CN102562518A - 马达压缩机系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及马达压缩机系统和方法，具体而言，涉及一种马达压缩机系统，在其中，马达构造成使压缩机起作用。该系统包括公共壳体；容纳马达的马达筒，该马达筒可拆卸地设置于公共壳体内；以及压缩机筒，其容纳可拆卸地连接至马达的压缩机，该压缩机筒可拆卸地设置于公共壳体内。

Description

马达压缩机系统和方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大致涉及方法和系统，且更具体地，涉及用于在单个壳体中高效地提供马达(motor)和压缩机的机构和技术。

背景技术

在石油化学工业中，增压泵或压缩机可间隔地沿着液体产品或气体管路定位以增加流动的气体或液体的压力，从而保持气体或液体朝向其目的地运动。增压泵或压缩机还可用于其它管路中以使气体或液体运动至且通过各种与石油化学勘探、提炼以及运送相关的各种过程。增压压缩机的示例是用来使气态石油化学物或副产品运动通过管路的顺列式(in-line)离心压缩机和轴向压缩机。这些管路增压器可用在石油化学工艺的上游(在勘探和生产期间)、中游(在处理、储存以及运送期间)或下游(在天然气/石油化学品提炼、传送以及分配期间)。

为了使天然气或其它气体运动，离心压缩机使用在成形的罩壳中的旋转的盘或叶轮以迫使气体至叶轮的边缘，增加气体的速度。扩散器(发散管)区段将速度能转换成压力能。

在某些情况中，标准的壳体尺寸可容纳不同数量的叶轮以最优化在效率、压缩比以及操作范围方面的性能。压缩机壳体可由锻钢制成以最大化材料强度和冶金稳定性。通过定位在壳体两端处的轴承可提供振动减少。可使用干气密封件以防止气体泄漏。也可使用浮动衬套油密封件。

可使用各种马达以驱动增压泵或压缩机，包括电动机、燃气涡轮机或其它马达。例如，增压站(station)可将涡轮机(作为气体发生器操作)与动力涡轮联接以驱动增压压缩机。备选地，可使用电动机，尤其在管路中。

如上所指出的，各种工业使用由电动机驱动的压缩机。由于这两种机械是复杂的且还彼此连接，当压缩机的部件失效或需要维护时，整个机械需要停机，且压缩机需要逐件被拆卸，直至操作者够到失效的部件或需要维护的部件。由于传统的压缩机具有许多部件，该过程是冗长的且费时的。

图1显示了构造成连接至外部电动机(未显示在附图中)的传统的离心压缩机的分解图。为了简洁，该离心压缩机的许多部件已经从附图中移除。即使如此，要注意需要在维护压缩机时组装/拆卸的部件的量。设备需要停止以维护或更换该类型的机械的时间是非常长的，因为必须在移除压缩机或马达前从压缩机或马达上拆卸外部管或连接件。

与显示在图1中的机械相比，减少组装/拆卸时间的涡轮机械的示例是具有彼此连接的压缩机筒(cartridge)102和马达104的涡轮机械组件100，如在附图2和3中所示。该发展成果包括在压缩机筒102中容纳整个压缩机且在对应的罩壳103中容纳其电动机104，这设计成用于快速安装/移除，如在图2中所示。在此，模块式压缩机组件设计成使得压缩机筒102能够在压缩机壳体106中被移除/安装。压缩机筒102在筒内包括压缩机的所有构件(例如，叶轮、轴承、密封件、固定的流通道构件等)。当安装时，模块式压缩机组件连接至对应的电动机104。

为了连接或分开压缩机筒102和电动机104，操作可缩回的罩盖201，如在图3中所示。图3显示了遮盖在压缩机筒102和马达104之间的连接件的可缩回的罩盖201，而图2显示了可缩回的罩盖201缩回以暴露连接件203。机构205和207指明用来促动可缩回的罩盖201。

因此，将期望提供避免前述问题和缺点的系统和方法。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种马达压缩机系统，在其中，马达构造成使压缩机起作用。该系统包括公共壳体；容纳马达的马达筒，该马达筒可拆卸地安置在公共壳体内；以及压缩机筒，其容纳可拆卸地连接至马达的压缩机，该压缩机筒可拆卸地安置在公共壳体内。

