CN113167297A - 用于集成电动压缩机单元的惯性过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种过滤装置(1)，该过滤装置用于在集成压缩机单元中过滤冷却气体。气体在形成管道(5)的两个同心圆柱形壁(W0，W1)之间在两个方向上循环。壁(W0，W1)是可移除内筒(2)和该集成电动压缩机单元的电机壳体的一部分，该筒(2)安装在该集成电动压缩机单元上。气体通过入口(6)进入该管道(5)，分成向下流动的两个流，并且从两个相反方向在管道(5)的底部再次相遇。其在第一出口(7)前产生湍流区，其中一些较大颗粒被捕集并最终在重力作用下落入该第一出口(7)中。已过滤颗粒填充该管道(5)并穿过设置在该管道(5)中的中间位置处的上部第二出口(8a，8b)。已过滤气体穿过该第二出口(8a，8b)并到达通向需要冷却的轴承的内部通道(4)。

Description

用于集成电动压缩机单元的惯性过滤器

背景技术

本发明的领域涉及用于从用于冷却集成电动压缩机单元的气体中去除不期望的颗粒的过滤装置，并且还涉及包括这种类型的过滤装置的集成电动压缩机单元(“IMC单元”)。

一般来讲，电动压缩机单元包括离心式压缩机和集成在壳体中的电机。

离心式压缩机一般包括多个压缩级，该多个压缩级适于通过安装在从动轴上的多个叶片将气体从入口压缩到出口以产生压缩气体流，该从动轴联接到电机驱动转子。旋转轴经由轴承安装在集成电动压缩机单元中。这些轴承可例如为主动磁轴承(“AMB”)。

用于直接驱动这种类型的离心式压缩机的轴必须以相对高的速度(例如18,000rpm)旋转，这将在轴承中产生热量。如果该热量没有适当地消散，则其可能对轴承系统产生不利影响并导致轴承劣化或失效。

为了调节热量并冷却轴承，使用可为开环或闭合的冷却回路是已知的，其中例如在第一压缩级的出口处从处理流中提取冷却气体。然后使该气体循环通过电机和轴承以吸收热量。

例如，约10％的气体从流供应到冷却回路。冷却气体可由冷却气体源与气体可流动的点之间的压差驱动。

轴承通常对冷却它们的气体的质量高度敏感。具体地讲，当轴承为AMB型时，大的固体颗粒可能会不适当地作用于旋转轴的磁性悬浮。必须使用过滤系统来过滤气体，从而移除不期望的固体颗粒，例如大于3微米的颗粒。

图1示出了具有其冷却回路II的电动压缩机单元I，图1所示的常用解决方案是通过将位于冷却回路中的至少一个过滤器F放置在冷却气体的入口的前面来过滤冷却回路的整个气流，该冷却气体在AMB轴承中流动，该AMB轴承位于电机中且居中。在所示的示例中，为了在不期望的颗粒进入AMB轴承之前从气体中去除足够量的不期望的颗粒，并且为了获得可实现的过滤水平的充分可靠性，针对100％气流设定过滤器的尺寸是必要的，这增加了成本、尺寸和能量消耗。此外，对于维护和控制而言，每个过滤器F需要定期干预，因为这种类型的过滤器F在其使用期间会变脏。因此，滤波器F的使用强度越大，必要的维护就越重要，并且IMC单元的关闭预期应越强烈。

简要描述

本文所述的用于集成电动压缩机单元(“IMC”)的滤筒的实施方案旨在避免前述缺点中的至少一些缺点。所述实施方案的具体优点在于消除对过滤器的一些或全部需求并减少所需维护。

发明内容

本发明的上述目的借助于过滤装置来实现，所述过滤装置旨在过滤冷却气体，即捕获尺寸超过特定尺寸并且可将冷却气体混合的颗粒，并且所述过滤装置可移除地安装在集成压缩机单元的壳体上，并且所述过滤装置包括：

外部壳体，所述外部壳体具有内部圆柱形壁，

内筒，所述内筒具有外部圆柱形壁和用于已过滤气体的内部通道，所述内筒安装在所述外部壳体中并与其一起限定管道，所述管道位于用于所述冷却气体的入口和用于所捕集颗粒的第一出口之间，

所述内筒具有至少一个第二过滤器出口的组件，所述至少一个第二过滤器出口在所述管道和所述内部通道之间以及在所述入口和所述第一出口之间延伸。

由此，在气体在其中流动的所述管道中提供颗粒捕集器。根据一个实施方案，气体可在用于冷却用于承载集成压缩机单元的旋转轴的主动磁轴承(“AMB”)之前被过滤，从而防止AMB轴承过早磨损或失效，同时减少或避免对过滤器的需求。

