CN114930689A - 具有集成模块化马达或发电机和同轴流体流的紧凑模块化泵或涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种同轴泵或涡轮机模块，包括集成的模块化马达或发电机，其包括磁性结构和定子壳体，该磁性结构包含可拆卸地固定到转子的径向或轴向永磁体和/或感应线圈，该定子壳体可拆卸地固定到模块壳体。工作流体被轴向引导通过流动路径，该流动路径对称地分布在形成于模块壳体和定子壳体之间的环形空间内。定子壳体可以由工作流体冷却，或者由在流动路径的通道之间流动的冷却流体冷却。流动路径可以在定子壳体的基本上整个长度和后表面上延伸。多个模块可以组合成多级设备，其中转子速度由相应的变频驱动器独立地控制。实施例包括导流叶片和/或扩压器。转子可以固定到旋转轴上，或者围绕固定轴旋转。

Description

具有集成模块化马达或发电机和同轴流体流的紧凑模块化泵 或涡轮机

相关申请

本申请要求于2019年10月30日提交的申请号为16/668,665的美国申请的权益，该申请通过引用合并于此以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及泵和涡轮机，并且更具体地涉及集成式无密封泵和涡轮机。

背景技术

叶片泵(rotodynamic pumps)和涡轮机(turbines)在它们的物理设计上通常是非常相似的，使得泵和涡轮机之间的差异有时可主要为使用问题而不是结构问题。因此，除非上下文另有要求，否则本文中参照涡轮机或泵论述的本发明的特征和现有技术的特征应当理解为等同地指两者。

在传统的叶片泵设计中，由转子产生流体流和压力，该转子也称为“叶轮”，其在固定的泵壳体内旋转。驱动转子所需的转矩由外部马达提供，并通过旋转轴传递到在泵壳体内旋转的转子。类似地，在传统涡轮机设计中，流体流和压力施加到转子(在涡轮机的情况下，该转子也称为“转轮”)，使转子在固定的涡轮机壳体内旋转，并且由转子产生的旋转和扭矩通过旋转轴传递到外部发电机。

这些方法的困难之一在于，它们需要在旋转轴穿过固定的泵壳体或涡轮机壳体的位置处使用动态密封件来保持压力边界。这种密封是泄漏和其它失效模式的根源。此外，需要刚性基板以允许泵与马达或涡轮机与发电机被安装并彼此对准，从而避免振动问题。即使具有刚性基板，泵或涡轮机上的喷嘴负载也会引起马达或发电机与机械密封件之间的对准问题。

通过不包括轴密封件的设计，可以避免这些困难。例如，磁耦合传动不需要泵或涡轮轴上的动态密封，因为马达或发电机通过泵壳体磁耦合到内轴，该内轴由位于壳体内的产品润滑的轴承支撑。然而，这些设计仍然需要仔细地将马达或发电机与转子壳体对准，以尽可能有效地将马达或发电机与转子轴连接。而且，用于磁耦合的部件增加了设计的复杂性和成本。

完全避免动态轴密封的另一种方法是使用集成(integral)设计，其中马达或发电机与转子包括在同一壳体内，使得不需要轴密封。这些集成的所谓“无密封马达”或“无密封发电机”方法中的一些使用径向场马达或发电机设计，由此磁体附接在转子的外径处或附近，转子密封在薄壁“罐”内，并且位于该密封罐外部的电磁定子围绕所述转子。然而，径向场设计必然需要显著增加转子壳体的直径和长度。集成泵设计的另一种方法是实施轴向场马达或发电机设计，由此，盘式(disk)或“薄饼”永磁体、无刷DC马达或发电机包括在转子壳体内，以提供高功率密度，并产生可能的最紧凑和重量轻的单级泵或涡轮单元。

然而，集成式无密封马达泵或无密封涡轮发电机的马达或发电机线圈可能难以被冷却。通常，必须在壳体内提供特殊的流动路径，以使一些工作流体通过浸没轴承中的凹槽和/或通过另一适当的路径分流，以吸收从马达或发电机的线圈产生的热量。分流的工作流体通过来自定子壁的对流而被加热，并且将热量从定子带走，以便与未分流的工作流体一起排出。

不幸的是，当分流的流体通过邻近定子壁的通道、通过中空的旋转轴、通过轴承和/或通过其它适当的通道时，由于流体加热和/或由于从排出压力到吸入压力的转变而产生的压降的组合，而可能导致发生相变。由此，暴露于蒸气相的流体会导致马达/发电机过热和/或轴承故障。此外，将泵输出或涡轮机输入的某一部分分流到冷却流中的要求必然会降低泵或涡轮机的效率。

在本发明之前的包括机械集成式马达或发电机的泵和涡轮机的另一个缺点是，每个泵或涡轮机设计都必须需要相应的集成式马达或发电机设计。因此，当引入新的泵或涡轮机设计时，即使新的马达或发电机的转矩和电力需求与现有设计相比保持不变，也必须引入新的马达或发电机设计。并且，如果需要同时生产和/或支撑多个这种泵或涡轮机，则必须为不同的马达和发电机设计保持单独的生产和/或库存。

除了上述讨论的问题之外，在集成和非集成泵和涡轮机的设计中遇到的另一个普遍问题是如何扩大现有泵或涡轮机设计的容量，以满足新应用的要求，这通常需要重新设计转子的物理形状和尺寸、以更高的速度操作转子和/或增加额外的转子。

由泵产生的总压头是转子直径及其转速的函数，而对于给定转子直径和速度情形下的流量输送由转子宽度确定。对于给定的转子设计，最大转子速度受到马达能够产生的扭矩量的限制。旋转速度也受到用于驱动马达的逆变器的频率限制和在转子入口处可用的NPSH(净正吸入压头，Net Positive Suction Head)的限制。

类似地，在涡轮发电机的情况下，在与发电机相关联的逆变器或其他控制电子器件的控制下，该发电机根据旋转磁体与发电机线圈之间的电磁耦合将“载荷”施加于涡轮机转子上，使得发电机的最大输出取决于转子能够传递至发电机的最大扭矩，对于给定流体流量的情形，该最大扭矩取决于转子直径和宽度。

