CN212672115U - 一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统，电机布置在封闭壳体中，电机壳体分别与两级压缩机后盖板通过螺栓联接，形成封闭系统。二级压缩机出口的高温高压水蒸气被冷却后，利用压差进入封闭系统中，依次通过冷却通道对电机和轴承进行冷却，保证其在安全温度范围内运行。本实用新型完全利用压缩介质进行冷却且冷却介质可循环使用，不需要附加冷却设备，解决了封闭式系统中高速永磁电机及磁悬浮轴承的冷却问题，使得结构更加简单，成本更低。密封泄漏气体可通过冷却回路回到一级压缩机入口重新进行压缩，提高了压缩机整机工作效率。

Description

一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统

技术领域

本实用新型涉及高速永磁电机及高速磁悬浮轴承的冷却技术，具体涉及一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统。

背景技术

高速永磁电机直驱的离心式压缩机，省去了增速箱等中间传动环节，机械损耗小，工作效率高，未来应用前景广阔，高速永磁电机必须保证在安全温度范围内运行，因此其散热设计极其重要。传统的散热方法为电机定子浸油冷却或表面循环水冷却，电机转子使用压缩空气进行冷却，这种方式需要配置相应的油站、水泵和循环散热系统以及大量的压缩冷却空气，结构复杂，并不适合封闭式的离心压缩机系统。因此，封闭式的高速电机直驱的水蒸气离心压缩机系统的散热和冷却成为设计中的一个重要问题。

目前也出现了直接利用压缩介质进行冷却的方式，专利201710091125公开了一种高速永磁电机直驱离心机转子的冷却方法及冷却系统：

如图1所示装置，两级压缩的离心机第二级进气端固定叶轮的螺杆、轴上轴心及径向通过钻孔连通构成冷却剂的通路，同时，电机壳体36上开设数个与大气相通的孔，这样，离心机正常工作时二级进气端的气压在1.5bar以上，电机内部气压较低，压力差使离心机进气端的常温气体通过轴心盲孔和连通盲孔的径向孔带走转轴42内部的大部分热量，同时，通过转轴的旋转，使转轴表面与气体进行二次换热，实现冷却，最终从电机壳体上的孔流出，进入大气。

该专利通过在电机壳体上开孔与大气相通，降低电机内部气压到大气压力，实现冷却气体流通所需要的压差，由于开孔与大气相通，仅适用于空气为介质的压缩系统。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统，以解决传统冷却方式不适合用于封闭式系统的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统，一级叶轮，二级叶轮，通过拉杆固定在转轴上，一级密封布置于一级后盖板中，一级后盖板与一级蜗壳、电机壳体通过螺栓联接。二级密封布置于二级后盖板中，二级后盖板与二级蜗壳、电机壳体通过螺栓联接。通过支撑磁悬浮轴承实现对转子的径向支撑，通过止推磁悬浮轴承实现对转子的轴向定位。

电机定子与电机转子之间的气隙形成电机定子绕组内冷却通道。电机定子与电机机壳电机壳体之间的气隙形成电机定子绕组外冷却通道。一级侧支撑磁悬浮轴承与转轴之间的气隙形成一级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，二级侧支撑磁悬浮轴承转轴之间的气隙形成二级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，止推磁悬浮轴承推力盘和平衡磁体之间的气隙以及轴承和转轴之间的气隙形成止推磁悬浮轴承冷却通道。

完全利用系统压缩介质水蒸气对电机和轴承进行冷却，水蒸气冷却回路为：水蒸气进入一级叶轮，经一级蜗壳后进行级间冷却，再进入二级叶轮，经二级蜗壳后进行冷却，然后从蒸汽入口进入封闭系统，依次通过二级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道、止推磁悬浮轴承冷却通道、电机定子绕组内，外冷却通道、一级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，后从蒸汽出口流出，经过压力调节阀将压力降低到一级叶轮入口压力，冷却后回到一级叶轮入口再次进入循环。

从一级密封和二级密封中泄漏出来的水蒸气可进入冷却回路中参与循环。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型通过从二级压缩机出口引出冷却气体，直接利用二级压缩机出口与一级压缩机入口的压差克服流道阻力，使冷却气体顺利流通，无需开孔，正因为如此，本实用新型可适用于空气及其他介质的封闭系统。

本实用新型完全利用压缩介质进行冷却且冷却介质可循环使用，与传统的散热方法相比，不需要配置相应的油站、水泵和循环散热系统以及大量的压缩冷却空气等附加冷却设备，利用水蒸气进行冷却相较于利用压缩空气进行冷却，所需冷却气量可减少77％，冷却流道的尺寸更加紧凑，解决了封闭式系统中高速永磁电机及磁悬浮轴承的冷却问题，使得结构更加紧凑简单，成本更低。本实用新型冷却气体流通的动力来自系统本身二级压缩机出口与一级压缩机入口的压差，适用于封闭系统和不同介质，拓宽了适用范围。密封泄漏气体通过冷却回路回到一级压缩机入口重新进行压缩，整机效率可提高0.98％，改善和提高了压缩机整机工作效率。

附图说明

图1为已申请专利的高速永磁电机直驱离心机转子的冷却方法及冷却系统。

图2为本实用新型实施例1中全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统的结构示意图。

图3为图2中标号为I的局部放大图。

图4和图2中标号为K的局部放大图。

图中：1为一级蜗壳，2为一级叶轮，3为蒸汽出口，4为一级后盖板，5为一级密封，6为转轴,7为支撑磁悬浮轴承，8为电机壳体，9为电机定子，10为电机转子，11为止推磁悬浮轴承，12为二级密封，13为二级后盖板，14为蒸汽入口，15为二级叶轮，16为二级蜗壳， 17为压力调节阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

