CN101051770B - 利用电机通过管道输送流体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于输送流体的电机和流体输送站，所述电机包括：定子和转子组件，转子组件包括配置用于生成分布式磁场的磁体阵列，转子组件基本上防腐蚀，且在转子组件和定子之间限定间隙，用于在定子和转子组件之间引导输送的流体。

Description

利用电机通过管道输送流体的方法和设备
技术领域
本发明通常涉及一种流体输送系统，特别涉及一种利用电机通过管道输送流体的方法和设备。
背景技术
流体输送涉及很多工业领域，包括但不限于化学、石油和天然气工业。已知的流体输送应用中，将流体从陆上或水中输送到工厂用于随后使用。在其他已知应用中，流体输送用于碳氢化合物加工工厂和化学工厂，并且方便分配到终端使用者。
至少一些已知输送站采用流体输送设备，例如由气轮机驱动的压缩机、风扇和/或泵。这些涡轮机中的一些通过齿轮箱驱动相关的流体输送设备，齿轮箱将气轮机输出驱动轴的速度增大或减小到预定的设备驱动轴速度。电机(即电力驱动的电动机或者电动驱动器)在操作的灵活性(例如不同速度)、维修、低造价和低操作成本、较高效率和环境兼容性方面比机械驱动(即气轮机)要更有利。另外，通常电力驱动比机械驱动构造简单，更易于与流体输送设备集成，可以去除齿轮箱，并且/或者比机械驱动更可靠。
然而，采用电力驱动的系统比采用机械驱动的系统效率低。影响电力驱动效率的一些系数至少包括：电动机驱动、驱动控制电学和电子布局、电源质量和效率、驱动组件(例如转子)的大小和重量、磁耦合强度。而且，流体输送设备的电力驱动产生热量，例如经由驱动组件、与转子相关的风阻损失，可能会需要附加系统来方便移除热量。例如，一些已知的电力驱动装置采用所输送的流体作为主要的热量传输介质，并且利用流体流过和围绕定子的管道。然而，在一些情况下，所输送的流体具有侵蚀性成分或杂质，其将对所使用的组件产生不利影响。
发明内容
一方面，提供了一种用于输送流体的电机，电机包括：定子；及转子组件，转子组件包括配置用于生成分布式磁场的磁体阵列，转子组件基本上防腐蚀，且在转子组件和定子之间限定间隙，用于在定子和转子组件之间引导输送的流体。
另一方面，提供了一种组装电机的方法。该方法包括产生分布的磁场。该方法还包括将永久磁体阵列连接在基本防腐的围罩内，使永久磁体阵列基本上与围罩之外的环境绝缘。
又一方面，提供一种流体输送站。该站包括流体输送设备，输送设备包括至少一个转动轴。流体输送设备还包括驱动电动机。驱动电动机包括连接到转动轴上的转子组件。转子组件包括配置为产生分布磁场的磁体阵列。转子组件基本上是防腐蚀的，其中所述驱动电动机还包括定子，和在所述转子组件和所述定子之间限定的间隙，用于在所述定子和所述转子组件之间引导输送的流体。
附图说明
图1是示例性流体输送站的横剖面示意图；
图2是示例性电动机的横剖面示意图，电动机可用于图1所示的流体输送站中；
图3是示例性转子组件的放大横剖面示意图，转子组件可以用于图2所示的电动机中；
图4是示例性转子组件的横剖面轴向示图，转子组件可以用于图2所示的电动机中；
图5是示例性转子组件和可用于图2所示的电动机中的磁场的横剖面轴向示图；
图6是可选择的转子组件的横剖面轴向示图，转子组件可以用于图2所示的电动机中；
图7是可选择的转子组件和可用于图2所示的电动机中的磁场的横剖面轴向示图；
图8是可选择的转子组件的放大横剖示图，转子组件可用于图2所示的电动机中。
具体实施方式
图1是示例性流体输送站100的横剖面示意图。在示例性实施例中，站100是一个水下天然气压缩站100，其包括流体输送设备102。在示例性实施例中，设备102是多级压缩机102，其转动连接到电力驱动的电动机104上。可选择的是，设备102可以是但不限于泵或风扇。站100可设置在任何地理位置上并且便于输送要满足预定操作参数的任意流体。可被站100输送的流体的例子包括但不限于来自于天然源(未示)导引到站100的未经处理的甲烷。
在示例性实施例中，电动机104是永久磁体型电动机104，设计用于在高于3600转/分的最大时速下操作，通常与由60Hz的电源驱动的同步电动机联合。因此，电动机104通常被称为“超-同步”电动机。详细说来，在示例性实施例中，电动机104包括多个特征，其比可选择的驱动装置更为有利。例如，在示例性实施例中，不需要额外的构件(例如便于增大输出速度的齿轮箱)，电动机就可以实现大约10,000到20,000转/分(rmp)的速度。可选择的是，可以采用超过20,000rmp速度的电动机。增大的速度便于快速压缩气体，由此提高压缩站100的效率和有效性，这便于实现较小的底座。另外，在该实施例中，额外构件(例如齿轮箱)的排除使得站100仅需要较小的底座，并且排除了相应的维修需要。该实施例的另一个特征是排除了耐磨构件，例如碳质滑动环。结果，在该示例性实施例中，电动机104有助于压缩站100的稳定性的提高。可选择的是，电动机104可以是永久磁体型同步电动机、单独驱动的电动机或者任意其它可以实现预定操作参数并使站100按照此处描述的方式工作的驱动装置。
