CN117006065A - 在闭环系统中加压流体的轴向磁通电动机驱动泵系统 - Google Patents
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Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本文公开了在闭环超临界传输总线内加压流体的泵系统。本文公开的泵系统的示例包括联接到叶轮轴的叶轮；包括转子和定子的轴向磁通电动机；连接到转子的转子轴，其中转子轴联接到叶轮轴；密封件，密封件防止流体接触轴向磁通电动机；第一壳体，第一壳体框定叶轮轴；和第二壳体，第二壳体框定轴向磁通电动机，其中第二壳体与第一壳体分离。
Description
相关申请
本专利要求2022年5月3日提交的印度临时专利申请号202211025725的权益。印度临时专利申请号202211025725在此通过引用全部并入本文。在此要求了印度临时专利申请号202211025725的优先权。
技术领域
本公开大体上涉及流体泵，并且更具体地，涉及在闭环系统中加压流体的轴向磁通电动机驱动泵系统。
背景技术
飞行器典型地包括支持飞行器和/或其燃气涡轮发动机的操作的各种附件系统。例如，这种附件系统可以包括润滑发动机的部件的润滑系统、向发动机部件提供冷却空气的发动机冷却系统、向飞行器的座舱提供被冷却空气的环境控制系统等。因此，在这些附件系统的操作期间，从流体(例如，油、空气等)添加或去除热量。
附图说明
图1是示例飞行器的侧视图。
图2是飞行器的示例燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。
图3是用于在流体之间传递热量的示例热管理系统的示意图。
图4示出了示例热传输总线泵。
图5示出了根据本文公开的教导的第一示例径向联接流体泵系统。
图6示出了根据本文公开的教导的第二示例径向联接流体泵系统。
图7示出了根据本文公开的教导的第三示例径向联接流体泵系统。
图8是示出径向联接流体泵系统的操作的流程图。
图9示出了根据本公开的教导的用于动态支撑示例泵系统中的旋转轴的示例集成轴承系统。
图10示出了根据本公开的教导的用于动态支撑示例泵系统中的旋转轴的示例集成轴承系统。
图11示出了根据本公开的教导的用于接合和分离示例集成轴承系统中的轴承的示例斜撑离合器。
图12A示出了根据本公开的教导的示例集成轴承系统的示例斜撑元件的示例接合状态。
图12B示出了根据本公开的教导的示例集成轴承系统的示例斜撑元件的示例分离状态。
图13示出了根据本公开的教导的示例集成轴承系统在示例泵系统的操作期间支持的示例载荷路径。
图14是示出示例泵系统的示例集成轴承系统的示例操作的流程图。
图15示出了根据本文公开的教导的第一示例屏障罐。
图16示出了可以在图15的第一示例屏障罐中使用的示例内壳层。
图17A示出了在第一示例制造操作之后的第一示例屏障罐的横截面。
图17B示出了在第二示例制造操作之后的第一示例屏障罐的横截面。
图17C示出了在第三示例制造操作之后的第一示例屏障罐的横截面。
图18是表示制造图15和17A-C的第一示例屏障罐的示例方法的流程图。
图19示出了根据本文公开的教导的第二示例屏障罐。
图20A示出了图19的第二示例屏障罐的第一示例纤维。
图20B示出了图19的第二示例屏障罐的第二示例纤维。
图20C示出了图19的第二示例屏障罐的第三示例纤维。
图20D示出了图19的第二示例屏障罐的第四示例纤维。
图21示出了图19的第二示例屏障罐的一部分的放大视图。
图22A是表示制造图19、20A-D和21的第二示例屏障罐的示例方法的流程图。
图22B是表示制造图19、20A-D和21的第二示例屏障罐的另一示例方法的流程图。
图23示出了根据本文公开的教导的包括第一示例油分离器的示例泵系统。
图24示出了根据本文公开的教导的包括第二示例油分离器的另一示例泵系统。
图25示出了根据本文公开的教导的包括第二示例油分离器和第三示例油分离器的另一示例泵系统。
图26示出了根据本文公开的教导的包括行星齿轮箱的另一示例泵系统。
图27示出了图26的行星齿轮箱的横截面。
图28示出了根据本文公开的教导的包括轴承组件的另一示例泵系统。
图29是由图28的轴承组件提供的支撑的示意性表示。
图30A示出了可以在图23-26和28的泵系统中使用的第一示例旋转分离器。
图30B示出了可以在图23-26和28的泵系统中使用的第二示例旋转分离器。
图30C示出了可以在图23-26和28的泵系统中使用的第三示例旋转分离器。
图31A示出了可以在图23-26和28的泵系统中使用的第一示例静止分离器。
图31B示出了图31A的第一示例静止分离器的另一示例定向。
图31C示出了可以在图23-26和28的泵系统中使用的第二示例静止分离器。
图32是可以与图23-26和28的泵系统相关联的第一示例布局的示意性表示。
图33是可以与图23-26和28的泵系统相关联的第二示例布局的示意性表示。
图34是可以与图23-26和28的泵系统相关联的第三示例布局的示意性表示。
图35是可以与图23-26和28的泵系统相关联的第四示例布局的示意性表示。
图36示出了根据本公开的教导的用于加压闭环系统中的流体的第一示例轴向磁通电动机驱动泵系统。
图37示出了根据本公开的教导的用于加压闭环系统中的流体的第二示例轴向磁通电动机驱动泵系统。
图未按比例绘制。一般而言，在整个附图和随附书面描述中将使用相同的参考数字来指代相同或相似的部分。
具体实施方式
“包含”和“包括”(及其所有形式和时态)在本文中用作开放式术语。因此，每当权利要求使用任何形式的“包含”或“包括”(例如，包括、包含、具有等)作为序言或在任何类型的权利要求陈述中使用任何形式的“包含”或“包括”(例如，包括、包含、具有等)时，应当理解在不超出对应权利要求或陈述的范围的情况下，可以存在附加元件、术语等。如本文所用，当短语“至少”用作例如权利要求的序言中的过渡术语时，其与术语“包括”和“包含”是开放式的一样是开放式的。术语“和/或”在例如以诸如A、B和/或C的形式使用时，是指A、B、C的任何组合或子集，诸如(1)单独A、(2)单独B、(3)单独C、(4)A与B、(5)A与C、(6)B与C或(7)A与B和与C。如本文在描述结构、部件、项目、物体和/或事物的上下文中所用，短语“A和B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B或(3)至少一个A和至少一个B。类似地，如本文在描述结构、部件、项目、物体和/或事物的上下文中所用，短语“A或B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B或(3)至少一个A和至少一个B。如本文在描述过程、指令、动作、活动和/或步骤的进行或执行的上下文中所用，短语“A和B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B或(3)至少一个A和至少一个B。类似地，如本文在描述过程、指令、动作、活动和/或步骤的进行或执行的上下文中所用，短语“A或B中的至少一个”旨在指代包括以下中的任何的实施方式：(1)至少一个A、(2)至少一个B或(3)至少一个A和至少一个B。
如本文所用，单数参考(例如，“一”、“一种”、“第一”、“第二”等)不排除复数。如本文所用，术语“一”或“一种”物体是指该物体中的一个或多个。术语“一”(或“一种”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。此外，尽管个别列出，但是多个装置、元件或方法动作可以由例如相同的实体或物体实施。附加地，尽管个别特征可以包括在不同的示例或权利要求中，但是这些可能会被组合，并且包括在不同的示例或权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。
如本文所用，除非另有说明，术语“上方”描述了两个部分相对于地球的关系。如果第二部分至少有一个部分在地球和第一部分之间，则第一部分在第二部分上方。同样地，如本文所用，当第一部分比第二部分更靠近地球时，第一部分在第二部分“下方”。如上所述，第一部分可以在第二部分上方或下方，具有以下中的一个或多个：其间有其他部分、其间没有其他部分、第一部分和第二部分接触、或者第一部分和第二部分彼此没有直接接触。
如本申请中所用，陈述任何部分(例如，层、膜、区域、区或板)以任何方式在(例如，定位于、位于、设置于或形成于等)另一部分上，指示指代部分与其他部分接触，或者指代部分位于其他部分上方，具有位于其间的一个或多个中间部分。
如本文所用，除非另有指示，否则连接参考(例如附接、联接、连接和接合)可以包括由连接参考指代的元件之间的中间构件和/或那些元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断两个元件直接连接和/或彼此为固定关系。如本文所用，陈述任何部分与另一部分“接触”被限定成意指在这两个部分之间没有中间部分。
除非另有具体说明，否则本文所用的诸如“第一”、“第二”、“第三”等描述符没有赋予或以其他方式指示优先级、物理顺序、列表中的排列和/或以任何方式排序的任何含义，但仅用作标签和/或任意名称以区分元件，以便于理解所公开的示例。在一些示例中，描述符“第一”可以用于指代详细描述中的元件，而在权利要求中可以使用不同的描述符(诸如“第二”或“第三”)指代相同元件。在这种情况下，应该理解，这种描述符仅用于清楚地标识那些可能例如以其他方式共享相同名称的元件。
如本文在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的一个术语或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在百分之十的裕度内。
术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机、泵或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机、泵或运载器的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。进一步地，关于泵，前是指更靠近泵入口的位置，而后是指更靠近泵与入口相对的一端的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于路径中的流动的相对方向。例如，相对于流体流动，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。
如本文所用，短语“通信”，包括其变型，包含直接通信和/或通过一个或多个中间部件的间接通信，并且不需要直接物理(例如，有线)通信和/或恒定通信，而是附加地包括以周期性间隔、计划间隔、非周期性间隔和/或一次性事件来选择性通信。
如本文所用，“处理器电路”被限定成包括(i)一个或多个专用的电路，其被构造成进行特定操作并且包括一个或多个基于半导体的逻辑装置(例如，由一个或多个晶体管实施的电气硬件)，和/或(ii)一个或多个通用的基于半导体的电路，其利用指令被编程以进行特定操作并且包括一个或多个基于半导体的逻辑装置(例如，由一个或多个晶体管实施的电气硬件)。处理器电路的示例包括可编程微处理器、可以使指令实例化的现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理器单元(CPU)、图形处理器单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、XPU、或微控制器和集成电路，诸如专用集成电路(ASIC)。例如，XPU可以由包括多种类型的处理器电路(例如，一个或多个FPGA、一个或多个CPU、一个或多个GPU、一个或多个DSP等，和/或其组合)和应用程序编程接口(API)的异构计算系统实施，应用程序编程接口(API)可以将计算任务分配给多种类型的处理电路中最适合于执行计算任务的任何一种(几种)处理电路。
如本文所用，在描述第一物体相对于第二物体的位置和/或定向的上下文中，术语“基本上正交”包含术语正交，并且更广泛地包含第一物体相对于第二物体以与正交不超过五度(5°)的绝对角度被定位和/或定向的含义。例如，与第二轴线基本上正交的第一轴线相对于第二轴线以与正交不超过五度(5°)的绝对角度被定位和/或定向。
如本文所用，“径向地”用于表达沿径向矢量的一个点或多个点，径向矢量起始于旋转体的中心轴线并且从中心轴线垂直地指向外部。在一些示例中，两个齿轮被称为径向连接或联接，意指两个齿轮经由互锁轮齿在沿齿轮的圆周外边缘表面的一个或多个点处彼此物理接触。在一些示例中，两个带轮被称为径向连接或联接，意指两个带轮在沿带轮的圆周外边缘表面的一个或多个点处与传动带物理接触。
离心流体泵通过将叶轮的旋转动能转换成流动流体的流体动力能，使流体移动通过系统。换句话说，叶轮的角速度与离开泵的流动流体的流率成正比。叶轮被提供来自电动机的旋转动能变化，电动机将机械功施加到联接到叶轮和电动机的转子的叶轮轴。转子被提供来自电动机中的定子的一段时间内的机械功的变化(即，机械功率)，电动机中的定子以扭矩的形式向转子施加电磁力。如果电动机向定子供应恒定量的电能，则转子将会向叶轮供应恒定量的机械能。在这种情况下，由电动机供应到泵的机械功率将等于旋转动能与供应功率的时间量的商。在旋转系统(诸如离心流体泵)中，叶轮的机械功率等于扭矩和角速度的乘积。如果电动机的转子和离心流体泵的叶轮轴被轴向联接(例如，通过磁耦合件)，则转子的扭矩和角速度将经由联接轴被传递到叶轮，并且将具有相同的值。
在流体泵系统的一些示例中，电动机轴(例如，转子)可以经由磁耦合件被轴向联接到叶轮轴。磁耦合件在两个轴之间传递扭矩，而在轴之间没有物理接触。在一些示例中，磁耦合件可以处于内轮毂和外轮毂的形式，内轮毂被紧固到第一轴(例如，叶轮轴)，外轮毂被紧固到第二轴(例如，转子轴)。在示例外轮毂中，有一连串的磁体(例如，条形磁体)被定位成包围示例内轮毂，其中每个磁体与连串中的前一个磁体具有相反的电荷。在内轮毂中，类似的一连串的磁体围绕第一轴的旋转轴线定位。在一些示例中，外轮毂和内轮毂具有相同数量的磁体。因为相反电荷的磁体经由磁场彼此吸引，所以当外轮毂围绕内轮毂定位时，外轮毂的旋转使得内轮毂以相同的速率旋转。换句话说，示例内轮毂和示例外轮毂被可旋转地互锁。这种类型的磁耦合件可以被称为同轴磁耦合件。因为同轴磁耦合件的内轮毂和外轮毂之间没有物理接触，所以安全壳屏障(containment barrier)可以被紧固到包围内轮毂的壳体上，使得没有流体可以从内轮毂侧流到外轮毂侧。
可以实施本文公开示例的示例飞行器和发动机
对于本文公开的附图，同一数字贯穿附图指示相同元件。现在参考附图，图1是飞行器10的一个实施例的侧视图。如图所示，在几个实施例中，飞行器10包括机身12和一对机翼14(显示了一个)，一对机翼14从机身12向外延伸。在所示实施例中，燃气涡轮发动机100被支撑在每个机翼14上，以推动飞行器在飞行期间通过空中。附加地，如图所示，飞行器10包括竖直稳定器16和一对水平稳定器18(显示了一个)。然而，在替代实施例中，飞行器10可以包括任何其他合适的构造，诸如任何其他合适数量或类型的发动机。
此外，飞行器10可以包括热管理系统200，热管理系统200用于在支持飞行器10操作的流体之间传递热量。更具体地，飞行器10可以包括一个或多个附件系统，一个或多个附件系统被构造成支持飞行器10的操作。例如，在一些实施例中，这种附件系统包括润滑发动机100的部件的润滑系统、向发动机100的部件提供冷却空气的冷却系统、向飞行器10的座舱提供被冷却空气的环境控制系统等。在这种实施例中，热管理系统200被构造成将热量从支持飞行器10操作的一个或多个其他流体(例如，供应到发动机100的燃料)传递到支持飞行器10操作的一个或多个流体(例如，润滑系统的油、冷却系统和/或环境控制系统的空气等)，和/或将热量从支持飞行器10操作的一个或多个流体(例如，润滑系统的油、冷却系统和/或环境控制系统的空气等)传递到支持飞行器10操作的一个或多个其他流体(例如，供应到发动机100的燃料)。然而，在替代实施例中，热管理系统200可以被构造成在支持飞行器10操作的任何其他合适的流体之间传递热量。
上面描述的并且在图1中所示的飞行器10的构造仅被提供用于将本主题放置于示例性使用领域中。因此，本主题可以容易地适合于任何方式的飞行器和/或任何其他合适的热传递应用。
图2是燃气涡轮发动机100的一个实施例的示意性横截面视图。在所示实施例中，发动机100被构造为高旁通涡轮风扇发动机。然而，在替代实施例中，发动机100可以被构造为螺旋桨风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴燃气涡轮发动机或任何其他合适类型的燃气涡轮发动机。
一般而言，发动机100沿轴向中心线102延伸并且包括至少部分地由环形机舱110包住的风扇104、低压(LP)线轴106和高压(HP)线轴108。更具体地，风扇104可以包括风扇转子112和联接到风扇转子112的多个风扇叶片114(显示了一个)。在这方面，风扇叶片114周向间隔开，并且从风扇转子112径向向外延伸。此外，LP和HP线轴106、108沿轴向中心线102被定位在风扇104的下游。如图所示，LP线轴106被可旋转地联接到风扇转子112，从而允许LP线轴106使风扇叶片114旋转。附加地，多个出口导向轮叶或支柱116彼此周向间隔开，并且在包围LP转子106和HP转子108的外壳118与机舱110之间径向延伸。因此，支柱116相对于外壳118支撑机舱110，使得外壳118和机舱110限定定位在其间的旁通气流通道120。
外壳118大体上以串联流动顺序包围或包住压缩机区段122、燃烧区段124、涡轮区段126和排气区段128。在一些示例中，压缩机区段122可以包括LP线轴106的低压(LP)压缩机130和HP线轴108的高压(HP)压缩机132，HP压缩机132沿轴向中心线102被定位在LP压缩机130的下游。每个压缩机130、132进而又可以包括与一排或多排压缩机转子叶片136相互交错的一排或多排定子轮叶134。因此，压缩机130、132限定延伸通过其中的压缩空气流动路径133。此外，在一些示例中，涡轮区段126包括HP线轴108的高压(HP)涡轮138和LP线轴106的低压(LP)涡轮140，LP涡轮140沿轴向中心线102被定位在HP涡轮138的下游。每个涡轮138、140进而又可以包括与一排或多排涡轮转子叶片144相互交错的一排或多排定子轮叶142。
附加地，LP线轴106包括低压(LP)轴146，而HP线轴108包括高压(HP)轴148，HP轴148被定位成同心围绕LP轴146。在这种实施例中，HP轴148可旋转地联接HP涡轮138的涡轮转子叶片144和HP压缩机132的压缩机转子叶片136，使得HP涡轮138的涡轮转子叶片144的旋转可旋转地驱动HP压缩机132的压缩机转子叶片136。如图所示，LP轴146被直接联接到LP涡轮140的涡轮转子叶片144和LP压缩机130的压缩机转子叶片136。此外，LP轴146经由齿轮箱150被联接到风扇104。在这方面，LP涡轮140的涡轮转子叶片144的旋转可旋转地驱动LP压缩机130的压缩机转子叶片136和风扇叶片114。
在一些示例中，发动机100可以生成推力，以推动飞行器。更具体地，在操作期间，空气(由箭头152指示)进入发动机100的入口部分154。风扇104向旁通气流通道120供应空气152的第一部分(由箭头156指示)，并且向压缩机区段122供应空气152的第二部分(由箭头158指示)。空气152的第二部分158首先流过LP压缩机130，在LP压缩机130中，其中的压缩机转子叶片136逐渐压缩空气152的第二部分158。接下来，空气152的第二部分158流过HP压缩机132，在HP压缩机132中，其中的压缩机转子叶片136继续逐渐压缩空气152的第二部分158。空气152的压缩的第二部分158随后被输送到燃烧区段124。在燃烧区段124中，空气152的第二部分158与燃料混合并且燃烧，以生成高温高压燃烧气体160。此后，燃烧气体160流过HP涡轮138，HP涡轮138的涡轮转子叶片144从其中提取第一部分动能和/或热能。这种能量提取使HP轴148旋转，从而驱动了HP压缩机132。燃烧气体160然后流过LP涡轮140，其中LP涡轮140的涡轮转子叶片144从其中提取第二部分动能和/或热能。这种能量提取使LP轴146旋转，从而经由齿轮箱150驱动了LP压缩机130和风扇104。燃烧气体160然后通过排气区段128离开发动机100。
如上所述，飞行器10可以包括热管理系统200，用于在支持飞行器10操作的流体之间传递热量。在这方面，热管理系统200可以被定位在发动机100内。例如，如图2所示，热管理系统200被定位在发动机100的外壳118内。然而，在替代示例中，热管理系统200可以被定位在发动机100内的任何其他合适位置处。
此外，在一些示例中，发动机100限定第三流流动路径170。一般而言，第三流流动路径170从由压缩机区段122限定的压缩空气流动路径133延伸到旁通气流通道120。在这方面，第三流流动路径170允许来自压缩机区段122的压缩空气158的压缩的一部分绕过燃烧区段124。更具体地，在一些示例中，第三流流动路径170可以相对于在压缩机130、132或风扇104中的一个或多个的下游的压缩空气流动路径170限定同心或非同心通道。第三流流动路径170可以被构造成经由一个或多个可变导向轮叶、喷嘴或其他可致动流动控制结构从压缩空气流动路径170选择性地去除压缩空气158的一部分。另外，如下文将描述的，在一些实施例中，热管理系统200可以将热量传递到流过第三流流动路径170的空气。然而，热管理系统200内的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，超临界二氧化碳(sCO2)等))的压力和/或流率限制了热能在空气和热交换流体之间传递的速率。附加地，对于热管理系统200有利的是，利用使热管理系统200和/或包括在其中的部件(例如泵系统)的物理大小最小化和/或以其他方式减小的部件(例如泵系统)，产生压力和/或流率。此外，热管理系统200可以确保在传递热能时，热交换流体没有污染物。
上面描述的并且在图2中所示的燃气涡轮发动机100的构造仅被提供用于将本主题放置于示例性使用领域中。因此，本主题可以容易地适合于任何方式的燃气涡轮发动机构造，包括其他类型的基于航空的燃气涡轮发动机、基于船用的燃气涡轮发动机、和/或陆基/工业燃气涡轮发动机。
可以实施本文公开示例的示例热管理系统
图3是用于在流体之间传递热量的热管理系统200的示例实施方式的示意图。一般而言，将在上面描述并且在图1和2中所示的飞行器10和燃气涡轮发动机100的背景下讨论热管理系统200。然而，公开的热管理系统200可以在具有任何其他合适构造的任何飞行器和/或具有任何其他合适构造的任何燃气涡轮发动机内实施。
如图所示，热管理系统200包括热传输总线202。具体地，在几个示例中，热传输总线202被构造为一个或多个流体导管，流体(例如，热交换流体)流过该一个或多个流体导管。如下面将描述的，热交换流体流过各种热交换器，使得热量被添加到热交换流体和/或从热交换流体被去除。在这方面，热交换流体可以是任何合适的流体，诸如超临界二氧化碳。此外，在这种示例中，热管理系统200包括泵204，泵204被构造成泵送热交换流体通过热传输总线202。
附加地，热管理系统200包括沿热传输总线202布置的一个或多个热源热交换器206。更具体地，热源热交换器206被流体联接到热传输总线202，使得热交换流体流过热源热交换器206。在这方面，热源热交换器206被构造成将热量从支持飞行器10操作的流体传递到热交换流体，从而冷却支持飞行器10操作的流体。因此，热源热交换器206将热量添加到热交换流体。尽管图3示出了两个热源热交换器206，但是热管理系统200可以包括单个热源热交换器206或三个或更多个热源热交换器206。
热源热交换器206可以对应于冷却支持飞行器10操作的流体的任何合适的热交换器。例如，在一个实施例中，热交换器206中的至少一个是发动机100的润滑系统的热交换器。在这种示例中，该热交换器206将热量从润滑发动机100的油传递到热传递流体。在另一个示例中，热交换器206中的至少一个是发动机100的冷却系统的热交换器。在这种示例中，该热交换器206将热量从自发动机100的压缩机区段122(或压缩机排气室)排放的冷却空气传递到热传递流体。然而，在替代示例中，热源热交换器206可以对应于冷却支持飞行器10操作的流体的任何其它合适的热交换器。
此外，热管理系统200包括沿热传输总线202布置的多个散热器热交换器208。更具体地，散热器热交换器208被流体联接到热传输总线202，使得热交换流体流过散热器热交换器208。在这方面，散热器热交换器208被构造成将热量从热交换流体传递到支持飞行器10操作的其他流体，从而加热支持飞行器10操作的其他流体。因此，散热器热交换器208从热交换流体去除热量。尽管图3示出了两个散热器热交换器208，但是热管理系统200可以包括三个或更多个散热器热交换器208。
散热器热交换器208可以对应于加热支持飞行器10操作的流体的任何合适的热交换器。例如，热交换器208中的至少一个是发动机100的燃料系统的热交换器。在这种示例中，燃料系统热交换器208将热量从热传递流体传递到供应给发动机100的燃料。在另一个实施例中，热交换器208中的至少一个是与流过发动机100的旁通气流通道120的空气156接触的热交换器。在这种示例中，该热交换器208将热量从热交换流体传递到流过旁通气流通道120的空气156。
在几个示例中，一个或多个热交换器208被构造成将热量传递到流过第三流流动路径170的空气。在这种示例中，热交换器208与流过第三流流动路径170的空气流接触。因此，来自流过热传输总线202的热交换流体的热量可以被传递到通过第三流流动路径170的空气流。使用第三流流动路径170作为热管理系统200的散热器，提供了一个或多个技术优点。例如，第三流流动路径170提供了比其他引气源更大的冷却，因为与其他引气流动路径相比，更大体积的空气流过第三流流动路径170。此外，流过第三流流动路径170的空气比流过其他引气流动路径的空气和压缩机引气更冷。附加地，第三流流动路径170中的空气被加压，从而允许热交换器208比依靠发动机内的其他散热器的热交换器更小。此外，在发动机100是非管道式的实施例中，使用第三流流动路径170作为散热器不会增加发动机100上的阻力，这与使用环境空气(例如，与围绕发动机100流动的空气接触的热交换器)不同。然而，在替代实施例中，散热器热交换器208可以对应于加热支持飞行器10操作的流体的任何其他合适的热交换器。
此外，在几个实施例中，热管理系统200包括一个或多个旁通导管210。具体地，如图所示，每个旁通导管210被流体联接到热传输总线202，使得旁通导管210允许热交换流体的至少一部分绕过热交换器206、208中的一个热交换器。在一些示例中，热交换流体绕过热交换器206、208中的一个或多个热交换器，以调整热传输总线202内的热交换流体的温度。控制通过旁通导管210的示例热交换流体的流动，以调控热传输总线202内的热交换流体的压力。在图3所示的示例中，每个热交换器206、208具有对应的旁通导管210。然而，在替代实施例中，任何数量的热交换器206、208可以具有对应的旁通导管210，只要存在有至少一个旁通导管210就行。
附加地，在几个示例中，热管理系统200包括一个或多个热源阀212和一个或多个散热器阀214。一般而言，每个热源阀212被构造成控制通过旁通导管210的热交换流体的流动，旁通导管210绕过热源热交换器206。类似地，每个散热器阀214被构造成控制通过旁通导管210的热交换流体的流动，旁通导管210绕过散热器热交换器208。在这方面，每个阀212、214被流体联接到热传输总线202和对应的旁通导管210。因此，每个阀212、214可以在完全地和/或部分地打开和/或关闭的位置之间移动，以选择性地阻断通过其对应的旁通导管210的热交换流。
基于热传输总线202内的热交换流体的压力，控制阀212、214。更具体地，如上所指示的，在某些情况下，流过热传输总线202的热交换流体的压力可以落到期望压力范围之外。当热交换流体的压力过高时，热管理系统200会引发加速磨损。在这方面，当热传输总线202内的热交换流体的压力超过最大压力值或以其他方式增加的压力值时，一个或多个热源阀212打开。在这种情况下，热交换流体的至少一部分流过旁通导管210，而不是热源热交换器206。因此，较少的热量通过热源热交换器206被添加到热交换流体，从而降低了温度，并且因此降低了流体的压力。在几个实施例中，最大压力值在每平方英寸3800和4000磅之间或更小。在一些实施例中，最大压力值在每平方英寸2700到2900磅之间，诸如每平方英寸2800磅。在其他实施例中，最大压力值在每平方英寸1300和1500磅之间，诸如每平方英寸1400磅。这种最大压力值大体上防止了热管理系统200引发加速磨损。
在一些示例中，在操作之前和/或在操作期间，基于与热管理系统200相关联的参数(例如，使用的材料、泵204设计、飞行器10设计、燃气涡轮发动机100设计、热交换流体等)，设定最大压力值。可以相对于热传输总线202、泵204、热交换器206、208、旁通导管210和/或阀212、214的压力容量，调整示例最大压力值。下面更详细地描述了影响示例最大压力容量的泵204架构的一些示例。
相反地，当热交换流体的压力太低时，泵204可能会经历可操作性问题和增加的磨损。因此，当热传输总线内的热交换流体的压力落到低于最小压力值或以其他方式降低的压力值时，一个或多个散热器阀214打开。在这种情况下，热交换流体的至少一部分流过旁通导管210，而不是散热器热交换器208。因此，较少的热量通过散热器热交换器208从热交换流体中被去除，从而增加了温度，并且因此增加了流体的压力。在几个实施例中，最小压力值是每平方英寸1070磅或更多。在一些实施例中，最小压力值在每平方英寸1150和1350磅之间，诸如每平方英寸1250磅。在其他实施例中，最小压力值在每平方英寸2400和2600磅之间，诸如每平方英寸2500磅。当热交换流体处于超临界状态时(例如，当热交换流体是二氧化碳时)，大体上使用这种最小压力值。
因此，热管理系统200可以被构造成操作，使得热传输流体的压力被维持在最小压力值和最大压力值之间延伸的范围内。在一些示例中，范围从每平方英寸1070磅延伸到4000磅。具体地，在一个示例中，范围从每平方英寸1250磅延伸到1400磅。在另一个实施例中，范围从每平方英寸2500磅延伸到2800磅。
因此，在放置在热管理系统200上的热载荷改变时，泵204和阀212、214的操作允许了公开的热管理系统200将热传输总线202内的热交换流体的压力维持在值的特定范围内。
此外，示例泵204驱动热交换流体流过热管理系统200。在一些示例中，取决于热传输总线202中的热交换流体的期望流率、跨越泵204的压力差(delta pressure)和/或动能损失，热管理系统200包括一个泵204或多个泵204。例如，泵204可以增加输出压头，以将热交换流体的流动加速到第一流率。在热交换流体穿过热传输总线202时，热交换流体的示例动能由于摩擦、温度变化等而消散。由于动能损失，热交换流体在泵204上游的某个点处减速到第二流率。如果示例第二流率低于热交换流体的期望操作流率，则泵204可以具有输出较高的第一流率的不同架构，或者一个或多个附加泵204可以被包括在热管理系统200中。下面更详细地描述了示例泵204架构的变型。
图4示出了示例热传输总线泵400(例如，磁驱动泵、密封式电动泵、流体泵、sCO2泵、图3的泵204等)。在图4所示的示例中，热传输总线泵400驱动流体(例如，热交换流体，诸如sCO2等)通过连接到流动管线(例如，图3的热传输总线202)的一个或多个流体导管402。具体地，流体流过入口管404，并且遇到叶轮406(例如，压缩机轮)，叶轮406旋转，以驱动流体通过压缩机收集器408(例如，蜗壳)，压缩机收集器408被流体联接到流体导管402。进而，流体导管402可以将流体供给到一个或多个热交换器(例如，图3的热源交换器206和/或散热器交换器208)。因此，热传输总线泵400可以泵送流体，以管理与图1的飞行器10、图2的燃气涡轮发动机100和/或任何其他合适的系统相关联的工作流体的热能。
在图4所示的示例中，热传输总线泵400包括电动机410，电动机410被定位在电动机壳体412中。如下面进一步详细讨论的，电动机410间接驱动叶轮406的旋转。在图4中，电动机410是感应电动机，其经由馈通(feedthrough)连接器414被可操作地联接到变频驱动器(VFD)(未示出)，馈通连接器414被联接到电动机壳体412。VFD可以被可操作地联接到控制电动机410的转速的控制电路，诸如全权限数字发动机控制(FADEC)(未示出)。例如，控制电路可以基于流体导管402和/或热传输总线泵400中的流体的压力和/或温度，操作电动机410。在一些示例中，控制电路可以基于受流体影响的工作流体的压力和/或温度，操作电动机410。附加地或替代地，控制电路可以基于通过加速计获得的振动测量，操作电动机410，加速计被可操作地联接到热传输总线泵400和/或流体导管402。
在图4中，电动机壳体412至少部分地被冷却套416包围，以防止电动机410过热。电动机壳体412的后端被联接到后轴承壳体418。电动机壳体412的前端经由螺栓422被联接到中间轴承壳体420。进一步地，中间轴承壳体420经由螺栓426被联接到与电动机壳体412相对的联接壳体424。联接壳体424经由螺栓430被联接到与中间轴承壳体420相对的前轴承壳体428。此外，前轴承壳体428经由螺栓434被联接到背板432和在背板432的相对侧上的压缩机收集器408。
