JP7391196B2 - an integrated motor-compressor unit having a cooling circuit and a pressure reduction system configured to reduce the pressure of the cooling fluid; - Google Patents
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Description
本発明の分野は、作動流体を処理するための一体型モータ圧縮機ユニット、より具体的には、冷却システムを有する一体型モータ圧縮機に関する。 The field of the invention relates to integrated motor-compressor units for processing working fluids, and more particularly to integrated motor-compressors with cooling systems.
一般に、モータ圧縮機ユニットは、遠心圧縮機と、共通ハウジングに一体化されたモータとを備える。 Typically, a motor-compressor unit includes a centrifugal compressor and a motor integrated into a common housing.
複数の圧縮段階を備えた遠心圧縮機は、一般に、圧縮されたプロセスガスの流れを生成するために、モータ又はタービンによって駆動される回転子に結合された駆動シャフトによって支持された複数のインペラを備える。 Centrifugal compressors with multiple compression stages generally employ multiple impellers supported by a drive shaft coupled to a rotor driven by a motor or turbine to produce a flow of compressed process gas. Be prepared.
そのような遠心圧縮機を直接駆動するために使用されるシャフトは、比較的高速で回転する必要があり、それにより熱が発生する。更に、高速でモータ圧縮機を動作させることにより、加圧ガスで動作する構成要素に起因する風力摩擦損失が増加する。 The shafts used to directly drive such centrifugal compressors must rotate at relatively high speeds, thereby generating heat. Additionally, operating the motor compressor at high speeds increases wind friction losses due to components operating on pressurized gas.
この熱が適切に散逸されない場合、モータの性能に悪影響を及ぼすこと、及び固定子の電気絶縁を損傷することがあり得る。温度の上昇はまた、圧縮機及びモータの両方の回転子ベアリングシステムに悪影響を及ぼし得るため、損傷及び/又は故障をもたらす。 If this heat is not properly dissipated, it can adversely affect the performance of the motor and damage the electrical insulation of the stator. Increased temperatures can also adversely affect the rotor bearing systems of both the compressor and motor, resulting in damage and/or failure.
熱を調節し、そのような一体型モータ圧縮機ユニットを冷却するために、圧縮プロセスのある時点でガスがプロセスストリームから引き出される、開ループ冷却回路又は準閉ループ冷却回路であり得る冷却回路を使用することが知られている。その場合、モータ及びベアリングを通してプロセスガスを循環させて、熱を吸収する。 To regulate heat and cool such integrated motor-compressor units, use a cooling circuit, which may be an open-loop cooling circuit or a semi-closed-loop cooling circuit, in which gas is withdrawn from the process stream at some point in the compression process. It is known to do. Process gases are then circulated through the motor and bearings to absorb heat.
例えば、少量のプロセスガスのみがプロセスストリームから冷却回路に供給される。冷却ガスは、冷却ガス源とガスが流れることができる地点との間の圧力差によって駆動され得る。 For example, only a small amount of process gas is supplied from the process stream to the cooling circuit. The cooling gas may be driven by a pressure difference between the source of the cooling gas and the point through which the gas can flow.
あるいは、冷却ループの前に配置された送風機を使用して、当該冷却回路内の冷却ガスを循環させ、したがってファン圧縮効率を改善することが知られている。しかしながら、そのような解決策は、機械が高圧で作動する場合、風損を大幅に増加させる。 Alternatively, it is known to use a blower placed before the cooling loop to circulate the cooling gas within the cooling circuit and thus improve the fan compression efficiency. However, such a solution significantly increases windage when the machine operates at high pressure.
閉ループ冷却回路でモータ圧縮を冷却するためのシステムを記載した米国特許第9200643(B2)号を参照することができる。しかしながら、モータは、汚染を回避するために、乾燥ガスシール又はカーボンリングによって圧縮機処理ガスからシールされ、これはシールの保守点検を増加させる。
発明の簡単な説明
Reference may be made to US Pat. No. 9,200,643 (B2), which describes a system for cooling motor compression in a closed loop cooling circuit. However, the motor is sealed from the compressor process gas by a dry gas seal or carbon ring to avoid contamination, which increases seal maintenance.