电动机104和压缩机102稳定的固定在一体件(即单一的)箱体106内。电动机104设置在箱体106的电动机部分105内，压缩机102设置在箱体106的压缩机部分。在示例性实施例中，箱体106通过浇铸或锻造工序制造。可选择的是，箱体106可以采用现有技术中已知的任何方法制造，例如，焊接工序，使箱体106装配形成按照此处描述的方式工作的单一箱体106。此外，可选择的是，可以采用现有技术中的已知方法将箱体部分103和105作为单独构件制造，并且连接起来形成箱体106。箱体106包括压缩机抽吸定位装置108，其以流体相通的方式连接到入口管道110。管道110可以由金属、橡胶、聚氯乙烯(PVC)或者可以实现与所输送的流体和站100的位置相关的预定操作参数的任意材料制成。
在示例性实施例中，站100还包括压缩机尾端件112，其连接到箱体106并从那里延伸。尾端件112有助于在压缩机102插入到箱体106之后将压缩机102封闭在站100内，并包括压缩机排出定位装置114，其以流体相通的方式连接到与入口管道110基本相似的压缩机出口管道116。另外，电动机端部盖体组件118固定连接到箱体106上。端部盖体118有助于在将电动机104插入到箱体106之后将电动机封闭在站100内。
电动机104包括转子组件120、多个连接到转子组件120的永久磁体(示于图3)、定子122(其设置为在定子122和转子组件120之间限定间隙124)。多个设置在电缆管道126内的电源线有助于将站100连接到动力源，例如，变频驱动装置(VFD)(未示)。永久磁体产生围绕转子组件120的磁场190(示于图5)。当激励定子122时，电动机104内部生成电磁场。间隙124有助于转子组件120和定子122之间的磁耦合，以便产生使转子组件120产生转动的扭矩。
压缩机102包括转动连接到转子120的转动驱动轴128。在示例性实施例中，压缩机102包括多个压缩级130。可选择的是，压缩机102仅包括一个压缩级。转子120和轴128可围绕转动轴线132转动。转动轴线132可以是有助于实现站100的预定操作参数的任意朝向，其包括但不限于水平和垂直方向。
在操作过程中，VFD以预定电压和频率向定子122供应多相交流电。在定子122内生成转动电磁场190(示于图5)。在任意给定速度下，所产生的磁场的相对强度都与由VFD供给的电压成正比。随着定子122内生成的电磁场的转动，转子组件120的磁场通过间隙124与定子122的电磁场相互作用。两个磁场之间的相互作用产生扭矩，以及接下来转子组件120的转动。
站100经由入口管道110接收处于第一预定压力的天然气。天然气经由抽吸定位装置108被导引至压缩机。气体随后流入压缩机102内并被压缩至较大密度和较小体积，其处在比第一预定压力大的第二预定压力。压缩气体经由排出定位装置114被排出到出口管道116。
在示例性实施例中，站100包括电动机输送流体的供应管道133和电动机输送流体的回流管道134。供应管道133以流体相通的方式与入口管道110和电动机端部盖体118连接。回流管道134以流体相通的方式与箱体106的电动机部分105和抽吸定位装置108连接。管道133和134可以由金属、橡胶、聚氯乙烯(PVC)或者可以实现与所输送的流体和站100的位置相关的预定操作参数的任意材料制成。管道133和134的尺寸设置为方便最初的供应，并且有助于随后将箱体部分105内流体的压力保持在与入口定位装置108内的流体压力基本相同的压力上。
供应管道133包括电动机供应阀135，回流管道134包括电动机返回单向阀136。单向阀136有助于减缓输送流体从定位装置108到管道134以及随后进入箱体部分105的导入。在示例性实施例中，阀135是节流阀，其调节到预定的打开位置，以便于导引流过电动机104预定流量的输送流体，以及便于设定箱体105预定增压等级。阀135可以是但不限于针形阀。可选择的是，阀135可以是隔离式阀，其包括但不限于闸式阀，其中利用装置便于实现预定的流体流速和预定的增压比，该装置包括但不限于至少一个流体孔(未示)。系统100进一步包括电动机-压缩机箱体密封件137，其有助于减缓箱体106的电动机部分105和箱体106的压缩机部分106之间的流通。在示例性实施例中，密封件137是内部密封件，其配置为承受电动机箱体105和压缩机入口108之间可能发生的相对小的压力差。可选择的是，密封件138可以配置为承受相对大的压力差，例如但不限定于电动机箱体105内的输送流体和站100外部的环境条件之间的压力差。
