[发明专利]用于涡轮机械的磁性轴承

说明书

一种用于涡轮机械的磁性轴承(1)，所述磁性轴承包括：定子(2)，所述定子能够固定到涡轮机械的结构(C)；转子(3)，所述转子磁性连接到所述定子(2)并且限定旋转轴线(A)，所述转子(3)具有前中心表面(3a)、与所述前中心表面(3a)相对的后中心表面(3b)以及相对于所述旋转轴线(A)的外表面(3c)；所述转子(3)设置有内部通道(4)，所述内部通道配置成转移冷却流体。

技术领域

本公开涉及一种用于涡轮机械的磁性轴承。在以下公开内容中，将详细讨论所述轴承的具体应用，即电动压缩机的轴。但这并不会丧失一般性，因为相同原理同样适用于类似应用。

背景技术

通常，电动压缩机(motorcompressor)单元包括处理工艺气体的离心(centrifugal)压缩机。压缩机与电机(motor)一起布置在壳体中，所述电机通常由电动机(electric motor)组成。所述压缩机产生压缩工艺气体流。

更详细地说，所述电机经由每一端处由磁性轴承(magnetic bearings)支撑的共用旋转轴来驱动压缩机。所述轴连接电动机的转子和离心压缩机的转子，其中所述压缩机的叶轮安装在所述离心压缩机的转子上。所述轴通常不会伸出一个或多个外壳之外。用于产生或传送碳氢化合物(hydrocarbons)的电动压缩机单元设有由转子轴承系统支撑的共用旋转轴。

当用于直接驱动压缩机例如离心压缩机时，所述轴需要以相对高速度旋转。此外，在电动机的情况下，所述电气系统将生热，这是电动机驱动器的特性。除了电损耗机构(mechanisms)产生热量之外，以高速操作电动压缩机装置还增加了由旋转部件产生的摩擦损失。由于旋转部件在加压气体中操作，因此这种效果进一步增加。

如果此热量没有适当地消散，则会对电机的性能产生负面影响并且可能损坏定子的绝缘。升高的温度还会对压缩机和电机两者的转子轴承系统产生不利影响，因而导致轴承损坏和/或故障。

为了冷却电动压缩机单元中的电机和轴承，提供冷却回路，所述冷却回路可以是开环冷却回路或类闭环(quasi-closed-loop)冷却回路。在开环中，使用外部冷却气体，而在类闭环回路中，冷却气体是在压缩过程中的某个点从工艺流中抽出的工艺气体。然后，此冷却气体通过电机和轴承区域以吸收热量。

根据现有技术，冷却介质可以通过外部冷却器冷却。在此情况下，所述冷却气体可以在进入电机区域之前通过附接到轴的风扇或叶轮加压。所述叶轮还迫使冷却介质流入冷却管道(ducts)中以冷却必须冷却的其他部分，例如轴承和电气设备。工艺气体然后循环通过外部冷却器，所述外部冷却器中本身将冷却。

在开路的情况下，通常不需要使用风扇或冷却器。

现有技术情形的轴向磁性轴承部分包括：定子元件，所述定子元件附接到电动压缩机的支撑结构；以及转子元件，所述转子元件机械连接到所述轴。所述转子元件和定子元件磁性连接，使得在使用中，机器中由于各种影响例如跨表面差压、气体动量变化、重量等而产生的轴向推力(axial thrust)被形成于轴承转子元件上的磁力对抗(opposed by amagnetic force)，而不与定子进行任何接触。所述电动压缩机还包括机械支承轴承(mechanical backup bearings)，所述机械支承轴承在磁性轴承故障或者作用于轴上的力大于磁性轴承的对抗能力时起作用。在所述轴上，所述磁性轴承可以设置于所述电机附近。所述机械轴承设置于所述磁性轴承旁边。在一些构造中，所述叶轮设置于所述轴的端部上，因此处于相对于电机的悬伸(overhang)位置。

发明内容

因此，本发明的第一实施例涉及一种用于涡轮机械的磁性轴承。所述磁性轴承包括能够固定到涡轮机械的结构的定子。转子磁性连接(magnetically coupled)到所述定子，并且限定旋转轴线。所述转子设置有内部通道(internal channel)，所述内部通道配置成转移(displace)冷却流体。