BR112017021062B1

BR112017021062B1 - Turbina multiestágio preferencialmente para usinas de ciclo rankine orgânico orc

Info

Publication number: BR112017021062B1
Application number: BR112017021062-2A
Authority: BR
Inventors: Roberto Bini; Mario Gaia; Davide Colombo
Original assignee: Turboden S.p.A.
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2023-02-23
Also published as: US20180283177A1; JP2018513299A; RU2017131761A3; US10526892B2; HRP20231218T1; BR112017021062A2; JP6657250B2; EP3277929A2; CA2975968A1; RU2716932C2; CN107429567B; CA2975968C; WO2016157020A3; EP3277929B1; PL3277929T3; WO2016157020A2; CN107429567A; ES2959679T3; RU2017131761A

Abstract

TURBINA MULTIESTÁGIO PREFERENCIALMENTE PARA USINAS DE CICLO RANKINE ORGÂNICO ORC. Trata-se de uma turbina de um ciclo de Rankine orgânico ORC. A turbina compreende um eixo sustentado por pelo menos dois mancais e uma pluralidade de estágios axiais de expansão, definidos por matrizes de pás de estator alternadas com matrizes ou pás de rotor. As pás de rotor são mantidas por discos de sustentação correspondentes. Um disco de sustentação principal é acoplado diretamente ao eixo em uma posição externa em relação aos mancais, e os discos de sustentação remanescentes são travados ao disco de sustentação principal, e um ao outro em sucessão, mas não diretamente ao eixo. A solução proposta permite que uma configuração em balanço da turbina seja obtida ao mesmo tempo em que ainda tem uma pluralidade de estágios, até mais do que três, caso desejado. A turbina permite expandir o fluido de trabalho com alto salto de entalpia similar àquele obtenível pelas turbinas axiais multiestágio convencionais, que não são em balanço, ou por duas turbinas axiais acopladas, em que as outras condições são inalteradas. Alguns dos discos de sustentação remanescentes são travados ao disco de sustentação principal e se estendem em balanço a partir do mesmo (...).

Description

[001] CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a uma turbina projetada para operar preferencialmente em um ciclo Rankine orgânico (ORC) ou ciclos Kalina ou ciclos de vapor d'água.

[003] ESTADO DA TÉCNICA

[004] O acrônimo ORC "Ciclo Rankine Orgânico" usualmente indica ciclos termodinâmicos do tipo Rankine que usam um fluido de trabalho orgânico, que tem, tipicamente, uma massa molecular superior ao vapor d'água, em que o último é usado pela vasta maioria dos ciclos de potência Rankine.

[005] As usinas de ORC são frequentemente usadas para a produção combinada de energia elétrica e térmica a partir de biomassa sólida; outras aplicações incluem a exploração de calores residuais de processos industriais, calor recuperado a partir de motores principais ou fontes de calor geotérmicas ou solares.

[006] Por exemplo, uma usina de ORC alimentada com biomassa usualmente compreende:

[007] - uma câmara de combustão alimentada com biomassa combustível;

[008] - um trocador de calor fornecido para transferir parte do calor de vapores/ gases de combustão para um fluido de transferência de calor, tal como um óleo diatérmico, entregue por um circuito intermediário;

[009] - um ou mais trocadores de calor dispostos para transferir parte do calor do fluido de transferência de calor intermediário para o fluido de trabalho provocando, desse modo, o pré-aquecimento e evaporação do mesmo;

[010] - uma turbina alimentada pelo fluido de trabalho no estado de vapor; e

[011] - um gerador elétrico acionado pela turbina para produzir energia elétrica.

[012] No trocador de calor a jusante da câmara de combustão, o fluido de transferência de calor, por exemplo, óleo diatérmico, é aquecido até uma temperatura usualmente de cerca de 300 °C. O fluido de transferência de calor circula em um circuito fechado, que flui através do mencionado acima trocador de calor em que o fluido de trabalho orgânico evapora. O vapor de orgânico fluido se expande dentro da turbina produzindo, desse modo, energia mecânica que é, então, convertida em energia elétrica através do gerador conectado ao eixo da própria turbina. Conforme o fluido de trabalho vapor termina sua expansão na turbina, o mesmo é condensado em um condensador específico por transferência de calor para um fluido de resfriamento, usualmente água, usado a jusante da usina como um vetor térmico a cerca de 80 °C a 90 °C, por exemplo, para aquecimento urbano. O fluido de trabalho condensado é alimentado no trocador de calor em que o fluido de transferência de calor flui completando, desse modo, o ciclo de circuito fechado. Frequentemente, também há um regenerador que resfria o vapor na saída da turbina (antes da entrada do condensador) e pré-aquece o líquido orgânico a montante do pré- aquecedor/evaporador.

[013] A energia elétrica produzida pode ser usada para operar dispositivos auxiliares da usina e/ou pode ser introduzida em uma rede de distribuição de energia.

[014] Nas usinas de ORC caracterizadas por uma alta razão de expansão e um alto salto de entalpia do fluido de trabalho na turbina, a último deve ser, vantajosamente, dotada de três ou mais estágios, em que "estágio" significa uma matriz de pás de estator juntas com a respectiva matriz de pás de rotor.

[015] Conforme o número de estágios de turbina aumenta, também aumentam os custos e o projeto de engenharia e montagem se tornam mais e mais complicados, até um limite em que duas turbinas conectadas em série podem ser vantajosamente usadas para operar um único gerador. Portanto, em vez de aumentar o número de estágios de uma única turbina, por exemplo, até seis estágios ou mais, duas turbinas, ambas com três estágios, podem ser adotadas.

[016] Por exemplo, em uma usina projetada pelo Requerente para produzir 5 MW, em vez de usar uma única turbina axial de seis estágios projetada para uma rotação de 3.000 revoluções por minuto, o uso de duas turbinas axiais, uma de alta pressão e uma de baixa pressão, conectadas a um único gerador em lados opostos do mesmo pelo respectivo eixo, foi a opção.

[017] As soluções com múltiplas turbinas, tal como aquela descrita acima, envolvem diversos obstáculos técnicos e econômicos. A usina precisa ser dotada de diversas unidades de redução para acoplar as turbinas ao gerador (exceto no caso em que ad turbinas são dimensionadas de modo a permitir uma solução de acoplamento direto sem a necessidade de uma unidade de redução), mais válvulas para fluxo de entrada de vapor na turbina de baixa pressão em relação às válvulas de admissão de alta pressão, mancais duplos e vedações giratórias, invólucro duplo, eixo duplo, instrumentação dupla, um duto isolado que conecta fluidamente as turbinas, etc. Isso resulta em um aumento dos custos para produzir, ajustar e manter a usina, bem como dificuldades técnicas para alinhar, dar partida, parar e operar a usina.