根据另一个示例性实施例，存在一种马达筒系统，其包括构造成可拆卸地设置在公共壳体内的马达筒；以及容纳在马达筒内且构造成可拆卸地连接至压缩机的马达，该压缩机构造成压缩气体用于在气体管路中运送。

根据再一个示例性实施例，存在一种马达压缩机系统，在其中，马达构造成使压缩机起作用。该系统包括公共壳体；容纳马达的马达筒，该马达筒可拆卸地设置在公共壳体内；容纳可拆卸地连接至马达上的压缩机的压缩机筒，该压缩机筒可拆卸地设置在公共壳体内；机械连接器，其在公共壳体内将马达的马达轴连接至压缩机的压缩机轴；围绕马达轴设置在马达内的磁轴承；以及管道，其构造成将连接至公共壳体的下游气体供给管道或上游气体供给管道连接至马达筒的马达入口管，以便提供气体以冷却马达。

根据又一个示例性实施例，存在一种修复系统的方法，系统包括具有压缩机的压缩机筒，该系统还包括具有马达的马达筒，该系统构造成接收气体、压缩气体以及排出被压缩的气体。该方法包括关停马达；封闭气体流通过压缩机或使气体流旁通通过压缩机；通过分开将马达的马达轴连接至压缩机的压缩机轴上的机械接头从压缩机上分开马达；以及从公共壳体上分开且移除马达筒和/或压缩机筒。压缩机筒和马达筒设置在公共壳体内。

根据再另一个示例性实施例，存在压缩气体的方法。该方法包括在第一压力下从管路接收进入马达压缩机系统中的气体，该马达压缩机系统包括由具有磁轴承的马达驱动的压缩机；利用压缩机压缩气体；以及在高于第一压力的第二压力下将压缩的气体排出至输出管路。

附图说明

结合在其中且构成说明书的一部分的附图图示了一个或多个实施例，且连同说明书解释了这些实施例。在这些附图中：

图1是相关技术的离心压缩机的简图；

图2是具有连接至马达的离心压缩机且具有可缩回的罩盖的涡轮机械的示意图；

图3是图2的涡轮机械的示意图且可缩回的罩盖封闭；

图4-6是本发明的实施例的简图；

图7是根据本发明的一个实施例的地面上的气体压缩站的示例性实施例；

图8是根据本发明的一个实施例的流程图；以及

图9是根据本发明的一个实施例的流程图。

具体实施方式

示例性实施例的以下说明参考附图。在不同附图中的相同标号视标识相同或类似元件。以下的详细说明并不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求书限定。为简单起见，关于具有公共壳体的永磁体压缩机和马达组件的术语和结构，讨论以下实施例。然而，接下来将讨论的实施例并不限于这些系统，而是可应用于将两种机械结合在公共壳体中的其它系统。

贯穿说明书的“一个实施例”或“实施例”的提及意味着联系实施例描述的具体特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。从而，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿说明书在各种位置中的出现不必涉及相同的实施例。另外，可以任何合适的方式将具体的特征、结构或特性结合到一个或多个实施例中。

根据一个示例性实施例，马达的构件设置在马达筒中且压缩机的构件设置在压缩机筒中以形成机械组件。压缩机筒和马达筒可彼此独立且在公共壳体内彼此连接。从而，当需要接近或改变马达或压缩机的任何一个的部件时，包括部件的整个筒可从公共壳体中移去且另一个新的筒可滑动回公共壳体中，用于机械组件的快速再启动。

图4是本发明的实施例的示意图。图4显示了包括可连接至整装的(self-contained)马达筒402上的整装的压缩机筒401的马达-压缩机系统400。压缩机筒401可包括离心压缩机405且马达筒402可包括电动机407。压缩机筒401和马达筒402各自构造成在公共壳体403中彼此连接。在一个应用中，公共壳体403由单件制成。在一个应用中，压缩机筒401和马达筒402均构造成进入公共壳体403内。马达筒402可通过各自与螺栓孔4031和4032对齐的螺栓4021和4022栓紧到公共壳体403中。可使用两个或更多的螺栓。也可使用其它紧固方法。压缩机筒401构造成例如完全地进入公共壳体403内。

