁上和/或所述分配裝置(3a，3b)的壁上并且適于將所述流體流(4)連接至所述渦輪機(jī)(la, Ib)外部的環(huán)境，由所述流體流(4)穿過(guò)的所述推力管道(6)和所述分配裝置(3a，3b)中的至少一個(gè)包括沿所述流體流(4)行進(jìn)的方向會(huì)聚的至少一個(gè)部分，所述至少一個(gè)部分沿所述流體流(4)的行進(jìn)方向限定在所述至少一個(gè)槽(23，24，25，26)的上游，以使由所述流體流(4)穿過(guò)的所述推力管道(6)和/或所述分配裝置(3a，3b)內(nèi)的壓力至少局部地降低到所述外部環(huán)境的填充流體(22)的壓力值以下，由此將所述填充流體(22)吸入到由所述流體流(4)穿過(guò)的所述推力管道(6)和/或所述分配裝置(3a，3b)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(2)包括由第一平坦部(7)和第二平坦部(8)限定的圓形并且基本圓柱形的本體，所述推力管道(6)形成在所述第一平坦部(7)和所述第二平坦部(8)之間、并且根據(jù)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)限定的角度順序相對(duì)于彼此均勻地布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，所述推力管道(6)中的每一個(gè)均從所述轉(zhuǎn)子(2)的入口部分(9)延伸到所述轉(zhuǎn)子(2)的出口部分(11)，所述入口部分(9)形成在所述轉(zhuǎn)子(2)的靠近所述第一平坦部(7)的外側(cè)表面(10)上，所述出口部分(11)形成在所述轉(zhuǎn)子(2)的靠近所述第二平坦部(8)的所述外側(cè)表面(10)上，所述推力管道(6)中的每一個(gè)均沿所述流體流(4)的行進(jìn)方向包括第一曲線(xiàn)部和第二曲線(xiàn)部，所述第一曲線(xiàn)部以與所述轉(zhuǎn)子(2)的旋轉(zhuǎn)方向匹配的曲率基本平行于所述第一平坦部(7)延伸，所述第二曲線(xiàn)部關(guān)于所述轉(zhuǎn)子(2)的基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)的徑向?qū)ΨQ(chēng)平面與所述第一曲線(xiàn)部對(duì)稱(chēng)，所述第一曲線(xiàn)部和所述第二曲線(xiàn)部通過(guò)直線(xiàn)部相互連接，所述直線(xiàn)部平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)延伸并且形成為靠近所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，所述第一曲線(xiàn)部和所述第二曲線(xiàn)部分別從所述轉(zhuǎn)子(2)的所述入口部分(9)和所述轉(zhuǎn)子(2)的所述出口部分(11)與所述轉(zhuǎn)子⑵的所述外側(cè)表面(10)基本相切地延伸、并且以相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)基本徑向的方向終止于所述基本直線(xiàn)部。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，所述推力管道出)的所述第一曲線(xiàn)部中的每一個(gè)均沿著所述流體流(4)的行進(jìn)方向至少部分地會(huì)聚。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，對(duì)于所述推力管道(6)中的每一個(gè)，所述渦輪機(jī)(la，lb)包括第一組多個(gè)槽(23)，所述第一組多個(gè)槽(23)在所述第一曲線(xiàn)部處形成在所述第一平坦部(7)中并且相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)基本徑向地定向。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，對(duì)于所述推力管道(6)中的每一個(gè)，所述渦輪機(jī)(la，lb)包括第二組多個(gè)槽(24)，所述第二組多個(gè)槽(24)在所述第二曲線(xiàn)部處形成在所述第二平坦部(8)中并且相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)基本徑向地定向。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)(Ia)，其特征在于，所述分配裝置(3a)包括位于所述轉(zhuǎn)子(2)徑向外部的、成形為基本類(lèi)似于中空?qǐng)A柱的本體，具有與所述第一平坦部(7)基本共面的面(12)，并且形成有相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)基本徑向地延伸的多個(gè)輸送通道(13)，所述輸送通道(13)根據(jù)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)限定的角度順序相對(duì)于彼此均勻地布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)(Ia)，其特征在于，所述輸送通道(13)中的每一個(gè)均沿著與所述轉(zhuǎn)子(2)的旋轉(zhuǎn)方向一致地相對(duì)于徑向方向傾斜的方向延伸，用于沿著至少部分地切向于所述轉(zhuǎn)子(2)的方向?qū)⑺隽黧w流(4)輸送到所述推力管道￠)中，所述輸送通道(13)中的每一個(gè)均從所述分配裝置(3a)的入口部分(14)延伸到所述分配裝置(3a)的出口部分(16)，所述分配裝置(3a)的所述入口部分(14)形成在所述分配裝置(3a)的外側(cè)表面(15)上，所述分配裝置(3a)的所述出口部分(16)對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子(2)的所述入口部分(9)中的一個(gè)并且形成在所述分配裝置(3a)的內(nèi)側(cè)表面(17)上，所述輸送通道(13)中的每一個(gè)均沿所述流體流(4)的行進(jìn)方向至少部分地會(huì)聚。