[018] O Requerente propôs uma solução técnica intermediária entre adotar duas turbinas e produzir uma única turbina multiestágio. O Pedido de Patente WO 2013/108099 descreve uma turbina projetada especificamente para operar em um ciclo ORC, e que compreende estágios centrífugos radiais seguidos por estágios axiais. Em uma modalidade descrita, a turbina tem uma configuração em balanço, isto é, o eixo é sustentado por mancais dispostos no mesmo lado em relação aos discos de sustentação das pás de rotor.

[019] O documento US 2.145.886 descreve uma turbina radial que tem um único disco de sustentação ou discos de sustentação duplos, em que o último é instalado em balanço. Um primeiro disco (numeral de referência 14 na Figura 1) sustenta uma pluralidade de estágios na porção de rotação dupla da turbina; um segundo disco de sustentação (18) é acoplado ao primeiro disco e sustenta uma pluralidade de estágios na porção de rotação simples da turbina.

[020] O documento US 2.747.367 descreve uma turbina a gás dotada de um compressor axial multiestágio e uma turbina. Os eixos não são sustentados em balanço. Os discos de sustentação, ou os compressores de baixa e alta pressão e a turbina, são aparafusados entre si.

[021] Por exemplo em referência à Figura 3, o compressor de baixa pressão é denotado pelo numeral de referência 91. O eixo 88 é sustentado por três mancais 30, 128, 140 (Figuras 3 e 5). Há dois acoplamentos 101 e 102 (Figura 3) e os mesmos são descritos (coluna 3, linha 46) como flanges que se estendem externamente 101 e 102; os discos de rotor 92 são separados pelos ditos flanges.

[022] Em referência à Figura 4, o compressor de alta pressão é denotado pelo numeral de referência 152. O eixo 182 é sustentado por três mancais 168, 170, 180 (Figuras 3 e 4). Há dois acoplamentos 160 e 162 e os mesmos são descritos (coluna 4, linha 52) como apoios (placa de mancal) dos mancais 160 e 162; os discos de rotor 154 (Figura 4) são separados dos apoios dos mancais.

[023] Em referência à Figura 5, a turbina de alta pressão 68 compreende um único disco de sustentação travado ao eixo 182 do compressor de alta pressão, que é, por sua vez, sustentado por três mancais 168, 170 e 180 (Figuras 3 e 4).

[024] Em referência à Figura 5, a turbina de baixa pressão 74 compreende dois discos de rotor; um dos mesmos é travado ao eixo 88 que aciona o compressor de baixa pressão e o outro ao eixo 140. Os dois discos também são conectados entre si, para que a montagem completa seja sustentada por três mancais 30, 128 e 140 (Figuras 3 e 5).

[025] O documento GB 310037 descreve uma turbina Ljungstrom dotada de dois estágios axiais adicionais por cada turbina radial. Os dois rotores são instalados em balanço. Conforme descrito na página 2, linha 8, o disco de turbina consiste nas partes 3, 4 e 5 mostradas na Figura 1. Os estágios radiais 8 e 9 são instalados respectivamente nas partes 3 e 4 e, sendo simétricos entre si, não provocam a mudança da posição do centro de gravidade do sistema. Os estágios axiais 10 e 11 (dois na esquerda e dois na direita) são necessariamente instalados de modo a serem dispostos simetricamente em relação ao eixo geométrico central da máquina (página 1 linha 87 e o seguinte: “na Figura 1, A- A designa um plano em ângulos retos ao eixo geométrico de rotação 1 da turbina, plano em volta do qual a turbina é simétrica”). Além disso, os discos do não se estendem de forma anular de modo a serem capazes de acomodar um estator no vão entre dois discos adjacentes.

[026] O documento US 2.430.183 descreve uma turbina radial de rotação dupla que compreende uma turbina de reação em rotação contrária (discos 5 e 6 da Figura 1) e uma turbina de impulso em rotação contrária (discos 6 e 10). O disco mais externo 10, que na verdade não tem um formato de disco, faz com que o centro de gravidade seja deslocado para longe dos mancais dos eixos 3 e 4 provocando, desse modo, o aumento do momento.

[027] OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[028] É um objetivo da presente invenção fornecer uma turbina para ciclos Rankine ORC, dotada de discos de sustentação dos estágios de rotor dispostos em balanço em relação aos mancais de eixo, que pode ser dotada de uma pluralidade de estágios, até mais do que três, e que é de qualquer modo fácil para ser montada.

[029] Portanto, um primeiro aspecto da presente invenção se refere a uma turbina conforme definida na reivindicação 1 projetada para um ciclo Rankine orgânico ORC, ou, secundariamente, a ciclos Kalina ou de vapor d'água.

[030] Em particular, a turbina compreende um eixo sustentado por pelo menos dois mancais e uma pluralidade de estágios axiais de expansão, definidos por matrizes de pás de estator alternadas com matrizes ou pás de rotor.

[031] As pás de rotor são mantidas por discos de sustentação correspondentes.

[032] Diferente de soluções tradicionais, um dos discos de sustentação, doravante chamado disco de sustentação principal, é acoplado diretamente ao eixo, em uma posição externa em relação aos mancais, isto é, em uma área não intermediária entre os mancais, e os discos de sustentação remanescentes são travados ao disco de sustentação principal, e um ao outro em sucessão, mas não diretamente ao eixo. Em outras palavras, preferencialmente apenas o disco de sustentação principal se estende em direção ao eixo geométrico da turbina, até que o mesmo toque o eixo.

[033] A solução proposta permite uma configuração em balanço da turbina para ser mantida, em que as matrizes de pás de rotor são, na verdade, sustentadas pelo eixo embora em uma área externa em relação aos mancais, para que ainda seja possível ter uma pluralidade de estágios, até mais do que três, caso desejado. Portanto, a turbina pode ser projetada de modo a expandir o fluido de trabalho com um alto salto de entalpia, similar àquele obtenível pelas turbinas axiais multiestágio convencionais, que não são em balanço, ou por duas turbinas axiais acopladas, em que outras condições ficam inalteradas.

[034] Como descrito em detalhes posteriormente, a configuração em balanço de acordo com a presente invenção permite montar e desmontar a turbina em uma maneira bastante simples, tanto na etapa de construção como para manutenção. Sucintamente, os discos de sustentação das pás de rotor podem ser travados entre si todos de uma vez ou em grupos, no exterior da turbina, para serem, então, inseridos "em conjuntos" dentro da voluta antes de inserir também os eixos e os discos respectivos.