压缩机筒401和马达筒402的轴409和410可通过Hirth连接件(也称为直线齿形鼠牙盘连接件)404A和销404B彼此连接。Hirth连接件用来将两根轴连接在一起，且其特征在于在各个半轴的端面上啮合在一起的齿。在其它实施例中，可使用在离心压缩机筒401和马达筒402的轴之间的其它连接器，只要在不需要维护人员进入公共壳体403内的情况下连接件可被连接或分开。此类连接件可是在本领域中已知的磁性连接器或挠性连接器或Hirth连接件或凸缘或其它类型的连接件。

在一个示例性实施例中，存在一组或多组磁轴承408。磁轴承408允许具有非常低摩擦和/或机械磨损的相对运动。此外，由于磁轴承不需要润滑剂，没有润滑剂污染的危险，且不需要补充该润滑剂。公共壳体403的内部表面优选地构造成允许马达筒402和压缩机筒401在安装阶段期间在相反方向上滑动。图4还显示了压缩机轴409、马达轴410和凸肩412A和B，凸肩412A和B设置在公共壳体403内用于提供用于压缩机筒401和马达筒402的止动位置。在一个应用中，风扇414设置在马达轴410上用于驱动来自管416的冷却气体以冷却马达筒402的各种部件。在另一个应用中，对应于马达筒402的公共壳体403的内径D1大于对应于压缩机筒401的公共壳体403的内径D2，或反之亦然。

图5是压缩机和马达的图示，其中压缩机筒401和马达筒402连接在一起且连接至公共壳体403。注意的是通过使压缩机的整个构件组装在压缩机筒401中和对于马达来说为类似的，压缩机和/或马达的组装和拆卸是快速的，因为当部件已失效时整个筒被移除，且新筒可被插入以快速使得设备或其它设备再次联机(online)。

图5还显示了马达压缩机组件400的细节。马达筒402包括马达轴410、构造成支承马达轴410的磁轴承420、马达支承件422、马达定子部件424以及电线426，电线426构造成向磁轴承420和马达筒的其它构件提供电功率。如参考图4所述，马达筒可包括风扇414，其附接至马达轴410的端部且构造成驱动来自管416的冷却流体以冷却马达。流体(例如由压缩机筒401处理的气体)可从稍后论述的管道428提供。

转至在图5中所示的压缩机筒401，注意的是压缩机筒包括压缩机轴409、构造成支承压缩机轴409的磁轴承430、压缩机丛(compressorbundle)432(其可包括马达轴和压缩机的所有定子隔膜(statoricdiaphragm))、压缩机隔膜和扩散器434、以及压缩机和轴承电线436，轴承电线436用于向压缩机的各种构件供给电功率和/或数据。该附图还至少部分地显示了压缩机筒401和马达筒如何进入公共壳体403内。另外，注意的是两个筒构造成在公共壳体403内滑动，例如，在结合到公共壳体或筒中的轮上。凸肩412A和B构造成停止两个筒朝向彼此的滑动。压缩机筒构造成还在操作期间由于热膨胀而滑动。在该组装阶段后，当筒子处于正确位置时，两个筒固定至公共壳体403。例如，图5显示了马达筒402具有其自身的外部壳体402A，其构造成附接至公共壳体403，例如，通过螺栓4021和4022。在一个应用中，由于整个压缩机筒进入公共壳体403内，压缩机筒(401)并不具有外部壳体。罩盖401A附接至公共壳体403用于将压缩机筒401封闭在壳体内。

压缩机筒401构造成具有入口管450，其构造成连接至上游气体供给，用于向公共壳体403的入口452提供供应到压缩机的气体。压缩机筒401还具有出口管454，其构造成连接至下游气体管道。出口管454连接至共同壳体403的出口456，其接收来自压缩机的增压的气体。管道428可连接至入口管450或出口管454用于提供气体以冷却马达的部件。

在显示在图6的示例性实施例中，显示了至离心压缩机筒401的气体入口601和气体出口602以及至马达筒402的气体端口603。气体端口603从气体入口601向在马达筒402内的马达提供压缩的气体，此处，气体膨胀从而冷却马达。备选地，如在图5中所示，可使用风扇。使用过的气体然后返回至压缩机。

