本发明涉及一种用于工业动力设备的具有悬臂式转子轮的涡轮机。本发明适用于离心式(流出式)和向心式(流入式)径向涡轮机。本发明适用于驱动涡轮机(涡轮机)和作业涡轮机/操作涡轮机/受驱动涡轮机(operating turbomachine)(压缩机)。具体地，本发明涉及具有悬臂式转子轮的涡轮机，该涡轮机具有用于联接到作业机器/操作机器/受驱动机器(operating machine)(例如发电机)或驱动机器(例如发动机)的减速器或增速器。优选地但不排他地，本发明的悬臂式转子轮涡轮机是在用于例如但不排他地通过水蒸气朗肯循环或有机朗肯循环(orc)产生能量、特别是电力的设备中使用的膨胀涡轮机。
背景技术：
1、例如，在公开文献wo2010106569a1、wo2010106570a1和wo2012093299中记载了具有悬臂式转子轮的涡轮机。
2、wo2010106569a1公开了一种气体和蒸气膨胀涡轮机，其包括：具有蜗壳的壳体，该蜗壳用于将流体从入口通路穿过至少一个定子组件和转子组件传送至出口通路；前护罩，其从所述蜗壳朝向涡轮轴的轴线径向延伸；固定在所述护罩或所述蜗壳前面的外管，其设计成通过插入支承组件来支承涡轮轴，其中涡轮轴具有支承转子组件的头部。
3、wo2010106570a1公开了一种气体和蒸气膨胀涡轮机的结构，其包括：具有用于将工作流体从入口通路传输到出口通路的外围蜗壳的壳体、至少一个第一定子和可能的后续定子、绕一轴线旋转并承载在第一定子和后续转子下游一起工作的至少一个第一转子和可能的后续转子的涡轮轴。外部管状元件从壳体向前突出并与涡轮机的旋转轴同轴。在管状元件与涡轮轴之间定位有支承单元，该支承单元可从不包括轴的外部管状元件整体移除。
4、wo2012093299公开了一种膨胀涡轮机，其包括：具有工作流体入口和出口的壳体、安装在壳体内的定子、安装在壳体内并绕相应的回转轴线旋转的转子、固定到壳体的套筒、安装在套筒内的机械单元。机械单元包括衬套和可旋转地安装在衬套内的轴。轴可移除地连接至转子，并且包括轴在内的整个机械单元可从与转子相对的一侧从轴管(quill)移除。
5、为了将诸如涡轮的涡轮机正确地联接到诸如发电机的驱动或作业机器，众所周知的是使用增速器或减速器。事实上，例如，对于流体流量相对较小的涡轮机，可以方便地设计机器并使机器高速运转，以便最大限度地提高效率并减小与生产成本密切相关的尺寸。与涡轮不同，与其联接的发电机的最佳转速取决于电网频率和定子极数，并且与在涡轮中运行的流体的条件无关。对于处理高焓气体或蒸气的小型涡轮的联接来说，发电机的最大转速通常太慢，为此需要插入减速器。
6、例如，涡轮交流发电机的常见构型涉及介设在涡轮与发电机之间并借助于连接接头——即在机器的旋转轴线之间存在适度错开的情况下传递扭矩而不施加明显横向作用的元件——连接的减速器。在该构型中，减速器包括至少两个轴，其借助于齿轮连接并且分别由一对轴承支承。减速器的通过带有相应齿部的接头连接到涡轮的快速轴称为小齿轮，而较慢的从动轴则连接到交流发电机。减速器是相对于涡轮和交流发电机而言的独立机器，并且包括壳体，该壳体完全支承由齿部产生的应力并将应力直接释放到涡轮交流发电机的基础上。
7、又一种构型设想将涡轮叶片安装在减速器的轴上以形成一体式机器，然而，该一体式机器在轴的布置、支撑以及它们的拆卸和维护方面保留了减速器的架构。
8、文献wo2016148329a1、wo2015176852a1、fr1129545a、de1086127b、us3597105a中记载了与涡轮机相关的减速器。
9、wo2016148329a1公开了一种涡轮膨胀机，其包括具有旋转轴的涡轮、具有连接到涡轮的旋转轴的齿轮和连接到该齿轮的输出轴的减速器、连接到减速器的输出轴以发电的发电机。
10、wo2015176852a1公开了一种“涡轮机-电动机”组件，其包括涡轮机、电动机和以固定减速比将涡轮机连接到电动机的减速器。减速器是摩擦式固定行星机构。
11、fr1129545a公开了一种泵，其包括安装在承载小齿轮的轴上的带叶片的转子轮。齿轮箱连接到容纳转子轮的壳体。齿轮箱承载有连接到小齿轮的轴和齿轮。带有转子轮的壳体通过螺栓连接到齿轮箱。
