CN110506155A - 与特别是用于机动车辆的内燃机相关联的用于闭合回路、特别是朗肯循环型闭合回路的涡轮泵组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于闭合回路的动力涡轮泵组件，特别是朗肯循环型闭合回路，其与特别是用于机动车辆的具有驱动轴(26)的内燃机(12)相关联，其中，所述发动机的一个面(10)承载该发动机的附件(14、18、22)和用于旋转运动传动皮带(32)的至少一个卷绕辊(30、30'、30”)，该旋转运动传动皮带(32)至少将所述附件连接到驱动轴(26)。根据本发明，该组件包括在涡轮泵的轴(38)和所述卷绕辊之间的旋转运动传递路径(T)。

Description

与特别是用于机动车辆的内燃机相关联的用于闭合回路、特 别是朗肯循环型闭合回路的涡轮泵组件
技术领域
本发明涉及一种用于闭合回路的动力涡轮泵组件，特别是用于朗肯循环型闭合回路，其与特别是用于机动车辆或用于重型货车的内燃机相关联。
动力涡轮泵应理解为由泵和涡轮机构成的组件。
背景技术
根据泵的具体特征，其转子承载形成叶轮的多个径向翅片，叶轮的作用是引起液体状态下的流体旋转和加速。通过泵叶轮的旋转的作用，流体被轴向抽吸，然后径向加速并通过涡轮泵通常设有的涡壳排出。在同一轴上连接到泵的涡轮机由定子部分构成，该定子部分具有被称为扩散器的固定叶片组件，用于将蒸汽状态下的流体的压力转换成动能。随后，该动能通过涡轮机的转子部分的可动叶片组件转换成机械能。涡轮机的叶片由径向翅片构成，这些径向翅片允许通过涡轮机的出口涡壳排出的流体的膨胀。
在涡轮机的主要构造中，叶片优选地是径向的，但它们也可具有轴向轮廓。
众所周知，朗肯循环是热力学循环，其中，来自外部热源的热量被传送到包含工作流体的闭合回路。在循环期间，工作流体经历相变(液体/蒸汽)。
这种类型的循环一般分解成以液态形式使用的工作流体以等熵的方式被压缩的阶段，接着是该经压缩的液态流体在与热源接触时被加热并汽化的阶段。
然后，该蒸汽在另一阶段中在膨胀机内膨胀，接着，在最后的阶段中，该膨胀的蒸汽在与冷源接触时被冷却并冷凝。
为了执行这些各个阶段，回路包括至少一个泵、交换器蒸发器、膨胀机和交换器冷凝器，该至少一个泵用于使呈液态的流体循环并对其进行压缩，交换器蒸发器由热的流体扫掠以用于使经压缩的流体至少部分的蒸发，膨胀机用于使蒸汽膨胀，诸如是将该蒸汽的能量转化为诸如电能或机械能的另一种能量的涡轮机，蒸汽中包含的热量借助交换器冷凝器传递至冷源，一般是扫掠该冷凝器的外部空气或冷却水回路，从而将该蒸汽转化为呈液态的流体。
在此类型的回路中，所用的流体一般是水，但也可以使用其它类型的流体，例如有机流体或有机流体混合物。该循环然后被称为有机朗肯循环(ORC)。
作为示例，工作流体可以是丁烷、乙醇、氢氟烃、氨、二氧化碳等。
众所周知，用于执行经压缩的流体的蒸发的热流体可来自各种热源，例如液体冷却剂(来自内燃机、工业过程，炉子等)、燃烧产生的热气体(来自工业过程、锅炉的烟气、来自内燃机或涡轮机的废气等)、来自太阳能集热器的热流等。
通常并且如在文献WO 2013/046885中更详细描述的那样，泵和涡轮机组合以形成单件，因此形成小尺寸涡轮泵。
泵和涡轮机共用的该涡轮泵的轴通常通过皮带与内燃机的曲轴联接，该皮带围绕设置在该曲轴上的皮带轮和布置在涡轮泵轴上的另一个皮带轮。
为了能够控制涡轮泵，在涡轮泵轴和其皮带轮之间设有电磁离合器，以便能够使该皮带轮从该轴上脱开。
这种布置虽然令人满意，但却涉及一些明显的缺点。
实际上，该涡轮泵的泵和涡轮机需要以相同的转速运行，该转速代表它们所连接的发动机轴的速度的倍数，该转速取决于选定的曲轴和涡轮泵的驱动皮带轮的直径比例。
这个比例受到发动机上这些皮带轮的尺寸的限制，它决定了可在这种涡轮泵设计中使用的压缩机和膨胀机的类型，并且使得特别难以使用机械联接到需要高运行速度的驱动轴的动力涡轮机。
本发明旨在借助于控制装置克服上述缺点，该控制装置允许在其整个操作范围上使用朗肯循环闭合回路及其涡轮泵。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于闭合回路的动力涡轮泵组件，特别是用于朗肯循环型闭合回路，其与特别是用于机动车辆的、具有驱动轴的内燃机相关联，其中，所述发动机的一个面承载该发动机的附件和用于旋转运动传动带的至少一个卷绕辊，该旋转运动传动带至少将所述附件连接到驱动轴，其特征在于，该组件包括在涡轮泵的轴和所述卷绕辊之间的旋转运动传递路径。