在图4所示的示例中，电动机410的转子436被固定联接到轴438。因此，电动机410驱动轴438的旋转。轴438的后端由第一滚子轴承440(例如，第一滚动元件轴承)支撑，第一滚子轴承440被联接到后轴承壳体418。具体地，第一滚子轴承440经由被定位在第一滚子轴承440和后轴承壳体418之间的第一轴承杯(bearing cup)442和轴承垫片444被联接到后轴承壳体418。在图4所示的示例中，预加载弹簧446被定位在第一轴承杯442和轴承垫片444之间。类似地，轴438的前端由第二滚子轴承448(例如，第二滚动元件轴承)支撑，第二滚子轴承448被联接到中间轴承壳体420。具体地，第二滚子轴承448经由第二轴承杯449被联接到中间轴承壳体420。第一滚子轴承440和第二滚子轴承448填充有油润滑剂(例如，润滑脂、电动机油等)，以减小对轴438的旋转的阻力，并且减小在轴438旋转时由轴承440、448遇到的磨损。
在图4所示的示例中，轴438的前端至少部分地延伸通过中间轴承壳体420。第一磁耦合件450(例如，凹形磁耦合件)的后端围绕轴438的前端被定位。为了使轴438和第一磁耦合件450联接，保持螺栓451被插入通过第一磁耦合件450的后端和轴438的前端。具体地，保持螺栓451的头部453的宽度大于保持螺栓451延伸通过的第一磁耦合件450中的孔口455的宽度。结果，轴438驱动第一磁耦合件450的旋转。
在图4所示的示例中，第一磁耦合件450围绕屏障罐452(例如护罩)定位。为了将屏障罐452联接到前轴承壳体428，屏障罐保持器454(例如，保持器环)围绕屏障罐452的凸缘456定位并且经由螺栓458被联接到前轴承壳体428的后端。进一步地，O形环459被定位在屏障罐452的凸缘456和屏障罐保持器454之间。屏障罐452气密地密封前轴承壳体428的后端，并且进而防止流体溢出。因此，屏障罐452防止了流体流过联接壳体424并与其他流体(诸如第一滚子轴承440和/或第二滚子轴承448的油润滑剂)混合，否则这将会阻碍热能在流体和工作流体之间安全传递。附加地或替代地，屏障罐452可以气密地密封电动机壳体412，以防止油润滑剂与流体混合并污染流体。
在图4所示的示例中，屏障罐452围绕第二磁耦合件460(例如，凸形磁耦合件)定位，第二磁耦合件460被磁耦合到第一磁耦合件450。具体地，第一磁耦合件450和第二磁耦合件460的相对磁极在屏障罐452的相对侧对准，以将第一磁耦合件450磁耦合到第二磁耦合件460。结果，第一磁耦合件450和第二磁耦合件460被可旋转地互锁。因此，第一磁耦合件450可以驱动第二磁耦合件460的旋转。在一些示例中，联接壳体424包括通气孔461，以使流体(例如，氢、空气等)能够循环进出联接壳体424。进而，在屏障罐452由于遇到由第一磁耦合件450和第二磁耦合件460产生的旋转磁场而产生热能时，流体可以吸收来自屏障罐452的热量，以防止屏障罐452熔化。在一些示例中，风扇驱动流体循环通过联接壳体424中的通气孔461。在一些其他示例中，通气孔461对大气或另一个流体外壳部开放，这提供了流体，以吸收来自屏障罐452的热量。
在图4所示的示例中，第二磁耦合件460经由顶帽464被联接到拉杆462。拉杆462延伸通过前轴承壳体428和背板432，以联接到叶轮406。附加地，第二磁耦合件460被联接到轴466和/或从轴466延伸，轴466围绕拉杆462定位。类似地，轴466延伸通过前轴承壳体428和背板432，以联接到叶轮406。结果，拉杆462和轴466使得叶轮406与第二磁耦合件460一起旋转，并且泵送流体。
在图4所示的示例中，轴466的轴向部分468由轴颈轴承组件470支撑。进一步地，轴466的径向部分472由推力轴承组件474支撑。例如，轴颈轴承组件470和/或推力轴承组件474可以包括箔片轴承。在一些示例中，轴颈轴承组件470和推力轴承组件474经由螺栓被联接到前轴承壳体428。附加地或替代地，推力轴承组件474可以被联接到轴颈轴承组件470之一。
在图4所示的示例中，热传输总线泵400包括次级流动网络，次级流动网络具有在前轴承壳体428中的入口475。具体地，在次级流动网络中，流体进入前轴承壳体428，并且在轴466的径向部分472和推力轴承组件474之间流动。进一步地，在次级流动网络中，流体的第一部分围绕轴466流动，并且进入叶轮406和背板432之间的压缩机收集器408中。在次级流动网络中的流体的第二部分围绕轴466朝向屏障罐452流动。第二磁耦合件460的后端与屏障罐452之间的分离使流体能够流过第二磁耦合件460，并且通过轴466朝向叶轮406返回。进一步地，轴466包括管道476，管道476引导流体在背板432和叶轮406之间流动通过其中，使得流体进入压缩机收集器408。因此，在电动机410驱动轴438的旋转时，叶轮406泵送流体通过流体导管402。
在一些示例中，热传输总线泵400包括用于容纳流体的装置。例如，用于容纳的装置可以由压缩机收集器408、前轴承壳体428和/或背板432实施。
在一些示例中，热传输总线泵400包括用于压缩流体的装置。例如，用于压缩流体的装置可以由叶轮406实施。
在一些示例中，热传输总线泵400包括用于密封用于容纳的装置的装置。例如，用于密封的装置可以由屏障罐452实施。
用于加压闭环系统中的流体的径向联接泵系统
如上面参考图4所描述的，一些示例流体泵系统和离心流体泵系统的操作具有与叶轮(例如，叶轮406)轴向对准的电动机。在这种示例流体泵中，电动机轴(例如，转子轴438)的扭矩和角速度被直接传递到叶轮轴(例如，叶轮轴466)，并且最终被传递到叶轮。例如，如果电动机(例如，电动机410)向转子轴提供2000瓦特(W)的机械功率，并且转子轴以3600转每分钟(rpm)的角速率旋转，则转子产生的扭矩为5.31牛顿米(Nm)。在该示例中，由于转子经由叶轮轴与叶轮轴向对准并且被联接到叶轮，因此叶轮还将具有3600rpm(378弧度每秒(rad/s))的角速度和5.31Nm的扭矩。
在一些示例中，轴向构造的流体泵，诸如上面描述的图4的热传输总线泵400(“轴向联接泵400”)，以叶轮可以转换成流体流率的角速度的量而被限制。叶轮的示例角速度基于电动机供应给泵系统(例如，轴向联接泵400)的可用机械功率而被限制。换句话说，电动机引起转子轴的第一角速度，转子轴的第一角速度与叶轮的第二角速度基本类似(例如，在百分之一以内)。因此，电动机的功率限制了离开泵400的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，超临界二氧化碳(sCO2))等)的流率。例如，飞行器(例如，图1的飞行器10)上的图3的热管理系统200可以包括轴向联接泵400，以将流体加压到高达第一压力(例如，1450力磅每平方英寸(psi)、1475psi、1500psi等)，第一压力与叶轮的第一角速度(例如，4800rpm、5000rpm、5200rpm等)相关联。然而，上述示例的轴向联接泵400可能由于示例热管理系统200中的热能损失而无法将示例sCO2加压到足以维持流体的超临界状态的压力。更大并且更高功率的电动机将不得不合并到轴向联接泵400中，这将占用更多空间并且对系统增加附加重量。如果上述示例的轴向联接泵400能够将热交换流体加压到高达与叶轮的第一角速度相关联的第二压力(例如，1550psi、1575psi、1600psi等)，则轴向联接泵400的电动机(例如，电动机410)可能需要在操作的第一时间段(例如，一年)之后维护或更换。
在本文公开的示例中，径向联接泵系统可以利用与轴向联接泵400的电动机410相同(例如，基本类似)的电动机和/或相同的功率输出，输出更高的叶轮的角速度。在本文公开的示例中，径向联接泵系统还可以利用更小的电动机和/或更小的功率输出，输出与轴向联接泵400的电动机410相同(例如，基本类似)的叶轮的角速度。在本文公开的示例中，径向联接泵系统还可以相对于轴向联接泵400减少泵的轴向长度，从而节省使用径向联接泵系统的系统(例如，图3的热管理系统200)中的空间。
图5示出了用于加压系统(例如，图3的热管理系统200)中的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的径向联接泵系统500的横截面视图。如图5所示，径向联接泵系统500(“泵系统500”)包括泵502和电动机504。在一些示例中，泵系统500用于泵送sCO2通过飞行器(例如，图1的飞行器10)和/或燃气涡轮发动机(例如，图2的燃气涡轮发动机100)上的热管理系统。在一些示例中，泵系统500的电动机504包括定子506、转子508、径向电动机轴承510、电动机壳体512、冷却套514、联接壳体516和驱动轮518。
图5中所示的泵系统500的示例电动机504包括定子506和转子508。在一些示例中，定子506包括场磁体(例如，电磁体或永磁体)，场磁体基于通过定子506的各种电磁体的电流(例如，直流电或交流电)生成磁场。示例定子506生成第一组磁场，第一组磁场将力(例如，洛伦兹力)施加在转子508生成的第二组磁场上。示例转子508经由永磁体或电磁体生成第二组磁场。由于定子506是静止的并且被固定在适当的位置，因此该力使得示例转子508旋转并产生扭矩。
泵系统500的示例电动机504包括径向电动机轴承510，径向电动机轴承510支撑转子轴508的重量并且保持转子508径向和/或轴向对准。示例径向电动机轴承510支撑转子508的径向载荷(例如，重量)和推力载荷。在一些示例中，径向电动机轴承510是滚动元件轴承，诸如角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚子轴承、深沟单球轴承、双球轴承、球面轴承等。在一些示例中，径向电动机轴承510使用液体润滑剂(例如，润滑脂、油等)，以减少径向电动机轴承510的旋转元件中的摩擦和磨损。在一些示例中，径向电动机轴承510使用固体润滑剂(例如，银涂层)，以减少径向电动机轴承510的旋转元件的摩擦和磨损。在一些示例中，径向电动机轴承510是箔片轴承，其使用加压空气，以在转子轴和径向电动机轴承510的套筒之间以足够高的转速形成非接触屏障。尽管图5中所示的电动机504包括两个径向电动机轴承510，但是可以在电动机504中使用一个或多个径向电动机轴承510。
泵系统500的示例电动机504包括电动机壳体512，以框定(frame)和/或以其他方式支撑定子506、径向电动机轴承510等。在一些示例中，电动机壳体512被增材制造(例如，经由直接金属激光烧结(DMLS)、三维打印等)，以适应定子506、径向电动机轴承510、冷却套514等的定制几何结构和构造。
由于示例定子506使用电磁体来生成涡电流，因此图5中所示的示例泵系统500包括冷却套514，以散发定子506在操作期间生成的热量。在一些示例中，冷却套514被机械固定到电动机壳体512，并且包括冷却片、通气孔、沟道等，以将热量从定子506传递到空气、水、气体冷却剂、液体冷却剂等。图5中所示的示例电动机壳体512是增材制造结构，其包括冷却套514，作为电动机壳体512的增材制造部分，使得冷却套514和电动机壳体512是相同的增材制造部分。图5中所示的示例冷却套514结合电动机壳体512制造，以包围定子506，并且经由冷却片、通气孔、沟道等，将热量从定子506传递到空气、水、气体冷却剂、液体冷却剂等。
泵系统500的示例电动机504包括联接壳体516，以支撑径向电动机轴承510和/或泵系统500的其他部分。下面更详细地描述了联接壳体516支撑的泵系统500的示例部分。在一些示例中，联接壳体516与电动机壳体512分开制造，并且经由螺栓、销钉、过盈配合件和/或粘合剂被固定到电动机壳体512。在一些示例中，联接壳体516被增材制造为电动机壳体512的一部分，使得联接壳体516和电动机壳体512是相同的增材制造部分。
泵系统500的示例电动机504包括联接到转子轴508的驱动轮518。图5中所示的泵系统500的示例驱动轮518经由一个或多个螺栓被连接到转子轴508，使得存在有从转子轴508到驱动轮518的直接扭矩传递。例如，如果定子506生成第一扭矩，以使转子508以第一角速度转动，则驱动轮518也以第一角速度旋转。示例驱动轮518被径向联接到从动轮520，以将第一扭矩和第一角速度转换成从动轮520输出的第二扭矩和第二角速度。
图5中所示的泵系统500的示例泵502包括从动轮520、径向联接轴承521、联接轴522、叶轮轴524、磁耦合件526、叶轮528、径向泵轴承530、推力轴532、推力轴承534、屏障罐536、外轮毂538、内轮毂540和背板542。图5中所示的泵系统500的驱动轮518和从动轮520可以是经由互锁轮齿径向连接的齿轮(例如，正齿轮、斜齿轮、双斜齿轮等)，或经由传动带径向连接的带轮。在一些示例中，驱动轮518的轮齿在从动轮520的轮齿上生成力。在一些示例中，接触驱动轮518的传动带生成作用在从动轮520的外表面上的张紧力。驱动轮518生成的示例力、张紧力和/或示例第一扭矩以及驱动轮518旋转时的示例第一角速度基于电动机504的机械功率输出。
下面的等式1表示驱动轮518和/或从动轮520依据扭矩和角速度的瞬时机械功率：
(等式1) P＝τω。
在等式1中，P是功率，τ是扭矩，以及ω是角速度。由于功率守恒，并且由于驱动轮518和从动轮520经由轮齿和/或传动带径向联接，因此驱动轮518的瞬时功率(P1)与从动轮520的瞬时功率(P2)基本上类似(例如，在1％以内)。因此，假设在驱动轮518和从动轮520之间没有因为热量、振动、弯曲、摩擦、传动带蠕变等而造成能量损失(例如，100％效率)，驱动轮518和从动轮520之间的扭矩和角速度的传递可以用以下等式2表达：
P1＝P2
(等式2) τ1ω1＝τ2ω2。
在等式2中，τ1是驱动轮518的扭矩输出，ω1是驱动轮518的角速度，τ2是从动轮520的扭矩输出，以及ω2是从动轮520的角速度。
示例驱动轮518生成第一扭矩(τ1)，并且示例从动轮520生成第二扭矩(τ2)。下面的等式3用于确定旋转轮的扭矩输出：
(等式3)在等式3中，F是驱动轮518和/或从动轮520产生的切向力，L是从驱动轮518和/或从动轮520的旋转轴线到力(F)作用的点的长度(例如，驱动轮518和/或从动轮520的半径)，以及D是驱动轮518和/或从动轮520的直径。驱动轮518生成的力F由于牛顿第三定律而与从动轮520生成的力值F基本上类似(例如，在1％以内)，具有由于热量、振动、弯曲、摩擦、传动带蠕变等而造成的一些损失。因此，假设没有这种损失出现(例如，100％效率)，等式2和等式3可以组合并且简化成如下所示的等式4：
τ1ω1＝τ2ω2
(等式4)
等式4可用于基于驱动轮518的角速度ω1、驱动轮518直径D1和从动轮520直径D2，确定从动轮520和叶轮528的角速度。因此，如果驱动轮518具有比从动轮520大的直径，则叶轮528以比转子轴508大的速率旋转，因为叶轮528经由叶轮轴524、磁耦合件526等被轴向联接到从动轮520。
在图5所示的示例中，根据等式4，驱动轮518具有比从动轮520大的直径，以使第二角速度高于第一角速度。从动轮520被固定(例如，经由一个或多个螺栓)到联接轴522。示例径向联接轴承521支撑联接轴522和连接到联接轴522的其他部分产生的重量。示例联接轴522被构造成使得联接轴522经由磁耦合件526被轴向联接到叶轮轴524。示例叶轮轴524还经由一个或多个紧固件(例如，螺栓、杆、过盈配合件等)被轴向联接到叶轮528。由于联接轴522、磁耦合件526和叶轮轴524使从动轮520连接到叶轮528，因此从动轮520的第二角速度被直接传递到叶轮528。换句话说，叶轮528和从动轮520被可旋转地互锁并且以相同的速率旋转。
泵系统500的示例泵502包括径向泵轴承530，以支撑叶轮轴524产生的径向载荷。在一些示例中，径向泵轴承530是与径向电动机轴承510类似的滚动元件轴承。在图5所示的示例泵系统500中，径向泵轴承530是箔片轴承。在一些示例中，径向泵轴承530包括在轴承套筒内部的弹簧加载箔片衬里。在叶轮轴524开始旋转时，示例弹簧加载箔片衬里支撑叶轮轴524的重量。在叶轮轴524的第二角速度增加时，叶轮轴524和弹簧加载箔片衬里之间的空气压力增加。在第二角速度继续增加时，空气压力也增加，直到空气压力将弹簧加载箔片衬里从旋转轴线向外推。形成在叶轮轴524和径向泵轴承530的套筒之间的径向泵轴承530中的示例空气间隙然后支撑叶轮轴524的重量。
示例径向泵轴承530不使用可能会污染热交换流体的流体润滑(例如，油润滑剂)。然而，示例径向泵轴承530(例如，箔片轴承)不能支撑从动轮520、联接轴522和/或叶轮轴524生成的轴向载荷。图5中所示的示例电动机壳体512和背板542框定推力轴承534，使得推力轴承534支撑叶轮轴524生成的推力载荷。示例推力轴532被固定到叶轮轴524，和/或以其他方式垂直于叶轮轴524的旋转轴线从叶轮轴524刚性地延伸。在叶轮轴524旋转并且将轴向和/或推力载荷传递到推力轴532时，推力轴承534抵消来自推力轴532的轴向载荷，同时允许叶轮轴524以有限(例如，小于1％)的能量损失旋转。尽管在图5中示出了两个推力轴532和一个推力轴承534，但是在泵系统500中可以有两个或更多个推力轴532和/或一个或多个推力轴承534。在一些示例中，推力轴承534可以是推力球轴承、圆柱推力滚子轴承、锥形滚子推力轴承、球面滚子推力轴承、磁轴承等。
图5中所示的泵系统500的示例泵502包括磁耦合件526，以连接联接轴522和叶轮轴524。示例磁耦合件526包括外轮毂538和内轮毂540，外轮毂538和内轮毂540两者均包括围绕旋转轴线交替极性的永磁体。示例内轮毂540是磁耦合件526的凸形部件并且装配在外轮毂538(例如，凹形部件)内。永磁体的磁力使得联接轴522将扭矩直接传递到叶轮轴524，使得叶轮轴524和叶轮528以与从动轮520相同的第二角速度旋转。联接轴522被磁耦合到叶轮轴524，使得凸形部件和凹形部件之间存在间隙。示例屏障罐536(例如，屏障罐452)被设计成装配在间隙内，而不会物理地和/或磁性地干扰磁耦合件526。
示例屏障罐536被固定在磁耦合件526、联接壳体516和/或电动机壳体512中，以气密地密封从动轮520、联接轴522和电动机504远离流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))。示例屏障罐536还气密地密封径向电动机轴承510、驱动轮518、从动轮520和/或电动机504用作润滑剂的示例油，免于污染热交换流体。在一些示例中，屏障罐536与图4的屏障罐452具有相同的结构、材料、设计等。在一些示例中，图5的屏障罐536还以与图4的屏障罐452相同的方式，诸如经由凸缘、屏障罐保持器环和/或螺栓，被固定到联接壳体516和/或电动机壳体512。
在一些示例中，屏障罐536包括内壳层、中间层和外层。在一些示例中，内层和外层由陶瓷、聚合物或复合材料的各种组合构成，而中间层由电铸在内层心轴上的金属构成。在本文件的其他部分中更详细地描述了包括材料、结构、设计等的屏障罐536的一些进一步的示例。
本文公开了径向联接泵系统500。本文公开的示例包括电动机504，以经由轴向连接到转子轴508的驱动轮518来驱动泵502。本文公开的示例进一步包括从动轮520，从动轮520经由齿轮装置或传动带被径向联接到驱动轮518。本文公开的示例进一步包括从动轮520经由磁耦合件526被轴向联接到叶轮轴524。本文公开的示例进一步包括驱动轮518具有第一直径，并且从动轮520具有第二直径，第二直径小于第一直径。因此，本文公开的示例进一步包括驱动轮518以第一角速度旋转，并且从动轮520以第二角速度旋转，第二角速度大于第一角速度。本文公开的示例允许电动机504被安装在泵502的部分的上方或下方，使得泵系统500相对于轴向联接并对准的泵系统(例如，图4的泵400)节省在轴向方向上的空间。本文公开的示例相对于图4的示例泵400，更有效地操作电动机504，增加电动机504的寿命，增加泵系统500的功率密度，并且增加叶轮528的最大角速度，因为电动机504可以输出比电动机410少的机械功率以实现与叶轮406相同的角速度。
图6示出了用于加压系统(例如，图3的热管理系统200)中的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的径向联接泵系统600的横截面视图。如图6所示，径向联接泵系统600(“泵系统600”)包括泵602和电动机604。在一些示例中，泵系统600用于泵送sCO2通过飞行器(例如，图1的飞行器10)和/或燃气涡轮发动机(例如，图2的燃气涡轮发动机100)上的热管理系统。在一些示例中，泵系统600的电动机604包括定子606、转子608、径向电动机轴承610、电动机壳体612、安装杆613、冷却套614和驱动轮618。
图6中所示的泵系统600的示例电动机604包括定子606和转子608。在一些示例中，定子606包括场磁体(例如，电磁体或永磁体)，场磁体基于通过定子606的各种电磁体的电流(例如，直流电或交流电)生成磁场。示例定子606生成第一组磁场，第一组磁场将力(例如，洛伦兹力)施加在转子608生成的第二组磁场上。示例转子608经由永磁体或电磁体生成第二组磁场。由于定子606是静止的并且被固定在适当的位置，因此该力使得示例转子508旋转并产生扭矩。
泵系统600的示例定子606在结构上被构造成固定在转子608内部的适当位置。示例转子608以与图5的转子508类似的第一扭矩以第一角速度旋转。然而，转子608包住定子606，而图5的定子506包住转子508。示例定子606被固定到安装杆613。示例安装杆613经由一个或多个螺栓被固定到电动机壳体612。示例安装杆613还支撑径向电动机轴承610，使得径向电动机轴承610的内套筒被静态附接到安装杆613。
泵系统600的示例电动机604包括径向电动机轴承610，径向电动机轴承610支撑转子轴608和/或驱动轮618的重量。示例径向电动机轴承610还保持转子608和/或驱动轮618径向和/或轴向对准。示例径向电动机轴承610支撑转子608生成的径向载荷(例如重量)和推力载荷。在一些示例中，径向电动机轴承610是滚动元件轴承，诸如角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚子轴承、深沟单球轴承、双球轴承、球面轴承等。在一些示例中，径向电动机轴承610使用液体润滑剂(例如，润滑脂、油等)，以减少径向电动机轴承610的旋转元件中的摩擦和磨损。在一些示例中，径向电动机轴承610使用固体润滑剂(例如，银涂层)，以减少径向电动机轴承610的旋转元件的摩擦和磨损。在一些示例中，径向电动机轴承610是箔片轴承，其使用加压空气，以在转子轴和径向电动机轴承610的套筒之间以足够高的转速形成非接触屏障。尽管图6中所示的电动机604包括两个径向电动机轴承610，但是可以在电动机604中使用一个或多个径向电动机轴承610。
泵系统600的示例电动机604包括电动机壳体612，以框定和/或以其他方式支撑安装杆613，安装杆613进而又支撑定子606、径向电动机轴承510等。在一些示例中，电动机壳体612被增材制造(例如，经由直接金属激光烧结(DMLS)、三维打印等)，以适应安装杆613、定子606、径向电动机轴承610、冷却套614、转子608、驱动轮618等的定制几何结构和构造。图6中所示的示例电动机壳体612可以被增材制造，以在相同的制造部分中包括安装杆613和/或冷却套614。替代地，电动机壳体612可以与安装杆613和/或冷却套614分开增材制造，使得电动机壳体612的几何尺寸和公差能够适当地适应电动机604的各种部分，包括安装杆613和/或冷却套614。附加地或替代地，电动机壳体612、安装杆613和/或冷却套614可以经由减材制造方法被分开制造。
由于示例定子606使用电磁体来生成涡电流，因此图6中所示的示例泵系统600包括冷却套614，以散发定子606在操作期间生成的热量。在一些示例中，冷却套614被机械固定到定子606和/或安装杆613，并且包括冷却片、通气孔、沟道等，以将热量从定子606传递到空气、水、气体冷却剂、液体冷却剂等。图6中所示的示例安装杆613可以是增材制造结构，其包括冷却套614，作为安装杆613的增材制造部分，使得冷却套514和安装杆613是相同的增材制造部分。图5中所示的示例冷却套614可以结合安装杆613制造，使得定子606精确地围绕冷却套614装配和/或联接到冷却套614。在一些示例中，冷却套614结合定子606制造，使得冷却套614和定子606是相同部分，并且使得冷却套614经由冷却片、通气孔、沟道等，将热量从定子606传递到空气、水、气体冷却剂、液体冷却剂等。
泵系统600的示例电动机604包括联接到转子轴608的驱动轮618。图6中所示的泵系统600的示例驱动轮618被连接到转子轴608，使得存在有从转子轴608到驱动轮618的直接扭矩传递。例如，如果定子606生成第一扭矩，以使转子608以第一角速度转动，则驱动轮618也以第一角速度旋转。示例驱动轮618具有壳层构造，该壳层构造包围转子608并且经由一种或多种紧固技术(例如，螺栓、销、过盈配合件、粘合剂等)被固定到转子。在一些示例中，驱动轮618被增材制造，以包括转子608的一个或多个部件(例如，永磁体)。示例驱动轮618被径向联接到从动轮620(例如，经由齿轮装置或传动带)，以将第一扭矩和第一角速度转换成从动轮620输出的第二扭矩和第二角速度。
图6中所示的泵系统600的示例泵602包括泵壳体615、联接壳体616、从动轮620、径向联接轴承621、联接轴622、叶轮轴624、磁耦合件626、叶轮628、径向泵轴承630、推力轴632、推力轴承634、屏障罐636、外轮毂638、内轮毂640和背板642。泵系统600的示例泵602包括联接壳体616，以支撑径向联接轴承621。示例径向联接轴承621支撑联接轴622和连接到联接轴622的其他部分产生的重量。在一些示例中，联接壳体616与电动机壳体612分开制造，并且经由螺栓、紧固件、粘合剂等被固定到电动机壳体612。在一些示例中，联接壳体616被增材制造为电动机壳体612的一部分，使得联接壳体616和电动机壳体612是相同的增材制造部分。
图6中所示的泵系统600的驱动轮618和从动轮620是经由互锁轮齿径向连接的齿轮(例如，正齿轮、斜齿轮、双斜齿轮等)，或经由传动带径向连接的带轮。在一些示例中，驱动轮618的轮齿在从动轮620的轮齿上生成力。在一些示例中，接触驱动轮618的传动带生成作用在从动轮620的外表面上的张紧力。驱动轮618生成的示例力、张紧力和/或示例第一扭矩以及驱动轮618旋转时的示例第一角速度基于电动机604的机械功率输出。如上所述，等式1表示驱动轮618和/或从动轮620依据扭矩和角速度的瞬时机械功率。
由于功率守恒，并且由于驱动轮618和从动轮620经由轮齿和/或传动带径向联接，因此驱动轮618的瞬时功率(P1)与从动轮620的瞬时功率(P2)基本上类似(例如，在1％以内)。因此，假设在驱动轮618和从动轮620之间没有因为热量、振动、弯曲、摩擦、传动带蠕变等而造成能量损失(例如，100％效率)，驱动轮618和从动轮620之间的扭矩和角速度的传递可以用如上所述的等式2表达。
示例驱动轮618生成第一扭矩(τ1)，并且示例从动轮620生成第二扭矩(τ2)。如上所述，等式3用于确定旋转轮的扭矩输出。驱动轮618生成的力F由于牛顿第三定律而与从动轮620生成的力值F基本上类似(例如，在1％以内)，具有由于热量、振动、弯曲、摩擦、传动带蠕变而造成的一些损失。因此，假设没有这种损失出现(例如，100％效率)，等式2和等式3可以组合并且简化成如上所述的等式4，并且等式4可用于确定从动轮620和叶轮628的角速度。因此，如果驱动轮618具有比从动轮620大的直径，则叶轮628将以比转子轴608大的速率旋转，因为叶轮628经由叶轮轴624、磁耦合件626等被轴向联接到从动轮620。
在图6所示的示例中，根据等式4，驱动轮618具有比从动轮620大的直径，以使第二角速度高于第一角速度。从动轮620被固定(例如，经由一个或多个螺栓)到联接轴622。示例联接轴622被构造成使得其经由磁耦合件626被轴向联接到叶轮轴624。示例叶轮轴624还经由一个或多个紧固件(例如，螺栓、杆、过盈配合件等)被轴向连接到叶轮628。由于联接轴622、磁耦合件626和叶轮轴624使从动轮620连接到叶轮628，因此从动轮620的第二角速度被直接传递到叶轮628。换句话说，叶轮628和从动轮620被可旋转地互锁并且以相同的速率旋转。
泵系统600的示例泵602包括泵壳体615，以框定和/或以其他方式支撑径向泵轴承630和推力轴承634。在一些示例中，泵壳体615被增材制造，以适配一个或多个径向泵轴承630、推力轴承634和/或叶轮轴624的特定构造和/或几何结构。在一些示例中，泵壳体615与联接壳体616和/或电动机壳体612一起被增材制造，使得泵壳体615与联接壳体616和/或电动机壳体612是相同的部分。如图6所示的示例泵壳体615与联接壳体616和电动机壳体612分开制造(例如，增材制造)。如图6所示的示例泵壳体615经由一个或多个螺栓被紧固到联接壳体616和电动机壳体612。在一些示例中，泵壳体615经由一个或多个螺栓、销钉、过盈配合件和/或粘合剂被紧固到联接壳体616和电动机壳体612。
泵系统600的示例泵602包括径向泵轴承630，以支撑叶轮轴624产生的径向载荷。在一些示例中，径向泵轴承630是与径向电动机轴承610和/或径向联接轴承621类似的滚动元件轴承。在图6所示的示例泵系统600中，径向泵轴承630是箔片轴承。在一些示例中，径向泵轴承630包括在轴承套筒内部的弹簧加载箔片衬里。在叶轮轴624开始旋转时，示例弹簧加载箔片衬里支撑叶轮轴624的重量。在叶轮轴624的第二角速度增加时，叶轮轴624和弹簧加载箔片衬里之间的空气压力增加。在第二角速度继续增加时，空气压力也增加到空气压力将弹簧加载箔片衬里从旋转轴线垂直向外推的点。形成在叶轮轴624和径向泵轴承630的套筒之间的径向泵轴承630中的示例空气间隙然后支撑叶轮轴624的重量。
示例径向泵轴承630不使用可能会污染流体的流体润滑(例如，油润滑剂)。然而，示例径向泵轴承630(例如，箔片轴承)不能支撑从动轮620、联接轴622和/或叶轮轴624生成的轴向载荷。图6中所示的示例泵壳体615和背板642框定推力轴承634，使得推力轴承634支撑叶轮轴624生成的推力载荷。示例推力轴632被固定到叶轮轴624，和/或以其他方式垂直于叶轮轴624的旋转轴线从叶轮轴624刚性地延伸。在叶轮轴624旋转并且将轴向和/或推力载荷传递到推力轴632时，推力轴承634抵消来自推力轴632的轴向载荷，同时允许叶轮轴624以有限(例如，小于1％)的能量损失旋转。尽管在图5中示出了两个推力轴632和一个推力轴承634，但是在泵系统600中可以有两个或更多个推力轴632和/或一个或多个推力轴承634。在一些示例中，推力轴承634可以是推力球轴承、圆柱推力滚子轴承、锥形滚子推力轴承、球面滚子推力轴承、磁轴承等。
图6中所示的泵系统600的示例泵602包括磁耦合件626，以连接联接轴622和叶轮轴624。示例磁耦合件626包括外轮毂638和内轮毂640，外轮毂638和内轮毂640两者均包括围绕旋转轴线交替极性的永磁体。示例内轮毂640是磁耦合件626的凸形部件并且装配在外轮毂638(例如，凹形部件)内。永磁体的磁力使得联接轴622将扭矩直接传递到叶轮轴624，使得叶轮轴624和叶轮628以与从动轮620相同的第二角速度旋转。联接轴622被磁耦合到叶轮轴624，使得凸形部件和凹形部件之间存在间隙。示例屏障罐636(例如，屏障罐452)被设计成装配在间隙内，而不会物理地和/或磁性地干扰磁耦合件626。
示例屏障罐636被固定在磁耦合件626、联接壳体616和/或泵壳体615中，以气密地密封从动轮620、联接轴622和电动机604远离流体。示例屏障罐636还气密地密封径向电动机轴承610、驱动轮618、从动轮620和/或电动机604用作润滑剂的示例油，免于污染流体。在一些示例中，屏障罐636与图4的屏障罐452具有相同的结构、材料、设计等。在一些示例中，图6的屏障罐636还以与图4的屏障罐452相同的方式，诸如经由凸缘、屏障罐保持器环和/或螺栓，被固定到联接壳体616和/或电动机壳体612。
在一些示例中，屏障罐636包括内壳层、中间层和外层。在一些示例中，内层和外层由陶瓷、聚合物或复合材料的各种组合构成，而中间层由电铸在内层心轴上的金属构成。在本文件的其他部分中更详细地描述了包括材料、结构、设计等的屏障罐636的一些进一步的示例。
本文公开了径向联接泵系统600。本文公开的示例包括具有定子606的电动机604，定子606被安装在圆柱形转子轴608内部，圆柱形转子轴608围绕定子606的外部旋转。本文公开的示例包括驱动轮618，驱动轮618包围并固定到转子608，使得转子608将转子608的第一扭矩输出直接传递到驱动轮618。本文公开的示例包括驱动轮618经由齿轮装置或传动带被径向联接到从动轮620。本文公开的示例进一步包括从动轮620经由磁耦合件626被轴向连接到叶轮轴624。本文公开的示例进一步包括驱动轮618具有第一直径，并且从动轮620具有第二直径，第二直径小于第一直径。因此，本文公开的示例进一步包括驱动轮618以第一角速度旋转，并且从动轮620以第二角速度旋转，其中第二角速度大于第一角速度。本文公开的示例允许电动机604被安装在泵602的部分的上方或下方，使得泵系统600相对于轴向联接并对准的泵系统(例如，图4的泵400)节省在轴向方向上的空间。本文公开的示例相对于图4的示例泵400，更有效地操作电动机604，增加电动机604的寿命，增加泵系统600的功率密度，并且增加叶轮628的最大角速度，因为电动机604可以输出比电动机410少的机械功率以实现与叶轮406相同的角速度。
