本發(fā)明的主題是徑向渦輪機。徑向渦輪機是指這樣的渦輪機：其中，主要相對于所述渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向方向引導(dǎo)流體(渦輪機利用該流體交換能量)的流動。本發(fā)明既適用于驅(qū)動渦輪機(渦輪)又適用于工作渦輪機(壓縮機)。

優(yōu)選地但不排他地，本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電能和/或機械能的徑向類型的膨脹渦輪。

優(yōu)選但不排他地，本發(fā)明涉及在用于通過蒸汽朗肯循環(huán)或有機朗肯循環(huán)(ORC)產(chǎn)生能量的裝置中使用的徑向膨脹渦輪。

優(yōu)選但不排他地，本發(fā)明涉及徑向離心或“流出”類型的膨脹渦輪，該術(shù)語指的是流體流被從中心朝渦輪的外周徑向引導(dǎo)。

背景技術(shù)：

同一申請人的公開文件WO2012/143799示出了一種膨脹渦輪，該膨脹渦輪包括具有軸向入口和徑向外周出口的固定殼體、安裝在殼體中并且能夠圍繞相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的單個轉(zhuǎn)子盤、安裝在轉(zhuǎn)子盤的正面并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線布置的環(huán)形的多個系列的轉(zhuǎn)子葉片、和安裝在殼體上的環(huán)形的多個系列的定子葉片，所述定子葉片面對轉(zhuǎn)子盤并且與轉(zhuǎn)子葉片徑向交替布置。

公開文件WO2013/108099示出了一種用于朗肯循環(huán)中有機流體的膨脹的渦輪，該渦輪設(shè)置有沿徑向方向彼此交替布置的定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)造。沿正面方向獲得渦輪中的蒸汽供應(yīng)。在渦輪的以高壓限定的第一區(qū)段中，沿基本徑向方向提供工作流體的第一膨脹。在以低壓限定的第二區(qū)段中，沿基本軸向方向提供工作流體的第二膨脹。定子葉片由渦輪的外殼體支撐。

渦輪機的特征通常在于進入流體的條件(壓力和溫度)與離開時該流體的條件不同。在像WO2012/143799和WO2013/108099描述的膨脹渦輪(驅(qū)動渦輪機)中，入口流體處于壓力和溫度高于出口處的流體的壓力和溫度的條件。相反，在工作渦輪機中，入口處的壓力和溫度低于出口處的壓力和溫度。

當(dāng)渦輪機以正常條件操作時，入口和出口之間的溫差產(chǎn)生溫度梯度，該溫度梯度在受影響部件中引起機械應(yīng)力。確實，一個部件的經(jīng)受更高溫度的部分傾向于比該部件的處于更低溫度的部分膨脹得更多，并且由于所述部分彼此成一體，這產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

在以低溫機器條件起動的步驟中，該情況甚至更為嚴(yán)重。在該情況中，具有低熱慣性和高換熱的部件(例如轉(zhuǎn)子葉片或定子葉片)與具有高熱慣性的部件(例如定子盤、隔膜或殼體)之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；這種應(yīng)力可能比機器在正常操作條件時產(chǎn)生的應(yīng)力高很多。

此外，相對于具有低熱慣性的部件(通常是旋轉(zhuǎn)零件)而言，具有高熱慣性的部件(通常是固定零件)傾向于在較長時間段內(nèi)更少地變形，這可能引起損害性干涉/咬粘，并且在一些情況中，甚至可以引起機器零件的塑性變形和/或所述部件之間間隙和/或工作流體通路尺寸的不希望的變化。因此，在低溫和高溫機器條件下都不能確保這種間隙，這種間隙的尺寸被設(shè)定為最小(幾十毫米的數(shù)量級)以便避免通過泄漏造成的損失，該損失負(fù)面地影響機器的效率(旁通旋轉(zhuǎn)零件的流體對能量交換不起作用)。

如上所述，通常運動零件比固定零件具有更低的熱慣性，因此，必須以足夠緩慢的方式進行機器的起動/加熱步驟，以確保不產(chǎn)生干涉/咬粘。已知類型的渦輪機的起動通常從最少約半小時到超過三小時變化。

已知用于通過交替布置高撓性元件控制熱梯度情況下的應(yīng)力的系統(tǒng)，以便允許相對運動，從而保持足夠低的應(yīng)力。

為了避免間隙的干涉/消除問題，如今已知多種解決方案，但是所有這些解決方案可以總結(jié)成兩類：第一類，靠近旋轉(zhuǎn)零件的固定零件以區(qū)段形成并且通過彈簧系統(tǒng)和壓力平衡保持就位；第二類，固定零件由“更軟的”材料制成并且允許旋轉(zhuǎn)零件使固定零件“變形”，從而避免實際咬粘。兩類已知解決方案都具有缺點：在第一類情況下，必須容忍因零件之間不理想的定中導(dǎo)致的更大的間隙；而在第二類情況下，反復(fù)接觸導(dǎo)致間隙的較早劣化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在這樣的背景下，申請人已經(jīng)觀察到，上述渦輪機可以在不同方面得到改進，尤其是為了避免因溫度梯度產(chǎn)生高機械應(yīng)力以及為了允許快速起動渦輪機。