因此，一种增加泵或涡轮机的输出的方法是增加转子的尺寸和马达或发电机的容量。然而，由该方法产生的额外的尺寸和体积可能是有问题的。

当需要较高流体压力或发电机输出时，通过使用高速运行的小直径转子，可以减小泵或涡轮机的转子壳体和其它部件的尺寸和体积。然而，这种方法不能用于无密封马达和发电机设计，因为转子也是马达或发电机的部件。具体地，在轴向无密封设计中，较小直径的转子提供了用于安装永磁体或感应磁体的较小的可用圆盘面积，从而限制了由马达产生的扭矩，或由发电机产生的电功率。另一个限制是，能够输送一定范围的压力和流量的无密封马达设计(磁性转子和定子)以及能够在一定范围的压力和流量有效运行的无密封发电机设计是相对不可行的。

因此，对于轴向马达无密封泵或涡轮机，由转子提供的泵压头或涡轮机输出仅可通过增大转子的直径来增大。然而，这种方法增加了设备的体积，因为它需要使用更大且更厚的转子壳体和其它结构部件来容纳更大的部件和更高的流体压力。

通过扩大转子的数量来增加输出对于任何泵或涡轮机设计也是有问题的。在非集成式多级泵或涡轮机中，由单个大型马达通过公共轴向多个转子提供扭矩，或者单个大型发电机通过公共轴从多个转子接收扭矩。这种方法通常需要大且笨重的马达或发电机，并且，随着转子级数的增加，还需要必须增大轴的直径且增加长度，以能够适应所有转子的组合扭矩和重量。

无论是水平布置还是竖直布置，这些具有多个转子级的长轴都需要更大的轴承，并且增加了轴承故障的可能性。此外，多级泵的长轴会导致与轴偏转和临界速度相关的各种转子动力问题。由于这些问题以及其它原因，每个多级泵设计仅适用于指定的最大级数，并且不能容易地按比例缩放以适应不同级数的要求。换言之，现有设计的缩放通常需要新的泵或涡轮机设计。

此外，细长轴的多级方法要求所有转子以相同的速度旋转，这会限制设计的效率和/或NPSH(净正吸入压头)性能。此外，多级泵中的任何一级的故障将导致整个泵或涡轮机的立即且完全的故障。

当然，设计和实施多级集成或非集成泵或涡轮机的一个备选方案是简单地将多个单级泵或涡轮机串联和/或并联地互连。在泵的情况下，每个串联泵的输出变成下一个泵的输入，这进一步增加压力，而并联配置的泵的输出被组合以增加输出流量。在涡轮机的情况下，流体串联或并联地流过转子，并且涡轮发电机的电输出串联和/或并联组合，以产生更高的总输出电压和/或电流。

然而，这种将多个泵或涡轮机组合成多级装置的方法需要使用庞大且复杂的流体互连或歧管，从而消耗了过多的空间。此外，由于软管和/或其它流体连接的数量以及因此泄漏和/或其它故障模式的风险随着泵或涡轮机的数量增加而增加，导致设备的可靠性降低。

已经提出，无密封盘马达泵可在公共壳体内包括多于一个的马达。然而，无密封盘马达设计的流体互连和马达/发电机冷却要求往往将该方法限制为至多仅两级。

例如，参考图1，已经提出的一种方法包括在单个无密封马达设计100内的两个离心泵级，其中每一级由其自己的马达102驱动，并且其中该两级背对背地定位，使得两个马达102被包括在壳体112内的公共中心空间内，使得它们可以由公共的工艺流动路径104冷却。在图1所示的例子中，两个转子106朝向相反的方向，并且每个转子包括连接到其后侧的永磁体110。

在此方法的一些版本中，马达102由单独的变频驱动器(“VFD”)114控制，且转子106中的每一者围绕单独的固定轴108旋转。在其它形式中，马达共用公共控制器和/或轴。通过将两个马达102放置在相同的空间内，在该方法中的冷却路径104仅比单级集成马达设计中的冷却路径稍微复杂，并且由于将流动转向到冷却路径中而导致的效率损失被最小化。然而，这种方法本质上仅限于两级，并且没有明显的方法用于将该设计扩展到超出两级的限制。

因此，需要的是一种紧凑且模块化的集成式“无密封”泵或无密封涡轮机设计，使得多于两个泵或涡轮机模块(优选地多达任意多的数量)可以串联组合，而其间没有庞大的流体互连。在实施例中进一步优选的是，很少或没有工艺流体从主流动路径转移以用于冷却每个模块内的马达或发电机；模块中的转子单独旋转；和/或，模块中的马达/发电机是单独可控的。还希望的是，与泵或涡轮机模块成集成的马达或发电机本身也应该是模块化的，使得相同的马达或发电机设计可以结合到不同的泵或涡轮机设计中。

发明内容

本发明是一种“无密封”马达泵(motor pump)或无密封涡轮发电机(generatorturbine)，其被配置为具有“同心”流动设计的高度紧凑模块。所公开的模块化设计使得多于两个(优选地多达任意大的数量)的泵或涡轮机模块能够串联地组合，而在它们之间没有庞大的流体互连，并且每个模块中的转子在其自身的轴或其它支撑件上单独地旋转。在实施例中，很少或没有工艺流体(process fluid)从主流动路径转移以用于冷却每个模块内的马达或发电机。在各种实施例中，模块化的马达或发电机中的转子是可单独控制的。在实施例中，与泵或涡轮机模块集成的马达或发电机本身是模块化的，使得相同的马达或发电机设计可结合到不同的泵或涡轮机设计中。

根据本发明，马达或发电机的线圈壳体，即定子壳体，被模块的外部壳体(即模块壳体)同心地围绕，从而在它们之间产生围绕马达或发电机线圈并且以马达或发电机的主轴线为中心的环形空间。工作流体通过基本上沿着主轴线定位的近侧入口轴向地进入模块，并且通过也基本上沿着主轴线定位的远侧出口从模块轴向地排出。在模块内，工作流体对称地流过围绕马达或发电机线圈的定子壳体，并通过围绕该定子壳体的圆周对称地布置的多个基本相同的流动通道，或者通过围绕定子壳体的单个环形流动通道。这种在围绕马达或发电机线圈的区域中的流动通道的对称分布提供了紧凑的设计，其中模块壳体的直径仅适度地大于马达或发电机的定子壳体的直径。