图7示出了用于加压系统(例如，图3的热管理系统200)中的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的径向联接泵系统700的横截面视图。如图7所示，径向联接泵系统700(“泵系统700”)包括泵702和电动机704。在一些示例中，泵系统700用于泵送sCO2通过飞行器(例如，图1的飞行器10)和/或燃气涡轮发动机(例如，图2的燃气涡轮发动机100)上的热管理系统。在一些示例中，泵系统700的电动机704包括定子706、转子708、径向电动机轴承710、电动机壳体712、冷却套714、联接壳体716、联接轴718、联接螺栓719、磁耦合件720、驱动轮722、驱动轮轴724、径向驱动轮轴轴承726、屏障罐728，内轮毂730和外轮毂732。
图7中所示的泵系统700的示例电动机704包括定子706和转子708。在一些示例中，定子706包括场磁体(例如，电磁体或永磁体)，场磁体基于通过定子706的各种电磁体的电流(例如，直流电或交流电)生成磁场。示例定子706生成第一组磁场，第一组磁场将力(例如，洛伦兹力)施加在转子708生成的第二组磁场上。示例转子708经由永磁体或电磁体生成第二组磁场。由于定子706是静止的并且被固定在适当的位置，因此该力使得示例转子708旋转并产生扭矩。
泵系统700的示例电动机704包括径向电动机轴承710，径向电动机轴承710支撑转子轴708的重量并且保持转子708径向和/或轴向对准。示例径向电动机轴承710支撑转子708的径向载荷(例如重量)和推力载荷。在一些示例中，径向电动机轴承710是滚动元件轴承，诸如角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚子轴承、深沟单球轴承、双球轴承、球面轴承等。在一些示例中，径向电动机轴承710使用液体润滑剂(例如，润滑脂、油等)，以减少径向电动机轴承710的旋转元件中的摩擦和磨损。在一些示例中，径向电动机轴承710使用固体润滑剂(例如，银涂层)，以减少径向电动机轴承710的旋转元件的摩擦和磨损。在一些示例中，径向电动机轴承710是箔片轴承，其使用加压空气，以在转子轴和径向电动机轴承710的套筒之间以足够高的转速形成非接触屏障。尽管图7中所示的电动机704包括两个径向电动机轴承710，但是可以在电动机704中使用一个或多个径向电动机轴承710。
泵系统700的示例电动机704包括电动机壳体712，以框定和/或以其他方式支撑定子706、径向电动机轴承710等。在一些示例中，电动机壳体712被增材制造(例如，经由直接金属激光烧结(DMLS)、三维打印等)，以适应定子706、径向电动机轴承710、冷却套714等的定制几何结构和构造。
由于示例定子706使用电磁体来生成涡电流，因此图7中所示的示例泵系统700包括冷却套714，以散发定子706在操作期间生成的热量。在一些示例中，冷却套714被机械固定到电动机壳体712，并且包括冷却片、通气孔、沟道等，以将热量从定子706传递到空气、水、气体冷却剂、液体冷却剂等。图7中所示的示例电动机壳体712是增材制造结构，其包括冷却套714，作为电动机壳体712的增材制造部分，使得冷却套714和电动机壳体712是相同的增材制造部分。图7中所示的示例冷却套714结合电动机壳体712制造，以包围定子706，并且经由冷却片、通气孔、沟道等，将热量从定子706传递到空气、水、气体冷却剂、液体冷却剂等。
泵系统700的示例电动机704包括联接壳体716，以支撑驱动轮轴轴承726、屏障罐728等。在图7所示的示例中，联接壳体716与电动机壳体712分开制造，并且经由一个或多个螺栓被固定到电动机壳体712。在一些示例中，联接壳体716(经由增材制造或减材制造)与电动机壳体712分开制造，并且经由螺栓、销钉、过盈配合件和/或粘合剂被固定到电动机壳体712。在一些示例中，联接壳体716被增材制造为电动机壳体712的一部分，使得联接壳体716和电动机壳体712是相同的增材制造部分。
泵系统700的示例电动机704包括联接到转子轴708的驱动轮722。图7中所示的泵系统700的示例驱动轮722经由联接轴718和磁耦合件720被连接到转子轴708，使得存在有从转子轴708到驱动轮722的直接扭矩传递。例如，如果定子706生成第一扭矩，以使转子708以第一角速度转动，则驱动轮722也以第一角速度旋转。示例驱动轮722被径向联接到从动轮734，以将第一扭矩和第一角速度转换成从动轮734输出的第二扭矩和第二角速度。
图7中所示的泵系统700的示例电动机704包括磁耦合件720，以连接联接轴718和驱动轮轴724。示例联接轴718经由与转子轴708和联接轴718的旋转轴线对准的联接螺栓719被刚性地连接到转子轴708。示例磁耦合件720包括外轮毂732和内轮毂730，外轮毂732和内轮毂730两者均包括围绕旋转轴线交替极性的永磁体。示例内轮毂730是磁耦合件720的凸形部件并且装配在外轮毂732(例如，凹形部件)内。永磁体的磁力使得联接轴718将扭矩直接传递到驱动轮轴724，使得驱动轮轴724和驱动轮722以与转子轴708相同的第二角速度旋转。联接轴718被磁耦合到驱动轮轴724，使得在凸形部件和凹形部件之间存在间隙。示例屏障罐728(例如，屏障罐452)被设计成装配在间隙内，而不会物理地和/或磁性地干扰磁耦合件720。
示例屏障罐728被固定在磁耦合件720和/或联接壳体716中，以气密地密封电动机504远离流体。示例屏障罐728还气密地密封径向电动机轴承710、转子轴708和/或电动机704用作润滑剂的示例油，免于污染流体。在一些示例中，屏障罐728与图4的屏障罐452具有相同的结构、材料、设计等。在一些示例中，图7的屏障罐728还以与图4的屏障罐452相同的方式，诸如经由凸缘、屏障罐保持器环和/或螺栓，被固定到联接壳体716。
在一些示例中，屏障罐728包括内壳层、中间层和外层。在一些示例中，内层和外层由陶瓷、聚合物或复合材料的各种组合构成，而中间层由电铸在内层心轴上的金属构成。在本文件的其他部分中更详细地描述了包括材料、结构、设计等的屏障罐728的一些进一步的示例。
泵系统700的示例电动机704包括径向驱动轮轴轴承726，以支撑驱动轮轴724生成的径向载荷。在一些示例中，径向驱动轮轴轴承726是与径向电动机轴承710类似的滚动元件轴承。在图7所示的示例泵系统700中，径向驱动轮轴轴承726是箔片轴承。在一些示例中，径向驱动轮轴轴承726包括在轴承套筒内部的弹簧加载箔片衬里。在驱动轮轴724开始旋转时，示例弹簧加载箔片衬里支撑驱动轮轴724的重量。在驱动轮轴724、联接轴718和转子轴708的第一角速度增加时，驱动轮轴724和弹簧加载箔片衬里之间的空气压力增加。当第一角速度继续增加时，空气压力也增加到空气压力将弹簧加载箔片衬里从旋转轴线向外推的点。形成在驱动轮轴724和径向驱动轮轴轴承726的套筒之间的径向驱动轮轴轴承726中的示例空气间隙然后支撑驱动轮轴724的重量。
示例径向驱动轮轴轴承726不使用可能会污染流体的流体润滑(例如，油润滑剂)。然而，示例径向驱动轮轴轴承726(例如，箔片轴承)不能支撑驱动轮722和/或驱动轮轴724生成的轴向载荷。在图7所示的泵系统700中，磁耦合件720支撑轴向载荷(例如，推力载荷)。在一些示例中，驱动轮轴724可以包括一个或多个推力轴，一个或多个推力轴被固定和/或以其他方式垂直于驱动轮轴724的旋转轴线从驱动轮轴724径向向外延伸。在一些示例中，联接壳体716和/或泵壳体735框定一个或多个推力轴承，一个或多个推力轴承支撑可以与驱动轮轴724一起被包括的一个或多个示例推力轴。
图7中所示的泵系统700的示例泵702包括从动轮734、泵壳体735、叶轮轴736、叶轮738、径向泵轴承740、推力轴742和推力轴承744。图7中所示的泵系统700的驱动轮722和从动轮734可以是经由互锁轮齿径向连接的齿轮(例如，正齿轮、斜齿轮、双斜齿轮等)，或经由传动带径向连接的带轮。在一些示例中，驱动轮722的轮齿在从动轮734的轮齿上生成力。在一些示例中，接触驱动轮722的传动带生成作用在从动轮734的外表面上的张紧力。驱动轮722生成的示例力、张紧力和/或示例第一扭矩以及驱动轮722旋转时的示例第一角速度基于电动机704的机械功率输出。如上所述，等式1表示驱动轮722和/或从动轮734依据扭矩和角速度的瞬时机械功率。
由于功率守恒，并且由于驱动轮722和从动轮734经由轮齿和/或传动带径向联接，因此驱动轮722的瞬时功率(P1)与从动轮734的瞬时功率(P2)基本上类似(例如，在1％以内)。因此，假设在驱动轮722和从动轮734之间没有因为热量、振动、弯曲、摩擦、传动带蠕变等而造成能量损失(例如，100％效率)，驱动轮722和从动轮734之间的扭矩和角速度的传递可以用如上所述的等式2表达。
示例驱动轮722生成第一扭矩(τ1)，并且示例从动轮734生成第二扭矩(τ2)。如上所述，等式3用于确定旋转轮的扭矩输出。驱动轮722生成的力F由于牛顿第三定律而与从动轮734生成的力值F基本上类似(例如，在1％以内)，具有由于热量、振动、弯曲、摩擦、传动带蠕变等而造成的一些损失。因此，假设没有这种损失出现(例如，100％效率)，等式2和等式3可以组合并且简化成如上所述的等式4，并且等式4可用于确定从动轮734和叶轮738的角速度。因此，如果驱动轮722具有比从动轮734大的直径，则叶轮738将以比转子轴708大的速率旋转，因为叶轮738经由叶轮轴736被轴向联接到从动轮734。
在图7所示的示例中，根据等式4，驱动轮722具有比从动轮734大的直径，以使第二角速度高于第一角速度。从动轮734被固定(例如，经由一个或多个螺栓、焊点、粘合剂、过盈配合件等)到叶轮轴736。示例叶轮轴736经由一个或多个紧固件(例如，螺栓、杆、过盈配合件等)被轴向连接到叶轮738。由于叶轮轴736将从动轮734连接到叶轮738，因此从动轮734的第二角速度被直接传递到叶轮738。换句话说，叶轮738和从动轮734被可旋转地互锁并且以相同的速率旋转。
泵系统700的示例泵702包括径向泵轴承740，以支撑叶轮轴736产生的径向载荷。在一些示例中，径向泵轴承740是与径向电动机轴承710类似的滚动元件轴承。在图7所示的示例泵系统700中，径向泵轴承740是箔片轴承。在一些示例中，径向泵轴承740包括在轴承套筒内部的弹簧加载箔片衬里。在叶轮轴736开始旋转时，示例弹簧加载箔片衬里支撑叶轮轴736的重量。在叶轮轴736的第二角速度增加时，叶轮轴736和弹簧加载箔片衬里之间的空气压力增加。在第二角速度继续增加时，空气压力也增加到空气压力将弹簧加载箔片衬里从旋转轴线向外推的点。形成在叶轮轴736和径向泵轴承740的套筒之间的径向泵轴承740中的示例空气间隙然后支撑叶轮轴736的重量。
示例径向泵轴承740不使用可能会污染流体的流体润滑(例如，油润滑剂)。然而，示例径向泵轴承740(例如，箔片轴承)不能支撑从动轮734和/或叶轮轴736生成的轴向载荷。泵系统700的示例泵702包括推力轴742，以与推力轴承744接口。图7中所示的示例泵壳体735和联接壳体716框定推力轴承744，使得推力轴承744支撑推力轴742生成的推力载荷。示例推力轴742被固定到叶轮轴736和/或以其他方式垂直于叶轮轴736的旋转轴线从叶轮轴736刚性地延伸。在叶轮轴736旋转并且将轴向和/或推力载荷传递到推力轴742时，推力轴承744抵消来自推力轴742的轴向载荷，同时允许叶轮轴736以有限(例如，小于1％)的能量损失旋转。尽管在图7中示出了两个推力轴742和一个推力轴承744，但是在泵系统700中可以有两个或更多个推力轴742和/或一个或多个推力轴承744。在一些示例中，推力轴承744可以是推力球轴承、圆柱推力滚子轴承、锥形滚子推力轴承、球面滚子推力轴承、磁轴承等。
本文公开了径向联接泵系统700。本文公开的示例包括电动机704，以经由驱动轮722驱动泵702，驱动轮722经由磁耦合件720被轴向连接到电动机轴708。本文公开的示例进一步包括从动轮734，从动轮734经由齿轮装置或传动带被径向联接到驱动轮722。本文公开的示例进一步包括从动轮734，从动轮734轴向连接到叶轮轴736。本文公开的示例进一步包括驱动轮722具有第一直径，并且从动轮734具有第二直径，第二直径小于第一直径。因此，本文公开的示例进一步包括驱动轮722以第一角速度旋转，并且从动轮734以第二角速度旋转，第二角速度大于第一角速度。本文公开的示例允许电动机704被安装在泵702的部分的上方或下方，使得泵系统700相对于轴向联接并对准的泵系统(例如，图4的泵400)节省在轴向方向上的空间。本文公开的示例相对于图4的示例泵400，更有效地操作电动机704，增加电动机704的寿命，增加泵系统700的功率密度，并且增加叶轮738的最大角速度，因为电动机704可以输出比电动机410少的机械功率以实现与叶轮406相同的角速度。
图8是示出示例过程或操作800的流程图，如本文所公开的，泵系统500(图5)、600(图6)、700(图7)可以遵循示例过程或操作800，以在热管理系统传输总线(例如，图2的热传输总线202)中加压流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，超临界二氧化碳(sCO2)等))。尽管主要参考在热管理系统传输总线内利用图5-7的泵系统500、600、700泵送流体来描述操作800，但是操作800可用于在任何其他闭环传输总线内泵送流体。
在方框802处，电动机504、604、704在转子轴508、608、708上生成第一扭矩和第一速度。例如，电流被供应到定子506、606、706的电磁体，以引起与转子508、608、708的旋转轴线垂直的磁场。定子506、606、706的电磁体以变化流动方向的电流被顺序地充电，使得磁场的变化极性被激活，以吸引转子508、608、708中的永磁体。定子506、606、706中的电磁体与转子508、608、708中的永磁体之间的磁力向转子轴508、608、708提供第一扭矩和第一角速度。
在方框804处，取决于泵系统500、600、700中的磁耦合件526、626、720的位置和/或构造，过程或操作800进行到方框806或方框808。如果转子轴508，608、708和驱动轮518、618、722经由磁耦合件526、626、720联接，则过程或操作800进行到方框806，其中转子508、608、708经由磁耦合件526、626、720将第一扭矩和第一角速度直接传递到驱动轮518、618、722。如果转子轴508、608、708和驱动轮518、618、722没有经由磁耦合件526、626、720联接，则过程或操作800进行到方框808，其中转子508、608、708经由第一机械连接件(例如，螺栓、销钉、粘合剂、过盈配合件等)将第一扭矩和第一角速度直接传递到驱动轮518、618、722。
在方框810处，取决于驱动轮518、618、722和从动轮520、620、734的设计、结构和/或构造，过程或操作800进行到方框812或方框814。如果驱动轮518、618、722和从动轮520、620、734两者是经由互锁轮齿被径向联接的齿轮，则过程或操作800进行到方框812，在方框812处，驱动轮518、618、722的第一扭矩和第一角速度经由互锁轮齿被转换成从动轮520、620、734的第二扭矩和第二角速度。驱动轮518、618、722的一个或多个轮齿将力施加在从动轮520、620、734的一个或多个轮齿上。力传递到从动轮520、620、734，并且产生第二扭矩和第二角速度。
在方框814处，如果驱动轮518、618、722和从动轮520、620、734不是两者是经由互锁轮齿被径向联接的齿轮，则驱动轮518、618、722的第一扭矩和第一角速度经由驱动轮518、618、722和从动轮520、620、734之间的传动带连接件被转换成从动轮520、620、734的第二扭矩和第二角速度。传动带被设计和/或组装成与驱动轮518、618、722和从动轮520、620、734具有防滑接触。驱动轮518、618、722在传动带上施加张紧力，并且张紧力传递到从动轮520、620、734上传动带接触从动轮520、620、734的区域。张紧力的传递产生了从动轮520、620、734的第二扭矩和第二角速度。
在方框816处，取决于泵系统500、600、700中的磁耦合件526、626、720的位置和构造，过程或操作800进行到方框818或方框820。如果从动轮520、620、734和叶轮轴524、624、736经由磁耦合件526、626、720联接，则过程或操作800进行到方框818，其中从动轮520、620、734经由磁耦合件526、626、720和/或联接轴522、622、718将第二扭矩和第二角速度直接传递到叶轮轴524、624、736。如果从动轮520、620、734和叶轮轴524、624、736没有经由磁耦合件526、626、720联接，则过程或操作800进行到方框820，其中从动轮520、620、734经由第二机械连接件(例如，螺栓、销钉、粘合剂、过盈配合件等)将第二扭矩和第二角速度直接传递到叶轮轴524、624、736。
在方框822处，连接到叶轮轴524、624、736的叶轮528、628、738基于叶轮528、628、738的旋转动能生成流体的流体动力能。由于叶轮528，628、738被轴向联接和/或连接到叶轮轴524、624、736，因此叶轮528、628、738也以第二角速度旋转。叶轮528、628、738的旋转动能是基于叶轮528、628、738的第二角速度和惯性力矩。旋转能基于能量守恒定律和叶轮528、628、738的设计被转换成流体动力能。
在一些示例中，泵系统500、600、700包括用于旋转的装置。例如，用于旋转的装置可以由图5、6和/或7的电动机504、604、704、定子506、606、706和/或转子轴508、608、708实施。在一些示例中，用于旋转的装置可以包括电动机，诸如DC电动机、AC电动机、有刷DC电动机、无刷DC电动机等。
在一些示例中，泵系统500、600、700包括用于加速的装置。例如，用于加速的装置可以由图5-8的叶轮528、628、738和/或叶轮轴524、624、736实施。在一些示例中，用于增加的装置可以包括电动机、叶轮轴和/或叶轮。
在一些示例中，泵系统500、600、700包括用于转换的装置。例如，用于转换的装置可以由图5-7的驱动轮518、618、722和/或从动轮520、620、734实施。在一些示例中，用于转换的装置可以包括经由互锁轮齿接触的齿轮或与传动带接触的带轮。
在一些示例中，泵系统500、600、700包括用于连接的装置。例如，用于连接的装置可以由图5-7的磁耦合件526、626、720实施。在一些示例中，用于连接的装置可以包括磁耦合件、内轮毂、外轮毂、联接轴和/或永磁体。
在一些示例中，泵系统500、600、700包括用于框定的装置。例如，用于框定的装置可以由图5、6和/或7的电动机壳体512、612、712、联接壳体516、616、716和/或泵壳体615、735实施。在一些示例中，用于框定的装置可以包括经由增材制造(例如，粘结剂喷射、定向能量沉积、粉末床灌注、直接金属激光烧结等)制造的壳体、壳层、支撑结构等。
用于动态支撑泵系统中的轴的集成轴承系统
一些示例流体泵系统和离心流体泵系统的操作具有如上面参考图4所描述的经由叶轮轴(例如，叶轮轴466)轴向连接到叶轮(例如，叶轮406)的电动机(例如，电动机410)。图4中所示的示例转子轴438经由第一磁耦合件450和第二磁耦合件460被连接到示例叶轮轴466。在一些示例中，转子轴被直接连接到泵系统中的叶轮，而没有磁耦合件来连接转子轴和叶轮轴。在一些示例中，箔片轴承用于支撑转子轴在泵系统的操作期间生成的径向载荷。箔片轴承是一种形式的空气轴承，其在轴和轴颈衬里之间使用弹簧加载箔片，以在低启动速度下支撑轴。一旦轴以足够高的速率旋转(取决于箔片轴承的架构)，工作流体(例如，空气、氮气、氩气等)就由于工作流体的粘性效应而被拉入箔片轴承中。因此，工作流体压力在箔片轴承中增加，从轴向外推动箔片，并且支撑轴所生成的径向载荷，产生没有液体润滑剂的无摩擦轴承。由于箔片轴承不使用液体润滑剂，因此气密密封件(例如，磁耦合件)可以不用于防止润滑剂污染泵系统所加压的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))。
在一些示例中，用于支撑转子轴所产生的径向载荷的箔片轴承在泵系统的启动和停止期间经历磨损。更具体地，在较低速度(启动和停止转速)下支撑转子轴的重量的弹簧加载箔片由于摩擦侵蚀而随时间损坏。在本文公开的示例中，集成轴承系统包括箔片轴承、滚动元件轴承和分离式斜撑离合器，以支撑泵系统中的转子轴。示例斜撑离合器在泵系统的操作之前并且在泵系统的较低操作速度下接合滚动元件轴承，使得滚动元件轴承在泵系统的启动和停止速度期间支撑转子轴的重量(例如，总重量和/或大部分重量)。在本文公开的示例中，当泵系统达到第一操作速度范围(例如，箔片轴承起动速度(lift off speed)(例如，箔片轴承的10至50米每秒(m/s)的切向速度))时，斜撑离合器与滚动元件轴承分离，并且箔片轴承支撑转子轴的重量。因此，本文公开的示例减少了箔片轴承在泵系统的启动和停止期间所支撑的径向载荷，由于较少的摩擦侵蚀而减少了箔片轴承的磨损，并且增加了箔片轴承的寿命(例如，使用寿命)。
对于本文公开的附图，同一数字在整个附图中指示相同元件。图9示出了用于加压系统(例如，图3的热管理系统200)中的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的泵系统900的横截面视图。在一些示例中，泵系统A100用于泵送sCO2通过飞行器(例如，图1的飞行器10)和/或燃气涡轮发动机(例如，图2的燃气涡轮发动机100)上的热管理系统。如图9所示，泵系统900包括叶轮902、转子轴904、转子905、定子906、推力轴承908、径向轴909、第一集成轴承系统910、第一斜撑离合器912、第一轴承壳体913，第一滚动元件轴承914、第一箔片轴承916、第二集成轴承系统918、第二斜撑离合器920、第二轴承壳体921、第二滚动元件轴承922和第二箔片轴承924。
图9中所示的示例泵系统900包括叶轮902，以加压系统(例如，图3的热管理系统200)中的流体(例如，sCO2)。示例叶轮902是泵系统900的部件，其被连接到转子轴904，并且以与转子轴904相同的转速旋转。在一些示例中，叶轮902与离心泵中使用的叶轮相同或类似，并且包括轮叶和/或叶片，以使进入流体流径向向外偏转到出口流动管线中。示例叶轮902将电动机(例如，转子轴904和定子906)的机械功率转换成流体流的流体动力。
图9中所示的示例泵系统900包括定子906，以在联接到转子轴904的转子905上施加扭矩。由于示例转子905被连接到转子轴904(例如，经由螺栓、粘合剂、过盈配合件等)，因此定子906使得转子轴904旋转，同时定子906保持静止。示例定子906、示例转子905和示例转子轴904被包括作为本领域技术人员所熟悉的电动机的部分。在一些示例中，定子906包括场磁体(例如，电磁体或永磁体)，场磁体基于通过定子906的各种电磁体的电流(例如，直流电或交流电)生成磁场。示例定子906生成第一组磁场，第一组磁场将力(例如，洛伦兹力)施加到转子905所生成的第二组磁场上。示例转子905经由永磁体或电磁体生成第二组磁场。由于示例定子906是静止的并且被固定在适当位置，因此该力使得示例转子905旋转并且产生扭矩。由于示例转子轴904被连接到示例转子905，因此转子轴904产生相同的扭矩，并且以与转子905相同的角速度旋转。
图9中所示的示例泵系统900包括推力轴承908，以支撑转子轴904在操作期间所生成的推力载荷(轴向载荷)。图9中所示的示例推力轴承908是箔片轴承，其包括弹簧加载箔片和轴颈衬里，类似于上述箔片轴承架构。示例转子轴904被连接到两个或更多个径向轴909，两个或更多个径向轴909被定位成垂直于转子轴904的旋转轴线。在一些示例中，径向轴909经由螺栓、粘合剂、过盈配合件等被连接到转子轴。图9中所示的示例泵系统900包括两个径向轴909，然而，更多的径向轴909可以被连接到转子轴904。在一些示例中，推力轴承908包括内衬里，内衬里与径向轴909和弹簧加载箔片接口。在一些示例中，径向轴909是盘，其被连接到转子轴904，并且直接与推力轴承908的弹簧加载箔片相互作用。
图9的示例泵系统900包括第一集成轴承系统910，以在泵系统900的操作期间支撑转子轴904的径向载荷。示例第一集成轴承系统910包括第一斜撑离合器912、轴承壳体913、第一滚动元件轴承914和第一箔片轴承916。图9的示例泵系统900还包括第二集成轴承系统918，以类似地支撑转子轴904的径向载荷。第二集成轴承系统918包括第二斜撑离合器920、第二滚动元件轴承922和第二箔片轴承924。在一些示例中，泵系统900包括一个集成轴承系统。在一些示例中，泵系统900包括一个或多个集成轴承系统。图9中所示的示例泵系统900的示例第一集成轴承系统910和示例第二集成轴承系统918基本上类似。因此，关于第一集成轴承系统910(“轴承系统910”)、第一斜撑离合器912(“斜撑离合器912”)、第一轴承壳体913(“轴承壳体913”)、第一滚动元件轴承914(“滚动元件轴承914”)和第一箔片轴承916(“箔片轴承916”)的参考和描述也可以分别适用于第二集成轴承系统918、第二斜撑离合器920、第二轴承壳体921、第二滚动元件轴承922和第二箔片轴承924。
图9中所示的示例泵系统900包括斜撑离合器912，以在泵系统900的操作期间使滚动元件轴承914和箔片轴承916彼此接合和分离。示例斜撑离合器912是分离式斜撑离合器，其与滚动元件轴承相似，但是包括非旋转式不对称斜撑元件，而不是旋转式对称圆柱体、球体等。示例斜撑离合器912包括内圈和外圈，斜撑元件装配在内圈和外圈之间的适当位置。示例斜撑离合器912还包括弹簧带，以在斜撑元件上产生预加载弹簧力，从而在非操作期间使斜撑离合器与内圈和外圈接合。由于斜撑元件的不对称八字形几何结构，因此当斜撑元件旋转并且楔入外圈和内圈之间时，出现在斜撑离合器912的部件之间的摩擦力使得内圈以与外圈相同的角速度旋转。当示例斜撑离合器912、内圈和外圈在第一操作速度范围旋转时，斜撑离合器912的斜撑元件由于预加载弹簧力和由此产生的弹簧力矩而与外圈和内圈保持接合。当示例斜撑离合器912、内圈和外圈以第二操作速度范围旋转时，斜撑离合器912的斜撑元件由于离心力和由此产生的离心力矩而变得与外圈和内圈分离，离心力矩抵消并超过弹簧力矩。下面提供示例斜撑离合器912及其操作的进一步描述。
图9中所示的示例泵系统900包括滚动元件轴承914，从而在第一操作速度范围支撑转子轴904的径向载荷。第一操作速度范围的一些示例包括从0m/s至50m/s的转子轴904和/或箔片轴承916的第一切向速度范围，从0m/s至10m/s的离开泵系统900的第一流体流速范围等。示例滚动元件轴承914包括内圈、外圈和滚动元件(例如，滚珠、球体、圆柱体等)。示例滚动元件轴承914的内圈和外圈能够在任一方向上自由旋转。在一些示例中，滚动元件轴承914包括液体润滑剂(例如，油、润滑脂等)，以减少滚动元件轴承914内的摩擦力，并且增加滚动元件轴承914的寿命。如果示例泵系统900使用用于滚动元件轴承914的液体润滑剂，则可以在泵系统900中包括示例油分离器，以帮助确保流体不会得到污染。下面进一步详细地描述了可以在本文公开的示例中使用的油分离器的一些示例。在一些示例中，滚动元件轴承914包括无机润滑脂(例如，硅润滑脂、膨润土、聚脲等)作为润滑剂。图9中所示的示例滚动元件轴承914使用固体润滑剂(如银涂层、石墨、二硫化钼等)，以减少滚动元件轴承914中的摩擦，并且增加滚动元件轴承914的寿命，同时去除了流体被液体润滑剂污染的风险。滚动元件轴承914可以是本领域技术人员熟悉的多种滚动元件轴承之一，诸如圆柱形滚动元件轴承、角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚动元件轴承、深沟单球轴承、双球轴承、球面球轴承或其任何组合。在一些示例中，滚动元件轴承914经由一个或多个气密密封件(例如，活塞密封件、环氧树脂密封件、陶瓷金属密封件等)被气密密封，远离示例流体。取决于滚动元件轴承的类型、润滑剂的类型和/或气密密封件的效力，示例滚动元件轴承914可以具有1000小时或更长的寿命。在一些示例中，滚动元件轴承914经由从滚动元件轴承914到燃料、油、空气和/或图2的热传输总线202的传导热交换而被外部冷却。附加地或替代地，蒸发冷却系统可用于冷却示例滚动元件轴承914。
图9中所示的示例泵系统900包括箔片轴承916，从而以第二操作速度范围支撑转子轴904的径向载荷。第二操作速度范围的一些示例包括从50m/s至200m/s的转子轴904和/或箔片轴承916的第二切向速度范围，从10m/s至100m/s的离开泵系统900的第二流体流速范围等。示例箔片轴承916包括如上所述的内衬里、弹簧加载箔片和轴颈衬里。示例箔片轴承916的内衬里和轴颈衬里能够在任一方向上自由旋转。下面更详细地描述了示例箔片轴承916、示例滚动元件轴承914、示例斜撑离合器912，以及一般而言，示例集成轴承系统910。
图9中所示的示例泵系统900包括轴承壳体913，以支撑滚动元件轴承914和箔片轴承916。在一些示例中，轴承壳体913是增材制造部分，其被设计成适配滚动元件轴承914和箔片轴承916的尺寸。在一些示例中，轴承壳体913经由减材制造被制造，以适配滚动元件轴承914和箔片轴承916的尺寸。在一些示例中，轴承壳体913经由螺栓、销钉、销、粘合剂和/或过盈配合件，牢固地支撑滚动元件轴承914和箔片轴承916。
图10示出了用于支撑转子轴904在泵系统900的操作期间生成的径向载荷的泵系统900的示例集成轴承系统910的放大视图1000。如图10所示，放大视图1000包括转子轴904、集成轴承系统910、斜撑离合器912、轴承壳体913、滚动元件轴承914、箔片轴承916、斜撑元件1002、第一内圈1004、第一外圈1006、第二内圈1008和第二外圈1010。如前所述，图10中所示的集成轴承系统910的示例部件可以被包括在图9中所示的示例第二集成轴承系统918中。图10的示例放大视图1000示出了如前面参考图9所描述的转子轴904、集成轴承系统910，斜撑离合器912、轴承壳体913、滚动元件轴承914和箔片轴承916。
如图10中所示的示例集成轴承系统910包括斜撑元件1002，以接合第一内圈1004和第一外圈1006，使得第一内圈1004和第一外圈1006同时旋转并且具有相同的扭矩输出。尽管在图10中示出了两个斜撑元件1002，但是示例集成轴承系统910可以包括两个或更多个斜撑元件1002。如前所述，示例斜撑元件1002不对称地成形，使得当斜撑元件1002在第一方向上围绕旋转轴线旋转时，斜撑元件楔入第一内圈1004和第一外圈1006之间，并且在部件之间产生摩擦力。示例斜撑元件1002产生的摩擦力出现在斜撑元件1002和第一内圈1004之间以及斜撑元件1002和第一外圈1006之间。斜撑元件1002产生的摩擦力使得第一内圈1004和第一外圈1006以相同的角速度旋转。如前所述，当斜撑元件1002在与第一方向相反的第二方向上围绕旋转轴线旋转时，斜撑元件1002的不对称形状还允许第一内圈1004和第一外圈1006在任一方向上自由旋转。下面更详细地描述斜撑元件1002及其操作。
如图10所示的示例集成轴承系统910包括第一内圈1004，以在第一操作速度范围(例如，从0m/s至50m/s的转子轴904和/或箔片轴承916的切向速度范围，从0m/s至10m/s的离开泵系统900的流体流速范围等)下与斜撑元件1002和滚动元件轴承914接合。图10中所示的示例第一内圈1004是中空轴，其包围转子轴904，并且经由螺栓、粘合剂、过盈配合件等被连接到滚动元件轴承914的第二内圈1008。在一些示例中，第一内圈1004被制造(例如，减材加工或增材制造)为与第二内圈1008相同的部分。示例第一内圈1004比第二内圈1008和第二外圈1010长，使得第一内圈1004与第二内圈1008和斜撑元件1002接口。
如图10所示的示例集成轴承系统910包括第一外圈1006，以在第二操作速度范围(例如，从50m/s至200m/s的转子轴904和/或箔片轴承916的切向速度范围，从10m/s至100m/s的离开泵系统900的流体流速范围等)下与斜撑元件1002和箔片轴承916接合。图10中所示的示例第一外圈1006是轴，其经由螺栓、粘合剂、过盈配合件等被连接到转子轴904。在一些示例中，第一外圈1006被制造(例如，减材加工或增材制造)为与转子轴904相同的部分。示例第一外圈1006被设计成使得第一外圈1006与斜撑元件1002和示例箔片轴承916的内衬里接口。
图11示出了用于接合和/或分离示例滚动元件轴承(例如，图9和/或10的滚动元件轴承914)和/或示例箔片轴承(例如，图9和/或10的箔片轴承916)的示例集成轴承系统910的示例分离式斜撑离合器1100(例如，图9和/或10的斜撑离合器912)。图11中所示的示例斜撑离合器1100从等距视点1102和从正面视点1104示出。图11中所示的示例斜撑离合器1100包括斜撑元件1106(例如，图10的斜撑元件1002)、内环1108和外环1110。尽管示例斜撑离合器1100的正面视点1104示出了二十六个斜撑元件1106，但是可以在图11的示例斜撑离合器1100和/或图9和/或10的示例斜撑离合器912中包括多于或少于二十六个斜撑元件。