[035] Vantajosamente, pelo menos alguns, se não todos, os discos de sustentação remanescentes são travados ao disco de sustentação principal e se estendem em balanço no mesmo lado dos mancais que sustentam o eixo. Isso permite deslocar o centro de gravidade da porção giratória da turbina em direção aos mancais que sustentam a mesma. Conforme o número de discos de sustentação montados em balanço no disco principal aumenta, o centro de gravidade se desloca correspondentemente em direção ao sistema de mancal que sustenta o eixo.

[036] Por exemplo, o documento US 2.145.886 descreve uma turbina radial, e não axial, em que estágios adicionais do não deslocam o centro de gravidade da turbina na posição axial do primeiro estágio, isto é, em direção aos mancais. Além disso o segundo disco, denotado pelo número 18, sobretudo é uma segunda porção mais externa do disco 14 que não contribui para a formação de suficiente espaço para o estator entre dois discos consecutivos.

[037] O documento US 2.747.367 não descreve uma solução em que um disco de sustentação principal e outros discos travados ao mesmo são fornecidos, nem uma solução de montagem "em balanço".

[038] Opcionalmente, outros discos de sustentação são travados ao disco de sustentação principal e se estendem em balanço a partir do lado oposto dos mancais que sustentam o eixo. Claramente, conforme o número desses discos de sustentação aumenta, o centro de gravidade da porção giratória da turbina tende a se deslocar para longe dos mancais.

[039] Preferencialmente, todos os discos de sustentação, exceto o principal, são dotados de um grande furo central, isto é, os mesmos se estendem toroidalmente em volta de um furo central; o diâmetro do furo central é maior do que o diâmetro externo do eixo para que um volume expandido seja definido entre cada anel e o eixo. Esse volume, ou vão, pode ser explorado para alojar as partes do estator do apoio de uma vedação e mancais (permitindo, desse modo, que o mancal do lado da turbina seja alojado em uma posição próxima ao centro de gravidade do rotor) e para inserir o eixo através dos discos que tenham sido previamente encaixados na voluta e para manutenções, a fim de permitir a inserção de instrumentos, por exemplo, instrumentos de inspeção.

[040] Preferencialmente, os discos de sustentação são aparafusados entre si e o disco de sustentação principal é travado ao eixo por meio de um acoplamento selecionado dentre: um flange dotado de parafusos ou parafusos prisioneiros, uma engrenagem do tipo Hirth, um acoplamento cônico, um acoplamento cilíndrico com um perfil estriado ou chavetado. Preferencialmente, conforme explicado acima, durante a etapa de montagem o eixo pode ser inserido através dos discos/anéis de sustentação que, por sua vez, já estão inseridos na voluta da turbina; os mancais são montados em um momento posterior para completar a montagem.

[041] Na modalidade preferencial as matrizes de pás de rotor mais distantes do disco de sustentação principal no lado dos mancais são as de pressão alta, isto é, em que a expansão do fluido de trabalho começa.

[042] Na modalidade preferencial a turbina compreende pelo menos três discos de sustentação a montante do disco de sustentação principal e, no caso, um ou mais discos a jusante do último e estágios correspondentes de expansão do fluido de trabalho.

[043] Em outra modalidade da turbina, o primeiro estágio de expansão do fluido de trabalho é um estágio radial de tipo centrípeto ou centrífugo dependendo de se o fluido de trabalho se expande movendo-se em direção ao eixo geométrico da turbina ou para longe do mesmo, respectivamente. Nessa situação, o fluido de trabalho é desviado a fim de se expandir nos estágios axiais fornecidos a jusante do primeiro estágio. O desvio acontece em as, assim chamadas, pás angulares.

[044] Na modalidade preferencial a turbina compreende uma parte de estator, por exemplo, uma voluta de injeção do fluido de trabalho. As matrizes de pás de rotor são travadas à parte de estator, alternadas com as matrizes de pás de estator. A fim de facilitar a montagem da turbina, a parte de estator define um volume interno escalonado, em que os degraus são cortados de modo a formar diâmetros crescentes na direção de expansão do fluido de trabalho. Os degraus da parte de estator fornecem contato efetivo e sustentam as superfícies para as matrizes de pás de estator que podem ser facilmente fixadas aos mesmos, até mesmo um a um.

[045] Preferencialmente, cada um dos discos de sustentação compreende pelo menos uma porção flangeada que se projeta em balanço em direção à porção flangeada de um disco de sustentação adjacente para um acoplamento de topo. Os flanges unidos de dois discos de sustentação adjacentes, juntamente com a voluta, definem o volume em que as montagens de pá de turbina são confinadas e através do qual o fluido de trabalho se expande. Preferencialmente, um ou mais furos atravessantes são formados através da porção flangeada dos discos a fim de drenar qualquer líquido, tal como fluido de trabalho em fase líquida ou óleo lubrificante. A fim de limitar vazamentos de fluido de trabalho pressurizado durante operação normal, em uma variação estrutural, uma válvula de corte pode ser instalada em cada um desses furos, sendo que a válvula é configurada para:

[046] - fechar o furo respectivo enquanto a turbina está operando, isto é, quando o eixo está girando evitando, desse modo, que o vapor de fluido de trabalho passe através do mesmo,

[047] - abrir o furo quando a velocidade da turbina é reduzida (como a mesma dá partida ou para), para permitir que qualquer fluido líquido acumulado no volume entre os flanges e o eixo da turbina seja descarregado (o fluido de trabalho condensado ou óleo de lubrificação vazado das vedações mecânicas giratórias, ou mesmo água, caso presente).

[048] Claramente, para cada disco é possível fornecer mais válvulas dispostas circunferencialmente na porção flangeada a fim de manter o equilíbrio do disco durante a rotação.

[049] Preferencialmente, cada válvula compreende:

[050] - um membro de obstrução, por exemplo, uma esfera de metal, que pode ser inserido no respectivo furo atravessante obtido no flange do disco de sustentação, e

[051] - um membro de propensão elástico, por exemplo, uma mola, projetado para impelir constantemente o membro de obstrução em uma posição de furo aberto. A pré-carga do membro elástico é tal que a força centrífuga aplicada sobre o membro de obstrução quando o rotor alcança uma dada velocidade é superior à pré-carga do membro elástico, para que o furo seja mantido fechado quando a turbina estiver operando, e abra quando a turbina estiver operando em velocidade baixa ou estiver totalmente parada.