12、de1086127b公开了一种具有带行星齿轮的齿轮箱的离心泵。该泵的转子轮由轴承载，该轴具有与连接到齿轮箱的轴的行星齿轮啮合的小齿轮。
13、us3597105a公开了一种联接到齿轮箱的离心泵。承载转子轮的轴借助于轴承联接到容纳该转子轮的壳体，并且还承载与轮毂的环形齿轮部啮合的小齿轮。齿轮箱通过螺钉附接到转子轮壳体上，该螺钉接合在承载轴承的轴中，轮毂在所述轴承上旋转。
技术实现思路
1、在工业动力设备中使用的配备有减速器/增速器、具有悬臂式转子轮的涡轮机领域中，申请人发现，如上所述采用借助于联接接头连接到涡轮机(例如涡轮)和驱动或作业机器(例如交流发电机)的减速器使得组件非常庞大。
2、申请人还发现，对于配备有一体式减速器/增速器、具有悬臂式转子轮的涡轮机，必须在例如现场进行以进行检查、维护和/或修理操作的涡轮机的组装和拆卸复杂且缓慢。
3、因此，申请人意识到需要提出一种用于工业动力设备的悬臂式转子轮涡轮机的新构型，其在多个方面改进了上述公知的涡轮机。
4、申请人特别是但不排他地为自己设定了以下目标：
5、■简化和加速这些涡轮机的组装和拆卸操作，同时确保转子轮与减速器/增速器之间的联接精度，特别是围绕旋转轴线的相互对中；
6、■最大限度地减小这些涡轮机的占地面积，例如方便运输和安装；
7、■最大限度地减少减速器/增速器组件的机械损失。
8、申请人已经发现，通过将减速器/增速器刚性且可移除地联接到涡轮机，可以实现上述目标和其他目标。具体地，将减速器/增速器安装在齿轮箱中，该齿轮箱可拆卸地固定到固定壳体，该固定壳体承载涡轮机的带叶片的转子轮，并且所述转子轮的主轴用于将减速器/增速器的小齿轮键接到其上。
9、本发明涉及根据所附权利要求的涡轮机、设备和方法。
10、更具体地，根据一个独立方面，本发明涉及一种用于工业动力设备的具有悬臂式转子轮的涡轮机，其包括：
11、-固定壳体；
12、-安装在固定壳体中的主轴；
13、-支承元件，其可操作地介设在主轴与固定壳体之间，并被配置为允许主轴在所述固定壳体中旋转；
14、-至少一个带叶片的转子轮，其安装在主轴的第一端处，以便相对于支承元件被悬臂支承；其中，主轴的与第一端相对的第二端从固定壳体突出；
15、-主轴的第二端上的主小齿轮；
16、-刚性地连接到固定壳体的齿轮箱；
17、-可旋转地安装在齿轮箱中的传动轴；
18、-安装在齿轮箱中的齿轮组件，其联接到传动轴并联接到主小齿轮，以充当带叶片的转子轮与传动轴之间的增速器或减速器；
19、其中，齿轮箱的至少一部分可移除地连接到所述固定壳体；其中，所述至少一部分支承齿轮组件和传动轴，使得齿轮箱的所述至少一部分能够与固定壳体分离，并且使得齿轮箱组件连同传动轴能够与主轴分离。
20、主小齿轮或者与主轴制成一体，或者安装(例如键接)在主轴的第二端上。
21、所述至少一部分直接或间接连接到固定壳体。
22、传动轴具有远端，其例如构造成连接到作业机器或驱动机器。
23、申请人首先证实，根据本发明的解决方案允许精确、快速且相对简单地组装和拆卸涡轮机，始终保证转子轮与增速器/减速器之间的相互对准。事实上，移除齿轮箱就可以整体拆卸齿轮组件和传动轴。重新组装时，同一齿轮箱确保齿轮组件相对于带叶片的转子轮的对中。
24、申请人还证实，由于增速器/减速器的小齿轮被置于转子轮的主轴上，因此齿轮组件靠近主轴放置，因此根据本发明的解决方案使得能够控制涡轮机的整体尺寸并且使机械损失最小化。
25、下面描述本发明的其他方面。
26、一方面，可分离连接元件——例如螺钉或螺栓——被配置为将固定壳体可移除地连接到齿轮箱。
27、一方面，整个齿轮箱直接或间接可移除地连接到固定壳体。
28、一方面，主轴和传动轴相对于彼此对齐并且彼此同轴。
29、一方面，提供了一种安装在固定壳体中并包括支承元件的支承组件。
30、一方面，齿轮箱刚性地连接到支承组件。
31、一方面，支承组件安装在固定壳体中，使得其能够被抽出。
32、一方面，所述支承组件可通过齿轮箱的至少一部分相对于固定壳体的移位而插入到固定壳体中或从固定壳体中抽出。
33、一方面，支承组件安装在固定壳体的圆柱形座中，该座任选地在所述固定壳体的管状本体中界定。
34、一方面，诸如螺钉或螺栓的可分离连接元件被配置为将支承组件可移除地连接到齿轮箱和/或将支承组件、齿轮箱和固定壳体彼此可移除地连接。
