CN107076211A - 用于磁力轴向轴承的冷却系统 - Google Patents

用于磁力轴向轴承的冷却系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107076211A
CN107076211A CN201580035145.8A CN201580035145A CN107076211A CN 107076211 A CN107076211 A CN 107076211A CN 201580035145 A CN201580035145 A CN 201580035145A CN 107076211 A CN107076211 A CN 107076211A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flywheel
fluid
hole
cooling
stop part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580035145.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107076211B (zh
Inventor
D·G·吉纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermomechanics Co
Thermodyn SAS
Original Assignee
Thermomechanics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermomechanics Co filed Critical Thermomechanics Co
Publication of CN107076211A publication Critical patent/CN107076211A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107076211B publication Critical patent/CN107076211B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • F16C37/005—Cooling of bearings of magnetic bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F01D25/125—Cooling of bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/058—Bearings magnetic; electromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00—Relieving load on bearings
    • F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/50—Bearings
    • F05D2240/51—Magnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

本发明提供了一种磁力轴承系统(1)，其包括布置成以便与至少一个固定的轴向止挡件(3，4)磁性地相互作用的轴向轴承旋转飞轮(2)。该系统包括冷却流体路径(31)，其构造成以便沿相对于飞轮(2)的旋转轴线(XX′)处于基本径向的平面中的流动方向将流体发送到飞轮(2)。

