專利名稱：渦輪壓縮機(jī)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的渦輪壓縮機(jī)裝置。
一種公知的渦輪壓縮機(jī)裝置包括一徑流式渦輪壓縮機(jī)和一電機(jī)，這些單元中的每一個(gè)設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)的殼體內(nèi)，電機(jī)的軸通過一個(gè)撓性軸部分連接于徑流式渦輪壓縮機(jī)。
這種公知的渦輪壓縮機(jī)裝置的缺點(diǎn)是，其設(shè)計(jì)得相當(dāng)大，需要若干密封件和軸承，因此，渦輪壓縮機(jī)裝置的制造成本較高。
專利文件DE2729486C1在

圖1中公開了一種渦輪壓縮機(jī)裝置，其包括兩級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)，同樣也包括一臺(tái)電機(jī)，二者連接于一剛性軸，該剛性軸在三個(gè)位置上用磁力徑向軸承軸頸支撐。這種實(shí)施形式的缺點(diǎn)是，該組件非常昂貴和復(fù)雜；這種裝置最多適用于兩級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)；這種渦輪壓縮機(jī)裝置具有較高的耗散損失。
本發(fā)明的目的是提供一種在經(jīng)濟(jì)上更有益的渦輪壓縮機(jī)裝置。
這一目的通過一種具有權(quán)利要求1的特征的渦輪壓縮機(jī)裝置來完成。從屬權(quán)利要求2至10涉及本發(fā)明的渦輪壓縮機(jī)裝置的其它有利的實(shí)施形式。
特別是，這一目的通過一種渦輪壓縮機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)，這種渦輪壓縮機(jī)裝置包括一臺(tái)電機(jī)、一臺(tái)多級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)、以及一個(gè)共用軸，該軸的一部分構(gòu)成電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該軸的另一部分構(gòu)成徑流式渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子，該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括一壓縮機(jī)軸及與該軸連接的壓縮機(jī)葉輪，為了軸頸支撐軸，在軸的延伸方向上彼此隔開地布置多個(gè)電磁徑向軸承，在電機(jī)的轉(zhuǎn)子與壓縮機(jī)葉輪之間布置一個(gè)單獨(dú)的電磁徑向軸承，電機(jī)、徑流式渦輪壓縮機(jī)、軸以及徑向軸承布置在一個(gè)共同的對(duì)外以氣密方式密封的殼體內(nèi)，該殼體由多個(gè)部分殼體構(gòu)成，這些部分殼體彼此固定連接，電機(jī)布置在一個(gè)部分殼體內(nèi)，徑流式渦輪壓縮機(jī)布置在一個(gè)部分殼體內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子及徑流式渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子可通過一個(gè)布置在電機(jī)轉(zhuǎn)子與壓縮機(jī)葉輪之間的連接裝置連接形成一共用的軸。
該目的還可以特別地以一種渦輪壓縮機(jī)裝置完成，這種壓縮機(jī)裝置包括一臺(tái)電機(jī)、一臺(tái)徑流式渦輪壓縮機(jī)以及一個(gè)共用軸，該軸的一部分設(shè)計(jì)成電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該軸的另一部分設(shè)計(jì)成徑流式渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子，該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括一根壓縮機(jī)軸和與該軸連接的葉輪，為了軸頸支撐軸，在軸的縱向方向上設(shè)置了多個(gè)彼此隔開的電磁徑向軸承，這些徑向軸承支撐在一個(gè)共同的基礎(chǔ)件上。
該目的還可以特別地以一種渦輪壓縮機(jī)裝置完成，這種壓縮機(jī)裝置包括一個(gè)與外部氣密的殼體，在殼體內(nèi)的一個(gè)共用軸上設(shè)置一臺(tái)電機(jī)和一臺(tái)多級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)，為了軸頸支撐軸，在軸的縱向方向上設(shè)置彼此隔開的電磁徑向軸承，在電機(jī)與徑流式渦輪壓縮機(jī)之間設(shè)置一個(gè)圍繞著軸的干燥氣密密封件，以便將電機(jī)與徑流式渦輪壓縮機(jī)密封地隔開，電機(jī)具有一內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間與一種流體連通的方式與穿過殼體的一出口孔連通。
圖1示出一種公知的渦輪壓縮機(jī)裝置，其包括一臺(tái)在兩側(cè)軸頸支撐的電機(jī)和一臺(tái)在兩側(cè)軸頸支撐的徑流式渦輪壓縮機(jī)，電機(jī)的軸通過一撓性軸部件連接于徑流式渦輪壓縮機(jī)的軸。
本發(fā)明的渦輪壓縮機(jī)裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與圖1所示的實(shí)施形式不同，本發(fā)明設(shè)置了三個(gè)徑向軸承，特別是設(shè)計(jì)為電磁徑向軸承，其中在電機(jī)與壓縮機(jī)之間布置一個(gè)單獨(dú)的徑向軸承，這足以完全地支撐整個(gè)軸。這有利于渦輪壓縮機(jī)裝置的制造。
