CN102817645B - 用于无油低电压线管的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于无油低电压线管的方法和系统。根据这些示范性实施例的系统和方法供以将涡轮机中的磁性轴承连接到外部连接器。一种方法包括：将第一连接器焊接或钎焊到第一电缆的第一端，其中第一连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第一端的内芯区段和外护套区段两者；以及将第二连接器焊接或钎焊到第一电缆的第二端，其中第二连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第二端的内芯区段和外护套区段两者。

Description

用于无油低电压线管的方法和系统

技术领域

本发明大体上涉及方法和系统，并且更特定地涉及用于将涡轮机的各种内部零件电连接到外部连接件的机构和技术。

背景技术

在过去几年中，涡轮机在各种工业中的重要性已经增加了。涡轮机可为压缩机、膨胀器、涡轮、泵等或者它们的组合。涡轮机用在发动机、涡轮、发电、低温应用、油和气、石化应用等中。因此，需要改进涡轮机的效率和可靠性。

在工业中常常使用的一种涡轮机包括由电马达驱动的压缩机。可以采用这种涡轮机，例如用于回收甲烷、天然气和/或液化天然气(LNG)。这样的气体的回收将会减少排放且减少将LNG加载到船上期间的起火操作(flareoperation)。这种涡轮机的其它用途是本领域中已知的，而不在此讨论。

这种涡轮机的示例显示在图1中。涡轮机2包括连接到压缩机6的电马达4。两个机器轴之间的连接能由机械接头8来实现。马达外壳10可由例如螺栓14附连到压缩机外壳12。压缩机6可包括附连到压缩机轴18的一个或更多叶轮16。压缩机轴18被构造成围绕纵向轴线X旋转。通过在压缩机轴18的两端均使用磁性轴承20和22，从而增强了压缩机轴18的旋转。

然而，为了发挥作用，磁性轴承20和22需要电力的供应。电力经由电缆24和26供应到磁性轴承20和22。电缆24连接到磁性轴承20，而电缆26连接到磁性轴承22。电缆24设有头部28，其构造成与外部电缆32的对应头部30匹配。电缆26以类似方式连接到外部电缆34。电缆24和26暴露至由压缩机处理的介质。该介质可以是腐蚀性的，并且可能具有高压和高温。因此，需要采取具体预防措施来保护电缆。电缆24和26可附连到压缩机壳体12的内壁。对于马达4同样如此，其中，电缆36和38将马达4的磁性轴承40连接到外部电源。

关于电缆24和26，它们代表用于向磁性轴承20和22传递电力的常规低电压线管。这些常规的线管通常使用包含电缆的金属线管构成。这些线管然后填充油，以提供电绝缘且向在涡轮机2的各种工作环境中常常存在的外部压力提供额外抵抗。电缆24和26能够驻留在金属线管中，金属线管可为柔性的或刚性的。如图2所示，柔性金属线管的一个示例是具有小的金属板厚度的波纹管42，金属板可为不锈钢。低电压电连接件通常通过焊接而附连到波纹管的每一端。然后波纹管通常由金属束带(bridle)44包围，束带的一个示例显示在图3中，其在组装和操作期间帮助保护波纹管避免损坏。常规刚性线管的一个示例是包含电缆并且还在管的每一端具有电连接器的刚性管。这些常规的电缆通常能在高达125℃和140巴的条件下操作。这些常规的线管具有各种针对使用的考虑因素，如现在将描述的那样。

填充油的波纹管42通常需要支撑施加在它们上的外部压力同时维持某些柔性。这种权衡导致了薄壁，以在弯曲时减小应力，同时试图提供抵抗外部施加的压力的支撑。填充油的波纹管的操纵和制造也是有挑战性的，这归因于这些波纹管的小壁厚以及需要正确地填充以除去气体的存在，当在外部气压下时，气体的存在可能产生线管限制。而且，需要考虑热梯度，因为源自加热的油膨胀也可在波纹管上产生不期望的机械应力。此外，对于包含电缆的柔性管而言，涡轮机2内的环境，例如酸性或含硫气体存在，也可造成薄壁柔性波纹管42的失效(或提前替换需求)。