Description

用于磁力轴向轴承的冷却系统
技术领域
本发明涉及流体冷却的轴承系统，且特别地是包括由流体流冷却的轴向磁力轴承的系统。
背景技术
典型地，在这种轴承中，流体流(例如气流)被注入到轴向轴承的旋转飞轮与轴向轴承的一个或更多个固定基座(fixed abutment)之间的一个或更多个气隙中。气流必须足以排出由磁感应现象产生的卡路里和由气隙处的流体粘性摩擦产生的卡路里。通风损失表示后一种类型的损失。
当轴承系统是旋转机械(诸如涡轮机或压缩机)的一部分时，冷却所需的高流量的气体有时导致建立冷却流体回路，该冷却流体回路构造成不仅冷却轴承系统，还冷却机械的其它部件。
该冷却回路可以例如使用流过旋转机械的主流体和在该机械中自然存在的压力差来布置在机械内部，或者可以通过专用冷却回路来单独布置，其可能使用另一冷却流体(例如但不排外地为空气)和专用流体流的产生系统。
在所有情况下，由于涡轮机(内部系统)的收得率损失，或者由于与外部冷却系统的投入和使用相关的成本，冷却流量直接产生经济损失。
为了降低冷却的成本，应当降低冷却流体流量，同时继续提供轴承或轴承系统的部件的相同的操作温度。
发明内容
本发明旨在提出一种通过流体循环系统冷却的轴承或轴承系统，其允许轴承的有效冷却，即允许消除由磁，电和通风损失产生的卡路里，同时仅使用减小的冷却流体流量。
本发明提出通过减少通风损失来减少对冷却的需求。
通常，通风损失对应于由旋转飞轮传递到冷却流体的能量。该能量可以是正，负或零。
·如果飞轮的局部速度大于流体速度，则飞轮促使流体旋转。流体被加热。流体和飞轮之间的速度差越大，能量损失越严重。
·如果局部流体速度与飞轮的速度相同，则没有摩擦，也没有通风损失。
·如果流体速度大于飞轮的速度，并且方向相同，则流体通过向飞轮传递能量来驱动飞轮。
这表明可以通过减小在止动轮和冷却流体之间的任何点处的现有速度差来限制或消除通风损失。
本发明的一般原理是在止挡件的旋转方向(切向方向)上优选以高速注入冷却流体，以便使摩擦损失最小化。高速是指流体的切向速度为在通过注入点前方的止动点处的止挡件的切向速度的50％至150％。
简单考虑到注入流体的角动量守恒尤其表明，对于给定的注入速度，为了减少摩擦损失，更有效地是在飞轮的周边而不是朝向内径注入流体。
为此，本发明提供了一种磁力轴承系统，其包括布置成以便与至少一个固定的轴向止挡件磁性地相互作用的轴向轴承的旋转飞轮。
该系统包括冷却流体路径，其布置成以便在相对于飞轮的旋转轴线的基本径向的平面中沿流动方向将冷却流体流发送到飞轮。
流体被注入到轴承系统中，使得流体沿着飞轮的一个或更多个开口侧在飞轮和一个或更多个轴向止挡件之间的轴向气隙中流动。
根据优选的实施例，流体被朝向飞轮的外周表面发送。根据变型实施例，流体被朝向外周表面发送以便对其进行冲击。根据另一变型实施例，流体被朝向外周表面发送，使得流体沿着与外周表面邻接的基本上径向的表面流动。
外周表面是指限制飞轮的径向范围的表面。该表面可以是圆柱形旋转表面的一部分，可以是由非圆形轮廓产生的圆柱形表面的一部分，或者可以是非圆柱形表面的一部分，例如叶片组装在其上的环形表面的一部分。
在本说明书中，径向表面是指由垂直于飞轮轴线并且都经过轴线的相同点的直线产生的平面。轴向方向是指与轴线平行的直线方向。轴向表面是指由都平行于轴线的直线产生的表面的一部分。事实上，这种表面是圆柱形表面或圆柱形表面的一部分。
可以考虑变型实施例，其中流体流例如穿过止挡件被注入到飞轮和止挡件之间的气隙中，而不扫掠飞轮的最外围部分。流体的注入方向然后被配置为基本上在气隙的平面中。例如，流体的注入方向与飞轮的轴线形成70°和110°之间的角度，优选80°和100°之间。
根据有利的实施例，冷却流被发送到飞轮，使得流体在飞轮上的至少一个冲击点中，垂直于径向的流体的速度分量大于或等于飞轮在该冲击点处的旋转线速度的一半，并且优选地大于或等于飞轮在该冲击点处的旋转线速度的0.7倍。根据有利的实施例，特别是当流体发送到飞轮的外周表面上时，流体流的切向速度(即，垂直于径向方向的速度)大于冲击点处的旋转线速度，以便不仅限制由冷却流引起的流体摩擦，而且还向飞轮提供旋转机械能。冲击点在这里是指流体的路径与飞轮的表面之间的交汇点。流体流的切向速度可以小于飞轮旋转的局部速度，特别是在流体流通过使其居中在飞轮和止挡件之间的气隙上的情况下。流体流的方向可以通过指引管或孔来将流体朝向飞轮移动(例如穿过导流件)来施加。流体流的总期望速度可以特别地通过管段或通过流体入口的孔(通过所述孔的长度)，和通过施加在这些孔或管的输入端上的流体压力来施加。
有利地，磁力轴承系统包括由至少一个孔跨过的至少一个流体流导向件，孔靠近飞轮的外周表面开口。孔可以构造成沿着入射方向将冷却流体流发送到飞轮，入射方向在冷却流体流动管线在飞轮上的冲击区域中相对于局部径向方向垂直或倾斜。
“靠近外周”是指流体流接触外周表面或该表面的至少一个边缘。流体的入射方向和飞轮的局部径向方向之间的角度可以被估计为例如第一近似值，通过在导向元件中的孔的出口处绘制至少一条与引导表面相切的线，得到该线与飞轮的交汇点，并且估计经过交汇点的切线和飞轮的径向方向之间的角度。
根据有利的实施例，孔沿着基本上与飞轮的外周表面相切的方向布置。如果外周表面是平滑的，则可以认为如果与孔的出口处的引导表面相切的至少一条线与飞轮外周表面相切，则孔的方向是基本上切向的。有利地，孔基本上平行于飞轮的径向平面，也就是说平行于与飞轮邻接的气隙的平面。更一般地，可以认为，如果与孔的出口处的引导表面相切的至少一条线在由切线截取的飞轮的点处相对于飞轮的径向方向形成45°至90°的角度，则孔的方向基本上相切于飞轮。