图11中所示的示例斜撑离合器1100包括内环1108和外环1110。示例内环1108是环形的并且包括成形为适配斜撑元件1106的底部分的槽。示例外环1110也是环形的并且包括成形为适配斜撑元件1106的上部分的槽。包括在示例内环1108和示例外环1110中的槽被设计成使得斜撑元件1106的不对称八字形形状钩入槽中。示例斜撑元件1106、内环1108和外环1110还被设计成使得斜撑元件1106的顶表面和底表面从外环1110向外突出并且从内环1108向内突出。在一些示例中，内环1108和/或外环1110经由杆、销、螺钉等被联接到斜撑元件1106，以将斜撑元件1106的位置保持在内圈(例如，第一内圈1004)和外圈(例如，第一外圈1006)之间。在一些示例中，内环1108和/或外环1110在没有紧固件(例如，螺栓、销、杆等)的情况下，保持斜撑元件1106的位置。在一些示例中，斜撑元件1106、内环1108和/或外环1110被分开制造并且被组装在一起，以形成斜撑离合器1100。在一些示例中，斜撑元件1106、内环1108和/或外环1110经由增材制造(诸如直接金属激光烧结)被分开制造为要被组装的部分或者被制造为制造组件。在一些示例中，斜撑离合器1100包括弹簧带，以在斜撑元件1106上施加预加载弹簧力，使得斜撑元件1106在操作之前与内环1108和外环1110接合，并且同时示例泵系统900在第一操作速度范围内操作。
图12A示出了示例斜撑元件1202(例如，斜撑元件1002和/或斜撑元件1106之一)的示例接合状态1200A。图12中所示的示例接合状态1200A显示了具有斜撑旋转轴线1204的斜撑元件1202，斜撑元件1202围绕斜撑旋转轴线1204旋转。在一些示例中，斜撑旋转轴线1204也是斜撑元件1202的重心(CG)的位置。示例斜撑元件1202由于作用在斜撑元件1202上的预加载弹簧力而在泵系统900的操作之前与内圈1206(例如，内圈1004)和外圈1208(例如，外圈1006)接合。在一些示例中，弹簧带被包括在斜撑离合器(例如，斜撑离合器1100)中，以相对于图12A中所示的定向，在斜撑旋转轴线1204上方的斜撑元件1202的左侧上施加预加载弹簧力。作用在斜撑元件1202上的预加载弹簧力在斜撑元件1202上产生弹簧力矩1210。示例弹簧力矩1210使得斜撑元件1202在泵系统900的操作之前楔入和/或卡在内圈1206和外圈1208之间。当泵系统900开始操作时，外圈1208在逆时针方向(相对于图12A中所示的定向)上旋转，并且在斜撑元件1202、外圈1208和内圈1206之间生成摩擦力，使得内圈1206以与外圈1208相同的速率逆时针旋转。示例弹簧带被设计成产生足够大的弹簧力矩1210，以抵消斜撑元件1202上作用在逆时针方向上的与弹簧力矩1210相反的摩擦力矩。在示例泵系统900的操作中的这一点处，斜撑元件1202和外圈1208之间的接触点在斜撑旋转轴线1204和斜撑元件1202的CG的右侧。示例接触点也是摩擦力和由此产生的摩擦力矩作用在斜撑元件1202上的位置。在示例泵系统900在第一操作速度范围操作期间，离心力在斜撑旋转轴线1204和/或斜撑元件1202的CG处作用在斜撑元件1202上。由于斜撑旋转轴线1204和/或斜撑元件1202的CG在第一操作速度范围在接触点的左侧，因此离心力产生与弹簧力矩作用在相同方向上的与摩擦力矩相反的第一离心力矩。因此，当示例轴(例如，转子轴904)经由机械连接件(例如，螺栓、粘合剂、过盈配合件等)在第一操作速度范围驱动外圈1208旋转时，斜撑元件1202保持与外圈1208和内圈1206接合，这使得内圈1206以与外圈1206相同的速度旋转。由于示例弹簧带的设计、形状、结构、材料等，因此只要外圈1208继续在第一操作速度范围(例如，小于箔片轴承起动速度(liftoff speed)(例如，10m/s至50m/s的转子轴904和/或箔片轴承916切向速度))内的角速度旋转，示例斜撑元件1202就与内圈1206和外圈1208保持接合。
图12B示出了示例斜撑元件1202(例如，斜撑元件1002和/或斜撑元件1106之一)的示例分离状态1200B。图12B中所示的示例分离状态1200B显示了相同的斜撑元件1202，其具有斜撑元件1202围绕其旋转的相同的斜撑旋转轴线1204和/或CG。图12B中所示的示例分离状态1200B包括与图12A相同的内圈1206和相同的外圈1208。在图12B所示的分离状态1200B中，外圈1208(例如，外圈1006)被连接到示例轴(例如，转子轴904)，并且以在第二操作速度范围(例如，大于箔片轴承起动速度(例如，10m/s至50m/s的切向速度))内的速率旋转。一旦外圈1208和轴(例如，转子轴904)以第二操作速度范围内的速率旋转，斜撑元件1202就与外圈1208和内圈1206分离，并且在逆时针方向上反向旋转。在示例泵系统900将操作速度增加到更靠近第二操作速度范围的下限时，作用在斜撑元件1202上的摩擦力和摩擦力矩增加。作用在斜撑元件1202上的摩擦力矩抵消弹簧力矩1210。一旦泵系统900的操作速度达到第二操作速度范围的下限，摩擦力矩就能够充分抵消弹簧力矩1210，使得斜撑旋转轴线1204和/或斜撑元件1202的CG移动到斜撑元件和外圈1208之间的接触点的右侧。一旦示例接触点移位到斜撑旋转轴线1204和/或斜撑元件1202的CG的左侧，第一离心力矩就切换方向并且变成第二离心力矩1212，第二离心力矩1212补充摩擦力矩并且与弹簧力矩1210相反。一旦摩擦力矩和第二离心力矩1212的总和超过弹簧力矩1210，斜撑元件1202就与内圈1206和外圈1208分离。因此，响应于示例轴(例如，转子轴904)经由机械连接件(例如，螺栓、粘合剂、过盈配合件等)驱动外圈1208以第二操作速度范围旋转，斜撑元件1202与外圈1208和内圈1206分离，这使得内圈1206摆脱外圈1208自由旋转。
图13示出了示例集成轴承系统1300(例如，图9和10的集成轴承系统910)和集成轴承系统1300在示例泵系统(例如，图9的泵系统900)的操作期间在不同点处支撑的示例载荷路径。示例集成轴承系统1300包括轴1302(例如，图9和/或10的转子轴904)、轴承壳体1304(例如，图9和/或10的轴承壳体913)、斜撑离合器1306(例如，图9和/或10的斜撑离合器912)、内圈1308(例如，图10的内圈1004和/或图12A和/或12B的内圈1206)、外圈1310(例如，图10的外圈1006和/或图12A和/或12B的外圈1208)、滚动元件轴承1312(例如，图9和/或10的滚动元件轴承914)，箔片轴承1314(例如，图9和/或10的箔片轴承916)、第一载荷路径1316和第二载荷路径1318。示例第一载荷路径1316和示例第二载荷路径1318是分别作用在示例内圈1308和示例外圈1310上的力表示，而不是物理对象。
如前所述和图9和/或10中所示，示例外圈1310经由机械紧固件(例如，螺栓、螺钉、销钉、粘合剂、过盈配合件等)被连接到示例轴1302。同样如前所述，示例轴承壳体1304在操作期间经由机械紧固件(例如，螺栓、螺钉、销钉、粘合剂、过盈配合件等)将示例滚动元件轴承1312和示例箔片轴承1314牢固地支撑在适当位置。在示例轴1302以第一角速度旋转，第一角速度与不满足箔片轴承起动速度(例如，10m/s至50m/s的切向速度)的第一切向速度相关联时，示例斜撑离合器1306与示例外圈1310和示例内圈1308接合。响应于示例斜撑离合器1306在第一操作速度范围与内圈1308和外圈1310接合，轴1302生成作用在内圈1308和滚动元件轴承1312上的示例第一载荷路径1316。因此，在第一操作速度范围，示例滚动元件轴承1312支撑轴1302的重量。
如前所述和图12A和12B中所示，示例斜撑离合器1306以第二角速度与内圈1308和外圈1310分离，第二角速度与满足箔片轴承起动速度(例如，10m/s至50m/s的切向速度)的第二切向速度相关联。响应于斜撑离合器1306以第二切向速度与内圈1308和外圈1310分离，轴1302生成作用在内外圈1310和箔片轴承1314上的示例第二载荷路径1318。因此，在第二操作速度范围，示例箔片轴承1314支撑轴1302的重量。在一些示例中，第一载荷路径1316和第二载荷路径1318具有与轴1302的重量足够类似的相同力值。
图14是示出示例过程或操作1400的流程图，如本文所公开的，集成轴承系统910可以遵循示例过程或操作1400，以动态地支撑泵系统900中的转子轴904。尽管主要参考动态地支撑图9的泵系统900中的转子轴904来描述操作1400，但是操作1400可用于利用集成轴承系统910来支撑另一个泵系统中的另一个旋转轴。尽管主要参考利用集成轴承系统910动态地支撑转子轴904来描述操作1400，但是另一个集成轴承系统(例如，集成轴承系统918)可以使用操作1400来动态地支撑转子轴904或另一个转子轴。
在方框1402处，泵系统900开始加压流过热管理系统的流体(例如，热交换流体、超临界流体、超临界二氧化碳(sCO2)等)，并且增加离开泵系统900的流体的流率。例如，电流被供应到泵系统900的电动机中的定子906，这使得定子906中的电磁体产生一个或多个磁场，该一个或多个磁场基于流过定子906的电流的方向随时间交替极性。产生的磁场垂直于电动机中的转子905的旋转轴线。转子905被附接到转子轴904并且包括永磁体，永磁体被定子906中的电磁体的交替极性吸引和/或排斥。在转子轴904以增加的角速度旋转时，联接到转子轴904的叶轮902也以增加的角速度旋转。叶轮902包括使得流体压力和流率增加的轮叶或叶片。
在方框1404处，泵系统900的集成轴承系统910与附接到滚动元件轴承914的内圈1004和附接到转子轴904的外圈1006接合。例如，集成轴承系统910的斜撑离合器912包括斜撑元件1002(例如，图11的斜撑元件1106)，斜撑元件1002由于作用在斜撑元件1002上的预加载弹簧力而与内圈1004和外圈1006接合。当斜撑元件1002楔入外圈1006和内圈1004之间时，生成反作用力和摩擦力，这使得内圈1004以与外圈1006相同的速率旋转。
在方框1406处，泵系统900的集成轴承系统910经由内圈1004支撑转子轴904。例如，外圈1006以与转子轴904相同的速率旋转，斜撑离合器912与外圈1006和内圈1004接合，内圈1004以与外圈1006和转子轴904相同的速率旋转，并且滚动元件轴承914经由内圈1004支撑转子轴904的径向载荷。
在方框1408处，泵系统900增加电动机的操作速度。例如，电流以使得定子906中的电磁体以更大速率交替极性的更大速率被供应到定子906。在定子906的电磁体以更大速率交替时，转子905的角速度以相同的速率增加。在转子905和连接的转子轴904的角速度增加时，转子轴904和外圈1006的切向速度也增加。
在方框1410处，如果转子轴A104和/或外圈1006的切向速度满足箔片轴承起动速度(例如，10m/s至50m/s)，则操作1400进行到方框1412。如果转子轴A104和/或外圈1006的切向速度不满足箔片轴承起动速度，则操作1400返回到方框1406，在方框1406处，滚动元件轴承914继续经由内圈1004支撑转子轴904的重量。
在方框1412处，集成轴承系统910与内圈1004和外圈1006分离。例如，一旦转子轴A104和/或外圈1006的切向速度足够高以满足箔片轴承起动速度，作用在斜撑离合器912的斜撑元件1002上的离心力和摩擦力就抵消并超过弹簧力矩力，使得斜撑元件1002反向旋转，并且与内圈1004和外圈1006分离。
在方框1414处，集成轴承系统910经由外圈1006支撑转子轴A104产生的径向载荷。例如，一旦斜撑元件1002与外圈1006和内圈1004分离，箔片轴承916就经由外圈1006支撑转子轴A104的总重量和/或大部分重量，外圈1006被连接到转子轴904并且与箔片轴承916相互作用。只要满足箔片轴承起动速度，箔片轴承916就继续支撑转子轴A104的总径向载荷和/或大部分径向载荷。
在方框1416处，如果转子轴A104和/或箔片轴承916的切向速度继续满足箔片轴承起动速度，则操作1400返回到方框1414，在方框1414处，集成轴承系统910继续经由外圈1006支撑转子轴904的径向载荷。如果泵系统900的操作速度减慢，使得转子轴904和/或箔片轴承916的切向速度不满足箔片轴承起动速度，则操作1400进行到方框1418。
在方框1418处，泵系统900的集成轴承系统910与附接到滚动元件轴承914的内圈1004和附接到转子轴904的外圈1006接合。例如，作用在斜撑元件上的弹簧力矩力超过相反的摩擦力和离心力，并且集成轴承系统910的斜撑离合器912与内圈1004和外圈1006接合。在方框1420处，集成轴承系统910经由内圈1004支撑转子轴904的径向载荷。例如，集成轴承系统910的斜撑离合器912与附接到滚动元件轴承914的内圈1004接合，并且滚动元件轴承912经由内圈1004支撑转子轴904的总径向载荷和/或大部分径向载荷。操作1400在方框1420处继续，直到泵系统900停止操作，此时图14的操作1400结束。
在一些示例中，泵系统900包括用于增加动能的装置。例如，用于增加的装置可以由图9的叶轮902、转子轴904、转子905和/或定子906实施。在一些示例中，用于增加的装置可以包括电动机、叶轮轴和叶轮。
在一些示例中，泵系统900包括用于提供扭矩的装置。例如，用于提供的装置可以由图9的定子906和/或转子905实施。在一些示例中，用于提供的装置可以包括电动机。
在一些示例中，泵系统900包括用于第一支撑的装置。例如，用于第一支撑的装置可以由图9和/或10的第一集成轴承系统910、图9的第二集成轴承系统918、图9和/或10的第一滚动元件轴承914、图9的第二滚动元件轴承922、图13的集成轴承系统1300和/或图13的滚动元件轴承1312实施。在一些示例中，用于第一支撑的装置可以包括角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚子轴承、深沟单球轴承、双球轴承和/或球面轴承。
在一些示例中，泵系统900包括用于第二支撑的装置。例如，用于第二支撑的装置可以由图9和/或10的第一集成轴承系统910、图9的第二集成轴承系统918、图9和/或10的第一箔片轴承916、图9的第二箔片轴承924、图13的集成轴承系统1300、和/或图13的箔片轴承1314实施。在一些示例中，用于第二支撑的装置可以包括空气箔片轴承和/或流体静态箔片轴承。
在一些示例中，泵系统900包括用于接合的装置。例如，用于接合的装置可以由图9和/或10的第一集成轴承系统910、图9的第二集成轴承系统918、图9和/或10的第一斜撑离合器912、图10的第二斜撑离合器920、图10的斜撑元件1002、图11的斜撑离合器1100、图11的斜撑元件1106、图12A-12B的斜撑元件1202、和/或图13的斜撑离合器F506实施。在一些示例中，用于接合的装置可以包括离合器和/或一个或多个不对称形状的旋转元件。
在一些示例中，泵系统900包括用于分离的装置。例如，用于分离的装置可以由油分离器实施。下面更详细地讨论了关于可以实施用于分离的装置的示例油分离器的进一步的描述。
本文公开了用于动态支撑泵系统中的轴的示例集成轴承系统。本文公开的示例集成轴承系统包括斜撑离合器、附接到滚动元件轴承的内圈、以及附接到箔片轴承和转子轴的外圈。本文公开的示例集成轴承系统包括斜撑离合器，从而在第一操作速度范围(例如，从0m/s至10m/s和/或50m/s的切向速度范围)与内圈和外圈接合。因此，示例滚动元件轴承支撑示例转子轴在第一操作速度范围内操作时生成的径向载荷。本文公开的示例集成轴承系统还包括斜撑离合器，从而由于作用在斜撑离合器的斜撑元件上的离心力而以第二操作速度范围(例如，从10m/s和/或50m/s至200m/s的切向速度范围)与内圈和外圈分离。因此，示例箔片轴承支撑示例转子轴在第二操作速度范围内操作时生成的径向载荷。本文公开的示例集成轴承系统减少了示例泵系统中的箔片轴承的磨损(相对于没有集成轴承系统的示例泵系统)，因为滚动元件轴承在泵系统的启动和停止速度期间支撑了转子轴的大部分和/或总径向载荷。本文公开的示例集成轴承系统允许箔片轴承在没有损坏和/或维护的情况下较长时间操作(相对于没有示例集成轴承系统的泵系统中的箔片轴承)，因为示例箔片轴承利用箔片轴承(箔片轴承内没有弹簧加载箔片)中的空气压力来支撑转子轴的大部分和/或总径向负载，同时箔片轴承以第二操作速度范围操作。
用于磁耦合件的分层屏障罐及其生产方法
在一些已知的泵中，为了减少屏障罐(例如，图4的屏障罐452)对磁耦合件(例如，图4的第一磁耦合件450和第二磁耦合件460)产生的磁场的影响，屏障罐使用非金属材料。例如，屏障罐可以包括塑料。然而，塑料屏障罐包括大厚度来提供足够的结构强度，并且仍然常常不足够强到承受高压(例如，超过1,000磅每平方英寸绝对值(PSIA)的压力)。附加地，非金属材料可能在较高温度下变形。因此，对屏障罐使用非金属材料限制了关联泵的潜在操作压力和/或温度。因此，非金属屏障罐限制了流体可以被驱动通过热传输总线202的速率，并且进而又限制了热能可以在流体和工作流体之间被传递的速率。
在一些泵中，为了使屏障罐能够承受增加的压力(例如，超过1,000PSIA的压力)，屏障罐由钛形成。然而，钛屏障罐在磁耦合件产生的旋转磁场之间可能引起涡电流损失。进一步地，当钛屏障罐包括较大厚度以承受较高压力时，这种涡电流损失会增加。因此，钛屏障罐可以限制磁耦合件可以在保持磁耦合的同时旋转的速率。因此，钛屏障罐可能影响在电动机轴和叶轮轴之间传递的扭矩。此外，为了克服涡电流损失，钛屏障可能需要较大的磁体来用于磁耦合件，这增加了泵的大小和/或成本，需要较大的电动机来驱动磁耦合件的旋转，和/或需要冷却布置来释放旋转期间由磁耦合件生成的热量。
图15示出了第一示例护罩1500(例如，屏障罐)，第一示例护罩1500可以用于热传输总线泵400(例如，图4的屏障罐452)、图5的泵系统500(例如，图5的屏障罐536)、图6的泵系统600(例如，图6的屏障罐636)、图7的泵系统700和/或本文公开的使用屏障罐或护罩来容纳流体流的任何其他泵系统。在图15所示的示例中，护罩1500包括内壳层1502、外壳层1504和芯壳层1506(例如，金属芯壳层、金属芯层等)，芯壳层1506被定位在内壳层1502和外壳层1504之间。护罩1500限定了腔1508。因此，当护罩1500在热传输总线泵400中实施时，一个磁耦合件(例如，图4的第二磁耦合件460)可以被定位在腔1508中，并且另一个磁耦合件(例如，图4的第一磁耦合件450)可以围绕护罩1500定位。因此，内壳层1502可以与第一流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))接触，并且外壳层1504可以与第二流体(例如，空气、氢等)接触。
在图15所示的示例中，芯壳层1506的内表面1510与内壳层1502完全接触。类似地，芯壳层1506的外表面1512与外壳层1504完全接触。具体地，内壳层1502和外壳层1504提供包围芯壳层1506的绝缘层。结果，芯壳层1506具有的与内壳层1502和外壳层1504的连续表面接触可以帮助芯壳层1506散发由于芯壳层1506遇到旋转磁场而生成的热量。具体地，内壳层1502可以在第一流体和芯壳层1506之间传递热能。进一步地，外壳层1504可以在第二流体和芯壳层1506之间传递热能。热传输总线泵400可以使得第一流体再循环，以增加热能通过内壳层1502在芯壳层1506和第一流体之间传递的速率。此外，通气孔461(图4)可以使第二流体能够在联接壳体424(图4)中循环。在一些示例中，风扇驱动第二流体进入和/或离开联接壳体，以增加热能通过外壳层1504在芯壳层1506和第二流体之间传递的速率。在一些其他示例中，联接壳体424和/或电动机壳体412(图4)填充有第二流体，这使得当联接壳体424不包括通气孔461时，第二流体能够循环并冷却护罩1500。
在图15中，护罩1500可以包括在0.090英寸(in)和0.125in之间的厚度。在一些示例中，内壳层1502包括第一厚度(例如，在0.005in和0.040in之间)，外壳层1504包括第一厚度或第二厚度(例如，在0.005in和0.040in之间)，并且芯壳层1506包括第三厚度(例如，在0.005in和0.090in之间)。在一些示例中，第三厚度大于第一厚度和第二厚度。然而，第三厚度可以替代地小于第一厚度和/或第二厚度，或者近似地等于第一厚度和/或第二厚度。护罩1500的厚度，并且更具体地，内壳层1502、外壳层1504和芯壳层1506的厚度可以基于在关联泵(例如，热传输总线泵400)的操作期间遇到的压力。例如，当泵400以第一最大压力操作时，护罩1500可以包括第一厚度(例如，0.125in)，并且当泵400以小于第一最大压力的第二最大压力操作时，护罩1500可以包括第二厚度(例如，0.090in)。
在图15所示的示例中，内壳层1502、外壳层1504和芯壳层1506分别包括均匀的厚度。在一些示例中，内壳层1502、外壳层1504和/或芯壳层1506分别包括不均匀的厚度，如下面进一步详细讨论的。
内壳层1502和外壳层1504包括非金属材料，诸如陶瓷材料、聚合物材料和/或复合材料。在一些示例中，陶瓷材料是氧化铝(I)(Al2O)、氧化铝(II)(AlO)(例如，一氧化铝)、氧化铝(III)(Al2O3)(例如，氧化铝、铝氧化物)、氧化锆(例如，氧化锆增韧氧化铝)和/或碳化硅。在一些示例中，聚合物材料和/或复合材料包括碳纤维复合材料和/或聚酰亚胺(例如，T650-35、PMR-15、MVK-14标准模量等)。碳纤维复合材料可以包括短碳纤维、长碳纤维和/或环形碳纤维(endless carbon fibers)。因此，内壳层1502限定护罩1500的第一非金属层，并且外壳层1504限定护罩1500的第二非金属层。在一些示例中，内壳层1502和外壳层1504两者都包括陶瓷材料。在一些示例中，内壳层1502和外壳层1504两者都包括聚合物。在一些示例中，内壳层1502和外壳层1504两者都包括复合材料。在一些示例中，内壳层1502包括第一材料，诸如陶瓷材料，并且外壳层1504包括与第一材料不同的第二材料，诸如聚合物或复合材料。进一步地，芯壳层1506包括镍和/或钴。附加地或替代地，芯壳层1506可以包括不同的金属。
在图15中，护罩1500包括凸缘部分1514。在图4中，内壳层1502、外壳层1504和芯壳层1506周向向外延伸，以形成凸缘部分1514。因此，图4的O形环459可以围绕凸缘部分1514定位。进一步地，凸缘部分1514可以经由图4的屏障罐保持器454和螺栓458被压靠在图4的前轴承壳体428的后端上。在内壳层1502和外壳层1504包围芯壳层1506时，O形环459压靠在外壳层1504上，以使护罩1500能够气密地封闭前轴承壳体428的后端。
内壳层1502可以经由模制和/或基于浆体的处理技术(诸如增材制造(例如，热喷涂、冷喷涂等)和/或烧结)形成。在一些示例中，当内壳层1502经由热喷涂和/或冷喷涂形成时，存在有初始心轴，内壳层1502被喷涂在初始心轴上并且随后与其分离。在一些示例中，当内壳层1502经由热喷涂和/或冷喷涂形成时，内壳层1502的初始部分(例如，内部分或外部分)可以经由另一种制造技术(诸如基于浆体的处理)形成，并且内壳层1502的剩余部分可以被喷涂到初始部分上。进一步地，内壳层1502的初始部分可以在热喷涂和/或冷喷涂之前被机械加工到一定厚度。在一些示例中，内壳层1502可以经由其他制造技术(诸如铸造(例如，注浆铸造、流延铸造等)和/或压制)形成。
进而，芯壳层1506被电铸(例如，电沉积)在内壳层1502的外表面1516上。即，内壳层1502用作在其上形成芯壳层1506的心轴。有利地，与用于成形金属的常规制造技术所能够提供的厚度相比，电铸芯壳层1506使得芯壳层1506的厚度能够减小。
进一步地，外壳层1504可以经由热喷涂或冷喷涂形成在芯壳层1506上。因此，芯壳层1506的电铸层可以用作外壳层1504的结合涂层。在一些示例中，内壳层1502可以经由其他制造技术(诸如复合铺叠处理(例如，复合层铺设)、模制(例如，注射模制)、注浆铸造、压制和/或流延铸造)形成。
例如，内壳层1502可以被模制，芯壳层1506被电铸在内壳层1502上，并且外壳层1504被热喷涂在芯壳层1506上。在一些示例中，芯壳层1506被电铸在外壳层1504的内表面上，而不是内壳层1502的外表面上。进而，内壳层1502可以被热喷涂或冷喷涂在芯壳层1506上。此外，护罩1500可以经由机械加工或磨削完成，以将护罩1500的厚度维持在一定的公差范围内，并且沿内壳层1502的内表面和/或外壳层1504的外表面限定均匀的轮廓。
有利地，芯壳层1506使得第一示例护罩1500能够承受增加的压力而不破裂，并且进而使得热传输总线泵400能够在更高压力下驱动流体。具体地，第一示例护罩1500使电动机410的速度能够被增加，以增加由叶轮406产生的输出(例如，体积流率)。结果，热传输总线泵400可以在更短时间内向图1的飞行器10和/或图2的燃气涡轮发动机100的区域提供更多流体，以使得流体与图1的飞行器10和/或燃气涡轮发动机100中的工作流体之间的热传递能够以更快的速率发生。进一步地，内壳层1502、外壳层1504和/或芯壳层1506的几何结构可以是非圆柱形的，以增加第一护罩1500的刚度，并且进而增加护罩1500能够承受的压力。
此外，电铸芯壳层1506使得芯壳层1506能够形成有常规制造技术无法生产的减小厚度。结果，当在热传输总线泵400中实施第一护罩1500时，与包括金属的已知屏障罐相比，芯壳层1506引起减少的涡电流损失。因此，减少的涡电流损失使得电动机410、第一磁耦合件450和第二磁耦合件460的大小能够被减小。此外，减少的涡电流损失减少了由于图4的第一磁耦合件450和第二磁耦合件460产生的旋转磁场而由芯壳层1506生成的热能。因此，电铸芯壳层1506防止了对围绕联接壳体424的冷却套筒的需要。附加地，芯壳层1506增加了护罩1500能够承受的温度范围。
类似地，热喷涂使得内壳层1502和/或外壳层1504能够形成有减小的厚度。因此，第一护罩1500的总体厚度被最小化或以其他方式被减小，这使得第一磁耦合件450和第二磁耦合件460之间的间隙能够被最小化或以其他方式被减小。因此，可以利用较小的磁体和/或较小的电动机来更有效地在电动机轴438和叶轮轴466之间传递扭矩，以减小热传输总线泵400的大小和/或成本。附加地，内壳层1502和/或外壳层1504的减小的厚度和/或芯壳层1506具有的与内壳层1502和外壳层1504的连续表面接触使得内壳层1502和/或外壳层1504能够更有效地在遇到的流体和芯壳层1506之间传递热能。因此，内壳层1502和/或外壳层1504可以帮助芯壳层1506散发热量。此外，由护罩1500引起的减少的涡电流损失和护罩1500的减小的厚度可以使得护罩1500和磁耦合件450、460之间的分离能够增加，使得流体可以以增加的流率在护罩1500和磁耦合件450之间流动，以增加热能在护罩1500与流体之间传递的速率。
此外，减小第一护罩1500的厚度并减少由护罩1500引起的涡电流损失使得第一磁耦合件450和第二磁耦合件460的旋转能够以较高转速保持互锁。因此，第一护罩1500使得热传输总线泵400能够以增加的流率和/或增加的压力来驱动流体。
图16示出了可用于图15的第一示例护罩1500(例如，图15的内壳层1502)中的另一示例内壳层1600。在图16中，内壳层1600包括基底部分1602和从基底部分1602径向突出的肋1604(例如，脊)。具体地，肋1604延伸远离由基底部分1602限定的腔1606(例如，腔1508)。因此，内壳层1600的第一部分包括由基底部分1602限定的第一厚度，并且内壳层1600的第二部分包括由基底部分1602和肋1604限定的第二厚度。在一些示例中，第二厚度在0.75英寸和1.0英寸之间。有利地，肋1604使得图15的护罩1500能够提供增加的结构刚度，并且因此增加护罩1500能够承受的最大压力。
在图16所示的示例中，肋1604沿着基底部分1602的周边间隔开。此外，周向间隔开的肋1604在由内壳层1600限定的轴向方向A上沿着基底部分1602延伸。在图16所示的示例中，肋1604沿轴向方向A以直线延伸。然而，应当理解，肋1604可以沿基座以任何形状延伸，以增加图15的护罩1500的刚度。例如，肋1604可以从基底部分1602以不由轴向方向限定的直线延伸(例如，其中脊的第一端的周向位置不同于脊的第二端的周向位置)。在一些示例中，肋1604沿基底部分1602沿轴向方向A呈螺旋状延伸。在一些示例中，肋1604沿着基底部分1602在由内壳层1600限定的周向方向C上延伸。在一些示例中，肋1604包括波形部，使得在肋1604沿着基底部分1602在轴向方向A上延伸时，肋1604的位置在周向方向C上变化。
此外，图15的芯壳层1506可以被电铸在内壳层1600上。因此，图15的芯壳层1506被层叠在内壳层1600的基底部分1602和肋1604上。结果，图15的芯壳层1506可以包括固定到基底部分1602的第一部分和固定到肋1604的第二部分。因此，图15的芯壳层1506的第一部分可以包括第一内径和第一外径，并且芯壳层1506的第二部分可以包括第二内径和第二外径，第二内径和第二外径大于第一内径和第一外径。进而，芯壳层1506的几何结构可以进一步增加护罩1500的结构刚度。
图17A-C示出了用于形成第一护罩1500的示例制造过程的步骤。具体地，图17A-C示出了在第一护罩1500包括图15的第一内壳层1502和图16的第二内壳层1600的情况下的制造过程的步骤。在图17A中，形成内壳层1502、1600。例如，内壳层1502、1600可以经由模制、热喷涂和/或冷喷涂形成。在图17B中，芯壳层1506被电铸在内壳层1502、1600上。在图17C中，外壳层1504被热喷涂或冷喷涂在芯壳层1506上。
图18是表示制造屏障罐(诸如图15和/或17C的护罩1500)的示例方法1800的流程图。在一些示例中，示例方法1800的至少一部分表示示例机器可读指令，示例机器可读指令可以由与制造设备通信的处理器电路执行和/或实例化，以制造护罩1500。附加地或替代地，图18的方法1800可以使用专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)，专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)被构建成使得与方法1800对应的操作由制造设备来进行。
图18的示例方法1800开始于方框1802处，在方框1802处，形成内壳层1502、1600。例如，内壳层1502、1600可以经由模制和/或基于浆体的制造技术(诸如增材制造(例如，热喷涂或冷喷涂)和/或烧结)形成。
在方框1804处，芯壳层1506形成在内壳层1502、1600上。例如，芯壳层1506可以被电铸在内壳层1502、1600的外表面上。因此，内壳层1502、1600用作电铸芯壳层1506的心轴。结果，芯壳层1506的内表面与内壳层1502、1600完全接触。
在方框1806处，外壳层1504形成在芯壳层1506上。例如，外壳层1504可以被热喷涂和/或冷喷涂在芯壳层1506上。在一些示例中，外壳层1504被热喷涂和/或冷喷涂在内壳层1502的一部分(例如，边缘)上，使得外壳层1504和内壳层1502封装芯壳层1506。结果，芯壳层1506的外表面与外壳层1504完全接触。
在一些示例中，护罩1500包括用于绝缘的第一装置。例如，用于绝缘的第一装置可以由图15和17A-C的内壳层1502或图16和17A-C的内壳层1600实施。在一些示例中，用于绝缘的第一装置可以包括陶瓷、聚合物或复合材料。例如，用于绝缘的第一装置可以包括氧化铝(I)(Al2O)、氧化铝(II)(AlO)(例如，一氧化铝)、氧化铝(III)(Al2O3)(例如，氧化铝、铝氧化物)、氧化锆(例如，氧化锆增韧氧化铝)和/或碳化硅。
在一些示例中，护罩1500包括用于绝缘的第二装置。例如，用于绝缘的第二装置可以由图15和17A-C的外壳层1504实施。在一些示例中，用于绝缘的第二装置可以包括陶瓷、聚合物或复合材料。例如，用于绝缘的第一装置可以包括氧化铝(I)(Al2O)、氧化铝(II)(AlO)(例如，一氧化铝)、氧化铝(III)(Al2O3)(例如，氧化铝、铝氧化物)、氧化锆(例如，氧化锆增韧氧化铝)和/或碳化硅。
在一些示例中，护罩1500包括用于支撑用于绝缘的第一装置和用于绝缘的第二装置的装置。用于支撑的装置可以填充限定在用于绝缘的第一装置和用于绝缘的第二装置之间的区域。例如，用于支撑的装置可以由芯壳层1506实施。在一些示例中，用于支撑的装置包括镍、钴和/或一个或多个其他金属。
在一些示例中，护罩1500包括用于加强的装置。例如，用于加强的装置可以由图16和17A-17C的内壳层1600中的肋1604和/或围绕肋1604定位的芯壳层1506实施。
本文公开了示例分层磁耦合护罩或屏障罐。示例分层磁耦合护罩或屏障罐可以包括内壳层、外壳层和金属芯壳层，金属芯壳层在内壳层与外壳层之间。内壳层或外壳层可以用作心轴，金属芯壳层形成在心轴上。与其他制造技术相比，电铸金属芯壳层使得金属芯壳层能够减小厚度(例如，小至2密耳)。进而，金属芯壳层可以在定位在分层护罩或屏障罐内和周围的磁耦合件之间引起较少的涡电流损失，同时提供可承受较高压力(例如，大于6,400PSI的压力)的结构支撑。此外，内壳层和外壳层可以使金属芯壳层与流体绝缘，以防止金属芯壳层遇到氧化和/或受到某些极端温度的影响。此外，内壳层和/或外壳层可以经由热喷涂和/或冷喷涂形成，以进一步减小屏障罐的厚度，从而使得屏障罐或护罩能够引起较少的涡电流损失和/或使得磁耦合件的大小能够被减小。