对于刚性管而言，涡轮机2内的布线(routing)和组装通常不是最佳的，这归因于管的柔性的缺乏。

因此，将期望具有其它方法和系统，用于在涡轮机内对电缆布线。

发明内容

根据一示范性实施例，有一种涡轮机。该涡轮机包括：压缩机，其具有构造成旋转的压缩机轴；第一和第二磁性轴承，其设于压缩机轴的相对端并且构造成支撑压缩机轴；马达，其具有构造成连接到压缩机轴的马达轴；以及第一电缆，其构造成将第一磁性轴承连接到第一外部连接件，其中第一电缆具有第一端、第二端、内芯区段以及外护套区段，内芯区段和外护套区段从第一端延伸到第二端。此外，有第一连接器，其构造成将第一电缆的第一端连接到第一磁性轴承，其中第一连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第一端，到内芯区段和外护套区段两者；以及第二连接器，其构造成将第一电缆的第二端连接到第一外部连接件，其中第二连接器被焊接或钎焊到第二电缆的第二端，到内芯区段和外护套区段两者。

根据另一示范性实施例，有一种用于将涡轮机中的磁性轴承电连接到外部连接器的方法。该方法包括：将第一连接器焊接或钎焊到第一电缆的第一端，其中第一连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第一端的内芯区段和外护套区段两者；以及将第二连接器焊接或钎焊到第一电缆的第二端，其中第二连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第二端的内芯区段和外护套区段两者。

附图说明

附图显示了示范性实施例，其中：

图1描绘了涡轮机；

图2显示了波纹管；

图3显示了用于波纹管的束带；

图4显示了根据示范性实施例的涡轮机；

图5显示了根据示范性实施例的电缆的横截面；

图6和图7显示了根据示范性实施例的用于将连接器附连到电缆的焊接位置；

图8显示了根据示范性实施例的带有系带(belt)的电缆；

图9显示了根据示范性实施例的电缆中的多个导电芯；

图10显示了根据示范性实施例的对于电缆的可能布线；以及

图11显示了根据示范性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

示范性实施例的下列详细描述参考了附图。在不同图中，相同的标号表示相同或类似的要素。此外，附图不需要按照比例绘制。而且，下面的详细描述并不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合一实施例所述的特定的性质、结构或者特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置中的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必都指相同的实施例。另外，特定的性质、结构或者特性可以以任何合适的方式结合到一个或更多实施例中。

根据示范性实施例，无油电线管能向涡轮机(例如，压缩机、膨胀器、涡轮、泵等或者它们的组合)中的磁性轴承提供低电压，以避免或减小在背景技术中针对常规电线管描述的问题中的一些或全部的方式。此外，一些示范性实施例能够例如通过在更高的压力和温度下为电线管提供更长的工作寿命而实现超过常规线管的成本节省。

在描述与无油(或无流体)低电压线管相关联的各种示范性实施例之前，现在描述如图4所示的这种示范性涡轮机46的示例。该示范性涡轮机46能够类似于图1所示的涡轮机2，与在常规涡轮机2中使用的线管相比，至少除了用于向磁性轴承提供电压的线管不同(以及其它相互有关的零件，如下文描述的)之外。根据一示范性实施例，涡轮机46包括连接到压缩机50的电马达48。压缩机轴52和马达轴54连接且构造为围绕纵向轴线X旋转。通过在压缩机轴52的两端都使用磁性轴承56和58，从而增强了压缩机轴52的旋转。

根据示范性实施例，电力经由电缆60和62供应到磁性轴承56和58。电缆60连接到磁性轴承56，而电缆62连接到磁性轴承58。电缆60可在一端设有连接器64，以与外部连接件66匹配，以及另一连接器68，以与磁性轴承56匹配。电缆62可在一端设有连接器70，以与外部连接件72匹配，以及另一连接器74，以与磁性轴承58匹配。这些电缆60和62暴露于由压缩机50处理的介质，在高压和/或高温下，例如500℃和220巴(其可发生在涡轮机46的吸入侧)或者高达700巴(其可发生在涡轮机46的排出侧)，介质可能是腐蚀性的。但是，根据可选示范性实施例，电缆60和62、磁性轴承56和58、连接器64和68以及本文所述的连接方法可用于其它温度和压力组合，即，期待随着在涡轮机中使用更高的压力和温度(超过500℃的温度和超过700巴的压力)，本文所述的示范性实施例能够大体上根据需要确定尺寸，以在那些环境中使用。