操作过程中，如图示相关箭头所示，输送流体的一部分从入口管道110被导引到电动机端部盖体118。输送流体被导引流过电动机104(下文中将详述)，接下来经由回流管道134导入抽吸定位装置。
图2是可被流体输送站100(图1所示)采用的示例性电动机104的横剖示图。如上所述，电动机104包括端部盖体组件118、转子组件120、定子122、间隙124、电缆管道126、轴线132和密封件137。箱体106将电动机104封闭在箱体部分105内。
转子组件120包括永久磁体段140(下文中将详述)。多个永久磁体148(示于图3)嵌入到段140的周边。转子组件120还包括外侧轴段141、内侧轴段142和大体位于中央的段145。段140连接到中央轴段145，使得内侧轴段142和外侧轴段141的至少一部分分别从段140的轴向端延伸。同样，段140连接到轴段145，使得在段140内部产生的转动力在段140以及段141、142和145上产生转动。中央段145的直径小于、等于或大于段141和142的直径，以便于将永久磁体段140连接到轴段145。
内部流体输送设备144转动连接到转子120的一部分上。在示例性实施例中，设备144是连接到轴段141的最外侧部分的风扇144。风扇144尺寸和位置设置为方便流体在箱体部分105内部流动。可选择的是，设备144可包括但不限于泵或可以实现与箱体部分105内输送的流体相关的预定参数的任意装置。同样，可选择的是，设备144可设置在箱体部分105内可以实现预定操作参数的任意位置。
定子122包括基本为螺旋型定子芯体段150。芯体段150设置在箱体部分105内部，使得转子组件的永久磁体段140和定子芯体段150限定环形间隙124。芯体150固定连接到箱体部分105上。定子122还包括电枢绕组、外侧和内侧端部绕组或者端部线圈段154和156。段154和156电连接到芯体段150并从那里轴向向外延伸。段154和156设置在定子芯体段150的轴向相对端。
箱体106包括周边表面160和径向内表面162。在示例性实施例中，箱体106、周边表面160和162基本上是圆柱形。可选择的是，箱体106和它的相关构件可以是能够实现预定操作参数的任何形状或结构。同样，在示例性实施例中，表面160和162之间的径向距离(即箱体106的厚度)和箱体106的制造材料足以承受操作参数，例如但不限于：与站100所潜入水中的深度相关的外部操作压力和温度，以及所输送流体的特性。
端部盖体组件118包括径向周边表面164和限定在组件118内部的流体供应管道166，管道与供应管道113以流体相通方式连接。流体供应管道166的尺寸设置为方便最初的供给，并且有助于随后将箱体部分105内流体的压力保持在与入口定位装置108(参见图1)内的流体压力基本相同的压力上。管道166还有助于将箱体部分105的加压等级控制在预定等级上。
电动机进一步包括外侧磁悬浮轴承169和内侧磁悬浮轴承170以及外侧轴承支承元件171和内侧轴承支承元件172。在示例性实施例中，元件171和172基本上是环形的并且牢牢固定到箱体的径向内表面162，并且从表面162向内朝着转子组件120径向伸出。元件171具有至少一个形成在元件171内部的敞开通道174，以便有助于流体在箱体部分105内流动，下文有进一步描述。可选择的是，元件171和172可以是但不限于多个径向延伸的元件，形成、配置并且尺寸设置为支承轴承169和170，并且有助于流体在箱体部分105内流动，下文有进一步描述。表面162和164、轴承169和轴承支承元件171限定了流体入口增压室176，其以流体相通方式与风扇144、通道166和174连接，并有助于将流体导引至风扇144。
表面162的一部分、轴承169、轴承支承元件171以及定子芯体段150的外侧表面限定了基本为环形的外侧端部旋转流体增压室178。增压室178以流体相通的方式与通道174和间隙124连接。同样，表面162的一部分、轴承170、轴承支承元件172以及定子芯体段150的内侧表面限定了基本为环形的内侧端部端部旋转流体增压室180。增压室180以流体相通的方式与间隙124和管道134连接。在示例性实施例中，间隙124将所输送流体导引通过增压室178和180之间的单个轴向流体通道。可选择的是，此处描述的本发明可插入到电动机104中，其中多个流体通道经由多个穿过和/或围绕定子芯体150的基本为径向的冷却槽将流体输送到间隙124内或者从间隙中输送到外部。
