CN106255805B - 径向涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种径向涡轮机，包括：固定壳体；至少一个转子盘，其安装在壳体中并且具有安装在其正面上的转子叶片；多个凸出元件，其从壳体凸出并且终止于转子盘附近，其中凸出元件包括作用在转子盘上并操作性地作用在转子盘的背面上的密封元件或径向插置在转子盘的转子叶片之间的定子叶片；至少一个支撑板，其支承凸出元件并且安装在壳体中。支撑板在转子盘对面径向延伸并且包括与旋转轴线同心的多个第一圆形部分和径向地插置在第一圆形部分之间的多个第二圆形部分。第一圆形部分中的至少若干个支承凸出元件，第二圆形部分比第一圆形部分沿径向方向更易于变形，以便在支撑板受到热梯度作用时允许第一圆形部分之间相对运动。

Description

径向涡轮机
技术领域
本发明的主题是径向涡轮机。径向涡轮机是指这样的涡轮机：其中，主要相对于所述涡轮机的旋转轴线沿径向方向引导流体(涡轮机利用该流体交换能量)的流动。本发明既适用于驱动涡轮机(涡轮)又适用于工作涡轮机(压缩机)。
优选地但不排他地，本发明涉及用于产生电能和/或机械能的径向类型的膨胀涡轮。
优选但不排他地，本发明涉及在用于通过蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环(ORC)产生能量的装置中使用的径向膨胀涡轮。
优选但不排他地，本发明涉及径向离心或“流出”类型的膨胀涡轮，该术语指的是流体流被从中心朝涡轮的外周径向引导。
背景技术
同一申请人的公开文件WO2012/143799示出了一种膨胀涡轮，该膨胀涡轮包括具有轴向入口和径向外周出口的固定壳体、安装在壳体中并且能够围绕相应的旋转轴线旋转的单个转子盘、安装在转子盘的正面并且围绕旋转轴线布置的环形的多个系列的转子叶片、和安装在壳体上的环形的多个系列的定子叶片，所述定子叶片面对转子盘并且与转子叶片径向交替布置。
公开文件WO2013/108099示出了一种用于朗肯循环中有机流体的膨胀的涡轮，该涡轮设置有沿径向方向彼此交替布置的定子叶片和转子叶片的构造。沿正面方向获得涡轮中的蒸汽供应。在涡轮的以高压限定的第一区段中，沿基本径向方向提供工作流体的第一膨胀。在以低压限定的第二区段中，沿基本轴向方向提供工作流体的第二膨胀。定子叶片由涡轮的外壳体支撑。
涡轮机的特征通常在于进入流体的条件(压力和温度)与离开时该流体的条件不同。在像WO2012/143799和WO2013/108099描述的膨胀涡轮(驱动涡轮机)中，入口流体处于压力和温度高于出口处的流体的压力和温度的条件。相反，在工作涡轮机中，入口处的压力和温度低于出口处的压力和温度。
当涡轮机以正常条件操作时，入口和出口之间的温差产生温度梯度，该温度梯度在受影响部件中引起机械应力。确实，一个部件的经受更高温度的部分倾向于比该部件的处于更低温度的部分膨胀得更多，并且由于所述部分彼此成一体，这产生内应力。
在以低温机器条件起动的步骤中，该情况甚至更为严重。在该情况中，具有低热惯性和高换热的部件(例如转子叶片或定子叶片)与具有高热惯性的部件(例如定子盘、隔膜或壳体)之间产生内应力；这种应力可能比机器在正常操作条件时产生的应力高很多。
此外，相对于具有低热惯性的部件(通常是旋转零件)而言，具有高热惯性的部件(通常是固定零件)倾向于在较长时间段内更少地变形，这可能引起损害性干涉/咬粘，并且在一些情况中，甚至可以引起机器零件的塑性变形和/或所述部件之间间隙和/或工作流体通路尺寸的不希望的变化。因此，在低温和高温机器条件下都不能确保这种间隙，这种间隙的尺寸被设定为最小(几十毫米的数量级)以便避免通过泄漏造成的损失，该损失负面地影响机器的效率(旁通旋转零件的流体对能量交换不起作用)。
如上所述，通常运动零件比固定零件具有更低的热惯性，因此，必须以足够缓慢的方式进行机器的起动/加热步骤，以确保不产生干涉/咬粘。已知类型的涡轮机的起动通常从最少约半小时到超过三小时变化。
已知用于通过交替布置高挠性元件控制热梯度情况下的应力的系统，以便允许相对运动，从而保持足够低的应力。
为了避免间隙的干涉/消除问题，如今已知多种解决方案，但是所有这些解决方案可以总结成两类：第一类，靠近旋转零件的固定零件以区段形成并且通过弹簧系统和压力平衡保持就位；第二类，固定零件由“更软的”材料制成并且允许旋转零件使固定零件“变形”，从而避免实际咬粘。两类已知解决方案都具有缺点：在第一类情况下，必须容忍因零件之间不理想的定中导致的更大的间隙；而在第二类情况下，反复接触导致间隙的较早劣化。
发明内容