有利的是，从冷却气体流的角度来看，每个第二出口具有向上游延伸的轴线。

因此，最大的不期望的颗粒不能进入第二出口并因此导致其朝向第一出口掉落。

有利的是，提供了一对相对的第二出口。

因此，气流被分成在管道中沿相反方向流动的两个流，这些流在第一出口上方相遇并形成湍流区，较大颗粒被捕集在该湍流区中。

有利的是，第二出口的方向相对于来自入口的冷却气流的下游方向介于135°和170°之间。

每个第二出口可具有过滤器，使得装置的过滤效果在通过每个第二出口的气流中得以实现。

有利的是，容器连接到第一出口并且适于收集所捕集颗粒。

根据一个实施方案，提供了用于控制第一出口的打开的装置。

有利的是，内壁具有面向第一出口的平坦部分。

因此，管道的横截面突然增大，从而导致气体压降并促进湍流区中对不期望的颗粒的捕集。

有利的是，过滤装置构成用于主动磁轴承的支撑件。

附图说明

通过以下描述的详细研究，将更好地理解本发明的实施方案的其他目的、特征和优点，以下描述仅以非限制性示例的方式并且参考附图提供，其中

[图1]示意性地示出了根据现有技术的滤筒过滤；

[图2]示意性地示出了根据本发明第一实施方案的过滤器装置的横截面：

[图3]示意性地示出了还包括任选的筒式过滤器的图2的过滤器装置的横截面；

[图4]是根据图2的实施方案的过滤器装置的单独内筒的透视图；并且

[图5]示意性地示出了包括图2的过滤装置的集成电动压缩机单元。

具体实施方式

图2、图3和图4示意性地示出了过滤装置1，在该过滤装置中冷却气体循环并受到过滤。在例示的实施方案中，旨在在冷却气体到达主动磁轴承(“AMB”)之前放置过滤装置1，以便保护主动磁轴承。然而，这种类型的过滤装置可用于过滤集成电动压缩机单元(“IMC单元”)的任何类型的旋转元件的冷却气体。冷却气体可以是例如由不期望的颗粒构成的或包含此类颗粒天然气或气体的混合物，诸如空气。在这些气体中，可分散不同种类的污染颗粒。例如，由于IMC单元的组分在其正常操作期间的腐蚀或机械劣化，杂质(诸如金属颗粒、生锈颗粒、冷凝物、水滴或油滴)可漂浮在气体中。过滤装置使得可以捕集这些不期望的颗粒中最大的颗粒，例如具有3微米至10微米尺寸的颗粒。当气体具有过量的这些不期望的大污染固体颗粒时，可扰乱AMB轴承的操作。这是因为AMB轴承旋转并且对阻塞、堵塞或甚至刮痕敏感，所以当气体循环以冷却AMB轴承时，AMB轴承受到威胁。

如图2、图3和图4所示，过滤装置1包括形成内部AMB轴承支撑环(即AMB支撑环)的内筒2，该内筒装配在外部壳体3中，该外部壳体对应于IMC单元的至少一部分，例如IMC单元的电机壳体。内筒2可被设计成配合IMC单元的一个或多个其他部分，例如轴承支撑件。例如，内筒2可螺纹连接到IMC的壳体上。内筒2具有外部圆柱形壁W0和用于已过滤冷却气体的内部通道4。待冷却的AMB轴承连接到位于过滤装置1的中心区域中的内部通道4。

外部壳体3包括圆柱形内壁W1。外部圆柱形壁W0被包封在圆柱形内壁W1中。内部圆柱形壁和外部圆柱形壁沿着相同的纵向轴线X延伸，从而在它们之间限定管道5，气体可在该管道中循环。

管道5位于用于冷却气体的入口6和用于所捕集颗粒的第一出口7之间。管道5可以基本上对应于管状空间。在图2的实施方案中，该管状空间具有近似卵形的形状，在横截面平面中，具有对应于竖直上升轴线Z的较长轴线。相对于竖直上升轴线3，管道5具有如图2所示的最大高度(顶部)和最小高度(底部)。

管道5相对于气体颗粒是气密的，使得管道5中的气体仅可在管道5中流动。

入口6包括至少一个孔，该至少一个孔穿过外部壳体3以允许冷却气体进入管道5。入口6可例如配备有喷嘴、管和/或阀以允许气体例如借助于压缩机进入。

第一出口7包括至少一个孔，该至少一个孔从管道5穿过外部壳体3。

有利的是，入口6尽可能靠近管道5的顶部定位。将入口6设置在高处使得可以延长颗粒在管道5中的轨迹，颗粒在该管道中被过滤。位于较高位置处的入口6还有利于借助重力的大颗粒捕集，因为这使得可以在管道5中获得更长的气体路径。同样，因此可以获得具有垂直对称性的过滤装置1。