整個(gè)軸可以設(shè)計(jì)成一體。在一種有利的實(shí)施形式中，電機(jī)的軸以及徑流式渦輪壓縮機(jī)裝置的軸通過一個(gè)連接件，特別是一個(gè)剛性盡可能大的連接件連接。一個(gè)剛性非常大的連接件能夠形成一個(gè)整體的軸，該整體的軸在軸的縱向方向上具有均勻的剛性。該整體軸，確切地說，渦輪壓縮機(jī)裝置的整個(gè)旋轉(zhuǎn)部件運(yùn)轉(zhuǎn)起來就像一個(gè)密實(shí)的軸，這對(duì)于渦輪壓縮機(jī)的穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)性能有著正面的影響。此外，這種結(jié)構(gòu)還使得整個(gè)軸借助于一個(gè)單獨(dú)的軸向軸承在軸向上軸頸支撐。在從圖1中公知的實(shí)施形式中，必需為電機(jī)和徑流式渦輪壓縮機(jī)裝置各提供一個(gè)單獨(dú)的軸承。
當(dāng)僅僅在電機(jī)的一側(cè)設(shè)置一個(gè)徑流式渦輪壓縮機(jī)時(shí)，三個(gè)在軸的縱向方向上彼此隔開的電磁徑向軸承足以完全地軸頸支撐整個(gè)軸。如果在電機(jī)的兩側(cè)各布置一個(gè)徑流式渦輪壓縮機(jī)，則四個(gè)在軸的縱向方向上彼此隔開地設(shè)置的電磁徑向軸承足以完全軸頸支撐整個(gè)軸。
此外，放棄在電機(jī)與徑流式渦輪壓縮機(jī)之間的一個(gè)徑向軸承還帶來一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，整個(gè)軸長(zhǎng)較短，這對(duì)于為轉(zhuǎn)子提供動(dòng)力是有利的，這使得可能將軸構(gòu)造得較輕，而且可以得到一種更加密實(shí)的渦輪壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)。需要強(qiáng)調(diào)的是，與流體動(dòng)力的徑向軸承相比，電磁徑向軸承的支撐力小得多，因此，由于軸較短而獲得的有利的轉(zhuǎn)子動(dòng)力性能以及較小的重量對(duì)于借助于電磁軸承來使渦輪壓縮機(jī)可靠而又無干擾地運(yùn)轉(zhuǎn)有著決定性的意義。對(duì)于將流體壓縮到例如600巴的高壓的徑流式渦輪壓縮機(jī)，在這方面特別有意義，因?yàn)樵谌绱烁邏旱牧黧w的情況下，湍流可以產(chǎn)生較大的徑向和軸向力，該力可以由一支撐能力有限的電磁軸承所接收，只要整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力性能最佳化即可。
在一個(gè)特別有利的實(shí)施形式中，電機(jī)和徑流式渦輪壓縮機(jī)設(shè)置以一個(gè)共同的密封的殼體內(nèi)，特別是一個(gè)耐壓殼體內(nèi)，一個(gè)流體連通的輸入和輸出管穿過殼體，或者通過殼體上的法蘭連接，以便將被壓縮的流體輸入和輸出所述徑流式渦輪壓縮機(jī)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于相對(duì)于外部，尤其是相對(duì)于大氣在軸上無需密封件具有決定性的優(yōu)點(diǎn)，這不僅有利于減小成本，而且還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，不再出現(xiàn)由于密封問題而引起的停機(jī)時(shí)間，而且可以減小軸的總長(zhǎng)，這又導(dǎo)致軸的整個(gè)重量的減少，并提高了由電磁徑向軸承所支撐的軸的穩(wěn)定性。
具有一個(gè)與外界密封的耐壓殼體的徑流式渦輪壓縮機(jī)使按照本發(fā)明的電機(jī)一壓縮機(jī)裝置也能夠在一個(gè)迄今為止不適合于運(yùn)行徑流式渦輪壓縮機(jī)的地點(diǎn)運(yùn)行，例如在水下或者在具有高度有害成份、高度污染或易燃易爆的環(huán)境中。
按照本發(fā)明的渦輪壓縮機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這種壓縮機(jī)還可以非?？煽康剡b控運(yùn)行。這種渦輪壓縮機(jī)不用例如昂貴的油壓系統(tǒng)軸頸支撐電機(jī)轉(zhuǎn)子。此外，無需或者只需很少的密封件。因此，這種渦輪壓縮機(jī)無需專業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)操作的部件或者需要進(jìn)行時(shí)間間隔較短的有規(guī)律的控制的部件。這種渦輪壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停車可以遙控進(jìn)行，在此，借助于傳感器在遠(yuǎn)處監(jiān)視壓縮機(jī)的狀態(tài)，在監(jiān)測(cè)到非正常狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)地觸發(fā)一種適當(dāng)?shù)牟僮鳎缤C(jī)。在帶有密封耐壓殼體的實(shí)施形式中的渦輪壓縮機(jī)具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，外部作用的干擾影響很小。
為了將流體壓縮到一個(gè)很高的最終壓力，迄今為止一直需要使用非常昂貴的干式氣密件，這種干式氣密件不僅價(jià)格高，而且需要相當(dāng)大的維修量，此外還具有危險(xiǎn)的成份，由于干式氣密件出現(xiàn)故障而造成的停機(jī)時(shí)間是不可預(yù)料的。