Brief description of the invention
本明細書に記載の一体型モータ圧縮機ユニットの実施形態によってもたらされる1つの利点は、風損を低減することである。 One advantage provided by the integrated motor compressor unit embodiments described herein is reduced windage.
実際、高速モータ、カップリング、及びベアリングがプロセスガスに浸漬されている場合、特に高い吸引圧力を有する圧縮機では、風損が高くなり得る。 In fact, windage losses can be high when high speed motors, couplings, and bearings are immersed in process gas, especially in compressors with high suction pressures.
したがって、モータ及びモータに結合された圧縮機を有する一体型モータ圧縮機ユニットの減圧システムが提案されている。減圧システムは、モータの圧力を減圧するように構成されている。 Accordingly, an integrated motor-compressor unit pressure reduction system having a motor and a compressor coupled to the motor has been proposed. The pressure reduction system is configured to reduce the pressure of the motor.
更に、例えばガスなどの作動流体を処理するように構成され、モータと、回転可能シャフトを介して当該モータに結合され、かつ単一の共通ハウジングに取り付けられた圧縮機とを備えた、一体型モータ圧縮機ユニットが提案され、冷却流体が、冷却回路内の当該ハウジング全体を通して循環される。 Furthermore, an integrated unit configured to process a working fluid, e.g. a gas, comprising a motor and a compressor coupled to the motor via a rotatable shaft and mounted in a single common housing. A motor-compressor unit is proposed in which cooling fluid is circulated throughout the housing in a cooling circuit.
一体型モータ圧縮機ユニットは、モータの圧力を減圧するように構成された減圧システムを備える。 The integrated motor compressor unit includes a pressure reduction system configured to reduce the pressure of the motor.
したがって、減圧システムは、冷却回路内を循環する冷却流体の圧力を低減するように構成されている。 Accordingly, the pressure reduction system is configured to reduce the pressure of the cooling fluid circulating within the cooling circuit.
そのような減圧システムは、少なくとも10バールの著しい圧力降下を生成する。したがって、モータの効率は著しく増加する。 Such reduced pressure systems generate significant pressure drops of at least 10 bar. Therefore, the efficiency of the motor increases significantly.
一実施形態によれば、減圧システムは、例えば冷却回路の前の膨張デバイスと、例えば冷却回路の後の、吸引圧力を回復するように構成された補助圧縮機とを備える。 According to one embodiment, the pressure reduction system comprises an expansion device, e.g. before the cooling circuit, and an auxiliary compressor, e.g. after the cooling circuit, configured to restore suction pressure.
膨張デバイスは、例えば、圧縮機の主圧縮機吸入口を介して作動流体を受け取り、膨張した冷却流体を冷却回路に送るように構成された冷却膨張弁であってもよく、補助圧縮機は、特にモータ及び/又はベアリングを冷却した後に冷却流体を受け取り、冷却流体を圧縮するように構成されてもよい。 The expansion device may be, for example, a refrigeration expansion valve configured to receive the working fluid through the main compressor inlet of the compressor and send the expanded refrigeration fluid to the refrigeration circuit, and the auxiliary compressor It may be configured to receive cooling fluid and compress the cooling fluid, particularly after cooling the motor and/or bearings.
別の実施形態によれば、膨張デバイスは、膨張ホイールである。 According to another embodiment, the inflation device is an inflation wheel.
膨張ホイールは、本明細書で更に説明及び特許請求される様々な好適な場所に取り付けられ得る。 The inflation wheel may be mounted at various suitable locations as further described and claimed herein.