磁悬浮轴承169和170有助于转子组件120的径向定位。在示例性实施例中，磁悬浮轴承169和170配置为主动式磁悬浮轴承。更为详细些，控制子系统(未示)与磁悬浮轴承169和170联合来确定转动轴承构件(未示)相对于固定构件(未示)在任意给定时间的径向位置，并且方便磁调整，以便修正任意给定角度位置上的偏差。磁悬浮轴承169和170有助于在与示例性电动机104相关的上述高速下转子组件120的操作。可选择的是，可以使用那些能够实现预定参数(包括但不限于：减小振动和摩擦损耗)的包括但不限于滑动轴承的非磁悬浮轴承。至少一个备用轴承(rundown bearing)(未示)以与轴承169和170相似的方式设置在电动机104内，以便于在磁悬浮轴承169和/或170失效时径向支承转子组件120。而且，至少一个止推轴承(未示)以与轴承169和170相似的方式设置在电动机104内，以便于减小转子组件120和轴128(图1示出)的轴向推力效果。
站100可以应用于输送具有侵蚀性和杂质的流体。为了润滑和/或冷却电动机104的组件，可以将这些流体引导至箱体部分105。
操作过程中，如图2箭头所示，由压缩机102输送的流体还可有助于冷却电动机104。如上所述，在电激励定子122和启动电动机104之前，箱体部分105充有所输送的流体，并且由于它与管道110和定位装置108以流体相通方式连接，它具有入口管道110和抽吸定位装置108(图1所示)基本相同的压力。管道133和134、增压室176、178和间隙124充有输送流体，并且基本处于压力平衡。一旦启动电动机104，转子组件开始转动，风扇144在通道166与入口增压室176以流体连通方式连接的区域附近局部形成低压区，并且还在增压室176内形成局部高压区。输送流体从通道166开始被导引至与增压室176流体相通的连接的通道174中。接着将输送流体导引至增压室178，其中流体将热量从定子芯体段150和段154去除。将流体进一步导引通过间隙124，带走定子芯体段150和转子组件磁体段140上的热量。接着将流体导引到增压室180，去除定子芯体段150和段156的热量。流体随后流至管道134。
图3是可用于电动机电动机104(参见图2)的示例性转子组件120的放大横剖视图。展示了定子端部绕组段154和156、轴承169和170、转动轴线132。图4是可用于电动机电动机104(参见图2)的示例性转子组件120的横剖轴向视图。图5是示例性转子组件120以及可用于电动机电动机104的磁场的横剖轴向视图。下面对电动机104的描述参考图3、4、5。
电动机104包括定子122。定子122包括多个形成在定子芯体150内部的定子齿157。齿157限定多个定子电枢绕组槽158。电枢绕组159轴向设置在槽158内，除了电枢绕组端部线圈部分154和156外，与轴线132基本平行。
电动机104还包括转子组件120。转子组件120包括基本为圆柱形的转子轴段141、142和145、基本为圆柱形的磁体罩146和基本为圆柱形的设置在轴段145和罩146之间的永久磁体阵列148。在示例性实施例中，轴段141、142和145由Inconel制造，并形成位于轴段141、142和145中心的空腔143。可选择的是，轴段141、142和145可由任意可实现预定操作参数(包括但不限于抗腐蚀性和导磁率)的材料制造。例如，在选择性实施例中，可利用的材料包括但不限于Incoloy
Figure GSB00000569332900082
Inconel
Figure GSB00000569332900083
或者带有保护层的磁性钢合金，其中保护层包括但不限于陶瓷合成物、聚合物涂层和金属镀层，例如镍或者高磷-镍。
通常，期望抵抗所输送流体的侵蚀特性的防侵蚀性。而且，期望罩146的材料具有较低的相对导磁率，以便于减小由转子组件120形成的磁场的变形，这是现有技术已知的。例如，不饱和纯铁具有1000到5000的相对导磁率，
Figure GSB00000569332900091
合金通常具有1.002到1.010的相对导磁率。与自由空间(即空气或真空)的相对导磁率相关的参考值为1.000。相对导磁率是unit-less参数。通常，具有高导磁率的材料称为磁体材料，具有低导磁率的材料称为非磁体材料。因此，
Figure GSB00000569332900092
合金通常被认定为非磁体。
在选择实施例中，轴段141和142包括至少一层(未示)防腐蚀非磁性材料，其包括但不限于陶瓷合成物、聚合物涂层和金属镀层，例如镍或者高磷-镍(未示)。该涂层可通过下述方法形成，包括但不限于现有技术已知的喷射、涂覆和电镀技术，或者通过将具有预定尺寸的材料段与轴段141和142固定连接。该涂层或多层涂层可以在轴段141和142的整个径向最外层表面上延伸(图1和2所示)，其中轴段暴露于箱体部分105内的输送流体。