在另外的一種有利的實(shí)施形式中，一部分被壓縮的流體或處理氣體用于電機(jī)和徑向軸承的縱向冷卻氣體。這在采用一個(gè)共同的密封耐壓殼體時(shí)特別有利。在此，優(yōu)選用一臺(tái)設(shè)計(jì)用于抽吸壓力或靜壓力的電機(jī)作為所述的電機(jī)。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，該電機(jī)具有一個(gè)單獨(dú)的與徑流式渦輪壓縮機(jī)分開的冷卻循環(huán)。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，渦輪壓縮機(jī)具有一個(gè)共用的基礎(chǔ)部件，例如設(shè)計(jì)為一板狀部件，幾個(gè)，優(yōu)選全部徑向軸承支撐在該板上。將徑向軸承布置在一個(gè)共用的基礎(chǔ)部件上的優(yōu)點(diǎn)是，可以使這些軸承彼此確定地定位，并且可以將由于拉力、壓力或剪切應(yīng)力或者由于溫度影響而引起的徑向軸承的相對(duì)移動(dòng)減至最小。因此，在最不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下保證了徑向軸承的彼此間精確的定位。有利的是，在所述基礎(chǔ)部件上不僅布置徑向軸承，而且布置其余的部件，例如電機(jī)、徑流式渦輪壓縮機(jī)等等。這種設(shè)計(jì)再加上本發(fā)明的渦輪壓縮機(jī)的緊湊的結(jié)構(gòu)，使得渦輪壓縮機(jī)可以作為一個(gè)最終的整體模件在生產(chǎn)車間內(nèi)組裝。這種模件可以很快在一個(gè)使用現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)閺搅魇綔u輪壓縮機(jī)和電機(jī)無需再單獨(dú)地錨固在一個(gè)基座上，并精確地調(diào)整它們之間的相對(duì)位置。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，渦輪壓縮機(jī)布置在一個(gè)殼體內(nèi)，該殼體的一部分，例如殼體內(nèi)壁的下部同時(shí)布置形成該共同的基礎(chǔ)部件。
在渦輪壓縮機(jī)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該徑流式渦輪壓縮機(jī)與馬達(dá)布置在一個(gè)共同的殼體內(nèi)，該殼體由若干彼此連接的部分殼體構(gòu)成，或者由一個(gè)基本上單獨(dú)的殼體構(gòu)成。有利的是，整個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備布置在一個(gè)部分殼體內(nèi)，而整個(gè)徑流式渦輪壓縮機(jī)布置在另一部分殼體內(nèi)，該兩個(gè)部分殼體優(yōu)選設(shè)計(jì)成如此彼此相適配，它們可以直接彼此對(duì)中，并且可以相互固定連接。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，該共同的殼體的剛性達(dá)到如此程度，包括徑流式渦輪壓縮機(jī)、電機(jī)等在內(nèi)的整個(gè)渦輪壓縮機(jī)裝置基本上彼此無相對(duì)移動(dòng)地軸頸支撐在所述共同的殼體上，該共同的殼體，例如設(shè)計(jì)成一管，無需外部支撐件，或者只需一、兩個(gè)支撐件就可支撐在一基座上。這樣的布置具有的優(yōu)點(diǎn)是最大地抑制了支撐點(diǎn)的穩(wěn)定和不穩(wěn)定的位移的可能性，因此，不必進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的軸承位置調(diào)節(jié)。所以，渦輪壓縮機(jī)裝置可以以有利的成本制造和運(yùn)行。如果在所述共同的殼體內(nèi)的各軸或者設(shè)置在該共同的殼體內(nèi)的電機(jī)或徑流式渦輪壓縮機(jī)的靜止的部分有微不足道的移動(dòng)，則存在著通過使用電磁徑向軸承來補(bǔ)償這種偏移的可能性。
圖1所示的公知的渦輪壓縮機(jī)裝置包括一個(gè)單獨(dú)的電機(jī)，該電機(jī)具有一個(gè)單獨(dú)的殼體，還包括一個(gè)徑流式渦輪壓縮機(jī)，其具有另一個(gè)單獨(dú)的殼體。在這種公知的裝置中，兩殼體的相對(duì)移動(dòng)或者各軸的位移造成了一個(gè)相當(dāng)大的問題，這個(gè)問題是由單獨(dú)地錨固在底板上的各殼體引起的。由于熱膨脹不同或者以其它作用在各殼體上的力改變了其位置，按照本發(fā)明的電機(jī)和徑流式渦輪壓縮機(jī)在一個(gè)共同的基礎(chǔ)部件，特別是在一個(gè)共同的殼體內(nèi)的布置具有如下優(yōu)點(diǎn)，所述基礎(chǔ)部件或者殼體構(gòu)成軸頸支撐的參照點(diǎn)，因此，盡可能消除了電機(jī)和徑流式渦輪壓縮機(jī)的相互位置變化。
包括若干部分殼體在內(nèi)的渦輪機(jī)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)-整個(gè)渦輪壓縮機(jī)裝置的組裝十分簡(jiǎn)單，-在各部分殼體內(nèi)布置一個(gè)旋轉(zhuǎn)單元，該單元可以單獨(dú)地平衡和配重，-其內(nèi)帶有可旋轉(zhuǎn)單元的各部分殼體也可以由不同的供貨商提供。特別是電機(jī)和徑流式渦輪壓縮機(jī)可以由不同的供貨商提供。
-渦輪壓縮機(jī)裝置的維護(hù)既簡(jiǎn)單又價(jià)格合理。