在这样的背景下，申请人已经观察到，上述涡轮机可以在不同方面得到改进，尤其是为了避免因温度梯度产生高机械应力以及为了允许快速起动涡轮机。
特别地，申请人认为需要：
·在存在甚至可能是较高的温度梯度的情况下，显著降低在正常操作条件中和起动期间都运行的涡轮机的固定零件中的机械应力；
·显著降低涡轮机的起动/加热时间；
·避免消除固定零件和旋转零件之间的间隙。
申请人发现，可以通过将紧密靠近运动零件运行的固定零件安装在支撑板上实现上述目的，在热梯度的作用下，所述支撑板至少在其环形部分处自由地径向变形。
在本发明和所附权利要求中，形容词“轴向的”意图限定沿平行于涡轮机的旋转轴线“X-X”定向的方向。形容词“径向的”意图限定从旋转轴线“X-X”垂直延伸、像半径那样定向的方向。形容词“圆周的”指的是与旋转轴线“X-X”同轴的圆周的切线方向。
更特别地，根据第一方面，本发明涉及一种至少部分地径向和/或径向-轴向的涡轮机，其包括：
固定壳体；
至少一个转子盘，所述至少一个转子盘安装在壳体中并且具有至少安装在其正面上的转子叶片，其中转子盘能够在壳体中围绕相应的旋转轴线旋转；以及在转子盘的外周上的可能的轴向叶片；
多个凸出元件，所述多个凸出元件从壳体凸出并且终止于转子盘附近；
至少一个支撑板，所述至少一个支撑板支承所述凸出元件并且安装在壳体中；
其中，所述至少一个支撑板在转子盘对面(cross from)径向延伸；
其中，所述支撑板包括：
多个第一圆形部分，所述多个第一圆形部分与旋转轴线同心，其中，所述第一圆形部分中的至少若干个支承所述凸出元件；
多个第二圆形部分，所述多个第二圆形部分径向地插置在第一圆形部分之间；
其中，第二圆形部分比第一圆形部分沿径向方向更易于变形，以便在支撑板受到热梯度作用时允许第一圆形部分之间相对运动。
申请人已经证实，所要求保护的解决方案允许显著降低在凸出元件被约束的壳体部分中产生的内应力的大小。这是由于第二圆形部分吸收/缓冲由更热的零件所承受的相对于更冷的零件所承受的变形而言更多的变形。例如，如果流体流在涡轮机的径向上位于更内部的零件处更热并且然后向外渐进地冷却，则更热的径向上位于更内部的第一部分比径向上位于更外部的第一部分更多地膨胀。径向上位于更内部的第一部分的膨胀决定了更具挠性的第二部分的径向压缩，这避免在处于不同温度的两个径向相继的第一部分之间产生过多应力。如果流体流在涡轮机的径向上位于更内部的零件处更冷并且然后向外渐进地加热，则更冷的径向上位于更内部的第一部分趋向于保持其尺寸，而更热的径向上位于更外部的第一部分膨胀。径向上位于更外部的第一部分的膨胀决定了更具挠性的第二部分的径向膨胀，这避免在处于不同温度的两个径向相继的第一部分之间产生过多应力。
此外，申请人已经证实，所要求保护的解决方案允许从壳体凸出的凸出元件在热梯度的作用下遵循具有低热惯性和高换热性的部件(像转子叶片)的径向变形径向运动，因此不产生危险的干涉。如果从壳体凸出的凸出元件被直接约束到壳体的壁上或者被直接约束到安装在壳体中的实心盘上，则将不允许凸出元件的这种运动充分地进行。
申请人已经证实，相比已知机器，能够明显更快地执行该涡轮机的起动，即起动从最少约5分钟，直到最多约半小时。
申请人还已经证实，这种解决方案在结构上简单且较便宜，并且允许涡轮机的简单且快速的组装。
在一个方面，第二圆形部分中的每个包括至少一个挠性体，该挠性体具有横向于径向方向的主延伸部以便适于径向弯曲。
优选地，第二圆形部分中的每个包括多个挠性体。
优选地，支撑板是优选通过移除材料和/或通过模制获得的单件(挠性体与第一部分一体地制成)。
每个挠性体在连接于其上的第一部分(一个位于径向内部，另一个位于径向外部)因温度梯度以不同方式径向膨胀时趋向于弯曲。
在一个方面，每个挠性体是连接两个径向相继的第一圆形部分的臂部。
优选地，每个臂部基本位于垂直于旋转轴线的平面中，并且在其变形/弯曲时在所述平面中运动。这确保凸出元件的有限运动(因热梯度)总是平行于转子盘的正面发生。
优选地，每个臂部沿圆周方向延伸。
优选地，每个臂部圆周地相继布置。
优选地，每个臂部是弯曲的。
优选地，每个臂部相对于圆周方向倾斜。
优选地，每个第二部分具有至少一个系列的臂部，其中所述臂部圆周地相继布置。
臂部的数目、形状、布置和尺寸的选择允许使第二部分的径向刚度适应特定需要。
在一个方面，第二圆形部分具有贯穿支撑板的贯通开口。贯通开口使第二部分比第一部分更易于径向变形。贯通开口使支撑板更轻并且有助于降低其热惯性。
优选地，所述贯通开口界定所述挠性体/臂部。
优选地，每个臂部由两个或更多个相邻的贯通开口界定。
优选地，所述贯通开口是狭槽。
优选地，所述狭槽相对于径向方向倾斜。
优选地，所述狭槽是弯曲的。