显示在附图4-6中的模块式永磁体马达压缩机系统的优点包括但不限于：a)更短的组装/拆卸时间；b)压缩机和马达的简化的联接/分开；c)与公共壳体有关的高级标准化；d)系统的更小的整体占位面积；以及e)在公共壳体内的组装前筒的更容易的检查。此外，不同于以上所述的相关技术，显示在附图4-6中的模块式永磁体马达压缩机系统并不要求可缩回的端口以促进连接/分开筒，从而改善了总系统的结构整体性。

显示在附图4-6中的涡轮机械可在入口压力范围为0-100bar、出口压力范围为150-350bar、机组功率范围为2-10兆瓦的情况下操作。该新颖的机械可为多级机械。因此，该机械可实现不同的入口或出口压力范围或功率范围，例如大于350bar的极高的出口压力。在其它级构造中，其它压力和马力等级是可能的。

图7是气体压缩站500的示例性实施例。气体管路502联接至吸入集管504，其使得气体能够流进由马达508供给功率的气体压缩机506。进入压缩机506的气体被压缩且通过排放集管510返回至管路502。压缩机入口闭塞阀512和出口闭塞阀514促进压缩机506的控制。旁通集管516包括压缩站旁通闭塞阀。洗涤器518以流连通的方式联接在吸入集管504中，以在气体被引入进压缩机506前促进移除来自气体的污染物。在一个实施例中，压缩机506和马达508联接至共同的压缩机/马达轴520。在另一个实施例中，压缩机506和马达508通过如在附图4-6中显示的Hirth连接件和销连接。

气体从管路502流动经过站500，如由包括在附图7中的箭头所示。吸入集管504引导气体至压缩机506，基于闭塞阀512、闭塞阀514和闭塞阀516的相对位置。例如，闭塞阀512和514通常打开以允许气体流动经过站500。气体随后流入压缩机506且被压缩至更大的密度和更小的体积。马达508通过公共轴520驱动压缩机506。被压缩的气体通过排放集管510离开压缩机506。阀512和514可封闭以在维护操作期间隔离构件(例如洗涤器518、压缩机506和/或马达508)。

压缩机506包括至少一级压缩，其增加了流经其中的气体的压力。压缩机506包括：带有内表面和外表面的罩壳，内表面限定冷却室和压缩机进气室。也可有联接至排放集管510的气体供给集管，使得出口气体流的一部分被转向至马达508，用于通过在马达508内的膨胀来进行冷却。如果马达508包括燃气涡轮机和燃烧器，增压器可包括联接至吸入集管504的气体供给集管，使得罩壳外表面的上游的入口气体流的一部分自吸入集管转向，且作为燃料源被引导至燃气涡轮机。

图8是用于修复马达压缩机系统的本发明的示例性方法的流程图，马达压缩机系统包括压缩机筒，压缩机筒包括离心压缩机，该系统还包括马达筒，马达筒包括马达，该系统构造成接收气体，压缩气体且排出被压缩的气体。该方法包括：在S801处关停马达；在S802处使气体在系统周围旁通；在S804处，通过在S803处分开将马达连接至压缩机的Hirth连接器从压缩机上分开马达；且在S805处，从壳体上分开且移除马达筒。该方法还可包括：在S806处，将在马达筒内的马达(或在相同或不同的马达筒中的替换马达)再连接至压缩机；在S807处，将马达筒再连接至壳体；在S808处，再供给气体至增压器；在S809处启动马达。该相同的步骤可应用于连接压缩机和/或从上分开压缩机。

图9是用于传送气体通过管路的本发明的示例性方法的流程图。该方法包括：在S901处，从管路的第一区段在第一压力下接收进入马达压缩机系统中的气体，该系统包括由马达驱动的压缩机，其具有永久磁化的轴承；在S902处利用离心压缩机压缩气体；且在S903处，在高于第一压力的第二压力下排出压缩的气体至管路的第二区段。在此，系统包括公共壳体、容纳马达且可拆卸地连接至公共壳体的马达筒以及可拆卸地连接至共同壳体且容纳压缩机的压缩机筒，压缩机通过Hirth连接器可拆卸地连接至马达。该方法还可包括在步骤S904处利用压缩的气体冷却马达。

以上讨论的一个或多个实施例的优点是涡轮机械在作为设备的一部分时易于升级，因为升级包括以新的压缩机或马达筒替代该新颖机械的压缩机或马达筒以为了更好地满足变化的设备需要。