根据优选的实施例，导流件围绕飞轮。导流件优选地与若干个孔交叉，孔围绕件成角度地间隔开，并且各自靠近飞轮开口。根据第一实施例，孔基本上居中在飞轮的轴向宽度的中间。
根据第二实施例，至少一组孔基本上居中在气隙上，气隙分隔飞轮和与飞轮相关联的轴向止挡件。与飞轮相关联是指轴向止挡件定位成以便能够与飞轮磁性地相互作用。
有利地，轴承系统包括飞轮，其构造成以便与分别放置在飞轮的任一侧上的第一和第二轴向止挡件磁性地相互作用。导流件可以包括两组孔，第一组孔基本上轴向地居中在飞轮和第一轴向止挡件之间的气隙上，而第二组孔基本上轴向地居中在飞轮和第二轴向止挡件之间的气隙上。
根据有利的实施例，磁力轴承系统包括围绕导向件的空腔，其适于供应有压力下的气体，并且至少导流件的孔中的两个的径向外端开口到该空腔中。
飞轮的外周表面在最简单的情况下可以是平滑的，或者设有凸起(relief)，或者设有沿轴向方向延伸到飞轮的外周的叶片。这些凸起或这些叶片在飞轮的径向方向上形成突起。
在一些实施例中，凸起或叶片可以仅在飞轮的轴向厚度的一部分上轴向延伸。在其他实施例中，凸起或叶片可以在飞轮的整个轴向厚度上轴向延伸。
也可以考虑备选实施例，其中，凸起设在飞轮的至少一个径向表面上，凸起至少部分地在飞轮的径向方向上延伸。在飞轮的气隙内布置在飞轮的外周表面上和/或布置在飞轮的径向表面上的这些凸起和/或叶片构造成便于通过冷却流体流驱动飞轮旋转，特别是如果流体的局部切向速度-即流体相对于飞轮的正交方向的切向速度-大于与流体接触的飞轮的转速。
根据另一方面，本发明提供了一种用于冷却磁力轴承旋转飞轮的方法，该磁力轴承旋转飞轮布置成抵靠固定的轴向止挡件旋转，或者布置成在两个固定的轴向止挡件之间旋转，冷却流体流沿着流体的方向朝向飞轮注入到磁力轴承旋转飞轮中，流体的方向在相对于飞轮的旋转轴线的基本径向的平面中。
可以获得在转轮和轴向止挡件之间的气隙中流动的冷却流体流的至少一部分，并且将其穿过径向轴承发送，以便冷却径向轴承。该获得例如可以通过将飞轮和止挡件之间的径向间隙的空间(其本身与气隙连通)与附近的径向磁力轴承的静止部分和可旋转部分之间的径向间隙的空间连通来实现。还可以将飞轮和止挡件之间的径向间隙与穿过径向磁力轴承的固定部分的冷却通道连通。冷却流体的抽气管当然布置在径向磁力轴承的外部，在与来自轴向轴承的流体入口相对的轴向侧上，以便允许冷却流体穿过径向轴承的循环。径向磁力轴承可以是形成与轴向磁力轴承相同的机械子集的一部分的磁力轴承。根据另一备选实施例，径向磁力轴承可以是位于轴向磁力轴承的距离内的径向轴承，也就是说，通过第三旋转元件与轴向轴承分离的径向轴承，例如属于旋转机械的压缩级的径向轴承。
附图说明
本发明的其它目的，特征和优点将从纯粹通过非限制性示例给出并参考附图进行的以下描述变得显而易见，在附图中：
-图1是根据本发明的轴承系统的沿纵向截面的示意图，
-图2是属于根据本发明的轴承的子集的简化横截面图，
-图3是属于根据本发明的另一轴承的子集的简化横截面图，
-图4是根据本发明的又一轴承的简化横截面图，
-图5是根据本发明的轴承变型的沿纵向截面的简化视图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的用于旋转机械的磁力轴承的系统1组装在具有几何轴线XX′的轴5上，包括组装在轴5上的旋转飞轮2，其与轴5一体旋转并且例如通过螺母11保持在轴5上，包括与轴承系统的壳体9一体的第一轴向止挡件3和第二轴向止挡件4，壳体9是固定的。该系统包括至少一个中心径向间隙区域32，其限定了在轴5-或在围绕轴5的飞轮2的中心部分-与磁力轴承系统1的定子元件(例如止挡件3或4)之间的径向间隙。这些区域32允许在轴+飞轮组件和围绕轴邻近飞轮的定子部分之间的非接触式旋转运动。这些区域32通过引入这些区域的气体管线而还允许排出在气隙21和22中流动的气体。
止挡件3和4布置在飞轮2的紧接的附近。止挡件3和4分别通过第一气隙21和第二气隙22与飞轮2轴向分离。
第一止挡件3和第二止挡件4包括电绕组，以用于分别产生分别朝向第一轴向止挡件3和朝向第二轴向止挡件4轴向吸引飞轮2的第一和第二磁场。两个吸引力之间的平衡轴向地保持飞轮3并因此使轴5相对于磁力轴承系统的壳体9处于轴向位置。
壳体9在此由多个壳体部分9a，9b，9c，9d构成，但也可以是一件式壳体或由不同数量的壳体元件组成。在所示的实例中，壳体部分中的一个9c和所述的轴向楔形部17分别将第二轴向止挡件4和第一轴向止挡件3保持在与壳体9相关而确定的轴向位置中。
壳体9被流体供应通道8穿入，流体供应通道8通向围绕飞轮2的外周的加压空间6。加压空间6通过导流件7与飞轮的邻接环境中的空间23，或飞轮与导流件7之间的径向间隔径向分离。飞轮的邻接环境中的空间23限定了飞轮9的外圆周浸入其中的气体体积。在所示的实例中，第一轴向止挡件3和第二轴向止挡件4的外圆周的至少一部分也浸入该体积中。
该邻接环境的空间23也与第一气隙21和第二气隙22连通。
