CN205654604U - 径流式涡轮流体能机械 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种径流式涡轮流体能机械，包括：外壳体；内部组件；其中内部组件包括转子；其中内部组件包括固定的引流装置；其中径流式涡轮流体能机械具有至少两个工艺级，所述工艺级关于工艺流体流的穿流的质量流不同地构成；其中两个不同的工艺级的较大的质量流与较小的质量流的比值在至少一个工作点中至少为1.5；其中径流式涡轮流体能机械在外壳体上的用于流入工艺级或用于从工艺级流出的接口的轴向区域中具有沿环周方向延伸的环形腔。为了改进紧凑性提出，外壳体的内表面、即外壳体环形腔面在环形腔的区域中以部分限定环形腔的方式径向地相对于外壳体的轴向相邻的内表面在环周的至少一部分上径向向外移置，使得构成环形腔。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种径流式涡轮流体能机械，包括：
-外壳体；
-内部组件；
其中内部组件包括转子，
其中内部组件包括固定的引流装置，
其中径流式涡轮流体能机械具有至少两个工艺级，所述工艺级关于工艺流体流的穿流的质量流不同地构成，
其中两个不同的工艺级的较大的质量流与较小的质量流的比值在至少一个工作点中至少为1.5，
其中径流式涡轮流体能机械在外壳体上的用于流入工艺级或用于从工艺级流出的接口的轴向区域中具有沿环周方向延伸的环形腔。
背景技术
本实用新型致力于开始限定的径流式涡轮流体能机械，尤其致力于径流式压缩机。因此，通常根据径流式压缩机对本实用新型特定的事实情况进行描述。在此，所述目的原则上不理解为对压缩机的限制，而是——只要是有意义的——也能够应用于膨胀器。在此，对于本领域技术人员清楚的是，主要的区别基本上仅在于这两个流体能机械之间的流动方向的反转。基本上，径流式压缩机或径流式涡轮压缩机通过压力比的反转也能够作为径流式涡轮膨胀器运行。
在个别情况下，对这种常规运行提出压缩机特定的或膨胀器特定的流动方面的优化。这些方面对本实用新型是没有意义的，使得——如果没有另作说明并且只要是有意义的——对于“流体能机械”或“膨胀器”，同义地理解术语“压缩机”。
径流式涡轮流体能机械用于机械功到流动功的转换，或反之，其中始终进行从轴向的流动方向到径向的流动方向的转向，或反之。在压缩机的情况下，转动轮抽吸基本上轴向入流的工艺流体，将所述工艺流体朝向径向方向转向并且将工艺流体加速，使得尤其地，在扩散器中的流动速度的随后的减速造成压力升高。在此，将能量引向工艺流体。在多级压缩时，在径向地从转动轮离开之后，由于直径扩展已经出现减速进而压力升高。在随后的径向向内的180°转向中，转向的环形腔通常沿流动通道的宽度方向扩开地构成，使得出现进一步的减速进而压力升高。至少直至流动的径向向内的真正的反转，通常能够基于流动速度的减速。随后，将制动的工艺流体径向向内地并且轴向地引向随后的转动轮，以重复前述步骤的顺序。
如果压缩为仅一级的或压缩级是多级压缩的最后一级，那么通常不将工艺流体径向向内地引回，而是在扩展的环形腔中聚集。具有一定的空间扩展的类似的环形腔在这种径流式涡轮流体能机械中始终位于用于流入机械的壳体或从机械的壳体中流出的接口处。根据体积流或压力水平和质量流，一方面转动轮必须足够大地构成，以便具有相应的吸收能力，并且另一方面用于流入或在流出之前的环形腔也必须具有足够的大小，以将工艺流体在没有过量的压力损耗的情况下引向转动轮或在没有不必要的加速的情况下从扩散器中接收工艺流体并且引向随后的工艺步骤。
本实用新型将工艺级理解为借助于这种径流式涡轮流体能机械将流动功引入工艺流体或从工艺流体中提取机械功的过程，其中工艺流体的质量流在工艺级中的过程中基本上保持恒定。在提取或引入工艺流体时，根据本实用新型的专业术语，开始另一工艺级。在所述观察中忽略例如由于工艺流体的泄露造成的可能的损耗。