特別地，申請人認(rèn)為需要：

·在存在甚至可能是較高的溫度梯度的情況下，顯著降低在正常操作條件中和起動期間都運行的渦輪機的固定零件中的機械應(yīng)力；

·顯著降低渦輪機的起動/加熱時間；

·避免消除固定零件和旋轉(zhuǎn)零件之間的間隙。

申請人發(fā)現(xiàn)，可以通過將緊密靠近運動零件運行的固定零件安裝在支撐板上實現(xiàn)上述目的，在熱梯度的作用下，所述支撐板至少在其環(huán)形部分處自由地徑向變形。

在本發(fā)明和所附權(quán)利要求中，形容詞“軸向的”意圖限定沿平行于渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”定向的方向。形容詞“徑向的”意圖限定從旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”垂直延伸、像半徑那樣定向的方向。形容詞“圓周的”指的是與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸的圓周的切線方向。

更特別地，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種至少部分地徑向和/或徑向-軸向的渦輪機，其包括：

固定殼體；

至少一個轉(zhuǎn)子盤，所述至少一個轉(zhuǎn)子盤安裝在殼體中并且具有至少安裝在其正面上的轉(zhuǎn)子葉片，其中轉(zhuǎn)子盤能夠在殼體中圍繞相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；以及在轉(zhuǎn)子盤的外周上的可能的軸向葉片；

多個凸出元件，所述多個凸出元件從殼體凸出并且終止于轉(zhuǎn)子盤附近；

至少一個支撐板，所述至少一個支撐板支承所述凸出元件并且安裝在殼體中；

其中，所述至少一個支撐板在轉(zhuǎn)子盤對面(cross from)徑向延伸；

其中，所述支撐板包括：

多個第一圓形部分，所述多個第一圓形部分與旋轉(zhuǎn)軸線同心，其中，所述第一圓形部分中的至少若干個支承所述凸出元件；

多個第二圓形部分，所述多個第二圓形部分徑向地插置在第一圓形部分之間；

其中，第二圓形部分能夠比第一圓形部分沿徑向方向更多地變形，以便在支撐板受到熱梯度作用時允許第一圓形部分之間相對運動。

申請人已經(jīng)證實，所要求保護的解決方案允許顯著降低在凸出元件被約束的殼體部分中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的大小。這是由于第二圓形部分吸收/緩沖由更熱的零件所承受的相對于更冷的零件所承受的變形而言更多的變形。例如，如果流體流在渦輪機的徑向上位于更內(nèi)部的零件處更熱并且然后向外漸進地冷卻，則更熱的徑向上位于更內(nèi)部的第一部分比徑向上位于更外部的第一部分更多地膨脹。徑向上位于更內(nèi)部的第一部分的膨脹決定了更具撓性的第二部分的徑向壓縮，這避免在處于不同溫度的兩個徑向相繼的第一部分之間產(chǎn)生過多應(yīng)力。如果流體流在渦輪機的徑向上位于更內(nèi)部的零件處更冷并且然后向外漸進地加熱，則更冷的徑向上位于更內(nèi)部的第一部分趨向于保持其尺寸，而更熱的徑向上位于更外部的第一部分膨脹。徑向上位于更外部的第一部分的膨脹決定了更具撓性的第二部分的徑向膨脹，這避免在處于不同溫度的兩個徑向相繼的第一部分之間產(chǎn)生過多應(yīng)力。

此外，申請人已經(jīng)證實，所要求保護的解決方案允許從殼體凸出的凸出元件在熱梯度的作用下遵循具有低熱慣性和高換熱性的部件(像轉(zhuǎn)子葉片)的徑向變形徑向運動，因此不產(chǎn)生危險的干涉。如果從殼體凸出的凸出元件被直接約束到殼體的壁上或者被直接約束到安裝在殼體中的實心盤上，則將不允許凸出元件的這種運動充分地進行。

申請人已經(jīng)證實，相比已知機器，能夠明顯更快地執(zhí)行該渦輪機的起動，即起動從最少約5分鐘，直到最多約半小時。

申請人還已經(jīng)證實，這種解決方案在結(jié)構(gòu)上簡單且較便宜，并且允許渦輪機的簡單且快速的組裝。

在一個方面，第二圓形部分中的每個包括至少一個撓性體，該撓性體具有橫向于徑向方向的主延伸部以便適于徑向彎曲。

優(yōu)選地，第二圓形部分中的每個包括多個撓性體。

優(yōu)選地，支撐板是優(yōu)選通過移除材料和/或通過模制獲得的單件(撓性體與第一部分一體地制成)。

每個撓性體在連接于其上的第一部分(一個位于徑向內(nèi)部，另一個位于徑向外部)因溫度梯度以不同方式徑向膨脹時趨向于彎曲。

在一個方面，每個撓性體是連接兩個徑向相繼的第一圓形部分的臂部。

優(yōu)選地，每個臂部基本位于垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中，并且在其變形/彎曲時在所述平面中運動。這確保凸出元件的有限運動(因熱梯度)總是平行于轉(zhuǎn)子盤的正面發(fā)生。

