專利名稱：汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的汽輪機(jī)，它尤其是用于利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱的汽輪機(jī)。
背景技術(shù)：
由DE 42 14 775A1已經(jīng)公開一種汽輪機(jī)，它能夠在不同的負(fù)載狀態(tài)中運(yùn)行。該汽輪機(jī)的特點(diǎn)在于導(dǎo)輪中的多個(gè)設(shè)計(jì)相同的噴管組。為了在不同的負(fù)載要求時(shí)控制汽輪機(jī)，通過一個(gè)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)通向每個(gè)噴管組的蒸汽輸入流。在低的負(fù)載要求時(shí)，僅釋放一個(gè)噴管或一個(gè)噴管組。在功率需求增加時(shí)，一個(gè)噴管組接著另一個(gè)噴管組被加載蒸汽。蒸汽輸入的調(diào)節(jié)在此通過旋轉(zhuǎn)滑閥的控制縫進(jìn)行。也使用常規(guī)控制的調(diào)節(jié)閥。

發(fā)明內(nèi)容
具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的按照本發(fā)明的汽輪機(jī)具有優(yōu)點(diǎn)，即通過使用針對(duì)不同負(fù)荷點(diǎn)設(shè)計(jì)并且可相互獨(dú)立地接通和關(guān)斷的噴管可通過汽輪機(jī)覆蓋特別大的功率范圍。噴管的不同設(shè)計(jì)允許簡(jiǎn)單地且有利地通過其幾何形狀、最窄噴管橫截面與流出橫截面之間的面積比、釋放的流動(dòng)橫截面和/或噴管相對(duì)于葉輪的傾斜角被預(yù)給定。對(duì)大功率范圍的要求特別是在用于利用在機(jī)動(dòng)車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的廢熱的汽輪機(jī)中出現(xiàn)。在此特別有利的是，內(nèi)燃機(jī)的不同運(yùn)行點(diǎn)與葉輪的不同負(fù)荷點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。進(jìn)入導(dǎo)輪中的邊界條件(蒸汽量、溫度、壓力)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)的運(yùn)行點(diǎn)變化。通過內(nèi)燃機(jī)提供的能量的最佳利用可以通過接通和關(guān)斷不同設(shè)計(jì)的噴管來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兣c相應(yīng)的邊界條件相適配。如果一個(gè)噴管被設(shè)計(jì)用于葉輪的高負(fù)荷點(diǎn)并且另一個(gè)噴管被設(shè)計(jì)用于葉輪的低負(fù)荷點(diǎn)，則得到一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)。通過該措施能夠僅以很少的噴管覆蓋特別寬的功率范圍，因?yàn)閷?duì)于內(nèi)燃機(jī)的低負(fù)荷點(diǎn)僅可以接通具有用于低負(fù)荷點(diǎn)的設(shè)計(jì)的噴管，而另一個(gè)噴管被關(guān)斷。相反，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的高負(fù)荷點(diǎn)可以僅接通具有用于高負(fù)荷點(diǎn)的設(shè)計(jì)的噴管，而另一個(gè)噴管被關(guān)斷。內(nèi)燃機(jī)的其它負(fù)荷點(diǎn)可以通過兩個(gè)噴管的組合來覆蓋。通過少量的噴管能夠節(jié)省在設(shè)計(jì)時(shí)的費(fèi)用并且同時(shí)覆蓋內(nèi)燃機(jī)的寬功率范圍。適宜地為了導(dǎo)輪中的蒸汽的加速而使用拉瓦爾噴管，因?yàn)橥ㄟ^這些噴管能夠?qū)⒄羝麖拇我羲偌铀俚匠羲偎俣炔⑶彝ㄟ^高的速度能夠?qū)崿F(xiàn)特別高的汽輪機(jī)功率。