一体型モータ圧縮機ユニットの動作の一実施形態では、モータはシャフトを回転させ、それによって圧縮機を駆動する。圧縮されるプロセスガスは、ハウジング内に設けられた主圧縮機吸引入口を介して導入される。次いで、圧縮機は、プロセスガスをインペラの連続する段階を通して圧縮し、それによって圧縮されたプロセスガスを生成する。次いで、圧縮されたプロセスガスは、ハウジング内に設けられたプロセス排出口を介して圧縮機から出る。 In one embodiment of operation of an integrated motor-compressor unit, the motor rotates a shaft, thereby driving the compressor. The process gas to be compressed is introduced through a main compressor suction inlet located within the housing. The compressor then compresses the process gas through successive stages of the impeller, thereby producing a compressed process gas. The compressed process gas then exits the compressor through a process outlet located within the housing.
本発明の実施形態の他の目的、特徴、及び利点は、単に非限定的な例として、添付の図面を参照して、以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。
図は、ガスなどの作動流体を処理するように構成された一体型モータ圧縮機ユニット10を非常に概略的に示す。一体型モータ圧縮機ユニット10は、モータ12と、回転可能シャフト16を介して当該モータ12に結合され、冷却回路27内の冷却流体を循環させるように構成された単一の共通ハウジング18に取り付けられた圧縮機14と、を備える。 The figure shows very schematically an integrated motor-compressor unit 10 configured to process a working fluid, such as a gas. The integrated motor-compressor unit 10 is mounted to a motor 12 and a single common housing 18 coupled to the motor 12 via a rotatable shaft 16 and configured to circulate cooling fluid within a cooling circuit 27. and a compressor 14.
一体型モータ圧縮機ユニット10は、モータ12の圧力を減圧するように構成され、したがって冷却回路内を循環する冷却の圧力を低下させるように構成された減圧システム30を更に備える。 The integrated motor-compressor unit 10 further comprises a pressure reduction system 30 configured to reduce the pressure of the motor 12 and thus reduce the pressure of the refrigeration circulating within the refrigeration circuit.
そのような減圧システム30は、少なくとも10バールの著しい圧力降下を生成する。したがって、モータ12の効率は、そのような圧力降下によって著しく増加する。 Such a reduced pressure system 30 produces a significant pressure drop of at least 10 bar. Therefore, the efficiency of motor 12 is significantly increased by such a pressure drop.
シャフトは、ハウジング18の全長に実質的に延在し、モータ12に結合されたモータセクション17と、圧縮機14に結合された従動セクション19とを備える。回転可能シャフト16のモータセクション17及び従動セクション19は、例えば、可撓性又は剛性のカップリングなどのカップリング20を介して接続されている。 The shaft extends substantially the entire length of the housing 18 and includes a motor section 17 coupled to the motor 12 and a driven section 19 coupled to the compressor 14. The motor section 17 and driven section 19 of the rotatable shaft 16 are connected via a coupling 20, for example a flexible or rigid coupling.
図示されるように、モータセクション17及び従動セクション19は、1つ以上の半径方向ベアリング22によってそれぞれ、各端部に支持されている。非限定的な例として、半径方向ベアリング22の4つのセットが示されている。ベアリング22は、ハウジング18によって直接的又は間接的に支持され得る。 As shown, motor section 17 and driven section 19 are each supported at each end by one or more radial bearings 22. As a non-limiting example, four sets of radial bearings 22 are shown. Bearing 22 may be supported directly or indirectly by housing 18.
モータ12は、回転子(図示せず)及び固定子(図示せず)に装着された永久磁石を有する永久磁石モータなどの、電気モータであり得る。代替として、例えば同期モータ、誘導モータ、ブラシ付きDCモータなどの、他のタイプの電気モータが使用され得る。 Motor 12 may be an electric motor, such as a permanent magnet motor having permanent magnets mounted on a rotor (not shown) and a stator (not shown). Alternatively, other types of electric motors may be used, such as synchronous motors, induction motors, brushed DC motors, etc.