35、申请人已经证实，上述结构还允许以精确、快速和相对简单的方式接近主轴支承元件，以进行上述控制、维护和修理操作，并且甚至在多次拆卸/重新组装操作之后也始终确保零件之间的完美相互对准，例如主轴与支承元件之间、支承元件与固定壳体之间、减速器/增速器与主轴之间的完美相互对准。因此，保证了涡轮机长期的效率和可靠性。
36、一方面，主小齿轮经由机械接合(例如使用键或hirth前齿部的圆柱形连接)或经由花键轮廓连接到主轴的第二端。
37、一方面，支承组件包括套筒和安装在套筒中的轴承，其中主轴由轴承支承。
38、一方面，齿轮箱刚性地连接到套筒。
39、一方面，齿轮箱包括通过可分离连接元件(例如螺钉或螺栓)连接在一起的第一轴向部分和第二轴向部分。
40、一方面，所述至少一部分是第一轴向部分或第二轴向部分。
41、一方面，第二轴向部分刚性地连接到支承组件。
42、一方面，第二轴向部分刚性地连接到套筒。
43、一方面，套筒的后端从固定壳体突出，并且第二轴向部分刚性地连接到所述后端。
44、一方面，可分离连接元件被配置为将套筒可移除地连接到齿轮箱和/或将套筒、齿轮箱和固定壳体彼此可移除地连接。
45、一方面，第二轴向部分通过将其与支承组件的套筒一起加工而制成。
46、这种结构和上述加工允许齿轮组件与涡轮机主轴的轴线精确地对中。
47、一方面，第一轴向部分支承齿轮组件和传动轴。
48、在一个替代方面，第二轴向部分支承齿轮组件和传动轴。
49、一方面，主轴经由可移除的连接而连接到带叶片的转子轮，并且可从固定壳体抽出，同时带叶片的转子轮保留在所述固定壳体中。
50、一方面，可以通过齿轮箱的所述至少一部分相对于固定壳体的移位来将所述主轴插入到固定壳体中或从固定壳体中抽出。
51、因此，例如为了维护目的，支承组件以及可能还有主轴的现场拆卸和组装是准确的并且相对简单且快速。最重要的是，不需要复杂的对准操作，而如果支承组件和齿轮箱是被分开支承的，则需要进行复杂的对准操作。
52、一方面，主轴与支承组件在轴向上成一体。
53、一方面，可以通过使齿轮箱的所述至少一部分相对于固定壳体移位来将所述支承组件和所述主轴插入到固定壳体中或从固定壳体中抽出。
54、一方面，主轴可分离地紧固到带叶片的转子轮。
55、一方面，带叶片的转子轮可锁定在固定壳体中。
56、一方面，锁定装置被配置为将带叶片的转子轮锁定在固定壳体中。
57、一方面，锁定装置包括螺钉，螺钉穿过固定壳体，任选地穿过固定壳体的后壁，并且接合带叶片的转子轮。
58、这样，可以将支承组件和主轴从固定壳体中抽出，同时将带叶片的转子轮留在固定壳体中。
59、一方面，带叶片的转子轮可在向前工作位置与向后锁定位置之间轴向移动，在向前工作位置，带叶片的转子轮在固定壳体中自由旋转，在向后锁定位置，带叶片的转子轮紧密地抵靠在固定壳体上，任选地如wo2012/093299中所述。
60、这样，支承组件和主轴就可以从固定壳体中抽出，确保过程流体/工艺流体被密封在涡轮机中。因此，不必排空涡轮机来执行维护/修理操作。
61、一方面，齿轮组件包括传动轴上的传动小齿轮，该传动小齿轮例如与传动轴一体制成或安装(例如键接)在所述传动轴上。
62、一方面，齿轮组件包括至少两个可旋转地安装在齿轮箱中的从动轴。
63、一方面，所述至少两个从动轴中的每一个都包括与主小齿轮啮合的第一从动轮和与驱动小齿轮啮合的第二从动轮。
64、一方面，所述至少两个从动轴围绕主轴和传动轴等角度间隔地布置。
65、一方面，从动轴为至少三个。
66、一方面，从动轴是彼此间隔120°的角度的三个从动轴。
67、一方面，从动轴平行于主轴和传动轴。
68、轴和从动轮相对于主轴和主小齿轮的这种布置使得能够消除或最大限度地减少主轴上的径向作用。主轴与齿轮组件之间的运动传递不会产生明显的横向作用。以这种方式，可以使用设计用于直接联接的涡轮机的轴承的构型，即，考虑到机械功率的传输通过扭矩仅相对于旋转轴线作用而不产生横向力发生而设计的轴承，就像它发生在具有平行轴线的减速器或增速器的轴上一样。
69、一方面，轴向屈服支承件可操作地介设在从动轴与齿轮箱之间。
70、一方面，轴向屈服支承件设置在每个从动轴的至少一端处。