優(yōu)選地，每個臂部沿圓周方向延伸。

優(yōu)選地，每個臂部圓周地相繼布置。

優(yōu)選地，每個臂部是彎曲的。

優(yōu)選地，每個臂部相對于圓周方向傾斜。

優(yōu)選地，每個第二部分具有至少一個系列的臂部，其中所述臂部圓周地相繼布置。

臂部的數(shù)目、形狀、布置和尺寸的選擇允許使第二部分的徑向剛度適應(yīng)特定需要。

在一個方面，第二圓形部分具有貫穿支撐板的貫通開口。貫通開口使第二部分能夠比第一部分更多地徑向變形。貫通開口使支撐板更輕并且有助于降低其熱慣性。

優(yōu)選地，所述貫通開口界定所述撓性體/臂部。

優(yōu)選地，每個臂部由兩個或更多個相鄰的貫通開口界定。

優(yōu)選地，所述貫通開口是狹槽。

優(yōu)選地，所述狹槽相對于徑向方向傾斜。

優(yōu)選地，所述狹槽是彎曲的。

優(yōu)選地，所述狹槽沿圓周方向為大體長形的。

優(yōu)選地，所述狹槽中的每個沿圓周方向延伸。

優(yōu)選地，所述狹槽相對于圓周方向傾斜。

優(yōu)選地，每個第二部分具有至少一個系列的狹槽，其中所述狹槽圓周地相繼布置。

優(yōu)選地，每個第二部分具有至少兩個系列的狹槽，其中每個系列的狹槽圓周地相繼布置。

優(yōu)選地，兩個不同系列的狹槽成角度地偏置。

在一個方面，所述至少一個撓性體是基本圓柱形或圓錐形的壁。

優(yōu)選地，所述基本圓柱形或圓錐形的壁與旋轉(zhuǎn)軸線同軸。

在沿軸向平面(包含旋轉(zhuǎn)軸線的平面)的每個剖面中，基本圓柱形或圓錐形的壁的變形和彎曲發(fā)生在所述軸向平面中。

優(yōu)選地，在沿軸向平面的剖面中，支撐板具有至少一個蛇形區(qū)段，所述至少一個蛇形區(qū)段限定至少一個基本圓柱形或圓錐形的壁。

優(yōu)選地，蛇形區(qū)段由在支撐板的兩個表面上獲得的空腔限定。

變形以類似蛇的波形運動的方式發(fā)生。

在一個方面，第一部分是實心環(huán)。

優(yōu)選地，所述實心環(huán)具有垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的相對表面。

在一個方面，凸出元件包括密封元件。

優(yōu)選地，密封元件作用在轉(zhuǎn)子盤上。

優(yōu)選地，密封元件操作性地作用在轉(zhuǎn)子盤的背面上。

支撐板面對轉(zhuǎn)子盤的背面，該背面與支承轉(zhuǎn)子葉片的正面相對，并且支撐板支承作用在轉(zhuǎn)子盤上的密封元件。

密封元件的安裝目的在于降低因轉(zhuǎn)子盤的背部和渦輪機的固定零件之間的泄漏損失導(dǎo)致的能量損失。密封元件使從渦輪機的入口趨向于泄漏到轉(zhuǎn)子盤的背部中的流體流率最小化。

優(yōu)選地，密封元件作用在轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片之間。

在一個方面，渦輪機包括定子葉片和單個轉(zhuǎn)子盤，所述定子葉片相對于殼體固定并且徑向地插置在轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子葉片之間。

在一個方面，凸出元件包括定子葉片，該定子葉片徑向地插置在轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子葉片之間。

支撐板面對轉(zhuǎn)子盤的正面并且支承定子葉片。

在一個方面，渦輪機包括具有相面對的正面和徑向交替的轉(zhuǎn)子葉片的兩個對置旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子盤。在該情況中，沒有定子葉片。

優(yōu)選地，對置旋轉(zhuǎn)渦輪機包括兩個支撐板。每個支撐板面對相應(yīng)的轉(zhuǎn)子盤的背面，該背面與支承轉(zhuǎn)子葉片的正面相對，并且每個支撐板支承作用在所述轉(zhuǎn)子盤上的密封元件。

在一個方面，渦輪機包括至少一個軸向級，所述至少一個軸向級相對于工作流體的流動方向位于轉(zhuǎn)子盤和每個轉(zhuǎn)子盤的下游處。優(yōu)選地，所述軸向級位于相應(yīng)的轉(zhuǎn)子盤(徑向-軸向渦輪機)的徑向外周部分處。

在一個方面，支撐板的一部分與殼體成一體。優(yōu)選地，該部分是徑向外周部，并且優(yōu)選地固定至殼體，優(yōu)選通過螺釘。

在一個方面，支撐板的徑向外周表面總是抵靠殼體的抵接表面。優(yōu)選地，支撐板的徑向外周表面是圓柱形的。優(yōu)選地，殼體的抵接表面是徑向圓柱形內(nèi)表面。該聯(lián)接確保支撐板和凸出元件相對于旋轉(zhuǎn)軸線定中。