高压磁耦合护罩及其生产方法
图19示出了另一个示例护罩1900(例如，屏障罐)，另一个示例护罩1900可以用于热传输总线泵400(例如，图4的屏障罐452)、图5的泵系统500(例如，图5的屏障罐536)、图6的泵系统600(例如，图6的屏障罐636)、图7的泵系统700(例如，图7的屏障罐728)和/或本文公开的使用屏障罐或护罩来容纳流体流的任何其他泵系统。在图19所示的示例中，护罩1900包括外壳层1902(例如，外层)和固定到外壳层1902的内壳层1904(例如，衬里)。
在图19中，外壳层1902的厚度在25密耳和150密耳之间。外壳层1902包括复合材料，以提供结构强度并承受护罩1900遇到的压力。复合材料可以包括碳纤维、石墨纤维和/或环氧树脂。环氧树脂可以在某个位置和/或定向上粘结纤维，以增加外壳层1902的结构强度。进而，外壳层1902可以以减少的重量提供金属材料的结构强度。此外，在外壳层1902中使用与金属相对的复合材料改进了(例如，减少了)在第一磁耦合件450和第二磁耦合件460之间遇到的涡电流损失。有利地，因使用外壳层1902而导致的减少的涡电流损失增加了磁耦合件450、460在保持旋转互锁的同时可以操作的最大速度，并且改进了扭矩在第一磁耦合件450之间传递的效率。进一步地，减少的涡电流损失使得图4的第一磁耦合件450、第二磁耦合件460和/或电动机410的大小能够被减小。附加地，减少的涡电流损失防止了对围绕联接壳体424的冷却套的需要，因为由第一磁耦合件450和第二磁耦合件460的旋转所生成的热能减少。
在图19中，碳纤维和/或石墨纤维被定位在多于一个的定向上，如下面进一步详细讨论的。例如，纤维可以被定位在第一定向、第二定向、第三定向和第四定向上，第二定向不同于第一定向，第三定向不同于第一定向和第二定向，第四定向不同于第一定向、第二定向和第三定向。在一些示例中，第一定向处于由护罩1900限定的轴向方向A上，并且第二定向处于由护罩1900限定的周向方向C上。因此，第一定向与第二定向基本正交。第三定向可以在第一方向上与第一定向和第二定向成近似45°。第四定向可以在与第一方向基本正交的第二方向上与第一定向和第二定向成近似45°。因此，第三定向与第四定向基本正交。
在图19所示的示例中，形成外壳层1902的复合材料是多孔隙的。因此，内壳层1904覆盖外壳层1902的内表面，以防止流体通过外壳层1902的孔隙逸出，并且进而使得护罩1900能够气密地密封前轴承壳体428，并且防止流体被污染。内壳层1904的厚度可以小至2密耳。内壳层1904包括热塑性复合材料和/或金属材料。在一些示例中，内壳层1904包括有利地，当内壳层1904只有5密耳厚时，与/>相关联的温度和结构强度性质使得护罩1900能够具有6,400PSIA。附加地，给定/>不包括金属材料，/>使得内壳层1904能够使由护罩1900引起的涡电流损失最小化或以其他方式减少由护罩1900引起的涡电流损失。在一些示例中，内壳层1904包括除了/>以外的热塑性复合材料，诸如聚醚醚酮(PEEK)。在一些示例中，内壳层1904包括镍基合金，以使护罩1900能够承受的压力最大化或以其他方式增加护罩1900能够承受的压力。例如，内壳层1904可以包括镍铬基合金，诸如镍铬钼合金(例如，INCO718)。
在图19中，外壳层1902经由复合铺叠处理形成。例如，复合铺叠处理可以包括逐层铺设复合层，使得外壳层1902的第一复合层形成在第二复合层上，第二复合层形成在第三复合层上等。因此，复合层包括环氧树脂中的碳纤维和/或石墨纤维。碳纤维和/或石墨纤维在某些位置和/或定向上与环氧树脂层叠，并且进而可以使用热固性来使得环氧树脂能够在适当位置粘结纤维。具体地，纤维在第一定向、第二定向、第三定向和第四定向上在彼此的顶部上层叠。例如，第一组纤维可以被设定在第一定向上，第二组纤维可以在第二定向上被设定在第一组纤维的顶部上(例如，围绕由第一组纤维限定的圆周)，第三组纤维可以在第三定向上被设定在第二组纤维的顶部上，并且第四组纤维可以在第四定向上被设定在第三组纤维的顶部上。此外，第一、第二、第三和第四组纤维的层可以被堆叠，使得纤维限定一定厚度。例如，厚度可以基于关联泵(例如，图4的热传输总线泵400)将要操作的压力。附加地，多组纤维可以以另一个布置或以多个布置被堆叠。例如，外壳层1902可以包括堆叠在第一组纤维上的第三组纤维，堆叠在第三组纤维上的第二组纤维，和堆叠在第二组纤维上的第四组纤维。进一步地，第一群组的多组纤维可以以与围绕第一群组定位的第二群组的多组纤维不同的布置被堆叠。附加地，内壳层1904可以包括用于结构加固的短纤维。
因此，外壳层1902可以经由复合铺叠处理形成，使得外壳层1902包括第一厚度。在一些示例中，外壳层1902的内表面1905可以被向下机械加工，以使得外壳层1902具有第二厚度，第二厚度为内壳层1904提供了空间，同时将护罩1900维持在一定厚度范围内。在一些示例中，外壳层1902的厚度可以高达0.125in。
在图19中，当内壳层1904将要包括镍基合金时，内壳层1904经由电铸形成在外壳层1902的内表面1905上。例如，当内壳层1904将要包括或另一种热塑性复合材料(例如，PEEK)时，内壳层1904可以经由/>或PEEK的机械加工杆形成。进而，外壳层1902可以被层叠在内壳层1904的外表面1907上。在一些示例中，护罩1900的凸缘部分1906完全经由外壳层1902形成。
图20A-D示出了图19的外壳层1902的纤维的示例定向。在图20A-D中，复合层可以在方向2001上逐层铺设，方向2001垂直于图19的内壳层1904和/或外壳层1902的内复合层。
图20A示出了被定位在第一定向2002上的外壳层1902的示例第一纤维(例如，第一组纤维)，第一定向2002沿着由图19的护罩1900限定的周向方向C延伸。因此，第一纤维中的纤维周向环绕由图19的护罩1900限定的腔。进一步地，第一纤维中的纤维沿着由图19的护罩1900限定的轴向方向A间隔开。
图20B示出了被定位在第二定向2004上的外壳层1902的示例第二纤维(例如，第二组纤维)，第二定向2004沿着由图19的护罩1900限定的轴向方向A延伸。因此，第二纤维在轴向方向A上延伸，并且环绕由图19的护罩1900限定的腔的后端。换句话说，第二纤维以U形环绕腔。因此，第二定向2004与第一定向2002基本正交。此外，第二纤维中的纤维沿着由护罩1900限定的周向方向C间隔开。因此，第二纤维中的纤维的相应端被直接定位成跨护罩1900的腔彼此相对(例如，彼此成180°)。
图20C示出了被定位在第三定向2006上的外壳层1902的示例第三纤维(例如，第三组纤维)，第三定向2006在第一方向上在第一定向2002和第二定向2004之间近似45°延伸。因此，第三纤维在由图19的护罩1900限定的轴向方向A和周向方向C两者上延伸。换句话说，第三纤维以长方形形状环绕由图19的护罩1900限定的腔。此外，第三纤维中的纤维沿着由图19的护罩1900限定的轴向方向A间隔开。
图20D示出了被定位在第四定向2008上的外壳层1902的示例第四纤维(例如，第四组纤维)，第四定向2008在第二方向上在第一定向和第二定向之间近似45°延伸。具体地，第四定向2008与第三定向2006基本正交。即，第四定向2008在由图19的护罩1900限定的轴向方向A和周向方向C两者上延伸。因此，第四纤维以长方形形状环绕由图19的护罩1900限定的腔。此外，第四纤维中的纤维沿着由图19的护罩1900限定的轴向方向A间隔开。
图21示出了在如图19中标识的外壳层1902的一部分1908中被定位在第一定向2002、第二定向2004、第三定向2006和第四定向2008上的碳纤维和/或石墨纤维的示例覆盖层。在图21中，外壳层1902包括在第一定向2002上的第一纤维2102、在第二定向2004上的第二纤维2104、在第三定向2006上的第三纤维2106和在第四定向2008上的第四纤维2108。具体地，第一纤维2102围绕由图19的护罩1900限定的腔在周向方向C上延伸。进一步地，第二纤维2104在由图19的护罩1900限定的轴向方向A上基本正交于第一纤维2102延伸。第三纤维2106在第一纤维2102和第二纤维2104之间近似45°延伸。此外，第四纤维2108基本正交于第三纤维2106延伸。
图22A是表示制造屏障罐(诸如图19的护罩1900)的第一示例方法2200的流程图。在一些示例中，示例方法2200的至少一部分表示示例机器可读指令，示例机器可读指令可以由与制造设备通信的处理器电路执行和/或实例化，以制造护罩1900。附加地或替代地，图22A的方法2200可以使用专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)，专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)被构建成使得与方法2200对应的制造操作由制造设备来进行。
图22A的示例方法2200开始于方框2202处，在方框2202处，形成外壳层1902(图19-21)。例如，外壳层1902可以经由复合铺叠处理和/或热固处理形成。具体地，在环氧树脂中，第一纤维2102(图21)被定位在第一定向2002(图20A和21)上，第二纤维2104(图21)被定位在第二定向2004(图20B和21)上，第二定向2004与第一定向2002基本正交，第三纤维2106(图21)被定位在第三定向2006(图20C和21)上，并且第四纤维2108(图21)被定位在第四定向2008(图20D和21)上。进一步地，第一纤维2102、第二纤维2104、第三纤维2106和第四纤维2108可以在相应层中交替。进而，这些层限定外壳层1902的厚度。在一些示例中，纤维2102、2104、2106、2108的相应层可以被热固，使得环氧树脂将纤维2102、2104、2106、2108保持在相应定向2002、2004、2006、2008上。
在方框2204处，机械加工外壳层1902的内表面。例如，外壳层1902的内表面可以被研磨或机械加工，使得外壳层1902的厚度减小。因此，将外壳层1902机械加工成减小的厚度可以为内壳层1904(图19)提供空间，使得第二磁耦合件460不接触内壳层1904。
在方框2206处，内壳层1904形成在外壳层1902的内表面上。例如，当内壳层1904包括金属材料时，内壳层1904可以经由电铸形成在外壳层1902的内表面上。进一步地，当内壳层1904包括热塑性复合材料(诸如和/或PEEK)时，内壳层1904可以经由增材制造形成在外壳层1902的内表面上。因此，经由增材制造或电铸形成内壳层1904使得内壳层1904能够形成有减小的厚度，这在由护罩1900(图19)限定的腔中为第二磁耦合件460提供了空间，同时密封了外壳层1902的内表面。
图22B是表示制造屏障罐(诸如图19的护罩1900)的第二示例方法2250的流程图。在一些示例中，示例方法2250的至少一部分表示示例机器可读指令，示例机器可读指令可以由与制造设备通信的处理器电路执行和/或实例化，以制造护罩1900。附加地或替代地，图22B的方法2250可以使用专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)，专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)被构建成使得与方法2250对应的制造操作由制造设备来进行。
图22B的示例方法2250开始于方框2252处，在方框2252处，形成内壳层1904(图19)。例如，内壳层1904可以从或另一种热塑性复合材料(例如，PEEK)的杆被机械加工。在一些示例中，当内壳层1904包括金属材料时，内壳层1904被电铸在心轴上，并且随后与心轴分离。
在方框2254处，外壳层1902(图19-21)被层叠在内壳层1904上。例如，外壳层1902可以经由复合铺叠处理形成。具体地，包括至少一组纤维2102、2104、2106、2108的外壳层1902的第一层可以被层叠在内壳层1904的外表面1907(图19)上。进一步地，包括至少一组纤维2102、2104、2106、2108的外壳层1902的第二层可以被层叠在第一层上。在一些示例中，在施加第二层之前，第一层被热固。因此，外壳层1902在内壳层1904上形成多层。
本文公开了示例分层磁耦合护罩或屏障罐。示例分层磁耦合护罩或屏障罐可以包括外壳层，以提供可以承受更高压力(例如，至少6,400PSI的压力)的结构支撑。此外，示例分层磁耦合护罩或屏障罐可以包括内壳层，内壳层形成在外壳层的内表面上，以防止流体通过外壳层的孔隙泄漏。有利地，当使用或另一种热塑性塑料(例如，PEEK)来形成内壳层1904时，不会出现涡电流损失。此外，当内壳层包括金属材料时，涡电流损失(以千瓦(kW)为单位)与内壳层厚度(以密耳(例如，千分之一英寸)为单位)的比率可以小于0.06。结果，示例分层磁耦合护罩和/或屏障罐使得磁耦合件能够保持磁接合，并且进而以较高角速度被旋转互锁。因此，示例分层磁耦合护罩或屏障罐可以使得关联泵中的叶轮能够以较高角速度被驱动，以增加流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的压力和/或流率，从而使得流体能够将更多热能传递到关联飞行器和/或发动机中的工作流体，和/或从关联飞行器和/或发动机中的工作流体中传递更多热能。
具有油分离器的油润滑超临界流体泵
如上所述，为了在流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))和工作流体之间传递热能，而不会对飞行器10和/或燃气涡轮发动机100的部件产生负面影响，流体在流体将要传递热能的区域中应该没有被外来物质污染。即，流体在穿过图2的热源热交换器206和散热器热交换器208时不应该被油、水(例如，蒸汽)和/或环境空气污染。
如上所讨论的，支撑电动机410的轴438的滚动元件轴承440、448需要不是流体的油润滑。进而，图4的屏障罐452使流体与电动机壳体412分离，以防止流体被泵400中的滚动元件轴承440、448的油润滑所污染。然而，使用分离的壳体，诸如电动机壳体412、后轴承壳体418、中间轴承壳体420和联接壳体424，增加了泵400的大小、重量和/或成本。此外，经由磁耦合件450、460驱动叶轮406的旋转可能会引起涡电流损失，涡电流损失限制了磁耦合件450、460可以以其驱动叶轮406的旋转速度。
本文公开了使流体能够与油混合并随后与油分离的示例油分离器。因此，示例油分离器使得流体能够流过包括油润滑轴承以安装电动机轴(例如，图4的轴438)的壳体。结果，油分离器使得图3的泵204的大小、重量和/或成本被减少。附加地，油分离器可以使得泵204中的部件的数量减少。例如，通过使流体能够与油混合，油分离器去除了对保持油润滑部分与流体分离的屏障罐(例如，图4的屏障罐452)、磁耦合件(例如，图4的磁耦合件450、460)和/或不同壳体的需要。进一步地，示例油分离器使得泵204能够在没有磁耦合件的情况下驱动叶轮，这增加了叶轮能够操作的旋转速度，从而增加了泵204能够驱动流体通过热传输总线202的最大压力和/或流率。
具体地，加压闭环传输总线(例如，热传输总线202)内的流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的示例泵系统包括泵壳体和流体联接到泵壳体的管道。在示例泵系统的操作期间，管道的第一部分包括油和超临界流体(例如，超临界二氧化碳)的混合物，并且管道的第二部分包括超临界流体本身。因此，分离器(例如，油分离器)被定位在管道的第一部分和管道的第二部分之间的管道的第三部分中，使得分离器可以将混合物中的油与超临界流体分离。因此，分离器使得超临界流体能够在泵壳体内流动并且与来自润滑轴承的油混合，例如，润滑轴承安装和/或支撑驱动叶轮的电动机的轴。
在一些示例中，泵系统包括多于一个的分离器。示例分离器可以是静态的(例如，静止的)或动态的(例如，可移动的、可旋转的等)。在一些示例中，动态或可旋转分离器包括可旋转轴和从可旋转轴径向向外延伸的轮叶或脊。在一些示例中，可旋转分离器包括可旋转锥形壳。在一些这种示例中，锥形壳包括开口轴向端和面向周围管道的孔缝。在一些示例中，锥形壳围绕可旋转轴定位。在一些这种示例中，可旋转轴可以在第一方向上旋转，并且锥形壳可以是静止的或者在与第一方向相反的第二方向上旋转。
因此，当轮叶和/或锥形壳旋转时，混合物中的油分子比超临界流体的颗粒经受更多离心力，因为与超临界流体相比，油的密度更高。进而，油所遇到的更大离心力使得油颗粒粘附到壳的内表面，粘附到周围管道，被驱动通过壳中的孔缝，和/或被驱动通过油再循环流动路径，油再循环流动路径引导油回到泵204或储油供应部(例如，油箱)。此外，在油被径向向外驱动时，超临界流体颗粒遇到的减小的离心力使得超临界流体能够在管道的中间部分中流动和/或流动通过锥形壳。
在一些示例中，静态或静止分离器包括吸油材料。例如，吸油材料可以包括聚合物(例如，聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、交联聚合物等)和/或粉末(例如，滑石粉、铝淀粉、大米淀粉、二氧化硅等)。在一些示例中，静止分离器包括挡板，挡板消除了或以其他方式减少了超临界流体通过管道的第三部分的任何直线流动路径。具体地，挡板包括吸油材料。结果，挡板使得与超临界流体混合的油颗粒接触静止分离器，并且进而被吸油材料吸收。因此，静止分离器用作过滤器，其收集油并且允许超临界流体穿过其中。进一步地，较高密度的油和流过静止分离器的流体的压力会使得油通过挡板中的孔隙(例如，孔隙沟道)落下，使得油颗粒进入油再循环流动路径。
挡板可以形成为具有不同厚度和/或孔隙率的各种形状，以使得管道的第三部分中的超临界流体遇到的压降能够被控制。在一些示例中，挡板的结构可以用金属板和/或经由增材制造形成。示例静止分离器可以水平或竖直地设置在管道的第三部分中。
在一些示例中，静态油分离器包括第一管道(例如，主管道)，第一管道被流体联接到第二管道(例如，集油管道)，第二管道被定位在第一管道下面。在一些示例中，第二管道在多个不同位置处被流体联接到第一管道。由于与超临界流体相比，油的密度更高，因此油可以从第一管道落下并进入第二管道。进一步地，第一管道可以包括挡板，挡板使得超临界流体和油的混合物在混合物遇到第一管道被流体联接到第二管道的点时以向下速度流动。进而，油的向下速度和较高密度会使得油颗粒从第一管道落出并进入第二管道。进一步地，由第一管道形成的挡板可以使得混合物向上流向管道之间的连接端部，使得第一管道使混合物中的流体从向下速度变为向上速度。因此，由于超临界流体的密度较低，因此对于超临界流体来说，从向下速度变为向上速度更容易。结果，第一管道中的油的成分在将第一管道流体联接到第二管道的每个连接点处减少。进而，油可以在管道之间的最后连接点处或之前与第一管道中的超临界流体完全分离。此外，第二管道可以形成油再循环流动路径或流体联接到油再循环流动路径。
图23示出了示例泵系统2300，示例泵系统2300包括第一示例分离器2302(例如，第一静止分离器、筒式过滤器等)，以将超临界流体(例如，超临界二氧化碳)与管道2304(例如，排放管道)中的油分离，超临界流体被驱动通过管道2304(例如，在进入图2的热传输总线202之前或在热交换器206、208之前的热传输总线202内)。在图23所示的示例中，泵系统2300包括泵壳体2306。具体地，泵壳体2306由经由螺栓2314联接在一起的电动机壳体2308、背板2310和压缩机收集器2312形成。泵壳体2306进一步包括盖2316，盖2316经由螺栓2318被固定联接到电动机壳体2308的后端。泵壳体2306被流体联接到管道2304，使得流体可以流过电动机壳体2308、背板2310、压缩机收集器2312和管道2304。
在图23所示的示例中，泵系统2300包括电动机2320，电动机2320被定位在电动机壳体2308中。在图23中，电动机2320的转子2322被固定到轴2324(例如，电动机轴)。因此，电动机2320驱动轴2324的旋转。泵系统2300进一步包括冷却套2315，冷却套2315环绕电动机壳体2308，以防止电动机2320过热。
轴2324由第一滚动元件轴承2325(例如，后滚动元件轴承)和第二滚动元件轴承2327(例如，前滚动元件轴承)支撑，第一滚动元件轴承2325和第二滚动元件轴承2327两者都用油润滑。在图23所示的示例中，润滑第一滚动元件轴承2325和第二滚动元件轴承2327的油被混合有添加剂。具体地，添加剂增加了油的粘性，从而改进了与油相关联的内聚和粘合性质。
在图23所示的示例中，轴2324的后端延伸超过电动机壳体2308的后端。因此，盖2316包括凹口或腔2317，轴2324的后端被设置在凹口或腔2317中。第一滚动元件轴承2325被定位在设置在电动机壳体2308中的轴承杯2326中。具体地，轴承杯2326可以被压配合在轴承杯2326中，并且由电动机壳体2308的肩部2328支撑。为了帮助将第一滚动元件轴承2325互锁在轴2324上，第一滚动元件轴承2325包括卡箍2330，卡箍2330从第一滚动元件轴承2325的后侧延伸，并且围绕轴2324夹紧。附加地，预加载弹簧2332被定位在轴承杯2326和第一滚动元件轴承2325的前侧之间，以帮助维持第一滚动元件轴承2325在轴承杯2326内的位置。此外，子盖2334经由螺钉2336被联接到轴承杯2326的后端。因此，子盖2334包括孔口，轴2324延伸通过该孔口。
第二滚动元件轴承2327被压配合在背板2310中。为了维持第二滚动元件轴承2327在轴2324上的位置，第二滚动元件轴承2327包括卡箍2337，卡箍2337从第二滚动元件轴承2327的前侧延伸，并且围绕轴2324夹紧。第二滚动元件轴承2327的后端抵靠背板2310的肩部2338和轴2324中的脊2339定位。
在图23所示的示例中，叶轮2340被联接到轴2324的前端，使得叶轮2340与轴2324一起旋转，以泵送流体通过管道2304。具体地，为了将叶轮2340联接到轴2324，叶轮2340的后端的一部分被楔入并固定到轴2324的内部槽。替代地，叶轮2340的后端可以包括槽，并且轴2324可以延伸到叶轮2340的槽中，以可旋转地联接轴2324和叶轮2340。附加地，叶轮2340的后端被联接到支撑板2342。在一些示例中，支撑板2342被螺钉固定到轴2324上，以进一步增加叶轮2340和轴2324之间的联接强度。
因此，叶轮2340和电动机2320的转子2322两者都被安装在轴2324上。结果，泵系统2300的大小和/或用于驱动叶轮2340的部件的数量被最小化或以其他方式被减少。此外，泵系统2300的输出(例如，离开泵系统2300的流体的输出压力和/或流率)可以被增加，因为叶轮2340的旋转独立于以较高转速遇到增加的涡电流损失的磁耦合件。
在操作期间，超临界流体(例如，sCO2等)流过泵系统2300的入口2344并且由叶轮2340驱动。具体地，叶轮2340朝向管道2304驱动超临界流体。在超临界流体遇到较高压力时，超临界流体的一部分逸入电动机壳体2308中。例如，超临界流体可以在支撑板2342和背板2310之间流动。进而，超临界流体可以穿过第二滚动元件轴承2327，在第二滚动元件轴承2327处，超临界流体在分散到整个电动机壳体2308之前与润滑第二滚动元件轴承2327的油混合。因此，超临界流体可以进一步与润滑第一滚动元件轴承2325的油混合。结果，在电动机壳体2308中形成超临界流体和油的混合物。此外，在超临界流体继续流入电动机壳体2308时，压力升高，并且混合物被推回到压缩机收集器2312中。在一些示例中，混合物流过轴2324中的槽2345，轴2324中的槽2345与叶轮2340中的槽2346对准，以使得混合物能够流入压缩机收集器2312并且通过叶轮2340被驱动到管道2304中。附加地或替代地，混合物可以流入支撑板2342和背板2310之间的压缩机收集器2312中。
在图23中，响应于被泵送到管道2304中，超临界流体和油的混合物遇到第一分离器2302。在图23中，分离器2302是包括内筒2347和外筒2348的筒式过滤器。具体地，第一分离器2302包括至少部分地由吸油材料形成的相互连接的同心筒2347、2348。在一些实例中，吸油材料包括至少一种粉末，诸如滑石粉、铝淀粉、大米淀粉、二氧化硅等。在一些实例中，吸油材料包括至少一种聚合物，诸如聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、交联聚合物等。内筒2347和外筒2348可以包括挡板，以增加混合物中的油接触分离器2302的表面的速率。例如，经由金属板的成形和/或增材制造来制造分离器2302。
在一些示例中，分离器2302包括第一导管和第二导管。例如，第一导管可以被定位在第二流体导管上方并与第二流体导管流体联接。此外，第一流体导管可以包括挡板，并且第二流体导管可以包括吸油材料，如下面进一步详细讨论的。
在一些示例中，第一分离器2302包括在管道2304中串联或并联定位的分离的圆柱形过滤器。例如，第一分离器2302可以包括第一圆柱形过滤器，第一圆柱形过滤器被定位在第二圆柱形过滤器上方。
在超临界流体和油的混合物流过分离器2302时，分离器2302吸收油。结果，管道2304仅将超临界流体运载到热传输总线202中。在图1中，分离器2302的后端抵靠板2350定位。具体地，板2350包括凹槽，分离器2302被定位在凹槽中。进一步地，板2350经由一个或多个螺栓2352被联接到电动机壳体2308的外部。附加地或替代地，板2350可以被联接到管道2304。当泵系统2300的操作停止或暂停时，可以去除板2350，以允许清洁和/或更换分离器2302。
此外，通过第一分离器2302与超临界流体分离的油可以落入次级管道2354(例如，集油管道)中，次级管道2354被定位在第一分离器2302下方。次级管道2354与电动机壳体2308中的入口2356流体连接。因此，油可以返回到电动机壳体2308，从而为第一和第二滚动元件轴承2325、2327提供润滑。
结果，第一分离器2302使得超临界流体能够与油混合，而不影响超临界流体的热能传递能力。进而，泵系统2300中的部件的数量、泵系统2300的大小和/或泵系统2300的成本可以被最小化或以其他方式被减少。此外，第一分离器2302使得电动机2320能够经由轴2324直接驱动叶轮2340，这可以使得叶轮2340能够以较高旋转速度操作，从而增加超临界流体被驱动通过热传输总线202的压力和/或流率。因此，第一分离器2302可以增加超临界流体将要被传输通过热传输总线的速率，进而增加热能在超临界流体和工作流体之间传递的速率。
图24示出了另一示例泵系统2400，示例泵系统2400包括第二示例分离器2402(例如，第二静止分离器、锥体过滤器等)。在图24中，第二分离器2402包括形成为锥形几何结构而不是图23的第一分离器2302的圆柱形几何结构的吸油材料。取决于热传输总线202相对于管道2304的位置，第二分离器2402可以被水平或竖直地定位在管道2304中。在图2中，为了维持第二分离器2402的位置，第二分离器2402的凸缘2404被压配合到管道2304中。替代地，第二分离器2402可以经由螺钉和/或用于联接的任何其他装置被联接到管道2304。
在图24中，响应于超临界流体与润滑第一和第二滚动元件轴承2325、2327的油在电动机壳体2308中混合，叶轮2340驱动混合物通过第二分离器2402，第二分离器2402吸收混合物中的油，同时使得超临界流体能够进入热传输总线202中。因此，第二分离器2402使得管道2304能够向热传输总线202仅提供超临界流体，尽管超临界流体先前被来自第一和第二滚动元件轴承2325、2327的油污染。
与图23的第一示例分离器2302类似，第二分离器2402包括混合物流过的挡板。因此，挡板防止了混合物具有通过第二分离器2402的直线流动路径，从而确保混合物中的油接触挡板中的吸油材料。在一些示例中，集油管道被定位在第二分离器2402下方，以使得油能够经由电动机壳体2308中的入口2356返回到储油供应部和/或电动机壳体2308。具体地，油的密度使得油通过第二分离器2402中的挡板落下并且进入集油管道，如下面进一步详细讨论的。
图25示出了另一示例泵系统2500，示例泵系统2500包括定位在管道2304中的第二示例分离器2402和第三示例分离器2502(例如，动态分离器、旋转分离器、旋流器等)。在图25中，第三分离器2502被定位成在管道2304中与第二分离器2402串联。具体地，第三分离器2502在管道2304中被定位在第二分离器2402的上游(例如，前方)，从而在第二分离器2402之前遇到超临界流体和油的混合物。
在图25中，第三分离器2502包括电动机2504和旋流器2506。进一步地，旋流器2506被安装在联接到管道2304的滚动元件轴承2508上。在一些示例中，滚动元件轴承2508包括固体润滑剂(例如，银涂层、石墨、二硫化钼等)，以避免将油添加到混合物。在一些示例中，旋流器2506经由箔片轴承或使得旋流器在不使用润滑剂的情况下能够旋转的任何其他轴承被安装。
因此，电动机2504驱动旋流器2506的旋转。进而，旋流器2506的旋转使得混合物中的油滴遇到离心力。具体地，因为与超临界流体相比，油的密度更高，所以与超临界流体相比，旋流器2506的旋转使得混合物中的油滴遇到增加的离心力。此外，旋流器2506包括面向管道2304周边的孔或孔口，如下面进一步详细讨论的。结果，第三分离器2502使得油滴朝向旋流器2506的内表面和/或管道2304的周边移动，同时超临界流体保留在管道2304的中间部分内。进而，第三分离器2502可以使得油滴粘附到管道2304的内表面。在一些示例中，油滴接触并润滑滚动元件轴承2508。在一些示例中，第三分离器2502在管道2304中实施，而没有第二分离器2402。在这种示例中，第三分离器2502使得油自身从混合物中被去除。
在图25中，前进通过管道2304中的第三分离器2502的油滴被第二分离器2402吸收。有利地，第二分离器2402的形状朝向管道2304的周边为吸油材料提供了更大表面面积。因此，油滴遇到的较高离心力驱动油滴进入第二分离器2402的外部分2510，第二分离器2402的外部分2510大于第二分离器2402的尖端部分2512。结果，尖端部分2512保持相对畅通，这减少了在超临界流体进入热传输总线202时，第二分离器2402对超临界流体的流动性质的影响。
图26示出了另一示例泵系统2600，示例泵系统2600包括第二示例分离器2402。附加地或替代地，泵系统2600可以包括第一分离器1902和/或第三分离器2502。在图26中，泵系统2600包括第一轴2602(例如，电动机轴)，第一轴2602被联接到电动机2320的转子2322。第一轴2602经由第一滚动元件轴承2325和第二滚动元件轴承2604(例如，中间滚动元件轴承)被安装在电动机壳体中。在图26中，第二滚动元件轴承2604被定位在轴承保持架2606中，轴承保持架2606被固定在电动机壳体2308内。
进一步地，泵系统2600包括承载轴2608，承载轴2608被联接到延伸经过第二滚动元件轴承2604的第一轴2602的前端。具体地，承载轴2608的后端围绕第一轴2602的前端同心定位。承载轴2608可以经由夹具、压配合或用于联接的任何其他装置被联接到第一轴2602。进一步地，承载轴2608的前端延伸通过齿轮箱2609(例如，行星齿轮箱)。齿轮箱2609包括承载轴2608、行星齿轮2610、环形齿轮2612和太阳齿轮2614，如结合图27进一步讨论的。
承载轴2608从第一轴2602径向向外延伸，并且被可旋转地联接到齿轮箱2609的行星齿轮2610。因此，承载轴2608驱动行星齿轮2610的旋转，行星齿轮2610进而又使得太阳齿轮2614旋转。此外，环形齿轮2612使得行星齿轮2610能够将更大扭矩传递到太阳齿轮2614上。环形齿轮2612被固定地定位在电动机壳体2308中。例如，环形齿轮2612可以与电动机壳体2308成一体或经由压配合、螺钉或用于联接的任何其他装置被联接到电动机壳体2308。
太阳齿轮2614被限定在第二轴2616(例如，叶轮轴)的后端中，第二轴2616被联接到叶轮2340。在图26中，第二轴2616由定位在背板2310中的第三滚动元件轴承2618(例如，前滚动元件轴承)支撑。例如，第三滚动元件轴承2618可以夹到第二轴2616上，并且经由压配合被联接到背板2310。
因此，行星齿轮2610驱动叶轮2340的旋转。结果，承载轴2608、行星齿轮2610、环形齿轮2612和太阳齿轮2614提供齿轮减速，齿轮减速使得叶轮2340能够以比第一轴2602的旋转速度大的旋转速度被驱动。进而，齿轮箱2609使得泵系统2600的流率输出和/或压力输出能够增加，从而能够改进超临界流体与工作流体之间的热能传递。进一步地，第二分离器2402和/或第一分离器2302和/或第三分离器2502在泵系统2600中被实施时，使得磁耦合件能够被避免，同时仍然使用滚动元件轴承2325、2604、2618，并且进而，使得齿轮箱2609能够提供使叶轮2340以较高角速度操作的齿轮减速。