在示例性实施例中，空腔143没被填充，即轴段141、142和145是中空的。可选择的是，轴段141、142和145可以是实心的。此外，可选择的是，空腔143可以填充有便于实现操作参数(包括但不限于电动机104的轻量、转子组件20的高速度、转子组件120的低振动)的材料。
永久磁体包括多个牢牢连接到轴段145的外周边并围绕该周边的永久磁体148。磁体148沿轴段145轴向延伸，并且与轴线132基本平行。将磁体148连接到轴段145的方法包括但不限于粘接和烧结，使得实现预载低公差配合。可以使用加压紧配合，其包括但不限于热冷缩配合和/或液压冷缩配合。
磁体148包括但不限于高能量密度稀土元素永久磁体材料，例如钕-铁-硼(Nd-Fe-B，或者Nd2Fe5B)或者钐-钴(Sm-Co，或者SmCo5)。在示例性实施例中，采用的是Nd-Fe-B。可选择的是，采用Sm-Co。通常用于限定和比较磁体(包括永久磁体)的能量密度的索引是“最大能量乘积”，经常称为BHMax。BHMax是特定磁场的磁通量强度(B)与相关磁场强度(H)的乘积。乘积结果代表与特定磁体相关的最大、理论上可能的能量强度。Nd-Fe-B永久磁体的BHMax的一般值在80到380千焦耳/立方米(KJ/m3)。Sm-Co永久磁体的BHMax的一般值在120到260KJ/m3。为了比较，具有低能量密度的磁体包括BHMax在5到13KJ/m3之间的橡胶永久磁体。Nd-Fe-B和Sm-Co永久磁体的较高能量密度有助于更强的防退磁性能和长的有效使用寿命。可选择的是，可以采用非稀土元素永久磁体。
连接到轴段145之后，每一分段148都暴露在驱动磁场下，使得每个分段148都实现包括单个预定磁极的预定剩磁。剩磁是剩余或残余磁通量强度的测量值，也就是在从驱动磁场取走后分段148的磁化。剩磁通常通过特斯拉(T)测量。例如，Nd-Fe-B和Sm-Co通常分别具有大约1.2T和0.83T的剩磁，其中这些值通常被认定为相对强的剩磁，每个分段148的磁极通过图4中的小箭头示出。
在示例性实施例中，分段148以预定顺序设置，其中分段剩磁磁极形成重复的循环，每个分段磁极对绕轴段145周向累进。分段148的预定定位有助于产生围绕转子120的预定分布式磁场190。这种效果在现有技术中称为Halbach效果，阵列148被称为Halbach阵列。此处描述的Halbach效果便于采用较小体积的磁体148，同时能实现方便站100的操作的预定磁通量分布。在示例性实施例中，绕气体间隙124内的陈列148的周边观察时，磁通量分布基本呈正弦曲线。可选择的是，绕气体间隙124内的陈列148的周边观察时，预定的磁通量分布可以是但不限于梯形、三角形和矩形模式。而且，小体积的磁体148有助于实现具有低机械应力、减少的设备资源以及减小的重量和底座的更为紧凑的设计，便于减小最初的建造费用以及随后站100的操作费用。
Halbach阵列148的另外的优点包括使用更高效的磁化方法。而且，磁场190的分布模式有助于减少通常进入到轴145的磁场190的量，因此阵列148有助于使用非磁体和防腐蚀的轴材料。在示例性实施例中，电动机104是四极电动机，其每个极包括8个永久磁体段148。可选择的是，电动机104可以是但不限于两极电动机(下文做进一步讨论)、六极电动机和/或可以实现与站100相关的预定操作参数的任意结构。而且，可选择的是，每一极可以使用任意数量的段148。通常，随着每一极磁体148数量的增多，有助于实现更为高效的磁耦合。
在无负载条件下，磁场190与多个正交轴(Q-)192和直轴(D-)194基本上对齐。通常，Q轴线192对应转子组件120的区域，其中磁场190的一部分基本正切于转子组件120的转动方向，并且其中磁场190非常强的指向周向。同样，通常D轴线194对应于转子组件120的区域，其中磁场190的一部分与转子组件120的转动方向基本正交，并且其中磁场190非常强的指向径向。通常，轴的数量和极的数量之间还存在对应关系，一般Q轴线192的数量和D轴线194的数量与极的数量相同。
图6是可选择的转子组件220的横剖面轴向示图，转子组件可以用于电动机104(图2所示)中。图7是可选择的转子组件220剖面轴向示图，显示了用在电动机104中在无载荷条件下它们所呈现的磁场线条。下文参考图6和图7描述了可选择的转子组件220。可选择转子组件220包括可选择的永久磁体段240，其包括轴段145、空腔143、间隙146和轴线132，其与示例性实施例中的构件相似。定子段150和齿157、槽158和电枢绕组159也与示例性实施例中的构件基本相似。永久磁体段240还包括永久磁体248，其中永久磁体阵列248包括每一个极具有8个永久磁体的两个极，它们产生磁场290。在无负载条件下，磁场290与Q轴线292和D轴线294基本对齐。