在一個方面，支撐板具有支承凸出元件的第一表面和與第一表面相對并配合在殼體的壁上的第二表面。

在一個方面，殼體的一個壁設(shè)置有檢查口(能夠打開和閉合)。所述檢查口位于貫通開口處。以這種方式，在組裝渦輪機時，可以通過所述貫通開口檢查渦輪機的內(nèi)部(一個或多個轉(zhuǎn)子盤、密封元件、葉片)。優(yōu)選地，所述檢查口和貫通開口允許在視覺上檢查和檢驗(例如通過經(jīng)由檢查口和貫通開口引入測隙規(guī))密封元件的公差。

因此，本發(fā)明還涉及一種檢查方法，該檢查方法包括：

·打開所述檢查口中的至少一個檢查口；

·必要時，將所述至少一個檢查口與貫通開口中的至少一個對準(zhǔn)，優(yōu)選通過旋轉(zhuǎn)支撐板而對準(zhǔn)；

·通過所述至少一個檢查口和貫通開口中的所述至少一個檢查渦輪機的內(nèi)部；

·重新關(guān)閉所述至少一個檢查口。

該方法可以用于檢驗密封元件的公差，優(yōu)選通過經(jīng)由檢查口和貫通開口引入測隙規(guī)而檢驗。

在一個方面，第二表面與殼體的壁界定出內(nèi)部空間。內(nèi)部空間允許平衡作用在支撐板的兩個表面上的壓力(或者至少降低壓差)。換言之，支撐板的幾何形狀、尤其是支承定子葉片的支撐板的幾何形狀形成為使得徑向壓力梯度不產(chǎn)生軸向推力。這允許使支撐板獲得有限厚度，從而使熱慣性降低至最小。

優(yōu)選地，內(nèi)部空間與貫通開口流體連通。因此，壓力的平衡通過所述貫通開口進行。

優(yōu)選地，渦輪機包括環(huán)形襯墊(與旋轉(zhuǎn)軸線同軸)，該環(huán)形襯墊布置在支撐板的第二表面和殼體的壁之間。

優(yōu)選地，每個環(huán)形室位于相應(yīng)的凸出元件處。

相繼的成對凸出元件一起界定出環(huán)形室。環(huán)形襯墊隔離內(nèi)部空間的環(huán)形容積，每個環(huán)形襯墊位于相應(yīng)的環(huán)形室處。以這種方式，每個環(huán)形室與相應(yīng)的環(huán)形容積壓力平衡。

每對環(huán)形容積和環(huán)形室限定等壓帶。環(huán)形襯墊用于界定出環(huán)形容積，并且還用于避免蒸汽在處于高壓的帶和處于低壓的帶之間逃逸，蒸汽的逃逸會降低渦輪機的效率。

環(huán)形襯墊還在支撐板和殼體之間(因徑向變形、尤其是第二部分的徑向變形)相對運動的情況下確保理想的密封。

優(yōu)選地，環(huán)形襯墊被容置在環(huán)形座部中，所述環(huán)形座部在殼體的壁中獲得。

優(yōu)選地，環(huán)形襯墊是彈性體的和/或金屬的和/或由石墨制成。

在一個方面，每個凸出元件均包括環(huán)形帶，該環(huán)形帶具有連接至支撐板的第一邊緣和朝向轉(zhuǎn)子盤并設(shè)置有接頭的第二邊緣。環(huán)形帶為圓柱體類型的，優(yōu)選與旋轉(zhuǎn)軸線同軸。

在一個方面，接頭支承定子葉片。

在一個方面，接頭支承密封元件。

在一個方面，接頭支承定子葉片和密封元件。

在一個方面，環(huán)形帶中的每個的徑向厚度小于相應(yīng)的接頭的徑向尺寸。

優(yōu)選地，所述徑向厚度為所述徑向尺寸的約1/10到約1/2，優(yōu)選等于所述徑向尺寸的約1/4。

優(yōu)選地，環(huán)形帶的軸向長度和相應(yīng)的徑向厚度之比在約3到約10之間。

通過這種結(jié)構(gòu)，支承定子葉片的凸出元件和/或密封元件具有低熱慣性，并且不受轉(zhuǎn)子盤彈性約束。

考慮到與旋轉(zhuǎn)零件(轉(zhuǎn)子盤)相“接觸”的(密封的)固定零件構(gòu)造為低熱慣性，在加熱過程中，固定零件在旋轉(zhuǎn)零件之前達(dá)到正常操作溫度，從而增加了密封件的間隙并且避免了可能的滑動。

環(huán)形帶的徑向可屈服性允許定子葉片和/或密封元件改變其徑向尺寸而不產(chǎn)生高的內(nèi)部力，這是因為它們沒有被剛性地約束至支撐板。

該結(jié)構(gòu)有助于允許渦輪機以高的熱梯度工作。此外，在前述方面中描述的凸出元件的結(jié)構(gòu)還可以以獨立于支撐板的結(jié)構(gòu)的方式存在于渦輪機中。所描述的所述凸出元件可以例如被約束至實心支撐板或者直接約束至殼體。

