CN102016323B - 具有电动机和泵的布局结构 - Google Patents
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Abstract
具有驱动泵(2)的电动机(3)的布局结构，其沿流动路径(100)输送工艺流体(10)，所述流动路径沿电动机(3)的定子(32)与电动机转子(31)之间的间隙(35)延伸。为了避免10流体动力学在所述间隙(35)中引起的转子动力学不稳定性，在所述流动路径(100)中提供了导流元件(17)。
Description
技术领域
本发明涉及具有电动机和由所述电动机驱动的泵的布局结构(或称装置)，其中通过所述泵使工艺流体运动到较高压力，其中所述电动机包括定子和转子，该转子是绕旋转轴线可旋转的，其中所述定子至少在部分周向(或称环向、圆周方向)上围绕所述转子，其中一个间隙在所述转子与所述定子之间沿周向延伸，其中提供有流动路径，所述工艺流体的至少一部分沿所述流动路径在轴向方向上流动，其中所述间隙属于所述流动路径。
背景技术
前面提到的那类布局结构在电驱动压缩机中是已知的，这些电驱动压缩机往往被设计成紧凑型模块，而且有时被封装在一个公共壳体中，该壳体优选被制成气密性的。这些模块能够压缩例如有毒气体或能够操作于爆炸性环境中或甚至水下，因为它们被设计的性能，而不需要密封件。这些未密封的压缩机通过吸入管线接收工艺流体，并以较高压力级通过排放管线对其进行输送。由于很难画出泵与压缩机之间的界线，因此在下文中将这两类机器统称为泵。
未密封的设计的一个特征在于所述公共气密性壳体中基本上所有的组件皆被所述工艺流体围绕。这带来的缺点在于所有这些组件必须被设计成经得起最终的化学侵蚀性工艺介质。一个优点在于可能使用所述工艺流体来冷却所述布局结构的组件，而不需要提供专门的冷却系统。电动机定子以及用于转子的轴承(例如磁性轴承)的冷却皆能利用所述工艺流体实现。
然而，流过电动机的转子与定子之间间隙并且至少部分地冷却定子和转子的工艺流体由于某些流动现象可能会导致转子动力学上的不稳定性。进入所述间隙的工艺流体沿周向被加速到所述转子的旋转方向中。如果转子相对于旋转轴线被移位，那么所述间隙在径向上将变窄，而所述工艺流体不得不根据连续性加速。按照伯努利定律，在出现加速的情况下，压力将降低，而这会放大所述转子的位移，并且还可能触动定子的某些部件，这些运动都会进一步使所述间隙变窄。如果超过了临界参数，那么定子和转子可能发生接触，从而可能被毁坏。
发明内容
因此本发明的一个目的是要以如下方式改进前面提到的布局结构，即使得因操作期间所述间隙中的流体动力学现象导致的转子动力学性能下降很少。本发明的另一个目的是要防止由上述流体动力学上导致的不稳定性影响所引起的损坏。
根据本发明的解决上述问题的方案由包括权利要求1所述特征的布局结构提供。
通过将导流元件插入到工艺流体的流动路径中，能够以如下方式影响流动分布，即使得周向速度不被所述工艺流体带得和没有这些元件时一样快。通过降低周向加速度，降低了转子相对于定子的径向位移对间隙中压力分布的影响。本发明认识到工艺流体的较高的周向速度会增加作为对任何扰动的响应的不稳定性的趋势。因此，根据本发明的布局结构使马达能够操作于较高的转速，或者所述间隙具有较小的径向空隙，或者以较高压力和/或高密度的工艺流体操作，或者甚至具有较大轴向长度的所述间隙，这为较大的马达提供了实现的可能。本发明的一个实质性优点在于降低了进入周向方向的工艺流体的加速度。
WO2007/110281A1和DE20011219Ul分别公开了一种根据权利要求1前序部分所述的流动路径布局结构，但它们都没有公开适于抑制周向流动的额外的导流元件，也没有考虑要避免流体动力学上被导致的不稳定性。
本发明的另一个优选实施例是在所述间隙的上游的流动路径中安装导流叶片，这些导流叶片被成形为在所述流体进入所述间隙之前产生对所述旋转方向的反涡旋。可见，间隙中的流体首先必须在相反方向上被加速，以消除所述反涡旋，在该加速过程中，所述流体已经能够流过一定的轴向距离。
本发明的一个进一步的优选实施例在所述定子邻接所述间隙的表面上提供了导流元件。这些导流元件被设计成使得所述工艺流体很不快速地加快周向速度。这些导流元件能够被设计成纵向凹槽，这些纵向凹槽沿提供于这一表面上的旋转轴线延伸。所述纵向凹槽沿轴向方向导引所述流动，并且抑制周向加速。所述导流元件形状的另一个可能是要为所述凹槽提供螺旋形状，其中螺旋线对于右转转子是左旋的，对于左转转子是右旋的，以致沿所述螺旋线进行的流动被引导成反向于转子的旋转。因此，轴向压力差迫使所述流轴向地通过所述间隙，而周向速度上升很少。
被本发明解决的这些问题很可能存在于某种布局结构中，其中电动机和泵由一公共气密性壳体封装，所述壳体设置有用于所述工艺流体的进口和出口。
在这种布局结构中，所述工艺流体能够循环通过电动机的所述间隙，如果没有用密封件来防止这一情况的话。
为了使本发明的布局结构能够适用于高性能应用，专用冷却系统可被提供用于所述定子，其与所述间隙由邻接的分隔壁分离开。该壁可是圆柱形形状的，并且需要具有承受因工艺流体与冷却流体之间的压力差造成的高机械载荷的能力，而且进一步地，所述壁应该是不导电的，否则涡电流可能产生进一步的热载荷。因此，这种分隔壁的材料选择是非常有限的，这增加了对本发明的降低这种分隔壁上机械载荷的布局结构的需要。