[052] Como uma alternativa, cada válvula compreende um membro de obstrução esférico e um respectivo alojamento, preferencialmente, um conjunto de folhas mantidas juntas por parafusos e dotadas de uma cavidade interna. O alojamento é parcialmente aberto em direção ao furo a ser interceptado, para que, pelo menos parte, do membro de obstrução possa se projetar a partir de seu próprio alojamento em direção ao furo. Um membro de sustentação elástico em balanço sustenta o alojamento; por exemplo, o alojamento é travado ao membro de sustentação elástico, por exemplo, uma folha elastomérica, por sua vez, fixada ao disco de sustentação próximo ao furo. Seguindo a flexão do membro elástico, o membro de obstrução intercepta o furo, desse modo, fechando o mesmo, ou o mesmo é movido para longe do mesmo para que o último seja mantido aberto.

[053] O Requerente reserva para registrar um pedido divisionário em relação a uma válvula de corte similar àquela descrita acima, que pode ser usada em discos de sustentação em outros tipos de turbina.

[054] Preferencialmente, uma ou mais passagens são obtidas através do disco de sustentação principal para a descarga do fluido de trabalho. Esses furos permitem que o fluido de trabalho vazado de labirintos instalados entre os rotores e as pás de estator passe através equalizando, desse modo, a pressão a montante e a jusante do próprio disco.

[055] Em uma modalidade pelo menos o primeiro estágio de turbina, isto é, o primeiro estágio através do qual o fluido passa na direção de expansão do mesmo, é radial centrípeto ou radial centrífugo. Especialmente no caso em que a porção radial compreende mais do que um estágio, essa solução tem um número ainda maior de estágios, em que as dimensões axiais da turbina que são iguais.

[056] Além disso, a adoção de uma ou mais matrizes de estator centrípetas ou centrífugas do tipo radial proporciona a vantagem de facilitar a adoção de estatores de passo variável logo nas primeiras matrizes, uma vez que as pás únicas podem girar em volta de eixos geométricos paralelos entre si (e paralelos ao eixo) e que não são orientados de outra forma, como em matrizes axiais. A instalação de um estator capaz de ser orientado e trabalhar como uma válvula poderia ser suficiente para fornecer essa função sem a necessidade de um estágio completo real.

[057] Preferencialmente, a turbina compreende uma voluta e a cabeça do eixo tem um diâmetro menor do que o diâmetro interno da voluta, para que o eixo possa ser inserido e retirado deslizando-se o mesmo para fora através da voluta.

[058] Em relação às vedações de turbina, preferencialmente uma das mesmas é definida por um anel que circunda o eixo e pode ser transladado a partir de um rebaixo obtido na voluta, a fim de se mover para contato de encontro a uma banda circular correspondente na cabeça do eixo, preferencialmente no disco principal, que nesse caso se estenderá até o eixo geométrico do rotor a fim de assegurar a vedação de fluido, ou, de outra forma, diretamente em um disco de sustentação. Essa solução é particularmente vantajosa para isolar o ambiente interno da turbina do ambiente externo durante etapas de manutenção.

[059] BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[060] No entanto, detalhes adicionais da invenção ficarão evidentes a partir da descrição a seguir feita em referência às Figuras anexas, em que:

[061] - A Figura 1 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma primeira modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção;

[062] - A Figura 2 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma segunda modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção;

[063] - A Figura 3 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma terceira modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção, em uma primeira configuração;

[064] - As Figuras 3A e 3B são ampliações de um detalhe da Figura 3, em duas configurações diferentes;

[065] - A Figura 4 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente da terceira modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção, em uma segunda configuração;

[066] - A Figura 5 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma quarta modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção, dotada de um primeiro estágio centrífugo radial de expansão;

[067] - A Figura 6 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma quinta modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção;

[068] - A Figura 7 é uma vista ampliada de um detalhe da Figura 6;

[069] - A Figura 8 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma sexta modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção;

[070] - A Figura 9 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma sétima modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção, dotada de um primeiro estágio centrípeto radial de expansão;

[071] - A Figura 10 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma oitava modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção, dotada de uma voluta escalonada;

[072] - A Figura 11 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma nona modalidade da turbina de acordo com a presente invenção, do tipo de fluxo duplo;

[073] - A Figura 12 é uma vista em corte esquemática simétrica axialmente de uma décima modalidade da turbina, de acordo com a presente invenção, do tipo de fluxo duplo;

[074] - A Figura 13 é um corte esquemático de uma primeira modalidade de uma válvula usada na turbina, de acordo com a presente invenção;

[075] - A Figura 14 é um corte esquemático de uma segunda modalidade de uma válvula usada na turbina, de acordo com a presente invenção;

[076] - A Figura 15 é uma vista em perspectiva de um membro da válvula mostrada na Figura 14.

[077] DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[078] A Figura 1 mostra uma primeira modalidade de uma turbina 1 de acordo com a presente invenção, que compreende um eixo 2, uma voluta 3 para injetar o fluido de trabalho a ser expandido e descarregar o fluido de trabalho expandido, e uma pluralidade de estágios de expansão que são, por sua vez, definidos por matrizes de pás de estator S alternadas com matrizes de pás de rotor R.

[079] Observando-se a Figura 1, os estágios mais distantes à esquerda são os de alta pressão e os estágios mais distantes à direita são os de baixa pressão.

[080] Os discos de sustentação numerados como 10, 20, 30, 40, 50 sustentam as pás de rotor. Os mancais 5 e 6 sustentam o eixo 2.

[081] Para os propósitos da descrição a seguir, a voluta 3, de maneira geral, significa os membros estacionários de sustentação da turbina 1. Como os técnicos do campo compreenderão, a voluta 3 pode ser formada, por sua vez, por diversos elementos.

[082] Deve ser observado que, nas Figuras anexas, labirintos são apenas mostrados esquematicamente. Na verdade, a fim de travar as partes que serão descritas, que, frequentemente, têm diâmetros diferentes, labirintos definidos, por sua vez, por superfícies que têm diâmetros diferentes têm que ser fornecidos.

[083] As pás de estator são fixadas à voluta 3 e, portanto, são estacionárias; as pás de rotor têm que girar integradas com o eixo 2. Isso é alcançado por uma disposição particular dos discos de sustentação 10 a 50 que permite obter uma configuração em balanço da turbina 1.

[084] Apenas um dos discos de sustentação, chamado disco de sustentação principal 10 por questão de simplicidade, é acoplado diretamente ao eixo 2, e no caso mostrado na Figura por meio de uma engrenagem H do tipo Hirth, enquanto os discos de sustentação remanescentes 20 a 50 são acoplados ao disco principal 10, mas não diretamente ao eixo 2, isto é, os mesmos do não tocam o mesmo.