圧縮機14は、1つ又は複数の圧縮機ステージインペラ(図示せず)を備えた多段遠心圧縮機であり得る。 Compressor 14 may be a multi-stage centrifugal compressor with one or more compressor stage impellers (not shown).
モータ12及びベアリング22の温度を冷却又は他の方法で調節するために、冷却ダクト28及び高温ダクト29を有する冷却回路27内のハウジング18全体を通して冷却ガスを循環させる。 To cool or otherwise regulate the temperature of the motor 12 and bearings 22, cooling gas is circulated throughout the housing 18 in a cooling circuit 27 having a cooling duct 28 and a hot duct 29.
減圧システム30は、冷却回路27の前の膨張デバイス32と、吸引圧力を回復するように構成された冷却回路27の後の補助圧縮機34と、を備える。 The reduced pressure system 30 comprises an expansion device 32 before the cooling circuit 27 and an auxiliary compressor 34 after the cooling circuit 27 configured to restore suction pressure.
減圧システム30の第1の実施形態を図1に示す。この実施形態では、膨張デバイス32は、主圧縮機吸引入口24を介してプロセスガスを受け取り、膨張した冷却されたプロセスガスを冷却回路27に送る冷却膨張弁である。補助圧縮機34は、ベアリング22及びモータ12を冷却した後の冷却流体を受け取り、主圧縮機吸引入口24に送る前にそれを圧縮する。 A first embodiment of a reduced pressure system 30 is shown in FIG. In this embodiment, expansion device 32 is a refrigeration expansion valve that receives process gas via main compressor suction inlet 24 and delivers expanded, cooled process gas to refrigeration circuit 27 . Auxiliary compressor 34 receives the cooling fluid after cooling bearings 22 and motor 12 and compresses it before passing it to main compressor suction inlet 24.
図2の実施形態は、同じ要素が同じ参照符号を有するが、膨張デバイス32の構造によって図1の実施形態とは異なる。この実施形態では、膨張デバイス32は、モータシャフト端部に取り付けられた膨張ホイールである。あるいは、膨張ホイールは、圧縮機シャフト端部、ベアリング間、又は専用のターボエキスパンダ上に取り付けられ得る。この実施形態では、補助圧縮機34は、圧縮機シャフト端部に取り付けられている。あるいは、補助圧縮機34は、モータシャフト端部、ベアリング間、専用のターボエキスパンダ上、又は専用の圧縮機上に取り付けられてもよい。 The embodiment of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 by the structure of the inflation device 32, although like elements have the same reference numerals. In this embodiment, inflation device 32 is an inflation wheel attached to the end of the motor shaft. Alternatively, the expansion wheel may be mounted at the end of the compressor shaft, between bearings, or on a dedicated turboexpander. In this embodiment, the auxiliary compressor 34 is attached to the end of the compressor shaft. Alternatively, the auxiliary compressor 34 may be mounted at the end of the motor shaft, between bearings, on a dedicated turboexpander, or on a dedicated compressor.
図3の実施形態は、同じ要素が同じ参照符号を有するが、膨張デバイス32の構造によって図1の実施形態とは異なる。この実施形態では、膨張は、補助圧縮機34によって圧縮される自発的な圧縮機14の漏れによって作り出される。言い換えれば、圧縮機端14上の較正されたガス漏れを使用して、冷却流を生成する。この実施形態では、非限定的な例として、補助圧縮機34は、モータシャフト端部に取り付けられている。 The embodiment of FIG. 3 differs from the embodiment of FIG. 1 by the structure of the inflation device 32, although like elements have the same reference numbers. In this embodiment, expansion is created by spontaneous compressor 14 leakage compressed by auxiliary compressor 34. In other words, a calibrated gas leak on the compressor end 14 is used to generate the cooling flow. In this embodiment, by way of non-limiting example, the auxiliary compressor 34 is attached to the end of the motor shaft.