参考图3、4和5做下述说明。在示例性实施例中，磁体罩146(有时被称为磁体保持环)基本为圆柱形并且由Inconel
Figure GSB00000569332900111
制造。可选择的是，磁体罩146可以由可实现预定操作参数的任意材料制造，操作参数包括但不限于那些有助于实现与磁体148和轴段145的材料和操作兼容性的参数，例如防腐蚀性和导磁率。例如，在选择性实施例中，可以使用的材料包括但不限于Incoloy
Figure GSB00000569332900112
Inconel
Figure GSB00000569332900113
或者不锈钢合金，它们可能带有保护层，其中保护层包括但不限于陶瓷合成物、聚合物涂层和金属镀层，例如镍或者高磷-镍。
同样，可选择的是，罩146包括至少一层(未示)防腐蚀非磁性材料，其包括但不限于Inconel
Figure GSB00000569332900114
和/或陶瓷合成物或聚合物涂层。该涂层可通过下述方法形成，包括但不限于现有技术已知的喷射、涂覆和电镀技术，或者通过将具有预定尺寸的材料段固定连接到罩146。该涂层或多层涂层基本上可以在罩146的整个径向最外层表面上延伸。
永久磁体148基本上与所输送流体隔绝。在示例性实施例中，多个端部盖部分149与轴段141、142和145一体制造。端部盖部分149基本上是螺旋形的，并且分别设置在轴段141和145、142和145的转子部分轴向界面195和196的附近区域。端部盖部分149包括基本为圆柱形的径向最外侧表面197，并具有与罩146的内侧直径尺寸199基本相等的相关直径尺寸198。
罩146设置在磁体阵列148上，使得在罩146和磁体148的圆周面之间实现预加载低公差配合，并且使得罩146的至少一部分轴向延伸超出陈列148的周向表面的两个轴向端。通过这种方式，罩146同样在端部盖部分149上延伸，使得在罩146和端部盖部分149之间实现预加载低公差配合。采用了加压紧配合，其包括但不限于热冷缩配合和/或液压冷缩配合。同样在示例性实施例中，在配合区域由罩146和端部盖部分149限定的接缝通过焊接密封。可选择的是，可以采用包括但不限于通过毛细作用注射防腐蚀密封材料的密封方法。罩146和端部盖部分149由此有助于减缓电动机104内的输送流体和永久磁体阵列148之间的流体流通。而且，罩146有助于保持磁体148的径向对齐。
图8是可选择的转子组件320的放大横剖示图，转子组件可用于电动机104(图2所示)中。在选择性转子组件320中，多个端部盖349可以独立于轴段141、142和145制造。在该选择性实施例中，电动机104包括可选择的转子组件320，除了如下文所述的永久磁体段340与示例性磁体段140不同外，其与示例性转子组件120基本相同。图中显示了定子芯体150、电枢绕组159、端部绕组154和156、轴承169和170、轴段141、142和145、间隙124、轴线132和转子轴空腔143。
端部盖349基本上是螺旋形，并且每个端部盖349包括基本位于中央的由内侧环形壁396形成的轴入口395。基本位于中央的轴入口395具有与轴段141、142和/或145的直径尺寸398基本相等的直径尺寸397，其有助于将端部盖349插入到轴段141、142和145上。端部盖349分别设置在在轴段141和145、142和145的转子部分轴向界面195和196的附近区域，并且随后端部盖349连接到轴段141、142和/或145，使得实现下文所述的预加载低公差配合。端部盖部分349包括基本为圆柱形的径向最外侧表面399，并具有与罩146的内侧直径尺寸401基本相等的相关直径尺寸400，其有助于在端部盖349和罩146之间形成密封。罩146连接到端部盖349，使得使得实现下文所述的预加载低公差配合。
在可选择实施例中，磁体罩349由Inconel制造。可选择的是，端部盖349可以由可实现预定操作参数的任意材料制造，操作参数包括但不限于那些有助于实现与磁体148和轴段145的材料和操作兼容性的参数，例如防腐蚀性和导磁率。例如，在选择性实施例中，可以使用的材料包括但不限于Incoloy
Figure GSB00000569332900122
Inconel
Figure GSB00000569332900123
或者不锈钢合金，它们可能带有保护层，其中保护层包括但不限于陶瓷合成物、聚合物涂层和金属镀层，例如镍或者高磷-镍。