有利地使用部分加載的汽輪機(jī)，因?yàn)橥ㄟ^部分加載能夠增加葉輪直徑并且由此能夠避免汽輪機(jī)的小且難于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)尺寸。如果汽輪機(jī)的噴管通過一個(gè)由調(diào)節(jié)閥或孔板組成的開關(guān)裝置接通和關(guān)斷，則得到另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橛纱颂峁┝舜罅靠赡艿膰姽芙M合。特別有利的是一個(gè)通過存在于導(dǎo)輪上的壓力差進(jìn)行調(diào)節(jié)的開關(guān)裝置，因?yàn)閲姽艿年P(guān)斷和接通可以最佳地匹配于所存在的邊界條件。適合的是，開關(guān)裝置通過一個(gè)伺服馬達(dá)、尤其是步進(jìn)馬達(dá)操作，因?yàn)檫@是簡(jiǎn)單且成本低廉的實(shí)現(xiàn)可能性。
有利的是使用一個(gè)噴管作為噴管旁路，它將蒸汽不經(jīng)加速地引導(dǎo)到葉輪上，以便在熱過程中緩慢地流過葉輪或者以便在內(nèi)燃機(jī)的推動(dòng)運(yùn)行中不產(chǎn)生功率。以該形式實(shí)現(xiàn)的旁路比一個(gè)引導(dǎo)蒸汽從汽輪機(jī)旁經(jīng)過的旁路成本低得多。此外通過汽輪機(jī)在熱過程中被緩慢流過，避免了低質(zhì)量的蒸汽通過回流冷凝引起葉輪的損壞。此外能夠通過熱蒸汽在汽輪機(jī)起動(dòng)之前排除在葉輪上的冷凍。特別有利的是，用作旁路噴管的噴管這樣地改變蒸汽束的方向，使得在葉輪上不產(chǎn)生合成的轉(zhuǎn)矩。由此避免了汽輪機(jī)在推動(dòng)運(yùn)行中的功率輸出。在具有由導(dǎo)輪和葉輪組成的前后相繼地設(shè)置的多個(gè)級(jí)的汽輪機(jī)中有利的是，由導(dǎo)輪和葉輪組成的下一級(jí)的噴管被這樣地設(shè)置，使得它們?cè)谄洳贾煤驮O(shè)計(jì)方面與由導(dǎo)輪和葉輪組成的第一級(jí)的噴管相對(duì)應(yīng)。通過這樣的布置能夠避免在下一級(jí)中的附加開關(guān)裝置并且由此節(jié)省成本。特別有利的是使用具有迄今所述的特性的汽輪機(jī)，如果它設(shè)置在一個(gè)具有給水泵、熱交換器和冷凝器的管道回路中并且熱交換器用于利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱并且產(chǎn)生蒸汽的話，蒸汽被輸送給導(dǎo)輪的噴管，因?yàn)樵谠撚猛局谐霈F(xiàn)特別寬的功率范圍。


本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并且在下面的說明書中詳細(xì)闡述。其示出:圖1以示意圖示出按照第一實(shí)施例的汽輪機(jī)；圖2以立體視圖示出拉瓦爾噴管；圖3以示意圖示出按照第二實(shí)施例的汽輪機(jī)；和圖4以示意圖示出帶有管道回路的汽輪機(jī)。
具體實(shí)施例方式圖1和3以示意圖示出一個(gè)具有葉輪26、導(dǎo)輪20和開關(guān)裝置28的汽輪機(jī)10。在導(dǎo)輪20中設(shè)置至少兩個(gè)噴管22，導(dǎo)輪20中的這些噴管將蒸汽的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。噴管22在導(dǎo)輪20中相互平行地布置，使得蒸汽在一個(gè)對(duì)于所有噴管22相同的、垂直于主流動(dòng)方向的平面中進(jìn)入噴管22并且在另一個(gè)垂直于主流動(dòng)方向的平面中離開噴管22。噴管22圓形地設(shè)置在導(dǎo)輪20中。它可以是一個(gè)完全受載的汽輪機(jī)10，其中噴管圍繞整個(gè)導(dǎo)輪20設(shè)置，或者是一個(gè)部分受載的汽輪機(jī)10，其中噴管22僅僅填充導(dǎo)輪20的圓的部分或一個(gè)扇形。噴管22被設(shè)計(jì)用于葉輪26的不同負(fù)荷點(diǎn)，其中，這些噴管22中的至少一個(gè)噴管被設(shè)計(jì)用于葉輪26的一個(gè)高負(fù)荷點(diǎn)并且這些噴管22中的至少一個(gè)噴管被設(shè)計(jì)用于葉輪26的低負(fù)荷點(diǎn)。噴管22的不同設(shè)計(jì)主要通過它們的幾何形狀、釋放的流動(dòng)橫截面、在最窄的噴管橫截面與流出橫截面之間的面積比和/或噴管22相對(duì)于葉輪26的傾斜角被確定。