CN102562182A - 涡轮机电气连接和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮机电气连接和方法。一种涡轮机包括：膨胀器；具有附连到膨胀器上的第一端的中心区；附连到中心区的第二端上的压缩机；在中心区的内部提供的电气装置；以及包括第一部件和第二部件的电气连接件，第一部件构造成可拆装地直接附连到第二部件上。第一部件构造成可拆装地附连到中心区的外壳的外表面上，而第二部件构造成不动地附连到束件上。

Description

涡轮机电气连接和方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大体涉及方法和系统，并且更具体而言，涉及用于将涡轮机的各种部件电连接到外部装置上的机构和技术。

背景技术

在过去的几年里，涡轮机在各种工业中的重要性提高了。涡轮机可包括压缩机、膨胀器、涡轮、泵等中的一个或多个。涡轮机用于发动机、涡轮、功率发生、低温应用、油和气、石化应用等中。因而，存在对改进涡轮机的效率的需要。

常用于工业中的一种涡轮机包括连接到膨胀器上的压缩机。可采用这种涡轮机来(例如)回收甲烷、天然气和/或液化天然气(LNG)。这样的气体的回收在将LNG装载到船上期间会减少排放以及减少燃烧操作。

在图1中示出了由通用电气(Rotoflow)制造的涡轮膨胀器。这种机器10包括压缩机12、膨胀器14和主中心区段16。压缩机12包括叶轮18，而膨胀器14包括叶轮20。两个叶轮18和20通过轴22来连接到彼此上。轴22由例如磁性轴承24支承。磁性轴承24需要例如功率，以能够执行轴承功能。因而，磁性轴承24通过电线26来连接到接线盒28上。接线盒28位于主中心区段16的壳30的内部。电缆32将接线盒28连接到例如电源34上。可使用密封件36来将壳30的内部与外部密封开，电缆32在该处离开壳30。

密封件36构造成防止被压缩机12和/或膨胀器14处理过的气体泄漏到涡轮机10的外部。这样的气体是受压力的，并且可为有毒的，以及因而，它们可伤害涡轮机的操作者和/或损害环境。

但是，图1中描述的布置需要延长的时间来进行维护。这样是因为，例如，如果需要更换轴承系统24，则需要从主中心区段16中移除压缩机12，然后操作者必须到达接线盒28，以及在移除轴承系统24之前，在物理上使电线26与接线盒28脱开。考虑到涡轮机10的构件的大小和重量，这些步骤是耗时的。

因此，提供减少维护涡轮机的时间的系统和方法将是合乎需要的。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种涡轮机，其包括：外壳；可拆装地在外壳的内部提供的套筒；以及电气连接件。该电气连接件具有不动地连接到套筒上的第一部件和可动地连接到外壳上的第二部件。第二部件构造成相对于第一部件而运动，以及与第一部件电连接和脱开。

根据另一个示例性实施例，存在一种涡轮机，其包括：膨胀器；具有附连到膨胀器上的第一端的中心区；附连到中心区的第二端上的压缩机；在中心区的内部提供的电气装置；以及包括第一部件和第二部件的电气连接件，第一部件构造成可拆装地直接附连到第二部件上。中心区包括在中心区的外壳的内部提供的束件，该束件包括压缩机和膨胀器的旋转部件，并且束件构造成沿轴向从外壳中移除。第一部件构造成可拆装地附连到中心区的外壳的外表面上，而第二部件构造成不动地附连到束件上。

根据另外的另一个示例性实施例，存在一种涡轮机，其包括：构造成容纳压缩机、膨胀器和中心区的外壳；构造成附连到外壳上以封闭外壳的膨胀器侧的膨胀器盖；构造成附连到外壳上以封闭外壳的压缩机侧的压缩机盖；筒体，其构造成附连到外壳的内部，并且包括膨胀器、压缩机和中心区的运动部件；以及包括第一部件和第二部件的电气连接件，第一部件构造成可拆装地直接附连到第二部件上。第一部件构造成可拆装地附连到中心区的外壳的外表面上，而第二部件构造成不动地附连到筒体上。