在适于与相对冷的工作流体一起使用的各种实施例中，流动通道或单个环形流动通道与马达或发电机线圈的壳体直接热接触，从而直接冷却马达或发电机线圈。在这些实施例的一些中，使超过80％的工作流体与马达或发电机线圈壳体热接触，并且马达或发电机线圈壳体的至少20％与工作流体热接触。在各种实施例中，使超过90％的工作流体与马达或发电机线圈壳体热接触，并且马达或发电机线圈壳体表面的至少50％与工作流体热接触。

在适于与热工作流体一起使用的多通道实施例中，在多个基本相同的流动通道中的每一个与马达或发电机线圈的壳体之间提供热绝缘。在一些这种实施例中，冷却流体在环形空间中围绕马达或发电机线圈壳体循环，使得冷却流体与马达或发电机线圈的壳体直接接触，从而冷却马达或发电机线圈，并保护它们免受热工作流体的任何残余加热。

在其它实施例中，热工作流体流过单个环形流动通道，在环形流动通道和马达或发电机线圈的壳体之间提供了热绝缘，并且在一些这种实施例中，单独的冷却流体循环通过设置在绝热层下方的冷却环或冷却通道。

在实施例中，本发明的同心设计被实现为高度紧凑的模块，其可以单独使用或与多个相同的模块串联使用，以形成多级泵或涡轮机，其中每一级包括转子和相关联的马达或发电机。这种模块化设计允许将模块组合成任意级数，而不会增加额外的复杂性或使装置的设计、操作和维护复杂化。特别地，因为每个模块中的转子由专用轴或其它支撑件支撑，所以高的级数不会引起关于轴尺寸、轴偏转、转子动力学、轴承负载、马达对准或级之间的对准的任何问题。

在一些实施例中，每个模块的转子固定到旋转轴。在其它实施例中，每个模块的轴是固定的，并且转子例如在轴承上围绕轴旋转。例如，用于每个模块的轴可以插入为穿过转子轮毂并且螺纹连接到模块壳体中，这便于容易地组装和维护而不需要特殊工具。

某些实施例包括具有倒置转子/定子构造的模块，由此转子和定子两者可在相反方向上彼此独立地旋转。一些实施例包括单独旋转的定子和/或扩压器(diffusers)。在这些实施例的一些中，扩压器以类似于专利申请US15/101,460所公开的方式实施，该专利申请的全部内容通过引用包括在此以用于所有目的。

在其它实施例中，所公开的模块不包括轴。相反，转子前部上的耐磨环间隙用作主要的径向和轴向轴承。由此，转矩直接从马达的电磁体定子线圈传递到转子或传递到马达的电磁体定子线圈，或者电磁能量直接从转子传递到发电机，而不使用旋转轴。

在一些实施例中，所公开的泵或涡轮机模块包括径向马达或发电机设计，由此多个永磁体附接在转子的周边处或附近，并且转子由电磁体定子围绕。在其它实施例中，所公开的模块包括轴向“盘”或“薄饼”马达或发电机，由此多个永磁体附接到转子的后侧，并且在转子旋转时，使多个永磁体靠近(pass close to)轴向相邻的定子的电磁线圈。包括永磁马达或发电机的一些实施例还包括变速驱动器，其使得模块的同步操作速度能够上升到3600rpm以上。

其它实施例包括使用非永磁体的感应马达或发电机，例如“鼠笼式”转子线圈，其中在泵或涡轮机操作期间由定子电磁体感应电流。

在实施例中，使用静态密封方法将马达或发电机线圈与工作流体密封，这消除了对动态机械密封的任何需要，并且避免了否则将由此引起的对准、泄漏和/或维护的问题。

具有离心设计的各种实施例包括径向流动转子。这些实施例中的一些包括具有高达2,000US单位、4000US单位或甚至5000US单位的特定速度的转子。其它实施例包括具有径向磁通马达或发电机设计和更高比速的混合流转子设计的级。

在实施例中，转子通过设置在每个模块化级中的产品润滑轴承轴向地和径向地定位，这允许每级中的轴承被设计成仅处理来自该级的负载。该方法完全消除了由于多级布置中的组合级负载而使轴承过载的风险，并且提供了更紧凑的设计，因为不需要使用过大尺寸的轴承。在实施例中使用工作流体作为轴承的润滑剂还消除了对外部油润滑系统的需要，并且大大简化了整个泵的设计。在实施例中，使用组合的径向和单向推力轴承来代替单独的轴向和径向轴承。

在各种实施例中，多级设备中的马达或发电机是可单独控制的。实施例包括多个变频驱动器，并且在这些实施例中的一些中，每一级中的电动机或发电机由专用VFD独立地控制。这些实施例的一些中的关键益处之一在于，第一级可以以比设备的其余部分低的速度运行，以便适应低的净正抽吸头(“NPSH”)和非高峰工况。在一些应用中，仅改变最后级的速度提供了精确控制输出压力和/或流量的有用方法。

为每一级提供单独的VFD驱动器也可以用作故障安全冗余，由此如果一级故障，则其余的将继续操作并且设备将继续运行。在泵或涡轮级失效之后的继续运行可具有减小的压头和流量，或者可增大其余级的速度以补偿失效级的损失的压头和流量。这种方法产生了故障场景，其中泵或涡轮机可能以减小的压头和流量继续操作，直到操作者在意识到级故障之后有时间安全地关闭系统。相反，传统泵或涡轮机中的一个级的故障将导致整个设备的故障，从而导致性能的完全损失和系统的突然的、不受控制的停机。在各种实施例中，使用无传感器马达以及适当的VFD还减少了每一级上所需的仪器。

在各种实施例中，包括在每个模块中的马达或发电机在设计上是模块化的，由此给定的马达或发电机设计可结合到多个不同的泵或涡轮机设计中。特别地，包括在马达或发电机中的多个永磁体或其他磁性装置包括在可拆卸的模块化磁性结构中，该磁性结构可在轴向和旋转方向上被限制为与泵或涡轮机的转子协同。磁性结构的轴向和旋转约束可以通过本领域已知的能够相对于转子轴向和旋转地约束磁性结构的任何方式来实现。实施例包括轴向约束磁性结构的卡环和将磁性结构旋转地固定到转子的一个或多个销。其它实施例包括磁性结构螺纹附接到转子或者通过螺钉或螺栓的附接，由此磁性结构在轴向和旋转两者上受到约束。这些实施例中的一些还包括电气端口，该电气端口可在马达或发电机外壳与泵或涡轮机外壳之间形成密封通道，以便为电导线和/或控制线提供路径，以在定子与泵或涡轮机的外部环境之间延伸。