导流件7引导存在于加压空间6中的流体，以使流体能够穿过导流件的一个或更多个孔20流到空间23。孔20沿着基本上位于径向平面中的向心方向将来自加压空间6的流体流指引到飞轮2。在本说明书中，轴向方向是指平行于机械的旋转轴线XX′的方向。径向方向是指垂直于轴线XX′并且经过该轴线XX′的方向。冷却流体流31在这里由黑色箭头表示。该流31经过流体供应通道8，然后导流件7，穿过一个或更多个孔20，并且冲击飞轮2，一方面冲击飞轮的外周表面24，且在另一方面，冲击飞轮的径向表面25和26。飞轮的径向表面25和26分别轴向地限制第一气隙21和第二气隙22。可以考虑备选实施例，其中冷却流在径向平面内的方向上到达飞轮，仅冲击飞轮的外周表面24或仅一个或两个径向表面25，26。在后一种情况下，冷却流体流被优选地指引以便以可比较的流量冲击两个径向表面中的每一个，以便尽可能地避免改变飞轮的轴向平衡。
无论飞轮2上的冲击表面如何，冷却流体流31沿着飞轮2的径向表面25和26流动，直到其到达中心径向间隙区域32。从中心径向间隙区域32，冷却流体可以被引导以供应到其他待冷却的本体。
在所示的示例中，流过飞轮2的径向表面中的一个的流体流(此处为在左侧，即在飞轮的表面25上流动的流体)然后被指引穿过径向磁力轴承12(其属于与轴向磁力轴承1相同的旋转机械)，以便冷却所述径向磁力轴承。旋转机械可以是处理气体或流体的涡轮机或压缩机。冷却流体可以从轴向轴承1供应到与轴向轴承1处于相同的压缩或松弛级的径向轴承，或者可以被发送到旋转机械的另一级。由于冷却流体流如下所述在飞轮的至少一个表面上以在表面处至少一个非零切向速度分量被发送，而且此外，根据优选实施例，由于流体相对于表面的相对切向速度小于绝对速度(在链接到壳体9的固定参考标记中)，因而与飞轮2接触的冷却流体的压力损失低于常规实施例，其中流体在飞轮的径向表面中的一个上沿基本轴向方向发送。另外，冷却流体比具有可比较流量的常规实施例中的冷却流体加热更少。这种较低的压降和较低的加热允许在冷却飞轮2之后更有效地重新使用冷却流体来冷却其他本体。
在所示的示例中，从轴向轴承的径向间隙区域32，冷却流体的一部分被指引到设于径向轴承12的旋转部分12a和定子部分12b之间的径向间隙33中，并且流体的一部分被指引穿过沿着相同的轴向方向跨过径向轴承12的定子部分的一个或若干个冷却通道13。这些通道13仅在围绕轴线XX′的有限角度部分上钻孔，并且不形成围绕轴线XX′延伸的径向间隙。已经经过径向轴承12的流体然后可以穿过流体排出的孔口34(经过壳体9)而从磁力轴承系统1抽出。轴承系统可以可选地还包括径向球轴承18，以维持轴5在径向磁力轴承12被停用的阶段期间相对于定子壳体9的移动性。
当流体流31沿基本上径向的方向到达轴向轴承的飞轮2时，在气隙21和22的水平面处的流体摩擦效应减小。此外，如果穿过孔20的流体到达的方向构造成相对于飞轮的外周表面24的局部法线倾斜地指向，则冷却流体流31的压力可以有助于飞轮2的旋转而不产生流体摩擦力，其将相反趋于减慢飞轮2且通过流体摩擦产生额外的卡路里。
因此，优选的是，在飞轮2上的冷却流体冲击点中的至少一些中，冷却流体的正交速度大于或等于转轮2上由冷却流体冲击的点的局部线性速度。
与该速度比率有关的点可以是位于飞轮的外周表面24上的点，或位于飞轮的第一径向表面25或位于第二径向表面26上的点。
图2以简化的方式示出了根据本发明的导流件7和根据本发明的飞轮2在径向平面中的截面。图1和图2中存在相同的元件，相同的元件由相同的附图标记表示。飞轮2和轴5之间的边界在该图中未示出。
导流件7在这里冲压有若干个孔20，每个孔在例如对应于图中平面的平均径向平面的任一侧上对称地延伸。每个孔20形成基本上直的通道，通道方向基本上对应于沿飞轮2的方向离开所述通道的冷却流体流的入射方向(表示为F)。方向F在此与飞轮的外周表面24基本相切。因此，冲击飞轮2的冷却流体的速度可有效地有助于将扭矩传递到飞轮2。在图2所示的示例中，假设飞轮2的通常旋转方向是顺时针方向。可以将飞轮2的点M处的冷却流的入射角α限定为飞轮上的流体的到达方向F与经过点M和轴线XX′的径向方向之间的角度。如在图2中由在飞轮上的冲击点M处的箭头31的分开所示，穿过孔20到达的冷却流体流一方面和在第一步骤中可以围绕飞轮的外周表面24流动，另一方面，直接地或在第二步骤中沿着飞轮的径向表面25和26沿轴线XX′的方向流动。
如图2中所示，飞轮的外周表面24可以具有凸起，粗糙点或脊部27，其增强了在到达轮的具有切线速度分量的冷却流体流的推力的作用下驱动飞轮旋转的效果。这种凸起，粗糙点或脊部也可以布置在飞轮2的第一径向表面25和第二径向表面26上，或仅布置在飞轮2的径向表面上。然而，在外周表面24上的凸起与形成在飞轮的径向表面25或26上的凸起相比更容易形成，以便仅轻微干扰飞轮中的磁力线。
在所示的示例中，沿飞轮2的方向引导流体流的孔20是围绕飞轮2均匀地成角度地分布。可以考虑备选的实施例，其中孔20分布成使得两个连续的孔之间的距离形成一种图案，其通过从基本图案的角偏移获得，而不是所有的孔彼此处于相同的距离。根据备选的实施例，孔20甚至可以围绕轴线XX′不均匀地分布。在备选实施例中，可以使冷却流体流过单个孔或仅通过一组孔，所有孔都位于相对于导流件7基本相同的角位置。
图3以简化方式示出了根据本发明的另一导流件7和根据本发明的另一飞轮2在径向平面中的截面。
在图3和前面的图中存在相同的元件，相同的元件由相同的附图标记表示。