根据另外的另一个示例性实施例，存在一种涡轮机，其包括：构造成容纳压缩机或膨胀器的外壳；构造成附连到外壳上以封闭外壳的第一开放侧的第一盖；构造成附连到外壳上以封闭外壳的第二开放侧的第二盖；筒体，其构造成附连到外壳的内部，并且包括膨胀器和/或压缩机的运动部件；以及包括第一部件和第二部件的电气连接件。第一部件构造成可拆装地直接附连到第二部件上，第一部件还构造成可拆装地附连到外壳的外表面上，而第二部件构造成不动地附连到筒体上。

根据又一个示例性实施例，存在一种用于组装涡轮机的方法。该涡轮机包括：将束件插入中心区中，该束件构造成沿轴向从中心区的外壳中移除，并且束件包括电气装置；将膨胀器连接到中心区上；将压缩机连接到中心区上；以及将电气连接件的第一部件电连接到电气连接件的第二部件上，第一部件构造成可拆装地直接附连到第二部件上。第一部件构造成可拆装地附连到外壳的外表面上，而第二部件构造成不动地附连到束件上。

附图说明

结合在说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述一起阐述这些实施例。在图中：

图1是传统的涡轮膨胀器的示意图；

图2是根据一个示例性实施例的涡轮膨胀器的示意图；

图3是根据一个示例性实施例的涡轮膨胀器的一部分的详细示意图；

图4是根据一个示例性实施例的涡轮膨胀器的电气连接件的示意图；

图5是根据一个示例性实施例的筒体涡轮膨胀器的示意图；

图6是根据一个示例性实施例的筒体涡轮膨胀器的示意图；

图7-9示出了根据一个示例性实施例的涡轮膨胀器的拆卸；

图10是示出了根据一个示例性实施例的、用于组装涡轮膨胀器的方法的流程图；以及

图11是具有根据一个示例性实施例的电气连接件的压缩机的示意图。

具体实施方式

示例性实施例的以下描述参照了附图。不同图中的相同参考标号标识相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，关于涡轮膨胀器的术语和结构来论述以下实施例。但是，接下来要论述的实施例不限于此涡轮机，而是可应用于其它涡轮机。

贯穿说明书，对“一个实施例”或“实施例”的参照意味着结合实施例来描述的特定的特征、结构或特性包括所公开的主题的至少一个实施例中。因而，贯穿说明书在各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必指同一实施例。另外，特定的特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。

根据一个示例性实施例，包括连接到膨胀器上的压缩机的涡轮膨胀器可具有电连接到机器的外部的仪器或轴承。这种连接可包括外凸部件和内凹部件。以这样的方式在涡轮膨胀器的外壳上提供外凸部件或内凹部件中的一个：防止涡轮膨胀器的内部的受压力介质泄漏到外部。外凸部件或内凹部件中的另一个附连到构造成滑出外壳的内壳(例如筒体或套筒或束件)上。可从涡轮膨胀器的外部移除在外壳上提供的部件，使得内壳自由地滑出外壳。

为了简单起见，关于具有成竖向分开构造的筒体构造的压缩机和膨胀器来论述以下示例性实施例。但是，示例性实施例的新颖方面还能够应用于沿水平方向分开的机器或其它类型的机器。另外，新颖的实施例能够应用于包括仅压缩机或仅膨胀器或仅涡轮或仅发动机等的涡轮机。换句话说，虽然接下来要论述的示例性实施例包括压缩机和膨胀器的组合，但是新颖的特征能够应用于具有诸如压缩机、膨胀器、涡轮等单个构件的涡轮机。

根据图2中示出的一个示例性实施例，涡轮膨胀器50包括膨胀器52、压缩机54和中心区56。膨胀器52通过法兰58来附连到中心区56上，法兰58附连到膨胀器52的壳60上。法兰58通过一个或多个螺栓62来附连到中心区56上。类似地，压缩机54通过用螺栓66栓接法兰64而通过法兰64来附连到中心区56上。

膨胀器52包括入口68和出口70。通过入口68来将介质引导到叶轮72。虽然图2显示了仅一个叶轮72(例如一级)，但是膨胀器可具有不止一级。对于压缩机54也是如此，在图中显示了压缩机54具有入口74、出口76和叶轮78。

压缩机叶轮78和膨胀器叶轮72可附连到同一轴80上。为了帮助轴旋转，可在中心区56的内部提供轴承系统90。轴承系统90可包括一个或多个磁性轴承92。为了更好地示出涡轮膨胀器的轴承系统90和其它构件，图3仅显示中心区56以及膨胀器52和压缩机54的部分。

