DE112015006328T5

DE112015006328T5 - Kompressorsystem

Info

Publication number: DE112015006328T5
Application number: DE112015006328.5T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Mizukami
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-12-07
Also published as: US20180038388A1; WO2016147485A1

Abstract

Kompressorsystem (1), das aufweist: einen Motor (3); einen Kompressor (2), der zusammen mit einem Rotor (31) des Motors (3) drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid (CF) zu erzeugen; ein Teilungselement (6), das in einem Spalt (33), der zwischen dem Rotor (31) und einem Stator (32) ausgebildet ist, angeordnet ist, um den Spalt (33) in der Radialrichtung zu teilen, und mit dem Rotor (31) einen rotorseitigen Strömungsdurchgang (C1), durch den ein entwichenes Fluid (LF) entlang der Achse (O) strömen kann, und mit dem Stator (32) einen statorseitigen Strömungsdurchgang (C2), durch den das entwichene Fluid (LF) entlang der Achse (O) strömen kann, ausbildet. Das Teilungselement (6) weist eine Innenfläche (6a) und eine Außenfläche (6b) auf, wobei eine Strömungsdurchgangsfläche in einem Querschnitt senkrecht zur Achse (O) in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang (C1) und/oder dem statorseitigen Strömungsdurchgang (C2) in einer Richtung, in der das entwichene Fluid (LF) strömt, abnimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompressorsystem.
Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nrn. 2015-054570 , 2015-055098 , 2015-054983 und 2015-055099 , eingereicht am 18. März 2015, beansprucht, deren Inhalte hierin durch Verweis einbezogen sind.
Hintergrund
Ein Kompressorsystem, in dem ein Motor und ein Kompressor integriert sind, weist einen Kompressor zum Komprimieren von Gasen, wie etwa Luft oder anderen Gasen, und einen Motor zum Antreiben des Kompressors auf. In dem Kompressorsystem ist eine Drehwelle, die sich von einem Gehäuse des Kompressors erstreckt, mit einer Drehwelle eines Motors verbunden, die sich gleichermaßen von dem Gehäuse des Motors erstreckt, und die Drehung des Motors wird auf den Kompressor übertragen. Die Drehwellen des Motors und des Kompressors werden von mehreren Lagern gelagert und sind auf stabile Weise drehbar.
Ein solches Kompressorsystem wird beispielsweise wie in der Literatur 1, die keine Patentliteratur ist, in einem Untersee-Produktionssystem oder wie in der Literatur 2, die keine Patentliteratur ist, in einer schwimmenden Produktions- und Lagereinheit (FPSO) angewendet. Bei der Verwendung in einem Untersee-Produktionssystem ist das Kompressorsystem auf dem Meeresgrund installiert und fördert Produktionsfluid, gemischt mit Erdöl und Erdgas, von einer Fördersonde, die bis in eine Tiefe von mehreren tausend Metern in den Meeresboden eingebohrt ist, zur Meeresoberfläche nach oben. Auch bei der Verwendung für schwimmende Öllageranlagen auf See sind Kompressorsysteme in Anlagen auf See, wie etwa Schiffen, installiert.
Zitatliste
Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol. 34, Nr. 5 P310–P313
Nicht-Patentliteratur 2: Turbomachinery International September/Oktober 2014 P18–P24

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem Motor des Kompressorsystems wird, wenn sich der Rotor mit hoher Geschwindigkeit dreht, Wärme zwischen dem Rotor und dem Stator erzeugt, und Temperaturen des Rotors und des Stators steigen an. Da die Möglichkeit besteht, dass die Effizienz des Motors absinken oder sich die Lebensdauer des Motors verkürzen kann, wenn die Temperatur des Rotors oder des Stators ansteigt, ist es nötig, den Rotor und den Stator zu kühlen.
In dem Fall, in dem der Rotor und der Stator gekühlt werden, indem ein Kühlmittel im Innern des Stators oder in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor von einer Seite zur anderen Seite in Axialrichtung des Rotors in Umlauf gebracht wird, erwärmt sich das Kühlmittel während der Zirkulation. Folglich ist es schwierig, den Rotor und den Stator wirksam zu kühlen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kompressorsystem bereit, das einen Motor wirksam zu kühlen imstande ist.
Lösung des Problems
Ein Kompressorsystem gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite des Rotors mit einem Zwischenraum bzw. Spalt vom Rotor angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; und ein Teilungselement, das in dem Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, angeordnet ist, um den Spalt in der Radialrichtung zu teilen, und mit dem Rotor einen rotorseitigen Strömungsdurchgang, durch den ein Kühlfluid entlang der Achse strömen kann, und mit dem Stator einen statorseitigen Strömungsdurchgang, durch den das Kühlfluid entlang der Achse strömen kann, ausbildet, wobei das Teilungselement eine Oberfläche aufweist, bei der eine Strömungsdurchgangsfläche in einem Querschnitt senkrecht zur Achse in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang und/oder dem statorseitigen Strömungsdurchgang in einer Richtung, in der das Kühlfluid strömt, abnimmt.
Die Temperatur des Kühlfluids, das einem Wärmeaustausch mit dem Rotor und dem Stator unterzogen wird, steigt in der Strömungsrichtung zur stromabwärts gelegenen Seite hin an. Hierbei wird gemäß dem Kompressorsystem dieses Aspekts durch Bereitstellen des Teilungselements die Strömungsdurchgangsfläche in der Strömungsrichtung des Kühlfluids in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang und/oder dem statorseitigen Strömungsdurchgang kleiner. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids zur stromabwärts gelegenen Seite erhöht werden, und der Wärmeübertragungskoeffizient kann verbessert werden. Selbst mit einem Kühlfluid, in dem die Temperatur auf der stromabwärts gelegenen Seite ansteigt, kann somit ein ausreichender Wärmeaustausch mit dem Rotor und dem Stator durchgeführt werden. Das heißt, es ist möglich, den Rotor und den Stator durch das Kühlfluid entlang der Richtung der Achse gleichförmiger zu kühlen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Kühlfluid in dem Kompressorsystem des ersten Aspekts, das durch den rotorseitigen Strömungsdurchgang und den statorseitigen Strömungsdurchgang strömt, eine entwichene Strömung des komprimierten Fluids von dem Kompressor sein.
Von dem Kompressor tritt eine entwichene Strömung auf, indem ein Teil des komprimierten Fluids durch die Dichtung tritt. Durch positives bzw. bewusstes Nutzen der entwichenen Strömung als Kühlfluid ist es nicht nötig, das Kühlfluid separat in den rotorseitigen Strömungsdurchgang und den statorseitigen Strömungsdurchgang einzubringen. Da es nicht nötig ist, extra eine Struktur zum separaten Einbringen eines solchen Kühlfluids bereitzustellen, können die Kosten reduziert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem das Teilungselement des ersten oder zweiten Aspekts eine zylindrische Form mit der Achse als Zentrum und eine Form aufweisen, bei der ein Innendurchmesser von einer Seite zur anderen Seite der Achse abnimmt, und wobei das Kühlfluid von einer Seite der Achse in den rotorseitigen Strömungsdurchgang strömen kann.
Da das Teilungselement eine zylindrische Form aufweist, bei der sich der Innendurchmesser in der Richtung der Achse zur anderen Seite verringert, kann die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs des rotorseitigen Strömungsdurchgangs in der Strömungsrichtung des Kühlfluids verkleinert werden. Folglich kann in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, wodurch der Wärmeübertragungskoeffizient verbessert werden kann. Aus diesem Grund kann ein Wärmeaustausch auf ausreichende Weise durchgeführt werden, selbst mit einem Kühlmittel, in dem die Temperatur auf der stromabwärts gelegenen Seite ansteigt, und wobei der Rotor entlang der Richtung der Achse gleichförmiger gekühlt werden kann.
Ferner kann gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Kompressorsystem das Teilungselement nach einem der Aspekte eins bis drei eine zylindrische Form mit der Achse als Zentrum und eine Form aufweisen, bei der ein Außendurchmesser von einer Seite zur anderen Seite der Achse abnimmt, und wobei das Kühlfluid von der anderen Seite der Achse in den statorseitigen Strömungsdurchgang strömen kann.
Indem das Kühlfluid veranlasst wird, von der anderen Seite der Achse in den statorseitigen Strömungsdurchgang, ausgebildet durch das zylindrische Teilungselement, in dem der Außendurchmesser in der Richtung der Achse zur anderen Seite abnimmt, zu strömen, ist es selbst beim statorseitigen Strömungsdurchgang möglich, die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs zur stromabwärts gelegenen Seite zu verringern. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, und der Wärmeübertragungskoeffizient kann verbessert werden. Folglich kann der Stator entlang der Richtung der Achse gleichförmiger gekühlt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem das Teilungselement des ersten oder zweiten Aspekts eine zylindrische Form mit der Achse als Zentrum und eine Form aufweisen, bei der die Dicke in der Radialrichtung des Rotors von einer Seite zur anderen Seite der Achse zunimmt, und wobei das Kühlfluid von einer Seite der Achse in den rotorseitigen Strömungsdurchgang und den statorseitigen Strömungsdurchgang strömen kann.
Da das Teilungselement eine zylindrische Form aufweist, bei der die Wanddicke in der Radialrichtung zur anderen Seite in der Richtung der Achse zunimmt und das Kühlfluid in der Richtung der Achse von der einen Seite einströmt, ist es möglich, die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs zur stromabwärts gelegenen Seite sowohl in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang als auch dem statorseitigen Strömungsdurchgang zu verringern. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids sowohl in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang als auch dem statorseitigen Strömungsdurchgang zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, und der Wärmeübertragungskoeffizient kann verbessert werden. Folglich können der Rotor und der Stator entlang der Richtung der Achse gleichförmiger gekühlt werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem das Teilungselement nach einem der Aspekte eins bis fünf zumindest in einem Bereich vorgesehen sein, in dem der Rotor und der Stator in der Radialrichtung des Rotors einander zugewandt sind.
Durch Bereitstellen des Teilungselements in einem solchen Bereich kann eine wirksame Kühlung durch das Kühlfluid in dem zugewandten Bereich zwischen dem Rotor und dem Stator, der den größten kalorischen Wert aufweist, durchgeführt werden.
Ein Kompressor gemäß einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite des Rotors mit einem Spalt, der dem Kühlfluid ermöglicht, von dem Rotor entlang der Achse zu strömen, angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; und einen Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt, der dem Kühlfluid, das durch den Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, strömt, eine Komponente der Richtungsänderung, in einer Drehrichtung des Rotors nach vorn gerichtet, vermittelt.
Indem dem Kühlfluid, das durch den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator strömt, durch die Richtungsänderungsvermittlungseinheit die Komponente der Richtungsänderung, in der Drehrichtung nach vorn gerichtet, vermittelt wird, kann gemäß einem solchen Kompressorsystem die Strömungsrichtung des Kühlfluids veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors zu folgen. Folglich ist es möglich, die Wärmemenge, die durch eine Scherwirkung erzeugt wird, verursacht durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid und der Außenfläche des Rotors, zu verringern, wobei die Kühlwirkung des Rotors verbessert werden kann.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem die Richtungsänderungsvermittlungseinheit des siebenten Aspekts ein Teilungselement sein, das in dem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist, um den Spalt in der Radialrichtung zu teilen, so dass das Kühlfluid entlang der Achse des Rotors strömen kann, und wobei ein Vorsprung oder eine Aussparung, der bzw. die sich in der Drehrichtung des Rotors nach vorn erstreckt, auf einer Fläche ausgebildet ist, die dem Rotor zu einer stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids zugewandt ist.