优选地，所述狭槽沿圆周方向为大体长形的。
优选地，所述狭槽中的每个沿圆周方向延伸。
优选地，所述狭槽相对于圆周方向倾斜。
优选地，每个第二部分具有至少一个系列的狭槽，其中所述狭槽圆周地相继布置。
优选地，每个第二部分具有至少两个系列的狭槽，其中每个系列的狭槽圆周地相继布置。
优选地，两个不同系列的狭槽成角度地偏置。
在一个方面，所述至少一个挠性体是基本圆柱形或圆锥形的壁。
优选地，所述基本圆柱形或圆锥形的壁与旋转轴线同轴。
在沿轴向平面(包含旋转轴线的平面)的每个剖面中，基本圆柱形或圆锥形的壁的变形和弯曲发生在所述轴向平面中。
优选地，在沿轴向平面的剖面中，支撑板具有至少一个蛇形区段，所述至少一个蛇形区段限定至少一个基本圆柱形或圆锥形的壁。
优选地，蛇形区段由在支撑板的两个表面上获得的空腔限定。
变形以类似蛇的波形运动的方式发生。
在一个方面，第一部分是实心环。
优选地，所述实心环具有垂直于旋转轴线的相对表面。
在一个方面，凸出元件包括密封元件。
优选地，密封元件作用在转子盘上。
优选地，密封元件操作性地作用在转子盘的背面上。
支撑板面对转子盘的背面，该背面与支承转子叶片的正面相对，并且支撑板支承作用在转子盘上的密封元件。
密封元件的安装目的在于降低因转子盘的背部和涡轮机的固定零件之间的泄漏损失导致的能量损失。密封元件使从涡轮机的入口趋向于泄漏到转子盘的背部中的流体流率最小化。
优选地，密封元件作用在转子叶片和定子叶片之间。
在一个方面，涡轮机包括定子叶片和单个转子盘，所述定子叶片相对于壳体固定并且径向地插置在转子盘的转子叶片之间。
在一个方面，凸出元件包括定子叶片，该定子叶片径向地插置在转子盘的转子叶片之间。
支撑板面对转子盘的正面并且支承定子叶片。
在一个方面，涡轮机包括具有相面对的正面和径向交替的转子叶片的两个对置旋转转子盘。在该情况中，没有定子叶片。
优选地，对置旋转涡轮机包括两个支撑板。每个支撑板面对相应的转子盘的背面，该背面与支承转子叶片的正面相对，并且每个支撑板支承作用在所述转子盘上的密封元件。
在一个方面，涡轮机包括至少一个轴向级，所述至少一个轴向级相对于工作流体的流动方向位于转子盘和每个转子盘的下游处。优选地，所述轴向级位于相应的转子盘(径向-轴向涡轮机)的径向外周部分处。
在一个方面，支撑板的一部分与壳体成一体。优选地，该部分是径向外周部，并且优选地固定至壳体，优选通过螺钉。
在一个方面，支撑板的径向外周表面总是抵靠壳体的抵接表面。优选地，支撑板的径向外周表面是圆柱形的。优选地，壳体的抵接表面是径向圆柱形内表面。该联接确保支撑板和凸出元件相对于旋转轴线定中。
在一个方面，支撑板具有支承凸出元件的第一表面和与第一表面相对并配合在壳体的壁上的第二表面。
在一个方面，壳体的一个壁设置有检查口(能够打开和闭合)。所述检查口位于贯通开口处。以这种方式，在组装涡轮机时，可以通过所述贯通开口检查涡轮机的内部(一个或多个转子盘、密封元件、叶片)。优选地，所述检查口和贯通开口允许在视觉上检查和检验(例如通过经由检查口和贯通开口引入测隙规)密封元件的公差。
因此，本发明还涉及一种检查方法，该检查方法包括：
·打开所述检查口中的至少一个检查口；
·必要时，将所述至少一个检查口与贯通开口中的至少一个对准，优选通过旋转支撑板而对准；
·通过所述至少一个检查口和贯通开口中的所述至少一个检查涡轮机的内部；
·重新关闭所述至少一个检查口。
该方法可以用于检验密封元件的公差，优选通过经由检查口和贯通开口引入测隙规而检验。
在一个方面，第二表面与壳体的壁界定出内部空间。内部空间允许平衡作用在支撑板的两个表面上的压力(或者至少降低压差)。换言之，支撑板的几何形状、尤其是支承定子叶片的支撑板的几何形状形成为使得径向压力梯度不产生轴向推力。这允许使支撑板获得有限厚度，从而使热惯性降低至最小。
优选地，内部空间与贯通开口流体连通。因此，压力的平衡通过所述贯通开口进行。
优选地，涡轮机包括环形衬垫(与旋转轴线同轴)，该环形衬垫布置在支撑板的第二表面和壳体的壁之间。
优选地，每个环形室位于相应的凸出元件处。
相继的成对凸出元件一起界定出环形室。环形衬垫隔离内部空间的环形容积，每个环形衬垫位于相应的环形室处。以这种方式，每个环形室与相应的环形容积压力平衡。
每对环形容积和环形室限定等压带。环形衬垫用于界定出环形容积，并且还用于避免蒸汽在处于高压的带和处于低压的带之间逃逸，蒸汽的逃逸会降低涡轮机的效率。
环形衬垫还在支撑板和壳体之间(因径向变形、尤其是第二部分的径向变形)相对运动的情况下确保理想的密封。
优选地，环形衬垫被容置在环形座部中，所述环形座部在壳体的壁中获得。
优选地，环形衬垫是弹性体的和/或金属的和/或由石墨制成。