图3显示了中心区56具有被固定(例如具有构造成接触地面以及支承整个中心区56的支腿98)的外壳96。在中心区56的内部提供的大多数部件均设置在束件100中，束件100构造成可拆装地附连到外壳96上。换句话说，束件100构造成沿着轴向滑动，其中轴向方向由涡轮机的纵向轴线Z限定。束件100可包括磁性轴承92、转子80的部分、仪器102等。仪器102可包括压力传感器、温度传感器、氧气传感器、振动传感器、速度传感器等。仪器102和磁性轴承92两者均可能需要来自外部电源104的功率，或者需要与外部装置106通讯。电源104和外部装置106可位于涡轮机的外部，如图3中显示的那样。电线使电源104和/或外部装置106与仪器102和/或磁性轴承92连接。

现在关于图4来论述用于连接涡轮膨胀器的内部与外部的电气连接件110。电气连接件110具有外凸部件112和内凹部件114。外凸部件112构造成与内凹部件114相配，以及在外凸部件112和内凹部件114之间实现电气连接。例如，外凸部件112可具有一个或多个销，而内凹部件114可具有构造成接收销的一个或多个插口。虽然图4显示了外凸部件112在涡轮膨胀器的外部，而内凹部件96在壳96的内部，但是在另一个涡轮机中，这种情况可反过来。

外凸部件112构造成用螺栓116或其它机构来附连到外壳96上。但是，对于在需要拆卸涡轮机时的那些情形，外凸部件112应当能够从外壳96的外部移除。内凹部件114附连到束件100上。壳96的内部存在高压气体，并且该高压气体可接触将内凹部件114连接到磁性轴承92或仪器102上的电线118，在外凸部件112和外壳96之间提供密封件120来防止气体的泄漏。在一个应用中，可将密封件120部分地置于形成于外凸部件112的凸缘122中的凹槽的内部。这确保来自壳96的内部的高压气体不泄漏到外部。

图4还显示了线材118附连到束件100上，以及将内凹部件114连接到例如接线盒140上。接线盒140也附连到束件100上。提供从接线盒140到各个期望的元件的对应的线材。例如，图4显示了电线142将接线盒140连接到磁性轴承92a上。电线142不仅可用来对磁性轴承和/或仪器提供电功率，还可用来在接线盒和这些元件之间传输信号和命令。在一个应用中，线材118、142和接线盒140附连到束件100上。因而，在从机器的外部使内凹部件114与外凸部件112脱开之后，可将束件与涡轮机的内部的所有线材一起沿轴向取出，而无需操作员人工地脱开机器的内部的电气连接。

在图5中示出的示例性实施例中，筒体涡轮机51具有包括外凸部件112和内凹部件114的电气连接件。外凸部件112可具有构造成沿着轴线X朝向和远离内凹部件114而运动的多销头130。例如，杆132可连接到多销头130上，并且使这个头沿着轴线X运动。杆132的运动可由压缩机的操作者以手动的方式执行，由马达134以电的方式执行或者由液压装置136以液压的方式执行。不管是否以手动的方式、以电的方式或以液压的方式使杆132运动，这个运动均可从涡轮机的外部实现。在一个应用中，内凹部件114与束件100的外表面齐平，使得束件100可沿着轴线Z滑动。

因而，当需要接近磁性轴承92或容纳在束件100中的其它部件时，压缩机的操作者仅从涡轮机的外部使外凸部件112与内凹部件114脱开，以及然后可用新的束件代替整个束件。照这样，与传统维护过程相比，涡轮机的维护时间可减少30％和50％之间，因为不需要进入中心部件56的内部来脱开电线。

现在参照图6来论述拆卸过程。在这个示例性实施例中，膨胀器52具有盖52a，而压缩机54具有盖54a。可首先移除盖52a和54a中任一个来接近束件100。束件100可为套筒150的一部分。在外凸部件112与内凹部件114脱开以及保持束件100附连到套筒150上的几个螺栓(或其它机构)脱开之后，可从涡轮机中移除或者束件100或者套筒150，并且可用新的束件或套筒来代替它们，以便最大程度地减少涡轮机的停机时间。在这个步骤之后，外凸部件112附连到新的套筒150的新的内凹部件114上，盖52a或54a附连回到机器上，并且可使机器恢复联机。