在实施例中，磁性结构和/或包含定子线圈的马达或涡轮的定子部分是模块化的且完全密封的，从而仅需要彼此接近地机械附接到泵或涡轮机的壳体上。在各种实施例中，本发明的密封模块化磁性结构和/或密封模块化定子组件可以以不同的组合实施，使得不必在每次设计新的泵或涡轮机模块时配置磁性结构和/或定子组件的新实例。

本发明的第一总体方面是具有集成马达或发电机的无密封泵或涡轮机模块。该模块包括位于模块的近端处的入口、位于模块的远端处的出口、围绕模块的模块壳体、悬置于(suspended)模块壳体内的转子、以及模块壳体内的被配置为驱动转子的旋转的马达，或者模块壳体内的被配置为由转子的旋转驱动的发电机，其中入口在模块的中心轴线上，出口在模块的中心轴线上。

所述马达或发电机包括位于密封的定子壳体内的定子，所述定子包括至少一个朝向所述转子的电磁体，所述定子壳体可移除地轴向地、径向地和旋转地固定到所述模块壳体，形成在所述定子壳体中并且被配置成当所述定子壳体固定到所述模块壳体时与该模块壳体形成密封的电气端口，所述电气端口提供密封通道，电导体能够被引导通过所述密封通道以用于所述至少一个电磁体与所述模块壳体外部的设备之间的互连，组装在磁性结构中的多个磁性装置，所述磁性结构被可移除地约束成轴向地固定并且旋转地与所述转子协同，所述磁性装置由所述磁性结构配置成随着所述转子旋转而接近所述至少一个电磁体，以及关于所述定子壳体对称地分布的流动路径，

此外，该模块被配置成引导工作流体从入口通过流动路径到出口的流动，使得工作流体在流动路径内流过定子时关于定子壳体对称地分布。

在实施例中，流动路径是围绕定子壳体的环形流动路径。

在上述任一个实施例中，流动路径可包括围绕定子壳体对称布置的多个流动通道。

在上述任一个实施例中，转子可由可旋转轴悬挂，并且转子可固定到轴，或者转子可由固定轴悬挂，并且转子可被构造成围绕轴旋转。

在转子由固定轴悬挂并且转子构造成围绕轴旋转的实施例中，转子可以通过一对轴承支撑在固定轴上，其中一个轴承保持转子的轴向位置，而另一个轴承提供转子的径向支撑，或者转子可以通过单个单向推力轴承轴向和径向支撑在固定轴上。在这些实施例的任何一个中，转子可以通过由工艺流体润滑的至少一个轴承支撑在固定轴上。在这些实施例的任一个中，固定轴可以通过螺纹连接固定到定子壳体和模块壳体中的至少一个。

在上述任一个实施例中，磁性装置可以是永磁体或鼠笼式线圈。

在上述任一个实施例中，流动路径可以在定子壳体的表面的至少50％上延伸，并且使得从入口到出口流动通过模块的工作流体的至少90％流动通过定子壳体而与定子壳体直接热接触。

在上述任一个实施例中，模块可被配置为要求从入口流到出口的所有工作流体流过流动路径。

上述任一个实施例还可包括插入在流动路径和定子壳体之间的绝热层，以及形成在绝热层和定子壳体之间的冷却流体路径，冷却流体路径与定子壳体热连通并且构造成使得能够在定子壳体和流过冷却流体路径的冷却流体之间进行热交换。

在上述任一个实施例中，定子可被构造成独立于转子并沿与转子的旋转方向相反的方向旋转。

上述任一个实施例还可包括扩压器，该扩压器与转子协同但由单独的扩压器马达驱动，且由此能够独立于转子旋转。

在上述任一个实施例中，定子的电磁体可以指向转子的径向外围，并且磁性装置可以固定在转子的径向外围附近，或者定子的电磁体可以指向转子的一侧，并且磁性装置可以固定在转子的该侧或者固定在与转子的该侧同轴并且邻近转子的该侧的盘上。

并且，在上述任一个实施例中，磁性结构可以被密封，从而阻止工作流体到达磁性装置。

本发明的第二总体方面是一种包括多个互连模块的多级设备。每个模块包括位于模块的近端处的入口，该入口位于模块的中心轴线上；出口，所述出口位于所述模块的远端处，所述出口位于所述模块的中心轴线上；围绕所述模块的模块壳体；转子，所述转子悬置在所述模块壳体内。

每个模块还包括在模块壳体内的马达，其构造成驱动转子的旋转，或者包括在模块壳体内的发电机，其构造成由转子的旋转驱动。所述马达或发电机包括位于密封的定子壳体内的定子，所述定子包括至少一个朝向所述转子的电磁体，所述定子壳体能够轴向地、径向地和旋转地可移除地固定到所述模块壳体；电气端口，所述电气端口形成在所述定子壳体中并且被配置成当所述定子壳体固定到所述模块壳体时与所述模块壳体形成密封，所述电气端口提供密封通道，电导体能够被引导通过所述密封通道以用于所述至少一个电磁体与在所述模块壳体外部的设备之间的互连；多个磁性装置，所述多个磁性装置组装在磁性结构中，所述磁性结构被可移除地约束成与所述转子轴向固定且在旋转方向上协同，所述磁性装置由所述磁性结构构造成在所述转子旋转时接近所述至少一个电磁体；以及关于定子壳体对称分布的流动路径。

此外，每个模块被配置成引导工作流体从入口通过流动路径流动到出口，使得工作流体在流动路径内流动经过定子时关于定子壳体对称地分布。

在该总体方面的实施例中，模块的马达或发电机中的至少两个可被独立地控制，以便使相应的转子以不同的速率旋转。并且在这些实施例的一些中，两个独立控制的马达或发电机由单独的变频驱动器控制。

在该总体方面的上述任一个实施例中，模块可被配置成使得尽管包括在设备中的模块中的至少一个发生故障，但设备作为整体能够继续用作泵或用作涡轮即。

该总体方面的上述任一个实施例还可包括向模块中的至少两个提供共享支持的控制电子器件。

在该总体方面的上述任一个实施例中，多个互连模块可包括至少三个互连模块。

并且在该总体方面的上述任一个实施例中，每个模块中的磁性结构可以被密封，从而阻止工作流体到达磁性装置。

本文所述的特征和优点并非包括一切，且明确地说，所属领域的技术人员将鉴于附图、说明书和权利要求书而明白许多额外特征和优点。此外，应当注意，在说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的而选择的，而不是为了限制本发明主题的范围。