在一个方面，每个凸出元件均包括环形带，该环形带具有连接至支撑板的第一边缘和朝向转子盘并设置有接头的第二边缘。环形带为圆柱体类型的，优选与旋转轴线同轴。
在一个方面，接头支承定子叶片。
在一个方面，接头支承密封元件。
在一个方面，接头支承定子叶片和密封元件。
在一个方面，环形带中的每个的径向厚度小于相应的接头的径向尺寸。
优选地，所述径向厚度为所述径向尺寸的约1/10到约1/2，优选等于所述径向尺寸的约1/4。
优选地，环形带的轴向长度和相应的径向厚度之比在约3到约10之间。
通过这种结构，支承定子叶片的凸出元件和/或密封元件具有低热惯性，并且不受转子盘弹性约束。
考虑到与旋转零件(转子盘)相“接触”的(密封的)固定零件构造为低热惯性，在加热过程中，固定零件在旋转零件之前达到正常操作温度，从而增加了密封件的间隙并且避免了可能的滑动。
环形带的径向可屈服性允许定子叶片和/或密封元件改变其径向尺寸而不产生高的内部力，这是因为它们没有被刚性地约束至支撑板。
该结构有助于允许涡轮机以高的热梯度工作。此外，在前述方面中描述的凸出元件的结构还可以以独立于支撑板的结构的方式存在于涡轮机中。所描述的所述凸出元件可以例如被约束至实心支撑板或者直接约束至壳体。
在一个方面，涡轮机是压缩机。至少一个马达被连接到转子盘或多个转子盘。
在一个方面，涡轮机是涡轮。至少一个发电机被连接到转子盘或多个转子盘。
在一个方面，涡轮机是径向流出式涡轮机。工作流体流主要从旋转轴线朝转子盘或多个转子盘的外周运动。
在一个方面，涡轮机是径向流入式涡轮机。工作流体流主要从转子盘或多个转子盘的外周朝旋转轴线运动。
其它特征和优点将通过对根据本发明的涡轮机的优选但不排他的实施例的详细说明而更加清楚。
附图说明
将在下文参照一组仅作为非限制性示例提供的附图来阐述这种说明，附图中：
·图1示出了根据本发明的涡轮机的第一实施例的子午线剖面；
·图2示出了根据本发明的涡轮机的第二实施例的子午线剖面；
·图3示出了属于依据图1和图2的涡轮机的支撑板的一部分的后视图；
·图4是图3的支撑板的子午线半剖面；
·图5示出了图3的支撑板的变型例；
·图6是图5的支撑板的子午线半剖面；
·图7示出了图3的支撑板的另一变型例；
·图8是图7的支撑板的子午线半剖面；
·图9示出了图3的支撑板的另一变型例；
·图10是图9的支撑板的子午线半剖面；
·图11是处于第一操作构造的图1的涡轮机的放大定子元件；
·图12是处于第二操作构造的图11的定子元件；和
·图13-15示出了处于相应操作构造的属于依据图1和图2的涡轮机的放大密封元件；
·图16示出了属于图1的涡轮机的定子元件和转子元件。
具体实施方式
参照上述附图，附图标记1总体表示根据本发明的涡轮机。图1所示的涡轮机1是具有单个转子盘2的径向流出式膨胀涡轮。图2所示的涡轮机1是具有两个对置旋转转子盘2的径向流出式膨胀涡轮。
参照图1，涡轮1包括转子盘2，该转子盘设置有多个转子叶片3，所述多个转子叶片以同心环系列的形式布置在转子盘2的相应正面4上。每个系列的转子叶片3是涡轮1的转子级的一部分。转子盘2刚性地连接至轴5，该轴沿旋转轴线“X-X”延伸。轴5继而连接至发电机(未示出)。转子叶片3远离转子盘2的正面4延伸，其中转子叶片的前缘基本平行于旋转轴线“X-X”。
根据附图所示的内容，每个系列的转子叶片3的第一端部由相应的第一转子环301连接并且被该第一转子环支撑，所述第一转子环与转子盘2成一体。一系列的同一转子叶片3的相对两端部被限制到第二转子环302(图16)。
转子盘2和轴5被容置在固定壳体6中并且以转子盘和轴能够围绕旋转轴线“X-X”自由地旋转的方式由固定壳体支撑。固定壳体6包括前壁7和后壁8，所述前壁位于转子盘2的正面4对面，所述后壁位于转子盘2的与正面4相对的背面9的对面。套筒10与后壁8成一体，并且通过插置合适的轴承11而可旋转地容置轴5。前壁7具有位于旋转轴线“X-X”处的用于工作流体的入口12。
固定壳体6还容置多个定子叶片13，所述多个定子叶片布置成朝向转子盘2的正面4的同心环系列。定子叶片13的系列与转子叶片3的系列径向地交替布置以限定工作流体的径向膨胀路径，所述工作流体通过入口12进入并且朝转子盘2的外周径向地膨胀。固定壳体6还包括径向外周壁14，该径向外周壁从前壁7和后壁8延伸并且内部地界定用于工作流体的出口容积15。
涡轮1包括导向部或鼻部16，该导向部或鼻部由凸壁限定，位于入口12中并且朝向进入流。
定子叶片13由支撑板17支撑，所述支撑板安装在壳体6中并且被约束至壳体。支撑板17被置于转子盘2的正面4的对面，平行于转子盘的正面，并且配合在壳体6的前壁7的内表面7a上。