根据图7-9中示出的另一个示例性实施例，现在对另一个涡轮机的拆卸进行论述。假设磁性轴承92在涡轮机的内部有故障且需要更换它。需要拆卸图7中显示的涡轮膨胀器50，以接近有故障的磁性轴承。在第一个步骤中，需要移除连接到膨胀器52的入口68和出口70上的管系。一旦膨胀器52无这些约束，膨胀器就从中心区56上卸下，并且与机器分离，如图8中显示的那样。注意到压缩机或膨胀器的重量可为大约几吨至几十吨，以及因而，移除这种大件装备是不简单的。

在这个步骤之后或在这个步骤之后，电气连接件110的外凸部件112与内凹部件114脱开，以使中心区56的构件与电源104或装置106在电方面脱开。装置106可包括能够处理待发送给仪器102或磁性轴承92或待从仪器102或磁性轴承92接收到的各种信号的处理器。然后，可从外壳96中将束件100与旋转部件、轴承和密封件一起移除，并且用新的来代替。

在一个备选实施例中，可从压缩机54的壳152中移除整个套筒150，如图9中显示的那样。在本申请中，外凸部件112和内凹部件114可保持连接到彼此上。可以与上面论述的顺序相反的顺序来将新的套筒放入膨胀器和压缩机中以及使其附连到膨胀器和压缩机上。注意，对于图8和9中显示的布置，连接到压缩机54上的管系在维护操作期间保持就位。

根据图10中示出的一个示例性实施例，存在一种用于组装涡轮机的方法。该方法包括：将束件插入中心区中的步骤1000，该束件构造成沿轴向从中心区的外壳中移除，并且束件包括电气装置；将膨胀器连接到中心区上的步骤1002；将压缩机连接到中心区上的步骤1004；以及将电气连接件的第一部件电连接到电气连接件的第二部件上的步骤1006，第一部件构造成可拆装地附连到第二部件上。第一部件构造成可拆装地附连到外壳上，而第二部件构造成不动地附连到束件上。

根据图11中示出的一个示例性实施例，压缩机200(例如涡轮机)具有构造成容纳套筒204的外壳202。套筒204可包括压缩机的以下构件中的一个或多个：叶轮206、轴承系统208、密封系统210、轴212、电气装置213等。电气装置213可为在压缩机的内部典型地找到的任何仪器或传感器。因为轴承系统208可包括磁性轴承，所以需要将功率供应给轴承系统208。由于这个原因，使用功率供应线214来将轴承系统208连接到电气连接件220的外凸(或内凹)部件216上。功率供应线214还可将电气装置213连接到压缩机的外部的电源上。可完全在套筒204的外部提供功率供应线214。电气连接件220还包括内凹部件218。在一个应用中，部件216可为外凸部件，而部件218可为内凹部件。

内凹部件216不动地附连到套筒204上，而外凸部件218以这样的方式连接到外壳202上：外凸部件218可沿着方向X运动，以连接对应的内凹部件216或与其脱开。照这样，可从压缩机的外部接通或切断电气连接件220。可或者以手动的方式或者通过诸如钥匙、电动马达、液压机构等专用装置来从压缩机的外部促动外凸部件218。

在一个应用中，所有的电功率供应均可构造成进入内凹部件216，使得在拆卸压缩机时，存在仅一个要脱开的电气连接件220。在另一个应用中，电气连接件220不仅可用来处理功率供应，而且还可用来处理数据通讯。

外凸部件218容纳在壳体222中，壳体222在壳的外侧上可拆装地连接到(通过已知手段，例如焊接或螺栓)外壳202上。为了确保没有存在于外壳202的内部的室224中的受压力流体离开外壳202，将合适的密封件226置于壳体222和外壳202之间的接口处。显示了杆228在壳体222的内部以便促动外凸部件218。可使用其它机构来促动外凸部件。显示了导电体230离开电气连接件220，以及连接到各种装置232和234上。

压缩机200在外壳202的端部200a处可具有帽240，帽240可通过螺栓242来附连到外壳202上。照这样，当需要拆卸或组装压缩机时，可移除帽240，可脱开电气连接件220，并且可从外壳202中移除整个套筒204来进行维护或其它必要的操作。