根据可选示范性实施例，对涡轮机46的各种修改也能支持下文更详细地描述的示范性实施例。对涡轮机46的修改可包括使压缩机和马达具有单根一体式(one-piece)的轴(或刚性连接的轴)。对于这种情况，在压缩机和马达之间的界面处可使用共享的轴承，对于该涡轮机而言，导致了带有总共三个磁性轴承的构造。作为备选，随着更多的元件添加到使用一个或更多轴的涡轮机，所用的磁性轴承的量可以改变并显著地增加，例如在包括工艺流体的环境中使用轴的涡轮机的每个构件每个轴有2个磁性轴承。应当理解，这里使用的磁性轴承的量不被认为是限制。此外，涡轮机可包括更多或更少的零件和构件。作为备选，可以更一般地描述涡轮机，其仍可使用本文所述的示范性实施例。例如，作为备选，涡轮机可描述为包括带有转子轴的转子，该转子轴旋转且包括磁性轴承、电缆以及连接器，如在本文所述的示范性实施例中所描述的那样。

根据一示范性实施例，电缆60和62可以是柔性的，同时具有更好的化学性质，以经受腐蚀性，以及具有更好的机械性质，以在可存在于涡轮机46内的高温和高压下操作，例如与在如图1所示的常规涡轮机2内的常规电缆24和26相比。这样的示范性电缆60(或62)的示例显示在图5中。根据一示范性实施例，电缆60可包括导电芯76，例如铜、铜合金或者其它可接受的导体，以在该环境中操作，带有包层78，例如奥氏体不锈钢包层。包层78由绝缘体80包围，例如氧化镁或氧化铝粉，绝缘体然后由外护套82包围，例如IN625或奥氏体不锈钢。绝缘体80防止从导电芯76到外护套82的漏电，同时也提供了允许电缆60的极小或无变形的支撑，以在高压下使用。

根据示范性实施例，无需对这些电缆60和62执行内部油填充(或其它流体填充)。电缆60和62的直径可为大约6mm，长度根据涡轮机46的尺寸和电缆如何在涡轮机46内布线而变化。而且，有可能在组装之前敷设电缆60和62，例如通过使用工具作业来在涡轮机46内装配和进行所期望的布线。此外，电缆60和62可以各自代表用于将低电压传递给磁性轴承56和58的多个电缆。

根据示范性实施例，连接器64、68、70和74可焊接到电缆60和62的每一端。现在关于图6和图7来描述能够焊接或钎焊到电缆60或62的端部的连接器64、68、70和74的示例。图6显示了电缆60和连接器64。参考点84显示了外护套82能够完全沿周向焊接或钎焊到连接器64的位置。显示第二焊接位置的放大图的区域A显示在图7中的放大图中。

根据示范性实施例，图7显示了包层78能在参考点86焊接或钎焊到连接器64的接线插脚(connectorpin)88的位置。对于两种附连，如果使用钎焊，则应当选择避免或减小在电缆60和连接器64之间以及在电缆60的各个区段之间的任何负面相互作用的钎焊粉，负面相互作用例如为不期望的热膨胀或对绝缘体80的损坏。用于附连连接器68、70和74的类似方法可用于电缆60的另一端、电缆62的两端以及其它电缆，如果使用它们的话。

根据示范性实施例，具有类似形状的多个电缆60可用于将低电压从外部连接件66供应至磁性轴承56，如图8所示。而且，每个连接器64和66能附连到多个电缆60。如图8所示，一个或更多系带90可用于将电缆60大体上保持在一起，并且为它们提供在涡轮机46运行时可产生的振动的某些减轻。电缆60也可由涡轮机46的壳体支撑且/或附连到该壳体，以进一步减小源自振动的损坏的可能性。根据一可选示范性实施例，多个导电芯可以驻留在单根电缆内，如图9所示。更具体而言，图9显示了带有多个导电芯92、绝缘区段94以及外护套96的单根电缆98。用于这些区段的材料类似于上面描述的用于单根电缆中的单个导电芯的那些。而且，每个导电芯92能由包层包围。