在一個方面，渦輪機是壓縮機。至少一個馬達(dá)被連接到轉(zhuǎn)子盤或多個轉(zhuǎn)子盤。

在一個方面，渦輪機是渦輪。至少一個發(fā)電機被連接到轉(zhuǎn)子盤或多個轉(zhuǎn)子盤。

在一個方面，渦輪機是徑向流出式渦輪機。工作流體流主要從旋轉(zhuǎn)軸線朝轉(zhuǎn)子盤或多個轉(zhuǎn)子盤的外周運動。

在一個方面，渦輪機是徑向流入式渦輪機。工作流體流主要從轉(zhuǎn)子盤或多個轉(zhuǎn)子盤的外周朝旋轉(zhuǎn)軸線運動。

其它特征和優(yōu)點將通過對根據(jù)本發(fā)明的渦輪機的優(yōu)選但不排他的實施例的詳細(xì)說明而更加清楚。

附圖說明

將在下文參照一組僅作為非限制性示例提供的附圖來闡述這種說明，附圖中：

·圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪機的第一實施例的子午線剖面；

·圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪機的第二實施例的子午線剖面；

·圖3示出了屬于依據(jù)圖1和圖2的渦輪機的支撐板的一部分的后視圖；

·圖4是圖3的支撐板的子午線半剖面；

·圖5示出了圖3的支撐板的變型例；

·圖6是圖5的支撐板的子午線半剖面；

·圖7示出了圖3的支撐板的另一變型例；

·圖8是圖7的支撐板的子午線半剖面；

·圖9示出了圖3的支撐板的另一變型例；

·圖10是圖9的支撐板的子午線半剖面；

·圖11是處于第一操作構(gòu)造的圖1的渦輪機的放大定子元件；

·圖12是處于第二操作構(gòu)造的圖11的定子元件；和

·圖13-15示出了處于相應(yīng)操作構(gòu)造的屬于依據(jù)圖1和圖2的渦輪機的放大密封元件；

·圖16示出了屬于圖1的渦輪機的定子元件和轉(zhuǎn)子元件。

具體實施方式

參照上述附圖，附圖標(biāo)記1總體表示根據(jù)本發(fā)明的渦輪機。圖1所示的渦輪機1是具有單個轉(zhuǎn)子盤2的徑向流出式膨脹渦輪。圖2所示的渦輪機1是具有兩個對置旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子盤2的徑向流出式膨脹渦輪。

參照圖1，渦輪1包括轉(zhuǎn)子盤2，該轉(zhuǎn)子盤設(shè)置有多個轉(zhuǎn)子葉片3，所述多個轉(zhuǎn)子葉片以同心環(huán)系列的形式布置在轉(zhuǎn)子盤2的相應(yīng)正面4上。每個系列的轉(zhuǎn)子葉片3是渦輪1的轉(zhuǎn)子級的一部分。轉(zhuǎn)子盤2剛性地連接至軸5，該軸沿旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”延伸。軸5繼而連接至發(fā)電機(未示出)。轉(zhuǎn)子葉片3遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子盤2的正面4延伸，其中轉(zhuǎn)子葉片的前緣基本平行于旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”。

根據(jù)附圖所示的內(nèi)容，每個系列的轉(zhuǎn)子葉片3的第一端部由相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)子環(huán)301連接并且被該第一轉(zhuǎn)子環(huán)支撐，所述第一轉(zhuǎn)子環(huán)與轉(zhuǎn)子盤2成一體。一系列的同一轉(zhuǎn)子葉片3的相對兩端部被限制到第二轉(zhuǎn)子環(huán)302(圖16)。

轉(zhuǎn)子盤2和軸5被容置在固定殼體6中并且以轉(zhuǎn)子盤和軸能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”自由地旋轉(zhuǎn)的方式由固定殼體支撐。固定殼體6包括前壁7和后壁8，所述前壁位于轉(zhuǎn)子盤2的正面4對面，所述后壁位于轉(zhuǎn)子盤2的與正面4相對的背面9的對面。套筒10與后壁8成一體，并且通過插置合適的軸承11而可旋轉(zhuǎn)地容置軸5。前壁7具有位于旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”處的用于工作流體的入口12。

固定殼體6還容置多個定子葉片13，所述多個定子葉片布置成朝向轉(zhuǎn)子盤2的正面4的同心環(huán)系列。定子葉片13的系列與轉(zhuǎn)子葉片3的系列徑向地交替布置以限定工作流體的徑向膨脹路徑，所述工作流體通過入口12進入并且朝轉(zhuǎn)子盤2的外周徑向地膨脹。固定殼體6還包括徑向外周壁14，該徑向外周壁從前壁7和后壁8延伸并且內(nèi)部地界定用于工作流體的出口容積15。

渦輪1包括導(dǎo)向部或鼻部16，該導(dǎo)向部或鼻部由凸壁限定，位于入口12中并且朝向進入流。

定子葉片13由支撐板17支撐，所述支撐板安裝在殼體6中并且被約束至殼體。支撐板17被置于轉(zhuǎn)子盤2的正面4的對面，平行于轉(zhuǎn)子盤的正面，并且配合在殼體6的前壁7的內(nèi)表面7a上。

如圖3-10所示，支撐板17是設(shè)置有中心通路18的盤。在中心通路18中，容置有管狀壁19，該管狀壁是殼體6的一部分。管狀體19從前壁7朝轉(zhuǎn)子盤2延伸，并且在內(nèi)部界定渦輪1的入口12。在支撐板17的徑向內(nèi)邊緣20和管狀體19之間存在間隙。