各個(gè)噴管22的設(shè)計(jì)根據(jù)所出現(xiàn)的運(yùn)行條件，如質(zhì)量流量、溫度和壓力比被確定。這些運(yùn)行條件在一個(gè)用于利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱的汽輪機(jī)中特別強(qiáng)烈地波動(dòng)。噴管22優(yōu)選是拉瓦爾噴管24，如其在圖2中所示，并且將蒸汽加速地引導(dǎo)到汽輪機(jī)10的葉輪26上。拉瓦爾噴管24被構(gòu)造為具有收斂和發(fā)散的橫截面分布的矩形通道。拉瓦爾噴管24通過其專門的構(gòu)型能夠?qū)饬鲝拇我羲偌铀俚匠羲??？梢栽O(shè)置用于葉輪26的其它負(fù)荷點(diǎn)的另外的噴管22或者設(shè)置多個(gè)用于葉輪26的相同負(fù)荷點(diǎn)的葉輪22。噴管22可以成噴管組地或者單個(gè)地設(shè)置在導(dǎo)輪20中。在導(dǎo)輪20前面設(shè)置一個(gè)開關(guān)裝置28，開關(guān)裝置使導(dǎo)輪20中的噴管22相互無關(guān)地接通和關(guān)斷。通過開關(guān)裝置28能夠單獨(dú)地打開每個(gè)噴管22，而其它的噴管22是關(guān)閉的或多個(gè)噴管22同時(shí)被打開。如果這些噴管22成噴管組地設(shè)置，那么也可以通過開關(guān)裝置28打開或關(guān)閉整個(gè)噴管組。開關(guān)裝置28可以由調(diào)節(jié)閥30組成或者由一個(gè)孔板組成并且可以設(shè)置在導(dǎo)輪20前面或后面。開關(guān)裝置28可以通過一個(gè)存在于導(dǎo)輪20上的壓力差被調(diào)節(jié)。根據(jù)存在的壓力差，打開一個(gè)或多個(gè)與邊界條件相匹配的噴管22，而其它噴管22被關(guān)閉。開關(guān)裝置28可以通過一個(gè)伺服馬達(dá)、尤其是一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)操作。如果設(shè)有一個(gè)孔板，那么開關(guān)裝置28的操作可以主動(dòng)地通過一個(gè)伺服馬達(dá)或被動(dòng)地通過利用存在的壓力差來實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)實(shí)施例在圖3中示出，其中除了用于將蒸汽加速到葉輪26上的噴管22外，設(shè)有一個(gè)另外的噴管，該另外的噴管用作噴管旁路32。該噴管旁路32不是被構(gòu)造為拉瓦爾噴管24，因?yàn)閲姽芘月?2應(yīng)當(dāng)將蒸汽不經(jīng)加速地引導(dǎo)到葉輪26上。噴管旁路32與其它噴管22相比具有大的流動(dòng)橫截面，從而在汽輪機(jī)10前面的高壓部件中的壓力非?？斓亟档筒⑶艺羝谶M(jìn)入到葉輪26中時(shí)達(dá)到僅非常小的流動(dòng)速度。通過小的流動(dòng)速度在葉輪26中不實(shí)現(xiàn)值一提的功率輸出。如果噴管旁路32這樣地改變從噴管旁路32排出的蒸汽束的方向，使得不產(chǎn)生合成的轉(zhuǎn)矩，那么葉輪26的功率仍允許進(jìn)一步減少。這可以通過在軸向上或在反旋轉(zhuǎn)方向上對(duì)葉輪26的迎流來引起。汽輪機(jī)10也可以被構(gòu)造為多級(jí)的汽輪機(jī)10，其中由多個(gè)導(dǎo)輪20和多個(gè)葉輪26組成的多個(gè)級(jí)前后相繼地設(shè)置。在汽輪機(jī)的每個(gè)級(jí)中，導(dǎo)輪20的噴管22可以按照根據(jù)圖1和3的兩個(gè)實(shí)施例通過開關(guān)裝置28接通和關(guān)斷。變換地，僅在汽輪機(jī)10的由導(dǎo)輪20和葉輪26組成的第一級(jí)中存在一個(gè)用于控制噴管22的開關(guān)裝置28，該第一級(jí)直接位于蒸汽源后面。由導(dǎo)輪20和葉輪26組成的下一級(jí)的噴管22可以這樣地設(shè)置，使得它們?cè)谄涠ㄎ环矫媾c第一級(jí)的噴管22相對(duì)應(yīng)。在此在第一級(jí)中被打開的噴管22的蒸汽束應(yīng)當(dāng)僅僅進(jìn)入到第二級(jí)的相對(duì)應(yīng)的噴管22中。