同样，可选择的是，端部盖349可包括至少一层(未示)防腐蚀非磁性材料，其包括但不限于Inconel和/或陶瓷合成物、聚合物涂层和金属镀层，例如镍或者高磷-镍。涂层可通过下述方法形成，包括但不限于现有技术已知的喷射、涂覆和电镀技术，或者通过将具有预定尺寸的材料段固定连接到端部盖149。该涂层或多层涂层可以在端部盖349至少一部分上延伸，这一部分包括但不限于端部盖349暴露于所输送流体的表面。
在该选择性实施例中，磁体148基本密封在罩146和端部盖349内，使得磁体148与罩146和端部盖349外部的环境隔离开。罩146设置在磁体阵列148上，使得实现罩146和磁体148周边表面之间的预加载低公差配合。并且使得罩146的至少一部分轴向延伸超出阵列148的周边表面的两个轴向端。采用加压紧配合将罩146连接到磁体148的周边表面，其包括但不限于热冷缩配合和/或液压冷缩配合。同样在该实施例中，在多个配合区域由罩146和磁体148的轴向最远端限定的接缝通过焊接密封。可选择的是，可以采用包括但不限于通过毛细作用注射防腐蚀密封材料的密封方法。
而且，采用包括但不限于热冷缩配合和/或液压冷缩配合的方法，将端部盖349加压紧配合连接到转子部分轴向界面195和196附近的转子部分141、142和145。同样在该选择性实施例中，在配合区域由转子部分141、142和端部盖349限定的接缝通过焊接密封。可选择的是，可以采用包括但不限于通过毛细作用注射防腐蚀密封材料的密封方法。
此外，在该可选择实施例中，罩146同样在端部盖349上延伸，使得在罩146和端部盖349之间实现预加载低公差配合。采用加压紧配合，其包括但不限于热冷缩配合和/或液压冷缩配合。同样在示例性实施例中，在配合区域由罩146和端部盖349限定的接缝通过焊接密封。可选择的是，可以采用包括但不限于通过毛细作用注射防腐蚀密封材料的密封方法。罩146和端部盖349由此有助于减缓电动机104内的输送流体和永久磁体阵列148之间的流体流通。
又一选择性实施例可包括上述实施例的组合体，例如但不限于：制造一个与轴段141和145一体的端部盖部分149、以及制造一个插入到轴段142之上和插入到轴段145中的独立的端部盖349。
又一选择性实施例包括在轴承169和170表面上形成至少一层(未示)防腐蚀非磁性材料，其包括但不限于Inconel
Figure GSB00000569332900141
和/或陶瓷合成物、聚合物涂层和金属镀层，例如镍或者高磷-镍。涂层可通过下述方法形成，包括但不限于现有技术已知的喷射、涂覆和电镀技术，或者通过将具有预定尺寸的材料段固定连接到轴承169和170的表面。该涂层或多层涂层基本上可以在所有转动轴承构件的表面、固定构件表面和轴承罩表面(所有的均未示出)上延伸。
此处描述的压缩站方便了通过管道输送天然气。更详细说来，压缩站设备包括连接到永久磁体型超同步电动机的压缩装置。永久磁体型超同步电动机与感应电动机相比优势在于：它们具有很少露在转子表面的构件，并且由于转子表面损耗低而带来的高效率。结果，压缩站的操作效率提高，并且降低了站的资金和维修成本。
此处描述的输送管道内流体的方法和设备方便了流体输送站的操作。更详细说来，上述描述的电动机有助于实现更为坚固的流体运输站结构。这样的电动机结构同样促进了效率、稳定性、以及降低维修成本和流体运输站的储运损耗。
与流体运输站相关的电动机的示例性实施例在上文中得到详细描述。方法、设备和系统不限于此处描述的具体实施例，也不限于特定展示的电动机和流体运输站。
虽然已经根据特定实施例对本发明做了描述，本领域技术人员可以意识到本发明可以通过权利要求的精神和范围内的变形来实施。
部件明细
站--100
流体输送设备--102
箱体部分--103
电动机--104
箱体部分--105
箱体--106
压缩机抽吸定位装置--108
入口管道--110
尾端件--112
排出定位装置--114
出口管道--116
端部盖体组件--118
转子组件--120
定子--122
间隙--124
电缆管道--126
转动驱动轴--128
多个压缩级--130
轴线--132
供应管道--133
回流管道--134
电动机供应阀--135
电动机返回单向阀--136
箱体密封--137
永久磁体段--140
外侧轴段--141
内侧轴段--142
转子轴空腔--143
内部流体输送设备--144
中心轴段--145
罩--146
耦合磁体--148
端部盖部分--149
定子芯体段--150
定子端部电枢绕组--154
端部线圈段--156
多个定子齿--157
槽--158
电枢绕组--159
周边表面--160
径向内侧表面--162
周向表面      164
流体供应管道--166
外侧磁悬浮轴承--169
内侧磁悬浮轴承--170
外侧轴承支承元件--171
内侧轴承支承元件--172
敞开通道--174
流体入口增压室--176