图27示出了图26的齿轮箱2609的横截面A-A。在图27中，承载轴2608经由相应支架2702和环2704被联接到行星齿轮2610，相应支架2702和环2704被可旋转地联接到行星齿轮2610的内周。因此，支架2702和环2704使得行星齿轮2610围绕太阳齿轮2614旋转。此外，行星齿轮2610能够相对于相应环2704旋转。因此，在承载轴2608使得行星齿轮2610围绕太阳齿轮2614旋转时，环形齿轮2612使得行星齿轮2610相对于相应环2704旋转。在图27中，环形齿轮2612被固定联接到电动机壳体2308的内表面，从而不在电动机壳体2308内旋转。例如，环形齿轮2612可以经由压配合、螺钉或用于联接的任何其他装置被固定在电动机壳体2308内。
在一些示例中，支架2702和环2704可以被可旋转地联接到承载轴2608，并且进而，被固定地联接到行星齿轮2610。在这种示例中，在承载轴2608使得行星齿轮2610围绕太阳齿轮2614移动时，支架2702和环2704与行星齿轮2610一起旋转。
在操作期间，图26的电动机2320的转子2322驱动第一轴2602的旋转。进一步地，第一轴2602驱动承载轴2608的旋转，这使得行星齿轮2610旋转。进而，行星齿轮2610使得太阳齿轮2614旋转。此外，行星齿轮2610和环形齿轮2612之间的接合使得行星齿轮2610能够将更多扭矩传递到太阳齿轮2614上，而不会遇到滑移。因此，齿轮箱2609使得图26的叶轮2340能够由于齿轮箱2609提供的齿轮减速而以更大速度旋转。
图28示出了另一示例泵系统2800，示例泵系统2800包括第二示例分离器2402。附加地或替代地，泵系统2600可以包括第一分离器2302和/或第三分离器2502。在图28中，泵系统2800包括第一轴承组件2802和第二轴承组件2804，以支撑驱动叶轮2340的旋转的轴2324。
第一轴承组件2802被定位在轴承杯2326中，并且进而，支撑轴2324的后部分。第一轴承组件2802包括阻尼器2806(例如，挤压油膜阻尼器)和第一滚动元件轴承2808，第一滚动元件轴承2808被定位在阻尼器2806和轴2324之间。具体地，阻尼器2806包括联接到轴承杯2326的外圈2810。例如，外圈2810可以经由压配合、螺钉和/或用于联接的任何其他装置被联接到轴承杯2326。进一步地，阻尼器2806包括内圈2812和活塞环2814，活塞环2814被定位在外圈2810和内圈2812之间。具体地，活塞环2814包括挤压油膜，以阻尼内圈2812相对于外圈2810的移动。此外，内圈2812限定了联接到轴2324的第一滚动元件轴承2808的外部分。附加地，第一滚动元件轴承2808的内部分可以经由夹具2813被联接到轴2324，夹具2813从第一滚动元件轴承2808的后侧延伸。此外，第一滚动元件轴承2808可以经由预加载盘簧2815被支撑在轴承杯2326内。
第二轴承组件2804被定位在联接到电动机壳体2308的背板2817中。第二轴承组件2804包括弹簧指2816、鼠笼部(squirrel cage)2818和第二滚动元件轴承2820。在图28中，鼠笼部2818的圆柱形滚动元件与轴2324接触，并因此支撑轴2324。此外，弹簧指2816被联接到背板2817和鼠笼部2818的非旋转部分。因此，弹簧指2816对轴2324的非旋转移动提供阻尼。第二滚动元件轴承2820被定位在鼠笼部2818的后方。具体地，第二滚动元件轴承2820的非旋转部分(例如，第二滚动元件轴承2820的外部分)被联接到鼠笼部2818的非旋转部分。例如，鼠笼部2818可以经由压配合、螺钉和/或用于联接的任何其他装置被联接到第二滚动元件轴承2820。
结果，第一轴承组件2802和第二轴承组件2804分别为轴2324的后部分和轴2324的前部分提供阻尼支撑。因此，第一轴承组件2802和第二轴承组件2804减少了当转子2322以较高速度驱动轴2324时可能以其他方式引起的轴2324的振动移动。
图29是由图28的第一轴承组件2802和第二轴承组件2804提供的支撑的示意性表示。在图29中，第一轴承组件2802以第一刚度支撑设置在电动机2320后方的轴2324的一部分。进一步地，第二轴承组件2804以小于第一刚度的第二刚度支撑设置在电动机2320和叶轮2340之间的轴2324的一部分。具体地，第一轴承组件2802提供了具有较大刚度的支撑，以稳定轴2324的后端。进一步地，第二轴承组件2804以较小的向心力对轴2324提供支撑，以最小化或以其他方式减小第二轴承组件2804针对轴2324的旋转速度所引起的阻力。因此，第一轴承组件2802可以用作稳定器，而第二轴承组件2804用作轴2324的引导件。因此，第一轴承组件2802和第二轴承组件2804提供支撑，该支撑可以阻尼轴2324的非旋转移动，同时还减小针对轴2324的旋转速度的阻力。
图30A-C示出了可以在图25的泵系统2500和/或任何其他热传输泵系统中实施的旋转分离器(例如，第三分离器2502)的示例实施方式。
图30A示出了定位在管道3003(例如，管道2304)中的第一示例旋转分离器3002(例如，第一旋流器，图25的第三分离器2502)。在图30A中，管道3003被流体联接到次级管道3004，次级管道3004与油供应部连接，如下面进一步详细讨论的。在图30A中，第一旋转分离器3002包括轴3006和从轴3006径向向外延伸的轮叶3008。在第一旋转分离器3002的操作期间，电动机(例如，电动机2504)可以驱动轴3006和轮叶3008的旋转。结果，与流过管道3003的超临界流体3012(例如，超临界二氧化碳)相比，轮叶3008使得油3010(例如，油滴)遇到增加的离心力。因此，当第一旋转分离器3002允许超临界流体3012流过管道2304的中间部分时，轮叶3008的旋转使得油3010朝向管道3003的周边移动。因此，第一旋转分离器3002使得油3010与超临界流体3012的流动分离。进一步地，第一旋转分离器3002使得油3010的至少一部分移动到次级管道3004中，在次级管道3004处，油3010可以被收集和/或再循环，以润滑轴承，诸如图23-26和/或28的第一和第二滚动元件轴承2325、2327、2808、2820。在一些示例中，第一旋转分离器3002的旋转速度基于管道3003内的流率和/或管道3003内的压力。
图30B示出了定位在管道3003中的第二示例旋转分离器3020(例如，第二旋流器、锥形旋流器、图25的第三分离器2502等)。第二旋转分离器3020是具有孔3022的可旋转锥体。具体地，第二旋转分离器3020的轴向端开口，以使得超临界流体3012能够流过管道3003的中间部分。在第二旋转分离器3020旋转时，与超临界流体3012相比，更高密度的油使得油3010遇到比超临界流体3012更大的离心力。结果，第二旋转分离器3020从超临界流体3012的流动路径中去除油3010。具体地，当超临界流体3012流过第二旋转分离器3020时，增加的离心力可以使得油3010粘附到第二旋转分离器3020。附加地或替代地，当超临界流体3012流过第二旋转分离器3020时，因第二旋转分离器3020旋转而由孔3022产生的旋流速度可以使得油3010流过第二旋转分离器3020中的孔3022，并且粘附到管道3003和/或流过次级管道3004。
孔3022的大小和/或形状可以基于管道3003中将要遇到的流率、管道3003中将要遇到的压力、第二旋转分离器3020的旋转速度、相应孔3022相对于管道3003的内表面的位置、和/或孔3022相对于次级管道3004的位置。附加地或替代地，第二旋转分离器3020的旋转速度可以基于管道3003中遇到的流率和/或管道3003内遇到的压力。例如，孔3022的大小、孔3022形状和/或第二旋转分离器3020的旋转速度可以增加油3010遇到的离心力和旋流速度使得油3010被驱动到次级管道3004中的可能性。与图30A的第一旋转分离器3002类似，第二旋转分离器3020可以由电动机(例如，电动机2504)驱动。
图30C示出了定位在管道3003中的第三示例旋转分离器3040(例如，第三旋流器，图25的第三分离器2502)。第三旋转分离器3040包括轴3042、从轴3042延伸的螺旋轮叶3044、和围绕轴3042定位的锥形壳3046。与第二旋转分离器3020类似，锥形壳3046包括孔3048。在图30C中，轴3042并且进而螺旋轮叶3044是可旋转的。在一些示例中，锥形壳3046是静止的。在一些示例中，锥形壳3046在与轴3042的旋转方向相反的方向上旋转。即，轴3042能够在第一方向上(例如，顺时针)旋转，并且锥形壳3046可以静止或在与第一方向相反的第二方向上(例如，逆时针)旋转。
在图30C中，轴3042、螺旋轮叶3044和/或锥形壳3046的旋转以及油3010相对于超临界流体3012的密度使得油3010遇到第一离心力，第一离心力大于超临界流体3012遇到的第二离心力。此外，锥形壳3046中的孔3048使得油3010遇到旋流速度。因此，旋流速度可以使得油3010以较大速度穿过孔3048，并且进而以较大力粘附到管道3003。在一些示例中，油3010遇到的旋流速度增加了油3010进入次级管道3004的可能性。例如，由旋流速度导致的油3010的较大速度可以使得油3010能够以较快速率移动次级管道3004。具体地，孔3048的大小、形状和/或数量可以使得油3010在路径上被直接驱动到次级管道3004中。此外，旋流速度最小化或以其他方式减少由管道3003中的超临界流体3012的流动引起的油3010的移动。
图31A-C示出了可以在图23-25的泵系统2300、2400、2500和/或任何其他热输送泵系统中实施的静态分离器(例如，第一分离器2302、第二分离器2402)的示例实施方式。
图31A示出了第一示例静态分离器3102(例如，第一示例过滤器、第一分离器2302、第二分离器2402)的至少一部分。第一静态分离器3102包括挡板3104，挡板3104限定通过第一静态分离器3102的至少一个流动路径。挡板3104可以经由金属板和/或增材制造形成。挡板3104包括吸油材料3105，诸如聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、交联聚合物、滑石粉、铝淀粉、大米淀粉和/或二氧化硅。
在图31A所示的示例中，挡板3104限定了超临界流体3012和油3010的混合物可以流过的第一流动路径3106A和第二流动路径3106B。特别地，第一流动路径3106A被限定在第一挡板3104A和第二挡板3104B之间。进一步地，第二流动路径3106B被限定在第二挡板3104B和第三挡板3104C之间。在图31A中，第一流动路径3106A在由第一静态分离器3102限定的周向方向上邻近第二流动路径3106B。附加地或替代地，第一流动路径3106A可以在由第一静态分离器3102限定的径向方向上邻近第二流动路径3106B。当油3010接触挡板3104时，在超临界流体3012继续在挡板3104之间流动时，挡板3104的吸油材料3105使得油3010粘附到挡板3104。
在一些示例中，油3010的重量最终使得油3010从挡板3104落下。例如，在油3010积聚在挡板3104中时，油3010可以融合在一起，这增加了油3010的重量，并且进而使得油3010从挡板3104落下。具体地，挡板3104的吸油材料3105可以包括添加剂，添加剂与油混合以使得油3010变得更粘。附加地或替代地，使用油的滚动元件轴承可以包括使油3010更粘的添加剂。因此，挡板3104可以使得与油3010相关联的内聚和粘附性质得到改进，以增加油滴3010响应于接触挡板3104而被结合在一起的可能性。
因此，与油供应部和/或电动机壳体2308流体连接的一个或多个管道(例如，次级管道3004)可以被定位在挡板3104下方，以使得油3010能够被再利用。此外，管道的位置可以基于挡板3104的几何结构，使得离开挡板3104的油3010直接落入管道中。例如，重力可以使得油3010在一个或多个较低高度点处积聚在挡板3104中，并且进而，油3010可以从较低高度点滴入管道中。附加地或替代地，挡板3104的一个或多个不同部分可以包括吸油材料3105，并且进而，管道的位置可以基于挡板3104的包括吸油材料3105并因此收集油3010的部分的位置。
在一些示例中，当油3010将要被收集并且维持在第一静态分离器3102中，直到第一静态分离器3102遇到维护或更换时，挡板3104的吸油材料不包括使油3010更粘的添加剂。在这种示例中，挡板3104减少了油滴3010的重量增加的可能性，进而最小化或以其他方式减少了油滴3010从挡板3104落下的可能性。此外，为了防止油3010逸出第一静态分离器3102，第一静态分离器3102可以包括由挡板3104限定的增加数量的周向层。因此，由挡板3104限定的外周层可以捕捉设法从挡板3104的相应内周层落下的油3010。附加地或替代地，收集容器可以至少部分地围绕挡板3104的最外层(例如，围绕最外层的底部分)定位，使得收集容器可以捕捉穿过挡板3104并从挡板3104落下的油3010。因此，第一静态分离器3102可以防止油3010逸出。
图31B示出了第一静态分离器3102的另一个示例实施方式。在图31B中，第一静态分离器3102包括挡板3104，挡板3104竖直定向，而不是水平定向，如图31A所示。挡板3104形成流动路径3107，流动路径3107防止油3010在不接触吸油材料3105的情况下流过第一静态分离器3102。因此，在超临界流体3012和油3010的混合物在挡板3104之间流动时，吸油材料3105吸收油3010。此外，油3010的重量和挡板3104的竖直定向使得吸收到的油3010能够收集在挡板3104的底部分3110处。因此，油3010将从挡板3104落下的位置受挡板3104的底部分3110的大小的限制。进而，集油管道(例如，次级管道3004)可以被定位在挡板3104的底部分3110下方，以收集从挡板3104落下的油3010。因此，收集到的油3010可以被重新导向到储油箱用于存储和/或被重新导向到电动机壳体2308用作润滑，如下面结合图35所讨论的。
图31C示出了第二示例静态分离器3120(例如，第二过滤器、第一分离器2302、第二分离器2402)。第二静态分离器3120包括挡板3122，挡板3122形成初级流动路径3124。进一步地，第二静态分离器3120包括集油管道3126，集油管道3126在挡板3122下方形成次级流动路径3128。次级流动路径3128可以与油供应部连接，和/或可以使油3010再循环回到电动机壳体2308，使得油3010可以返回到图23-26和/或28的滚动元件轴承2325、2327、2808、2820，用于通过油管道的润滑，如下面结合图35所讨论的。
在图31C中，连接器管道3130将次级流动路径3128连接到初级流动路径3124。在一些示例中，集油管道3126与挡板3122的一个或多个最低高度点直接连接。在这种示例中，第二静态分离器3120不需要连接器管道3130来将次级流动路径3128联接到初级流动路径3124。
在图31C中，超临界流体3012和油3010的混合物进入初级流动路径3124的入口3132。挡板3122的第一部分3134使得混合物向下流动。进一步地，挡板3122的第二部分3136使得混合物从向下流动转变成水平流动。挡板3122的第二部分3136包括相应挡板3122的最低点，连接器管道3130从该最低点延伸。进而，与超临界流体3012相比，油3010的重力和较高密度使得油3010继续向下流动通过挡板3122的第二部分3136，同时超临界流体3012转变成水平流动。结果，油3010流过连接器管道3130并进入集油管道3126，这使得油3010能够被收集和/或再利用。此外，挡板3122的第三部分3138可以使得与油3010分离的超临界流体3012向上流动。尽管图31C所示的示例使用了四个挡板3122，但是给定关联泵系统2300、2400、2500、2600、2800的操作参数，可以使用任何数量的挡板3012来将超临界流体3012与油3010分离。
图32是可用于图23-26和/或28的泵系统2300、2400、2500、2600、2800的第一示例布局3200的示意性表示。在图32中，流过泵入口3202的超临界流体由叶轮3204(例如，低压头叶轮)驱动。超临界流体的第一部分流过压缩机壳体3207的出口3206并进入管道3209。进而，喷射器3211有助于通过管道3209将超临界流体拉向下游热传输总线(例如，图3的热传输总线202)。
此外，超临界流体的第二部分流过叶轮3204，围绕轴3213并进入电动机壳体3208。因此，超临界流体的第二部分流过、与用于润滑滚动元件轴承的油混合，滚动元件轴承用于支撑轴3213。此外，超临界流体的第二部分在气体-油密封件3212使流动停止之前，流过气体-气体密封件3210。进而，超临界流体和由超临界流体收集到的油的混合物通过电动机壳体3208的出口3214离开，并且在管道3209中与超临界流体的第一部分汇合。然后，定位在管道3209中的油分离器3216(例如，图23的第一分离器2302、图24-26和28的第二分离器2402、图25的第三分离器、图30A-C的第一、第二和第三旋转分离器3002、3020、3040和/或图31A-C的第一和第二静态分离器3102、3120)使混合物中的油与超临界流体分离，并且使得超临界流体能够继续通过管道3209朝向热传输总线202，同时截留油。在一些示例中，另一个管道可以被定位在油分离器3216下方，以将油分离器3216收集到的油传输回油供应部和/或电动机壳体3208，在电动机壳体3208处，其可以用于润滑滚动元件轴承，如下面结合图35所讨论的。
图33是可用于图23-26和/或28的泵系统2300、2400、2500、2600、2800的第二示例布局3300的示意性表示。在第二示例布局3300中，油分离器3216被定位在返回管道3302中，返回管道3302在泵入口3202处与电动机壳体3208和压缩机壳体3207流体连接。因此，超临界流体的第二部分和油的混合物流过返回管道3302，油分离器3216在返回管道3302处使得油与超临界流体分离。因此，超临界流体可以流回到压缩机外壳3207中，并且进而，被叶轮3204驱动。此外，阀3304被定位在返回管道3302中，以防止通过入口3202进入的超临界流体流过返回管道3302。
图34是图23-26和/或28的泵系统2300、2400、2500、2600、2800的第三示例布局3400的示意性表示。在第三示例布局3400中，返回管道3302包括在油分离器3216上游的油箱3402。因此，在混合物中的油流过油箱3402时，混合物中的油可以被吸引到储存在油箱3402中的油。具体地，混合物中的油可以与上述添加剂混合(例如，在可用于安装轴3213的图23-26和/或28的滚动元件轴承2325、2327、2808、2820内)，添加剂增加了油的粘合和内聚性质。结果，混合物中油的增加的粘合性和内聚性可以使得混合物中的油能够被拉入储存的油中。此外，所储存的油可以被定位在返回管道3302下方，使得重力有助于使混合物中的油移动到油箱3402中，同时超临界流体的第二部分继续流过返回管道3302。
图35是图23-26和28的泵系统2300、2400、2500、2600、2800的第四示例布局3500的示意性表示。在第四示例布局3500中，通过油分离器3216与超临界流体分离的油进入油管道3502(例如，图31C的次级流动路径3128)。进而，油穿过油过滤器3504并进入油供应部3506。进一步地，油泵3508可以将来自油供应部3506的流体泵送到泵3510中，在泵3510中，其可以润滑轴承(例如，图23-26和/或28的滚动元件轴承2325、2327、2808、2820)。此外，油清除管道3512可以将混合物的一部分从泵3510运载到油过滤器3504。例如，油清除管道3512可以被流体联接到集油管道3126(图31C)，以接收流过次级流动路径3128(图31C)的油。附加地或替代地，油清除管道3512可以被定位成接收从第一示例静态分离器3102的挡板3104、3104A、3104B、3104C(图31A-B)落下的油3010(图31A-C)。结果，油可以进入油供应部3506。附加地，与油供应部3506相连的释放管道3514允许进入油供应部3506的任何超临界流体被释放到大气中。具体地，释放管道3514包括释放阀3516，释放阀3516允许流体响应于遇到大于压力阈值的压力而被释放。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于压缩流体的装置。例如，用于压缩流体的装置可以由图4的叶轮406、图23-26和/或28的叶轮2340、图32-33的叶轮3204和/或本文所述的任何其他叶轮实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于容纳用于压缩的装置的装置。例如，用于容纳的装置可以由图4的压缩机收集器408、图23-26和/或28的泵壳体2306、图23-4和/或图28的电动机壳体2308、图32-33的压缩机壳体3207和/或图32-33的电动机壳体3208实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于传输流体的装置。例如，用于传输流体的装置可以由图2的热传输总线202、图4的流体导管402、图23-26和28的管道2304、图30A-C的管道3003、图32的管道3209、图33-34的管道3302和/或本文公开的任何其他泵输出管道实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于分离超临界流体和油的装置。例如，用于分离的装置可以由图23的第一分离器2302、图24-26和28的第二分离器2402、图25的第三分离器2506、图30A-C的第一、第二和/或第三旋转分离器3002、3020、3040、和/或图31A-C的第一和/或第二静态分离器3102、3120实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于旋转用于压缩的装置的装置。例如，用于旋转的装置可以由图23-26和/或28的电动机2320和/或图23-26和/或28的轴2324实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于相对于用于旋转的装置增加用于压缩的装置的角速度的装置。例如，用于增加用于压缩的装置的角速度的装置可以由图26-27的齿轮箱2609实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于径向支撑用于旋转的装置的第一装置。用于径向支撑的第一装置可以包括第一刚度。例如，用于径向支撑的第一装置可以由图28和/或29的第一轴承组件2802实施。
在一些示例中，泵系统2300、2400、2500、2600、2800包括用于径向支撑用于旋转的装置的第二装置。用于径向支撑的第二装置可以包括不同于(例如，小于)第一刚度的第二刚度。例如，用于支撑的第二装置可以由图28和/或29的第二轴承组件2804实施。
本文公开了具有一个或多个油分离器的示例油润滑泵架构。本文公开的示例泵系统包括油分离器，以使得流体(例如，热交换流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))能够与油混合并随后与油分离。油分离器使流体能够与油混合，同时减少了与流体遇到的热能传递相关联的安全风险。因此，油分离器使得叶轮能够直接由电动机驱动，而无需使流体与电动机分离的护罩。此外，油分离器使得泵系统中的部件的数量和/或复杂性能够减少。
用于在闭环系统中加压流体的轴向磁通电动机驱动泵系统
如上面参考图4所述的，一些示例流体泵系统和离心流体泵系统的操作具有经由叶轮轴(例如，叶轮轴466)轴向连接到叶轮(例如，叶轮406)的电动机(例如，电动机410)。图4中所示的示例电动机410包括定子，以经由磁力在转子上生成扭矩。示例定子包括被称为电磁线圈的铜线绕组，其环绕垂直于转子的旋转轴线定向的铁磁芯、磁极和/或杆。电磁线圈紧紧缠绕在磁极上，使得它们平行于转子的旋转轴线延续。根据法拉第感应定律，当电流流过电磁线圈时，生成垂直于电流流动方向围绕电磁线圈流动的磁场。因此，如果电磁线圈平行于电动机的旋转轴线被缠绕，则电磁线圈生成的磁场垂直于电动机的旋转轴线流动。由于示例电动机410的定子产生垂直于或径向于电动机410的旋转轴线运行的磁场，因此驱动转子轴438的示例电动机410可以被称为径向磁通电动机。
与径向磁通电动机(例如电动机410)相反，轴向磁通电动机包括垂直于电动机和/或转子的旋转轴线定向的电磁线圈和/或绕组。电磁线圈绕组的定向使得电磁线圈产生平行于电动机和/或转子的旋转轴线流动的磁场。由于磁通方向平行于旋转轴线，因此轴向磁通电动机中的定子和转子被设计为盘、板等，其增加了转子中永磁体与旋转轴线的距离，而且还减少了轴向磁通电动机的轴向长度。径向磁通电动机的定子和转子使用比轴向磁通电动机中的电磁线圈和永磁体轴向更长的电磁线圈和永磁体，因为径向磁通电动机依靠更强的磁力来产生与轴向磁通电动机相同的扭矩。由于轴向磁通电动机能够在比径向磁通电动机离旋转轴线更远的距离处向转子施加磁力，并且由于扭矩是力和距离的乘积，因此轴向磁通电动机可以在转子上产生与径向磁通电动机相同的扭矩，因为电磁线圈和永磁体进一步远离旋转轴线。这意指轴向磁通电动机可以比径向磁通电动机轴向更短但径向更大，同时仍然生成相同的总体扭矩。
在本文公开的示例中，轴向磁通电动机用于驱动在闭环系统中加压流体的泵系统。在一些示例中，流体是超临界流体。在一些示例中，超临界流体是超临界二氧化碳(sCO2)。在一些实例中，闭环系统是热管理系统(例如，图3的热管理系统200)，其使用sCO2在热交换器(例如，图3的热源热交换器206和/或散热器热交换器208)之间传递热能。在本文公开的示例中，用于在闭环系统中加压流体的轴向磁通电动机驱动泵系统相对于径向磁通电动机驱动泵系统(例如，热传输总线泵400)，将泵系统的重心(CG)移动到更靠近安装凸缘，安装凸缘用于将泵系统安装到安装表面(例如，壁、梁、支撑结构等。在本文公开的示例中，由于示例轴向磁通电动机驱动泵系统的CG比径向磁通电动机驱动泵系统更靠近安装凸缘，因此存在有由于重力而作用在泵系统和安装凸缘上的较小力矩或扭矩，这相对于径向磁通电动机驱动泵系统，减少了轴向磁通电动机驱动泵系统随时间的振动和损坏。在本文公开的示例中，轴向磁通电动机泵系统节省了在示例飞行器内的轴向方向上的空间，在该示例飞行器上可以使用示例轴向磁通电动机驱动泵系统。在本文公开的示例中，其上安装轴向磁通电动机驱动泵系统的表面(例如，壁、结构、梁等)可以由于CG悬垂的减少而比其上安装径向磁通电动机驱动泵系统的表面更薄。在本文公开的示例中，轴向磁通电动机驱动泵系统包括泵壳体、叶轮、叶轮轴等作为分离管线可更换单元，以相对于径向磁通电动机驱动泵系统，优化轴向磁通电动机驱动泵系统的泵、电动机和/或其他部件的去除和/或维护。
对于本文公开的附图，在整个附图中，同一数字指示相同元件。图36示出了用于在闭环系统(例如，图3的热管理系统200)中加压流体(例如，超临界流体(sCO2))的轴向磁通电动机驱动泵系统3600(“泵系统3600”)的横截面视图。在一些示例中，泵系统3600用于泵送sCO2通过飞行器(例如，图1的飞行器10)和/或燃气涡轮发动机(例如，图2的燃气涡轮发动机100)上的热管理系统。如图36所示，泵系统3600包括叶轮3602、叶轮轴3604、径向叶轮轴承3606、泵壳体3608、壳体螺栓3609、磁耦合件3610、内轮毂3612、外轮毂3614、屏障罐3616，屏障罐螺栓3617，联接轴3618，转子轴3620、花键接口3622、定子3624、转子3626、径向电动机轴承3628、电动机壳体3630和安装凸缘3632。示例泵系统3600中包括的一些架构可用于上述其他泵系统，诸如图9的泵系统900、图23-26、28的泵系统2300-2600、2800。
图36中所示的示例泵系统3600包括叶轮3602，以在示例闭环系统(例如，图3的热管理系统200)中加压示例流体(例如，sCO2)。示例叶轮3602是泵系统3600的部件，其被连接到叶轮轴3604，并且以与叶轮轴3604相同的转速旋转。在一些示例中，叶轮3602与离心泵中使用的叶轮相同或类似，并且包括轮叶和/或叶片，以使进入的流体流径向向外偏转到出口流动管线中。示例叶轮3602将电动机(例如，定子3624和转子3626)的机械功率转换成流动流体的流体动力。
图36中所示的示例泵系统3600包括叶轮轴3604，以将扭矩从电动机(例如，定子3624、转子3626和转子轴3620)传递到叶轮3602。在一些示例中，叶轮轴3604是中空轴，以使质量守恒，并且包括沿叶轮轴3604的旋转轴线的中心杆，以维持叶轮轴3604的轴向对准。在一些示例中，叶轮轴3604经由增材制造和/或减材制造以金属材料(例如，钛、铝合金等)和/或复合材料(例如，碳纤维、等)制造。示例叶轮轴3604被构建为包括在组件中的多个部分，然而，在一些示例中，叶轮轴3604被制造为单个部分和/或预组装结构。
图36中所示的示例泵系统3600包括径向叶轮轴承3606，以支撑叶轮轴3604的径向载荷(例如，重量、受迫振荡等)。图36中所示的示例径向叶轮轴承3606是滚动元件轴承，其包括内圈、外圈和滚动元件(例如，滚珠、圆柱体等)。由于图36中所示的径向叶轮轴承3606是滚动元件轴承，因此示例径向叶轮轴承3606可以支撑叶轮轴3604的径向载荷和推力载荷。例如，叶轮轴3604可以被附接到径向叶轮轴承3606的内圈，使得叶轮轴3604不能在轴向方向上移动得太远(例如，小于一毫米(mm))。示例径向叶轮轴承3606包括干式润滑剂(例如，银涂层、石墨、二硫化钼等)，以减少内环、外环和滚动元件之间的摩擦力，而没有污染泵系统3600加压的流体的风险。在一些示例中，径向叶轮轴承3606包括液体润滑剂(例如，油基润滑剂、水基润滑剂、硅基润滑剂等)，以减少内环、外环和滚动元件之间的摩擦力，并且泵系统3600包括油分离器(例如，图32-35的油分离器3216)，以从流体(例如，sCO2)中去除径向叶轮轴承3606的液体润滑剂。
在一些示例中，径向叶轮轴承3606是箔片轴承，其支撑叶轮轴3604的径向载荷。对于其中径向叶轮轴承3606是箔片轴承的示例，径向叶轮轴承3606包括轴颈衬里和弹簧加载箔片。对于其中径向叶轮轴承3606是箔片轴承的示例，弹簧加载箔片在泵系统3600的启动和停止期间支撑叶轮轴3604的径向载荷。对于其中径向叶轮轴承3606是箔片轴承的示例，在叶轮轴3604的角速度增加时，工作流体(例如，空气、氮气、氩气等)由于示例径向叶轮轴承3606内的工作流体的粘性效应和工作流体压力增加而被拉入轴颈衬里中。对于其中径向叶轮轴承3606是箔片轴承的示例，一旦轴颈衬里内的工作流体压力增加到一定阈值(例如，100力磅每平方英寸(psi))，弹簧载荷箔片就被向外推，并且工作流体压力完全支撑叶轮轴3604的径向载荷。对于其中径向叶轮轴承3606是箔片轴承的示例，径向叶轮轴承3606不支撑叶轮轴3604的轴向载荷，并且不使用液体润滑剂。因此，如果示例径向叶轮轴承3606是箔片轴承，则示例叶轮轴3604包括附接到叶轮轴3604、垂直于旋转轴线定向并且从叶轮轴3604径向向外突出的一个或多个轴和/或一个或多个盘，类似于图5、6和/或7的推力轴532、632、742。在一些示例中，如果径向叶轮轴承3606是箔片轴承，则示例泵系统3600包括推力轴承(例如，图5、6和/或7的推力轴承534、634、744)，以经由与示例推力轴接口来支撑叶轮轴的轴向载荷。
图36中所示的示例泵系统3600包括泵壳体3608，以支撑径向叶轮轴承3606。示例泵壳体3608防止径向叶轮轴承3606在径向方向或轴向方向上移动得太远(例如，小于0.1mm)。在图36所示的示例中，泵壳体3608包括经由紧固件(例如，螺栓、螺钉、粘合剂等)组装在一起的三个分开部分。在一些示例中，泵壳体3608的部分在组装之前经由增材制造和/或减材制造被分开制造。在一些示例中，泵壳体3608是经由增材制造和/或减材制造来被制造的单个部分。示例泵壳体3608经由壳体螺栓3609被紧固到示例电动机壳体3630。尽管图36中示出了两个壳体螺栓3609，但是泵系统3600中可以包括两个或更多个壳体螺栓3609。
图36中所示的示例泵系统3600包括磁耦合件3610，以将叶轮轴3604连接到联接轴3618。图36的示例磁耦合件3610与图5、6和/或7中所示的示例磁耦合件526、626、720相同和/或类似，并且经由磁力将扭矩从联接轴3618传递到叶轮轴3604。在一些示例中，磁耦合件3610的内轮毂3612包括第一组永磁体，并且磁耦合件3610的外轮毂3614包括第二组永磁体。示例第一组永磁体和示例第二组永磁体围绕叶轮轴3604和/或联接轴3618的旋转轴线交替极性，并且第一组磁体和第二组磁体之间的吸引磁力使得外轮毂3614驱动内轮毂3612的旋转。
图36中所示的示例泵系统3600包括屏障罐3616，以帮助防止流体接触转子3626、定子3624和/或影响电动机的可操作性的其他部分和/或部件。图36中所示的示例屏障罐3616包括金属和/或非金属材料，并且可以与图5-7的示例屏障罐536、636、728、图15的1500和/或图19的1900相同和/或类似。示例屏障罐3616经由屏障罐螺栓3617紧固到泵壳体3608。在一些示例中，屏障罐3616经由屏障罐螺栓3617和/或其他紧固件(诸如螺钉、销钉、杆、销、粘合剂、磁力、过盈配合件等)连接到泵壳体3608。
图36中所示的示例泵系统3600包括联接轴3618，以容纳磁耦合件3610的外轮毂3614，并且经由磁耦合件3610将扭矩从转子轴3620传递到叶轮轴3604。在一些示例中，联接轴3618包括外轮毂3614和/或第二组永磁体。图36的示例联接轴3618经由花键接口3622与转子轴3620相互作用。在一些示例中，联接轴3618和转子轴3620包括物理互锁以形成花键接口3622的花键(例如，齿、脊、V形切口等)。花键接口3622是一种物理连接，在花键接口3622处，转子轴3620花键向联接轴3618花键施加力，并且进而，将扭矩从转子轴3620传递到联接轴3618。示例花键接口3622使得联接轴3618以与转子轴3620相同的速率旋转。