在工艺流体的相对大的馈入或提取时，在下述情况下自然得出在不同的工艺级的空间需求之间的大的差别：这些工艺级是唯一的径流式涡轮流体能机械的组成部分。因此，可能的是，具有唯一的转子的唯一的径流式涡轮流体能机械的不同的工艺级具有质量流，所述质量流多倍地彼此不同。迄今为止的结构方式提出，内部组件尤其在直径方面根据具有最大的质量流的工艺级来设计尺寸。与之相应地，内部组件在具有最小的质量流的最小的工艺级的轴向区域中关于内部组件的外直径通常是尺寸过大的。尤其在罐形压缩机中或在外壳体的沿环周方向不分开的结构方式中，其中将内部组件轴向地引入到外壳体或外壳体外壳中，出于接合的原因已经不可能的是，在内部组件上设有较大的直径突变。因此，与构造相关地，当在各个工艺级之间在质量流方面存在大的差异时，常规的径流式涡轮流体能机械以不必要大的空间需求构成。常规的结构方式例如从DE 10 2010041 208 A1和EP 2 045 472 A1中已知。
实用新型内容
基于现有技术的问题和缺点，本实用新型的目的是，在各个工艺级的质量流之间存在较大偏差时，降低这种径流式涡轮流体能机械的空间需求。
为了实现本实用新型的目的，提出一种开始提到的类型的径流式涡轮流体能机械，所述径流式涡轮流体能机械包括：外壳体和内部组件，其中内部组件包括转子，其中内部组件包括固定的引流装置，其中径流式涡轮流体能机械具有至少两个工艺级，所述工艺级关于工艺流体流的穿流的质量流不同地构成，其中两个不同的工艺级的较大的质量流与较小的质量流的比值在至少一个工作点中至少为1.5，其中径流式涡轮流体能机械在外壳体上的用于流入工艺级或用于从工艺级流出的接口的轴向区域中具有沿环周方向延伸的环形腔，其中外壳体的内表面、即外壳体环形腔面在至少一个环形腔的区域中以部分限定环形腔的方式径向地相对于外壳体的轴向相邻的内表面在环周的至少一部分上径向向外地移置，使得构成环形腔。下面的描述包含本实用新型的有利的改进方案。
如果不另作说明，几何形状的术语、如轴向地、径向地、切向地或环周方向总是与径流式涡轮流体能机械的轴的旋转轴线相关。
将根据本实用新型的径流式涡轮流体能机械不仅理解为压缩机、也理解为膨胀器，其中在此也能够考虑混合形式，例如设置在轴上的压缩机级和膨胀器级，其中膨胀器在此能够至少部分地用于压缩机的驱动。
根据本实用新型的径流式涡轮流体能机械的通常情况提出至少将转子的轴端部从外壳体的至少一个端侧引出，使得能够连接驱动机械，例如电动机或涡轮机或输出机械，例如其他的流体能机械或发电机。内部组件的固定的引流装置一方面在多级压缩或膨胀时用于径向的转向，并且另一方面用于进入到下一级的流动方面的准备。对此一方面包括加速或减速，并且另一方面包括工艺流体的区域的变化。对此，内部组件的通常也称作引回级的用于引流的固定的元件在环形延伸的流动通道中也具有导向叶片。在此，内部组件优选具体地划分为轴向的子部段并且组成轴向的堆，其中各个轴向的部段可松开地固定在彼此上。
根据本实用新型，质量流在两个工艺级之间的差值至少为50％或两个质量流的比值得出1.5或更大。随着根据本实用新型的径流式涡轮流体能机械的各一个工艺级的最大的质量流和最小的质量流之间的差值增大，本实用新型的优点增大。在此，两个质量流彼此间的比值特别优选为最大质量流与最小质量流在3至10之间的比值。
本实用新型的特征替选地也能够表述为，至少一个环形腔在流入或流出的区域中至少部分地由在外壳体的内表面上的凹部形成并且与之相应地位于内部组件和外壳体的内表面之间。为了所述目的，外壳体的内表面是近似鼓起的，使得在流入或流出的区域中部分地由内部组件限定的环形腔也借助于外壳体的内表面的沿环周方向延伸的鼓起部增大。以这种方式，在环形腔的大的空间需求下，内部组件的直径不增大。与在现有技术中不同的是，内部组件的直径不再由具有最大的质量流的工艺级的需要的径向的空间需求影响，而是能够基本上遵循内部组件的其他的固定的用于引流的元件的需要的尺寸。