根据一示范性实施例，图10显示了电缆60从磁性轴承56到外部连接件66的布线。该布线的长度例如可以是一米。然而，可以根据需要在涡轮机46内使用电缆60的其它布线和长度。此外，虽然本文所述的示范性实施例已经大体描述了向压缩机(其可以是涡轮机的一部分)中的磁性轴承提供低电压的电缆，但是，这些示例不被认为仅限于压缩机。而是，这些示范性实施例也可以根据需要而应用于向涡轮机的其它构件中的磁性轴承供电的电缆。

利用上述的根据示范性实施例的示范性系统，在图11的流程图中显示了用于将涡轮机中的磁性轴承电连接到外部连接器的方法。用于将涡轮机中的磁性轴承电连接到外部连接器的方法包括：将第一连接器焊接或钎焊到第一电缆的第一端的步骤100，其中第一连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第一端的内芯区段和外护套区段；以及将第二连接器焊接或钎焊到第一电缆的第二端的步骤102，其中第二连接器被焊接或钎焊到第一电缆的第二端的内芯区段和外护套区段。根据一可选示范性实施例，连接器64、68、70和72可焊接到内芯区段76的包层78。

根据本文所述的示范性实施例中的至少一个，在涡轮机的环境中可以提供各种优点。例如，根据示范性实施例，与常规涡轮机中的目前所用的电缆相比，本文所述的柔性电缆可具有更好的化学性质，以经受与各种工艺流体相关联的腐蚀性，以及具有更好的机械性质，以在高温和高压下操作。对于另一示例，本文所述的示范性实施例可用于在工艺流体中运行的其它磁性轴承。与各种常规的刚性管方案相比，示范性电缆60可具有更小的尺寸和厚度，以及可接受的柔性。此外，通过实施本文所述的示范性实施例，可以实现显著的成本降低，例如，与电缆60相关联的成本可以是在涡轮机中类似使用的常规电缆的成本的少达二十分之一。

上述示范性实施例在所有方面意图说明而不是限制本发明。因此，本发明能够有详细的实施方式中的许多变型，这些变型能由本领域技术人员从本文所包含的描述中得出。例如，其它类型的连接器(除了连接器64、68、70和74之外)可用于将电缆60和62连接到磁性轴承56和58以及外部连接件66和72，同时维持期望用在涡轮机46内的所有期望的电、机械及化学性质。认为所有这样的变型和修改均落在如由权利要求限定的本发明的范围和精神内。在本申请的描述中所用的元件、行动或指令都不应当解释为对于本发明是关键的或至关重要的，除非明确地如此描述。而且，如本文所用的，冠词“一”意图包括一个或更多项。

本书面描述使用所公开的主题的示例来使得本领域技术人员能够实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本主题的可专利性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示例。这种其它示例意图落在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种涡轮机(46)，包括：

压缩机(50)，其具有构造成旋转的压缩机轴(52)；

至少两个磁性轴承(56,58)，其设于所述压缩机轴(52)的相对端并且构造成支撑所述压缩机轴(52)；

马达(48)，其具有构造成连接到所述压缩机轴(52)的马达轴(54)；

第一电缆(60)，其构造成将第一磁性轴承(56)连接到第一外部连接件(66)，其中，所述第一电缆(60)具有第一端、第二端、内芯区段(76)以及外护套区段(82)，所述内芯区段(76)和所述外护套区段(82)从所述第一端延伸到所述第二端；

第一连接器(68)，其构造成将所述第一电缆的所述第一端连接到所述第一磁性轴承(56)，其中，在所述第一电缆的所述第一端，所述第一连接器(68)被焊接到所述外护套区段(82)并且通过将包层(78)焊接到内部接线插脚(88)而被焊接到所述内芯区段(76)；以及

