[发明专利]汽轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的汽轮机，它尤其是用于利用内燃机的废热的汽轮机。

背景技术

由DE 42 14 775A1已经公开一种汽轮机，它能够在不同的负载状态中运行。该汽轮机的特点在于导轮中的多个设计相同的喷管组。为了在不同的负载要求时控制汽轮机，通过一个调节阀调节通向每个喷管组的蒸汽输入流。在低的负载要求时，仅释放一个喷管或一个喷管组。在功率需求增加时，一个喷管组接着另一个喷管组被加载蒸汽。蒸汽输入的调节在此通过旋转滑阀的控制缝进行。也使用常规控制的调节阀。

发明内容

具有独立权利要求的特征的按照本发明的汽轮机具有优点，即通过使用针对不同负荷点设计并且可相互独立地接通和关断的喷管可通过汽轮机覆盖特别大的功率范围。

喷管的不同设计允许简单地且有利地通过其几何形状、最窄喷管横截面与流出横截面之间的面积比、释放的流动横截面和/或喷管相对于叶轮的倾斜角被预给定。

对大功率范围的要求特别是在用于利用在机动车中运行的内燃机的废热的汽轮机中出现。在此特别有利的是，内燃机的不同运行点与叶轮的不同负荷点相对应。进入导轮中的边界条件（蒸汽量、温度、压力）根据内燃机的相应的运行点变化。通过内燃机提供的能量的最佳利用可以通过接通和关断不同设计的喷管来实现，因为它们与相应的边界条件相适配。

如果一个喷管被设计用于叶轮的高负荷点并且另一个喷管被设计用于叶轮的低负荷点，则得到一个特别的优点。通过该措施能够仅以很少的喷管覆盖特别宽的功率范围，因为对于内燃机的低负荷点仅可以接通具有用于低负荷点的设计的喷管，而另一个喷管被关断。相反，对于内燃机的高负荷点可以仅接通具有用于高负荷点的设计的喷管，而另一个喷管被关断。内燃机的其它负荷点可以通过两个喷管的组合来覆盖。通过少量的喷管能够节省在设计时的费用并且同时覆盖内燃机的宽功率范围。

适宜地为了导轮中的蒸汽的加速而使用拉瓦尔喷管，因为通过这些喷管能够将蒸汽从次音速加速到超音速速度并且通过高的速度能够实现特别高的汽轮机功率。

有利地使用部分加载的汽轮机，因为通过部分加载能够增加叶轮直径并且由此能够避免汽轮机的小且难于实现的结构尺寸。

如果汽轮机的喷管通过一个由调节阀或孔板组成的开关装置接通和关断，则得到另一个优点，因为由此提供了大量可能的喷管组合。

特别有利的是一个通过存在于导轮上的压力差进行调节的开关装置，因为喷管的关断和接通可以最佳地匹配于所存在的边界条件。适合的是，开关装置通过一个伺服马达、尤其是步进马达操作，因为这是简单且成本低廉的实现可能性。

有利的是使用一个喷管作为喷管旁路，它将蒸汽不经加速地引导到叶轮上，以便在热过程中缓慢地流过叶轮或者以便在内燃机的推动运行中不产生功率。以该形式实现的旁路比一个引导蒸汽从汽轮机旁经过的旁路成本低得多。此外通过汽轮机在热过程中被缓慢流过，避免了低质量的蒸汽通过回流冷凝引起叶轮的损坏。此外能够通过热蒸汽在汽轮机起动之前排除在叶轮上的冷冻。

特别有利的是，用作旁路喷管的喷管这样地改变蒸汽束的方向，使得在叶轮上不产生合成的转矩。由此避免了汽轮机在推动运行中的功率输出。

在具有由导轮和叶轮组成的前后相继地设置的多个级的汽轮机中有利的是，由导轮和叶轮组成的下一级的喷管被这样地设置，使得它们在其布置和设计方面与由导轮和叶轮组成的第一级的喷管相对应。通过这样的布置能够避免在下一级中的附加开关装置并且由此节省成本。

特别有利的是使用具有迄今所述的特性的汽轮机，如果它设置在一个具有给水泵、热交换器和冷凝器的管道回路中并且热交换器用于利用内燃机的废热并且产生蒸汽的话，蒸汽被输送给导轮的喷管，因为在该用途中出现特别宽的功率范围。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明书中详细阐述。其示出：

图1以示意图示出按照第一实施例的汽轮机；

图2以立体视图示出拉瓦尔喷管；

图3以示意图示出按照第二实施例的汽轮机；和

图4以示意图示出带有管道回路的汽轮机。

具体实施方式

图1和3以示意图示出一个具有叶轮26、导轮20和开关装置28的汽轮机10。在导轮20中设置至少两个喷管22，导轮20中的这些喷管将蒸汽的势能转化为动能。