在其他的流动方面的优点的范围中，外壳体环形腔面能够至少在环周的一部分上构成为具有底切。所述底切——即结构元件，所述结构元件在外壳体上近似自由地突出进而防止，在铸造结构时，铸件能够从其铸模中简单地移除——优选能够至少在环周的一部分上延伸。为了环形腔在外壳体的径向区域中得到足够的空间，适当的是，外壳体的径向外部的表面相对于其他的径向外部的表面突出地构成并且特别优选地在此至少在环周的一部分上或在整个环周上延伸。
当外壳体构成为不具有轴向延伸的用于沿环周方向划分的接合部或沿环周方向不分开地构成时，尤其得到根据本实用新型的优点。以这种方式，取消通常非常耗费的接合螺丝或其他的用于接合的固定元件，使得结构变得需要较少空间并且更有利。附加地，沿环周方向不分开的外壳体在类似的壁厚度下承受更高的压差、尤其没有过度的变形。
特别优选地，外壳体构成为浇铸构件，使得能够简单地建立在外壳体上在内表面上根据本实用新型需要的指向径向外部的造型。在浇铸构件中，壳体区域能够轴向节约空间地构成。在此，通过将环形腔的分别最大的径向横截面相对于彼此沿环周方向错开地设置，尤其能够更好地利用环形腔的沿环周方向变化的横截面，更好地利用轴向的结构空间。
尤其在外壳体沿环周方向不分开的构成方案中，适当的是，外壳体轴向地在端侧上在至少一侧上、优选在两侧上借助于盖封闭。以这种方式，内部组件的构件或整个内部组件能够沿轴向方向——如已经从提出的现有技术中已知的那样——引入到外壳体中。特别优选地，至少一个端侧的盖用作为至少一个下述构件的承载件：轴向轴承、径向轴承、轴密封件。
附图说明
在下文中参照附图根据特定的实施例详细描述本实用新型。附图示出：
图1示出贯穿根据本实用新型的流体能机械的示意纵剖面，
图2示出在根据本实用信息的流体能机械上的质量流的流程图的示意描述。
具体实施方式
在图1中示出的根据本实用新型的径流式涡轮流体能机械RTF的纵剖面的示意图示出外壳体OC、内部组件IC，其中内部组件IC包括转子R。除了转子R以外，内部组件IC也包括固定的引流装置SFG。
在该实施例中，径流式涡轮流体能机械RTF具有三个工艺级PS1、PS2、PS3。在第一、第二和第三工艺级PS1、PS2、PS3中，各一个叶轮IMP1、IMP2、IMP3围绕转子R的旋转轴线X旋转。在构成为压缩机的径流式涡轮流体能机械RTF中，叶轮IMP1至IMP3分别从轴向的流动方向抽吸工艺流体流PF1-PF5并且将所述质量流沿径向方向加速至从相应的叶轮IMP1、IMP2、IMP3离开。在进入叶轮IMP1、IMP2之前并且在离开之后，工艺流体PF1-PF5分别穿流内部组件的固定的引流装置SFG。在外壳体OC上的用于流入工艺级PS1至PS3或用于从工艺级PS1至PS3流出的接口的轴向区域中，在内部组件IC上和在外壳体OC上在内表面上设有沿环周方向CD延伸的环形腔RR、RR1-RR5，在那里，工艺流体流PF1至PF5分别为了流入叶轮IMP1-IMP3或者在从叶轮IMP1-IMP3中流出之后并且在从径流式涡轮流体能机械RTF离开之前聚集。第一、第二和第四环形腔RR1、RR2、RR4设作为第一、第二或第三进口E1、E2、E3或者分别设作为到工艺级PS1、PS2、PS3的叶轮IMP1、IMP2、IMP3的流入口。第三和第五环形腔RR3、RR5构成为离开叶轮IMP2、IMP3的流出口。根据质量流MF，这些环形腔RR为了建立期望的热力学或期望的速度特征和压力水平必须具有特定的体积并且有利地具有特定的形状，使得在尽可能小的压力损耗下，根据伯努利所需要的流动速度也能够对工艺流体流PF1至PF5产生影响，以至于例如在压缩机的情况下，从减速中得出期望的压力水平。