如图3-10所示，支撑板17是设置有中心通路18的盘。在中心通路18中，容置有管状壁19，该管状壁是壳体6的一部分。管状体19从前壁7朝转子盘2延伸，并且在内部界定涡轮1的入口12。在支撑板17的径向内边缘20和管状体19之间存在间隙。
支撑板17在其径向外周部分处具有多个通孔21(图3-10)。容置在通孔21以及容置在壳体6中获得的螺纹孔中的螺钉22将支撑板17约束至所述壳体6。支撑板17的径向外周表面23总是抵靠壳体6的抵接表面24。抵接表面24是壳体6内的圆柱形表面，与旋转轴线“X-X”同轴，并且朝向所述旋转轴线“X-X”(图1)。
如图1、11和12所示，每个定子叶片13的系列都是凸出元件25的一部分，所述凸出元件远离支撑板17延伸。每个凸出元件25包括环形带26(与旋转轴线“X-X”同轴的圆柱体)，该环形带具有连结至支撑板17的第一表面17a的第一边缘和朝向转子盘2的第二边缘，所述第二边缘设置有也呈环形的接头27。
一个系列的定子叶片13的第一端部被连接至接头27。同一系列的定子叶片13的与第一端部相对的第二端部均被约束至端部环28，该端部环也与旋转轴线“X-X”同轴。端部环28布置在该系列的转子叶片3之间并且靠近转子盘2的正面4。
每个接头27径向地面对相应的第二转子环302，并且每个端部环28径向地面对相应的第一转子环301。密封元件303(例如，迷宫密封件)由每个端部环28和每个接头27支承并且作用在相应的第一转子环301和第二转子环302上，以便界定工作流体的径向膨胀路径(图16)。
环形带26的径向厚度“t1”小于相应接头27的径向尺寸“d1”。例如，径向厚度“t1”等于径向尺寸“r1”的约1/6。例如，环形带26的轴向长度“l1”和相应的径向厚度“t1”之比在约3到约10之间。
支撑板17由与旋转轴线“X-X”同心的多个第一圆形部分29、和径向地插置在第一圆形部分29之间的多个第二圆形部分30形成。
支承定子叶片13的凸出元件25被连接至第一圆形部分29并由该第一圆形部分支撑。
沿径向方向，第二圆形部分30比第一圆形部分29更易于变形，以便在支撑板17受到热梯度作用时允许第一圆形部分29之间(以及不同系列的定子叶片13之间)的相对运动。
根据图3和4的实施例以及图5和6的变型例，支撑板17具有恒定厚度(如图1可见)。第一部分29由实心环限定，其相对表面垂直于旋转轴线“X-X”。第二部分30具有多个贯通开口31，所述多个贯通开口沿每个第二部分30的圆周延伸部布置。所示贯通开口31是呈长形形式的狭槽。
根据图3和4的实施例，第二部分30中的每个具有第一系列的径向上位于更内部的狭槽31和第二系列的径向上位于更外部的狭槽31。两个系列中的每个包括圆周地相继布置的多个所述狭槽31，狭槽31中的每个沿圆周方向延伸。此外，两个不同系列的狭槽31成角度地偏置，即，围绕旋转轴线“X-X”相互旋转，使得从所述旋转轴线“X-X”延伸的任何半径与所述狭槽31中的至少一个相交。两个系列的狭槽31一起界定挠性体或臂部32，所述挠性体或臂部沿圆周方向延伸并且圆周地相继布置。臂部32垂直于径向方向。
根据图5和6的变型例，第二部分30中的每个具有单个系列的狭槽31。该系列包括圆周地相继布置的多个所述狭槽31。狭槽31中的每个狭槽是弯曲的并且相对于圆周方向倾斜。相邻的成对狭槽31一起界定臂部或挠性体32。每个臂部32是弯曲的并且连接径向相继的第一圆形部分29中的两个第一圆形部分。
根据图7和8的实施例以及图9和10的变型例，(更易于径向变形的)每个第二圆形部分30包括至少一个挠性体，所述至少一个挠性体由与旋转轴线“X-X”同轴的基本圆柱形的壁33限定。
根据图7和8的实施例，在子午线剖面中，支撑板17呈蛇形形状，该蛇形形状由径向区段和轴向区段限定。轴向区段延续基本圆柱形的壁33。径向区段中的一些延续支承环形带26的第一部分29。换言之，第二部分30中的每个包括由径向区段连接的两个轴向区段。第一部分29中的每个由径向区段限定。从不同角度看，支撑板17在两个表面上均具有环形空腔，该环形空腔径向交替布置以便限定前述蛇形形状。
根据图9和10的实施例，在子午线剖面中，每个第二部分30均包括构成基本圆柱形的壁33的轴向区段和从轴向区段的相对两端部延伸的两个径向区段。每个第一部分29的厚度(沿轴向方向测量)等于轴向区段的轴向长度。从不同角度看，每个第二部分30由两个径向相继的环形空腔限定，每个环形空腔形成在支撑板17的表面中的一个上。
根据上述实施例的支撑板17是优选通过移除材料和/或通过模制获得的单件。