根据一个示例性实施例，内凹部件216与套筒204的表面204a齐平，或者内凹部件216设置成略微远离表面204a(在套筒204的内部)，使得套筒204可相对于外壳202容易地滑动。在一个应用中，外凸部件218构造成部分地进入室224和/或套筒204中，以便与内凹部件216进行电连接。但是，外凸部件218还构造成在必要时从内凹部件216缩回，使得外凸部件218不碰到套筒202，以及套筒可从外壳202中移除。

对于前面的实施例所论述的大部分(而不是全部)优点和特征可应用于图11中显示的装置。另外，图11中显示的涡轮机不必是压缩机，其可为膨胀器、泵、涡轮、马达等。

公开的示例性实施例提供了一种系统和方法来更加高效地将内部束件或套筒插入外壳或者从外壳中移除内部束件或套筒。应当理解，这个描述不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的备选方案、修改方案和等效方案。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多特定的细节，以便提供对要求保护的发明的全面理解。但是，本领域技术人员将理解，可在没有这样的特定的细节的情况下实践各种实施例。

虽然以特定的组合在实施例中描述了目前的示例性实施例的特征和元件，但是各个特征或元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或者可在有或没有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合来使用。

本书面描述使用公开的主题的实例来使得本领域任何技术人员能够实践公开的主题，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本主题的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。这样的其它实例意图处于权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮机，包括：

外壳；

可拆装地在所述外壳的内部提供的套筒；以及

具有不动地连接到所述套筒上的第一部件和可动地连接到所述外壳上的第二部件的电气连接件，

其中，所述第二部件构造成相对于所述第一部件而运动，以及与所述第一部件电连接和脱开。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述套筒为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，在所述外壳的中心部件中提供所述电气连接件。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮机进一步包括：

构造成封闭所述外壳的一端的帽。

5.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，所述套筒构造成在所述帽被移除时滑出所述外壳。

6.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第二部件暴露于待由所述压缩机处理的气体。

7.一种涡轮机，包括：

膨胀器；

具有附连到所述膨胀器上的第一端的中心区；

附连到所述中心区的第二端上的压缩机；

在所述中心区的内部提供的电气装置；以及

包括第一部件和第二部件的电气连接件，所述第一部件构造成可拆装地直接附连到所述第二部件上，

其中，所述中心区包括在所述中心区的外壳的内部提供的束件，所述束件包括所述压缩机和所述膨胀器的旋转部件，并且所述束件构造成沿轴向从所述外壳中移除，

所述第一部件构造成可拆装地附连到所述中心区的所述外壳的外表面上，以及

所述第二部件构造成不动地附连到所述束件上。

8.一种涡轮机，包括：

构造成容纳压缩机、膨胀器和中心区的外壳；

构造成附连到所述外壳上以封闭所述外壳的膨胀器侧的膨胀器盖；

构造成附连到所述外壳上以封闭所述外壳的压缩机侧的压缩机盖；

筒体，其构造成附连到所述外壳的内部，并且包括所述膨胀器、所述压缩机和所述中心区的运动部件；以及

包括第一部件和第二部件的电气连接件，所述第一部件构造成可拆装地直接附连到所述第二部件上，其中

所述第一部件构造成可拆装地附连到所述中心区的所述外壳的外表面上，以及

所述第二部件构造成不动地附连到所述筒体上。

9.一种涡轮机，包括：

构造成容纳压缩机或膨胀器的外壳；

构造成附连到所述外壳上以封闭所述外壳的第一开放侧的第一盖；

构造成附连到所述外壳上以封闭所述外壳的第二开放侧的第二盖；

筒体，其构造成附连到所述外壳的内部，并且包括所述膨胀器和/或所述压缩机的运动部件；以及

包括第一部件和第二部件的电气连接件，所述第一部件构造成可拆装地直接附连到所述第二部件上，其中

所述第一部件构造成可拆装地附连到所述外壳的外表面上，以及

所述第二部件构造成不动地附连到所述筒体上。

10.一种用于组装涡轮机的方法，所述方法包括：

将束件插入中心区中，所述束件构造成沿轴向从所述中心区的外壳中移除，并且所述束件包括电气装置；

将膨胀器连接到所述中心区上；

将压缩机连接到所述中心区上；以及

将电气连接件的第一部件电连接到所述电气连接件的第二部件上，所述第一部件构造成可拆装地直接附连到所述第二部件上，其中

所述第一部件构造成可拆装地附连到所述外壳的外表面上，以及

所述第二部件构造成不动地附连到所述束件上。

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