支撐板17在其徑向外周部分處具有多個通孔21(圖3-10)。容置在通孔21以及容置在殼體6中獲得的螺紋孔中的螺釘22將支撐板17約束至所述殼體6。支撐板17的徑向外周表面23總是抵靠殼體6的抵接表面24。抵接表面24是殼體6內(nèi)的圓柱形表面，與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸，并且朝向所述旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”(圖1)。

如圖1、11和12所示，每個定子葉片13的系列都是凸出元件25的一部分，所述凸出元件遠(yuǎn)離支撐板17延伸。每個凸出元件25包括環(huán)形帶26(與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸的圓柱體)，該環(huán)形帶具有連結(jié)至支撐板17的第一表面17a的第一邊緣和朝向轉(zhuǎn)子盤2的第二邊緣，所述第二邊緣設(shè)置有也呈環(huán)形的接頭27。

一個系列的定子葉片13的第一端部被連接至接頭27。同一系列的定子葉片13的與第一端部相對的第二端部均被約束至端部環(huán)28，該端部環(huán)也與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸。端部環(huán)28布置在該系列的轉(zhuǎn)子葉片3之間并且靠近轉(zhuǎn)子盤2的正面4。

每個接頭27徑向地面對相應(yīng)的第二轉(zhuǎn)子環(huán)302，并且每個端部環(huán)28徑向地面對相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)子環(huán)301。密封元件303(例如，迷宮密封件)由每個端部環(huán)28和每個接頭27支承并且作用在相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)子環(huán)301和第二轉(zhuǎn)子環(huán)302上，以便界定工作流體的徑向膨脹路徑(圖16)。

環(huán)形帶26的徑向厚度“t1”小于相應(yīng)接頭27的徑向尺寸“d1”。例如，徑向厚度“t1”等于徑向尺寸“r1”的約1/6。例如，環(huán)形帶26的軸向長度“l(fā)1”和相應(yīng)的徑向厚度“t1”之比在約3到約10之間。

支撐板17由與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同心的多個第一圓形部分29、和徑向地插置在第一圓形部分29之間的多個第二圓形部分30形成。

支承定子葉片13的凸出元件25被連接至第一圓形部分29并由該第一圓形部分支撐。

沿徑向方向，第二圓形部分30能夠比第一圓形部分29更多地變形，以便在支撐板17受到熱梯度作用時允許第一圓形部分29之間(以及不同系列的定子葉片13之間)的相對運動。

根據(jù)圖3和4的實施例以及圖5和6的變型例，支撐板17具有恒定厚度(如圖1可見)。第一部分29由實心環(huán)限定，其相對表面垂直于旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”。第二部分30具有多個貫通開口31，所述多個貫通開口沿每個第二部分30的圓周延伸部布置。所示貫通開口31是呈長形形式的狹槽。

根據(jù)圖3和4的實施例，第二部分30中的每個具有第一系列的徑向上位于更內(nèi)部的狹槽31和第二系列的徑向上位于更外部的狹槽31。兩個系列中的每個包括圓周地相繼布置的多個所述狹槽31，狹槽31中的每個沿圓周方向延伸。此外，兩個不同系列的狹槽31成角度地偏置，即，圍繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”相互旋轉(zhuǎn)，使得從所述旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”延伸的任何半徑與所述狹槽31中的至少一個相交。兩個系列的狹槽31一起界定撓性體或臂部32，所述撓性體或臂部沿圓周方向延伸并且圓周地相繼布置。臂部32垂直于徑向方向。

根據(jù)圖5和6的變型例，第二部分30中的每個具有單個系列的狹槽31。該系列包括圓周地相繼布置的多個所述狹槽31。狹槽31中的每個狹槽是彎曲的并且相對于圓周方向傾斜。相鄰的成對狹槽31一起界定臂部或撓性體32。每個臂部32是彎曲的并且連接徑向相繼的第一圓形部分29中的兩個第一圓形部分。

根據(jù)圖7和8的實施例以及圖9和10的變型例，(能夠更多地徑向變形的)每個第二圓形部分30包括至少一個撓性體，所述至少一個撓性體由與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸的基本圓柱形的壁33限定。

根據(jù)圖7和8的實施例，在子午線剖面中，支撐板17呈蛇形形狀，該蛇形形狀由徑向區(qū)段和軸向區(qū)段限定。軸向區(qū)段延續(xù)基本圓柱形的壁33。徑向區(qū)段中的一些延續(xù)支承環(huán)形帶26的第一部分29。換言之，第二部分30中的每個包括由徑向區(qū)段連接的兩個軸向區(qū)段33。第一部分29中的每個由徑向區(qū)段限定。從不同角度看，支撐板17在兩個表面上均具有環(huán)形空腔，該環(huán)形空腔徑向交替布置以便限定前述蛇形形狀。