该运动传递路径可以包括连接到卷绕辊的皮带轮、由涡轮泵的轴承载的皮带轮和连接两个皮带轮的自身闭合的带。
连接到卷绕辊的皮带轮的直径可以与涡轮泵轴承载的皮带轮的直径不同。
自身闭合的带可包括皮带。
自身闭合的带可包括链条。
旋转运动传递路径可包括齿轮系。
涡轮泵轴可以承载与皮带轮受控的联接件。
受控的联接件可包括电磁离合器。
附图说明
通过阅读此后作为非限制性示例并参考附图给出的描述，本发明的其它特征和优点将会变得清晰，在附图中：
-图1示出了带有涡轮泵的内燃机的附件面，以及
-图2是沿图1的线2-2的局部剖视图。
具体实施方式
图1示出了具有驱动轴11的内燃机10，其特别是用于私家车或重型货车类型的机动车辆的内燃机10。该发动机包括被称为附件面的面12，其通常承载该发动机和/或车辆运行所必需的附件的一部分。
该系统包括两个独立且不同的旋转运动传递路径：用于驱动附件的运动传动皮带32和不同于运动传动皮带32的第二旋转运动传递路径44，其用于专门且特定地驱动涡轮泵。
仅作为示例，该附件面承载交流发电机14、水泵18和油泵22，交流发电机14用于为发动机和/或车辆供电、带有交流发电机皮带轮16，水泵18带有皮带轮20，用于该发动机的冷却系统，油泵22设有皮带轮24，用于润滑该发动机的某些部件。
该附件面还包括曲轴皮带轮26，该曲轴皮带轮旋转地连接到该发动机的驱动轴11(或曲轴)。该面还承载有至少一个卷绕辊，此处是三个卷绕辊30、30'和30”，它们自由旋转地安装在附连到该面的旋转销(枢轴)上。这些卷绕辊特别用于引导旋转运动传动皮带32。
该皮带连接到各种皮带轮，以允许将曲轴的旋转运动传递到这些附件。
该面还包括连结皮带轮34，该连结皮带轮34通过任何已知的装置(例如由中心线表示的螺钉)旋转地连接到卷绕辊30，用于通过诸如链条或连结皮带44之类的自身闭合的带使朗肯循环型闭合回路42(见图2)的涡轮泵40的轴38承载的皮带轮36旋转。
涡轮泵在此是动力涡轮泵并且它包括单个外壳46，外壳46具有容纳在轴38上被称为泵的流体循环和压缩装置48的部段、具有也被容纳在轴38上被称为涡轮机的压缩流体膨胀装置50的另一个部段，以及包括受控的联接件52，此处是电磁式离合器，其由轴38承载以控制皮带轮36与该轴的联接。
泵包括泵转子54，其承载径向突出的翅片56，并且涡轮机也包括设有径向突出的翅片60的转子58。
如图1中更清楚可见的，涡轮泵通过旋转运动传递路径T连接到卷绕辊30，旋转运动传递路径T包括皮带轮34和36以及皮带44。
当然，该运动传递路径可包括齿轮系，其中小齿轮紧固到卷绕辊，另一个小齿轮紧固到涡轮泵的轴，并且如果需要，还包括至少一个中间小齿轮。
该涡轮泵是朗肯循环闭合回路42的一部分，该朗肯循环闭合回路42有利地为ORC(有机朗肯循环)类型，并且使用诸如丁烷、乙醇和氢氟烃之类的有机工作流体或有机流体的混合物。
应理解，闭合回路也可利用诸如氨、水、二氧化碳等流体进行操作。
包含泵48的涡轮泵部段设置有用于呈液体形式的工作流体的入口62和用于也呈液体形式但在高压下经压缩的该工作流体的出口64。
泵的出口64连接到被称为蒸发器的热交换器66，压缩的工作流体流过该热交换器66，并且工作流体借助其以压缩蒸汽的形式离开该蒸发器。
该蒸发器也由呈液体或气体形式的热源68穿过，以便能够将其热量传递给工作流体。该热源可以例如源自内燃机10的废气或另一热源。
蒸发器出口连接到包括涡轮机60的涡轮泵部段的入口70，以容许工作流体以高压压缩的蒸汽的形式进入，该流体通过出口72以低压膨胀的蒸汽的形式离开该涡轮机。
涡轮机的出口72连接到冷却交换器74或冷凝器，冷却交换器74或冷凝器允许将其接纳的低压膨胀的蒸汽转化成低压液体流体。该冷凝器被冷源扫掠，以便冷却膨胀的蒸汽，使得该蒸汽冷凝并转换成液体，冷源通常是环境空气流或冷却水流。
当然，回路的各种元件通过允许它们相继连接的流体循环管路而连接在一起。
如上所述，因此由卷绕辊30和连结皮带轮组成的组件构成双皮带轮，其支承发动机附件的皮带和专用于涡轮泵的皮带。
为了在连结皮带轮34和涡轮泵的皮带轮36之间获得期望的传动比(齿轮比)，仅需参数化这些皮带轮的直径以获得这些传动比。