附图说明
下面将结合附图对本发明当前的优选实施方式进行描述，参考这些描述，本发明的上述属性及其他特征、优点以及实现它们的方式将变得更加明显，而且本发明本身将能够被更好地理解，附图中：
图1示出了根据本发明的一种布局结构的横截面的示意性图示，
图2示出了图1的细节X，
图3-5以透视图的形式示出了图2所示的根据本发明的导流元件，其中，图2中的罗马数字标记对应于这些图的编号。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的布局结构1，其包括压缩机及泵2以及驱 动公共转子4的电动机3，其支持着泵2的叶轮5。转子4绕竖直旋转轴线6旋转，并且由两个径向轴承7，8和一个轴向轴承9支持。这些轴承7，8，9是磁性轴承，它们被包封以防止工艺流体10与它们的内部之间的接触。
轴承7，8，9，泵2和电动机3由公共气密性壳体11包围。壳体11设置有进口15和出口16，进口15被连接到一个未被进一步示出的吸入管线，出口16被连接到未被进一步示出的排放管线，工艺流体10能够分别通过这些管线进入和离开壳体11。在壳体11中，流体沿流动路径100流动，该流动路径能够变换方向若干次。
泵2在其三个叶轮5(第一叶轮5a，第二叶轮5b，第三叶轮5c)内将工艺流体10输送到一个较高得压力级。
第一叶轮5a与第二叶轮5b之间的交叉连接21设置有抽出部22，工艺流体通过该抽出部被保留用于冷却的目的。抽出部22连接到该机器的各个需要冷却的位置，即轴承7，8，9以及电动机3。
电动机3包括电动机转子31和定子32。定子32设置有圆柱形孔眼33，电动机转子31沿旋转轴线6延伸通过该孔眼。定子32的内表面，相应地以及孔眼33，相邻于电动机转子31与定子32之间的周向间隙35。所述间隙35是流动路径100的一部分，对于本发明而言，这是一个实质性特征。
定子32具有专用冷却系统40，冷却流体41在一闭环中循环通过该专用冷却系统。
如细节X所示(示于图2中)，分隔壁50分将定子32内部零件与工艺流体10流过的间隙35分离开。
在图2-5中，旋转ROT的方向由相应地用ROT标示的箭头表示。在工艺流体10进入电动机转子31与定子32之间的间隙35之前，它流过两个静态部件62，63之间的静态通道61。这一静态通道61设置有多个进口导流片65，这些进口导流片被成形为使得在流体10进入间隙35之前在流体10的流中产生相对于旋转ROT方向的反涡旋(示于图3中，该图示出了图2的视图III)。
图4与图5分别示出了图2中标示的视图IV和V。这两幅图示出了定子32和邻接的静态元件52的孔眼33的内表面。图2中的孔眼33设置有沿旋转轴线34延伸的纵向凹槽，以致所述流体10的流动被抑制加 快在电动机转子31的旋转ROT的方向上的周向速度。凹槽70导引流体10的流进入轴向方向。
图5示出了螺旋槽81，其被提供在定子32的孔眼33的内表面上。相对于流体10的流的方向，螺旋槽81相反于电动机转子31的旋转ROT方向导引所述流，因为它们向旋转轴线34倾斜。对于左转转子4，螺旋槽81的右旋螺旋线被提供，反之亦然。
Claims (6)
1.一种具有电动机(3)和泵(2)的装置(1)，所述泵(2)由所述电动机(3)驱动，其中工艺流体(10)被所述泵(2)运动到较高压力，其中所述电动机(3)包括定子(32)和电动机转子(31)，所述电动机转子(31)是绕旋转轴线(34)可旋转的，其中所述定子(32)至少在部分周向上包围所述电动机转子(31)，其中间隙(35)在所述电动机转子(31)与所述定子(32)之间沿周向延伸，其中流动路径(100)被提供，所述工艺流体(10)的至少一部分沿所述流动路径被导引在轴向方向上，其中所述间隙(35)属于所述流动路径(100)，
其特征在于
导流元件(17)被提供在所述流动路径(100)中，以避免在所述间隙(35)中出现沿转子旋转的周向方向的流动，
其中所述导流元件(17)是安装在所述流动路径(100)中所述间隙(35)上游的导流叶片(18)，它们被成形为在所述流体(10)进入所述间隙(35)之前产生对所述旋转方向的反涡旋。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中所述定子(32)的邻接所述间隙(35)的表面设置有导流元件(17)。
3.根据权利要求2所述的装置(1)，其中所述表面设置有沿所述旋转轴线(34)延伸的纵向凹槽(70)。
4.根据权利要求2所述的装置(1)，其中所述表面设置有螺旋形状的凹槽(81)，其中螺旋线对于右转转子是左旋的，对于左转转子(4)是右旋的。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置(1)，其中所述电动机(3)与所述泵(2)由公共气密性壳体(11)封装，所述公共气密性壳体设置有用于所述工艺流体(10)的进口(15)和出口(16)。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置(1)，其中所述定子(32)具有专用冷却系统(40)，所述专用冷却系统由邻接的分隔壁(50)与所述间隙(35)分离。
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