71、一方面，轴向屈服支承件包括盘簧。
72、一方面，主小齿轮和第一从动轮是螺旋式的。
73、一方面，驱动小齿轮和第二从动轮是螺旋式的。
74、一方面，螺旋轮的螺旋角小于或等于15°，任选地小于或等于10°。
75、轴向屈服支承件和螺旋轮可以平衡在齿上交换的力。即使在齿部中存在几何不均匀的情况下，轴向屈服支承件也始终保证小齿轮的齿与从动轮之间的接触。如果一对从动轮由于公差或加工误差而先于其他轮啮合，则螺旋角产生的轴向力被弹簧力抵消，导致从动轴轴向移动，从而恢复其他轮上的接触并平衡齿上的力。
76、一方面，拉杆可移除地收纳在主轴的轴向通孔中，连接到带叶片的转子轮并且被配置为将所述主轴和所述带叶片的转子轮结合。
77、一方面，拉杆的与带叶片的转子轮相对的一端位于形成在传动轴的近端中的座中。
78、一方面，传动轴的远端从齿轮箱突出。
79、一方面，传动轴的远端任选地经由接头连接到或可连接到作业机器或驱动机器。
80、一方面，可分离连接元件被配置为当拉杆被收纳在主轴的轴向通孔中时将所述拉杆和主轴锁定在一起。
81、一方面，所述可分离连接元件包括螺母，该螺母可接合在拉杆的与带叶片的转子轮相对的一端上。
82、一方面，本发明还涉及一种通过以下步骤拆卸涡轮机的方法：
83、-将齿轮箱的第一轴向部分与传动轴和齿轮组件一起从所述齿轮箱的第二轴向部分移除，将第一从动轮从主小齿轮脱离并移开；
84、-将拉杆从主轴上解锁；
85、-将齿轮箱的第二轴向部分和支承组件与固定壳体断开；
86、-将与齿轮箱的第二轴向部分成一体的支承组件与主轴一起从固定壳体抽出。
87、一方面，可以设想，在将支承组件与主轴一起从固定壳体抽出之前，将带叶片的转子轮锁定到固定壳体中。
88、一方面，设想在将支承组件与主轴一起从固定壳体抽出之前，使带叶片的转子轮紧密地抵靠在固定壳体的内表面上，以防止过程液体泄漏，任选地根据wo2012/093299。
89、一方面，本发明还涉及一种通过以下步骤组装涡轮机的方法：
90、-将与齿轮箱的第二轴向部分成一体的支承组件与主轴一起插入到固定壳体中；
91、-将齿轮箱的第二轴向部分和支承组件紧固到固定壳体；
92、-将拉杆与主轴锁定；
93、-将齿轮箱的第一轴向部分与传动轴和齿轮组件一起结合到所述齿轮箱的第二轴向部分，将第一从动轮啮合至主小齿轮。
94、一方面，涡轮机是驱动涡轮机。
95、一方面，涡轮机用于发电。
96、一方面，涡轮机是膨胀涡轮机，任选地是径向涡轮机，任选地是离心式径向涡轮机。
97、一方面，膨胀涡轮机包括至少一个轴向级。
98、一方面，膨胀涡轮机是径向/轴向类型的。
99、一方面，带叶片的转子轮包括转子盘和设置在转子盘的一个面上以形成相应径向级的至少一个转子叶片阵列。
100、一方面，涡轮机是作业涡轮机/操作涡轮机/受驱动涡轮机(operatingturbomachine)。
101、一方面，涡轮机是压缩机。
102、一方面，主小齿轮、传动轴和齿轮组件限定了减速器。
103、一方面，主小齿轮、传动轴和齿轮组件限定了增速器。
104、一方面，本发明还涉及一种工业动力设备，其包括至少一个根据前述方面中的至少一项的具有悬臂式转子轮的涡轮机。
105、一方面，该工业设备的具有悬臂式转子轮的涡轮机是联接到发电机的膨胀涡轮机。
106、一方面，该工业设备是有机朗肯循环(orc)类型的。
107、一方面，该工业设备被配置用于从高温烟道气(例如300-600℃)回收热量。
108、一方面，该工业设备被配置为产生高达10mw的功率，焓变大于150kj/kg。
109、一方面，膨胀涡轮机具有高于3000rpm的最佳速度。
110、一方面，发电机速度通常在1500rpm与1800rpm之间。
111、根据对根据本发明的用于工业动力设备的具有悬臂式转子轮的涡轮机的优选但非排他性实施例的详细描述，进一步的特征和优点将更加明显。
1.一种用于工业动力设备的具有悬臂式转子轮的涡轮机，包括：