相對(duì)應(yīng)的噴管22被這樣地設(shè)計(jì)，使得它們?cè)诖嬖诘倪吔鐥l件的情況下實(shí)現(xiàn)最佳的效率。汽輪機(jī)10特別適合用于利用廢熱以便用在內(nèi)燃機(jī)中。本發(fā)明的汽輪機(jī)10但是也適合其它用途。圖4示出根據(jù)之前的實(shí)施例之一、在用于利用內(nèi)燃機(jī)2的廢熱的管道回路4中的汽輪機(jī)10。工作介質(zhì)在管道回路4中循環(huán)，在該管道回路中設(shè)置一個(gè)熱交換器8、一個(gè)冷凝器12、一個(gè)給水泵6和汽輪機(jī)10。內(nèi)燃機(jī)燃燒燃料，以便產(chǎn)生機(jī)械能。在此形成的廢氣通過其中可以設(shè)置廢氣催化器的廢氣設(shè)備排出。廢氣設(shè)備的管道區(qū)段傳導(dǎo)通過一個(gè)熱交換器8。來自廢氣或廢氣回送裝置的熱能在熱交換器8中被輸出給工作介質(zhì),從而工作介質(zhì)可以在熱交換器8中被蒸發(fā)和過加熱。管道回路4的熱交換器8通過一個(gè)管道與汽輪機(jī)10連接。蒸發(fā)的工作介質(zhì)通過管道流向汽輪機(jī)10并且驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)。汽輪機(jī)10具有一個(gè)從動(dòng)軸11，汽輪機(jī)10通過從動(dòng)軸與一個(gè)負(fù)載連接。由此能夠例如將機(jī)械能傳遞到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、泵或類似裝置。在流過汽輪機(jī)10之后，工作介質(zhì)通過一個(gè)管道通向冷凝器12。通過汽輪機(jī)10卸載的工作介質(zhì)在冷凝器12被冷卻和冷凝。冷凝器12可以與冷卻循環(huán)連接。在冷凝器12中液化的工作介質(zhì)通過一根管道從一個(gè)給水泵6傳輸?shù)酵ㄏ驘峤粨Q器8的管道中。通過給水泵6給定工作介質(zhì)通過管道回路4的通流方向。由此能夠通過熱交換8從內(nèi)燃機(jī)的廢氣和廢氣回送裝置的組成部分持續(xù)不斷地取走熱能，這些熱能以機(jī)械能的形式被輸出給軸11。作為工作介質(zhì)可以使用水或另一種符合熱力學(xué)要求的液體。工作介質(zhì)在流過管道循環(huán)4時(shí)經(jīng)歷熱力學(xué)的狀態(tài)變化。在液態(tài)時(shí)工作介質(zhì)通過給水泵6帶到用于蒸發(fā)的壓力水平。接下來廢氣的熱能通過熱交換器8被輸出給工作介質(zhì)。在此，工作介質(zhì)等壓地被蒸發(fā)并且接下來被過加熱。然后蒸汽在汽輪機(jī)10中絕熱地卸載。在此獲得機(jī)械能并且將其傳遞給軸11。工作介質(zhì)然后在冷凝器12中冷卻、液化并且重新被輸送到給水泵6。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)2的運(yùn)行點(diǎn)提供不同的廢熱量給熱交換器8。熱交換器8產(chǎn)生供汽輪機(jī)10使用的蒸汽。汽輪機(jī)10必須根據(jù)內(nèi)燃機(jī)2的工作點(diǎn)以其它的邊界條件(蒸汽量、溫度、壓力)工作并且相應(yīng)地匹配其負(fù)荷點(diǎn)。這通過汽輪機(jī)10的導(dǎo)輪20中的噴管22的接通和關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)，噴管與內(nèi)燃機(jī)2的不同負(fù)荷點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求