作为示例并且如图1所示，连结皮带轮34的直径基本上是涡轮泵皮带轮36的直径的两倍，这使得该皮带轮的旋转速度相对于连结皮带轮加倍。
这种构造具有许多优点：
-它允许将闭合回路的涡轮泵机械地联接到发动机而不改变主要附件面，仅通过在其上添加元件，这简化了发动机的实施方式，特别是在改型(翻新)情况下，
-它提供从发动机到涡轮泵的动力传递，以使闭合回路的泵运转(移动)，
-当涡轮机产生的功率大于泵所消耗的功率时，它提供从涡轮泵到发动机的动力传递，
-它允许通过由发动机施加的运行速度简单地控制涡轮泵，
-它允许通过串联的两个减速级系列实现涡轮泵和发动机之间的高减速比(6-10)，以确保动力涡轮泵的足够高的运行速度，以提供令人满意的涡轮机效率。动力型涡轮机的特征在于，它们的损失尤其与叶片和轮壳体之间的内部泄漏有关。高速度允许限制这些内部泄漏，并因此有利于涡轮机的性能。
因此，在一个运行阶段中，闭合回路未被激活并且内燃机是运转的。在该阶段中，由于使轴38从皮带轮36脱开的离合器52的释放位置，涡轮泵未被驱动。连结皮带轮34通过卷绕辊30旋转并且该旋转被重新传递到涡轮泵的皮带轮36。考虑到离合器的释放位置，皮带轮36的这种旋转既不传递到泵也不传递到涡轮机。
在闭合回路的启动阶段，内燃机是运行的并且需要启动(准备好)涡轮泵的泵48。因此，轴38通过离合器52联接到涡轮泵的皮带轮36。卷绕辊30的旋转运动传递到连结皮带轮34，连结皮带轮34又将其通过连结皮带44传递到涡轮泵皮带轮。然后，皮带轮34的该运动通过联接到皮带轮36的轴38重新传递到泵。
在回路的一个运行阶段中，当该涡轮机产生的功率大于泵所消耗的功率时，涡轮机产生传递到内燃机的能量。
在这个阶段中，内燃机仍然运行，并且轴38通过离合器52联接到涡轮泵皮带轮36。由涡轮机60产生的动力被传递到涡轮泵皮带轮36，并随后通过皮带44传递到连结皮带轮34，连结皮带轮34然后将动力传递到卷绕辊30。卷绕辊的旋转通过皮带32传递到附件，并且更具体地传递到曲轴皮带轮26，这为该曲轴提供了额外的动力，并因此为内燃机提供了额外的动力。
一旦传递的功率(动力)变得不足，即，当涡轮机产生的功率小于泵所消耗的功率时，则通过打开离合器使涡轮泵不起作用。
本发明不限于上述示例，而是包括任何变型。
因此，受控制的联接件可以布置在卷绕辊30和连结皮带轮34之间。

Claims (8)

1.一种用于闭合回路的动力涡轮泵组件，特别是用于朗肯循环型闭合回路，所述动力涡轮泵组件与特别是用于机动车辆或重型货车的、具有驱动轴(26)的内燃机(12)相关联，其中，所述发动机的一个面(10)承载所述发动机的附件(14、18、22)和用于旋转运动传动皮带(32)的至少一个卷绕辊(30、30'、30”)，所述旋转运动传动皮带(32)至少将所述附件连接到所述驱动轴(26)，其特征在于，所述组件包括在所述涡轮泵的轴(38)和所述卷绕辊之间的旋转运动传递路径(T)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述运动传递路径(T)包括连接到所述卷绕辊(30)的皮带轮(34)、由所述涡轮泵的所述轴(38)承载的皮带轮(36)和连接两个皮带轮的自身闭合的带(44)。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，连接到所述卷绕辊(30)的所述皮带轮(34)的直径不同于由涡轮泵轴承载的所述皮带轮的直径。
4.根据权利要求2或3所述的组件，其特征在于，所述自身闭合的带包括皮带(44)。
5.根据权利要求2或3所述的组件，其特征在于，所述自身闭合的带包括链条。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述旋转运动传递路径包括齿轮系。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述涡轮泵的所述轴(38)承载带有所述皮带轮(36)的受控的联接件(52)。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述受控的联接件包括电磁离合器(52)。
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