[085] Em mais detalhes, como pode ser visto na vista em corte da Figura 1, na verdade os discos de sustentação 40, 30 e 20 dispostos a montante do disco principal 10 e do disco 50 disposto a jusante do disco 10 são anéis que têm extensão radial limitada, ou seja, os mesmos não se estendem até a proximidade do eixo 2.

[086] Um volume ou vão 4 é deixado entre os anéis 40, 30, 20, 10 e o eixo 2. O vão 4 é explorado para alojar as partes de estator do apoio da vedação 5' e os mancais 5 e 6 permitindo, desse modo, que a turbina seja projetada com o centro de gravidade em direção aos mancais, portanto, mais à esquerda do que o disco de sustentação principal 10, e para inserir o eixo da turbina 2 através dos discos 20, 30 e 40 previamente encaixados na voluta 3 e para permitir a inserção de ferramentas para manutenção.

[087] Na prática, cada um dos discos de sustentação 10 a 50 tem uma porção flangeada 7 que se estende em balanço em uma direção axial para alcançar um acoplamento de topo com a porção flangeada 7 de um disco adjacente. No exemplo mostrado na Figura as porções flangeadas 7 são aparafusadas entre si pelos parafusos 8, de modo a formar um conjunto de discos de sustentação 10 a 50 que gira integrado com o eixo 2.

[088] Como evidente, os parafusos 8 são dispostos circunferencialmente ao longo das porções flangeadas 7. Na seção entre dois parafusos, a porção de flange pode ser obtida a fim de aliviar o disco respectivo e reduzir o efeito de redução de carga no parafuso devido à presença de uma tensão de tração tangencial intensa que provoca um estrangulamento do disco, em relação ao valor de módulo de Poisson do material.

[089] A solução proposta proporciona a vantagem de permitir a disposição de mais estágios de expansão a montante do disco de sustentação principal 10, para que esses estágios sejam apenas sustentados em balanço pelo disco principal 10 e não sustentados diretamente pelo eixo. Os discos 20 a 40 e 50 não são travados diretamente ao eixo 2; pelo contrário, o único acoplamento fornecido é com o disco de sustentação 10 na cabeça do eixo 2, de qualquer modo no exterior dos mancais 5 e 6.

[090] As operações de montagem da turbina 1, que podem ser realizadas de duas formas, são, desse modo, notavelmente simplificadas.

[091] De acordo com uma primeira forma, o eixo 2 é inserido através dos discos 10 a 50 instalados previamente na voluta 3, isto é, o eixo 2 pode ser o último inserido na mesma com os respectivos mancais 5 e 6 (da esquerda para a direita olhando nas Figuras).

[092] De acordo com uma segunda forma, o eixo 2 e os discos 10 a 50 são pré-montados no exterior da voluta 3, para formar um conjunto para ser, então, inserido na voluta 3 todo de uma vez (da direita para a esquerda olhando nas Figuras). Subsequentemente, a vedação mecânica e os mancais 5 e 6 são, então, montados com um método de deslizar esses elementos no próprio eixo a partir da extremidade oposta ao disco principal 10.

[093] Embora os estágios a montante do disco 10 tenham configuração em balanço, o centro de gravidade da montagem dos elementos giratórios é ainda mais próximo ao mancal 6 ou mesmo entre os mancais 5 e 6, graças ao fato de que algumas partes da voluta 3 podem ser alojadas 4 no vão deixado pelo formato de anel dos discos de rotor 20, 30 e 40. Essa é uma característica importante a fim de diminuir a flexibilidade da montagem eixo-rotor permitindo, desse modo, alcançar uma operação 'rígida' do sistema, isto é, com a primeira velocidade crítica flexural alta o suficiente para ser maior do que a velocidade de rotação da turbina, por uma ampla margem. Claramente, caso o projetista forneça múltiplos discos a jusante do disco de sustentação principal 10 (à direita do disco 10 na Figura 1), o centro de gravidade tende a ser deslocado para longe da área dos mancais 5, 6 (o momento aumenta, o sistema se torna mais flexível, a primeira velocidade crítica flexural diminui). O número total de discos, as respectivas propriedades de geometria e massa sendo iguais, conforme o número de discos montados em balanço em direção ao sistema de mancais 5 e 6 aumenta, a posição do centro de gravidade das massas giratórias se move mais para mais perto do sistema de mancal 5 e 6 provocando, desse modo, o aumento da frequência Eigen flexural do sistema de rotor/mancal. A mudança da posição do centro de gravidade também faz com que o valor do momento de inércia em relação aos eixos geométricos baricêntricos ortogonais ao eixo geométrico de rotação mude. O valor desse elemento afeta a frequência Eigen e precisa ser levado em conta de acordo com os métodos de cálculo conhecidos na técnica.

[094] Além disso, a fim de minimizar a massa em balanço e, portanto, maximizar o valor da primeira velocidade crítica flexural da montagem de eixo- disco de sustentação, o projetista também pode decidir usar materiais mais leves comparados a ligas de ferro, tais como alumínio ou titânio, para fabricar as pás e/ou discos de sustentação.

[095] Caso fosse necessário realizar manutenção que exige que a vedação mecânica seja desmontada, quando a turbina está parada, é possível operar um anel de vedação 9 mostrado na Figura 2 provocando-se sua translação de uma superfície de contato correspondente na voluta 3 de modo a movê-lo em contato de encontro à cabeça do eixo 2. A vedação temporária permite manter o ambiente interno da turbina 1 isolado do ambiente externo durante a manutenção extraordinária e, portanto, impede que entre ar na turbina a partir do exterior ou, vice-versa, que o fluido de trabalho vaze para o exterior, dependendo da pressão dentro da turbina parada.