图1的涡轮1还包括在转子盘2的背面9处作用的密封元件34(例如，迷宫密封件)。密封元件34由凸出元件35支承，所述凸出元件在几何形状上类似于支承定子叶片13的凸出元件25。
涡轮1包括与旋转轴线同轴的多个凸出元件35，所述多个凸出元件径向相继地布置在位于转子盘2的相对一侧上的级中的至少若干个级处。
如图13-15更为可见的，每个凸出元件35包括环形带36(与旋转轴线“X-X”同轴的圆柱体)，该环形带具有连接到支撑板37的第一表面37a的第一边缘和朝向转子盘2的第二边缘，所述第二边缘设置有也具有环形形状的密封承载接头38。
环形带36的径向厚度“t2”小于相应的密封承载接头38的径向尺寸“d2”。例如，径向厚度“t2”等于径向尺寸“d2”的约1/6。例如，环形带36的轴向长度“l2”和相应的径向厚度“t2”之比在约3到约10之间。
在所示实施例中，密封元件34是从密封承载接头38朝旋转轴线“X-X”径向延伸的挠性附件。在转子盘2的第二表面9或背面上，存在与凸出元件35数目相同的环形起伏部39。环形起伏部39中的每个具有径向外表面40，该径向外表面面朝相应密封承载接头38的密封元件34。
支承密封元件34的支撑板37与支承定子叶片13的支撑板17在结构上是相同的(除了特定尺寸之外)。因此，对于支承密封元件34的支撑板37的详细描述，请参照针对用于定子叶片13的支撑板17的前述描述和相关附图3-10。支撑板37位于转子盘2的背面9的对面，平行于转子盘的背面，并且配合在壳体6的后壁8的内表面8a上。
此外，用于密封元件34的支撑板37通过螺钉22被约束至壳体6，所述螺钉进入通孔21中。支撑板37的径向外周表面23总是抵靠壳体6的抵接表面24。抵接表面24是壳体6内部的圆柱形表面，与旋转轴线“X-X”同轴，并且朝向所述旋转轴线“X-X”(图1)。
对于支撑板17、37，第一表面17a、37a连接至凸出元件25、35的环形带26、36，与第一表面17a、37a相对的第二表面17b、37b与壳体6的相应壁7、8的内表面7a、8a界定出内部空间41。(与旋转轴线“X-X”同轴的)环形衬垫42布置在支撑板17、37的第二表面17b、37b和壳体6的壁7、8之间，每个在相应的凸出元件25、35处。环形衬垫42例如是弹性体的，并且由金属或石墨制成。环形衬垫42被容置在环形座部42a中，所述环形座部在壳体6的相应壁7、8的内表面7a、8a上获得。
相继的成对凸出元件25、35一起界定环形室43’、43”。第一环形室43’被界定在支承定子叶片13的两个径向相继的凸出元件25、相应的支撑板17和转子叶片3的端部之间。第二环形室43”被界定在支承密封元件34的两个径向凸出元件35、相应的支撑板37和转子盘2的第二表面9之间。
环形衬垫42隔离内部空间41的环形容积，每个环形衬垫位于相应的环形室43’、43”处。内部空间41的每个环形容积通过图3-6的相应支撑板17、37的贯通开口31或者通过在图7-10的支撑板17、37中适当地获得的贯通开口(未示出)与相应的环形室43’、43”流体连通。
在壳体6的前壁7和/或后壁8中，获得位于贯通开口31处的检查口44(在图1中示意性地示出了一个检查口)、即带有能够被移除并再定位的合适密封闭合元件的孔/开口。
图2的对置旋转涡轮1包括固定壳体6，该固定壳体在其内部容置第一转子盘2’和第二转子盘2”。转子盘2’、2”能够以各自彼此独立的方式在壳体6中围绕共同的旋转轴线“X-X”自由地旋转。为此，第一转子盘2’通过轴承11与安装在壳体6中的相应的第一旋转轴5’成一体。第二转子盘2”通过未示出的相应的轴承11与安装在壳体6中的相应的第二旋转轴5”成一体。
第一转子盘2’设置有多个转子叶片3’，所述多个转子叶片在第一转子盘2’的相应正面4’上布置成同心环系列。第二转子盘2”设置有多个转子叶片3”，所述多个转子叶片在第二转子盘2”的相应正面4”上布置成同心环系列。
第一转子盘2’的正面4’位于第二转子盘2”的正面4”的对面，第一转子盘2’的叶片3’与第二转子盘2”的叶片3”径向地交替布置。第一转子盘2’的叶片3’在第二转子盘2”的正面4”附近终止，第二转子盘2”的叶片3”在第一转子盘2’的正面4’附近终止。
图2的涡轮1还包括在转子盘2’、2”的背面9’、9”处作用的密封元件34。密封元件34由安装在支撑板37上的凸出元件35支承。在转子盘2’、2”中的每个转子盘的第二表面9’、9”上，存在与凸出元件35数目相同的环形起伏部39。环形起伏部39中的每个具有径向外表面40，该径向外表面面朝相应密封承载接头38的密封元件34。
支撑板37、凸出元件35和密封元件34与针对图1的涡轮1描述的以及与图3-10和13-15示出的支撑板、凸出元件和密封元件完全类似(并且也使用了相同的附图标记)，因此在此不再重新描述。