1.汽輪機(jī)(10)、尤其是用于利用內(nèi)燃機(jī)(2)的廢熱的汽輪機(jī)，包括至少一個(gè)葉輪(26)和至少一個(gè)導(dǎo)輪(20)，其中，所述導(dǎo)輪(20)具有至少兩個(gè)相互平行地設(shè)置的噴管(22)，其特征在于，所述噴管(22)被設(shè)計(jì)用于所述葉輪(26)的不同負(fù)荷點(diǎn)并且可相互獨(dú)立地接通和關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述葉輪(26)的不同負(fù)荷點(diǎn)與內(nèi)燃機(jī)(2)的不同運(yùn)行點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述噴管(22)的不同設(shè)計(jì)通過其幾何形狀、釋放的流動(dòng)橫截面和/或噴管(22)相對(duì)于葉輪(26)的傾斜角給出。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述噴管(22)中的一個(gè)噴管被設(shè)計(jì)用于所述葉輪(26)的一個(gè)低負(fù)荷點(diǎn)并且所述噴管(22)中的另一個(gè)噴管被設(shè)計(jì)用于所述葉輪(26)的高負(fù)荷點(diǎn)。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述噴管(22)中的至少一個(gè)噴管是拉瓦爾噴管(24)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述葉輪(26)部分地被加載蒸汽。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述噴管(22)通過一個(gè)由調(diào)節(jié)閥(30)或孔板組成的開關(guān)裝置(28)接通和關(guān)斷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述開關(guān)裝置(28)通過一個(gè)存在于所述導(dǎo)輪(20)上的壓力差調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，所述噴管(22)中的一個(gè)噴管用作噴管旁路(32 )，所述噴管旁路將蒸汽不經(jīng)加速地弓I導(dǎo)到葉輪(26 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，用作噴管旁路(32)的噴管(22)這樣地改變蒸汽束，使得不產(chǎn)生合成的轉(zhuǎn)矩。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，由導(dǎo)輪(20)和葉輪(26)組成的多個(gè)級(jí)前后相繼地設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的汽輪機(jī)(10)，其特征在于，由導(dǎo)輪(20)和葉輪(26)組成的下一級(jí)的噴管(22)被這樣地設(shè)置，使得它們?cè)谄湓O(shè)計(jì)方面與由導(dǎo)輪(20)和葉輪(26)組成的第一級(jí)的噴管(22)相對(duì)應(yīng)。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的汽輪機(jī)(10)，它具有一個(gè)管道回路(4)，其特征在于，在所述管道回路(4)中設(shè)有一個(gè)給水泵(6)、一個(gè)熱交換器(8)和一個(gè)冷凝器(12)，所述熱交換器(8 )用于利用一個(gè)內(nèi)燃機(jī)(2 )的廢熱并且產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽被輸送給所述導(dǎo)輪(20 )的噴管(22)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)(10)、尤其是用于利用內(nèi)燃機(jī)(2)的廢熱的汽輪機(jī)，包括至少一個(gè)葉輪(26)和至少一個(gè)導(dǎo)輪(20)，其中，所述導(dǎo)輪(20)具有至少兩個(gè)相互平行地設(shè)置的噴管(22)，所述噴管(22)被設(shè)計(jì)用于所述葉輪(26)的不同負(fù)荷點(diǎn)并且可相互獨(dú)立地接通和關(guān)斷。
文檔編號(hào)F01D17/18GK103154439SQ201180049042
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者N·艾森門格爾, M·施米特, I·克林, B·班茨哈夫, J·希爾青格, J·施特格邁爾, P·格拉澤 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司