有利的是，第一出口7基本上围绕管道5的底部定位，在该底部处流的湍流形成并且在此处不期望的颗粒被捕集。

有利的是，内筒2包括一组至少一个第二过滤出口8a、8b。每个第二出口8a、8b被设置成穿过内筒2，从而允许容纳在管道5中的气体到达内部通道4。气体可通过管道5仅从入口6循环至第一出口7或直到至少一个第二出口8a、8b。

根据第一实施方案，在气体穿过第二出口8a、8b之前，过滤效果在填充有气体的管道5中起作用。目的是确保最多的不期望的颗粒在重力作用下朝第一出口7下落，并且特别通过在第一出口7的正上方形成气流的湍流区来将这些颗粒捕集在该第一出口中，这防止颗粒再次上升到第二出口8a、8b。

每个第二出口8a、8b布置在管道5的入口6和第一出口7之间的中间位置处，并且构成奇点，由于第二出口8a、8b相对于管道5直径变窄，这导致气流中的点压降。第二出口8a、8b中的流量可低于管道5中的流量，以便将对进入第二出口8a、8b的气流中的不期望的颗粒的吸力降低到最小。

选择入口6和第二出口8a、8b的位置处的气体速度，使得大多数不期望的颗粒在第二出口8a、8b的前方通过而不进入该第二出口，也就是说，具有足够高的速度以承受局部压降，并且在管道5中向下直到到达颗粒捕集器所在的第一出口7。

如图2所示，第二出口8a、8b从在外部圆柱形壁W0上具有入口并且在内部通道4上具有出口的通孔穿过内筒2。有利的是，出口相对于竖直上升轴线Z布置在比入口更高的高度处。换句话讲，气流在第二出口8a、8b处转向，并且一部分气体上升，即，其通过第二出口8a、8b向上游流动。通孔的轴线与竖直轴线之间的角度O1、O2必须被选择为至少大于90°，如果可能的话，具有介于135°和170°之间的锐角，以使压降最大化并因此防止大颗粒进入第二出口8a、8b。

有利实施方案提供了两个第二出口8a、8b，这两个出口均从管道5穿过内筒2通向内部通道4，相对于竖直上升轴线Z，出口中的每个出口基本上彼此对称地定位。有利的是，第二出口8a、8b基本上相同，并且对称地布置在管道5和内部通道4之间以及入口6和第一出口7之间的相同高度处。有利的是，第二出口8a、8b类似地向上取向，其中轴线向上游延伸，角度O1、O2相对于竖直轴线Z对称。有利的是，如图2和图3所示，从入口6到达的冷却气体流被分成两个流，朝向第二出口8a、8b中的每一个第二出口。在每个流中，气体颗粒基本上行进管道5的总长度的一半，因为两个相对的流从两个相反方向到达管道5的底部时相遇。两个相对的流中的每一个流防止另一个流行进超过管道5的一半，然后返回到第二相对的出口8a、8b。两种对称流的存在在第一出口7上方的管道5的底部处形成湍流点。这防止不期望的颗粒弹回到第二出口8a、8b中的一个第二出口。每个第二出口8a、8b可被放置成尽可能靠近入口6以防止不期望的颗粒返回，尤其是在入口高速流动的情况下。然而，由于第二出口8a、8b的方向必然向上取向，每个第二出口通过考虑内部圆柱形壁W1的曲率来定位。

根据另一个实施方案，外部圆柱形壁W0包括面向第一出口的平坦部分9。如图2、图3和图4所示，该平坦部分9可例如基本上水平地设置在外部圆柱形壁W0上并且正好在第一出口7上方。平坦部分9具有两个锋利边缘9a、9b，这两个锋利边缘构成管道5内的在外部圆柱形壁W0上的不连续部分，气体沿着该外部圆柱形壁流动。如图2所示，平坦部分9还形成管道5的加宽部。在该加宽部前面和平坦部分的两个锋利边缘9a、9b之间相遇的气流将自然地产生湍流。正是在这种湍流中，较大颗粒快速失去其动能并最终在重力作用下下落。因此，平坦部分9被布置为颗粒竖直上升的障碍物并保留最大的颗粒。

由于本文所示、所述和要求保护的过滤装置1，不期望的颗粒随后可通过调节若干参数而被捕集，作为非限制性示例，该参数可为入口气流的速度、第二出口的角度O1、O2、平坦部分9的长度以及平坦部分的边缘9a、9b的锐度。