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述主轴(10)和所述传动轴(27)相对于彼此对准并且彼此同轴。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其中，所述带叶片的转子轮(2)能够在前进工作位置与退回锁定位置之间轴向移动，在所述前进工作位置，所述带叶片的转子轮在所述固定壳体(3)中自由旋转，在所述退回锁定位置，所述带叶片的转子轮紧密地抵靠在所述固定壳体(3)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮机，其中，所述齿轮箱(21)包括借助于可移除的连接构件彼此连接的第一轴向部分(22)和第二轴向部分(23)；其中所述第二轴向部分(23)刚性地连接到所述支承组件(7)。
5.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述支承组件(7)包括套筒(8)，并且所述支承元件(9)是安装在所述套筒(8)中的轴承，其中所述主轴(10)由所述轴承支承并且其中所述第二轴向部分(23)刚性地连接到所述套筒(8)。
6.根据权利要求4或5所述的涡轮机，其中，所述第一轴向部分(22)或所述第二轴向部分(23)支承所述齿轮组件和所述传动轴(27)。
7.根据权利要求5或当从属于权利要求5时的权利要求6所述的涡轮机，其中，所述套筒(8)的后端从所述固定壳体(3)突出，并且所述第二轴向部分(23)刚性地连接到所述后端。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中，所述涡轮机是膨胀涡轮。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮机，其中，所述齿轮组件包括：
10.根据权利要求9所述的涡轮机，其中，所述至少两个从动轴(28)围绕所述主轴(10)和所述传动轴(27)等角度间隔地布置。
11.根据权利要求9或10所述的涡轮机，其中，所述从动轴(28)是至少三个。
12.根据权利要求9、10或11所述的涡轮机，包括可操作地介设在所述从动轴(28)与所述齿轮箱(21)之间的轴向屈服支承件(35)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的涡轮机，其中，所述主小齿轮(20)和所述第一从动轮(36)是螺旋类型的，和/或其中，所述驱动小齿轮(33)和所述第二从动轮(37)是螺旋类型的。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的涡轮机，包括拉杆(17)，所述拉杆(17)被可移除地收纳在所述主轴(10)的轴向通孔(18)中、连接到所述带叶片的转子轮(2)、并且被配置为将所述主轴(10)和所述带叶片的转子轮(2)结合。
15.根据权利要求14所述的涡轮机，其中，所述拉杆(17)的与所述带叶片的转子轮(2)相对的一端位于形成在所述传动轴(27)的近端中的座中。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的涡轮机，其中，所述传动轴(27)的远端从所述齿轮箱(21)突出并且被配置为连接到作业机器或驱动机器。
17.一种工业动力设备，包括至少一个根据权利要求1至16中至少一项所述的具有悬臂式转子轮的涡轮机，其中，所述工业设备的具有悬臂式转子轮的涡轮机是联接到发电机的膨胀涡轮。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述工业设备是有机朗肯循环(orc)类型的。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述膨胀涡轮机具有大于3000rpm的最佳速度，并且所述发电机的速度在1500rpm与1800rpm之间。
20.一种用于拆卸根据当从属于权利要求4时的权利要求9和权利要求14所述的涡轮机的方法，其中，所述方法包括：
21.根据权利要求20所述的方法，包括：在将所述支承组件(7)与所述主轴(10)一起从所述固定壳体(3)抽出之前，使所述带叶片的转子轮(2)紧密地抵靠在所述固定壳体(3)的内表面上，以防止过程液体泄漏。
22.一种用于组装根据当从属于权利要求4时的权利要求9和权利要求14所述的涡轮机的方法，其中，所述方法包括：