参见图2，本实用新型提供一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统。其中一级叶轮2，二级叶轮15，通过拉杆固定在转轴6上，一级密封5布置于一级后盖板4中，一级后盖板与一级蜗壳1、电机壳体8通过螺栓联接。二级密封12布置于二级后盖板13中，二级后盖板与二级蜗壳16、电机壳体8通过螺栓联接。通过支撑磁悬浮轴承7实现对转子的径向支撑，通过止推磁悬浮轴承11实现对转子的轴向定位。

电机定子9与电机转子10之间的气隙形成电机定子绕组内冷却通道。电机定子9与电机机壳电机壳体8之间的气隙形成电机定子绕组外冷却通道。一级侧支撑磁悬浮轴承7与转轴 6之间的气隙形成一级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，二级侧支撑磁悬浮轴承7转轴6之间的气隙形成二级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，止推磁悬浮轴承11推力盘和平衡磁体之间的气隙以及轴承和转轴6之间的气隙形成止推磁悬浮轴承冷却通道。

利用系统压缩介质水蒸气对电机和轴承进行冷却，水蒸气冷却回路为：水蒸气进入一级叶轮2，经一级蜗壳1后进行级间冷却，再进入二级叶轮15，经二级蜗壳16后进行冷却，然后从蒸汽入口14进入封闭系统，依次通过二级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道、止推磁悬浮轴承冷却通道、电机定子绕组内，外冷却通道、一级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，后从蒸汽出口 3流出，经过压力调节阀17将压力降低到一级叶轮入口压力，冷却后回到一级叶轮入口再次进入循环。

参见图3、图4，从一级密封5和二级密封12中泄漏出来的水蒸气可进入冷却回路中参与循环。

本实用新型的工作原理为：

在封闭式双级离心压缩机系统中，利用二级压缩机出口与一级压缩机入口压差，二级压缩机出口的高温高压水蒸气经冷却后，从蒸汽入口14进入封闭系统，通过电机和轴承的冷却通道带走内部的大部分热量，保证其在安全温度范围内运行，冷却后的水蒸气从3回到一级压缩机入口重新参与循环，实现封闭式系统的自冷却。

实施例1：

参见加图2，图2为一台转速大于18600r/min，功率大于30kW的高速永磁电机直驱的封闭式双级离心水蒸气压缩机。一级叶轮2，二级叶轮15，通过拉杆固定在转轴6上，一级密封5布置于一级后盖板4中，一级后盖板与一级蜗壳1、电机壳体8通过螺栓联接。二级密封12布置于二级后盖板13中，二级后盖板与二级蜗壳16、电机壳体8通过螺栓联接。通过支撑磁悬浮轴承7实现对转子的径向支撑，通过止推磁悬浮轴承11实现对转子的轴向定位。

正常运行时，电机散热量大于0.6kW，支撑磁悬浮轴承散热量大于0.5kW，推力磁悬浮轴承散热量大于0.2kW，这些热量需要被冷却气体带走，冷却过程为：

一级离心压缩机吸入1000Pa，7℃的饱和水蒸气，压缩后产生2600Pa，98℃的过热水蒸气，经过级间冷却消除过热后进入二级离心压缩机，二级压缩后产生5630Pa，114℃的过热水蒸气。该高温高压水蒸气经冷却消除过热，温度降低到5630Pa下的饱和温度35℃，从蒸汽入口14进入封闭系统，依次通过二级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道、止推磁悬浮轴承冷却通道、电机定子绕组内，外冷却通道、一级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，带走轴承及电机内部热量，保证其在安全温度范围内运行，之后从蒸汽出口3流出，经过压力调节阀17将压力降低到一级叶轮入口压力1000Pa，冷却后回到一级叶轮入口再次进入循环。

从蒸汽入口14进入系统的冷却气体状态参数为：压力5630Pa，温度35℃，焓值2322.8kJ/kg；

从3流出系统的冷却气体状态参数为：压力1050Pa，温度80℃，焓值2650.8kJ/kg；

需要带走的电机和轴承总散热量为：1.8kW

需要的冷却气体流量为：

转化为体积流量为448。

相同工况下，若采用压缩空气进行冷却，所需压缩空气的气量为2026。本实用新型在实现相同冷却效果的前提下，所需冷却气量减少77％，冷却流道尺寸更加紧凑。

本实施例中，一级侧密封5的泄漏量为2.38kg/h，二级侧密封12的泄漏量为2.40kg/h，这部分泄漏气体可通过冷却回路回到一级入口再次进行压缩，整机效率可提高0.98％。以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种全封闭式双级离心水蒸气压缩机的自冷却系统，其特征在于：包括一级叶轮(2)和二级叶轮(15)，所述一级叶轮(2)和二级叶轮(15)通过拉杆固定在转轴(6)上，一级密封(5)布置于一级后盖板(4)中，一级后盖板与一级蜗壳(1)、电机壳体(8)通过螺栓联接；二级密封(12)布置于二级后盖板(13)中，二级后盖板与二级蜗壳(16)、电机壳体(8)通过螺栓联接；通过支撑磁悬浮轴承(7)实现对转子的径向支撑，通过止推磁悬浮轴承(11)实现对转子的轴向定位；

电机定子(9)与电机转子(10)之间的气隙形成电机定子绕组内冷却通道，电机定子(9)与电机壳体(8)之间的气隙形成电机定子绕组外冷却通道，一级侧支撑磁悬浮轴承(7)与转轴(6)之间的气隙形成一级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，二级侧支撑磁悬浮轴承(7)与转轴(6)之间的气隙形成二级侧支撑磁悬浮轴承冷却通道，止推磁悬浮轴承(11)的推力盘和平衡磁体之间的气隙以及轴承与转轴(6)之间的气隙形成止推磁悬浮轴承冷却通道。

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