在图3所示的示例中，飞轮2的外周表面24包括在飞轮2的最小圆周半径R1和飞轮2的最大圆周半径R2之间径向延伸的圆周叶片28。叶片28具有构造成通过经过孔20且沿着方向F冲击飞轮的外周表面24的冷却流体流来改进驱动飞轮2的旋转的几何形状。如果考虑点M作为冷却流体流在转轮2上的冲击点，则冲击方向F与局部径向方向之间的角度α在此大于90°，也就是说流体的冲击方向F不仅仅是与飞轮的平均轮廓相切，而且该方向F“指向”飞轮2的中心，这有助于冷却流体沿着飞轮的径向表面在第一和第二气隙21和22(未在图3中示出)中，并且在所述冷却流体的排出方向上流动。在图2的实施例中，角度α的值接近90°，由此改善飞轮的旋转效应的驱动。
因此，可以区分两个实施例，每个实施例具有与导流件7和飞轮2相关联的几何形状的优点。在第一备选实施例中，孔20的方向使得流体流的方向F与轴线XX′的圆相切，该圆的半径被包括在飞轮2的圆周最小半径R1和最大圆周半径R2之间。然后，对于围绕飞轮的外周表面24流动的流体，通过流体流的驱动效果最大化。
在另一个实施例中，孔20的方向使得与流动方向F相切的轴线XX′的圆具有小于飞轮的外周表面24的最小半径R1的半径。该第二备选实施例有助于在气隙21和22中轴向邻接飞轮2的流动，并且在适当的情况下通过冷却流体在飞轮的径向表面24和25上的流体摩擦而有助于驱动飞轮的旋转。图3和图4是这种第二实施例的图示。
图4以简化的方式示出了根据本发明的第三导流件7和相关联的飞轮2。在图4的示例中，飞轮2在其第一径向表面25处以前视图示出。所述径向表面25设有侧向叶片29，其便于通过流经第一气隙21的冷却流体流的一部分来驱动飞轮2的旋转。这种叶片29可以例如由在飞轮2的外圆周和飞轮径向表面上的半径R3的内边界之间延伸的矮的肋状凸起来限定。这些叶片的轴向厚度保持适中，以便尽可能不干扰飞轮2和轴向止挡件3和4(图4中未示出)之间的磁性相互作用。
为了有利于通过飞轮2的径向表面25和26来冷却飞轮2，可能的是在孔的每个角位置处如图5所示提供两个平行孔20a和20b，来代替单个孔20，孔20a和20b中的每一个基本上分别面向第一气隙21和第二气隙22而开口。
图5以简化视图在轴向截面中示出了这种实施例。在图5中具有与前面的附图相同的元件，相同的元件由相同的附图标记表示。如图5所示的两个平行孔20a和20b，或围绕轴线XX′成角度地间隔开的一系列的两个孔20a和20b，基本上分别面向第一气隙21和第二气隙22开口。在图5所示的示例中，孔20a和20b中的每一个的轴向宽度(即沿着轴线XX′)小于第一轴向止挡件3和第二轴向止挡件之间的轴向距离。换句话说，孔20a和20b中的每一个的轴向宽度小于飞轮2的轴向厚度。孔20a和20b中的每一个基本上分别在第一气隙21和第二气隙22上居中。可以考虑变型实施例，其中孔20a和20b不严格地在气隙上居中，但是两个孔20a和20b相对于分隔两个气隙21和22的径向中间平面对称地布置，并且两个孔20a和20b各自设置成至少部分地与气隙中的一个相对。
由于根据本发明的冷却流体循环系统，在飞轮2和轴向止挡件3和4处的由冷却流体的流体摩擦引起的温度升高被减小。因此减少了要去除的卡路里的量，为了确保磁力轴承系统的给定温度所必需的冷却流体流量也减小。在一些情况下，从在轴向方向上完成冷却流体注入的常规构造到根据本发明的在径向平面中完成注入的构造的做法允许将轴向轴承处排出的热功率减半。
在流体供应通道8处注入的气体或冷却流体优选为冷流体，例如具有在10℃至50℃之间的温度的气体。对于轴向轴承的典型应用，例如压缩机的轴向轴承，围绕导流件7的加压空间6处的冷却流体的压力可以是2至3巴的数量级。然后可以在限定在导流件7的外部的空间23中在孔20的出口处获得例如在1至2巴之间的冷却流体压力和例如在150至350米/秒之间的流体流动速度并且洗涤飞轮2。
有利地，气隙的厚度构造成使得到达轴5附近的冷却流体压力优选地仍然大于1巴，例如至少大于1.2巴。相对于大气压力的这种超压可以允许冷却流体自发地向壳体外部排出，或者使用该流体来用于冷却轴承系统的其它元件或者并入轴承系统的组件的其它元件。
本发明不限于所描述的示例性实施例，并且可以分解成许多变型。上面作为孔描述的注入通道可以不是直线的，并且可以通过由例如可以在铸造中进行的机械加工的打孔的其他技术来实现。
飞轮的外周表面24可以包括与飞轮成整块的凸起或叶片，或者可以包括附加元件以改进飞轮的外周表面的‘迎风表面’。该圆周表面也可以是平滑的。可以想到使用备选的实施例，其中气体或冷却流体的流沿基本径向方向被带到飞轮上，流体的该到达方向不是严格径向的，而是例如相对于径向方向被包括在0至15°之间的角度内。如果该备选实施例几乎不能驱动飞轮旋转，则其允许至少减小冷却流体和飞轮之间的流体摩擦。
根据本发明的磁力轴承系统可以仅包括与飞轮相关联的一个轴向止挡件，例如在具有竖直旋转轴线的系统的情况下。根据本发明的磁力轴承系统对于诸如泵，涡轮机和压缩机的系统特别有利，这些系统已经最初由循环流体冷却。根据本发明的磁力轴承系统可以应用于任何磁力系统，以用于维持任何机械系统的旋转轴线的确定的轴向位置。冷却流体回路可仅专用于轴向轴承飞轮的冷却和一个或更多个相关联的止挡件的冷却，而不需要随后回收流体来用于冷却轴承或相关联的机械系统的其它元件。
取决于旋转方向交替使用的两组注入通道20可以设想成用于设计成在围绕轴线XX′的一个或另一个旋转方向上无差别地操作的系统，所述每组注入通道具有与飞轮2相反的流体入射角度。也可以考虑布置在飞轮的径向方向上的孔或注入通道20。