图36中所示的示例泵系统3600包括定子3624、转子3626和径向电动机轴承3628，以向泵系统3600提供机械功率。示例泵系统3600的定子3624、转子3626和径向电动机轴承3628被包括在上面根据先前描述操作的系统的轴向磁通电动机中。在一些示例中，定子3624包括电磁线圈，电磁线圈环绕铁质材料(例如，软铁、镍、钴等)的芯，使得电磁线圈垂直于旋转轴线延续，并且生成平行于旋转轴线的磁通量。示例定子3624支撑和/或容纳示例径向电动机轴承3628，使得径向电动机轴承3628由于转子3626和/或转子轴3620生成的径向力和/或轴向力而不会从泵系统3600中的径向电动机轴承3628的预期位置移动得太远(例如，小于0.005英寸)。示例转子3626包括定位在定子3624的前侧上的第一转子盘和定位在定子3624后侧上的第二转子盘。示例第一转子盘和示例第二转子盘包括永磁体，并且示例定子3624生成的磁通量吸引和/或排斥永磁体。示例定子3624由于电磁线圈中的电阻而生成热量。在一些示例中，具有流动的液体冷却剂(例如，水、油、去离子水、抑制乙二醇、介电流体、诸如超临界流体(例如，sCO2等)的热交换流体)的冷却沟槽、衬里、管、护套等被包括在定子3624中和/或包围定子3624，以将热量传递到液体冷却剂。在一些示例中，冷却片和/或通气孔被固定到定子3624，以将热量传递到环境空气。
泵系统3600的示例转子3626经由紧固件(例如，螺栓、销、销钉、粘合剂、磁力、过盈配合件等)被附接到示例转子轴3620。在一些示例中，转子3626还被附接到径向电动机轴承3628的内圈和/或外圈。图36中所示的示例泵系统3600包括示例径向电动机轴承3628，以支撑转子轴3620生成的径向载荷(例如，重量、受迫振荡等)。图36的示例径向电动机轴承3628还经由转子3626和转子轴3620之间的机械连接件(例如，紧固件、粘合剂、磁力、过盈配合件等)支撑转子3626的径向载荷。示例径向电动机轴承3628是滚动元件轴承，其使用液体润滑剂(例如，油基润滑剂、水基润滑剂、硅基润滑剂等)，以减少径向电动机轴承3628的内圈、外圈和/或滚动元件之间的摩擦。示例转子3626和/或示例转子轴3620产生径向电动机轴承3628支撑的径向载荷和轴向载荷。附加地或替代地，推力轴承可用于轴向磁通电动机，以支撑转子3626和/或转子轴3620产生的轴向载荷。附加地或替代地，轴向磁通电动机可以包括推力轴承，以支撑转子3626和/或转子轴3620产生的轴向载荷。
图36中所示的示例泵系统3600包括电动机壳体3630，以支撑泵系统3600的定子3624和/或泵壳体3608。在一些示例中，电动机壳体3630是一个增材制造和/或减材制造部分，以容纳定子3624、转子3626、径向电动机轴承3628、转子轴3620、联接轴3618、屏障罐3616、外轮毂3614、内轮毂3612、磁耦合件3610、安装凸缘3632的一部分和/或泵壳体3608的一部分。在图36所示的示例中，电动机壳体3630包括分开制造(例如，通过增材制造和/或减材制造)并组装在一起(例如，经由螺栓、粘合剂、销钉、销和/或过盈配合件)的不同部分，以容纳定子3624、转子3626、径向电动机轴承3628、转子轴3620、联接轴3618、屏障罐3616、外轮毂3614、内轮毂3612、磁耦合件3610、安装凸缘3632的一部分和/或泵壳体3608的一部分，而不干扰定子3624、转子3626、径向电动机轴承3628、电动机壳体3630和/或安装凸缘3632。
图36中所示的示例泵系统3600包括安装凸缘3632，以将示例泵系统3600安装到表面(例如，壁、组装杆、梁等)。示例安装凸缘3632包括孔，紧固件(例如，螺栓、销、夹具等)可以通过该孔装配并将安装凸缘3632附接到安装表面。图36的安装凸缘3632由强度足以承受泵系统3600在操作和/或非操作期间可能施加在安装凸缘3632上的弯曲和/或剪切应力的材料(例如，铝、钢、钛等)制成。电动机壳体3630经由一个或多个紧固件(例如，螺栓、粘合剂、过盈配合件等)被连接到安装凸缘3632，并且可以在示例安装凸缘3632被安装到安装表面之前被紧固到安装凸缘3632。在一些示例中，电动机壳体3630和安装凸缘3632是经由增材制造和/或减材制造的相同部分。在一些示例中，安装凸缘3632不包括在泵系统3600中，并且电动机壳体3630直接接触安装表面。附加地或替代地，示例电动机壳体3630包括孔(例如，螺纹孔、间隙孔等)，一个或多个紧固件(例如，螺栓、销钉、过盈配合件等)可以装配在该孔中，以将泵系统3600附接到安装表面。
图37示出了用于在闭环系统(例如，图3的热管理系统200)中加压流体(例如，超临界流体(sCO2))的轴向磁通电动机驱动泵系统3700(“泵系统3700”)的横截面视图。在一些示例中，泵系统3700用于泵送sCO2通过飞行器(例如，图1的飞行器10)和/或燃气涡轮发动机(例如，图2的燃气涡轮发动机100)上的热管理系统。如图37所示，泵系统3700包括叶轮3702、叶轮轴3704、径向叶轮轴承3706、泵壳体3708、壳体螺栓3709、活塞密封件3710、转子轴3720、花键接口3722、定子3724、转子3726、径向电动机轴承3728、电动机壳体3730和安装凸缘3732。
图37中所示的示例泵系统3700包括叶轮3702，以在示例闭环系统(例如，图3的热管理系统200)中加压示例流体(例如，sCO2)。示例叶轮3702是泵系统3700的部件，其被连接到叶轮轴3704，并且以与叶轮轴3704相同的转速旋转。在一些示例中，叶轮3702与离心泵中使用的叶轮相同或类似，并且包括轮叶和/或叶片，以使进入的流体流径向向外偏转到出口流动管线中。示例叶轮3702将电动机(例如，定子3724和转子3726)的机械功率转换成流动流体的流体动力。
图37中所示的示例泵系统3700包括叶轮轴3704，以将扭矩从电动机(例如，定子3724、转子3726和转子轴3720)传递到叶轮3702。在一些示例中，叶轮轴3704是中空轴，以使质量守恒，并且包括沿叶轮轴3704的旋转轴线的中心杆，以维持叶轮轴3704的轴向对准。在一些示例中，叶轮轴3704经由增材制造和/或减材制造以金属材料(例如，钛、铝合金等)和/或复合材料(例如，碳纤维、等)制造。示例叶轮轴3704被构建为包括在组件中的多个部分，然而，在一些示例中，叶轮轴3704被制造为单个部分和/或预组装结构。
图37中所示的示例泵系统3700包括径向叶轮轴承3706，以支撑叶轮轴3704的径向载荷(例如，重量、受迫振荡等)。图37中所示的示例径向叶轮轴承3706是滚动元件轴承，其包括内圈、外圈和滚动元件(例如，滚珠、圆柱体等)。由于图37中所示的径向叶轮轴承3706是滚动元件轴承，因此示例径向叶轮轴承3706可以支撑叶轮轴3704的径向载荷和推力载荷。例如，叶轮轴3704可以被附接到径向叶轮轴承3706的内圈，使得叶轮轴3704不能在轴向方向上移动得太远(例如，小于0.005英寸)。示例径向叶轮轴承3706包括干式润滑剂(例如，银涂层、石墨、二硫化钼等)，以减少内环、外环和滚动元件之间的摩擦力，而没有污染泵系统3700加压的流体的风险。在一些示例中，径向叶轮轴承3706包括液体润滑剂(例如，油基润滑剂、水基润滑剂、硅基润滑剂等)，以减少内环、外环和滚动元件之间的摩擦力，并且泵系统3700包括油分离器(例如，图32-35的油分离器3216)，以从流体(例如，sCO2)中去除径向叶轮轴承3706的液体润滑剂。
在一些示例中，径向叶轮轴承3706是箔片轴承，其支撑叶轮轴3704的径向载荷。对于其中径向叶轮轴承3706是箔片轴承的示例，径向叶轮轴承3706包括轴颈衬里和弹簧加载箔片。对于其中径向叶轮轴承3706是箔片轴承的示例，弹簧加载箔片在泵系统3700的启动和停止期间支撑叶轮轴3704的径向载荷。对于其中径向叶轮轴承3706是箔片轴承的示例，在叶轮轴3704的角速度增加时，工作流体(例如，空气、氮气、氩气等)由于示例径向叶轮轴承3706内的工作流体的粘性效应和工作流体压力增加而被拉入轴颈衬里中。对于其中径向叶轮轴承3706是箔片轴承的示例，一旦轴颈衬里内的工作流体压力增加到一定阈值(例如，100力磅每平方英寸(psi))，弹簧载荷箔片就被向外推，并且工作流体压力完全支撑叶轮轴3704的径向载荷。对于其中径向叶轮轴承3706是箔片轴承的示例，径向叶轮轴承3706不支撑叶轮轴3704的轴向载荷，并且不使用液体润滑剂。因此，如果示例径向叶轮轴承3706是箔片轴承，则示例叶轮轴3704包括附接到叶轮轴3704、垂直于旋转轴线定向并且从叶轮轴3704径向向外突出的一个或多个轴和/或一个或多个盘，类似于图5、6和/或7的推力轴532、632、742。在一些示例中，如果径向叶轮轴承3706是箔片轴承，则示例泵系统3700包括推力轴承(例如，图5、6和/或7的推力轴承534、634、744)，以经由与示例推力轴接口来支撑叶轮轴的轴向载荷。
图37中所示的示例泵系统3700包括泵壳体3708，以支撑径向叶轮轴承3706。示例泵壳体3708防止径向叶轮轴承3706在径向方向或轴向方向上移动得太远(例如，小于0.005英寸)。在图37所示的示例中，泵壳体3708包括经由紧固件(例如，螺栓、螺钉、粘合剂等)组装在一起的三个分开部分。在一些示例中，泵壳体3708的部分在组装之前经由增材制造和/或减材制造被分开制造。在一些示例中，泵壳体3708是经由增材制造和/或减材制造来被制造的单个部分。示例泵壳体3708经由壳体螺栓3709被紧固到示例电动机壳体3730。尽管图37中示出了两个壳体螺栓3709，但是泵系统3700中可以包括两个或更多个壳体螺栓3709。
图37中所示的示例泵系统3700包括活塞密封件3710，以密封流体远离轴向磁通电动机，轴向磁通电动机包括定子3724、转子3726、径向电动机轴承3728、电动机壳体3730和/或安装凸缘3732。在一些示例中，活塞密封件3710防止流体进入轴向磁通电动机和/或电动机壳体3730，并且在一些示例中，活塞密封件3710允许非常少量的流体(例如，小于0.01液盎司)在示例泵系统3700操作时进入电动机壳体3730。在一些示例中，示例泵系统3700的活塞密封件3710是单作用活塞密封件，其在密封件的一侧上包含压力，并且阻止流体从高压侧流向低压侧。示例活塞密封件3710位于槽口中和/或附接到槽口，槽口切入转子轴3720的内表面。在一些示例中，流体是被加压到至少1000磅每平方英寸(psi)的sCO2，并且活塞密封件3710被包括在转子轴3720中，以承受流体和轴向磁通电动机内的空气压力之间的压差，并且防止和/或禁止流体接触定子3724和/或转子3726。
图37中所示的示例泵系统3700包括转子轴3720，以经由花键接口3722将扭矩从轴向磁通电动机(例如，转子3726)传递到叶轮轴3704。在一些示例中，叶轮轴3704和转子轴3720包括物理互锁以形成花键接口3722的花键(例如，齿、键、脊、V形切口等)和/或锯齿。花键接口3722是一种物理连接，在花键接口3722处，转子轴3720花键向叶轮轴3704花键施加力，并且进而，将扭矩从转子轴3720传递到叶轮轴3704。示例花键接口3722使得叶轮轴3704以与转子轴3720相同的速率旋转。
图37中所示的示例泵系统3700包括定子3724、转子3726和径向电动机轴承3728，以向泵系统3700提供机械功率。示例泵系统3700的定子3724、转子3726和径向电动机轴承3728被包括在上面根据先前描述操作的系统的轴向磁通电动机中。在一些示例中，定子3724包括电磁线圈，电磁线圈环绕铁质材料(例如，软铁、镍、钴等)的芯，使得电磁线圈垂直于旋转轴线对准，并且生成平行于旋转轴线的磁通量。示例定子3724支撑和/或容纳示例径向电动机轴承3728，使得径向电动机轴承3728由于转子3726和/或转子轴3720生成的径向力和/或轴向力而不会从泵系统3700中的径向电动机轴承3728的预期位置移动得太远(例如，小于0.005英寸)。示例转子3726包括定位在定子3724的前侧上的第一转子盘和定位在定子3724后侧上的第二转子盘。示例第一转子盘和示例第二转子盘包括永磁体，并且示例定子3724生成的磁通量吸引和/或排斥永磁体。示例定子3724由于电磁线圈中的电阻而生成热量。在一些示例中，具有流动的液体冷却剂(例如，水、油、去离子水、抑制乙二醇、介电流体、诸如超临界流体(例如，sCO2等)的热交换流体)的冷却沟槽、衬里、管、护套等被包括在定子3724中和/或包围定子3724，以将热量传递到液体冷却剂。在一些示例中，冷却片和/或通气孔被固定到定子3724，以将热量传递到环境空气。
泵系统3700的示例转子3726经由紧固件(例如，螺栓、销、销钉、粘合剂、磁力、过盈配合件等)被附接到示例转子轴3720。在一些示例中，转子3726还被附接到径向电动机轴承3728的内圈和/或外圈。图37中所示的示例泵系统3700包括示例径向电动机轴承3728，以支撑转子轴3720生成的径向载荷(例如，重量、受迫振荡等)。图37的示例径向电动机轴承3728还经由转子3726和转子轴3720之间的机械连接件(例如，紧固件、粘合剂、磁力、过盈配合件等)支撑转子3726的径向载荷。示例径向电动机轴承3728是滚动元件轴承，其使用液体润滑剂(例如，油基润滑剂、水基润滑剂、硅基润滑剂等)，以减少径向电动机轴承3728的内圈、外圈和/或滚动元件之间的摩擦。示例转子3726和/或示例转子轴3720产生径向电动机轴承3728支撑的径向载荷和轴向载荷。附加地或替代地，轴向磁通电动机可以包括推力轴承，以支撑转子3726和/或转子轴3720产生的轴向载荷。
图37中所示的示例泵系统3700包括电动机壳体3730，以支撑泵系统3700的定子3724和/或泵壳体3708。在一些示例中，电动机壳体3730是一个增材制造和/或减材制造部分，以容纳定子3724、转子3726、径向电动机轴承3728、转子轴3720、活塞密封件3710、叶轮轴3704的一部分、安装凸缘3732的一部分和/或泵壳体3708的一部分。在图37所示的示例中，电动机壳体3730包括分开制造(例如，通过增材制造和/或减材制造)并组装在一起(例如，经由螺栓、粘合剂、销钉、销和/或过盈配合件)的不同部分，以容纳定子3724、转子3726、径向电动机轴承3728、转子轴3720、活塞密封件3710、叶轮轴3704的一部分、安装凸缘3732的一部分和/或泵壳体3708的一部分，而不会以偏离示例泵系统3700的最佳模式使用情况的方式，干扰定子3724、转子3726、径向电动机轴承3728、电动机壳体3730和/或安装凸缘3732。
图37中所示的示例泵系统3700包括安装凸缘3732，以将示例泵系统3700安装到表面(例如，壁、组装杆、梁等)。示例安装凸缘3732包括孔，紧固件(例如，螺栓、销、夹具等)可以通过该孔装配并将安装凸缘3732附接到安装表面。图37的安装凸缘3732由强度足以承受泵系统3700在操作和/或非操作期间可能施加在安装凸缘3732上的弯曲和/或剪切应力的材料(例如，铝、钢、钛等)制成。电动机壳体3730经由一个或多个紧固件(例如，螺栓、粘合剂、过盈配合件等)被连接到安装凸缘3732，并且可以在示例安装凸缘3732被安装到安装表面之前被紧固到安装凸缘3732。在一些示例中，电动机壳体3730和安装凸缘3732是经由增材制造和/或减材制造的相同部分。在一些示例中，安装凸缘3732不包括在泵系统3700中，并且电动机壳体3730直接接触安装表面。附加地或替代地，示例电动机壳体3730包括孔，一个或多个紧固件(例如，螺栓、销钉、过盈配合件等)可以装配在该孔中，以将泵系统3700附接到安装表面。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于增加流体的动能的装置。例如，用于增加的装置可以由图36和/或37的叶轮3602、3702和/或叶轮轴3604、3704实施。在一些示例中，用于增加的装置可以包括电动机、叶轮轴和/或叶轮。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于提供扭矩的装置。例如，用于提供扭矩的装置可以由图36和/或37的定子3624、3724、转子3626、3726和/或联接轴3618实施。在一些示例中，用于提供扭矩的装置可以包括电动机、定子和/或转子。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于安装泵系统3600、3700的装置。例如，用于安装的装置可以由图36和/或37的安装凸缘3632、3732和/或电动机壳体3630、3730实施。在一些示例中，用于安装的装置可以包括凸缘、壳体、板、紧固件和/或支撑结构。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于密封的装置。例如，用于密封的装置可以由图36的屏障罐3616和/或图37的活塞密封件3710实施。在一些示例中，用于密封的装置可以包括屏障罐、护罩、活塞密封件、气密密封件、垫圈和/或隔膜。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于第一连接的装置。例如，用于第一连接的装置可以由图36的磁耦合件3610和/或图37的花键接口3722实施。在一些示例中，用于第一连接的装置可以包括磁耦合件、机械联接件、紧固件(例如，螺栓、粘合剂、过盈配合件、焊点等)和/或花键接口。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于联接的装置。例如，用于联接的装置可以由图36的磁耦合件3610实施。在一些示例中，用于联接的装置可以包括磁耦合件和/或机械联接件(例如，紧固件、粘合剂、过盈配合件等)。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于第二连接的装置。例如，用于第二连接的装置可以由图36的花键接口3622实施。在一些示例中，用于第二连接的装置可以包括花键接口、机械联接件、磁耦合件和/或机械紧固件。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于支撑的装置。例如，用于支撑的装置可以由图36和/或37的泵壳体3608、3708、电动机壳体3630、3730、径向叶轮轴承3606、3706和/或径向电动机轴承3628、3728实施。在一些示例中，用于支撑的装置可以包括增材制造的壳体、减材制造的壳体、滚动元件轴承和/或箔片轴承。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于传递热量的装置。在一些示例中，用于传递的装置可以包括冷却套(例如，图4的冷却套416、图5-7的冷却套514、614、714等)、冷却片、冷却通气孔和/或冷却剂流动管线。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于附接的装置。在一些示例中，用于附接的装置可以包括机械紧固件(例如，螺栓、销钉、螺钉等)和/或磁耦合件。在一些示例中，用于附接的装置包括能够从第二壳体(例如，图36、37的电动机壳体3630、3730)中去除的第一壳体(例如，图36、37的泵壳体3608、3708)的构造。
在一些示例中，泵系统3600、3700包括用于分离的装置。例如，用于分离的装置可以由图32-35的油分离器3216实施。在一些示例中，用于分离的装置可以包括油分离器、过滤器、提取器和/或净化器。
本文公开了用于在闭环系统中加压流体的示例轴向磁通电动机驱动泵系统。本文公开的示例轴向磁通电动机驱动泵系统包括轴向磁通电动机，以向泵提供扭矩，同时相对于示例径向磁通电动机驱动泵系统，减少泵系统的轴向长度，并且将重心移动到更靠近安装凸缘。本文公开的示例轴向磁通电动机驱动泵系统由此减少了由于重量、强制振荡和/或振动而作用在泵系统和/或安装凸缘上的力矩力，这进而又减少了对泵系统的磨损和/或损坏。本文公开的示例轴向磁通电动机驱动泵系统包括被设计为管线可更换单元的泵，其包括能够从泵系统中去除的泵壳体，而无需从安装表面去除整个泵系统。因此，示例轴向磁通电动机驱动泵系统比径向磁通电动机驱动泵系统更容易维护和/或修理。
从上文中将理解的是，已经公开了示例系统、方法、设备和制品，其增加了流体泵可以驱动流体(例如，热传递流体，诸如超临界流体(例如，sCO2等))的压力和/或流率。具体地，本文公开的示例系统、方法、设备和制品使得叶轮能够以较大角速度被驱动，这进而使得流体能够达到较高压力和/或流率。此外，本文公开的示例使得泵和/或泵系统能够以较少的部件和/或更小的部件操作，这使得泵或泵系统的成本能够最小化或以其他方式减少。
泵的前述示例可以与热传输系统一起使用。尽管上面公开的每个示例泵或泵系统都具有某些特征，但是应当理解，一个示例泵或泵系统的特定特征不必专用于该示例。反而，上面描述的和/或附图中描绘的任何特征可以与任何示例组合，作为示例的任何其他特征的补充或替代。一个示例的特征与另一示例的特征并不互斥。反而，本公开的范围包含任何特征的任何组合。
本公开的进一步的方面由以下条款的主题提供：
本文公开了在闭环系统中加压流体的示例方法、设备、系统和制品。进一步的示例及其组合包括以下内容：
示例1包括一种在闭环传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：电动机，所述电动机包括转子轴和定子；泵，所述泵包括联接到叶轮轴的叶轮；驱动轮，所述驱动轮附接到所述转子轴，其中所述驱动轮径向连接到从动轮；和同轴磁耦合件，所述同轴磁耦合件将所述从动轮连接到所述叶轮轴或将所述驱动轮连接到所述转子轴中的至少一个，其中所述同轴磁耦合件包括外轮毂、内轮毂和屏障罐，所述屏障罐气密地密封所述泵系统的一部分远离所述流体。
示例2包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述转子轴生成第一扭矩，所述驱动轮将所述第一扭矩传送到所述从动轮，所述从动轮生成第二扭矩。
示例3包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮具有第一直径，其中所述从动轮具有第二直径，并且其中所述第一直径大于所述第二直径。
示例4包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮是第一齿轮，其中所述从动轮是第二齿轮，并且其中所述第一齿轮经由互锁轮齿径向连接到所述第二齿轮。
示例5包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮是第一带轮，其中所述从动轮是第二带轮，并且其中所述第一带轮经由传动带径向连接到所述第二带轮。
示例6包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述定子在所述转子轴内部，所述转子轴被构造为所述驱动轮，以将第一扭矩传送到所述从动轮，所述从动轮生成第二扭矩。
示例7包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述泵系统包括一个或多个增材制造壳体，以框定所述定子、所述转子轴、所述叶轮、所述叶轮轴或所述同轴磁耦合件中的至少一个，其中所述一个或多个增材制造壳体至少支撑一个或多个径向轴承或一个或多个推力轴承，所述一个或多个增材制造壳体将叶轮轴轴线和转子轴轴线构造为平行且在分开的平面上。
示例8包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个径向轴承包括箔片轴承、滚动元件轴承、流体静压轴承或流体动力轴承中的至少一个，所述一个或多个径向轴承支撑由所述叶轮轴、所述转子轴、所述同轴磁耦合件、所述驱动轮或所述从动轮中的至少一个产生的一个或多个径向载荷。
示例9包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个推力轴承包括箔片轴承、滚动元件轴承、流体静压轴承或流体动力轴承中的至少一个，所述一个或多个推力轴承支撑由所述叶轮轴、所述转子轴、所述同轴磁耦合件、所述驱动轮或所述从动轮中的至少一个产生的一个或多个推力载荷。
示例10包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个增材制造壳体包括一个或多个冷却套，所述一个或多个冷却套将热量从所述电动机散发到环境空气或流体冷却剂中的至少一个。
示例11包括一种在闭环传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：电动机，所述电动机包括转子轴和定子，其中所述定子引起所述转子轴的第一角速度；泵，所述泵包括联接到叶轮轴的叶轮，其中所述叶轮轴以第二角速度旋转，并且其中所述泵增加所述流体的动能；驱动轮，所述驱动轮固定到所述转子轴，其中所述驱动轮径向连接到从动轮；和同轴磁耦合件，所述同轴磁耦合件将所述从动轮联接到所述叶轮轴或将所述驱动轮联接到所述转子轴中的至少一个，其中所述同轴磁耦合件包括外轮毂、内轮毂和屏障罐，所述屏障罐气密地密封所述泵系统的一部分远离所述流体。
示例12包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮将所述第一角速度传递到所述从动轮，所述从动轮以所述第二角速度旋转。
示例13包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮具有第一直径，其中所述从动轮具有第二直径，并且其中所述第一直径大于所述第二直径。
示例14包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮是第一齿轮，其中所述从动轮是第二齿轮，并且其中所述第一齿轮经由互锁轮齿径向连接到所述第二齿轮。
示例15包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述驱动轮是第一带轮，其中所述从动轮是第二带轮，并且其中所述第一带轮经由传动带径向连接到所述第二带轮。
示例16包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述定子在所述转子轴内部，其中所述转子轴包括在所述转子轴上向外突出的一个或多个轮齿，所述驱动轮将所述第一角速度传递到所述从动轮，所述从动轮以所述第二角速度旋转。
示例17包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述泵系统包括一个或多个增材制造壳体，以框定所述定子、所述转子轴、所述叶轮、所述叶轮轴或所述同轴磁耦合件轴中的至少一个，所述一个或多个增材制造壳体至少支撑一个或多个径向轴承或一个或多个推力轴承，所述一个或多个增材制造壳体将叶轮轴轴线和转子轴轴线构造为平行且在分开的平面上。
示例18包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个径向轴承包括箔片轴承、滚动元件轴承、流体静压轴承或流体动力轴承中的至少一个，所述一个或多个径向轴承支撑由所述叶轮轴、所述转子轴、所述同轴磁耦合件、所述驱动轮或所述从动轮中的至少一个产生的一个或多个径向载荷。
示例19包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个推力轴承包括箔片轴承、滚动元件轴承、流体静压轴承或流体动力轴承中的至少一个，所述一个或多个推力轴承支撑由所述叶轮轴、所述转子轴、所述同轴磁耦合件、所述驱动轮或所述从动轮中的至少一个产生的一个或多个推力载荷。
示例20包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个增材制造壳体包括冷却套，以将热量从所述电动机散发到环境空气或流体冷却剂中的至少一个。
示例21包括一种在闭环传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：用于使驱动轮旋转的装置，其中用于旋转的所述装置在所述驱动轮上施加第一扭矩，并且其中用于旋转的所述装置基于所述第一扭矩生成所述驱动轮的第一角速度；用于加速所述流体的流率的装置，其中用于加速的所述装置基于第二扭矩以第二角速度使叶轮轴旋转；用于将所述驱动轮的所述第一扭矩转换成从动轮的所述第二扭矩的装置，其中用于转换的所述装置基于所述第二扭矩生成所述从动轮的所述第二角速度；和用于将所述从动轮连接到所述叶轮轴或将所述驱动轮连接到转子轴中的至少一个的装置，其中用于连接的所述装置气密地密封所述泵系统的一部分远离所述流体。
示例22包括任一前述条款所述的泵系统，其中用于连接的所述装置将所述第一扭矩或所述第二扭矩中的至少一个从第一轴传递到第二轴。
示例23包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于框定定子、所述转子轴、叶轮、所述叶轮轴或同轴磁耦合件中的至少一个的装置，其中用于框定的所述装置至少支撑一个或多个径向轴承或一个或多个推力轴承，并且其中用于框定的所述装置将叶轮轴轴线和转子轴轴线构造成平行且在分开的平面上。
示例24包括任一前述条款所述的泵系统，其中用于框定的所述装置将热量从电动机传递到环境空气或流体冷却剂中的至少一个。
示例25包括一种在闭环传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：泵，所述泵包括叶轮；电动机，所述电动机包括连接到所述叶轮的转子轴；第一轴承，所述第一轴承在第一操作速度范围支撑所述转子轴，所述第一轴承联接到内圈；第二轴承，所述第二轴承在第二操作速度范围支撑所述转子轴，所述转子轴联接到外圈；和一个或多个斜撑元件，所述一个或多个斜撑元件被构造成：在所述第一操作速度范围使所述内圈与所述外圈接合；并且在所述第二操作速度范围使所述内圈与所述外圈分离。
示例26包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第一轴承是滚动元件轴承，包括角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚子轴承、深沟单球轴承、双球轴承或球面轴承中的至少一个。
示例27包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第一轴承通过油润滑剂被润滑，进一步包括分离器，所述分离器使所述油润滑剂与所述流体分离，所述油润滑剂的一部分与所述流体混合。
示例28包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第二轴承是箔片轴承。
示例29包括任一前述条款所述的泵系统，其中响应于所述转子轴在所述第一操作速度范围围绕转子轴线在第一方向上旋转，所述一个或多个斜撑元件围绕斜撑旋转轴线在第二方向上旋转，所述第二方向不同于所述第一方向。
示例30包括任一前述条款所述的泵系统，其中响应于所述转子轴在所述第二操作速度范围围绕转子轴线在第一方向上旋转，所述一个或多个斜撑元件围绕斜撑旋转轴线在第二方向上旋转，所述第二方向与所述第一方向相同。
示例31包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个斜撑元件被构造成响应于作用在所述一个或多个斜撑元件的一部分上的离心力而在所述第二方向上旋转，所述离心力响应于所述泵系统在所述第二操作速度范围操作而生成。
示例32包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个斜撑元件包括固体润滑剂或油雾润滑剂中的至少一个，所述固体润滑剂包括银涂层。
示例33包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第一操作速度范围包括小于箔片轴承起动速度的切向速度。
示例34包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第二操作速度范围包括大于箔片轴承起动速度的切向速度。
示例35包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括推力轴承，所述推力轴承支撑由所述转子轴生成的推力载荷，所述推力轴承包括推力箔片轴承或推力磁轴承中的至少一个。
示例36包括一种动态支撑泵系统中的轴的集成轴承系统，所述泵系统在闭环传输总线内加压流体，所述集成轴承系统包括：轴，所述轴连接到所述泵系统的叶轮；第一轴承，所述第一轴承在第一操作速度范围支撑所述轴，所述第一轴承联接到内圈；第二轴承，所述第二轴承在第二流体速度范围支撑所述轴，所述轴联接到外圈；和一个或多个斜撑元件，所述一个或多个斜撑元件被构造成：在所述第一操作速度范围使所述内圈与所述外圈接合；并且在所述第二操作速度范围使所述内圈与所述外圈分离。
示例37包括任一前述条款所述的集成轴承系统，其中所述第一轴承是滚动元件轴承，包括角接触球轴承、混合陶瓷轴承、锥形滚子轴承、深沟单球轴承、双球轴承或球面轴承中的至少一个。
示例38包括任一前述条款所述的集成轴承系统，其中所述第一轴承通过油润滑剂被润滑，进一步包括分离器，所述分离器使所述油润滑剂与所述流体分离，所述油润滑剂的一部分与所述流体混合。
示例39包括任一前述条款所述的集成轴承系统，其中所述第二轴承是箔片轴承。