附图说明

图1是按比例绘制的由专用冷却流冷却的现有技术两级集成马达泵的横截面图；

图2A是具有径向马达设计的本发明的单级模块的简化截面图；

图2B是按比例绘制的本发明的具有轴向马达设计的两级实施例的侧面观察的横截面图；

图2C是与图2B类似的实施例中的转子组件之一的从侧面按比例绘制的分解剖视图；

图2D是按比例绘制的图2C的转子组件的按比例绘制的分解立体图；

图2E是按比例绘制的图2C的转子组件的分解立体截面图。

图2F是与图2B的实施例类似的实施例的定子组件中的一个按比例绘制的前部立体图；

图2G是按比例绘制的图2F的定子组件的侧面立体图；

图2H是包括通过环形空间的环形流动路径的实施例的简化剖视图；

图2I是类似于图2H的截面图，但包括附加的同心绝热层和同心冷却环形通道；

图2J是包括多个流动路径的实施例的简化剖视图，所述多个流动路径围绕马达或发电机的线圈壳体均匀分布并且与其绝热；

图3是类似于图2的实施例的按比例绘制的横截面图，但包括单独的冷却流动路径(冷却路径未按比例绘制)；

图4是类似于图2的实施例的按比例绘制的横截面图，但在工艺流动路径中包括导流叶片；

图5是按比例绘制的图2C至图2G的泵的外壳的立体图；

图6A是按比例绘制的本发明的具有模块化马达设计的两级实施例的从侧面观察的剖视图；

图6B是图6A的实施例的转子和磁性结构组件之一的从按比例绘制的侧面的剖视图；

图6C是图6B的转子和磁性结构的按比例绘制的从侧面看的分解剖视图；

图6D是从图6C的转子和磁性结构的侧面和前面按比例绘制的分解立体图；

图6E是从图6D的转子和磁性结构的侧面和后面按比例绘制的分解立体图；

图6F是从图6A的定子组件中的一个的侧面和前面按比例绘制的分解立体图，其中后板被移除；

图6G是从图6F所示的定子组件的侧面和前面按比例绘制的分解立体图，其中示出了后板被焊接到位；

图6H是从图6G的具有焊接后板的定子组件的侧面和后面按比例绘制的分解立体图；

图6I是按比例绘制的图6A至图6H的泵的外壳的立体图；

图7A是按比例绘制的四个模块泵的立体图，该四个模块泵的设计与图6A至图6H的泵不同，但是结合了与图6A至图6H的泵模块中所包括的相同的模块化定子和磁性结构设计；

图7B是从按比例绘制的图7A的泵的单个模块的侧面按比例绘制的剖视图；以及

图7C是从图7B的模块的按比例绘制的侧面按比例绘制的分解剖视图。

具体实施方式

本发明是一种“无密封”马达泵或无密封涡轮发电机，其被配置为具有“同心”流动设计的模块。作为一种示例，图2A中示出了本发明的泵实施例200。在图中可以看出，马达线圈212的壳体204(即定子壳体204)被模块的壳体218围绕，在它们之间形成环形空间202。根据本发明，工作流体围绕环形空间202分布，或者在多个流动通道之间分布，或者通过单个环形流动通道分布。环形空间202中的工作流体的分布可以关于定子壳体204对称。在图2A的实施例中，环形空间202用作环形流动通道202，工作流体通过该环形流动通道从入口222流到出口224。

在图2A的实施例中，环形流动通道202与马达线圈212的壳体204直接热接触。这种构造适合于工作流体相对较冷的应用。在所示的实施例中，工作流体由转子206引导，以在模块的马达线圈壳体204上方和周围穿过环形流动通道202，使得马达线圈212通过转子206的排放而直接冷却，并且不需要单独的专用冷却流体。

在实施例中，本发明的同心设计被实施为独立的、高度紧凑的模块，其可以如图2A所示地单独使用，或者如图2B所示地与多个相同的模块组合以形成多级泵或涡轮机。这种模块化方法使得能够将设计扩展到任意级数，而不会对设备的设计、操作和维护增加额外的复杂性或复杂度。特别地，高的级数不会引起关于轴尺寸、轴偏转、转子动力学、轴承负载、马达对准或级之间的对准的任何问题。

更具体地，图2B示出了两级泵实施例220，其中，每一级200中的马达212的中心轴线与固定轴208基本上共线，转子206绕该固定轴208旋转，使得来自转子206的工艺流体通过形成在每一级200中的定子壳体204和泵壳体218之间的环形流动通道202轴向地流过定子壳体204。为了便于说明，虽然在图2B中仅示出了两个泵级200，但应当理解是，该实施例可扩展到任意数量的泵级200。

在一些多级实施例中，每一级200中的转子206被独立地驱动，使得每一级200的转子速度可被单独地控制。例如，单独的变频驱动器(“VFD”)216可以专用于控制泵的每一级200。

在图2B的实施例中，在泵220的每一级200中，多个永磁体210直接附接到转子206的后侧，并且随着转子206的旋转而靠近相邻定子212的电磁线圈212。在其它实施例中，转子206包括利用非永磁体210的感应马达，例如“鼠笼式”转子线圈，其中在泵或涡轮机操作期间，由定子电磁体212感应出电流。由此，在不使用旋转轴的情况下，扭矩直接从电磁马达线圈212传递到转子206，或者电磁能量从转子传递到发电机线圈。在实施例中，使用静态密封方法(未示出)将马达线圈212与工作流体密封，这消除了对动态机械密封的任何需要，并且避免了这种密封引起的对准、泄漏和/或维护的问题。

在图2B的实施例中，通过产品润滑轴承214提供了转子206在每一级中的轴向和径向定位。通过对每个转子级200使用单独的轴承214，每个级200中的轴承214可设计成仅承受来自该级的负载，并且完全消除了多级布置220中的组合级负载引起的轴承过载的风险。在实施例中，使用工作流体作为轴承214的润滑剂，消除了对外部油润滑系统的需要，并且大大简化了整个泵的设计和维护。