Claims (10)

1.一种磁力轴承系统(1)，其包括布置成以便与至少一个固定的轴向止挡件(3，4)磁性地相互作用的轴向轴承可旋转的飞轮(2)，其特征在于，所述系统包括冷却流体路径(31)，其布置成以便沿相对于所述飞轮(2)的旋转轴线(XX′)处于基本径向的平面中的流动方向(F)将流体发送到所述飞轮(2)。
2.根据权利要求1所述的磁力轴承系统，其特征在于，其包括由至少一个孔(20)穿过的至少一个流体流导向件(7)，所述孔靠近所述飞轮(2)的外周表面(24)开口，所述孔(20)构造成以便沿着垂直于或倾斜于所述飞轮的局部径向方向的入射方向将所述流体(31)发送到所述飞轮(2)上。
3.根据权利要求2所述的磁力轴承系统，其特征在于，所述流体流导向件(7)围绕所述飞轮(2)，所述磁导件由若干个孔(20)穿过，该孔(20)围绕件成角度地分布且各自在所述飞轮(20)的附近开口，相对于所述飞轮(2)遵循基本相同的入射角。
4.根据权利要求2至3中的一项所述的轴承系统，其特征在于，所述孔(20)基本上居中在所述飞轮(2)的轴向宽度的中间。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的轴承系统，其特征在于，至少一组孔(20a，20b)基本上居中在所述飞轮(2)和与所述飞轮相关联的轴向止挡件(3，4)之间的气隙(21，22)上。
6.根据权利要求5所述的轴承系统，其特征在于，包括飞轮(2)，其布置成与分别放置在所述飞轮的任一侧上的第一轴向止挡件(3)和第二轴向止挡件(4)磁性地相互作用，导流件(7)包括两组孔(20a，20b)，第一组孔(20a)基本上轴向地居中在所述飞轮(2)和所述第一轴向止挡件(3)之间的所述气隙(21)上，而第二组孔(20b)基本上轴向地居中在所述飞轮(2)和所述第二轴向止挡件(4)之间的所述气隙(22)上。
7.根据权利要求2至6中的一项所述的磁力轴承系统，其特征在于，所述飞轮的所述外周表面(24)设有沿所述飞轮的轴向方向(XX′)延伸的凸起(27)或叶片(28)。
8.一种冷却磁力轴承旋转飞轮(2)的方法，所述磁力轴承旋转飞轮(2)布置成用于抵靠固定的轴向止挡件或在两个固定的轴向止挡件(3，4)之间的旋转，其中冷却流体流(31)沿相对于所述飞轮的旋转轴线(XX′)处于基本上径向的平面中的流体方向(F)朝向所述飞轮(2)注入。
9.根据前述权利要求所述的冷却磁力轴承的方法，其特征在于，所述冷却流(31)被发送到所述飞轮上，使得流体在所述飞轮上的至少一个冲击点(M)处，所述流体的垂直于径向方向((M))的速度分量大于或等于在该冲击点(M)处的飞轮旋转的线速度的一半，并且优选地高于或等于在该冲击点处的所述飞轮的旋转的线速度的0.7倍。
10.根据权利要求8或9中的一项所述的冷却磁力轴承的方法，其特征在于，在所述飞轮和轴向止挡件(3，4)之间的气隙中流动的冷却流体(21，22)的至少一部分被获得并发送穿过径向轴承(12)，以便冷却所述径向轴承(12)。
CN201580035145.8A 2014-06-27 2015-06-25 用于磁力轴向轴承的冷却系统 Active CN107076211B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1456060 2014-06-27
FR1456060A FR3022963B1 (fr) 2014-06-27 2014-06-27 Systeme de refroidissement pour palier axial magnetique
PCT/EP2015/064349 WO2015197750A1 (en) 2014-06-27 2015-06-25 A cooling system for magnetic axial bearing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107076211A true CN107076211A (zh) 2017-08-18
CN107076211B CN107076211B (zh) 2019-12-24