图2的对置旋转涡轮1还包括用于所述第一转子盘2’和第二转子盘2”中的每个的轴向级45’、45”。轴向级位于每个转子盘2’、2”的径向外周部分处。更具体地，相应轴向级45’、45”的一系列的转子叶片46’、46”从相应转子盘2’、2”的外周边缘径向延伸。相应轴向级45’、45”的一系列的定子叶片47’、47”从壳体6的部分48朝旋转轴线“X-X”径向延伸。转子叶片46’、46”沿轴向方向位于定子叶片47’、47”的对面。
轴向级(例如上述类型的轴向级)还可以在图1的涡轮机的实施例变型例(未示出)中设置。
在使用过程中，参照图1的涡轮1，工作流体通过入口12进入到涡轮机中；工作流体膨胀，并将功传递到转子叶片3上，最终穿过出口容积15离开涡轮1。机械功由转子盘2通过轴5传递至发电机(未示出)。
考虑到径向机的特征结构，温度曲线从入口朝出口、即沿径向方向变化。这种温度变化在支撑板17、37和凸出元件25、35上产生轴向温度梯度。
径向上位于更内部的第一圆形部分29在相继的第一圆形部分29之前被加热；所述径向上位于更内部的第一圆形部分趋向于更多地膨胀，并且该膨胀被位于两个第一圆形部分之间的第二圆形部分30的径向压缩吸收。随着板17、37被渐进地加热，该现象在整个支撑板17、37得以验证，并且避免产生过多内应力。
图11和12通过示例示出了支承定子叶片13的凸出元件24的几何形状变形。虽然支撑板17设置有在径向上(比第一圆形部分29)更易于变形的第二圆形部分30，但是支撑板17趋向于比接头27和端部环28更少地径向膨胀，使得在高温条件(正常操作条件)下，环形带26变形并且允许接头27和端部环28膨胀(图11：低温构造；图12：操作条件下的构造)。
图13-15通过示例示出了密封元件34处发生的情况。从机器停止且冷却的阶段(图13)开始经过起动阶段(图14)到操作条件阶段(图15)。首先，(图14)由于环形带36的挠性，密封承载接头38径向膨胀，随后转子盘2膨胀，支撑板37也略微膨胀。在所有这些阶段期间，本发明确保在密封元件34和环形起伏部39之间有最小间隙(δ1、δ2、δ3)。作为起动速度的函数的这样的间隙只能相对于起动条件增加，从而确保在旋转零件和固定零件之间没有干涉。

Claims (27)

1.一种径向涡轮机，其包括：
固定壳体(6)；
至少一个转子盘(2，2’，2”)，所述转子盘安装在所述固定壳体(6)中并且具有至少安装在所述转子盘的正面(4，4’，4”)上的转子叶片(3，3’，3”)，其中所述转子盘(2，2’，2”)能够在所述固定壳体(6)中围绕相应的旋转轴线(X-X)旋转；
多个凸出元件(25，35)，所述凸出元件从所述固定壳体(6)凸出并且终止于所述转子盘(2，2’，2”)附近；
至少一个支撑板(17，37)，所述支撑板安装在所述固定壳体(6)中；其中所述支撑板(17，37)支承从所述固定壳体(6)凸出的所述凸出元件(25，35)；
其中，所述至少一个支撑板(17，37)在所述转子盘(2，2’，2”)对面径向延伸；
其中，所述支撑板(17，37)包括：
多个第一圆形部分(29)，所述第一圆形部分与所述旋转轴线(X-X)同心，其中，所述多个第一圆形部分(29)中的至少若干个第一圆形部分支承所述凸出元件(25，35)；
多个第二圆形部分(30)，所述第二圆形部分径向地插置在所述多个第一圆形部分(29)之间；
其中，所述第二圆形部分(30)比所述第一圆形部分(29)沿径向方向更易于变形，以便在所述支撑板(17，37)受到热梯度作用时允许所述多个第一圆形部分(29)之间相对运动。
2.根据权利要求1所述的径向涡轮机，其中，所述多个第二圆形部分(30)中的每个包括至少一个挠性体(32，33)，所述挠性体具有横向于径向方向以便适于径向弯曲的主延伸部。
3.根据权利要求2所述的径向涡轮机，其中，所述第二圆形部分(30)具有贯通支撑板(17，37)的贯通开口(31)，并且所述贯通开口(31)界定所述挠性体(32)。
4.根据权利要求3所述的径向涡轮机，其中，每个挠性体(32，33)是连接两个径向相继的第一圆形部分(29)的臂部。
5.根据权利要求4所述的径向涡轮机，其中，所述臂部沿圆周方向延伸。
6.根据权利要求4所述的径向涡轮机，其中，所述臂部相对于圆周方向倾斜。
7.根据权利要求4、5或6所述的径向涡轮机，其中，每个臂部由两个或更多个相邻的贯通开口(31)界定。
8.根据权利要求3-6中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述贯通开口(31)是狭槽。