从图2中可见的是，各个工艺级PS1-PS3由工艺流体流PF1-PF5的不同的质量流MF穿流。在第一工艺级PS1的下游，将第二工艺流体流PF2引向从第一工艺级PS1离开的第一工艺流体流PF1，使得——当前以800％——更大的第三工艺流体流PF3进入到第二工艺级PS2中。在第二工艺级PS2的下游，从第三工艺流体流PF3中提取第四工艺流体流PF4，使得将以质量流MF的大的份额降低的第五工艺流体流PF5引向第三工艺级PF3的下游。质量流MF这样分配到不同的工艺级PS1至PS3上需要，在图1中示出的径流式涡轮流体能机械RTF在第二工艺级PS2中比在第一工艺级PS1和第二工艺级PS2中大得多地构成。与之相应地，第一叶轮IMP1和第三叶轮IMP3、第一环形腔RR1和第四环形腔RR4分别比第二叶轮IMP2或第二和第三环形腔RR2、RR3更小地构成。
外壳体OC基本上由沿环周方向不分开的外壳件和在端侧封闭外壳体OC或外壳件的盖COV构成。盖COV从轴向方向在外部借助于螺丝安置到外壳体OC的外壳上。其他的机械的固定元件也能够用于固定盖COV。在将两个盖COV为了封闭外壳体OC固定在外壳体上之前，将内部组件IC在安装的范围中轴向地引入到外壳体OC的外壳中。适当的是，首先将盖安装在外壳体OC上并且随后将内部组件IC轴向地引入，其中优选地，在内部组件IC上的作为内部组件IC的轴向延长部的所谓的套杆(Schachtelhalm)确保在盖COV的中央开口上的支撑或穿过所述中央开口轴向地引导内部组件IC。与内部组件IC共同地，将属于内部组件IC的转子R引入到外壳体OC中。在盖子COV上固定有轴密封件SSH、轴向轴承AB和径向轴承RB。
外壳体OC的内表面ISOC、即外壳体环形腔面RSOC在第三环形腔RR3的区域中以部分地限定环形腔RR的方式径向地相对于外壳体OC的轴向相邻的内表面ISOC在环周的至少一部分上向径向外部移置，使得构成至少一个第三环形腔RR3。在图1的纵剖面中示出，通过外壳体OC的内表面ISOC的相应的造型至少部分地限定所有的环形腔RR，使得不仅仅在内部组件IC的径向区域中设有环形腔RR的径向的伸展。以这种方式，根据本实用新型的压缩机节约内部组件IC的径向的结构空间并且在机器的轴向延伸的其他部段上也节约外壳体OC的径向的结构空间。总的来说，根据本实用新型的径流式涡轮流体能机械RTF以这种方式是需要更少空间的。
至少第三环形腔RR3在环周的一部分上构成为具有底切CB，所述底切具有引流的作用。以这种方式，有利地低损耗地引流。外壳体OC构成为铸件，使得在没有过度地再加工的情况下，引流的构件能够构造为不具有角状的过渡部。因为内部组件IC不像在现有技术中常见的那样容纳环形腔RR的全部的径向伸展，所以需要的是，内部组件IC沿轴向方向为了允许工艺流体流通过在一些轴向区域中基本上在整个环周上断开地构成。尽管如此，为了内部组件IC沿轴向方向构成能运输的单元，适当的是，轴向的连接元件CE设置在内部组件IC的轴向断开的部位处。在环形腔RR中工艺流体流对所述连接元件环流。
内部组件IC具有轴向彼此接合的内部组件部段ICS，所述内部组件部段形成固定的引流装置SFG。在此，引回组件IS的用于径向转向的引回级通常包括所谓的隔板，所述隔板配设有叶片板(Schaufelboden)，其中叶片板借助于导向叶片安置在隔板上。固定的引流装置SFG在此通常沿环周方向分开地构成，使得接合部能够实现将所述轴向部段拆分成至少两个半部。以这种方式，能够将不分开的转子R装入到内部组件IC的一个半部中，这在内部组件IC的另一半部将内部组件IC或其固定的引流装置SFG补充完整之前进行。