Family

ID=51862410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580035145.8A Active CN107076211B (zh) 2014-06-27 2015-06-25 用于磁力轴向轴承的冷却系统

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10718382B2 (zh)
EP (1) EP3161337B1 (zh)
JP (1) JP6765973B2 (zh)
KR (1) KR102346384B1 (zh)
CN (1) CN107076211B (zh)
AU (1) AU2015279199B2 (zh)
BR (1) BR112016030523B1 (zh)
CA (1) CA2952533C (zh)
FR (1) FR3022963B1 (zh)
RU (1) RU2699625C2 (zh)
SA (1) SA516380599B1 (zh)
WO (1) WO2015197750A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109441955A (zh) * 2018-12-18 2019-03-08 南京磁谷科技有限公司 一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构
CN110571971A (zh) * 2019-11-06 2019-12-13 山东天瑞重工有限公司 一种带负压风冷装置的磁悬浮电机

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUA20161810A1 (it) 2016-03-18 2017-09-18 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Cuscinetto magnetico per una turbomacchina
JP6747878B2 (ja) * 2016-06-07 2020-08-26 株式会社Ihi 回転機械
CN106026526A (zh) * 2016-07-18 2016-10-12 南京磁谷科技有限公司 一种水冷风冷磁轴承结构
CN106369066A (zh) * 2016-11-21 2017-02-01 南京磁谷科技有限公司 一种磁轴承冷却结构
CN106402175B (zh) * 2016-11-21 2019-09-03 南京磁谷科技有限公司 一种轴承冷却结构
IT201600120314A1 (it) 2016-11-28 2018-05-28 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Turbo-compressore e metodo di funzionamento di un turbo-compressore
DE102017212815A1 (de) * 2017-07-26 2019-01-31 Robert Bosch Gmbh Turbomaschine, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem
CN107588111A (zh) * 2017-10-30 2018-01-16 南京磁谷科技有限公司 一种磁悬浮转子的推力盘结构
IT202100026729A1 (it) * 2021-10-19 2023-04-19 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Cuscino magnetico reggi-spinta con effetto pompante

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62115520U (zh) * 1986-01-14 1987-07-22
GB2357321A (en) * 1999-12-14 2001-06-20 Rolls Royce Plc Electromagnetic-pneumatic positioning device.
CN1466662A (zh) * 2000-09-26 2004-01-07 磁力轴承
CN1796794A (zh) * 2004-12-29 2006-07-05 张苏 磁力驱动泵
JP2008283813A (ja) * 2007-05-11 2008-11-20 Ntn Corp モータ一体型磁気軸受装置
EP2557278A2 (de) * 2011-08-11 2013-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Rotordreheinrichtung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139911A1 (ru) * 1983-12-12 1985-02-15 Ивановский Ордена "Знак Почета" Энергетический Институт Им.В.И.Ленина Подшипниковый узел с магнитной смазкой
KR100414110B1 (ko) 2001-09-25 2004-01-07 엘지전자 주식회사 터보 압축기의 베어링 냉각구조
EP2110572A1 (en) 2008-04-16 2009-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Cooling of the rotor lamination of a magnetic bearing
JP4459285B2 (ja) * 2008-07-25 2010-04-28 株式会社三共 遊技機
ES2388189T3 (es) * 2008-09-25 2012-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Turbina de vapor
US9899894B2 (en) * 2012-04-03 2018-02-20 Babcock Noell Gmbh Scalable device and arrangement for storing and releasing energy
FR3012184B1 (fr) * 2013-10-17 2015-12-11 Clyde Union S A S Motopompe centrifuge pour circuit primaire de petits ou moyens reacteurs modulaires nucleaires.