下面結(jié)合相關(guān)若干實(shí)施例描述本發(fā)明，附圖中相同的標(biāo)記表示相同的部件，其中圖1簡(jiǎn)要地示出公知的渦輪壓縮機(jī)的布置；圖2是具有一個(gè)電機(jī)和一個(gè)徑流式渦輪壓縮機(jī)的渦輪壓縮機(jī)裝置的一縱剖面圖；圖3是一兩側(cè)設(shè)置徑流式渦輪壓縮機(jī)的一渦輪壓縮機(jī)裝置的一縱剖面圖；圖4是一在兩側(cè)設(shè)置徑流式渦輪壓縮機(jī)的一渦輪壓縮機(jī)裝置的另一縱剖面圖；圖5是穿過兩部分殼體的連接位置的一縱剖面圖；圖6是由三個(gè)部分殼體構(gòu)成的一簡(jiǎn)要地示出的殼體的一縱剖面圖7是一具有單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)的一渦輪壓縮機(jī)裝置的一縱剖面圖。
圖1簡(jiǎn)要地示出一種公知的渦輪壓縮機(jī)1，其包括一個(gè)帶有軸3a的徑流式渦輪壓縮機(jī)3和一個(gè)帶有軸2a的驅(qū)動(dòng)電機(jī)2。徑流式渦輪壓縮機(jī)3的軸3a由兩個(gè)徑向軸承5在兩端軸頸支撐。電機(jī)2的軸3a同樣由兩個(gè)徑向軸承5在兩端軸頸支撐。兩軸2a和3a通過一連接器4彼此連接，連接器4包括兩個(gè)連接部件4a和一撓性的中間件4b，從而使電機(jī)2通過軸2a和連接器4驅(qū)動(dòng)徑流式渦輪壓縮機(jī)3的軸3a。
圖2示出一個(gè)渦輪壓縮機(jī)裝置1，其布置在一個(gè)密封的耐壓殼體6內(nèi)，耐壓殼體6設(shè)有一入口管道6c和一出口管道6b，兩管道均通入耐壓殼體6，以便使徑流式渦輪壓縮機(jī)3以流體連通的方式與一個(gè)設(shè)置在耐壓殼體6外部的裝置連接。電機(jī)2包括轉(zhuǎn)子2b和定子2c，轉(zhuǎn)子2b是電機(jī)軸2a的一部分，電機(jī)軸2a的兩端沿徑向軸頸支撐在電磁徑向軸承5上，各電磁徑向軸承包括一個(gè)支撐裝置5a和一個(gè)電磁線圈5b。電機(jī)軸2a帶有與徑向軸承3相對(duì)設(shè)置的軸向軸承7，其包括構(gòu)成電機(jī)軸2a的一部分的盤2d和電磁線圈7a。電機(jī)軸2a在其端部分通過一連接器4與徑流式渦輪壓縮機(jī)3的轉(zhuǎn)子3a連接。轉(zhuǎn)子3a的相對(duì)的端部軸頸支撐在一徑向軸承5內(nèi)。電機(jī)軸2a與轉(zhuǎn)子3a構(gòu)成一共同的軸13。在轉(zhuǎn)子3a的縱向方向上設(shè)置兩個(gè)壓縮機(jī)葉輪3b，它們構(gòu)成一第一壓縮級(jí)3c和一第二壓縮級(jí)3d。徑流式渦輪壓縮機(jī)3的導(dǎo)向葉片3f未示出。被壓縮的流體優(yōu)選是氣體，其主流體流8通過入口孔6a和入口管道6c進(jìn)入第一壓縮級(jí)3c，然后又進(jìn)入第二壓縮級(jí)3d，然后再經(jīng)出口管道6d引導(dǎo)到出口孔6b。主流體流8的一個(gè)小分流在第一壓縮級(jí)3c的出口處被轉(zhuǎn)向?qū)胍贿B接管道11，并作為冷卻氣流9被旁通到一過濾裝置10，該過濾器將冷卻氣流9中的雜質(zhì)去除，凈化后的冷卻氣流9作為冷卻介質(zhì)被輸送到電磁徑向軸承5和電機(jī)2。在圖示的實(shí)施例中，冷卻氣流9沿殼體的縱向輸送到徑向軸承5、然后輸送給電機(jī)2和另一徑向軸承5，在此，冷卻氣體優(yōu)選在軸2a和各磁體5b、2c之間流過。流到第一壓縮級(jí)3c的吸入側(cè)的冷卻氣流9，在此由第一壓縮級(jí)壓縮，并作為主流體流8和／或作為冷卻氣流9進(jìn)一步向前輸送。連接管11和過濾裝置10可以布置成在耐壓殼體6內(nèi)部或在其外部延伸。按照?qǐng)D2所示的實(shí)施形式的渦輪壓縮機(jī)裝置1的優(yōu)點(diǎn)是，無需將電機(jī)軸2a或壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子3a與大氣之間進(jìn)行密封。在電機(jī)2與第一壓縮級(jí)3c之間也無需密封。在此，電機(jī)2設(shè)計(jì)為可在抽吸壓力或者靜壓下工作。
渦輪壓縮機(jī)裝置1當(dāng)然可以設(shè)置若干在其轉(zhuǎn)子3a的縱向方向上彼此隔開的葉輪3b，例如總共有四個(gè)、六個(gè)、八個(gè)或者十個(gè)葉輪3b。所獲得的壓縮壓力可以很大，通過相應(yīng)數(shù)量的串連的葉輪3b可以達(dá)到例如600巴的壓縮力。渦輪壓縮機(jī)裝置1還可以包括一個(gè)或幾個(gè)其它的徑流式渦輪壓縮機(jī)3和／或電機(jī)2，它們?cè)O(shè)置在轉(zhuǎn)子2b、3a的縱向方向上，所有的轉(zhuǎn)子3a、2b構(gòu)成一個(gè)共同的軸。該共同的軸可以由徑向軸承，特別是磁力徑向軸承5軸頸支撐，在各徑流式渦輪壓縮機(jī)3之間設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的徑向軸承5。優(yōu)選的是，所有的徑流式渦輪壓縮機(jī)3與電機(jī)或各電機(jī)2一同設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)的共用耐壓殼體6內(nèi)。
電磁徑向軸承5和與其相關(guān)聯(lián)的軸2a和3a的部分還有對(duì)于專業(yè)人員熟悉的、因此沒有示出的用于構(gòu)成一電磁徑向軸承5的部件，例如電線圈、磁鐵部件等等。電機(jī)2也是這樣，其在圖中同樣也僅僅示意性地示出。