图2C至图2E分别是类似于图2B的实施例中的一个转子组件中的侧视分解剖视图、分解立体图和分解立体剖视图。在所示实施例中，磁体210包括在磁体结构252中，该磁体结构252还包括磁体“背铁”236和磁体结构盖板238。组装的磁体结构252安装在设置于转子206中的环形腔240内。

图2F和图2G分别是图2B至2E的实施例的一个定子组件中的前部立体图和侧部立体图。定子线圈(未示出)缠绕在线圈腔250内的绕线模242上，并由定子盖板244覆盖。来自线圈212的电导线被引导通过电气端口246，该电气端口246从线圈腔250的内部延伸通过定子后凸缘，该定子后凸缘被密封到泵或涡轮机壳体200。在实施例中，定子线圈212封装在线圈腔250内。

在一些实施例中，例如图2A，每一级中的转子206固定到旋转轴208上。在其它实施例中，例如图2B，每一级中的轴208插入为穿过转子206的转毂并固定到马达或发电机线圈壳体204，并且转子206围绕该轴208(例如在轴承214上)旋转。这种方法便于容易地组装和维护，而不需要特殊工具。在类似的实施例中，轴208是带螺纹的或以其它方式由泵或涡轮模块壳体218支承，或由泵或泵模块壳体218和马达或发电机定子壳体204的任何组合支承。

某些实施例包括具有倒置转子/定子构造的模块200，由此转子206和定子212两者可在相反方向上彼此独立地旋转。一些实施例包括多个转子206，其固定到共同的固定或旋转轴208，与单独旋转的定子和/或扩压器组合。在这些实施例的一些中，扩压器以类似于专利申请US15/101,460公开的方式实施，该专利申请的全部内容通过引用包括在此，并用于所有目的。

在另外的实施例中，不设有轴208，并且作为替代，在每个转子206的前部上的耐磨环间隙用作主要径向和轴向轴承。由此，转矩直接从或向马达的电磁体定子线圈212传递到转子，或者电磁能量从转子206传递到发电机的线圈212，而不使用旋转轴。

图2H是具有环形流动通道的实施例的简化横截面图，类似于图2A，其中横截面是通过沿垂直于马达主轴线的泵马达线圈212截取的。

图2A至图2H的实施例适用于相对较冷的工作流体，其中，环形流动通道202使工作流体与马达或发电机线圈壳体212直接热接触，从而冷却马达或发电机线圈。在图2A至图2H中，超过80％的工作流体与马达或发电机线圈壳体212热接触，并且马达或发电机线圈壳体212的至少20％与环形流动路径202热接触。在各种实施例中，使超过90％的工作流体与马达或发电机线圈壳体204热接触，并且马达或发电机线圈壳体表面204的至少50％与环形流动路径202热接触。

参考图2I，在预期高温工作流体的一些实施例中，通过在环形流动通道202和马达或发电机线圈212的壳体204之间包括额外的同心绝热层228来修改图2H的设计。在这些实施例的一些中，在绝热层228和线圈壳体204之间进一步形成同心冷却环形通道234，通过该同心冷却环形通道，诸如水或冷却油的冷却流体可以从入口230循环到出口232。

参考图2J，在其它实施例中，工作流体在围绕定子壳体204圆周对称地布置在环形空间202内的多个基本相同的流动通道226之间分配。在图2J的实施例中，流动通道226由模块壳体壁218形成。类似于图2I，图2J的实施例还包括同心的环形绝热层228和同心的冷却环形通道234。

参考图3，在实施例中，少量的工作流体通过单独的冷却路径300转移，在该冷却路径中，工作流体被冷却，然后循环通过与定子壳体204热接触的同心环形冷却通道234，以冷却马达线圈212。在类似的实施例中，诸如水或冷却油的单独的冷却流体循环通过冷却路径300而不使任何工作流体转移。

在各种实施例中，马达或发电机线圈212的流体冷却允许系统以高温工作流体操作，并且还使得系统能够在整个泵或涡轮机中提供更高的性能极限和更大的功率密度，即使工作流体的温度没有升高。

参考图4，该实施例包括导流叶片400，如果流动通道是环形的，则导流叶片在环形流动空间202中；或者在流动路径中的其它地方。在所示的实施例中，导流叶片400控制工艺流体在马达或发电机线圈212的端部处的同心流动路径的一部分中的流动，其中流动路径径向向内转向模块的中心轴线。导流叶片400将流动路径分成多个单独但对称的路径，直到流体流到达中心轴线并且通过出口224轴向流出并进入下一级200。在实施例中，导流叶片400将流动路径内的工艺流体引导成紧密接近马达或发电机定子壳体204。

导流叶片400还可以提供壳体壁，该壳体壁可以用于将电力电缆从密封的马达或发电机212、穿过流体通道202、并且从泵壳体218出来引导到变频控制器216。在实施例中，导流叶片400还用作翅片，从而提供额外的对流表面积以冷却马达或发电机线圈212，并且/或者为连接到外部冷却流体源的集成式冷却通道300提供空间。

图5是图2C-2G的泵的外部的立体图。

参考图6A，在各种实施例610中，马达或发电机是模块化设计的，由此给定的马达或发电机设计可以结合到多个不同的泵或涡轮机设计中。在图6的示例中，与马达的转子协作的多个磁性装置210被结合在可拆卸磁性结构600中，该磁性结构600能够被固定到泵200的转子206和从其移除。磁体结构600与转子的连接可以通过本领域已知的任何方式实现，其中能够相对于转子轴向地和旋转地约束磁性结构600。一些实施例包括磁性结构螺纹附接到转子，这轴向地和旋转地约束磁性结构。在图6的实施例中，磁性结构600通过螺栓602附接到转子206，所述螺栓将磁性结构600轴向地且旋转地约束到转子206。

图6A的实施例还包括电气端口608(见图6H)，其提供了从定子壳体204内的容纳定子线圈212的空隙250延伸通过定子壳体204的后凸缘248的密封通道，从而为电导线606和/或控制线提供了在定子线圈212和泵200的外部环境之间延伸的路径。在图中可以看出，定子壳体204包括螺栓连接并密封到其后端的凸缘248。该凸缘248包括母座604，电气端口608插入其中，并且电气端口608与其形成O形环密封。

在实施例中，磁性结构600和/或包含定子线圈的马达或涡轮机的定子部分204是模块化的且完全密封的，从而仅需要彼此接近地机械附接到泵或涡轮机的壳体200。在各种实施例中，本发明的密封模块化磁性结构600和/或密封模块化定子组件204可以以不同的组合实施，使得不必在每次设计新的泵或涡轮机模块时配置磁性结构600和/或定子组件204的新实例。