Durch Bereitstellen eines solchen Teilungselements wird das Kühlfluid, das zwischen dem Teilungselement und dem Rotor strömt, durch den Vorsprung oder die Aussparung geführt. Somit wird dem Kühlfluid eine Komponente der Richtungsänderung, in der Drehrichtung zur stromabwärts gelegenen Seite nach vorn gerichtet, vermittelt. Folglich kann die Strömungsrichtung des Kühlfluids veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des Rotors zu folgen, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, kann verringert werden, und die Kühlwirkung des Rotors kann verbessert werden.
Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem die Aussparung in dem Teilungselement des achten Aspekts ausgebildet sein, und wobei eine Breite der Aussparung in der Richtung der Achse auf einer stromabwärts gelegenen Seite kleiner sein kann als auf einer stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids.
Durch Verringern der Breite der Aussparung auf der stromabwärts gelegenen Seite auf diese Weise ist es möglich, die Geschwindigkeitskomponente in der Drehrichtung (Umfangsrichtung) auf der stromabwärts gelegenen Seite zu erhöhen. Folglich kann das Kühlfluid in der Drehrichtung auf der stromabwärts gelegenen Seite beschleunigt werden, und der Wärmeaustausch auf der stromabwärts gelegenen Seite kann verbessert werden. Aus diesem Grund ist es möglich, den Rotor selbst durch Kühlluft, die durch einen Wärmeaustausch mit dem Rotor auf der stromaufwärts gelegenen Seite aufgeheizt wurde, ausreichend zu kühlen, und wobei die Kühlwirkung des Rotors weiter verbessert werden kann.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem die Richtungsänderungsvermittlungseinheit des siebenten Aspekts ein Führungselement sein, das auf der stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung von einer Einlassöffnung des Kühlfluids in dem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist und relativ zum Stator nicht drehbar vorgesehen ist, und wobei das Führungselement eine Führungsfläche aufweisen kann, die der stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids zugewandt ist und in der Drehrichtung des Rotors bezüglich der Achse nach vorn geneigt ist, zur stromabwärts gelegenen Seite.
Durch Bereitstellen des Führungselements, das eine solche Führungsfläche aufweist, kann das Kühlfluid durch die Führungsfläche geführt werden. Somit wird dem Kühlfluid eine Komponente der Richtungsänderung, in der Drehrichtung zur stromabwärts gelegenen Seite nach vorn gerichtet, vermittelt. Folglich kann die Strömungsrichtung des Kühlfluids veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des Rotors zu folgen, wobei die Wärmemenge, die durch eine Scherwirkung erzeugt wird, verringert und die Kühlwirkung des Rotors verbessert werden können.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung können in dem Kompressorsystem mehrere Führungselemente des zehnten Aspekts in einer Drehrichtung des Rotors mit einem Spalt vorgesehen sein, und wobei eine Spaltabmessung in der Drehrichtung zwischen hinteren Rändern der Führungselemente kleiner ist als die Spaltabmessung in der Drehrichtung zwischen vorderen Rändern der Führungselemente, die in der Drehrichtung benachbart sind.
Auf diese Weise ist die Spaltabmessung zwischen den hinteren Rändern, welche die stromabwärts gelegenen Endabschnitte sind, kleiner als die Spaltabmessung zwischen den vorderen Rändern, welche die stromaufwärts gelegenen Endabschnitte des Führungselements sind. Wenn das Kühlfluid, geführt von der Führungsfläche, aus dem Raum zwischen den hinteren Rändern der Führungselemente zum Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, herausströmt, nimmt somit die Strömungsgeschwindigkeit zu, im Vergleich mit dem Fall des Strömens in den Raum zwischen den vorderen Rändern der Führungselemente. Das heißt, die Strömungsdurchgangsfläche des Kühlfluids kann auf der Seite des hinteren Rands verringert werden. Folglich kann das Kühlfluid in der Drehrichtung (Umfangsrichtung) nach vorn beschleunigt werden, und die Strömungsrichtung des Kühlfluids kann veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des Rotors zu folgen. Folglich ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, zu verringern und die Kühlwirkung des Rotors zu verbessern.
Ein Kompressorsystem gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite mit einem Spalt, der einem Kühlfluid ermöglicht, vom Rotor entlang der Achsenseite zu strömen, angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; mehrere Teilungselemente, die vorgesehen sind, um relativ zum Stator nicht drehbar zu sein und sich vom Stator zum Rotor zu erstrecken, und den Spalt, ausgebildet zwischen dem Stator und dem Rotor, in einer Umfangsrichtung in mehrere Räume unterteilen; und einen Fluideinbringabschnitt, der dem Kühlfluid ermöglicht, von unterschiedlichen Seiten in der Richtung der Achse in zumindest zwei Räume der mehreren Räume zu strömen.
Gemäß einem solchen Kompressorsystem strömt die Kühlluft von unterschiedlichen Seiten in die mehreren Räume, die durch Teilen des Spalts zwischen dem Rotor und dem Stator durch das Teilungselement in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Folglich strömt in diesen Räumen das Kühlfluid entlang der Achse in entgegengesetzten Richtungen. Da das Kühlfluid strömt, während ein Wärmeaustausch mit dem Rotor stattfindet, wird die Temperatur des Kühlfluids auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids größer als die Temperatur auf der stromaufwärts gelegenen Seite. Da die Strömungsrichtungen des Kühlfluids zwischen den mehreren Räumen, ausgerichtet in der Umfangsrichtung, entgegengesetzte Richtungen sind und der Rotor sich relativ zu den mehreren Räumen dreht, beispielsweise an der Position (der Position auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite in einem bestimmten Raum) des Endabschnitts, in der Richtung der Achse, des Teilungselements, werden die Hochtemperatur-Kühlluft und die Niedrigtemperatur-Kühlluft jedoch abwechselnd mit dem Rotor in Kontakt gebracht. Selbst wenn die Kühlluft in einem bestimmten Raum eine hohe Temperatur an der Position auf der stromabwärts gelegenen Seite erreicht, kommt die Hochtemperatur-Kühlluft folglich nicht immer mit derselben Position des Rotors in Kontakt, wodurch der Rotor entlang der Richtung der Achse wirksam gekühlt werden kann.
Ferner kann gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Kompressorsystem das Teilungselement des zwölften Aspekts plattenförmig sein und eine Führungsfläche aufweisen, die in der Strömungsrichtung des Kühlfluids der stromaufwärts gelegenen Seite zugewandt ist und in der Drehrichtung des Rotors bezüglich der Achse nach vorn geneigt ist, zur stromabwärts gelegenen Seite.
Durch Führen des Kühlfluids mit einer solchen Führungsfläche wird dem Kühlfluid die Komponente der Richtungsänderung, in der Drehrichtung zur stromabwärts gelegenen Seite nach vorn gerichtet, vermittelt. Folglich kann die Strömungsrichtung des Kühlfluids veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors zu folgen, und wobei es möglich ist, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid und der äußeren Fläche des Rotors bewirkt wird, zu verringern. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors verbessert werden.
Ferner kann gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Kompressorsystem das Teilungselement des dreizehnten Aspekts ein spiralplattenförmiges Element sein, das sich in der Drehrichtung des Rotors nach vorn erstreckt, in der Strömungsrichtung des Kühlfluids zur stromabwärts gelegenen Seite, und wobei die Führungsfläche eine Fläche sein kann, die in der Strömungsrichtung des Kühlfluids der stromaufwärts gelegenen Seite in dem spiralplattenförmigen Element zugewandt ist.
Durch Anwenden eines spiralplattenförmigen Elements als Teilungselement auf diese Weise, kann dem Kühlfluid auf wirksame bzw. effiziente Weise eine Komponente der Richtungsänderung, in der Drehrichtung zur stromabwärts gelegenen Seite nach vorn gerichtet, vermittelt werden. Da das Kühlfluid mit der Außenfläche des Rotors in Kontakt kommt, ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch rasches Beschleunigen des Kühlfluids aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid und der Außenfläche des Rotors bewirkt wird, zu verringern, wobei die Kühlwirkung des Rotors verbessert werden kann.
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem das Teilungselement nach einem der Aspekte zwölf bis vierzehn zumindest in einem Bereich vorgesehen sein, in dem der Rotor und der Stator in der Radialrichtung des Rotors einander zugewandt sind.
Durch Bereitstellen des Teilungselements in einem solchen Bereich kann eine wirksame Kühlung durch das Kühlfluid in dem zugewandten Bereich zwischen dem Rotor und dem Stator, der den größten kalorischen Wert aufweist, durchgeführt werden.
Ein Kompressorsystem gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite des Rotors mit einem Spalt vom Rotor angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; und wobei ein Fluidzufuhrelement vorgesehen ist, das in dem Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, angeordnet ist, um relativ zum Stator nicht drehbar zu sein, sich in einer Richtung der Drehachse des Rotors erstreckt und sich zum Rotor öffnet, um eine Abgabeöffnung auszubilden, die imstande ist, das Kühlfluid abzugeben bzw. auszustoßen.
Durch getrenntes Bereitstellen eines Fluidzufuhrelements, in dem eine Einbringöffnung für ein Kühlfluid ausgebildet ist, kann gemäß einem solchen Kompressorsystem ein Niedrigtemperatur-Kühlfluid jederzeit vor dem Wärmeaustausch mit dem Rotor der Abgabeöffnung zugeführt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, das Niedrigtemperatur-Kühlfluid jederzeit von der Abgabeöffnung zum Rotor abzugeben, wodurch die Kühlwirkung des Rotors verbessert wird.
Gemäß einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Kompressorsystem die Abgabeöffnung so in dem Fluidzufuhrelement des sechzehnten Aspekts ausgebildet sein, dass das Kühlfluid in der Drehrichtung des Rotors zur Vorderseite abgegeben werden kann.
Da sich der Rotor dreht, kann durch Abgeben des Kühlfluids aus der Abgabeöffnung in der Drehrichtung des Rotors nach vorn die Strömungsrichtung des Kühlfluids veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors zu folgen. Folglich ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid und der Außenfläche des Rotors bewirkt wird, zu verringern. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors verbessert werden.
Gemäß einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung können in dem Kompressorsystem in dem Fluidzufuhrelement des sechzehnten oder siebzehnten Aspekts mehrere Abgabeöffnungen in Abständen in der Richtung der Achse ausgebildet sein, und es kann eine Kommunikationsöffnung ausgebildet sein, die sich in der Richtung der Achse erstreckt und mit den mehreren Abgabeöffnungen kommuniziert, so dass das Kühlmittel von außen von einer Seite der Achse nach innen einströmen kann.
Durch Zuführen des Kühlfluids auf diese Weise durch die Kommunikationsöffnung an die mehreren Abgabeöffnungen, die in der Richtung der Achse ausgerichtet sind, kann das Kühlfluid entlang der Richtung der Achse gleichmäßig an die Außenfläche des Rotors abgegeben werden. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors weiter verbessert werden.
Ferner kann gemäß einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Fluidzufuhrelement des Kompressorsystems die Abgabeöffnung, angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids, das durch die Kommunikationsöffnung des achtzehnten Aspekts strömt, einen Öffnungsdurchmesser aufweisen, der größer als der der Abgabeöffnung ist, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet ist.
Wenn das Kühlfluid durch die Kommunikationsöffnung strömt, erhöht sich der Druckverlust zur stromabwärts gelegenen Seite. Da der Öffnungsdurchmesser der Abgabeöffnung auf der stromabwärts gelegenen Seite groß ist, kann hierbei selbst auf der stromabwärts gelegenen Seite ein Strömungsfluid mit einer ausreichenden Strömungsrate bzw. Durchflussmenge zum Rotor abgegeben werden. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors weiter verbessert werden.
Ferner können gemäß einem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Fluidzufuhrelement des Kompressorsystems die mehreren Abgabeöffnungen des Fluidzufuhrelements des achtzehnten oder neunzehnten Aspekts in Abständen in der Richtung der Achse und der Umfangsrichtung des Rotors ausgebildet sein, und in dem Fluidzufuhrelement können mehr Abgabeöffnungen in der Umfangsrichtung, angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids, das durch die Kommunikationsöffnung strömt, als Abgabeöffnungen, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet sind, ausgebildet sein.
Durch Erhöhen der Anzahl der Abgabeöffnungen auf der stromabwärts gelegenen Seite auf diese Weise ist es möglich, Kühlfluid, das eine ausreichende Strömungsrate bzw. Durchflussmenge aufweist, auf der stromabwärts gelegenen Seite, wo der Druckverlust zunimmt, zum Rotor abzugeben. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors weiter verbessert werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem oben dargelegten Kompressorsystem kann der Motor wirksam gekühlt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die eine Achse enthält, zur Darstellung eines Teilungselements in einem Kompressorsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei sie eine Querschnittansicht ist, die entlang der Linie A4-A4 der 7 genommen ist.
9 ist eine vergrößerte auseinandergezogene Ansicht eines Führungselements in einem Kompressorsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine Querschnittansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt, der entlang einer Linie A5-A5 der 10 genommen ist, darstellt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Fluideinbringabschnitt des Kompressorsystems gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist eine Querschnittansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, genommen entlang eines Querschnitts, der einem Querschnitt entspricht, der entlang der Linie A5-A5 der 10 genommen ist, darstellt.
14 ist eine Querschnittansicht, die einen Hauptteil eines modifizierten Beispiels einer fünften Ausführungsform und einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, genommen entlang eines Querschnitts, der dem Querschnitt A5-A5 der 10 entspricht, darstellt.
15 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressionssystem einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt, der entlang der Linie A7-A7 der 15 genommen ist, darstellt.
17 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
18 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
19 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
20 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt, der entlang der Linie B7-B7 der 19 genommen ist, darstellt.
21 ist eine schematische Ansicht, die ein Kompressorsystem gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, in einem Querschnitt, der einem Querschnitt entspricht, der entlang der Linie A7-A7 der 15 genommen ist.
22 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
23 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil eines Kompressorsystems gemäß einem modifizierten Beispiel der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
<Erste Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben.
Ein Kompressorsystem 1 wird in einem Untersee-Produktionssystem verwendet, das eines der Erschließungs- bzw. Entwicklungsverfahren eines Öl- und Gasfelds auf See betrifft und auf dem Meeresboden vorgesehen ist, oder es wird bei der schwimmenden Produktionslagerung (FPSO) verwendet und ist auf der Meeresoberfläche vorgesehen. Das Kompressorsystem 1 pumpt ein Produktionsfluid (im Folgenden einfach als Fluid F bezeichnet), wie etwa Öl und Gas, aus hunderten bis tausenden Metern Tiefe, das von einer Fördersonde aus einem Öl- und Gasfeld, das im Meeresboden liegt, entnommen wird.
Das Kompressorsystem 1 weist auf: einen Kompressor 2, der eine Welle 21 aufweist, die sich in der Richtung der Achse O (Links/Rechts-Richtung in der 1) erstreckt, einen Motor 3, der einen Rotor 31 aufweist, der mit der Welle 21 direkt verbunden ist, eine Lagereinheit 4, welche die Welle 21 lagert, ein Gehäuse 5, in dem der Motor 3 und der Kompressor 2 vorgesehen sind, und ein Teilungselement 6, das an der Außenumfangsseite des Rotors 31 angeordnet ist.
Der Kompressor 2 ist in dem Gehäuse 5 aufgenommen und komprimiert das Fluid F durch Drehung der Welle 21 um die Achse O zusammen mit dem Rotor 31, um das komprimierte Fluid CF zu erzeugen. Der Kompressor 2 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Welle 21, die sich in der Richtung der Achse O erstreckt, ein Flügelrad 22, das auf der Welle 21 befestigt ist, und eine Einhausung 23 auf, in der das Flügelrad 22 vorgesehen ist.
Die Welle 21 ist eine Drehwelle, die sich in der Richtung der Achse O erstreckt, und wird von dem Gehäuse 5 gelagert, so dass diese um die Achse O drehbar ist. Die Welle 21 durchdringt die Einhausung 23, wobei beide Enden derselben sich von der Einhausung 23 erstrecken. Die Welle 21 erstreckt sich in dem Gehäuse 5, das weiter unten beschrieben ist, in der Richtung der Achse O.
Das Flügelrad 22 dreht sich gemeinsam mit der Welle 21, um das Fluid F, das durch den Innenbereich des Flügelrads 22 tritt, zu komprimieren und ein komprimiertes Fluid CF zu erzeugen.
Die Einhausung 23 ist eine äußere Komponente des Kompressors 2 und enthält das Flügelrad 22. Die Einhausung 23 ist von dem Gehäuse 5 aufgenommen.
Der Motor 3 ist in dem Gehäuse 5 mit einem Raum bzw. Abstand in der Richtung der Achse O zum Kompressor 2 aufgenommen. Der Motor 3 weist einen Rotor 31, der auf integrierte Weise an der Welle 21 befestigt ist, und einen Stator 32 auf, der an der Außenumfangsseite des Rotors 31 angeordnet ist.
Der Rotor 31 ist integral mit der Welle 21 um die Achse O drehbar. Der Rotor 31 ist direkt an der Außenumfangsseite der Welle 21 befestigt, um sich integral mit der Welle 21 des Kompressors 2 zu drehen, ohne Anwendung eines Getriebes oder dergleichen. Der Rotor 31 weist einen Rotorkern (nicht dargestellt) auf, durch den ein induzierter Strom fließt, wenn der Stator 32 ein rotierendes Magnetfeld erzeugt.
Der Stator 32 ist mit einem ringförmigen Spalt 33 in der Radialrichtung, zentriert um die Achse O, bezüglich des Rotors 31 vorgesehen, um den Rotor 31 von der Außenumfangsseite abzudecken. Der Stator 32 weist mehrere Statorkerne (nicht dargestellt), die in der Umfangsrichtung des Rotors 31 angeordnet sind, und eine Statorwicklung (nicht dargestellt) auf, die um den Statorkern gewickelt ist. Der Stator 32 versetzt den Rotor 31 in Drehung, indem dieser ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, wenn ein Strom von außen fließt. Der Stator 32 ist im Gehäuse 5 an dem Gehäuse 5 befestigt.
Die Lagereinheit 4 ist in dem Gehäuse 5 aufgenommen, um die Welle 21 drehbar zu lagern. Die Lagereinheit 4 der vorliegenden Ausführungsform weist mehrere Radiallager 41 und Axiallager 42 auf.
Die Radiallager 41 tragen die Last, die auf die Welle 21 wirkt, in der Radialrichtung. Radiallager 41 sind in der Richtung der Achse O an beiden Enden der Welle 21 angeordnet, um den Motor 3 und den Kompressor 2 in der Richtung der Achse O sandwichartig einzufassen. Ein Radiallager 41 ist auch zwischen dem Bereich, in dem der Kompressor 2 vorgesehen ist, und dem Bereich, in dem der Motor 3 vorgesehen ist, angeordnet, auf der Seite, die näher am Motor 3 als das weiter unten beschriebenen Dichtungselement 51 liegt.
Das Axiallager 42 trägt die Last, die in der Richtung der Achse O auf die Welle 21 wirkt, über einen Tragring 21a, der auf der Welle 21 ausgebildet ist. Das Axiallager 42 ist zwischen dem Bereich, in dem der Kompressor 2 vorgesehen ist, und dem Bereich, in dem der Motor 3 vorgesehen ist, angeordnet, auf der Seite, die näher am Kompressor 2 als das weiter unten beschriebene Dichtungselement 51 liegt.
Das Gehäuse 5 enthält den Kompressor 2 und den Motor 3. Das Gehäuse 5 weist eine zylindrische Form entlang der Achse O auf. Die Innenfläche des Gehäuses 5 steht zwischen dem Kompressor 2 und dem Motor 3 in der Richtung der Achse O zur Welle 21 hervor. Ein Dichtungselement 51, das einen Teil zwischen dem Bereich, in dem der Kompressor 2 vorgesehen ist, und dem Bereich, in dem der Motor 3 vorgesehen ist, abdichtet, ist in dem Vorsprungabschnitt vorgesehen.
Das Teilungselement 6 ist in dem Ringspalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 vorgesehen und ist in einem Zustand vorgesehen, in dem dieses nicht mit dem Rotor 31 und dem Stator 32 in Kontakt kommt. Insbesondere weist das Teilungselement 6 eine zylindrische Form mit der Achse O als Zentrum und eine Form auf, bei welcher der Außendurchmesser und der Innendurchmesser von einer Seite der Achse O (der Seite in der Nähe des Kompressors 2) zur anderen Seite (der Seite entfernt vom Kompressor 2) allmählich abnimmt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verringert sich der Innendurchmesser des Teilungselements 6 zur anderen Seite der Achse O auf lineare Weise. Das heißt, die Innenfläche (Oberfläche) 6a des Teilungselements 6, die in der Radialrichtung nach innen zeigt ist, ist von einer Seite der Achse O zur anderen Seite auf lineare Weise geneigt, in einem Querschnitt, der die Achse O enthält. Ferner ist die Länge des Teilungselements 6 in der Richtung der Achse O im Wesentlichen gleich der Länge in der Richtung der Achse O des Bereichs, in dem der Rotor 31 dem Stator 32 in der Radialrichtung zugewandt ist. Das Teilungselement 6 ist in dem zugewandten Bereich vorgesehen.
Die Dicke des Teilungselements 6 ist konstant, und gleichermaßen verringert sich der Außendurchmesser des Teilungselements 6 zur anderen Seite der Achse O auf lineare Weise. Das heißt, die Außenfläche (Oberfläche) 6b des Teilungselements 6, die in der Radialrichtung nach außen zeigt, ist von einer Seite der Achse O zur anderen Seite auf lineare Weise geneigt, in dem Querschnitt, der die Achse O enthält.
Verschiedene Materialien, wie etwa Metalle, Keramiken und organische Materialien, wie etwa Harze, können für das Teilungselement 6 verwendet werden.
Das Teilungselement 6 ist an dem Gehäuse 5 befestigt, um relativ zum Stator 32 nicht drehbar zu sein. Beispielsweise sind Unterstützungselemente 10, die in der Radialrichtung nach innen vorstehen, um einander in der Richtung der Achse O zugewandt zu sein, in dem Gehäuse 5 vorgesehen, an beiden Endflächen dem Stator 32 in der Richtung der Achse O zugewandt, wobei das Teilungselement 6 an der radialen Innenseite der Unterstützungselemente 10 befestigt ist.
Die Unterstützungselemente 10 können ringförmig, mit der Achse O als Zentrum, oder stabförmig sein, wobei diese an einem Teil in der Umfangsrichtung radial nach innen vorstehen, wobei die Formen nicht beschränkt sind.
Ferner teilt das Teilungselement 6 den Spalt 33 in der Radialrichtung und bildet zwei Räume zwischen dem Teilungselement 6 und dem Rotor 31 aus. Die beiden Räume sind ein rotorseitiger Strömungsdurchgang C1 zwischen dem Teilungselement 6 und dem Rotor 31 und ein statorseitiger Strömungsdurchgang C2 zwischen dem Teilungselement 6 und dem Stator 32.
In dem Kompressorsystem 1 der vorliegenden Ausführungsform strömt ein Teil des komprimierten Fluids CF vom Kompressor 2 in den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 unter Verwendung der entwichenen Strömung LF, die von dem Dichtungselement 51 entweicht, als Kühlfluid.
Die entwichene Strömung LF wird veranlasst, in den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 zu strömen, beispielsweise durch einen Fluideinbringabschnitt (nicht dargestellt). Der Fluideinbringabschnitt ist beispielsweise eine Führungsplatte, ein Kanal oder dergleichen, vorgesehen in dem Gehäuse 5, um die entwichene Strömung LF, die aus dem Dichtungselement 21 herausströmt, zur Seite des Motors 3 zu führen.
In dem oben dargelegten Kompressorsystem 1 der vorliegenden Ausführungsform weist das Teilungselement 6 eine Innenfläche 6a auf, wobei sich eine Strömungsdurchgangsfläche im Querschnitt senkrecht zur Achse O in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 in der Richtung, in der die entwichene Strömung LF entlang des rotorseitigen Strömungsdurchgangs C1 entlang der Achse O strömt, das heißt, von einer Seite in der Richtung der Achse O zur anderen Seite, allmählich verringert.
Folglich steigt die Temperatur der entwichenen Strömung LF, die einem Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 ausgesetzt ist, zur stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung der entwichenen Strömung LF. Durch Bereitstellen des Teilungselements 6 verringert sich hierbei in dem Kompressorsystem 1 der vorliegenden Ausführungsform die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 in der Strömungsrichtung der entwichenen Strömung LF im Querschnitt senkrecht zur Achse O. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit der entwichenen Strömung LF zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, wobei der Wärmeübertragungskoeffizient verbessert werden kann.
Selbst mit einer entwichenen Strömung LF, die eine höhere Temperatur auf der stromabwärts gelegenen Seite aufweist, ist es somit möglich, einen ausreichenden Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 durchzuführen. Das heißt, es ist möglich, den Rotor 31 entlang der Richtung der Achse O mit der entwichenen Strömung LF gleichförmiger zu kühlen. Somit kann der Motor 3 wirksam gekühlt werden.
Wenn die entwichene Strömung LF von dem Kompressor 2 aktiv als Kühlfluid verwendet wird, ist es ferner nicht nötig, auf separate Weise das Kühlfluid in den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 einzubringen. Folglich besteht keine Notwendigkeit, extra eine Struktur bereitzustellen, die ein solches Kühlfluid einbringt, wodurch die Kosten verringert werden können.
Da das Teilungselement 6 eine zylindrische Form aufweist, bei welcher der Innendurchmesser in der Richtung der Achse O zur anderen Seite abnimmt, ist es möglich, den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 auf einfache Weise auszubilden, so dass sich die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs in der Strömungsrichtung der entwichenen Strömung LF verringert. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit der entwichenen Strömung LF zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, und der Wärmeübertragungskoeffizient kann verbessert werden.
Durch Bereitstellen des Teilungselements 6 in dem zugewandten Bereich zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 kann ferner eine wirksame Kühlung durch die entwichene Strömung LF in dem zugewandten Bereich, in dem die Menge der erzeugten Wärme am größten ist, durchgeführt werden.
Hierbei kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, die entwichene Strömung LF von der anderen Seite der Achse O in den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 strömen. Als Fluideinbringabschnitt wird beispielsweise ein Einbringströmungsdurchgang oder dergleichen verwendet, der in dem Gehäuse 5 ausgebildet ist und imstande ist, die entwichene Strömung LF in der Richtung der Achse O zur anderen Seite zu führen.
In dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, ist eine Durchgangsöffnung (nicht dargestellt), die in der Richtung der Achse O verläuft, um den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 zu öffnen, am Unterstützungselement 10 ausgebildet, so dass die entwichene Strömung LF in den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 strömen kann und aus dem statorseitigen Strömungsdurchgang C2 herausströmen kann. Ferner wird ein stabförmiges Element, das in einem Teil bzw. teilweise in der Umfangsrichtung vorgesehen ist, als Unterstützungselement 10 verwendet.
Auf diese Weise wird in dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, das zylindrische Teilungselement 6, das einen kleiner werdenden Außendurchmesser in der Richtung der Achse O zur anderen Seite aufweist, bereitgestellt, und die entwichene Strömung LF wird veranlasst, von der anderen Seite der Achse O in den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 zu strömen. Folglich kann zusätzlich zum rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 die Strömungsgeschwindigkeit der entwichenen Strömung LF auch in dem statorseitigen Strömungsdurchgang C2 zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, wobei der Wärmeübertragungskoeffizient verbessert werden kann. Folglich kann der Stator 32 entlang der Richtung der Achse O gleichförmiger gekühlt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind hierbei sowohl der Innendurchmesser als auch der Außendurchmesser des Teilungselements 6 ausgebildet, um sich in der Richtung der Achse O zur anderen Seite zu verringern. Allerdings kann auch der Innendurchmesser und/oder der Außendurchmesser so ausgebildet sein, um sich in der Richtung der Achse O zur anderen Seite zu verringern.
<Zweite Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Kompressorsystem 61 gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 3 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform sind die gleichen Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird nicht gegeben. In dem Kompressorsystem 61 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich die Form des Teilungselements 66 von der der ersten Ausführungsform. Ferner wird die entwichene Strömung LF, die als Kühlfluid fungiert, veranlasst, von einer Seite in der Richtung der Achse O sowohl in den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 als auch den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 zu strömen.
Das Teilungselement 66 weist eine zylindrische Form mit der Achse O als Zentrum und eine Form auf, bei der die Wanddicke in der Radialrichtung von einer Seite der Achse O zur anderen Seite zunimmt. Eine Innenfläche 66a des Teilungselements 66, die der radialen Innenseite zugewandt ist, und eine Außenfläche 66b, die der radialen Außenseite zugewandt ist, sind von einer Seite der Achse O zur anderen Seite in einem Querschnitt, der die Achse O enthält, auf lineare Weise geneigt.
Um der entwichenen Strömung LF zu ermöglichen, in den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 zu strömen und aus dem statorseitigen Strömungsdurchgang C2 heraus zu strömen, wie im Fall, der in 2 dargestellt ist, ist eine Durchgangsöffnung (nicht dargestellt), die in der Richtung der Achse O verläuft, in dem Unterstützungselement 10 ausgebildet, um den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 zu öffnen. Ferner wird ein stabförmiges Element, das in einem Teil bzw. teilweise in der Umfangsrichtung vorgesehen ist, als Unterstützungselement 10 verwendet.
Gemäß dem Kompressorsystem 61 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, auf einfache Weise den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 und den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 auszubilden, so dass die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs in der Strömungsrichtung der entwichenen Strömung LF abnimmt, da das Teilungselement 66 eine zylindrische Form aufweist, bei der die Wanddicke in Radialrichtung in der Richtung der Achse O zur anderen Seite zunimmt.
Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit der entwichenen Strömung LF zur stromabwärts gelegenen Seite zunehmen, wobei der Wärmeübertragungskoeffizient verbessert werden kann. Somit kann auf ausreichende Weise ein Wärmeaustausch durchgeführt werden, selbst durch einen entwichenen Strom LF, der auf der stromabwärts gelegenen Seite eine hohe Temperatur aufweist, wodurch der Rotor 31 und der Stator 32 entlang der Richtung der Achse O gleichförmiger gekühlt werden können.
Wenngleich die erste und zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, sind die entsprechenden Konfigurationen und Kombinationen derselben gemäß den jeweiligen Ausführungsformen lediglich beispielhaft, und Hinzufügungen, Weglassungen, Substitutionen und andere Änderungen bezüglich des Aufbaus können innerhalb des Gegenstands, der vom Wesen der vorliegenden Erfindung nicht abweicht, durchgeführt werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt, sondern sie ist lediglich durch die Ansprüche beschränkt.
Beispielsweise muss der Fluideinbringabschnitt nicht notwendigerweise bereitgestellt werden. Das heißt, die vom Dichtungselement 51 entwichene Strömung LF kann veranlasst werden, auf natürliche Weise in der Richtung der Achse O zu einer Seite zu strömen.
Ferner ist das Unterstützungselement 10 nicht auf den oben dargelegten Fall beschränkt. Das heißt, das Teilungselement 6 (66) kann im Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 gehalten werden.
Ferner kann die entwichene Strömung LF lediglich durch den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 strömen.
Ferner kann anstelle der entwichenen Strömung LF ein Kühlmittel, das von außen eingebracht wird, oder Nebenluft vom Kompressor 2 für den rotorseitigen Strömungsdurchgang C1 und den statorseitigen Strömungsdurchgang C2 verwendet werden.
Ferner ist das Teilungselement 6 (66) nicht darauf beschränkt, lediglich in dem zugewandten Bereich zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 vorgesehen zu sein, und die Abmessung in der Richtung der Achse O kann weiter erhöht oder verringert werden.
Ferner kann die Innenfläche 6a (66a) und die Außenfläche 6b (66b) des Teilungselements 6 (66) in einem Querschnitt, der die Achse O enthält, auf gekrümmte Weise geneigt sein, von einer Seite der Achse O zur anderen Seite, und eine Stufe oder dergleichen kann an einer Zwischenposition in der Richtung der Achse O ausgebildet sein.
<Dritte Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben.
Ein Kompressorsystem 101 weist auf: einen Kompressor 2, der eine Welle 21 aufweist, die sich in der Richtung der Achse O (Links/Rechts-Richtung in der Zeichnung) erstreckt, einen Motor 3, der einen Rotor 31 direkt verbunden mit der Welle 21 aufweist, eine Lagereinheit 4, welche die Welle 21 lagert, ein Gehäuse 5, in dem der Motor 3 und der Kompressor 2 vorgesehen sind, und ein Teilungselement (Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt) 6A, das an der Außenumfangsseite des Rotors 31 angeordnet ist.
Das Teilungselement 6A ist in einem ringförmigen Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 angeordnet und ist in einem Zustand vorgesehen, in dem dieses mit dem Rotor 31 und dem Stator 32 nicht in Kontakt kommt. Insbesondere weist das Teilungselement 6A eine zylindrische Form mit der Achse O als Zentrum auf.
Verschiedene Materialien, wie etwa Metalle, Keramiken und organische Materialien, wie etwa Harze, können für das Teilungselement 6A verwendet werden.
Das Teilungselement 6A ist an dem Gehäuse 5 befestigt, um relativ zum Stator 32 nicht drehbar zu sein. Beispielsweise sind Unterstützungselemente 10 im Gehäuse 5 vorgesehen, die in der Radialrichtung nach innen vorstehen, um beiden Endflächen des Stators 32 zugewandt zu sein, gerichtet zur Richtung der Achse O. Das Teilungselement 6A ist an den Unterstützungselementen 10 befestigt.
Die Unterstützungselemente 10 können ringförmig, mit der Achse O als Zentrum, oder stabförmig sein, wobei diese in einem Teil bzw. teilweise in der Umfangsrichtung radial nach innen vorstehen, wobei die Formen nicht beschränkt sind.
Ferner kann ein Kühlfluid RF durch den Spalt 33a zwischen dem Teilungselement 6A und dem Rotor 31 strömen. Als Kühlfluid RF kann beispielsweise eine entwichene Strömung, wobei ein Teil des komprimierten Fluids CF vom Kompressor 2 von dem Dichtungselement 51 entwichen ist, Kühlmittel, das von außerhalb des Gehäuses 5 eingebracht wird, Nebenluft vom Kompressor 2 oder dergleichen genutzt werden. Das Kühlfluid RF strömt von der Seite des Kompressors 2, die eine Seite in der Richtung der Achse O ist, aufgrund eines Strömungsdurchgangs, einer Führungsplatte oder dergleichen (nicht dargestellt), bereitgestellt in dem Gehäuse 5, in den Spalt 33a.
Ferner ist, wie in 5 dargestellt, in dem Teilungselement 6A eine Aussparung 6Ab vorgesehen, die in der Innenfläche (Oberfläche) 6Aa, die der Seite des Rotors 31 zugewandt ist, radial nach außen ausgespart ist und eine Spiralnutform aufweist, die sich in der Drehrichtung RD zur Vorderseite RD1 des Rotors 31 erstreckt, in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF zur stromabwärts gelegenen Seite.
Gemäß dem oben dargelegten Kompressorsystem 101 der vorliegenden Ausführungsform kann die Strömungsrichtung des Kühlfluids RF veranlasst werden, der Vorschubrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors 31 zu folgen, da dem Kühlfluid RF, das zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 strömt, durch das Teilungselement 6A die Komponente der Richtungsänderung, gerichtet zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD, vermittelt wird. Somit ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids RF aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid RF und der Außenfläche des Rotors 31 bewirkt wird, zu verringern. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors 31 verbessert werden, und der Motor kann wirksam gekühlt werden.
Gemäß dieser Ausführungsform kann, wie in 6 dargestellt, die Abmessung der Breite W der Aussparung 6Ab in der Richtung der Achse O auf der stromabwärts gelegenen Seite kleiner sein als auf der stromaufwärts gelegenen Seite. Auf diese Weise ist es durch Verkleinern der Abmessung der Breite W der Aussparung 6Ab zur stromabwärts gelegenen Seite hin möglich, die Geschwindigkeitskomponente in der Drehrichtung RD (Umfangsrichtung) zur stromabwärts gelegenen Seite hin zu erhöhen. Folglich kann das Kühlfluid RF zur stromabwärts gelegenen Seite hin beschleunigt werden, und der Wärmeaustausch auf der stromabwärts gelegenen Seite kann verbessert werden. Folglich ist es möglich, den Rotor 31 auf der stromabwärts gelegenen Seite auch mit Kühlluft RF, deren Temperatur aufgrund eines Wärmeaustauschs mit dem Rotor 31 auf der stromaufwärts gelegenen Seite angestiegen ist, ausreichend zu kühlen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Strukturabstand der Aussparung 6Ab in der Richtung der Achse O auf der stromabwärts gelegenen Seite verkleinert werden, im Vergleich zur stromaufwärts gelegenen Seite. Das heißt, auf der stromabwärts gelegenen Seite kann sich die Aussparung 6Ab so erstrecken, dass diese der Drehrichtung RD folgt. Da der Strukturabstand der Aussparung 6Ab in der Richtung der Achse O auf der stromabwärts gelegenen Seite verkleinert ist, kann auf diese Weise das Kühlfluid RF in der Drehrichtung RD (Umfangsrichtung) auf der stromabwärts gelegenen Seite stark beschleunigt werden, wodurch der Wärmeaustausch auf der stromabwärts gelegenen Seite weiter verbessert werden kann.
Wenngleich die Aussparung 6Ab in dem Teilungselement 6A ausgebildet ist, kann ferner anstelle der Aussparung 6Ab ein spiralförmiger Vorsprung, der von der Innenfläche 6Aa radial nach innen vorsteht, ausgebildet sein.
Ferner ist das Teilungselement 6A nicht auf eine zylindrische Form beschränkt und kann ein Element sein, das in der Umfangsrichtung in mehrere Teile unterteilt ist. Das heißt, das Teilungselement 6A kann ein Element sein, das eine Innenfläche 6Aa aufweist, die entlang der Außenfläche des Rotors 31 gekrümmt ist.
Ferner muss die Aussparung 6Ab in der Richtung der Achse O nicht kontinuierlich sein, sondern kann auf diskontinuierliche Weise ausgebildet sein.
<Vierte Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Kompressorsystem 161 gemäß der vierten Ausführungsform mit Bezug auf 7 bis 9 beschrieben.
In der vierten Ausführungsform sind die gleichen Bestandteile wie in der dritten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird nicht gegeben. Das Kompressorsystem 161 der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Kompressorsystem 161 der dritten Ausführungsform darin, dass ein Führungselement (Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt) 66A anstelle des Teilungselements 6A der dritten Ausführungsform vorgesehen ist.
Wie in 7 dargestellt, ist das Führungselement 66A angeordnet, um in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF näher an der stromaufwärts gelegenen Seite zu liegen als die Einlassöffnung IN des Kühlfluids RF, in dem Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 (auf einer Seite in der Richtung der Achse O). Hierbei stellt die Einlassöffnung IN einen Bereich auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Öffnung (Einlass) dar, auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Spalts 33.
Da, wie in 8 und 9 dargestellt, mehrere Führungselemente 66A an dem Unterstützungselement 10 befestigt sind, um von dem Unterstützungselement 10 in der Radialrichtung nach innen vorzustehen, wobei zwischen diesen in der Drehrichtung RD ein Abstand vorliegt, sind die mehreren Führungselemente 66A so vorgesehen, dass diese relativ zum Stator 32 nicht drehbar sind.
Wie in 9 dargestellt, ist jedes Führungselement 66A ausgebildet, um in der Drehrichtung RD zur stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF nach vorn gekrümmt zu sein, welche die andere Seite in der Richtung der Achse O ist. Somit weist das Führungselement 66A eine Führungsfläche 66Aa, die der stromaufwärts gelegenen Seite zugewandt und zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD bezüglich der Achse O zur stromabwärts gelegenen Seite gekrümmt und geneigt ist, und eine Rückfläche 66Ab auf, die der stromabwärts gelegenen Seite zugewandt ist und zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD bezüglich der Achse O zur stromabwärts gelegenen Seite gekrümmt und geneigt ist. Unter den in der Drehrichtung RD benachbarten Führungselementen 66A sind die Führungsfläche 66Aa eines Führungselements 66A und die Rückfläche 66Ab des anderen Führungselements 66A in der Drehrichtung RE (Umfangsrichtung) einander zugewandt.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Führungselement 66A mit der Führungsfläche 66Aa und der Rückfläche 66Ab in einem Querschnitt senkrecht zur Radialrichtung klingenförmig bzw. flügelförmig ausgebildet.
Hierbei ist ein stromaufwärts gelegener Endabschnitt des Führungselements 66A als ein vorderer Rand 66Ac festgelegt, und ein stromabwärts gelegener Endabschnitt ist als hinterer Rand 66Ad festgelegt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Abmessung des Spalts S2 in der Drehrichtung RD (Umfangsrichtung) zwischen den hinteren Rändern 66Ad des Führungselements 66A kleiner als der Spalt S1 in der Drehrichtung RD (Umfangsrichtung) zwischen den vorderen Rändern 66Ac des Führungselements 66A, die in der Drehrichtung RD benachbart sind.
Gemäß dem Kompressorsystem 161 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, das Kühlfluid RF durch die Führungsfläche 66Aa zu führen, durch Bereitstellen des Führungselements 66A, das die Führungsfläche 66Aa aufweist. Somit wird dem Kühlfluid RF eine Komponente der Richtungsänderung, in der Drehrichtung RD zur stromabwärts gelegenen Seite nach vorn bzw. zur Vorderseite RD1 gerichtet, vermittelt.
Es ist möglich, die Strömungsrichtung des Kühlfluids RF zu veranlassen, der Vorschubrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors 31 zu folgen. Folglich ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids aufgrund des Kontakts des Kühlfluids RF mit der Außenfläche des Rotors 31 bewirkt wird, zu verringern. Somit können die Kühlwirkung des Rotors 31 verbessert und der Motor 3 wirksam gekühlt werden.
Ferner ist der Spalt zwischen den hinteren Rändern 66Ad kleiner als der Spalt zwischen den vorderen Rändern 66Ac des Führungselements 66A. Wenn das Kühlfluid RF, geführt durch die Führungsfläche 66Aa, aus dem Raum zwischen den hinteren Rändern 66Ad des Führungselements 66A zum Spalt 33, ausgebildet zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32, herausströmt, kann die Strömungsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, in dem das strömende Kühlfluid RF in den Raum zwischen den vorderen Rändern 66Ac des Elements 66A strömt.
Das heißt, die Strömungsdurchgangsfläche des Kühlfluids RF kann auf der Seite des hinteren Rands 66Ad verringert werden. Folglich kann das Kühlfluid RF in der Drehrichtung RD beschleunigt werden, kann das Kühlfluid RF in der Drehrichtung RD auf der stromabwärts gelegenen Seite beschleunigt werden und kann der Wärmeaustausch auf der stromabwärts gelegenen Seite verbessert werden. Folglich ist es möglich, den Rotor 31 selbst auf der stromabwärts gelegenen Seite mit Kühlluft RF, deren Temperatur durch einen Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 auf der stromaufwärts gelegenen Seite erhöht wurde, ausreichend zu kühlen, wodurch die Kühlwirkung des Rotors 31 weiter verbessert werden kann.
Hierbei wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Element, das im Querschnitt klingenförmig bzw. flügelförmig ist, als Führungselement 66A bereitgestellt, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Das heißt, das Führungselement 66A kann eine einfache flache Plattenform, die einen rechteckförmigen Querschnitt hat, aufweisen. Die Führungsfläche 66Aa ist nicht darauf beschränkt, in einer gekrümmten Form ausgebildet zu sein, sondern die Führungsfläche 66Aa kann eine ebene Form aufweisen, die der stromaufwärts gelegenen Seite zugewandt und in der Drehrichtung RD zur Vorderseite geneigt ist, bezüglich der Achse O zur stromabwärts gelegenen Seite. Dies ist auch in Bezug auf die Rückfläche 66Ab anwendbar.
Der Spalt S1 zwischen den vorderen Rändern 66Ac und der Spalt S2 zwischen den hinteren Rändern 66Ad können dieselben Abmessungen aufweisen.
Ferner ist das Führungselement 66A nicht darauf beschränkt, an der Einlassöffnung IN vorgesehen zu sein, sondern kann beispielsweise in dem Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 angeordnet sein. In diesem Fall kann beispielsweise ein zylindrisches Element, vergleichbar mit dem Teilungselement 6A der dritten Ausführungsform, vorgesehen sein, und das Führungselement 66A kann an der Innenfläche des zylindrischen Elements, die der Seite des Rotors 31 zugewandt ist, vorgesehen sein.
Wenngleich die dritte und vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, sind die entsprechenden Konfigurationen und Kombinationen derselben in den jeweiligen Ausführungsformen lediglich beispielhaft, und Hinzufügungen, Weglassungen, Substitutionen und weitere Änderungen des Aufbaus können innerhalb des Gegenstands, der nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht, durchgeführt werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt, sondern sie ist lediglich durch die Ansprüche beschränkt.
Ferner können das Teilungselement 6A der dritten Ausführungsform und das Führungselement 66A der vierten Ausführungsform in Kombination angewendet werden.
Ferner kann das Kühlfluid RF zwischen dem Stator 32 und dem Teilungselement 6A in Umlauf gebracht werden.
<Fünfte Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 10 beschrieben.
Ein Teilungselement 6B ist in einem ringförmigen Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 und in einem Zustand angeordnet, in dem dieses mit dem Rotor 31 und dem Stator 32 nicht in Kontakt kommt. Insbesondere ist das Teilungselement 6B an dem Gehäuse 5 befestigt, um relativ zum Stator 32 nicht drehbar zu sein. Beispielsweise ist das Unterstützungselement 10 an dem Gehäuse 5 vorgesehen, um in der Richtung der Achse O an beiden Seiten des Stators 32 radial nach innen vorzustehen, und wobei das Teilungselement 6B an dem Unterstützungselement 10 befestigt ist. Das Unterstützungselement 10 kann ringförmig, mit der Achse O als Zentrum, oder stabförmig sein, wobei dieses an einem Teil in Umfangsrichtung in der Radialrichtung nach innen vorsteht, wobei diese Formen nicht beschränkt sind.
Insbesondere erstreckt sich, wie in 11 dargestellt, das Teilungselement 6B auf eine Weise, dass dieses vom Unterstützungselement 10 radial nach innen vorsteht, um den Spalt 33 in Umfangsrichtung in mehrere Räume R zu unterteilen, und weist eine flache Plattenform auf, die sich in dem Spalt 33 über den gesamten Bereich in der Richtung der Achse O erstreckt. Ferner sind in der vorliegenden Ausführungsform die Teilungselemente 6B an zwei Positionen getrennt um 180 Grad in der Umfangsrichtung vorgesehen. Somit wird der Spalt 33 in zwei Räume R1 und R2 unterteilt.
Verschieden Materialien, wie etwa Metalle, Keramiken und organische Materialien, wie etwa Harze, können für das Teilungselement 6B verwendet werden.
Hierin kann das Kühlfluid RF in dem Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 in der Richtung der Achse O strömen. Als Kühlfluid kann beispielsweise eine entwichene Strömung, wobei ein Teil des komprimierten Fluids CF vom Kompressor 2 von dem Dichtungselement 51 entwichen ist, ein Kühlmittel, das von außerhalb des Gehäuses 5 eingebracht wird, oder Nebenluft vom Kompressor 2 genutzt werden.
Der Fluideinbringabschnitt 7 ermöglicht dem Kühlfluid RF, von verschiedenen Seiten in der Richtung der Achse O in den Raum R1 und den Raum R2 einzuströmen. Das heißt, das Kühlfluid RF strömt von der Seite des Kompressors 2, die eine Seite in der Richtung der Achse O ist, in den Raum R1 ein, und das Kühlfluid RF strömt in der Richtung der Achse O von der anderen Seite in den Raum R2 ein.
Insbesondere ist, wie in 12 dargestellt, der Fluideinbringabschnitt 7 beispielsweise ein Verteiler bzw. eine Leitungsteil (manifold), der integral mit dem Unterstützungselement 10 vorgesehen ist. Das heißt, der Fluideinbringabschnitt 7 weist einen halbkreisförmig gekrümmten Strömungsdurchgangsabschnitt 8, der eine Öffnung (Einlassöffnung R1a) auf einer Seite des Raums R1 in der Richtung der Achse O abdeckt, und einen vorstehenden Strömungsdurchgangsabschnitt 9 auf, der von der Zwischenposition (dem Totzentrum in der Umfangsrichtung) des gekrümmten Strömungsdurchgangsabschnitts 8 in der Radialrichtung nach außen vorsteht.
Der gekrümmte Strömungsdurchgangsabschnitt 8 ist mit einem gekrümmten Strömungsdurchgang 8a ausgebildet, der im Wesentlichen über die gesamte Umfangsrichtung der Fläche, die der Einlassöffnung R1a zugewandt ist, offen ist.
Ein vorstehender Strömungsdurchgang 9a ist in dem vorstehenden Strömungsdurchgangsabschnitt 9 ausgebildet, um mit dem gekrümmten Strömungsdurchgangsabschnitt 8 zu kommunizieren, und ist radial nach außen offen.
Das Kühlfluid RF wird in den vorstehenden Strömungsdurchgang 9a eingebracht, so dass das Kühlfluid RF von der Einlassöffnung R1a durch den gekrümmten Strömungsdurchgang 8a in den Raum R1 einströmen kann.
Hierbei sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der anderen Seite des Teilungselements 6B in der Richtung der Achse O ein Fluidauslassabschnitt 7A, der dieselbe Form wie der Fluideinbringabschnitt 7 aufweist, der einen gekrümmten Strömungsdurchgangsabschnitt 8 aufweist, der eine Öffnung (Auslassöffnung R1b) auf der anderen Seite des Raums R1 in der Richtung der Achse O abdeckt, und ein vorstehender Strömungsdurchgangsabschnitt 9, der von der Zwischenposition (Totzentrum in der Umfangsrichtung) des gekrümmten Strömungsdurchgangsabschnitts 8 in der Radialrichtung nach außen vorsteht, vorgesehen. Das Kühlfluid RF, das durch den Raum R1 geströmt ist, kann durch den Fluidauslassabschnitt 7A aus dem vorstehenden Strömungsdurchgangsabschnitt 9 nach außen strömen.
Gleichermaßen ist der Fluideinbringabschnitt 7 vorgesehen, um die Einlassöffnung R2a abzudecken, die eine Öffnung auf der anderen Seite des Raums R2 in der Richtung der Achse O ist, und es ist ein Fluidauslassabschnitt 7A vorgesehen, um eine Auslassöffnung R2b abzudecken, die eine Öffnung auf einer Seite des Raums R2 in der Richtung der Achse O ist.
Gemäß dem Kompressorsystem 201 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform strömt das Kühlfluid RF von unterschiedlichen Seiten in der Richtung der Achse O in jeden der Räume R1 und R2, die durch Teilen des Spalts 33 zwischen dem Rotor 31 und dem 32 in der Umfangsrichtung mittels des Teilungselements 6B ausgebildet sind. Folglich strömt das Kühlfluid RF durch die Räume R1 und R2 in entgegengesetzten Richtungen.
Da das Kühlfluid RF durch den Spalt 33 strömt, während mit dem Motor 31 Wärme ausgetauscht wird, ist hierbei die Temperatur des Kühlfluids RF auf der stromabwärts gelegenen Seite in jedem der Räume R1 und R2 größer als die Temperatur auf der stromaufwärts gelegenen Seite. Allerdings erfolgt gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Strömungsrichtung des Kühlfluids RF in entgegengesetzter Richtung, bezüglich der mehreren Räume R1 und R2, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und wobei sich der Rotor 31 relativ zu den mehreren Räumen R1 und R2 dreht.
Aus diesem Grund kommen auf der stromabwärts gelegenen Seite der Räume R1 und R2 Kühlfluid RF, das eine hohe Temperatur aufweist, und Kühlfluid RF, das eine niedrige Temperatur aufweist, abwechselnd mit der Außenfläche des Rotors 31 in Kontakt. Selbst wenn das Kühlfluid RF eine hohe Temperatur auf der stromabwärts gelegenen Seite der Räume R1 und R2 erlangt, ist es folglich möglich, zu vermeiden, dass das Kühlfluid RF, das eine hohe Temperatur aufweist, stets an derselben Position mit dem Rotor 31 in Kontakt kommt. Folglich kann der Rotor 31 entlang der Richtung der Achse O wirksam gekühlt werden, und wobei der Motor 3 wirksam gekühlt werden kann.
<Sechste Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Kompressorsystem 261 gemäß einer sechsten Ausführungsform mit Bezug auf 13 beschrieben.
In der sechsten Ausführungsform werden die gleichen Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird nicht gegeben. Das Kompressorsystem 261 der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform hinsichtlich des Teilungselements 66B.
Wie in 13 gezeigt, ist das Teilungselement 66B vorgesehen, um bezüglich der Achse O geneigt zu sein. Insbesondere weist das Teilungselement 66B eine flache Plattenform auf, und die Endfläche, die der Seite der Einlassöffnung R1a (R2a) zugewandt ist, erstreckt sich in der Radialrichtung und erstreckt sich ferner zu der einen Seite RD1 der Drehrichtung RD des Rotors 31 in der Umfangsrichtung zur stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF. Das heißt, das Teilungselement 66B weist ein Führungsfläche 66Ba auf, die der stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF zugewandt ist, und ist zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD des Rotors 31 relativ zur Achse O zur stromabwärts gelegenen Seite geneigt.
In dem Kompressorsystem 261 gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird durch Führen des Kühlfluids RF in die Räume R1 und R2 mit der Führungsfläche 66Ba des Teilungselements 66B dem Kühlfluid RF eine Komponente der Richtungsänderung, zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtet, vermittelt. Folglich kann das Kühlfluid RF veranlasst werden, in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF in der Vorschubrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors 31 zu strömen.
Folglich ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids RF aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid RF und der Außenfläche des Rotors 31 bewirkt wird, zu verringern, wodurch die Kühlwirkung des Rotors 31 verbessert werden kann.
Wie in 14 dargestellt, kann in dem Kompressorsystem 261 der vorliegenden Ausführungsform das Teilungselement 66B1 beispielsweise ein Element sein, das eine Spiralplattenform aufweist, die sich zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD des Rotors 31 zur stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF erstreckt. Auch mit einem solchen Spiralelement ist es möglich, dem Kühlfluid RF auf wirksame Weise eine Komponente der Richtungsänderung, die zur Vorderseite RD1 in der Drehrichtung RD zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtet ist, zu vermitteln. Ferner ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die bewirkt wird, wenn das Kühlfluid RF rasch beschleunigt wird, zu verringern, wodurch die Kühlwirkung des Rotors 31 verbessert werden kann.
Wenngleich die fünfte Ausführungsform und sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, sind die entsprechenden Konfigurationen und Kombinationen derselben in den jeweiligen Ausführungsformen lediglich beispielhaft, und Hinzufügungen, Weglassungen, Substitutionen und weitere Änderungen des Aufbaus können innerhalb des Gegenstands, der nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht, durchgeführt werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt, sondern sie ist lediglich durch die Ansprüche beschränkt.
Beispielsweise können die Teilungselemente 6B, 66B und 66B1 zumindest in einem Bereich angeordnet sein, in dem der Rotor 31 und der Stator 32 in der Radialrichtung einander zugewandt sind. Ferner können die Teilungselemente 6B, 66B und 66B1 direkt an dem Stator 32 befestigt sein.
Durch verwenden eines Metallmaterials, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, für die Teilungselemente 6B, 66B und 66B1, können ferner der Wärmeaustausch zwischen dem Raum R1 und dem Raum R2 begünstigt und die Kühlung des Rotors 31 gleichförmig gemacht werden.
Ferner ist die Anzahl der Teilungselemente 6B, 66B und 66B1 nicht auf den oben beschriebenen Fall beschränkt, wobei zumindest zwei oder mehr derselben bereitgestellt werden können. Ferner können diese in der Umfangsrichtung in ungleichmäßigen Abständen vorgesehen sein. Wenn drei oder mehr Teilungselemente 6B, 66B und 66B1 vorgesehen sind, kann die Strömungsrichtung des Kühlfluids RF zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Räumen R unterschiedlich sein, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. So kann etwa die Strömungsrichtung des Kühlfluids RF in zumindest zwei Räumen unterschiedlich sein.
Ferner ist es beispielsweise durch Erhöhen der Wanddicke des Teilungselements 6B (66B und 66B1) zur stromabwärts gelegenen Seite möglich, die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs der Räume R1 und R2 im Querschnitt senkrecht zur Achse O von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite zu verringern. Da die Strömungsrate bzw. Durchflussmenge des Kühlfluids RF auf der stromabwärts gelegenen Seite erhöht werden kann, kann in diesem Fall der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid RF und dem Rotor 31 begünstigt werden, selbst bei einem Kühlfluid RF, das aufgrund des Wärmeaustauschs eine höhere Temperatur aufweist, und es ist möglich, einen Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 wirksam durchzuführen.
<Siebente Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 15 beschrieben.
Ein Kompressorsystem 301 weist ein Fluidzufuhrelement 6C, das an der Außenumfangsseite des Rotors 31 angeordnet ist, anstelle des Teilungselements 6 (6A, 66A, 6B, 66B und 66B1) auf.
Das Fluidzufuhrelement 6C ist in einem ringförmigen Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 angeordnet und in einem Zustand vorgesehen, in dem dieses mit dem Rotor 31 und dem Stator 32 nicht in Kontakt kommt. Insbesondere weist das Fluidzufuhrelement 6C eine zylindrische Form mit der Achse O als Zentrum auf.
Verschiedene Materialien, wie etwa Metalle, Keramiken und organische Materialien, wie etwa Harze, können für das Fluidzufuhrelement 6C verwendet werden.
Das Fluidzufuhrelement 6C ist an dem Gehäuse 5 befestigt, so dass dieses relativ zum Stator 32 nicht drehbar ist. Beispielsweise sind in dem Gehäuse 5 Unterstützungselemente 10 an beiden Endflächen des Stators 32, wobei diese in der Richtung der Achse O gerichtet sind, vorgesehen, um radial nach innen vorzustehen, um in die Richtung der Achse O gewandt zu sein, und wobei das Fluidzufuhrelement 6C an dem Unterstützungselement 10 befestigt ist.
Das Unterstützungselement 10 kann ringförmig mit der Achse O als Zentrum oder stabförmig sein, wobei dieses an einem Teil bzw. teilweise in der Umfangsrichtung radial nach innen vorsteht, wobei dessen Form nicht beschränkt ist.
Ferner sind in dem Fluidzufuhrelement 6C mehrere Abgabeöffnungen 6Ca, die zum Rotor 31 offen sind und das Kühlfluid RF abgeben können, in Abständen in der Richtung der Achse O ausgebildet.
Ferner sind, wie in 16 dargestellt, mehrere Abgabeöffnungen 6Ca in Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Abgabeöffnung 6Ca imstande, das Kühlfluid RF auf geradlinige Weise in der Radialrichtung zur Innenseite in der Radialrichtung abzugeben.
Wenn das Fluidzufuhrelement 6C von der radialen Innenseite betrachtet wird, können die Abgabeöffnungen 6Ca ferner in einem versetzten bzw. gestaffelten Muster oder in einem gitterförmigen Muster angeordnet sein.
Das Fluidzufuhrelement 6C kommuniziert mit mehreren Abgabeöffnungen 6Ca, die in der Richtung der Achse O ausgerichtet sind, so dass das Kühlfluid RF von außen entlang der Achse O strömen kann, und wobei ferner eine Kommunikationsöffnung 6Cb, die sich in der Richtung der Achse O erstreckt, ausgebildet ist. Das Kühlfluid RF wird beispielsweise durch einen Fluidzufuhrströmungsweg (nicht dargestellt), der in dem Gehäuse 5 vorgesehen ist, der Kommunikationsöffnung 6Cb zugeführt, wobei das Kühlfluid RF ferner über die Kommunikationsöffnung 6Cb der Abgabeöffnung 6Ca zugeführt wird.
Es ist möglich, verschiedene Fluide als Kühlfluid RF zu verwenden, wie etwa eine entwichene Strömung, die ein Teil des komprimierten Fluids CF ist, das vom Dichtungselement 51 zur Seite des Motors 3 entwichen ist, ein Kühlmittel, das von außen eingebracht wird, und Nebenluft vom Kompressor 2. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform strömt das Kühlfluid RF von der Seite des Kompressors 2, die eine Seite in der Richtung der Achse O ist, in die Kommunikationsöffnung 6Cb.
Gemäß dem Kompressorsystem 301 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform kann durch separates Bereitstellen des Fluidzufuhrelements 6C, in dem die Abgabeöffnung 6Ca ausgebildet ist, das Niedrigtemperatur-Kühlfluid RF stets vor dem Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 von außerhalb des Gehäuses 5 durch die Kommunikationsöffnung 6Cb der Abgabeöffnung 6Ca zugeführt werden. Folglich ist es möglich, das Niedrigtemperatur-Kühlfluid RF stets von der Abgabeöffnung 6Ca zum Rotor abzugeben. Somit kann die Kühlwirkung der Rotors 31 verbessert werden, wodurch der Motor wirksam gekühlt werden kann.
Durch Zuführen des Kühlfluids RF durch die Kommunikationsöffnung 6Cb an die mehreren Abgabeöffnungen 6Ca, die in der Richtung der Achse O ausgerichtet sind, ist es ferner möglich, das Kühlfluid RF entlang der Richtung der Achse O gleichmäßig bezüglich der Außenfläche des Rotors 31 abzugeben. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors 31 weiter verbessert werden.
Hierbei ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 17 dargestellt, keine Kommunikationsöffnung 6Cb in dem Fluidzufuhrelement 6C ausgebildet, wobei die Abgabeöffnung 6Ca so ausgebildet sein kann, dass die Abgabeöffnung 6Ca in der Radialrichtung durch das Fluidzufuhrelement 6C tritt. In diesem Fall kann durch Zuführen des Kühlfluids RF zum Spalt 33a1, der zwischen dem Stator 32 und dem Fluidzufuhrelement 6C ausgebildet ist, das Kühlfluid RF von der Abgabeöffnung 6Ca zum Rotor 31 abgegeben werden.
Ferner weist gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 18 dargestellt, die Abgabeöffnung 6Ca, angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite (der anderen Seite in der Richtung der Achse O) in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF, das durch die Kommunikationsöffnung 6Cb strömt, einen Öffnungsdurchmesser auf, der größer als der der Abgabeöffnung 6Ca ist, die an der stromaufwärts gelegenen Seite davon angeordnet ist.
Wenn das Kühlfluid RF durch die Kommunikationsöffnung 6Cb strömt, erhöht sich hierbei der Druckverlust zur stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung. Da der Öffnungsdurchmesser der Abgabeöffnung 6Ca auf der stromabwärts gelegenen Seite größer ist, ist es möglich, selbst auf der stromabwärts gelegenen Seite Kühlfluid RF einer ausreichenden Strömungsrate bzw. Durchflussmenge zum Rotor 31 abzugeben, ungeachtet eines solchen Druckverlusts. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors 31 weiter verbessert werden.
Ferner können gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 19 und 20 dargestellt, mehr Abgabeöffnungen 6Ca (20), angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF, das durch die Kommunikationsöffnung 6Cb strömt, in der Umfangsrichtung ausgebildet sein als Abgabeöffnungen 6Ca (vgl. 16), die auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet sind. Das heißt, der Strukturabstand (Abstandsmaß) in der Umfangsrichtung kann bezüglich der Abgabeöffnung 6Ca, angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite, kleiner sein als bezüglich der Abgabeöffnung 6Ca der stromaufwärts gelegenen Seite.
Durch Verringern des Strukturabstands der Abgabeöffnungen 6Ca auf der stromabwärts gelegenen Seite auf diese Weise ist es selbst auf der stromabwärts gelegenen Seite, wo der Druckverlust zunimmt, möglich, Kühlfluid RF einer ausreichenden Strömungsrate bzw. Durchflussmenge zum Rotor 31 abzugeben. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors 31 weiter verbessert werden.
<Achte Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Kompressorsystem 361 gemäß einer achten Ausführungsform mit Bezug auf 21 beschrieben.
In der achten Ausführungsform sind die gleichen Bestandteile wie in der siebenten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird nicht gegeben. Das Kompressorsystem 361 gemäß der achten Ausführungsform unterscheidet sich von der siebenten Ausführungsform hinsichtlich des Fluidzufuhrelements 66C.
Die mehreren Abgabeöffnungen 66Ca in dem Fluidzufuhrelement 66C kommunizieren mit den Kommunikationsöffnungen 66Cb und sind ausgebildet, um das Kühlfluid RF in der Drehrichtung RD des Rotors 31 zur Vorderseite RD1 abzugeben imstande zu sein. In anderen Worten, die Abgabeöffnung 66Ca ist so ausgebildet, dass eine Erstreckungslinie der Zentrumsachse O2 der Abgabeöffnung 66Ca durch den Rotor 31 tritt.
Da sich der Rotor 31 in der Drehrichtung RD dreht, ist es durch Abgeben des Kühlfluids RF, das aus der Abgabeöffnung 66Ca in der Drehrichtung RD zur Vorderseite RD1 abgegeben wird, möglich, der Strömungsrichtung des Kühlfluids RF zu ermöglichen, der Vorsprungsrichtung der Außenfläche des sich drehenden Rotors 31 zu folgen. Somit ist es möglich, die Wärmemenge, erzeugt durch eine Scherwirkung, die durch eine rasche Beschleunigung des Kühlfluids RF aufgrund des Kontakts zwischen dem Kühlfluid RF mit der Außenfläche des Rotors 31 bewirkt wird, zu verringern. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors 31 weiter verbessert werden.
<Neunte Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Kompressorsystem 371 gemäß der neunten Ausführungsform mit Bezug auf 22 beschrieben.
In der neunten Ausführungsform sind die gleichen Bestandteile wie in der siebten Ausführungsform und der achten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird nicht gegeben.
In dem Kompressorsystem 371 der neunten Ausführungsform unterscheidet sich das Fluidzufuhrelement 76 von denen der siebenten Ausführungsform und der achten Ausführungsform.
Es wird ein Fluidzufuhrelement 76 bereitgestellt, das in der Richtung der Achse O in zwei Teile unterteilt ist. Das heißt, im Kompressorsystem 371 ist ein erstes Fluidzufuhrelement 76A auf einer Seite in der Richtung der Achse O und ein zweites Fluidzufuhrelement 76B auf der anderen Seite in der Richtung der Achse O vorgesehen.
Sowohl das erste Fluidzufuhrelement 76A als auch das zweite Fluidzufuhrelement 76B weisen eine zylindrische Form mit der Achse O als Zentrum auf. Sowohl das erste Fluidzufuhrelement 76A als auch das zweite Fluidzufuhrelement 76B sind in einem Spalt in der Richtung der Achse O vorgesehen und durch das Unterstützungselement 10 an dem Gehäuse 5 befestigt.
In dem ersten Fluidzufuhrelement 76A wird das Kühlfluid RF von einer Seite in der Richtung der Achse O zur Kommunikationsöffnung 76b zugeführt. In dem zweiten Fluidzufuhrelement 76B wird das Kühlfluid RF von der anderen Seite in der Richtung der Achse O zur Kommunikationsöffnung 76b zugeführt. Ferner wird das Kühlfluid RF aus der Abgabeöffnung 76a zum Rotor 31 abgegeben.
Gemäß dem Kompressorsystem 371 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, stets ein Niedrigtemperatur-Kühlfluid RF der Kommunikationsöffnung 76b zuzuführen, bevor ein Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 stattfindet, und es ist möglich, das Kühlfluid RF stets aus der Abgabeöffnung 76a abzugeben. Folglich kann die Kühlwirkung des Rotors 31 verbessert werden. Somit kann der Motor wirksam gekühlt werden.
Gemäß dieser Ausführungsform kann, wie in 23 dargestellt, an der Zwischenposition (beispielsweise der Mittelposition des Fluidzufuhrelements 6C in der Richtung der Achse O) der Kommunikationsöffnung 6Cb eines Fluidzufuhrelements 6C wie in der siebenten Ausführungsform ein Stopper 80 zum Blockieren der Kommunikationsöffnung 6Cb vorgesehen sein, und wobei das Kühlfluid RF von beiden Seiten in der Richtung der Achse O zur Kommunikationsöffnung 6Cb zugeführt werden kann. Auch in diesem Fall ist es möglich, das Niedrigtemperatur-Kühlfluid RF stets vor einem Wärmeaustausch mit dem Rotor 31 der Abgabeöffnung 6Ca zuzuführen, um das Kühlfluid RF aus der Abgabeöffnung 6Ca abzugeben und die Kühlwirkung des Rotors 31 zu verbessern. Somit kann der Motor wirksam gekühlt werden.
Auch wenn die Ausführungsformen sieben bis neun der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, sind die entsprechenden Konfigurationen und Kombinationen derselben in den jeweiligen Ausführungsformen lediglich beispielhaft, und Hinzufügungen, Weglassungen, Substitutionen und weitere Änderungen des Aufbaus können innerhalb des Gegenstands, der nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht, durchgeführt werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt, sondern sie ist lediglich durch die Ansprüche beschränkt.
Beispielsweise ist die Anzahl der Kommunikationsöffnungen 6Ca (66Ca und 76a) nicht auf besondere Weise beschränkt, wobei beispielsweise lediglich eine ausgebildet sein kann.
Da die Wärmemenge, erzeugt an der Position, an welcher der Rotor 31 und der Stator 32 einander zugewandt sind, in der Radialrichtung zunimmt, können ferner die Abgabeöffnungen 6Ca (66Ca und 76a) zumindest in den zugewandten Bereichen, in denen der Rotor 31 und der Stator 32 in der Radialrichtung einander zugewandt sind, ausgebildet sein.
Die Form des Fluidzufuhrelements 6C (66C und 76) ist auch nicht auf den oben beschriebenen Fall beschränkt.
Beispielsweise kann das Fluidzufuhrelement ein flaches plattenförmiges Element sein, das in dem Spalt 33 angeordnet ist.
Ferner ist das Unterstützungselement 10 nicht auf den obigen Fall beschränkt. Das heißt, das Fluidzufuhrelement 6C (66C, 76) kann in dem Spalt 33 zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 gehalten werden. Beispielsweise kann das Fluidzufuhrelement 6C (66C und 76) direkt an dem Stator 32 befestigt sein.
Ferner können alle oben beschriebenen Ausführungsformen sieben bis neun und alle modifizierten Beispiele geeignet kombiniert werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem obigen Kompressorsystem ist es möglich, den Motor wirksam zu kühlen.
Bezugszeichenliste

1: Kompressorsystem
2: Kompressor
3: Motor
4: Lagereinheit
5: Gehäuse
6: Teilungselement
6a: Innenfläche
6b: Außenfläche
10: Unterstützungselement
21: Welle
22: Flügelrad
23: Einhausung
31: Rotor
32: Stator
33: Spalt
41: Radiallager
42: Axiallager
51: Dichtungselement
F: Fluid
CF: Komprimiertes Fluid
LF: Entwichenes Fluid
C1: Rotorseitiger Strömungsdurchgang
C2: Statorseitiger Strömungsdurchgang
O: Achse
61: Kompressorsystem
66: Teilungselement
66a: Innenfläche
66b: Außenfläche
101, 161: Kompressorsystem
6A: Teilungselement (Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt)
6Aa: Innenfläche (Vorderfläche)
6Ab: Aussparung
33a: Spalt
RF: Kühlfluid
RD: Drehrichtung
RD1: Vorderseite
W: Breite
66A: Führungselement (Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt)
IN: Einlassöffnung
66Aa: Führungsfläche
66Ab: Rückfläche
66Ac: Vorderer Rand
66Ad: Hinterer Rand
S1, S2: Spalt
201, 261: Kompressorsystem
6B, 66B, 66B1: Teilungselement
7: Fluideinbringabschnitt
7A: Fluidauslassabschnitt
8: Gekrümmter Strömungsdurchgangsabschnitt
8a: Gekrümmter Strömungsdurchgang
9: Vorstehender Strömungsdurchgangsabschnitt
9a: Vorstehender Strömungsdurchgang
66Ba: Führungsfläche
CF: Komprimiertes Fluid
R, R1, R2: Raum
R1a, R2a: Einlassöffnung
R1b, R2b: Auslassöffnung
301: Kompressorsystem
6C: Fluidzufuhrelement
6Ca: Abgabeöffnung
6Cb: Kommunikationsöffnung
33a1: Spalt
361: Kompressorsystem
66C: Fluidzufuhrelement
66Ca: Abgabeöffnung
66Cb: Abgabeöffnung
O2: Mittelachse
371: Kompressorsystem
76: Fluidzufuhrelement
76a: Abgabeöffnung
76b: Kommunikationsöffnung
76A: Erstes Fluidzufuhrelement
76B: Zweites Fluidzufuhrelement
80: Stopper

Claims

Kompressorsystem, das aufweist: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite des Rotors mit einem Spalt vom Rotor angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; und ein Teilungselement, das in dem Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, angeordnet ist, um den Spalt in der Radialrichtung zu teilen, und mit dem Rotor einen rotorseitigen Strömungsdurchgang, durch den ein Kühlfluid entlang der Achse strömen kann, und mit dem Stator einen statorseitigen Strömungsdurchgang, durch den das Kühlfluid entlang der Achse strömen kann, ausbildet, wobei das Teilungselement eine Oberfläche aufweist, bei der eine Strömungsdurchgangsfläche in einem Querschnitt senkrecht zur Achse in dem rotorseitigen Strömungsdurchgang und/oder dem statorseitigen Strömungsdurchgang in einer Richtung, in der das Kühlfluid strömt, abnimmt.
Kompressorsystem nach Anspruch 1, bei dem das Kühlfluid, das durch den rotorseitigen Strömungsdurchgang und den statorseitigen Strömungsdurchgang strömt, eine entwichene Strömung des komprimierten Fluids von dem Kompressor ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Teilungselement eine zylindrische Form mit der Achse als Zentrum und eine Form aufweist, bei der ein Innendurchmesser von einer Seite zur anderen Seite der Achse abnimmt, und das Kühlfluid von einer Seite der Achse in den rotorseitigen Strömungsdurchgang strömt.
Kompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Teilungselement eine zylindrische Form mit der Achse als Zentrum und eine Form aufweist, bei der ein Außendurchmesser von einer Seite zur anderen Seite der Achse abnimmt, und das Kühlfluid von der anderen Seite der Achse in den statorseitigen Strömungsdurchgang strömt.
Kompressorsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Teilungselement eine zylindrische Form mit der Achse als Zentrum und eine Form aufweist, bei der die Dicke in der Radialrichtung des Rotors von einer Seite zur anderen Seite der Achse zunimmt, und das Kühlfluid von einer Seite der Achse in den rotorseitigen Strömungsdurchgang und den statorseitigen Strömungsdurchgang strömt.
Kompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Teilungselement zumindest in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Rotor und der Stator in der Radialrichtung des Rotors einander zugewandt sind.
Kompressorsystem, das aufweist: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite des Rotors mit einem Spalt, der dem Kühlfluid ermöglicht, von dem Rotor entlang der Achse zu strömen, angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; und einen Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt, der dem Kühlfluid, das durch den Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, strömt, eine Komponente der Richtungsänderung, in einer Drehrichtung des Rotors nach vorn gerichtet, vermittelt.
Kompressorsystem nach Anspruch 7, bei dem der Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt ein Teilungselement ist, das in dem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist, um den Spalt in der Radialrichtung zu teilen, so dass das Kühlfluid entlang der Achse des Rotors strömen kann, und bei dem ein Vorsprung oder eine Aussparung, der bzw. die sich in der Drehrichtung des Rotors nach vorn erstreckt, auf einer Fläche ausgebildet ist, die dem Rotor zur stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids zugewandt ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 8, bei dem die Aussparung in dem Teilungselement ausgebildet ist, und eine Breite der Aussparung in der Richtung der Achse auf einer stromabwärts gelegenen Seite kleiner ist als auf einer stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids.
Kompressorsystem nach Anspruch 7, bei dem der Richtungsänderungsvermittlungsabschnitt ein Führungselement ist, das auf einer stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung von einer Einlassöffnung des Kühlfluids in dem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist und relativ zum Stator nicht drehbar vorgesehen ist, und das Führungselement eine Führungsfläche aufweist, die der stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids zugewandt ist und in der Drehrichtung des Rotors bezüglich der Achse nach vorn geneigt ist, zur stromabwärts gelegenen Seite.
Kompressorsystem nach Anspruch 10, bei dem mehrere Führungselemente in einer Drehrichtung des Rotors mit einem Spalt vorgesehen sind, und eine Spaltabmessung in der Drehrichtung zwischen hinteren Rändern der Führungselemente kleiner ist als die Spaltabmessung in der Drehrichtung zwischen vorderen Rändern der Führungselemente, die in der Drehrichtung benachbart sind.
Kompressorsystem, das aufweist: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet ist, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite mit einem Spalt, der einem Kühlfluid ermöglicht, vom Rotor entlang der Achsenseite zu strömen, angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; mehrere Teilungselemente, die vorgesehen sind, um relativ zum Stator nicht drehbar zu sein und sich vom Stator zum Rotor zu erstrecken, und den Spalt, ausgebildet zwischen dem Stator und dem Rotor, in einer Umfangsrichtung in mehrere Räume unterteilen; und einen Fluideinbringabschnitt, der dem Kühlfluid ermöglicht, von unterschiedlichen Seiten in der Richtung der Achse in zumindest zwei Räume der mehreren Räume zu strömen.
Kompressorsystem nach Anspruch 12, bei dem das Teilungselement plattenförmig ist und eine Führungsfläche aufweist, die in der Strömungsrichtung des Kühlfluids der stromaufwärts gelegenen Seite zugewandt ist und in der Drehrichtung des Rotors bezüglich der Achse nach vorn geneigt ist, zur stromabwärts gelegenen Seite.
Kompressorsystem nach Anspruch 13, bei dem das Teilungselement ein spiralplattenförmiges Element ist, das sich in der Drehrichtung des Rotors nach vorn erstreckt, in der Strömungsrichtung des Kühlfluids zur stromabwärts gelegenen Seite, und die Führungsfläche eine Fläche ist, die in der Strömungsrichtung des Kühlfluids der stromaufwärts gelegenen Seite in dem spiralplattenförmigen Element zugewandt ist.
Kompressorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Teilungselement zumindest in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Rotor und der Stator in der Radialrichtung des Rotors einander zugewandt sind.
Kompressorsystem, das aufweist: einen Motor, der einen Rotor, der so eingerichtet, dass dieser um eine Achse drehbar ist, und einen Stator aufweist, der an einer Außenumfangsseite des Rotors mit einem Spalt vom Rotor angeordnet ist; einen Kompressor, der zusammen mit dem Rotor drehbar ist, um ein komprimiertes Fluid zu erzeugen; und ein Fluidzufuhrelement, das in dem Spalt, ausgebildet zwischen dem Rotor und dem Stator, angeordnet ist, relativ zum Stator nicht drehbar vorgesehen ist, sich in einer Richtung der Drehachse des Rotors erstreckt und sich zum Rotor öffnet, um eine Abgabeöffnung auszubilden, die imstande ist, das Kühlfluid abzugeben.
Kompressorsystem nach Anspruch 16, bei dem die Abgabeöffnung des Fluidzufuhrelements so ausgebildet ist, dass das Kühlfluid in der Drehrichtung des Rotors zur Vorderseite abgegeben werden kann.
Kompressorsystem nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das Fluidzufuhrelement mit mehreren Abgabeöffnungen in Abständen in der Richtung der Achse ausgebildet ist, das Fluidzufuhrelement mit einer Kommunikationsöffnung ausgebildet ist, die sich in der Richtung der Achse erstreckt und mit den mehreren Abgabeöffnungen kommuniziert, so dass das Kühlmittel von außen von einer Seite der Achse einströmen kann.
Kompressorsystem nach Anspruch 18, bei dem im Fluidzufuhrelement die Abgabeöffnung, angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids, das durch die Kommunikationsöffnung strömt, einen Öffnungsdurchmesser aufweist, der größer ist als der der Abgabeöffnung, die auf der stromabwärts gelegenen Seite angeordnet ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die mehreren Abgabeöffnungen des Fluidzufuhrelements in Abständen in der Richtung der Achse und der Umfangsrichtung des Rotors ausgebildet sind, und in dem Fluidzufuhrelement mehr Abgabeöffnungen in der Umfangsrichtung, angeordnet auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlfluids, das durch die Kommunikationsöffnung strömt, als Abgabeöffnungen, die auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet sind, ausgebildet sind.