圖3示出渦輪壓縮機(jī)裝置1的另一實(shí)施例的一縱剖面圖，該渦輪壓縮機(jī)裝置包括兩臺(tái)徑流式渦輪壓縮機(jī)3，在電機(jī)2的每一側(cè)各布置一臺(tái)徑流式渦輪壓縮機(jī)3，它們的轉(zhuǎn)子3a通過一個(gè)連接器4與電機(jī)軸2a連接。圖中只示出渦輪壓縮機(jī)裝置1的上半部。將對(duì)圖中僅僅示出的與圖2所示的實(shí)施形式基本上不同的地方進(jìn)行詳細(xì)描述。包括電機(jī)軸2a和兩個(gè)轉(zhuǎn)子3a在內(nèi)的整個(gè)軸由四個(gè)在整個(gè)軸的縱向上分開設(shè)置的電磁徑向軸承5軸頸支撐。布置在左側(cè)的徑流式渦輪壓縮機(jī)3作為低壓部連接，其具有六個(gè)葉輪3b。布置在右側(cè)的徑流式渦輪壓縮機(jī)3作為高壓部連接，其具有五個(gè)葉輪3b。圖中還示出了導(dǎo)向葉片3f。主流8經(jīng)入口管道6c進(jìn)入低壓部，并經(jīng)壓縮之后通過一連接管12輸送到高壓部，主流8經(jīng)高壓部壓縮之后通過導(dǎo)出管6d排出。主流8的一小部分在第一級(jí)壓縮3c之后作為冷卻氣流9進(jìn)入連接管11，該冷卻氣流9在流過過濾器10之后輸送到布置在電機(jī)2的右側(cè)的內(nèi)部空間9c，然后，沿電機(jī)軸2a的縱向方向流過內(nèi)部空間9b，流向第一壓縮級(jí)3c的吸入口。因此，一部分徑流式渦輪壓縮機(jī)3內(nèi)的處理氣體被引出到達(dá)電機(jī)(2)并用于對(duì)其冷卻。
在電機(jī)2與布置在右側(cè)的徑流式渦輪壓縮機(jī)3之間的轉(zhuǎn)子3a上設(shè)置一個(gè)非接觸式密封件19，以便相應(yīng)地保持電機(jī)2的右側(cè)的低的內(nèi)壓。電機(jī)2還是設(shè)計(jì)成在抽吸壓力下或靜壓下工作。連接管12和／或連接管11以及過濾裝置10也可以完全布置成在殼體6內(nèi)延伸。
徑流式渦輪壓縮機(jī)3也可以以背對(duì)背的方式布置，換句話說，通過兩徑流式渦輪壓縮機(jī)3作用在軸上的力的方向相反，以此方式補(bǔ)償并減小作用在電機(jī)軸2的縱向方向上的推力。
在圖3和4所示的實(shí)施形式中，殼體6由三個(gè)部分殼體6e、6f和6g組裝而成，部分殼體6e和6g構(gòu)成徑流式渦輪壓縮機(jī)3的部分，而部分殼體6f構(gòu)成電機(jī)2的部分。部分殼體6e、6f、6g設(shè)計(jì)成如此彼此相配合，正如圖3和4所示出的，它們可以例如借助于螺栓彼此固定連接。此外，在其連接部位可以設(shè)置密封件，以便將殼體6的內(nèi)部密封，因此，只有通過設(shè)置的管道6c、6d、11、12或通過相應(yīng)的法蘭才能在殼體6的內(nèi)部與其外部之間建立流體流動(dòng)的連通，在圖3和4中示出的管道11和12只有通過管道6c和6d，必要時(shí)還要通過排出管6I才能與外部形成一個(gè)流體流動(dòng)連通。此外，連接點(diǎn)可以彼此相適應(yīng)，并設(shè)計(jì)成使得相鄰設(shè)置的部分殼體在彼此朝向推動(dòng)和連接時(shí)能夠關(guān)于渦輪壓縮機(jī)裝置1的縱軸線自動(dòng)地相互對(duì)中。兩部分殼體6e和6g在外壁上各有一個(gè)孔23a，該孔由一蓋23b氣密地封閉。在圖3中示出了布置在殼體部分6g中的孔23a和蓋23b。渦輪壓縮機(jī)裝置1優(yōu)選這樣預(yù)先制成，使徑流式渦輪壓縮機(jī)3裝配在相應(yīng)的部分殼體6e和6g內(nèi)，電機(jī)2裝配在部分殼體6f內(nèi)。這樣已預(yù)先構(gòu)造的部分殼體6e、6f、6g在裝配好的狀態(tài)下運(yùn)抵使用場(chǎng)所。渦輪壓縮機(jī)裝置1的裝配如下在將部分殼體6e、6f、6g通過法蘭6k、6l彼此相互固定連接好后，將軸3a和轉(zhuǎn)子2b在從外面可通過孔23a接近的連接器4處彼此固定地連接。然后，用蓋23b將孔23a牢固地氣密地封閉。在連接器4上使用的連接裝置，例如螺栓本身是公知的，在此不詳細(xì)地示出。
圖4所示的渦輪壓縮機(jī)裝置1在其它方面的設(shè)計(jì)都與圖3所示的渦輪壓縮機(jī)裝置相同，只是在殼體部分6e中有一個(gè)與內(nèi)部9b流體流動(dòng)連通的出口孔6h和一個(gè)布置成與其連接的排出管6i，冷卻氣流9及主流9a中的一小部分從該管中排出，并輸送到例如一個(gè)設(shè)置在裝置外面的處理源。這種布置與圖3所示的實(shí)施例相比具有的優(yōu)點(diǎn)是，連接在排出管6i后面的裝置中的壓力與徑流式渦輪壓縮機(jī)3中的壓力無關(guān)，該壓力優(yōu)選這樣選擇，使得電機(jī)在比圖3所示的實(shí)施例中的壓力更低的壓力下進(jìn)行冷卻，這樣得到的優(yōu)點(diǎn)是避免了電機(jī)2中在旋轉(zhuǎn)與靜止部件之間出現(xiàn)的消耗損失。在電機(jī)2與徑流式渦輪壓縮機(jī)3之間都設(shè)有密封件19。排出管6i例如可以通向一臺(tái)壓縮機(jī)24，該壓縮機(jī)將壓縮的氣流重新送回出口孔6a。由管6i上的壓縮機(jī)形成的壓力例如可以低于50巴。
在圖4中還示出一個(gè)調(diào)節(jié)設(shè)備17，其至少用于控制電磁徑向軸承5和電機(jī)2。在徑向軸承5的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有傳感器16a、16b、16c、16d，它們監(jiān)測(cè)整個(gè)軸13以及部分軸2a、3a相對(duì)于徑向軸承5的位置，傳感器16a、16b、16c、16d通過電導(dǎo)線16e、16f、16g、16h與調(diào)節(jié)設(shè)備17連接。為了控制徑向軸承5的磁線圈，設(shè)置有與調(diào)節(jié)設(shè)備17連接的電導(dǎo)線15a、15b、15c、15d。還設(shè)置一根電導(dǎo)線15e，其通過一個(gè)未示出的功率電子電路將調(diào)節(jié)設(shè)備與電機(jī)2的繞組連接。
圖5示出一個(gè)殼體6的縱剖面圖，圖中示出兩個(gè)部分殼體6e和6f的連接部。第一部分殼體6e的法蘭6k具有一凹入部分，其設(shè)計(jì)成使第二部分殼體6f的法蘭6l被接收在其內(nèi)，兩部分殼體6e和6f的相互位置由在法蘭6k、6l裝配在一起時(shí)來彼此相互對(duì)正。法蘭6k和6l通過在周向上彼此隔開地布置的若干螺栓6m和螺母6n保持在一起。在法蘭6k、6l的端側(cè)設(shè)有一個(gè)沿周向延伸的槽，槽內(nèi)設(shè)置一個(gè)密封件6o，以便將由兩各部分殼體6e、6f限定的內(nèi)部空間相對(duì)于外部密封起來。
圖6示出殼體6的一縱剖面，該殼體由三個(gè)部分殼體6e、6f、6g和法蘭6k、6l以及一個(gè)導(dǎo)入管6c和一個(gè)導(dǎo)出管6d構(gòu)成。殼體6通過兩個(gè)支撐件18a、18b支撐在一基座14上。在殼體內(nèi)部設(shè)置一基礎(chǔ)部件6p，其布置成一個(gè)在殼體6內(nèi)延伸的剛性支撐件，特別是一個(gè)支撐面，且在該支撐面上設(shè)置電磁徑向軸承5?；A(chǔ)部件6p的作用是構(gòu)成一個(gè)盡可能穩(wěn)定的并且不易受溫度影響的基準(zhǔn)面，其上至少布置一些徑向軸承5?；A(chǔ)部件6p可以有幾種實(shí)施形式，例如可以是固定的實(shí)心板、支架或者柵板。在基礎(chǔ)部件6p上還可以錨固上其它部件，例如電機(jī)2或者徑流式渦輪壓縮機(jī)3。采用一個(gè)基礎(chǔ)部件6p使電磁徑向軸承5可以彼此非常精確地，特別是精確對(duì)正地設(shè)置。徑向軸承5共同布置在基礎(chǔ)部件6p上具有的優(yōu)點(diǎn)是，盡量減小由于受到拉力、壓力或剪切力或者由于溫度影響而產(chǎn)生的徑向軸承的相對(duì)移動(dòng)。此外，這樣的布置可以將渦輪壓縮機(jī)裝置非常迅速地安裝到可以運(yùn)行的程度。在如圖1所示的公知的布置中，必需將兩個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，電機(jī)2和徑流式渦輪壓縮機(jī)3分開地安裝，并以一種費(fèi)時(shí)的方法精確地彼此對(duì)正，以使軸2a和3a對(duì)正。盡管花費(fèi)很大功夫，電機(jī)2和／或徑流式渦輪壓縮機(jī)3或者其徑向軸承例如由于所作用的力、基座的移動(dòng)或者溫度的變化，還是會(huì)引起相對(duì)移動(dòng)的。
通過電磁徑向軸承所產(chǎn)生的支承力比通過公知的液壓軸承所產(chǎn)生的力要小得多。因此，電磁徑向軸承的彼此精確的定位以及防止徑向軸承的相對(duì)移動(dòng)也是有著中心的意義的。電磁徑向軸承通常這樣工作，它將軸支撐在徑向軸承的幾何中點(diǎn)。徑向軸承的相對(duì)移動(dòng)導(dǎo)致徑向軸承受到相當(dāng)大的力，以便使軸保持在幾何中點(diǎn)。因?yàn)殡姶艔较蜉S承很快就可達(dá)到一種磁飽和狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，徑向軸承提供很小的力支撐軸。這種效應(yīng)減小了渦輪壓縮機(jī)裝置的運(yùn)行可靠性，在極端的情況下，電磁軸承不再能夠支撐軸。因此，在使用電磁徑向軸承時(shí)很重要的是使這些軸承布置成盡可能精確地對(duì)正，而且在設(shè)置時(shí)要盡可能防止在渦輪壓縮機(jī)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)徑向軸承彼此之間的相對(duì)移動(dòng)。所以，使電磁徑向軸承在共同軸13的縱向方向上彼此隔開較大的距離也是有利的。在圖1所示的公知的實(shí)施形式中，在中間的兩個(gè)徑向軸承5彼此的間隔較小，所以，在中間的這兩個(gè)軸承相互移開的情況下出現(xiàn)了如下的問題，在徑向上產(chǎn)生了彼此相對(duì)作用的力，這使得還在支撐著的電磁徑向軸承的負(fù)荷減小或者完全消失。
圖7所示的渦輪壓縮機(jī)裝置1與圖4所示的渦輪壓縮機(jī)裝置不同的是，其帶有一個(gè)單獨(dú)冷卻的電機(jī)2。在該實(shí)施方式中，在徑流式渦輪壓縮機(jī)3的壓力部分與電機(jī)2之間設(shè)置有雙密封的系統(tǒng)，每個(gè)該系統(tǒng)包括干式氣密部件19和在其后面的密封件20，在兩個(gè)密封件19和20之間設(shè)置一個(gè)穿過殼體壁6的流出口21，該流出口為一個(gè)排出口(排入到?jīng)]有氣體燃燒裝置的大氣中的出口)或者一個(gè)火舌口(排入到帶有氣體燃燒裝置的大氣中的出口)。電機(jī)2具有一個(gè)單獨(dú)的與徑流式渦輪壓縮機(jī)3通過密封件19和20隔開的冷卻循環(huán)。該冷卻循環(huán)包括一個(gè)連接管11和一個(gè)冷卻器22。冷卻電機(jī)2的冷卻氣流9在定子2c與轉(zhuǎn)子2d之間沿著縱向流動(dòng)，在電機(jī)2的一端部區(qū)域9b流出殼體6，進(jìn)入連接管11，在流過冷卻器22和其后面的連接管11之后，在電機(jī)2的另一端重新流入殼體6。這一循環(huán)的其它部件在圖中未示出，例如一個(gè)驅(qū)動(dòng)冷卻氣體的設(shè)備。一個(gè)進(jìn)入管9d供給附加的冷卻氣體，例如用于補(bǔ)充經(jīng)排出管21流走的冷卻氣體。非腐蝕性氣體，例如氮適合于用作冷卻氣體。因此，圖7所示的裝置在如下的情況下是有利的，例如，當(dāng)?shù)蛪合碌奶幚須怏w不能用于冷卻電機(jī)2時(shí)，或者當(dāng)處理氣體具有腐蝕特性或者不干凈(例如流動(dòng)的氣體不純)時(shí)，在這種情況下，電機(jī)2的部件，例如電機(jī)軸2a或電氣絕緣件可能會(huì)受到損害。電機(jī)2的冷卻循環(huán)可以這樣來設(shè)計(jì)，使該循環(huán)處于大氣壓力的范圍，或者略高于大氣壓力。正如在圖7中示出的，該冷卻循環(huán)可以這樣設(shè)計(jì)，一小部分冷卻氣流9通過密封件20到達(dá)出口21。這樣仍然可以保證冷卻氣流9不由外部氣體污染。在圖7所示的實(shí)施形式中，還有一小部分處理氣體8經(jīng)過密封件19流到出口21。出口21可以后接一個(gè)所謂火舌口或者排出口，以使出口21處的氣體在非燃燒的狀況下流出(排出)或者經(jīng)過一個(gè)后接的燃燒裝置(火舌口)排出口，特別是排入大氣。
圖7所示的實(shí)施形式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，冷卻氣體9的壓力較小和／或可采用一種有利于處理的或者說處理起來沒有問題的氣體作為冷卻氣體，特別是一種無腐蝕特性的氣體。
按照本發(fā)明的渦輪壓縮機(jī)裝置1的優(yōu)點(diǎn)在于，電機(jī)2和徑流式渦輪壓縮機(jī)3可以與相應(yīng)的殼體部分6e、6f預(yù)先組裝，因此，渦輪壓縮機(jī)裝置1可以作為一個(gè)殼體6或者作為一個(gè)單元運(yùn)送到組裝現(xiàn)場(chǎng)，并在那里組裝。
在圖3、4和7中在殼體6之外延伸的管路11、12以及相聯(lián)的部件22在其它的實(shí)施形式中也可以設(shè)置在殼體6內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，該渦輪壓縮機(jī)裝置包括一電機(jī)(2)、一多級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)以及一共用軸(13)，該軸(13)的一部分構(gòu)成電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子(2b)，該軸(13)的另一部分構(gòu)成徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子(3e)，所述轉(zhuǎn)子(3e)包括一壓縮機(jī)軸和與該軸連接的壓縮機(jī)葉輪(3b)，為了支撐軸(13)，在軸(13)延伸的方向上彼此隔開地設(shè)置若干電磁徑向軸承(5)，在電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2b)與壓縮機(jī)葉輪(3b)之間設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的電磁徑向軸承(5)，電機(jī)(2)、徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)、軸(13)以及徑向軸承(5)都布置在一個(gè)共同的殼體(6)內(nèi)，該殼體相對(duì)于外部密封，其特征在于殼體(6)由幾個(gè)部分殼體(6e、6f、6g)構(gòu)成，這些部分殼體彼此連接在一起，電機(jī)(2)布置在一個(gè)部分殼體(6f)內(nèi)，徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)布置在一個(gè)部分殼體內(nèi)(6e、6f)，電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子(2b)和徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子(3e)可通過一個(gè)布置在電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子(2b)與壓縮機(jī)葉輪(3b)之間的連接器(4)連接形成一個(gè)共用軸。
2．如權(quán)利要求1所述的渦輪壓縮機(jī)裝置，其特征在于所述至少一部分殼體(6e、6f、6g)具有一布置在連接器(4)區(qū)域內(nèi)的一可封閉孔(23a)。
3．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置，其特征在于連接器(4)在軸向上布置在兩部分殼體(6e、6f、6g)的連接點(diǎn)(6k、6l)的區(qū)域。
4．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于徑向軸承(5)支撐在一個(gè)共同的基礎(chǔ)部件(6p)上。
5．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于其內(nèi)布置電機(jī)(2)、徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)、軸(13)和徑向軸承(5)的共用殼體(6)包括一基礎(chǔ)部件(6p)，徑向軸承(5)支撐在該基礎(chǔ)部件上。
6．如權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于殼體(6)的內(nèi)側(cè)的一部分構(gòu)成所述基礎(chǔ)部件(6p)。
7．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于連接器(4)具有非常高的剛性，以便使軸(13)在縱向上的剛性非常高而且均勻。
8．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于一多級(jí)的徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)布置在電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子(2b)的兩側(cè)，各級(jí)渦輪壓縮機(jī)(3)具有一轉(zhuǎn)子(3e)。
9．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于所述共同的殼體(6)具有一從外部通入徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)的導(dǎo)入管路(6c)和排出管路(6d)，以便使布置在殼體(6)外面的設(shè)備與徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)流體連通。
10．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于電機(jī)(2)設(shè)計(jì)為一臺(tái)阻止抽吸壓力的電機(jī)，電機(jī)(2)在其抽吸端與徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)的確定的級(jí)(3c、3d)的入口流體連通，而電機(jī)(2)的另一端與徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)或下一級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)的確定的級(jí)(3c、3d)的出口流體連通，所述確定的級(jí)(3c、3d)優(yōu)選第一級(jí)(3c)。
11．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于在電機(jī)(2)與布置在電機(jī)(2)的抽吸端的徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)之間不布置密封系統(tǒng)(19、20)。
12．如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于在徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)與電機(jī)(2)之間布置一個(gè)密封系統(tǒng)(19、20)，電機(jī)(2)具有一冷卻循環(huán)通路(22、11)。
13．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于在軸(13)的縱向上，特別是在電機(jī)(2)與徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)之間布置一個(gè)作用于軸(13)的徑向軸承(7)。
14．如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置(1)，其特征在于沿著軸(13)布置用于監(jiān)測(cè)軸(13)的位置的傳感器(16a、16b、16c)，并設(shè)置一個(gè)控制和調(diào)節(jié)設(shè)備(17)，其與傳感器(16a、16b、16c)信號(hào)傳導(dǎo)地連接，電磁徑向軸承(5)具有電磁線圈(5b)，其與控制和調(diào)節(jié)設(shè)備(17)信號(hào)傳導(dǎo)地連接。
15．包括一臺(tái)如前述任一權(quán)利要求所述的渦輪壓縮機(jī)裝置的設(shè)備。
全文摘要
一種渦輪壓縮機(jī)裝置(1),其包括一電機(jī)(2)、多級(jí)徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)和一共用軸(13),軸(13)的一部分為電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2b),其另一部分為徑流式渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子(3e),徑流式渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子(3e)包括一壓縮軸(3a)和壓縮機(jī)葉輪(3b),在軸(13)的延伸方向上彼此隔開地設(shè)置若干用于支撐軸(13)的電磁徑向軸承(5),電機(jī)、徑流式渦輪壓縮機(jī)、軸和徑向軸承設(shè)置在一個(gè)共同的殼體(6)內(nèi),該殼體由幾個(gè)部分殼體(6e、6f、6g)構(gòu)成,彼此固定。電機(jī)(2)設(shè)置在部分殼體(6f)內(nèi),徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)在部分殼體(6e、6g)內(nèi),電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子(2b)和徑流式渦輪壓縮機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子(3e)通過一個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子(2b)與葉輪(3b)之間的連接器(4)連接成一個(gè)共同的軸。
文檔編號(hào)F04D29/42GK1281101SQ0012011
公開日2001年1月24日 申請(qǐng)日期2000年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月16日
發(fā)明者D·格羅布, J·C·普拉德托, D·德斯布爾格 申請(qǐng)人:蘇舍渦輪股份公司