图6B是图6A所示的转子206和磁性结构600之一在组装时的放大剖视图。图6C是图6B的转子206和磁性结构600的横截面分解图。图6D和图6E是图6B的转子206和磁性结构600的前和后分解立体图。图6F是从图6A的一个定子组件中的前面观察的放大分解立体图，示出了与泵壳体的后凸缘248的关系。可以看出，位于工艺流体的出口流动路径中的导流叶片400固定到后凸缘248，其中模块的后板244已经被移除以露出内部。图6G与图6F相同，除了后板244已经被焊接到位，从而完成密封的定子组件。图6H是从图6G的定子组件的后部观察的放大分解立体图。在图中可以清楚地看到用作定子线圈引线606的通道的电气端口608。图6I是图6A的完全组装的泵610的立体图。

图7A是四个模块的泵设计700的立体图，其与图6A至图6H的泵有很大的不同。图7B是图7A的泵的单个模块708的横截面图，图7C是图7B的模块708的分解横截面图。在图中可以看出，扩压器702包括在所示的设计中，并且后凸缘248、泵转子206、定子壳体204和泵壳体218都与图6A至图6H中所示的设计完全不同。然而，图7A至图7C的泵700包括与图6A至图6H中所包括的基本相同的模块化马达部件。唯一的小差别在于，在所示实施例中，卡环704用于轴向地约束磁性结构600，并且销706用于旋转地约束磁性结构600。然而，显然，螺栓可用于约束磁性结构，如图6A至图6H所示，仅需对设计进行微小的修改。

在图2B、图4、图6A和图6H中，仅示出了两个泵模块200，而图7的泵700包括五个模块。通常，可以容易地看出，在实施例中，任何数量的所公开的泵或涡轮机级200可以串联组合，而不增加泵或涡轮机200的设计、操作和维护的额外复杂性或复杂度。特别地，根据所公开的设计的较高级数不会引起关于轴尺寸、轴偏转、转子动力学、轴承负载、马达对准或级200之间的对准的任何问题。

某些实施例包括至少一些驱动电子器件，这些驱动电子器件在多于一个级之间共享。例如，在一些实施例中，AC功率通过一组公共的大型电子器件转换成DC功率，然后根据需要将DC功率分配给各个泵级或涡轮级。其它实施例包括多个变频驱动器(“VFD”)216，并且在这些实施例的一些实施例中，泵或涡轮机的每一级200中的马达或发电机线圈212由专用VFD216或其它控制器独立地控制。一些这种实施例中的关键益处之一在于，第一级可以以比泵的其余部分低的速度运行，以便适应低的净正吸入压头(“NPSH”)和非高峰工况。在一些应用中，仅改变最后级的速度提供了用于精确控制输出压力和/或流量的有用方法。

为每一级200提供单独的VFD驱动器216也可以用作故障安全冗余，由此，如果其中一级故障，则其余的将继续操作并且泵将继续运行。泵级故障后的继续运行可以具有减小的压头和流量，或者可以增加剩余泵级的速度以补偿故障泵级的损失的压头和流量。这种方法产生了故障场景，其中泵可能以减小的压头和流量继续操作，直到操作者在意识到泵级故障之后有时间安全地关闭系统。相反，传统泵或涡轮机中的一个级的故障通常导致整个泵或涡轮机的故障，从而导致性能的完全损失和系统的突然的、不受控制的停机。

在图2A的实施例中，马达为径向马达，其包括围绕转子的外周安装的永磁体，而在图中示出的其它实施例包括盘式或“薄饼”型转子206，其结合了定位在转子206的后表面后侧的永磁体210。在其它实施例中，可以使用感应马达。一些实施例包括变速驱动器，其使得泵级200的同步运行速度能够上升到3600rpm以上。

在附图所示的实施例中，泵级200是具有径向流动转子206的离心设计。一些这种实施例包括具有高达约2,000US单位的特定速度的转子，在一些实施例中，转子具有高达4000US单位，甚至5000US单位的速度。其它实施例包括具有径向通量转子设计的泵级200。

在附图所示的实施例中，使用组合的径向和单向推力轴承214代替单独的轴向和径向轴承。所示实施例包括固定轴208，其被插入为穿过转子206的转毂并拧入泵级壳体218中，这便于容易地组装和维护而无需特殊工具。在所示实施例中，使用无传感器马达以及适当的VFD驱动器216还减少了对每个级200上的仪器的任何要求。

本发明的某些实施例包括具有倒置转子/定子构造的模块化级200，由此转子和定子两者可在相反方向上彼此独立地旋转。并且，一些实施例包括例如利用驱动转子和扩压器的单独的马达单独旋转的定子和/或扩散器。在一些这种实施例中，扩压器以类似于专利申请US15/101,460所公开的方式实施。

如本领域所公知的，叶片泵和涡轮机通常在其物理设计上非常相似，使得泵和涡轮机之间的差异有时主要是使用问题而不是结构问题。因此，虽然在附图中示出的实施例是泵，但是在此参照涡轮机或泵讨论的本发明的特征应当被理解为等同地涉及这两者，除非上下文另有要求。

为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的实施例的上述描述。然而，无论应用程序内的形式或位置如何，该提交的每一页及其上的所有内容被表征、标识或编号，都被认为是本申请的用于所有目的实质性部分。本说明书不是穷举的，也不是要将本发明限制为所公开的精确形式。根据本公开，许多修改和变化是可能的。

尽管本申请以有限数量的形式示出，但是本发明的范围不限于这些形式，而是可以在不脱离本发明的精神的情况下进行各种改变和修改。本文所呈现的公开内容没有明确地公开落入本发明的范围内的特征的所有可能的组合。在不背离本发明的范围的情况下，本文公开的用于各种实施方案的特征通常可以互换并组合成不是自相矛盾的任何组合。特别地，在不背离本公开的范围的情况下，在以下从属权利要求中呈现的限制可以以任何数量和任何顺序与它们相应的独立权利要求组合，除非从属权利要求在逻辑上彼此不兼容。

Claims (26)