示例40包括任一前述条款所述的集成轴承系统，其中响应于所述轴在所述第一操作速度范围围绕轴线在第一方向上旋转，所述一个或多个斜撑元件围绕斜撑旋转轴线在第二方向上旋转，所述第二方向不同于所述第一方向。
示例41包括任一前述条款所述的集成轴承系统，其中响应于所述轴在所述第二操作速度范围围绕转子轴线在第一方向上旋转，所述一个或多个斜撑元件围绕斜撑旋转轴线在第二方向上旋转，所述第二方向与所述第一方向相同。
示例42包括任一前述条款所述的集成轴承系统，其中所述一个或多个斜撑元件被构造成响应于作用在所述一个或多个斜撑元件的一部分上的离心力而在所述第二方向上旋转，所述离心力响应于所述泵系统在所述第二操作速度范围操作而生成。
示例43包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述一个或多个斜撑元件包括固体润滑剂或油雾润滑剂中的至少一个，所述固体润滑剂包括银涂层。
示例44包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第一操作速度范围包括小于箔片轴承起动速度的切向速度。
示例45包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第二操作速度范围包括大于箔片轴承起动速度的切向速度。
示例46包括一种在闭环超临界传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：用于增加流过所述泵系统的所述流体的动能的装置；用于向所述泵系统的转子轴提供扭矩的装置；用于在第一操作速度范围支撑所述转子轴的第一装置；用于在第二操作速度范围支撑所述转子轴的第二装置；和用于在所述第一操作速度范围使内圈与外圈接合的装置。
示例47包括任一前述条款所述的泵系统，其中用于接合的所述装置响应于所述转子轴在所述第二操作速度范围围绕转子轴线在第一方向上旋转，基于由所述转子轴生成的离心力，使所述内圈与所述外圈分离。
示例48包括任一前述条款所述的泵系统，其中响应于所述转子轴在所述第二操作速度范围围绕转子轴线在第一方向上旋转，用于接合的所述装置围绕斜撑旋转轴线在第二方向上旋转，所述第二方向与所述第一方向相同。
示例49包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于使一个或多个液体与所述流体分离的装置，所述一个或多个液体包括油。
示例50包括一种用于泵的护罩，包括：内壳层，所述内壳层包括第一非金属材料；外壳层，所述外壳层包括所述第一非金属材料或第二非金属材料；和金属芯壳层，所述金属芯壳层定位在所述内壳层和所述外壳层之间。
示例51包括任一前述条款所述的护罩，其中所述金属芯壳层被电铸。
示例52包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层或所述外壳层中的至少一个经由热喷涂形成。
示例53包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层经由模制或铸造中的至少一个形成。
示例54包括任一前述条款所述的护罩，其中所述第一非金属材料和所述第二非金属材料包括陶瓷、聚合物或复合材料中的至少一个。
示例55包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层包括第一厚度，所述外壳层包括所述第一厚度或第二厚度，并且所述金属芯壳层包括大于所述第一厚度和所述第二厚度的第三厚度。
示例56包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层包括脊，所述脊远离由所述护罩限定的腔延伸，所述脊沿着所述内壳层的周边间隔开。
示例57包括任一前述条款所述的护罩，其中所述金属芯壳层的外表面与所述外壳层的内表面完全接触。
示例58包括一种罐封式电动机泵，包括：第一轴；第二轴，所述第二轴至少部分地围绕所述第一轴定位，所述第二轴与所述第一轴磁接合；和护罩，所述护罩定位在所述第一轴和所述第二轴之间，所述护罩包括：金属芯层；第一非金属层，所述第一非金属层定位在所述金属芯层和所述第一轴之间；和第二非金属层，所述第二非金属层定位在所述金属芯层和所述第二轴之间。
示例59包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述金属芯层包括镍或钴中的至少一个。
示例60包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述第一非金属层包括具有第一厚度的第一部分和具有第二厚度的第二部分，所述第二厚度大于所述第一厚度。
示例61包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述金属芯层包括具有第一外径的第一部分和具有第二外径的第二部分。
示例62包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述第一非金属层和所述第二非金属层包括陶瓷材料、复合材料或聚合物材料中的至少一个。
示例63包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述第一非金属层和所述第二非金属层包括氧化铝、氧化锆或硅中的至少一个。
示例64包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述护罩包括凸缘，进一步包括保持器环，以抵靠所述罐封式电动机泵的壳体固定所述凸缘。
示例65包括一种磁驱动泵，包括：用于容纳流体的装置；用于压缩所述流体的装置；和用于密封用于容纳的装置的装置，用于密封的所述装置包括：用于绝缘的第一装置，用于绝缘的所述第一装置限定用于密封的所述装置的内表面；用于绝缘的第二装置，用于绝缘的所述第二装置限定用于密封的所述装置的外表面；和用于支撑用于绝缘的所述第一装置和用于绝缘的所述第二装置的装置，用于支撑的所述装置填充限定在用于绝缘的所述第一装置和用于绝缘的所述第二装置之间的区域。
示例66包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中用于支撑的所述装置被电铸在用于绝缘的所述第一装置上。
示例67包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中用于绝缘的所述第一装置或用于绝缘的所述第二装置中的至少一个经由热喷涂形成。
示例68包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中用于绝缘的所述第一装置或用于支撑的所述装置中的至少一个包括用于加强的装置。
示例69包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述流体是与用于绝缘的所述第一装置接触的用于散热的第一装置，进一步包括与用于绝缘的所述第二装置接触的用于散热的第二装置。
示例70包括一种制造用于罐封式电动机泵的护罩的方法，包括：形成内壳层；在所述内壳层的外表面上电铸芯壳层；和在所述芯壳层的外表面上形成外壳层。
示例71包括一种制造用于罐封式电动机泵的护罩的方法，包括：形成内壳层；形成外壳层；和在所述内壳层的外表面上或在所述外壳层的内表面上电铸芯壳层。
示例72包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述内壳层包括模制、铸造或热喷涂所述内壳层中的至少一个。
示例73包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述内壳层包括形成从所述内壳层的外表面突出的肋。
示例74包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述外壳层包括在所述芯壳层的所述外表面上热喷涂所述外壳层。
示例75包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述内壳层或形成所述外壳层中的至少一个包括机械加工或研磨所述内壳层的内表面或所述外壳层的外表面。
示例76包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述第一非金属层包括第一厚度和大于所述第一厚度的第二厚度，所述第一厚度和所述第二厚度在由所述第一非金属层限定的周向方向上交替。
示例77包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，进一步包括O形环，所述O形环定位在所述屏障罐和所述保持器环之间。
示例78包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述保持器环经由螺栓联接到所述壳体。
示例79包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述保持器环包括具有第一直径的第一部分和具有第二直径的第二部分，所述第二直径小于所述第一直径，所述凸缘包括在所述第一直径和所述第二直径之间的第三直径。
示例80包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述保持器环的所述第一部分与所述壳体接口，并且所述保持器环的所述第二部分与所述壳体分开与所述凸缘的厚度对应的距离，使得当所述保持器环联接到所述壳体时，所述保持器环的所述第二部分将所述凸缘压靠在所述壳体上。
示例81包括任一前述条款所述的罐封式电动机泵，其中所述第一非金属层与第一流体接触，并且所述第二非金属层与第二流体接触，所述第二流体不同于所述第一流体，其中所述屏障罐与所述第一流体或所述第二流体中的至少一个交换热能。
示例82包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中用于绝缘的所述第一装置包括远离由用于密封的所述装置限定的腔延伸的周向间隔肋。
示例83包括任一前述条款所述的护罩，其中所述金属芯壳层包括小至0.005英寸的厚度。
示例84包括任一前述条款所述的护罩，其中所述金属芯壳层的内表面与所述内壳层的外表面完全接触。
示例85包括一种用于流体泵的护罩，包括：内壳层，所述内壳层包括热塑性复合材料或金属；和外壳层，所述外壳层包括复合材料。
示例86包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层包括镍基合金。
示例87包括任一前述条款所述的护罩，其中所述热塑性复合材料是聚酰胺-酰亚胺。
示例88包括任一前述条款所述的护罩，其中所述热塑性复合材料是聚醚醚酮。
示例89包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层经由所述热塑性复合材料的机械加工杆形成。
示例90包括任一前述条款所述的护罩，其中所述外壳层在所述内壳层上以多层形成。
示例91包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层被电铸在所述外壳层的内表面上。
示例92包括任一前述条款所述的护罩，其中所述复合材料包括环氧树脂。
示例93包括任一前述条款所述的护罩，其中所述复合材料包括碳纤维或石墨纤维中的至少一个。
示例94包括任一前述条款所述的护罩，其中所述碳纤维或所述石墨纤维中的至少一个在多于一个的定向上定位。
示例95包括任一前述条款所述的护罩，其中所述复合材料包括在第一定向、第二定向、第三定向和第四定向上定位的纤维，所述第二定向不同于所述第一定向，所述第三定向不同于所述第一定向和所述第二定向，所述第四定向不同于所述第一定向、所述第二定向和所述第三定向。
示例96包括任一前述条款所述的护罩，其中所述第一定向与所述第二定向基本上正交。
示例97包括任一前述条款所述的护罩，其中所述第三定向与所述第四定向基本上正交。
示例98包括任一前述条款所述的护罩，其中所述外壳层包括在25密耳和150密耳之间的厚度。
示例99包括一种磁驱动泵，包括：第一轴；第二轴，所述第二轴至少部分地围绕所述第一轴定位，所述第二轴与所述第一轴磁接合；和护罩，所述护罩定位在所述第一轴和所述第二轴之间，所述护罩包括：复合壳层；和衬里，所述衬里沿所述复合壳层的内表面定位，所述衬里包括热塑性塑料或金属。
示例100包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述复合壳层包括孔隙。
示例101包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述复合壳层包括纤维和环氧树脂。
示例102包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述纤维在至少三个不同的定向上定位。
示例103包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述纤维包括碳或石墨中的至少一个。
示例104包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中由所述护罩引起的涡电流损失与所述衬里的厚度之比小于0.06。
示例105包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述衬里包括镍铬基合金。
示例106包括一种用于罐封式电动机泵的护罩，所述护罩包括：复合壳层，所述复合壳层包括在第一定向上的第一纤维和在第二定向上的第二纤维，所述第一定向与所述第二定向基本上正交；和内壳层，所述内壳层包括热塑性塑料或金属。
示例107包括任一前述条款所述的护罩，其中所述复合壳层包括在第三定向上的第三纤维和在第四定向上的第四纤维，所述第三定向与所述第四定向基本上正交。
示例108包括一种形成用于磁驱动泵的护罩的方法，所述方法包括：形成壳层；机械加工所述壳层的内表面；和沿着所述壳层的所述内表面形成衬里。
示例109包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述壳层包括模制所述壳层。
示例110包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述壳层包括在多于一个的定向上定向纤维。
示例111包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述壳层包括经由环氧树脂粘合所述纤维。
示例112包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述衬里包括在所述壳层的所述内表面上电铸所述衬里。
示例113包括任一前述条款所述的方法，其中形成所述衬里包括在所述壳层的所述内表面上注射模制所述衬里。
示例114包括一种形成用于磁驱动泵的护罩的方法，所述方法包括：形成内壳层；和在所述内壳层的外表面上层叠外壳层。
示例115包括任一前述条款所述的方法，其中所述内壳层经由热塑性塑料的机械加工杆形成。
实例116包括任一前述条款所述的方法，其中层叠所述外壳层包括在所述内壳层的所述外表面上层叠所述外壳层的第一层，和在所述第一层上层叠所述外壳层的第二层。
示例117包括任一前述条款所述的方法，进一步包括在所述第一层上层叠所述第二层之前，热固所述第一层。
示例118包括任一前述条款所述的方法，进一步包括在所述第一层或所述第二层中的至少一个中定向纤维。
示例119包括任一前述条款所述的方法，进一步包括在所述第一层或所述第二层中的至少一个中在多于一个的定向上定向纤维。
示例119包括任一前述条款所述的方法，其中定向所述纤维包括将第一组纤维在第一定向上定位，和将第二组纤维在第二定向上定位，所述第二定向与所述第一定向基本上正交。
示例120包括任一前述条款所述的方法，其中定向所述纤维进一步包括将第三组纤维在与所述第一定向和所述第二定向不同的第三定向上定位，和将第四组纤维在与所述第三定向基本上正交的第四定向上定位。
示例121包括任一前述条款所述的方法，其中所述内壳层经由电铸形成。
示例122包括任一前述条款所述的护罩，其中所述内壳层包括小至2密耳的厚度。
示例123包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述护罩承受6400磅每平方英寸的绝对压力。
示例124包括任一前述条款所述的磁驱动泵，其中所述纤维在至少三个不同的定向上定位。
示例125包括一种在闭环热传输总线内加压超临界流体的泵系统，所述泵系统包括：泵壳体；管道，所述管道流体联接到所述泵壳体，所述管道的第一部分包括油和所述超临界流体的混合物，所述管道的第二部分包括所述超临界流体；和分离器，所述分离器定位在所述管道的所述第一部分和所述管道的所述第二部分之间的所述管道的第三部分中，所述分离器使所述混合物中的所述油与所述超临界流体分离。
示例126包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述分离器包括可旋转轴和从所述可旋转轴延伸的轮叶。
示例127包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述分离器包括锥形旋流器，所述锥形旋流器包括开口轴向端和在所述开口轴向端之间的表面中的孔。
示例128包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述分离器包括：可旋转轴，所述可旋转轴包括轮叶；和壳，所述壳围绕所述可旋转轴定位，所述壳包括面向所述可旋转轴的孔。
示例129包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述壳在所述管道内是静止的。
示例130包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述可旋转轴在第一方向上旋转，并且所述壳在与所述第一方向相反的第二方向上旋转。
示例131包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述分离器包括串联定位在所述管道的所述第三部分中的旋流器和过滤器。
示例132包括示例1所述的泵系统，其中所述管道流体联接到所述泵壳体的第一部分和所述泵壳体的第二部分。
示例133包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括：可旋转轴，所述可旋转轴设置在所述泵壳体内；电动机，所述电动机联接到所述可旋转轴；和叶轮，所述叶轮联接到所述可旋转轴的一端。
示例134包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述可旋转轴经由滚动元件轴承安装在所述泵壳体中，其中所述滚动元件轴承利用所述油被润滑。
示例135包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述可旋转轴的所述一端是第一端，其中所述可旋转轴包括与所述第一端相对的第二端，所述可旋转轴的第一部分设置在所述第一端和所述电动机之间，所述可旋转轴的第二部分设置在所述第二端和所述电动机之间，进一步包括：第一轴承，所述第一轴承联接到所述可旋转轴的所述第一部分，所述第一轴承包括第一刚度；和第二轴承，所述第二轴承联接到所述可旋转轴的所述第二部分，所述第二轴承包括大于所述第一刚度的第二刚度。
示例136包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括：第一可旋转轴，所述第一可旋转轴设置在所述泵壳体中；电动机，所述电动机联接到所述第一可旋转轴；第二可旋转轴，所述第二可旋转轴设置在所述泵壳体内；齿轮箱，所述齿轮箱可旋转地联接所述第一可旋转轴和所述第二可旋转轴，其中所述齿轮箱利用所述油被润滑；和叶轮，所述叶轮联接到所述第二可旋转轴的一端。
示例137包括一种在闭环热传输总线内加压超临界流体的泵系统，所述泵系统包括：泵壳体；管道，所述管道流体联接到所述泵壳体，以传输所述超临界流体和油；和分离器，所述分离器包括吸油材料，所述吸油材料定位在所述管道中，以使所述油与所述超临界流体分离。
示例138包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述吸油材料包括聚合物或粉末中的至少一个。
示例139包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述分离器包括挡板。
示例140包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述挡板经由金属板或增材制造形成。
示例141包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述分离器包括第一导管，所述第一导管流体联接到所述第一导管下方的第二导管，所述第二导管包括所述吸油材料。
示例142包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述油与添加剂混合，以增加所述油的粘性。
示例143包括一种在闭环热传输总线内加压超临界流体的泵系统，所述泵系统包括：用于压缩流体的装置，其中所述流体包括超临界流体和油；用于容纳用于压缩流体的所述装置的装置；联接到用于容纳的所述装置的用于传输所述流体的装置；和定位在用于传输的所述装置中的用于使所述超临界流体和所述油分离的装置。
示例144包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括：用于使用于压缩流体的所述装置旋转的装置；和用于相对于用于旋转的所述装置增加用于压缩流体的所述装置的角速度的装置。
示例145包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括在所述管道的所述第一部分中的喷射器。
示例146包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述轮叶是螺旋轮叶。
示例147包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述管道的所述第一部分流体联接到所述泵壳体的所述第一部分和所述泵壳体的所述第二部分。
示例148包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述管道的所述第一部分流体联接到所述泵壳体的所述第一部分，并且其中所述管道的所述第二部分流体联接到所述泵壳体的所述第二部分。
示例149包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述可旋转轴的所述一端是第一端，其中所述可旋转轴包括与所述第一端相对的第二端，所述可旋转轴的第一部分设置在所述第一端和所述电动机之间，所述可旋转轴的第二部分设置在所述第二端和所述电动机之间，进一步包括联接到所述可旋转轴的所述第一部分的鼠笼部和联接到所述可旋转轴的所述第二部分的阻尼器。
示例150包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述吸油材料包括聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、交联聚合物、滑石粉、铝淀粉、大米淀粉或二氧化硅中的至少一个。
示例151包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括：用于使用于压缩的所述装置旋转的装置，其中用于旋转的所述装置与用于压缩的所述装置分开第一距离；用于支撑用于旋转的所述装置的第一装置，用于支撑的所述第一装置包括第一刚度，其中用于支撑的所述第一装置与用于压缩的所述装置分开第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；和用于支撑用于旋转的所述装置的第二装置，用于支撑的所述第二装置包括不同于所述第一刚度的第二刚度，其中用于支撑的所述第二装置与用于压缩的所述装置分开第三距离，所述第三距离小于所述第一距离。
示例152包括一种泵系统，包括：泵壳体；可旋转轴，所述可旋转轴设置在所述泵壳体中；电动机，所述电动机联接到所述泵壳体中的所述可旋转轴；叶轮，所述叶轮联接到所述可旋转轴的一端；油润滑轴承，所述油润滑轴承安装所述可旋转轴；管道，所述管道流体联接到所述泵壳体；和分离器，所述分离器定位在所述管道中，以使油与经由所述管道传输的其他流体分离。
示例153包括一种在闭环流体传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：叶轮，所述叶轮联接到叶轮轴；轴向磁通电动机，所述轴向磁通电动机包括转子；转子轴，所述转子轴连接到所述转子，其中所述转子轴联接到所述叶轮轴；密封件，所述密封件禁止所述流体和所述轴向磁通电动机之间的接触；第一壳体，所述第一壳体框定所述叶轮轴；和第二壳体，所述第二壳体框定所述轴向磁通电动机，其中所述第二壳体与所述第一壳体分离。
示例154包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述转子轴经由花键干涉连接到所述叶轮轴。
示例155包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述密封件是安装在所述第二壳体上的活塞密封环，其中所述叶轮轴被构造成装配在所述活塞密封环内。
示例156包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述叶轮轴是第一轴，其中第二轴联接到所述第一轴，并且其中所述第二轴经由花键干涉连接到所述转子轴。
示例157包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第一轴经由同轴磁耦合件联接到所述第二轴，其中所述同轴磁耦合件包括外轮毂和内轮毂，其中所述外轮毂和所述内轮毂包括一个或多个永磁体。
示例158包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述密封件是安装在所述同轴磁耦合件的所述内轮毂和所述外轮毂之间的屏障罐，所述屏障罐包括金属材料和非金属材料中的至少一个。
示例159包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括一个或多个滚动元件轴承，所述一个或多个滚动元件轴承支撑由所述转子轴在所述第二壳体中生成的径向载荷和推力载荷，其中所述一个或多个滚动元件轴承经由油润滑剂或固体润滑剂中的至少一个被润滑。
示例160包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述滚动元件轴承经由所述油润滑剂被润滑，进一步包括分离器，所述分离器使所述油润滑剂与所述流体分离，所述油润滑剂的一部分与所述流体混合。
示例161包括任一前述条款所述的泵系统，进一步至少包括一个或多个滚动元件轴承或一个或多个气体箔片轴承，以支撑由所述叶轮轴在所述第一壳体中生成的径向载荷和推力载荷，其中所述一个或多个滚动元件轴承经由油润滑剂或固体润滑剂中的至少一个被润滑。
示例162包括任一前述条款所述的泵系统，其中由所述定子产生的热量传递到油或水中的至少一个。
示例163包括一种在闭环流体传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：用于增加流过所述泵系统的所述流体的动能的装置；用于向所述泵系统的转子轴提供扭矩的装置；用于安装所述泵系统的装置，其中用于安装的所述装置框定轴向磁通电动机，其中用于安装的所述装置框定叶轮、叶轮轴或与所述轴向磁通电动机分离的同轴磁耦合件中的至少一个；和用于密封所述流体以免接触所述轴向磁通电动机的装置。
示例164包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于连接所述叶轮轴和所述转子轴的第一装置。
示例165包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述叶轮轴是第一轴，进一步包括用于将所述第一轴联接到第二轴的装置。
示例166包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于连接所述第二轴和所述转子轴的第二装置。
示例167包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于支撑由所述转子轴、所述叶轮轴或所述同轴磁耦合件中的至少一个生成的径向载荷或推力载荷中的至少一个的装置。
示例168包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于将热量从所述轴向磁通电动机传递到油、水或环境空气中的至少一个的装置。
示例169包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于将第一壳体附接到第二壳体的装置，其中用于附接的所述装置构造成使所述第一壳体能够从所述第二壳体去除。
示例170包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括用于使一个或多个液体与所述流体分离的装置，所述一个或多个液体包括油。
示例171包括一种在闭环流体传输总线内加压流体的泵系统，所述泵系统包括：叶轮，所述叶轮联接到叶轮轴；轴向磁通电动机，所述轴向磁通电动机包括转子；转子轴，所述转子轴连接到所述转子，其中所述转子轴联接到所述叶轮轴；密封件，所述密封件禁止所述流体和所述轴向磁通电动机之间的接触；第一壳体，所述第一壳体框定所述叶轮轴；和第二壳体，所述第二壳体框定所述轴向磁通电动机，其中所述第二壳体与所述第一壳体分离。
示例172包括任一前述条款所述的泵系统，其中所述第二壳体包括安装凸缘，所述安装凸缘将所述泵系统安装到安装表面。
示例173包括任一前述条款所述的泵系统，进一步包括固定到所述第二壳体的第一管线可更换单元，所述第一管线可更换单元包括所述叶轮、所述叶轮轴、所述第一壳体、同轴磁耦合件和第二轴中的至少一个，其中所述第二轴经由所述同轴磁耦合件联接到所述叶轮轴，其中所述第二壳体是第二管线可更换单元，所述第二管线可更换单元包括所述轴向磁通电动机或所述转子轴中的至少一个，并且其中所述第一管线可更换单元被构造成能够从所述第二管线可更换单元去除。
以下权利要求通过引用并入本详细描述中。尽管本文公开了某些示例系统、方法、设备和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，该专利涵盖了完全落入该专利权利要求范围内的所有系统、方法、设备和制品。
Claims (10)
1.一种在闭环流体传输总线内加压流体的泵系统，其特征在于，所述泵系统包括：
叶轮，所述叶轮联接到叶轮轴；
轴向磁通电动机，所述轴向磁通电动机包括转子；
转子轴，所述转子轴连接到所述转子，其中所述转子轴联接到所述叶轮轴；
密封件，所述密封件禁止所述流体和所述轴向磁通电动机之间的接触；
第一壳体，所述第一壳体框定所述叶轮轴；和
第二壳体，所述第二壳体框定所述轴向磁通电动机，其中所述第二壳体与所述第一壳体分离。
2.根据权利要求1所述的泵系统，其特征在于，其中所述转子轴经由花键干涉连接到所述叶轮轴。
3.根据权利要求2所述的泵系统，其特征在于，其中所述密封件是安装在所述第二壳体上的活塞密封环，其中所述叶轮轴被构造成装配在所述活塞密封环内。
4.根据权利要求1所述的泵系统，其特征在于，其中所述叶轮轴是第一轴，其中第二轴联接到所述第一轴，并且其中所述第二轴经由花键干涉连接到所述转子轴。
5.根据权利要求4所述的泵系统，其特征在于，其中所述第一轴经由同轴磁耦合件联接到所述第二轴，其中所述同轴磁耦合件包括外轮毂和内轮毂，其中所述外轮毂和所述内轮毂包括一个或多个永磁体。
6.根据权利要求5所述的泵系统，其特征在于，其中所述密封件是安装在所述同轴磁耦合件的所述内轮毂和所述外轮毂之间的屏障罐，所述屏障罐包括金属材料和非金属材料中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的泵系统，其特征在于，进一步包括一个或多个滚动元件轴承，所述一个或多个滚动元件轴承支撑由所述转子轴在所述第二壳体中生成的径向载荷和推力载荷，其中所述一个或多个滚动元件轴承经由油润滑剂或固体润滑剂中的至少一个被润滑。
8.根据权利要求7所述的泵系统，其特征在于，其中所述滚动元件轴承经由所述油润滑剂被润滑，进一步包括分离器，所述分离器使所述油润滑剂与所述流体分离，所述油润滑剂的一部分与所述流体混合。
9.根据权利要求1所述的泵系统，其特征在于，进一步至少包括一个或多个滚动元件轴承或一个或多个气体箔片轴承，以支撑由所述叶轮轴在所述第一壳体中生成的径向载荷和推力载荷，其中所述一个或多个滚动元件轴承经由油润滑剂或固体润滑剂中的至少一个被润滑。
10.一种在闭环流体传输总线内加压流体的泵系统，其特征在于，所述泵系统包括：
用于增加流过所述泵系统的所述流体的动能的装置；
用于向所述泵系统的转子轴提供扭矩的装置；
用于安装所述泵系统的装置，其中用于安装的所述装置框定轴向磁通电动机，其中用于安装的所述装置框定叶轮、叶轮轴或与所述轴向磁通电动机分离的同轴磁耦合件中的至少一个；和
用于密封所述流体以免接触所述轴向磁通电动机的装置。
Applications Claiming Priority (3)
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2023
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