环形腔RR通常构成为沿环周方向CD可变的螺旋部，使得在穿过外壳体OC的外壳的流入口或流出口的轴向和环周区域中优选分别存在环形腔RR的最大的流动横截面。该构成方案用于质量流MF在径流式涡轮流体能机械RTF的环周上在相应的环形腔RR中尽量低损耗地分配。
Claims (9)
1.一种径流式涡轮流体能机械(RTF)，包括：
-外壳体(OC)；
-内部组件(IC)；
其中所述内部组件(IC)包括转子(R)；
其中所述内部组件(IC)包括固定的引流装置(SFG)；
其中所述径流式涡轮流体能机械(RTF)具有至少两个工艺级(PS)，所述工艺级关于工艺流体流(PF1-PF5)的穿流的质量流(MF)不同地构成；
其中两个不同的工艺级的较大的质量流(MF)与较小的质量流(MF)的比值在至少一个工作点中至少为1.5；
其中所述径流式涡轮流体能机械在所述外壳体(OC)上的用于流入工艺级(PS1-PS3)或用于从工艺级(PS1-PS3)流出的接口的轴向区域中具有沿环周方向(CD)延伸的环形腔(RR)，
其特征在于，
所述外壳体(OC)的内表面(ISOC)、即外壳体环形腔面(RSOC)在至少一个环形腔(RR)的区域中以部分限定所述环形腔(RR)的方式径向地相对于所述外壳体(OC)的轴向相邻的内表面(ISOC)在环周的至少一部分上径向向外地移置，使得构成所述环形腔(RR)。
2.根据权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中所述外壳体环形腔面(RSOC)至少在环周的一部分上构成为是具有底切(CB)的。
3.根据权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中在所述环形腔(RR)的轴向区域中，所述外壳体(OC)的径向外部的表面相对于其他径向外部的表面突出地构成。
4.根据上述权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中所述外壳体(OC)沿环周方向不分开地构成。
5.根据上述权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中所述外壳体(OC)作为铸造的构件制成。
6.根据上述权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中所述外壳体(OC)在两个轴向的端侧上借助于盖(COV)封闭，
其中所述转子(R)的轴(SH)穿过盖(COV)的开口在至少一个轴向的端侧上从所述外壳体(OC)中以轴端部引出。
7.根据上述权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中所述固定的引流装置(SFG)在至少一个轴向区域中具有沿环周方向延伸的并且径向地伸展到根据权利要求1构成的所述环形腔(RR)中的空腔，
其中多个轴向的连接元件(CE)沿轴向方向延伸穿过所述空腔，所述连接元件将所述固定的引流装置(SFG)轴向地彼此连接，所述固定的引流装置否则在此轴向地分成两个轴向部段。
8.根据权利要求1所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中所述内部组件(IC)的所述固定的引流装置(SFG)包括轴向彼此接合的内部组件部段(ICS)，所述内部组件部段至少部分地沿环周方向分开地构成。
9.根据权利要求6所述的径流式涡轮流体能机械(RTF)，
其中设置在所述外壳体(OC)上的所述盖(COV)至少在轴向的端侧上构成为径向轴承(RB)的和/或轴向轴承(AB)的和/或轴密封件(SSH)的承载件。
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