根據(jù)圖9和10的實施例，在子午線剖面中，每個第二部分30均包括構(gòu)成基本圓柱形的壁33的軸向區(qū)段和從軸向區(qū)段33的相對兩端部延伸的兩個徑向區(qū)段。每個第一部分29的厚度(沿軸向方向測量)等于軸向區(qū)段33的軸向長度。從不同角度看，每個第二部分30由兩個徑向相繼的環(huán)形空腔限定，每個環(huán)形空腔形成在支撐板17的表面中的一個上。

根據(jù)上述實施例的支撐板17是優(yōu)選通過移除材料和/或通過模制獲得的單件。

圖1的渦輪1還包括在轉(zhuǎn)子盤2的背面9處作用的密封元件34(例如，迷宮密封件)。密封元件34由凸出元件35支承，所述凸出元件在幾何形狀上類似于支承定子葉片13的凸出元件25。

渦輪1包括與旋轉(zhuǎn)軸線同軸的多個凸出元件35，所述多個凸出元件徑向相繼地布置在位于轉(zhuǎn)子盤2的相對一側(cè)上的級中的至少若干個級處。

如圖13-15更為可見的，每個凸出元件35包括環(huán)形帶36(與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸的圓柱體)，該環(huán)形帶具有連接到支撐板37的第一表面37a的第一邊緣和朝向轉(zhuǎn)子盤2的第二邊緣，所述第二邊緣設(shè)置有也具有環(huán)形形狀的密封承載接頭38。

環(huán)形帶36的徑向厚度“t2”小于相應(yīng)的密封承載接頭38的徑向尺寸“d2”。例如，徑向厚度“t2”等于徑向尺寸“d2”的約1/6。例如，環(huán)形帶36的軸向長度“l(fā)2”和相應(yīng)的徑向厚度“t2”之比在約3到約10之間。

在所示實施例中，密封元件34是從密封承載接頭38朝旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”徑向延伸的撓性附件。在轉(zhuǎn)子盤2的第二表面9或背面上，存在相同數(shù)目的環(huán)形起伏部39和凸出元件35。環(huán)形起伏部39中的每個具有徑向外表面40，該徑向外表面面朝相應(yīng)密封承載接頭38的密封元件34。

支承密封元件34的支撐板37與支承定子葉片13的支撐板17在結(jié)構(gòu)上是相同的(除了特定尺寸之外)。因此，對于支承密封元件34的支撐板37的詳細(xì)描述，請參照針對用于定子葉片13的支撐板17的前述描述和相關(guān)附圖3-10。支撐板37位于轉(zhuǎn)子盤2的背面9的對面，平行于轉(zhuǎn)子盤的背面，并且配合在殼體6的后壁8的內(nèi)表面8a上。

此外，用于密封元件34的支撐板37通過螺釘22被約束至殼體6，所述螺釘進入通孔21中。支撐板37的徑向外周表面23總是抵靠殼體6的抵接表面24。抵接表面24是殼體6內(nèi)部的圓柱形表面，與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸，并且朝向所述旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”(圖1)。

對于支撐板17、37，第一表面17a、37a連接至凸出元件25、35的環(huán)形帶26、36，與第一表面17a、37a相對的第二表面17b、37b與殼體6的相應(yīng)壁7、8的內(nèi)表面7a、8a界定出內(nèi)部空間41。(與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸的)環(huán)形襯墊42布置在支撐板17、37的第二表面17b、37b和殼體6的壁7、8之間，每個在相應(yīng)的凸出元件25、35處。環(huán)形襯墊42例如是彈性體的，并且由金屬或石墨制成。環(huán)形襯墊42被容置在環(huán)形座部42a中，所述環(huán)形座部在殼體6的相應(yīng)壁7、8的內(nèi)表面7a、8a上獲得。

相繼的成對凸出元件25、35一起界定環(huán)形室43’、43”。第一環(huán)形室43’被界定在支承定子葉片13的兩個徑向相繼的凸出元件25、相應(yīng)的支撐板17和轉(zhuǎn)子葉片3的端部之間。第二環(huán)形室43”被界定在支承密封元件34的兩個徑向凸出元件35、相應(yīng)的支撐板37和轉(zhuǎn)子盤2的第二表面9之間。

環(huán)形襯墊42隔離內(nèi)部空間41的環(huán)形容積，每個環(huán)形襯墊位于相應(yīng)的環(huán)形室43’、43”處。內(nèi)部空間41的每個環(huán)形容積通過圖3-6的相應(yīng)支撐板17、37的貫通開口31或者通過在圖7-10的支撐板17、37中適當(dāng)?shù)孬@得的貫通開口(未示出)與相應(yīng)的環(huán)形室43’、43”流體連通。

在殼體6的前壁7和/或后壁8中，獲得位于貫通開口31處的檢查口(在圖1中示意性地示出了一個檢查口)、即帶有能夠被移除并再定位的合適密封閉合元件的孔/開口。

圖2的對置旋轉(zhuǎn)渦輪1包括固定殼體6，該固定殼體在其內(nèi)部容置第一轉(zhuǎn)子盤2’和第二轉(zhuǎn)子盤2”。轉(zhuǎn)子盤2’、2”能夠以各自彼此獨立的方式在殼體6中圍繞共同的旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”自由地旋轉(zhuǎn)。為此，第一轉(zhuǎn)子盤2’通過軸承11與安裝在殼體6中的相應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)軸5’成一體。第二轉(zhuǎn)子盤2”通過未示出的相應(yīng)的軸承11與安裝在殼體6中的相應(yīng)的第二旋轉(zhuǎn)軸5”成一體。