9.根据权利要求8所述的径向涡轮机，其中，所述狭槽(31)沿圆周方向为长形的。
10.根据权利要求2所述的径向涡轮机，其中，所述至少一个挠性体(32、33)是与所述旋转轴线(X-X)同轴的圆柱形或圆锥形的壁(33)。
11.根据权利要求10所述的径向涡轮机，其中，在沿轴向平面的剖面中，所述支撑板(17，37)具有至少一个蛇形区段，所述至少一个蛇形区段限定至少一个所述圆柱形或圆锥形的壁(33)。
12.根据权利要求11所述的径向涡轮机，其中，所述蛇形区段由在所述支撑板(17，37)的两个表面上获得的空腔限定。
13.根据权利要求1-6、9-12中的任一项所述的径向涡轮机，其中，所述第一圆形部分(29)是实心环，所述实心环具有垂直于所述旋转轴线(X-X)的相对表面。
14.根据权利要求1-6、9-12中的任一项所述的径向涡轮机，其中，所述凸出元件(25，35)包括密封元件(34)，所述密封元件作用在所述转子盘(2，2’，2”)上并且操作性地作用在所述转子盘(2，2’，2”)的背面(9、9’、9”)上。
15.根据权利要求1-6、9-12中的任一项所述的径向涡轮机，其中，所述凸出元件(25，35)包括定子叶片(13)，所述定子叶片径向插置在转子盘(2)的转子叶片(3)之间。
16.根据权利要求14所述的径向涡轮机，其中，每个凸出元件(35)均包括环形带(36)，所述环形带具有连接至所述支撑板(37)的第一边缘和朝向所述转子盘(2，2’，2”)的第二边缘，所述第二边缘设置有支承所述密封元件(34)的接头(38)。
17.根据权利要求15所述的径向涡轮机，其中，每个凸出元件(25)均包括环形带(26)，所述环形带具有连接至所述支撑板(17)的第一边缘和朝向所述转子盘(2)的第二边缘，所述第二边缘设置有支承定子叶片(13)的接头(27)。
18.根据权利要求16或17所述的径向涡轮机，其中，所述环形带(26、36)中的每个环形带的径向厚度(t1，t2)小于相应的接头(27，38)的径向尺寸(d1，d2)。
19.根据权利要求18所述的径向涡轮机，其中，所述径向厚度(t1，t2)为所述径向尺寸(d1，d2)的1/10到1/4。
20.根据权利要求1-6、9-12、16、17、19中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述支撑板(17、37)的一部分与所述固定壳体(6)成一体。
21.根据权利要求1-6、9-12、16、17、19中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述支撑板(17、37)的径向外周表面(23)总是抵靠所述固定壳体(6)的抵接表面(24)，以便确保所述凸出元件(25，35)相对于旋转轴线(X-X)定中。
22.根据权利要求21所述的径向涡轮机，其中，所述固定壳体(6)的抵接表面(24)是径向圆柱形内表面。
23.根据权利要求1、2、10-12、16、17、19、22中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述支撑板(17、37)具有支承所述凸出元件(25，35)的第一表面(17a、37a)和与所述第一表面相对的第二表面(17b、37b)，所述第二表面配合在所述固定壳体(6)的壁(7a、8a)上。
24.根据权利要求3-6、9中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述支撑板(17、37)具有支承所述凸出元件(25，35)的第一表面(17a、37a)和与所述第一表面相对的第二表面(17b、37b)，所述第二表面配合在所述固定壳体(6)的壁(7a、8a)上。
25.根据权利要求24所述的径向涡轮机，其中，所述固定壳体的所述壁(7a、8a)设置有位于贯通开口(31)处的检查口(44)，以便允许通过所述贯通开口(31)检查所述径向涡轮机(1)的内部。
26.根据权利要求1-6、9-12、16、17、19、22、25中任一项所述的径向涡轮机，其中，所述支撑板(17、37)具有支承所述凸出元件(25，35)的第一表面(17a、37a)和与第一表面相对的第二表面(17b、37b)，所述第二表面配合在所述固定壳体(6)的壁(7a、8a)上，其中所述第二表面(17b、37b)与所述固定壳体(6)的壁(7a、8a)界定出内部空间(41)。
27.根据权利要求2所述的径向涡轮机，其中，所述至少一个挠性体(32，33)为多个挠性体。
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