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(Ia)，其特征在于，對(duì)于所述輸送通道(13)中的每一個(gè)，在所述輸送通道(13)的所述會(huì)聚部分處，所述渦輪機(jī)(Ia)包括第三組多個(gè)槽(25)，所述第三組多個(gè)槽(25)形成在所述分配裝置(3a)的壁中并且與所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)基本相切地定向。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(Ib)，其特征在于，所述分配裝置(3b)包括基本沿單個(gè)優(yōu)選方向延伸的多個(gè)輸送管道(18)，所述輸送管道(18)中的每一個(gè)均沿著所述流體流(4)的行進(jìn)方向至少部分地會(huì)聚。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機(jī)(Ib)，其特征在于，所述輸送管道(18)從所述分配裝置(3b)的入口部分(19)延伸到所述分配裝置(3b)的多個(gè)出口部分(20)，用于沿著至少部分地切向于所述轉(zhuǎn)子(2)的方向?qū)⑺隽黧w流(4)輸送到所述推力管道(6)中，其中，所述分配裝置(3b)的所述多個(gè)出口部分(20)沿著與所述轉(zhuǎn)子(2)的旋轉(zhuǎn)方向一致地相對(duì)于徑向方向傾斜的方向?qū)?yīng)于所述轉(zhuǎn)子(2)的所述入口部分(9)中的一些。
13.根據(jù)權(quán)利要求11和12中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(Ib)，其特征在于，對(duì)于所述輸送管道(18)中的每一個(gè)，在所述輸送管道(18)的所述會(huì)聚部分處，所述渦輪機(jī)(Ib)包括第四組多個(gè)槽(26)，所述第四組多個(gè)槽(26)形成在所述分配裝置(3b)的壁中并且與所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)基本相切地定向。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(la，Ib)，其特征在于，所述渦輪機(jī)(la，lb)包括用于流率調(diào)節(jié)的裝置，所述用于流率調(diào)節(jié)的裝置與所述第一組多個(gè)槽(23)、所述第二組多個(gè)槽(24)和所述第三組多個(gè)槽(25)或所述第四組多個(gè)槽(26)中的至少一組在功能上相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
一種特別是具有增大的比功率的高性能渦輪機(jī)(1a，1b)，包括轉(zhuǎn)子(2)和分配裝置(3a，3b)，分配裝置(3a，3b)適于將流體流(4)輸送到轉(zhuǎn)子(2)的元件上以使轉(zhuǎn)子(2)圍繞其自身的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)(5)旋轉(zhuǎn)。更精確地，轉(zhuǎn)子(2)包括多個(gè)推力通道(6)，推力通道(6)適于接收由分配裝置(3a，3b)輸送的流體流(4)以在推力通道(6)的周壁上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)推力。本發(fā)明的特征在于，渦輪機(jī)(1a，1b)包括至少一個(gè)槽(23，24，25，26)，至少一個(gè)槽(23，24，25，26)形成在推力管道(6)和/或分配裝置(3a，3b)的壁上并適于將流體流(4)連接至渦輪機(jī)(1a，1b)的外部環(huán)境。由流體流(4)所穿過(guò)的推力管道(6)和分配裝置(3a，3b)中的至少一個(gè)包括沿流體流(4)行進(jìn)的方向會(huì)聚的至少一個(gè)部分，所述至少一個(gè)部分沿流體流(4)的行進(jìn)方向被限定在槽(23，24，25，26)的上游，以使在由流體流(4)穿過(guò)的推力管道(6)和/或分配裝置(3a，3b)內(nèi)的壓力至少局部地降低到外部環(huán)境的填充流體(22)的壓力值以下，從而將填充流體(22)吸入由流體流(4)穿過(guò)的推力管道(6)和/或分配裝置(3a，3b)內(nèi)。
文檔編號(hào)F03B11/02GK102713158SQ201080051010
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者賈恩卡洛·阿方西 申請(qǐng)人:賈恩卡洛·阿方西