第一轉(zhuǎn)子盤2’設(shè)置有多個轉(zhuǎn)子葉片3’，所述多個轉(zhuǎn)子葉片在第一轉(zhuǎn)子盤2’的相應(yīng)正面4’上布置成同心環(huán)系列。第二轉(zhuǎn)子盤2”設(shè)置有多個轉(zhuǎn)子葉片3”，所述多個轉(zhuǎn)子葉片在第二轉(zhuǎn)子盤2”的相應(yīng)正面4”上布置成同心環(huán)系列。

第一轉(zhuǎn)子盤2’的正面4’位于第二轉(zhuǎn)子盤2”的正面4”的對面，第一轉(zhuǎn)子盤2’的葉片3’與第二轉(zhuǎn)子盤2”的葉片3”徑向地交替布置。第一轉(zhuǎn)子盤2’的葉片3’在第二轉(zhuǎn)子盤2”的正面4”附近終止，第二轉(zhuǎn)子盤2”的葉片3”在第一轉(zhuǎn)子盤2’的正面4’附近終止。

圖2的渦輪1還包括在轉(zhuǎn)子盤2’、2”的背面9’、9”處作用的密封元件34。密封元件34由安裝在支撐板37上的凸出元件35支承。在轉(zhuǎn)子盤2’、2”中的每個轉(zhuǎn)子盤的第二表面9’、9”上，存在相同數(shù)目的環(huán)形起伏部39和凸出元件35。環(huán)形起伏部39中的每個具有徑向外表面40，該徑向外表面面朝相應(yīng)密封承載接頭38的密封元件34。

支撐板37、凸出元件35和密封元件34與針對圖1的渦輪1描述的以及與圖3-10和13-15示出的支撐板、凸出元件和密封元件完全類似(并且也使用了相同的附圖標(biāo)記)，因此在此不再重新描述。

圖2的對置旋轉(zhuǎn)渦輪1還包括用于所述第一轉(zhuǎn)子盤2’和第二轉(zhuǎn)子盤2”中的每個的軸向級45’、45”。軸向級位于每個轉(zhuǎn)子盤2’、2”的徑向外周部分處。更具體地，相應(yīng)軸向級45’、45”的一系列的轉(zhuǎn)子葉片46’、46”從相應(yīng)轉(zhuǎn)子盤2’、2”的外周邊緣徑向延伸。相應(yīng)軸向級45’、45”的一系列的定子葉片47’、47”從殼體6的部分48朝旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”徑向延伸。轉(zhuǎn)子葉片46’、46”沿軸向方向位于定子葉片47’、47”的對面。

軸向級(例如上述類型的軸向級)還可以在圖1的渦輪機的實施例變型例(未示出)中設(shè)置。

在使用過程中，參照圖1的渦輪1，工作流體通過入口12進入到渦輪機中；工作流體膨脹，并將功傳遞到轉(zhuǎn)子葉片3上，最終穿過出口容積15離開渦輪1。機械功由轉(zhuǎn)子盤2通過軸5傳遞至發(fā)電機(未示出)。

考慮到徑向機的特征結(jié)構(gòu)，溫度曲線從入口朝出口、即沿徑向方向變化。這種溫度變化在支撐板17、37和凸出元件25、35上產(chǎn)生軸向溫度梯度。

徑向上位于更內(nèi)部的第一圓形部分29在相繼的第一圓形部分29之前被加熱；所述徑向上位于更內(nèi)部的第一圓形部分趨向于更多地膨脹，并且該膨脹被位于兩個第一圓形部分之間的第二圓形部分30的徑向壓縮吸收。隨著板17、37被漸進地加熱，該現(xiàn)象在整個支撐板17、37得以驗證，并且避免產(chǎn)生過多內(nèi)應(yīng)力。

圖11和12通過示例示出了支承定子葉片13的凸出元件24的幾何形狀變形。雖然支撐板17設(shè)置有在徑向上能夠(比第一圓形部分29)更多地變形的第二圓形部分30，但是支撐板17趨向于比接頭27和端部環(huán)28更少地徑向膨脹，使得在高溫條件(正常操作條件)下，環(huán)形帶26變形并且允許接頭27和端部環(huán)28膨脹(圖11：低溫構(gòu)造；圖12：操作條件下的構(gòu)造)。

圖13-15通過示例示出了密封元件34處發(fā)生的情況。從機器停止且冷卻的階段(圖13)開始經(jīng)過起動階段(圖14)到操作條件階段(圖15)。首先，(圖14)由于環(huán)形帶36的撓性，密封承載接頭38徑向膨脹，隨后轉(zhuǎn)子盤2膨脹，支撐板37也略微膨脹。在所有這些階段期間，本發(fā)明確保在密封元件34和環(huán)形起伏部39之間有最小間隙(δ1、δ2、δ3)。作為起動速度的函數(shù)的這樣的間隙只能相對于起動條件增加，從而確保在旋轉(zhuǎn)零件和固定零件之間沒有干涉。