该公开的示例性实施例提供了马达压缩机系统，其包括了可连接至整装的马达筒的整装的压缩机筒，压缩机筒和马达筒各自构造成安装在公共壳体中。应该理解的是该描述并不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的备选、改型以及等同物。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了大量的具体细节以提供对所要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员将理解的是在不需要此类具体的细节的情况下可实践各种实施例。

尽管示例性实施例的特征和元素在实施例中以特定的结合描述，但是，各个特征或元素可被单独使用而无需实施例的其它特征和元素或在需要或不需要在文中阐述的其它特征和元素的情况下以各种结合使用。

该书面描述使用公开的主题的示例使得本领域技术人员能够实践这些示例，包括制作且使用任何装置或系统且执行任何结合的方法。该主题的可被授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。此类其它示例意图落在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种马达压缩机系统，在其中，所述马达构造成使所述压缩机起作用，所述系统包括：

公共壳体；

容纳马达的马达筒，所述马达筒可拆卸地安置在所述公共壳体内；以及

容纳可拆卸地连接至所述马达上的压缩机的压缩机筒，所述压缩机筒可拆卸地安置在所述公共壳体内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

马达轴，其构造成驱动所述马达；

压缩机轴，其构造成驱动所述压缩机；

机械接头，其构造成在所述公共壳体内将所述马达轴连接到所述压缩机轴上，其中，所述接头是Hirth连接器或磁性连接器或挠性连接器中的一个。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述整个压缩机在所述压缩机筒内且所述整个马达在所述马达筒内。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述马达筒和/或所述压缩机筒构造成至少在组装阶段期间在所述公共壳体内滑动，且在组装阶段结束时，所述马达筒和/或所述压缩机筒刚性地联接在所述公共壳体内。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

入口管，其构造成连接至上游气体供给管道且构造成供给气体至所述公共壳体的入口；以及

出口管，其构造成连接至下游气体供给管道且构造成从所述公共壳体的出口供给气体。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

管道，其构造成将所述下游气体供给管道或所述上游气体供给管道连接至所述马达筒的马达入口管，以便提供气体以冷却所述马达。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述压缩机筒和所述马达筒之间不存在可缩回的罩盖。

8.一种马达压缩机系统，在其中，马达构造成使压缩机起作用，所述系统包括：

公共壳体；

容纳所述马达的马达筒，所述马达筒可拆卸地设置在所述公共壳体内；

容纳可拆卸地连接至所述马达上的所述压缩机的压缩机筒，所述压缩机筒可拆卸地设置在所述公共壳体内；

在所述公共壳体内将所述马达的马达轴连接至所述压缩机的压缩机轴上的机械连接器；

磁轴承，其围绕所述马达轴设置在所述马达中；以及

管道，其构造成将连接至所述公共壳体的下游气体供给管道或上游气体供给管道连接至所述马达筒的马达入口管，以便提供气体以冷却所述马达。

9.一种修复系统的方法，所述系统包括具有压缩机的压缩机筒，所述系统还包括具有马达的马达筒，所述系统构造成接收气体、压缩气体以及排出压缩的气体，所述方法包括：

关停所述马达；

封闭气体流通过所述压缩机或使气体流旁通通过所述压缩机；

通过分开将所述马达的马达轴连接至所述压缩机的压缩机轴上的机械接头从所述压缩机上分开所述马达；以及

从所述公共壳体分开且移除所述马达筒和/或所述压缩机筒，其中，所述压缩机筒和所述马达筒设置在所述公共壳体内。

10.一种压缩气体的方法，所述方法包括：

在第一压力下从管路接收进入马达压缩机系统中的气体，所述马达压缩机系统包括由具有磁轴承的马达驱动的压缩机；

利用所述压缩机压缩所述气体；以及

在高于所述第一压力的第二压力下，将压缩的气体排出至输出管路；

其中，所述马达压缩机系统包括公共壳体、马达筒以及压缩机筒，所述马达筒容纳所述马达且可拆卸地设置在所述公共壳体内、所述压缩机筒可拆卸地设置在所述公共壳体内且容纳所述压缩机，所述压缩机通过机械连接器可拆卸地连接至所述马达。

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