根据图3所示的另一个实施方案，将滤筒10插入每个第二出口8a、8b中。这种滤筒10还可以例如沿着内部圆柱形壁或外壁W0插入管道5中。例如，该过滤器可以是聚结滤筒10，其适于自然捕集所需尺寸(例如大于3微米)的颗粒。

根据另一个实施方案，提供了连接到第一出口7的容器11。该容器11使得能够收集所捕集颗粒，该所捕集颗粒可在重力作用下积聚在管道5底部的下层中，并且最终在它们集中的管道5的下部周围形成沉淀层。

还可提供用于打开第一出口7的控制装置12以有利于例如在维护周期期间排空所捕集颗粒。例如，控制装置12可包括阀和用于将管道5连接到例如容器11或将该管道与该容器分离的管。

此外，内部圆柱形壁和外部圆柱形壁可例如被设计成具有适于沿外部圆柱形壁W0的圆周并且从入口6到第一出口7增加管道5的横截面的特定形状。换句话讲，内壁和外壁可具有适于使得它们之间的距离向下增大的特定形状。例如，管道5的直径可以从管道5的顶部到底部增加。这将允许气体朝向出口7、8a、8b逐渐膨胀，并且同时允许颗粒略微减速。管道5的这种加宽以及第一出口7和平坦部分9的存在趋于使流体的流动转向并减慢，并且有利于较大颗粒在重力作用下向下下落，从而改善通过第一出口7的对不期望的颗粒的捕集。

现在将参考图5，其示意性地表示配备有上文所公开的过滤装置1的电动压缩机单元。如图所示，由附图标记13指示的电动压缩机单元包括电动机14和压缩机15，该压缩机具有安装在由电机转子驱动的轴上的至少一个压缩级15。从动轴和转子各自由一对AMB轴承16支撑。

在第一压缩级15中，通过冷却回路17冷却AMB轴承16和电机，在该冷却回路中从处理流中获取冷却气体。大多数冷却气体在电动旋转电机14中循环，并且其余气体流向AMB16。如上所述，至少一个过滤装置1可组装在电动压缩机单元13的电机壳体18上，并且被放置在冷却气体的每个AMB 16到达点之前。然后，这种类型的过滤装置1的尺寸被设定成用于冷却气流的一小部分。

Claims (10)

1.一种过滤装置(1)，所述过滤装置被构造用于过滤与集成压缩机单元(13)相关联的冷却气体，其特征在于所述过滤装置包括：

-外部壳体(3)，所述外部壳体具有内部圆柱形壁(W1)，

-内筒(2)，所述内筒具有外部圆柱形壁(W0)和用于已过滤气体的内部通道(4)，所述内筒安装在所述外部壳体(3)中并与其一起限定管道(5)，所述管道位于用于所述冷却气体的入口(6)和用于所捕集颗粒的第一出口(7)之间，

所述内筒(2)具有至少一个第二过滤出口(8a，8b)的组件，所述至少一个第二过滤出口在所述管道(5)和所述内部通道(4)之间以及在所述入口(6)和所述第一出口(7)之间延伸。

2.根据权利要求1所述的过滤装置(1)，其特征在于，从冷却气流的角度来看，每个第二出口(8a，8b)包括向上游延伸的轴线。

3.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述过滤装置包括一对相对的第二出口(8a，8b)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述第二出口(8a，8b)的方向相对于来自所述入口(6)的所述冷却气流的下游方向介于135°和170°之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，每个第二出口(8a，8b)包括滤筒(10)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述过滤装置还包括容器(11)，所述容器连接到所述第一出口(7)并且适于收集所述所捕集颗粒。

7.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述过滤装置还包括用于控制所述第一出口(7)的打开的装置(12)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述内壁具有面向所述第一出口(7)的平坦部分(9)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的过滤装置(1)，其特征在于，所述过滤装置(1)形成用于主动磁轴承的支撑件。

10.一种集成压缩机单元(13)，包括：

·电机壳体(18)，

·压缩级(15)，所述压缩级穿过所述电机壳体(18)并且适于压缩从入口到出口的气体，所述气体具有第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒具有第一尺寸，所述第二颗粒具有大于所述第一颗粒的所述第一尺寸的第二尺寸，所述压缩级(15)包括：

-压缩机，

-旋转电动机(14)，所述旋转电动机联接到所述压缩机并且包括借助于主动磁轴承(16)组装到所述集成电动压缩机单元(13)中的旋转轴，

·冷却回路(17)，所述冷却回路被构造用于使用由所述压缩级(15)的所述出口递送的所述出口气体来冷却所述主动磁轴承(16)，

所述集成压缩机单元还包括根据权利要求1至9中任一项所述的过滤装置(1)，所述过滤装置可拆卸地安装在所述电机壳体(18)上。

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