1.一种具有集成马达或发电机的无密封泵或涡轮机模块，所述模块包括：

入口，所述入口位于所述模块的近端处，所述入口在所述模块的中心轴线上；

出口，所述出口位于所述模块的远端处，所述出口位于所述模块的中心轴线上；

围绕所述模块的模块壳体；

转子，该转子悬置于所述模块壳体内；

马达或发电机，所述马达位于所述模块壳体内，并被配置成驱动所述转子的旋转，或者，所述发电机位于所述模块壳体内，并被配置成由所述转子的旋转驱动，所述马达或发电机包括：

定子，所述定子位于密封的定子壳体内，所述定子包括至少一个朝向所述转子的电磁体，所述定子壳体能够可移除地轴向地、径向地和旋转地固定到所述模块壳体；

电气端口，所述电气端口形成在所述定子壳体中，并被配置成当所述定子壳体固定到所述模块壳体时与该模块壳体形成密封，所述电气端口提供密封通道，电导体能够被引导通过所述密封通道以用于至少一个所述电磁体与在所述模块壳体外部的设备之间的互连；

多个磁性装置，所述多个磁性装置组装在磁性结构中，所述磁性结构被可移除地约束成与所述转子轴向固定且在旋转方向上协同，所述磁性装置由所述磁性结构构造成在所述转子旋转时接近至少一个所述电磁体；以及

流动路径，该流动路径关于所述定子壳体对称地分布；

该模块被构造成引导工作流体从所述入口通过所述流动路径流动到所述出口，使得工作流体在所述流动路径内流过定子时关于所述定子壳体对称地分布。

2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述流动路径是围绕所述定子壳体的环形流动路径。

3.根据权利要求1所述的模块，其中，所述流动路径包括关于所述定子壳体对称布置的多个流动通道。

4.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述转子由可旋转轴悬置，并且所述转子固定到该轴。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的模块，其中，所述转子由固定轴悬置，并且所述转子被构造成围绕该轴旋转。

6.根据权利要求5所述的模块，其中，所述转子通过一对轴承支撑在所述固定轴上，所述一对轴承中的一个保持所述转子的轴向位置，而所述一对轴承中的另一个提供所述转子的径向支撑。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的模块，其中，所述转子通过单个单向推力轴承轴向地和径向地支撑在所述固定轴上。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的模块，其中，所述转子通过由所述工艺流体润滑的至少一个轴承支撑在所述固定轴上。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的模块，其中，所述固定轴通过螺纹附接而固定到所述定子壳体和所述模块壳体中的至少一者。

10.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述磁性装置为永磁体。

11.根据除权利要求10之外的前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述磁性装置为鼠笼式线圈。

12.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述流动路径在所述定子壳体的至少50％的表面上延伸，并且使得从所述入口到所述出口流过所述模块的至少90％所述工作流体以与所述定子壳体直接热接触的方式流过。

13.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述模块被构造成要求从所述入口流动到所述出口的所有工作流体流动通过所述流动路径。

14.根据前述权利要求中任一项所述的模块，还包括：

绝热层，该绝热层介于所述流动路径与所述定子壳体之间；以及

冷却流体路径，所述冷却流体路径形成在所述绝热层与所述定子壳体之间，所述冷却流体路径与所述定子壳体热连通并且被构造成能够实现所述定子壳体与流过所述冷却流体路径的冷却流体之间的热交换。

15.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述定子构造成独立于所述转子并且沿与所述转子的旋转方向相反的方向旋转。

16.根据前述权利要求中任一项所述的模块，还包括扩压器，所述扩压器与所述转子协同但由单独的扩压器马达驱动，并且由此能够独立于所述转子旋转。

17.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述定子的所述电磁体指向所述转子的径向外围，并且所述磁性装置固定在所述转子的径向外围附近。

18.根据除权利要求17之外的前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述定子的所述电磁体指向所述转子的一侧，并且所述磁性装置固定到所述转子的所述一侧或固定到与所述转子的所述一侧同轴且邻近所述转子的所述一侧的盘。

19.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述磁性结构被密封，从而阻止所述工作流体到达所述磁性装置。

20.一种多级设备，包括多个互连模块，每个所述模块包括：

入口，所述入口位于所述模块的近端处，所述入口在所述模块的中心轴线上；

出口，所述出口位于所述模块的远端处，所述出口位于所述模块的中心轴线上；

围绕所述模块的模块壳体；

转子，该转子悬置于所述模块壳体内；

马达或发电机，所述马达位于所述模块壳体内的马达，并被配置成驱动所述转子的旋转，或者，所述发电机位于所述模块壳体内，并被配置成由所述转子的旋转驱动，所述马达或发电机包括：

定子，所述定子位于密封的定子壳体内，所述定子包括至少一个朝向所述转子的电磁体，所述定子壳体能够轴向地、径向地和旋转地可移除地固定至所述模块壳体；

电气端口，所述电气端口形成在所述定子壳体中，并被配置成当所述定子壳体固定到所述模块壳体时与该模块壳体形成密封，所述电气端口提供密封通道，电导体能够被引导通过所述密封通道以用于至少一个所述电磁体与在所述模块壳体外部的设备之间的互连；

多个磁性装置，所述多个磁性装置组装在磁性结构中，所述磁性结构被可移除地约束成与所述转子轴向固定且在旋转方向上协同，所述磁性装置由所述磁性结构构造成在所述转子旋转时接近至少一个所述电磁体；以及

流动路径，该流动路径关于所述定子壳体对称地分布；

该模块被构造成引导工作流体从所述入口通过所述流动路径流动到所述出口，使得工作流体在所述流动路径内流过定子时关于所述定子壳体对称地分布。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述模块的所述马达或发电机中的至少两个能够被独立地控制，以使相应的转子以不同的速率旋转。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，两个独立控制的所述电动机或发电机由单独的变频驱动器控制。

23.根据权利要求20-22中任一项所述的设备，其中，所述模块被配置成：包括在所述设备中的所述模块中的至少一个故障时，所述设备作为整体能够继续用作泵或用作涡轮机。

24.根据权利要求20-23中任一项所述的设备，进一步包括控制电子器件，所述控制电子器件向所述模块中的至少两者提供共享支持。

25.根据权利要求20-24中任一项所述的装置，其中，所述多个互连模块包括至少三个互连的模块。

26.根据权利要求20-25中任一项所述的设备，其中，所述模块中的每个模块中的所述磁性结构被密封，从而阻止所述工作流体到达所述磁性装置。

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