[096] Como uma alternativa, pode haver um anel vedação que desloca em um diâmetro maior, a vedação, quando na posição avançada, em contato de encontro a um dos discos de sustentação do rotor (preferencialmente o disco principal). Nesse caso, o eixo 2 pode ser liberado da engrenagem do tipo Hirth sem perder a vedação. Em uma configuração adicional possível, pode haver dois anéis de vedação 9, um em contato de encontro ao eixo 2 e o outro em contato de encontro ao disco de sustentação principal 10, respectivamente. Nesse caso, o dito primeiro anel é usado como um anel usado frequentemente, para ser usado quando a turbina atualmente para, e será dotado preferencialmente gaxetas de vedação de elastômero, enquanto que o segundo será usado raramente quando eventos não previstos ocorrerem, exigindo que o eixo 2 e a montagem mancal/manga de alojamento 5, 5 ', 6 seja desmontada. Graças ao anel duplo é possível, entre outras coisas, mudar a gaxeta de elastômero da vedação mais interna. O eixo 2 pode ser conectado ao disco principal que tem a engrenagem do tipo Hirth, por meio de parafusos (representados com o respectivo eixo geométrico de simetria) ou através de tirantes 70, conforme mostrado nas Figuras 6 e 7, para ser carregado de preferência hidraulicamente. Os tirantes 70 podem ser acessados a partir do lado dos mancais 5 e 6 e cada um compreende uma porca de anel 71, um encaixe hexagonal 72, um cilindro de centralização 73 e um corpo com rosca 74 que engrena em um furo correspondente do disco de sustentação principal 10.

[097] Essa operação é facilitada pelo uso de um sistema de fixação que fixa por meio de tirantes 11 para ser transladado a fim de bloquear os discos de sustentação 10 a 50 e impedir que os mesmos girem. Os tirantes 11 podem ser inseridos nos furos com rosca 41 formados no disco de sustentação 40. Preferencialmente, cada tirante 11 tem sua própria vedação para impedir que o fluido de trabalho vaze para fora da turbina através da própria superfície de contato do tirante 11.

[098] Uma vez inserido nos furos correspondentes 41, os tirantes 11 são fixados à voluta 3 de modo a manter bloqueados os discos de sustentação 10 a 50 em relação à voluta 3, permitindo, desse modo, que o anel 9 contate de encontro à cabeça do eixo 2 ou ao disco principal 10 obtendo, desse modo, a vedação durante as etapas de manutenção.