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62115520U (zh) * 1986-01-14 1987-07-22
GB2357321A (en) * 1999-12-14 2001-06-20 Rolls Royce Plc Electromagnetic-pneumatic positioning device.
CN1466662A (zh) * 2000-09-26 2004-01-07 磁力轴承
CN1218129C (zh) * 2000-09-26 2005-09-07 西门子公司 磁力轴承
CN1796794A (zh) * 2004-12-29 2006-07-05 张苏 磁力驱动泵
JP2008283813A (ja) * 2007-05-11 2008-11-20 Ntn Corp モータ一体型磁気軸受装置
EP2557278A2 (de) * 2011-08-11 2013-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Rotordreheinrichtung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109441955A (zh) * 2018-12-18 2019-03-08 南京磁谷科技有限公司 一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构
WO2020125115A1 (zh) * 2018-12-18 2020-06-25 南京磁谷科技有限公司 一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构
CN109441955B (zh) * 2018-12-18 2024-03-19 南京磁谷科技有限公司 一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构
CN110571971A (zh) * 2019-11-06 2019-12-13 山东天瑞重工有限公司 一种带负压风冷装置的磁悬浮电机
CN110571971B (zh) * 2019-11-06 2020-03-03 山东天瑞重工有限公司 一种带负压风冷装置的磁悬浮电机

Also Published As

Publication number Publication date
SA516380599B1 (ar) 2021-08-19
FR3022963B1 (fr) 2016-11-11
AU2015279199A1 (en) 2017-01-05
KR102346384B1 (ko) 2022-01-04
JP6765973B2 (ja) 2020-10-07
BR112016030523A8 (pt) 2021-06-29
CN107076211B (zh) 2019-12-24
EP3161337A1 (en) 2017-05-03
RU2016149079A3 (zh) 2018-11-27
WO2015197750A1 (en) 2015-12-30
BR112016030523B1 (pt) 2021-12-21
CA2952533A1 (en) 2015-12-30
BR112016030523A2 (pt) 2017-08-22
FR3022963A1 (fr) 2016-01-01
KR20170039656A (ko) 2017-04-11
JP2017522508A (ja) 2017-08-10
US10718382B2 (en) 2020-07-21
RU2016149079A (ru) 2018-07-27
US20170152893A1 (en) 2017-06-01
AU2015279199B2 (en) 2018-08-23
RU2699625C2 (ru) 2019-09-06
EP3161337B1 (en) 2020-10-14
CA2952533C (en) 2023-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107076211A (zh) 用于磁力轴向轴承的冷却系统
CN103375267B (zh) 油勺歧管
EP3073121B1 (en) Bearing cooling flow and energy recovery systems
US8395288B2 (en) Electric machine with centrifugal impeller
CN101411037B (zh) 电机
CN202696418U (zh) 磁性耦合器
CN102906429B (zh) 用于产生一串压缩机叶片上游的旋涡的旋涡发生器
EP2343443A2 (en) Steam turbine
EP2712805B1 (en) System and method for cooling a hover-capable aircraft transmission
CN101460707A (zh) 用于能够沿轴向方向被主流穿流而过的流体机械的环形的流动通道
CN103813815A (zh) 包括转子和输送元件的旋转泵
CN103998719A (zh) 包括具有复合物叶轮部分和金属轴部分的机器转子的旋转机器
CN107420200A (zh) 用于轴承垫的气体分配迷宫件
WO2013055484A1 (en) Dynamically-lubricated bearing and method of dynamically lubricating a bearing
US20150192144A1 (en) Fan Assembly With Fan Blade Under-Root Spacer
CN106958536A (zh) 可变桨距风扇叶片固持系统
JP6240763B2 (ja) 熱ターボ機械のためのロータ
CN102725556A (zh) 液力机械、特别是液力减速器
CN102966591B (zh) 一种轴流式流体驱动装置
CN103527258A (zh) 用于轴流式涡轮的冷却系统及方法
CN106712355B (zh) 高速永磁电机转子的冷却方法及冷却系统
CN103899633B (zh) 可散热的马达心轴
CN110254674A (zh) 无共振磁悬浮静音潜艇推进器
CN104929692A (zh) 带有冷却孔入口的转子轴
JP2001119891A (ja) 回転電機

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant