本發(fā)明涉及高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械（包括離心壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、MVR蒸汽壓縮機(jī)、余熱回收膨脹機(jī)、化工介質(zhì)壓縮機(jī)等）的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻方式，特別涉及一種高轉(zhuǎn)速的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械例如離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法。

背景技術(shù)：

高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械將電機(jī)功能與齒輪增速傳動(dòng)在結(jié)構(gòu)上融為一體，由高速電機(jī)主軸直接帶動(dòng)透平葉輪，并用電磁懸浮軸承或者空氣懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)子。高速電機(jī)的發(fā)熱主要分為定子線圈發(fā)熱和轉(zhuǎn)子發(fā)熱，對(duì)于電機(jī)定子線圈的發(fā)熱問題，基本上可以通過定子水冷解決，而對(duì)于高速轉(zhuǎn)子的熱量、轉(zhuǎn)子及表面的散熱冷卻則成為核心技術(shù)。

電機(jī)轉(zhuǎn)子及表面的熱量主要來源于電機(jī)轉(zhuǎn)子的渦流損失產(chǎn)生的熱量、轉(zhuǎn)子外表面與空氣摩擦產(chǎn)生的熱量，以及定子線圈輻射到轉(zhuǎn)子的熱量。高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，散熱空間小，同時(shí)轉(zhuǎn)子高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面與空氣的摩擦損失產(chǎn)生大量熱量，因此機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻問題成為高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)產(chǎn)品性能及壽命的關(guān)鍵技術(shù)。

目前常用的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)參見圖1，圖中由一側(cè)的外置氣源或者風(fēng)扇將冷卻氣通入電機(jī)內(nèi)腔，冷卻氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)子表面，帶走熱量，然后從電機(jī)殼體的另一側(cè)流出。

目前這種轉(zhuǎn)子冷卻方式存在下述三個(gè)問題：

一、外置氣源或者風(fēng)扇需要耗功，對(duì)應(yīng)的機(jī)組整體效率下降。

二、冷卻風(fēng)扇等結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)致高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，特別是大功率高轉(zhuǎn)速的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量大，對(duì)應(yīng)的冷卻風(fēng)量大，風(fēng)扇結(jié)構(gòu)龐大，會(huì)破壞機(jī)組的協(xié)調(diào)性。

三、由于高速電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙非常小，流通的冷卻氣的氣量有限，冷卻效果不明顯，而且電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間小間隙導(dǎo)致流通阻力很大，整體冷卻效果不好。

有鑒于此，該領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以解決高速電機(jī)直驅(qū)的透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是提供一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法，能夠解決高速電機(jī)直驅(qū)的透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題，完成透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)換熱過程，提高了換熱效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，它包括電機(jī)封閉殼體、高速電機(jī)內(nèi)腔、高速電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子線圈，它還包括一級(jí)壓縮、二級(jí)壓縮、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管、壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器以及壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器；

所述高速電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)置在電機(jī)封閉殼體內(nèi)部中間，在電機(jī)轉(zhuǎn)子兩側(cè)與電機(jī)封閉殼體內(nèi)壁之間裝有軸承座和軸承，在電機(jī)轉(zhuǎn)子的外圍裝有電機(jī)定子線圈，電機(jī)封閉殼體內(nèi)部空間形成高速電機(jī)內(nèi)腔；

所述電機(jī)封閉殼體的一端設(shè)為一級(jí)壓縮，電機(jī)封閉殼體的另一端設(shè)為二級(jí)壓縮，在電機(jī)封閉殼體上分別設(shè)置轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管和轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管連接壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管連接壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器；

壓縮機(jī)進(jìn)氣從一級(jí)壓縮到壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器，經(jīng)過二級(jí)壓縮再到壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器，壓縮機(jī)排氣，完成氣體壓縮過程；

小量的冷卻氣體從壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔，帶走高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱量，進(jìn)入壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器進(jìn)行冷卻，再通過二級(jí)壓縮進(jìn)行壓縮，進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器冷卻后又進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔，完成小量的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻氣體自循環(huán)過程。

所述壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器設(shè)有一級(jí)壓縮進(jìn)氣口和一級(jí)壓縮出氣口。

所述壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器設(shè)有二級(jí)壓縮進(jìn)氣口和二級(jí)壓縮出氣口。

一種實(shí)施上述高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻方法，將高速電機(jī)內(nèi)腔設(shè)計(jì)成封閉空間，經(jīng)過壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器后的高壓低溫壓縮氣體分流出一小部分流量，通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔，流經(jīng)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的表面并帶走相應(yīng)熱量，之后通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管將溫度升高、壓力降低后的冷卻氣體引入壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器進(jìn)行冷卻，然后通過二級(jí)壓縮再次進(jìn)行壓縮并再次通過壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器冷卻后，再次進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔，依次循環(huán)，整個(gè)冷卻過程無須外界氣體，形成內(nèi)部自循環(huán)。

采用本發(fā)明的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法，能夠解決高速電機(jī)直驅(qū)的離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題。

本發(fā)明的基本思想是將高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的兩個(gè)壓縮級(jí)、高速電機(jī)內(nèi)腔、兩級(jí)冷卻器作為一個(gè)系統(tǒng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的冷卻氣體在這三個(gè)部件間自循環(huán)冷卻，無須外部冷卻氣源。

本發(fā)明的基本方法是將高速電機(jī)內(nèi)腔設(shè)計(jì)成封閉空間，將二級(jí)冷卻器的少量冷卻氣體引入內(nèi)腔進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻，之后將高溫的冷卻氣體引出電機(jī)內(nèi)腔并進(jìn)入一級(jí)冷卻器冷卻，之后再次進(jìn)行二級(jí)壓縮。

本發(fā)明的冷卻過程是流出二級(jí)冷卻器的小部分高壓低溫氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔，流經(jīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面并帶走內(nèi)部熱量，之后將冷卻完成后的低壓高溫氣體引出電機(jī)內(nèi)腔并進(jìn)入一級(jí)冷卻器進(jìn)行換熱后再次進(jìn)入二級(jí)壓縮，依次完成自循環(huán)換熱過程。

本發(fā)明所需的冷卻氣體是經(jīng)過離心壓縮機(jī)壓縮后的高壓氣體，密度較大且換熱效果好，因而只需非常少的量就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)內(nèi)腔的轉(zhuǎn)子冷卻，所需的冷卻流量占整個(gè)離心壓縮機(jī)排氣流量的比例非常小，而且冷卻后的氣體壓力降低不大且能循環(huán)利用，因此對(duì)應(yīng)的冷卻耗能很小。

本發(fā)明與外置風(fēng)扇引入冷卻氣體相比，綜合能耗更低。

本發(fā)明的冷卻過程無須外部氣源、冷卻風(fēng)扇等部件，自循環(huán)冷卻過程只需在電機(jī)內(nèi)腔與一、二級(jí)冷卻器間聯(lián)通兩個(gè)小管路即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)組整體美觀協(xié)調(diào)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻流程示意圖。

圖3為本發(fā)明的一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

附圖標(biāo)記：

1為高速電機(jī)內(nèi)腔，2為高速電機(jī)轉(zhuǎn)子，3為電機(jī)定子線圈，4為電機(jī)封閉殼體，5為一級(jí)壓縮，6為二級(jí)壓縮，7為轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管，8為轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管，9為壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器，10為壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法作詳細(xì)描述。

參看圖1，本發(fā)明提供一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，它主要由電機(jī)封閉殼體4、高速電機(jī)內(nèi)腔1、高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2、電機(jī)定子線圈3、一級(jí)壓縮5、二級(jí)壓縮6、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8、壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器10以及壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9組成。

高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2設(shè)置在電機(jī)封閉殼體4內(nèi)部中間，在電機(jī)轉(zhuǎn)子2兩側(cè)與電機(jī)封閉殼體4內(nèi)壁之間安裝軸承座和軸承。在電機(jī)轉(zhuǎn)子2的外圍安裝有電機(jī)定子線圈3。電機(jī)封閉殼體4內(nèi)部空間形成高速電機(jī)內(nèi)腔1。

電機(jī)封閉殼體4的一端設(shè)為一級(jí)壓縮5，電機(jī)封閉殼體4的另一端設(shè)為二級(jí)壓縮6。在電機(jī)封閉殼體4上分別設(shè)置轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7和轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7連接壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8連接壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器10。

壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器10設(shè)有一級(jí)壓縮進(jìn)氣口和一級(jí)壓縮出氣口。壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9設(shè)有二級(jí)壓縮進(jìn)氣口和二級(jí)壓縮出氣口。

參看圖2，圖中實(shí)線箭頭表示：壓縮機(jī)進(jìn)氣從一級(jí)壓縮5到壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器10，經(jīng)過二級(jí)壓縮6再到壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9，壓縮機(jī)排氣，完成氣體壓縮過程。

圖中虛線箭頭表示：小量的冷卻氣體從壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，帶走高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2的熱量，進(jìn)入壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器10進(jìn)行冷卻，再通過二級(jí)壓縮6進(jìn)行壓縮，進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9冷卻后又進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，完成小量的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻氣體自循環(huán)過程。

參看圖3，圖中顯示了一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的外形。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明還提供一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻方法，冷卻過程如下：

將高速電機(jī)內(nèi)腔1設(shè)計(jì)成封閉空間，經(jīng)過壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9后的高壓低溫壓縮氣體分流出一小部分流量，通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，流經(jīng)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2的表面并帶走相應(yīng)熱量，之后通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8將溫度升高、壓力降低后的冷卻氣體引入壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器10進(jìn)行冷卻，然后通過二級(jí)壓縮6再次進(jìn)行壓縮并再次通過壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器9冷卻后，再次進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，依次循環(huán)，整個(gè)冷卻過程無須外界氣體，形成內(nèi)部自循環(huán)。

本發(fā)明所需的冷卻氣體是經(jīng)過離心壓縮機(jī)壓縮后的高壓氣體，密度較大且換熱效果好，因而只需非常少的量就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)內(nèi)腔的轉(zhuǎn)子冷卻，所需的冷卻流量占整個(gè)離心壓縮機(jī)排氣流量的比例非常小，而且冷卻后的氣體壓力降低不大且能循環(huán)利用，因此對(duì)應(yīng)的冷卻耗能很小。

綜上所述，采用本發(fā)明的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法，能夠解決高速電機(jī)直驅(qū)的透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題，完成透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)換熱過程，提高換熱效率。本發(fā)明與外置風(fēng)扇引入冷卻氣體相比，綜合能耗更低。本發(fā)明的冷卻過程無須外部氣源、冷卻風(fēng)扇等部件，自循環(huán)冷卻過程只需在電機(jī)內(nèi)腔與一、二級(jí)冷卻器間聯(lián)通兩個(gè)小管路即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)組整體美觀協(xié)調(diào)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。