[099] Considerando-se novamente a montagem da turbina 1 e em referência à modalidade mostrada na Figura 2, é possível formar um conjunto de componentes, conforme descrito agora. A pré-montagem é realizada no exterior da voluta 3, de acordo com a ordem a seguir: [100] a. o primeiro estator S à extrema esquerda; [101] b. o rotor R no disco de sustentação 40; [102] c. o segundo estator S; [103] d. o segundo rotor R no disco de sustentação 30, e conectando-se os discos 30 e 40 por meio dos parafusos 8 nas superfícies flangeadas opostas 7; [104] e. o terceiro estator S; [105] f. o terceiro rotor R no disco de sustentação 20, e conectando-se os discos 20 e 30 por meio dos parafusos 8 nas superfícies flangeadas opostas 7; [106] g. o quarto estator S; [107] h. o quarto rotor R no disco de sustentação 10, e conectando-se os discos 10 e 20 por meio dos parafusos 8 nas superfícies flangeadas opostas 7; [108] i. o quinto estator S; [109] j. o quinto rotor R no disco de sustentação 50, e conectando-se os discos 10 e 50 por meio de parafusos 8 nas superfícies flangeadas opostas 7, e assim por diante caso haja um número maior de estágios. [110] Os estatores S são fixados à porção 31 'da voluta 3 por parafusos, ou por meio de outras técnicas conhecidas, por exemplo, engatando-se as pás em ranhuras especiais obtidas na voluta 3. [111] Esse conjunto pré-montado de componentes é, então, inserido na voluta 3. Nesse ponto, o eixo 2 é inserido através dos próprios discos 20 a 50 e ao longo da trajetória fornecida, então, os mancais 5 e 6 são posicionados e mantidos em posição por espaçadores (não mostrados). [112] No disco de sustentação principal 10 há um ou mais furos atravessantes 12 para permitir equilibrar as pressões entre as porções a montante e a jusante do próprio disco 10. [113] A Figura 3 mostra uma terceira modalidade da turbina 1, que difere daquela mostrada na Figura 2 devido a ser dotada de válvulas de corte 13 posicionadas nos flanges 7 dos discos 10 a 50. Mais em detalhes, os flanges 7 dos discos 10 a 50 são perfurados, isto é, uma pluralidade de furos atravessantes 14 é formada circunferencialmente nos mesmos. Cada um dos furos atravessantes 14 é interceptado por uma válvula 13. [114] As válvulas 13 compreendem um elemento de obstrução 15 para obstruir o respectivo furo 14; no exemplo mostrado nas Figuras o mesmo é uma esfera de metal 15. Uma mola 16 empurra o elemento de obstrução 15 para longe do furo 14 a fim de abrir a passagem. A força elástica da mola 16 é contrariada pela força centrífuga aplicada sobre a esfera 15 quando os discos 10 a 50 estão girando. A pré-carga da mola 16 é selecionada especificamente para que, quando a turbina 1 estiver operando a uma velocidade igual ou superior a uma dada velocidade intermediária, os furos 14 sejam mantidos fechados. [115] Em vez disso, as válvulas de corte 13 abrem automaticamente os furos 14 quando a turbina gira em uma velocidade inferior à dita velocidade intermediária, para permitir a descarga do fluido de trabalho em fase líquida possivelmente retido no vão 4, ou a descarga de óleo lubrificante possivelmente vazado da vedação rotativa da turbina. [116] Em particular, nas Figuras 3 e 3B a turbina está parada, as válvulas 13 estão abertas (o tirante 11 está engatado no disco 40 e bloqueia o mesmo). Nas Figuras 3A e 4 as válvulas 13 estão fechadas (a turbina está girando a uma velocidade superior à velocidade intermediária ou à velocidade nominal). [117] A Figura 4 mostra a mesma turbina da Figura 3, mas com as válvulas 13 fechadas. [118] A Figura 5 mostra uma quarta modalidade da turbina 1 que é diferente das anteriores devido ao primeiro estágio de expansão ser centrífugo radial e o segundo estágio compreender uma matriz de pás de estator angulares que desviam o fluxo na direção axial. Os estágios remanescentes são axiais como em modalidades descritas previamente. [119] Em particular, adicionando-se pelo menos uma montagem de pá de estator radial é possível dispor um sistema para variar ou interceptar o fluxo, por exemplo, um sistema de pás de passo variável reduzindo, desse modo, os custos em relação ao sistema de pá de estator axial. [120] A Figura 6 mostra uma modalidade com um eixo sólido 2. O eixo 2 é acoplado ao disco de sustentação principal 10 pela engrenagem do tipo Hirth e uma pluralidade de tirantes 70, que são mostrados como ampliados na Figura 7. A turbina compreende um anel de vedação 9' que translada a partir da voluta 3 e tem um diâmetro maior em relação ao anel 9 mostrado na Figura 2. O anel 9' se move em contato de encontro ao disco de sustentação principal 10 a fim de obter a vedação. [121] Embora não mostrado nas Figuras anexas, em uma modalidade da turbina pode haver tanto as vedações que transladam 9 e 9' para serem usadas alternativamente, ou em combinação, para manutenção. [122] A Figura 8 mostra uma modalidade com um eixo oco 2. Um tirante 2 é disposto em seu interior e é aparafusado ao disco de sustentação principal 10. O mesmo é uma solução alternativa para bloquear a engrenagem do tipo Hirth. [123] A Figura 9 mostra ainda outra modalidade em que o primeiro estágio de expansão é radial centrípeto. Nesse caso, as pás angulares são pás de rotor sustentadas pelo disco 40. [124] A Figura 10 mostra ainda outra modalidade em que a voluta 3 compreende um anel interno 31 ranhurado, isto é, escalonado. As matrizes de pás de estator S são, cada uma, fixadas a um anel de acoplamento correspondente 32 a 35 para ser acoplado ao anel interno ranhurado 31. [125] Na prática, os anéis de acoplamento 32 a 35 podem ser aparafusados sucessivamente um a um, em sucessão, ao anel interno ranhurado 31 em um degrau do mesmo. O aparafusamento é realizado no exterior da turbina e, finalmente, o anel 31 com as matrizes de estator S, os discos de sustentação 10 a 50 e o rotor R é inserido na voluta 3 e fixado à mesma. [126] O conjunto pré-montado composto do anel 31 com as matrizes de estator S, os discos de sustentação 10 a 50 e as matrizes de rotor R pode ser simplesmente aparafusado à voluta 3. [127] A Figura 11 mostra uma modalidade adicional da turbina 1, caracterizada por ser do tipo de fluxo duplo. A entrada de fluido de trabalho é, preferencialmente, no plano médio do disco de sustentação principal 10. O numeral de referência 36 denota um anel para ser acoplado ao anel interno 31 da voluta 3. O anel 31 é fixado da direita para a esquerda, e, então, aparafusado, à voluta 3. O anel de acoplamento 36 inclui duas matrizes de estator dividido simétrico S, que desvia o fluxo de fluido de trabalho em lados opostos. As matrizes de estator S e de rotor R remanescentes são alternadas em uma forma especular simétrica em relação ao disco de sustentação principal 10. Uma passagem P é fornecida entre o anel 36 e os discos de sustentação 10 e 20 a fim de impedir desequilíbrios de pressão. Isso permite que o centro de gravidade da parte de rotor da turbina seja exatamente no disco de sustentação principal 10. [128] A Figura 12 mostra uma décima modalidade da turbina, similar à anterior, mas diferente pelo fato de que seguindo a primeira matriz de estator S em que o fluido de trabalho entra, duas matrizes de rotor R especulares são fornecidas, as quais desviam axialmente o fluxo, em lados opostos. Essas matrizes de rotor R são ambas sustentadas pelo disco de sustentação principal 10. [129] O diagrama de montagem das turbinas mostradas nas Figuras 11 e 12 é similar àquele descrito para as outras modalidades. [130] As Figuras 14 e 15 mostram uma configuração possível das válvulas de corte 13 dotadas de um corpo 131 em que um elemento de obstrução 15 é montado, por exemplo, um cilindro que tem uma extremidade esférica capaz de deslizar radialmente no pino de sustentação 133 e contrariada por uma mola 16. O elemento de obstrução 15 é móvel radialmente para interceptar ou desobstruir o furo 14 obtido na porção flangeada 7 do disco de sustentação respectivo 10 a 50. O corpo 131 tem uma porção com rosca 132 para ser aparafusado no furo 14. [131] Uma modalidade adicional da válvula de corte 13 é mostrada na Figura 13. Uma esfera de obstrução 15 é instalada dentro de um conjunto de folhas 135 mantidas juntas por pinos rebitados 136 ou parafusos. A esfera 15 pode transladar livremente tendo um jogo dentro do espaço criado pelo conjunto de folhas 135 sendo, desse modo, capaz de encaixar quando a força centrífuga pressiona a mesma de encontro ao furo 14. A folha 137 sustenta elasticamente a montagem de folhas 135 e a esfera 15. As folhas 138 atuam como espaçadores. Os pinos 139 têm função de centralização do parafuso de fixação 140 nos respectivos furos 142 (para os pinos) e 141 para o parafuso 140. [132] A Figura 13 mostra a válvula não montada no respectivo disco. Quando a turbina está girando em uma velocidade inferior em relação à dita intermediária (definida acima), a mola de folha 137 e os espaçadores 138 mantêm a esfera 15 longe do furo 14. Quando a velocidade é superior, a mola de folha 137 dobra e a esfera de obstrução 15 contata de encontro ao furo 14 obstruindo, desse modo, o mesmo. O projetista pode modificar a elasticidade da mola 137 e 16 juntamente com a massa do sistema móvel, a fim de determinar o valor da velocidade intermediária em que a própria válvula é operada.

Claims

1. Turbina (1) de um ciclo Rankine orgânico ORC, ou ciclo Kalina ou ciclo de vapor d'água, que compreende um eixo (2) sustentado por pelo menos dois mancais (5, 6), uma pluralidade de matrizes de pás de rotor (R) e discos de sustentação correspondentes (10 a 50), e uma pluralidade de matrizes de pás de estator (S), em que um (10) dos ditos discos de sustentação (10 a 50), chamado disco de sustentação principal, é acoplado diretamente ao eixo (2) em uma posição externa em relação aos mancais (5, 6), e os discos de sustentação remanescentes (20 a 50) são travados ao primeiro disco de sustentação (10), e um ao outro em sucessão, mas não diretamente ao eixo (2), caracterizada por pelo menos alguns (20 a 40) dos discos de sustentação remanescentes serem travados ao disco de sustentação principal (10), por se estenderem em balanço a partir da mesma parte dos mancais (5, 6) que sustentam o eixo (2), para que que os conjuntos de pás do rotor (R) e os conjuntos de pás do estator (S) definam estágios axiais de expansão, e o centro de gravidade da parte de rotor da turbina (1) seja mais deslocado em direção aos mancais (5, 6) em relação à posição do centro de gravidade do disco de sustentação principal (10) isolado, ou pelo menos coincidente com o mesmo.

2. Turbina (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por pelo menos alguns (50) dos discos de sustentação remanescentes serem travados ao disco de sustentação principal (10), por se estenderem em balanço em uma direção oposta aos mancais (5, 6) que sustentam o eixo (2), para que o número de estágios de turbina (1) seja aumentado.

3. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por os discos de sustentação (20 a 50), exceto o principal (10), serem dotados de um furo central, isto é, os mesmos serem anéis, para que entre cada anel e o eixo (2) um vão (4) seja definido e estendido conforme necessário para alojar componentes do estator, tais como vedações e mancais (5, 6) e as respectivas mangas de alojamento (5') bem como a parte central da voluta (3).

4. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por os discos de sustentação (10 a 50) serem aparafusados entre si e o disco de sustentação principal (10) ser travado ao eixo por meio de um acoplamento selecionado dentre: um flange, parafusos ou parafusos prisioneiros, engrenagem do tipo Hirth (H), um acoplamento cônico, um perfil estriado ou chavetado, um ou mais acoplamentos cilíndricos, para serem montados em condições de óleo pressurizado.

5. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por as matrizes de pás de rotor (R) mais distantes do disco de sustentação principal (10) no lado dos mancais (5, 6) serem as de pressão alta.

6. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por a série, ou conjunto, de discos de sustentação (10 a 50) é pré-montada no exterior da turbina (1) e é instalada dentro da turbina toda de uma vez.

7. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por compreender uma parte de estator, por exemplo, uma voluta (3), à qual as matrizes de pás de estator (S) são travadas alternadas com as matrizes ou pás de rotor (R), em que a parte de estator define um sólido de revolução (31) dotado de uma superfície interna escalonada e cada matriz de pás de estator (S) é fixada a pelo menos um dos ditos degraus por anéis (32 a 35) e, nesse caso, os discos de sustentação (10 a 50) podem ser inseridos na parte de estator também um a um.

8. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por cada um dos discos de sustentação compreender pelo menos uma porção flangeada (7) que se projeta em balanço em direção à porção flangeada (7) de um disco de sustentação adjacente para um acoplamento de topo, e que compreende um ou mais furos atravessantes (14) que passam através da dita porção flangeada (7), e uma válvula de corte (13) de cada furo (14), sendo que a válvula de corte é configurada para: - fechar o furo (14) durante a operação da turbina (1) e, desse modo, evitar a passagem de fluido de trabalho, - abrir o furo (14) quando a turbina (1) gira lentamente ou está parada, a fim de permitir a descarga de fluido de trabalho que poderia ser acumulado no volume (4) adjacente aos flanges (7), em fase líquida, ou a descarga de óleo lubrificante que poderia ser vazado através das vedações da turbina (1).

9. Turbina (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por cada válvula (13) compreender: - um membro de obstrução (15) para obstruir o furo atravessante (14) obtido no flange (7) do disco de sustentação respectivo (10 a 50), e - um membro de propensão elástico (16, 137) projetado para impelir o membro de obstrução (15) em uma posição de furo aberto (14), e em que a pré-carga do membro elástico (16, 137) é tal que a força centrífuga aplicada sobre o membro de obstrução (15) quando a turbina está operando é superior à pré-carga do membro elástico (16), para que o furo (14) ainda fique fechado quando a turbina (1) estiver operando na velocidade nominal, e abra quando a turbina (1) estiver parada ou operando em velocidade baixa.

10. Turbina (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por cada válvula (13) compreender: - um membro de obstrução esférico (15); - um alojamento para o membro de obstrução (15), preferencialmente um conjunto de folhas (135) que define uma cavidade interna, que é parcialmente aberta em direção ao furo (14) para que pelo menos uma parte do membro de obstrução (15) possa se projetar a partir do próprio alojamento em direção ao furo (14); - um membro de sustentação elástico (137) para sustentar o alojamento, em que o alojamento é travado ao membro de sustentação elástico (137), por exemplo, uma folha elastomérica, por sua vez, fixada ao disco de sustentação próximo ao furo (14), e em que seguindo a flexão do membro elástico (137), o membro de obstrução (15) intercepta o furo (14) ou é movido para longe do mesmo para que o último seja mantido aberto.

11. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada por, através do disco de sustentação principal (10), uma ou mais passagens (12) serem obtidas para equilibrar a pressão a montante e a jusante do mesmo disco principal (10) e os ditos furos são posicionados em um diâmetro maior do que um anel de vedação (9'), caso presente.

12. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada por o primeiro estágio de turbina, na direção de expansão do fluido de trabalho, ser radial centrípeto ou radial centrífugo.

13. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada por compreender pelo menos três discos de sustentação (20 a 40) a montante do disco de sustentação principal (10) e, no caso, um ou mais discos (50) a jusante do último, e estágios correspondentes de expansão do fluido de trabalho.

14. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que a turbina é caracterizada por compreender uma voluta (3) e a cabeça do eixo tem um diâmetro menor do que o diâmetro interno da voluta, para que o eixo possa ser retirado deslizando-se o mesmo para fora através da voluta (3).

15. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada por compreender pelo menos uma vedação (9, 9') definida por um anel que circunda o eixo (2) e pode ser transladada de um rebaixo obtido em uma voluta (3) ou outro membro estacionário (5'), a fim de se mover para contato de encontro a uma correspondente superfície de contato circular obtida na extremidade do eixo, sendo que a superfície de contato é projetada para ser acoplada ao disco de sustentação principal (10) ou de outra forma de encontro a um dos discos de sustentação (10 a 50), preferencialmente, o disco de sustentação principal (10).

16. Turbina (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada por ser do tipo de fluxo duplo, que compreende uma pluralidade de estágios de expansão em ambos os lados de um dos discos de sustentação (10 a 50), e em que o fluido de trabalho começa a se expandir em tal disco de sustentação através de uma entrada radial e é desviado axialmente em dois fluxos nas partes opostas do dito disco de sustentação.

17. Turbina (1), de acordo com a reivindicação 16, caracterizada por o fluido começar a se expandir no disco de sustentação principal (10) através de uma entrada radial e ser desviado axialmente em dois fluxos, nas partes opostas do dito disco de sustentação principal (10).

18. Turbina (1), de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizada por compreender uma cavidade anular (P) que comunica fluidamente a saída do primeiro estator (S) a montante do disco de sustentação em que o fluido começa a se expandir, com a saída do primeiro estator (S) a jusante do próprio disco de sustentação.

19. Turbina (1), de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizada por o primeiro estágio de expansão (R) através do qual o fluido passa ser do tipo radial centrípeto, com um rotor de fluxo duplo (10) conectado ao disco de sustentação.

20. Usina de ciclo Rankine ORC ou usina de ciclo Kalina ou ainda usina de ciclo de vapor d'água caracterizada por compreender uma Turbina (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19.