[发明专利]具有轴向推力补偿的风扇冷却的电机

说明书

公开了一种旋转机械装备，其包括旋转电机，该旋转电机具有定子(1)和转子(11)安装在其上的旋转轴(7)。机械装备还包括冷却风扇(23)，该冷却风扇(23)包括安装在旋转轴(7)上用于与其共同旋转的旋转叶轮(33)。冷却气体通路(45,47)提供用于将压缩的冷却气体输送穿过定子和转子。冷却气体由叶轮(33)输送到冷却气体分送室(31)中。冷却气体分送室中的冷却气体的压力生成轴向力，使由冷却气流在电机上生成的轴向推力平衡。

技术领域

本公开涉及旋转机器，并且具体地涉及旋转电机。本公开的一些实施例涉及包括旋转电机和传动地连接于其的涡轮机的旋转机械装备。

背景技术

电机通常用作连接于从动装备如压缩机或泵的原动机。电机还用作传动地连接于原动机如内燃机(例如，燃气涡轮或往复式内燃机)的发电机。

电机有时设有安装在其轴上的冷却风扇，用于生成冷却流体流，如典型地为冷却气流。在一些已知的布置中，用作涡轮压缩机的原动机的电动机使用由涡轮压缩机处理的相同气体作为冷却介质。

在高速电机中，典型地需要提供显著的冷却气流来保持电机的转子和定子中的期望低温水平。为了克服对冷却气流的阻力，支承在电机的轴上的冷却风扇需要将显著的压力输送在电机的一个端部上。因此产生的沿电机的转子的压差导致了沿冷却流的方向朝与冷却风扇相对的电机的端部(即，朝连接于电机的从动/驱动机器)作用于电机的转子上的轴向力。由冷却流压力生成的轴向力可变得非常显著，并且需要使用特殊的推力补偿装置。

即使强大的轴向推力补偿装置如轴向轴承位于连接于旋转电机的机器中以补偿其自身的轴向力，并且能够补偿在连接的电机中经由冷却气流产生的附加力，电机转子和轴上的冷却流的轴向力仍将使得难以选择柔性联接件来使电机的轴与从动或驱动机器的轴连接，这通常对于高速应用而言为关键的。

因此，所需的是对由布置在电机上的冷却风扇提供的冷却气流生成的、旋转电机的轴上生成的轴向推力进行补偿的问题的不同途径。

发明内容

为了减小由冷却气体压力生成的轴向推力，冷却气体分送室可与冷却风扇组合。冷却气体由冷却风扇在升高压力下输送在冷却气体分送室中，并且由此朝电机分送，即，穿过转子与定子之间的间隙。冷却气体分送室中的升高气体压力生成电机的轴上的轴向力，其抵消电机的转子上的由冷却气体压力生成的轴向推力。轴向力大体上定向成与穿过电机的冷却气流相反。

根据一些实施例，提供了一种旋转机器，其包括旋转电机，该旋转电机具有定子、旋转轴和安装在旋转轴上并且与其一起旋转的转子。旋转机器还包括冷却风扇，其包括安装在旋转轴的第一端部处并且与其一起旋转的旋转叶轮。冷却气体分送室位于冷却风扇与定子转子布置之间。冷却气体分送室与冷却风扇和与布置用于将冷却气体输送在电机中的冷却气体通路流体连通。由冷却风扇输送的压缩的冷却气体接收在冷却气体分送室中，并且从其分送至所述冷却气体通路。冷却风扇设有面向定子转子布置的推力表面，使得作用于推力表面上的冷却气体分送室中的气体压力在轴上生成平衡轴向力。推力表面可由自身的叶轮或由添加至其的推力盘形成。由于冷却气体分送室中的压力高于冷却风扇的入口处的压力，故轴向推力施加在转子和冷却风扇安装在其上的轴上。由冷却气体分送室中的加压冷却气体生成的轴向推力沿大体上与冷却气体穿过电机的转子定子布置的流动方向相反的方向定向，以使所述轴向力与由流过转子定子布置的加压冷却气体的流动生成的推力相反。

接收在冷却气体分送室中的压缩的冷却气体可完全地或部分地流过转子与定子之间的间隙。在一些实施例中，冷却气体可用于从旋转装备的附加构件、元件或部分除去热。例如，冷却气流可用于轴承通风。这在电磁轴承的情况下特别有用。当电机操作为电动机或原动机时，如果电机操作为发电机，则冷却气体还可用于冷却传动地连接于电机的附加机器(例如，压缩机)的构件。