外侧端部旋转流体增压室--178
内侧端部旋转流体增压室--180
磁场--190
正交轴--192
转子部分轴向界面--195
轴向界面--196
圆柱形径向最外侧表面--197
直径尺寸--198
内侧直径尺寸--199
可选择的转子组件--220
永久磁体段--240
永久磁体--248
磁场--290
Q轴线--292
D轴线--294
可选择的转子组件--320
永久磁体段--340
端部盖□□349
中央轴入口--395
内侧环形壁--396
直径尺寸--397
直径尺寸--398
圆柱形径向最外侧表面--399
相关直径尺寸--400
内侧直径尺寸--401

Claims (10)

1.一种转动地连接至用于输送流体的流体输送设备的电机，所述流体输送设备包括至少一个转动轴，所述电机包括：
定子；
转子组件，所述转子组件(120)连接到所述转动轴并且包括配置用于生成分布式磁场的磁体阵列，所述转子组件基本上防腐蚀，且在所述转子组件和所述定子之间限定间隙，用于在所述定子和所述转子组件之间引导由所述流体输送设备输送的流体，其中，由所述流体输送设备输送的流体轴向地流过所述电机并且移除热量。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述磁体阵列包括多个周向间隔设置的永久磁体(248)，磁体配置为绕转子周边生成大体为正弦曲线形式的磁场。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于：所述多个周向间隔设置的永久磁体(248)包括多个相邻的永久磁体，其中每个所述相邻永久磁体具有带有不同预定磁极的不同预定剩磁。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述转子组件(120)进一步包括：
至少一个转子组件轴，由基本上防腐蚀的材料构成，其中所述转子组件轴的大小设置为在其中容纳所述磁体阵列的至少一部分；
至少一个阵列罩，由基本上防腐蚀的且非磁性的材料构成，其中所述至少一个阵列罩的大小设置为在其中容纳所述磁体阵列的至少一部分；
至少一个端部盖(349)，由基本上防腐蚀的材料构成，并且连接到所述阵列罩，所述至少一个端部盖从所述转子组件轴延伸。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于：所述至少一个端部盖(349)可拆卸地连接到所述转子组件轴。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述转子组件(120)进一步包括：
至少一个转子组件轴，其大小设置为容纳所述磁体阵列的至少一部分，其中所述转子组件轴包括至少一个基本上防腐蚀的材料层，其在所述转子组件轴的至少一部分上延伸；
至少一个阵列罩，其大小设置为容纳所述磁体阵列的至少一部分，其中所述阵列罩包括至少一个基本上防腐蚀的且非磁性的材料层，其在所述阵列罩的至少一部分上延伸；以及
从所述转子组件轴延伸的至少一个端部盖(349)，其中所述至少一个端部盖包括至少一个基本上防腐蚀的材料层，其在所述至少一个端部盖的至少一部分上延伸。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：所述至少一个端部盖(349)可拆卸地连接到所述转子组件轴。
8.一种流体输送站(100)，包括：
包括至少一个转动轴的流体输送设备(102)；和
驱动电动机，包括连接到所述转动轴的转子组件(120)，所述转子组件包括配置为生成分布式磁场的磁体阵列，其中所述转子组件基本上防腐蚀，其中所述驱动电动机还包括定子，和在所述转子组件和所述定子之间限定的间隙，用于在所述定子和所述转子组件之间引导由所述流体输送设备输送的流体，其中，由所述流体输送设备输送的流体轴向地流过所述驱动电动机并且移除热量。
9.根据权利要求8所述的流体输送站(100)，其特征在于：所述流体输送设备(102)包括下述部件中的至少一个：
流体压缩机；
流体泵；和
流体风扇。
10.根据权利要求9所述的流体输送站，其特征在于：所述转子组件(120)进一步包括：
至少一个转子组件轴，由基本上防腐蚀的材料构成，其中所述转子组件轴的大小设置为在其中容纳所述磁体阵列的至少一部分；
至少一个阵列罩，由基本上防腐蚀的且非磁性的材料构成，其中所述至少一个阵列罩的大小设置为在其中容纳所述磁体阵列的至少一部分；
至少一个端部盖(349)，由基本上防腐蚀的且非磁性的材料构成，并且连接到所述阵列罩，所述至少一个端部盖从所述转子组件轴延伸。
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