第二连接器(64)，其构造成将所述第一电缆的所述第二端连接到所述第一外部连接件(66)，其中，在所述第一电缆的所述第二端，所述第二连接器(64)被焊接到所述外护套区段(82)并且通过将包层(78)焊接到内部接线插脚(88)而被焊接到所述内芯区段(76)。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，还包括：

第二电缆，其构造成将第二磁性轴承连接到第二外部连接件，其中，所述第二电缆具有第一端、第二端、内芯区段以及外护套区段，所述第二电缆的内芯区段和外护套区段从所述第二电缆的第一端延伸到所述第二电缆的第二端；

第三连接器，其构造成将所述第二电缆的所述第一端连接到所述第二磁性轴承，其中，所述第三连接器被焊接到所述第二电缆的所述第一端，到所述第二电缆的内芯区段和外护套区段两者；以及

第四连接器，其构造成将所述第二电缆的所述第二端连接到所述第二外部连接件，其中，所述第四连接器被焊接到所述第二电缆的所述第二端，到所述第二电缆的内芯区段和外护套区段两者。

3.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述第一电缆和第二电缆具有导电的内芯区段，所述内芯区段由绝缘体包围，并且所述绝缘体由所述外护套区段包围。

4.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述第一电缆和第二电缆在所述外护套区段内无流体。

5.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述第一电缆和第二电缆构造成在高达500摄氏度和700巴的腐蚀性工作环境中操作，另外，其中所述第一电缆和第二电缆被安装到所述涡轮机的内壁。

6.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，还包括：

至少三个磁性轴承。

7.一种用于将涡轮机中的磁性轴承电连接到外部连接器的方法，所述方法包括：

将第一连接器焊接到第一电缆的第一端，其中，在所述第一电缆的所述第一端，所述第一连接器被焊接到外护套区段并且通过将包层(78)焊接到内部接线插脚(88)而被焊接到内芯区段(100)；以及

将第二连接器焊接到所述第一电缆的第二端，其中，在所述第一电缆的所述第二端，所述第二连接器被焊接到所述外护套区段并且通过将包层(78)焊接到内部接线插脚(88)而被焊接到所述内芯区段(102)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

将第三连接器焊接到第二电缆的第一端，其中，所述第三连接器被焊接到所述第二电缆的所述第一端的内芯区段和外护套区段两者；以及

将第四连接器焊接到所述第二电缆的第二端，其中，所述第四连接器被焊接到所述第二电缆的所述第二端的所述内芯区段和所述外护套区段两者。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第一连接器连接到第一磁性轴承；

将所述第二连接器连接到第一外部连接件；

将所述第三连接器连接到第二磁性轴承；

将所述第四连接器连接到第二外部连接件；

在第一位置将所述第一连接器焊接到所述内芯区段，所述第一位置比用于将所述第一连接器焊接到所述外护套区段的第二位置更靠近所述第一磁性轴承而定位；

在第三位置将所述第二连接器焊接到所述内芯区段，所述第三位置比用于将所述第二连接器焊接到所述外护套区段的第四位置更靠近所述第一外部连接件而定位。

10.一种涡轮机(46)，包括：

转子，带有构造成旋转的转子轴；

至少第一磁性轴承(56)和第二磁性轴承(58)，其布置及构造成支撑所述转子轴；

第一电缆(60)，其构造成将所述第一磁性轴承(56)连接到第一外部连接件(66)，其中，所述第一电缆(60)具有第一端、第二端、内芯区段(76)以及外护套区段(82)，所述内芯区段(76)和所述外护套区段(82)从所述第一端延伸到所述第二端；

第一连接器(68)，其构造成将所述第一电缆的所述第一端连接到所述第一磁性轴承(56)，其中，在所述第一电缆的所述第一端，所述第一连接器(68)被焊接到所述外护套区段(82)并且通过将包层(78)焊接到内部接线插脚(88)而被焊接到所述内芯区段(76)；以及

第二连接器(64)，其构造成将所述第一电缆的所述第二端连接到所述第一外部连接件(66)，其中，在所述第一电缆的所述第二端，所述第二连接器(64)被焊接到所述外护套区段(82)并且通过将包层(78)焊接到内部接线插脚(88)而被焊接到所述内芯区段(76)。