図4の実施形態は、同じ要素が同じ参照符号を有するが、減圧システム30の構造によって図1の実施形態とは異なる。この実施形態では、減圧システム30は、圧縮機14の上流に取り付けられ、閉ループ冷却回路27内の冷却流体を循環させるように構成された送風デバイス36を備える。減圧システム30は、主圧縮機ガス漏れを補償するように構成された減圧補助圧縮機34を更に備える。減圧システム30はまた、送風デバイス36の後で冷却回路27に取り付けられた冷却器38を備える。 The embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 1 by the structure of the reduced pressure system 30, although like elements have the same reference numerals. In this embodiment, the reduced pressure system 30 includes a blowing device 36 mounted upstream of the compressor 14 and configured to circulate cooling fluid within the closed loop cooling circuit 27 . The vacuum system 30 further includes a vacuum auxiliary compressor 34 configured to compensate for main compressor gas leaks. The reduced pressure system 30 also includes a cooler 38 attached to the cooling circuit 27 after the blower device 36 .
減圧補助圧縮機34は、低圧圧縮機又は専用装置であり得る。 The vacuum auxiliary compressor 34 may be a low pressure compressor or a dedicated device.
一体型モータ-圧縮機ユニット10の動作の一実施形態では、モータ12はシャフト16を回転させ、それによって圧縮機14を駆動する。圧縮されるプロセスガスは、ハウジング18に設けられた主圧縮機吸入口24を介して導入される。次いで、圧縮機14は、インペラの連続する段階を通してプロセスガスを圧縮し、それによって圧縮されたプロセスガスを生成する。次いで、圧縮されたプロセスガスは、ハウジング18に設けられたプロセス排出口26を介して圧縮機14を出る。 In one embodiment of operation of integrated motor-compressor unit 10, motor 12 rotates shaft 16, thereby driving compressor 14. The process gas to be compressed is introduced via a main compressor inlet 24 provided in the housing 18 . Compressor 14 then compresses the process gas through successive stages of the impeller, thereby producing a compressed process gas. The compressed process gas then exits the compressor 14 via a process outlet 26 provided in the housing 18 .
本発明の減圧システムによれば、特に高い吸引圧力を有する圧縮機において、一体型モータ圧縮機ユニット内で風損が低減される。
The reduced pressure system of the present invention reduces windage losses within an integrated motor-compressor unit, especially in compressors with high suction pressures.
Claims (15)
前記一体型モータ圧縮機ユニット(10)を冷却するための作動流体を循環させるように構成された冷却回路(27)と、
前記冷却回路(27)に接続された膨張デバイス(32)と、
前記冷却回路(27)に接続された補助圧縮機(34)と、を備え、
前記膨張デバイス(32)が、前記圧縮機(14)の主圧縮機吸引入口(24)を介して作動流体を受け取り、当該作動流体を膨張することで冷却して前記冷却回路(27)に送るように構成された冷却膨張弁又は膨張ホイールであり、
前記補助圧縮機(34)が、前記冷却回路(27)からの前記モータ(12)を冷却した後の前記作動流体を圧縮して前記主圧縮機吸引入口(24)に送るための吸引圧力を回復するように構成されることを特徴とする、減圧システム(30)。 A pressure reduction system (30) for an integrated motor-compressor unit (10) having a motor (12) and a compressor (14) coupled to the motor (12), the system comprising:
a cooling circuit (27) configured to circulate a working fluid for cooling the integrated motor compressor unit (10);
an expansion device (32) connected to the cooling circuit (27);
an auxiliary compressor (34) connected to the cooling circuit (27),
The expansion device (32) receives the working fluid via the main compressor suction inlet (24) of the compressor (14), expands and cools the working fluid, and sends it to the cooling circuit (27). A cooling expansion valve or expansion wheel configured to
The auxiliary compressor (34) compresses the working fluid from the cooling circuit (27) after cooling the motor (12) and generates a suction pressure for sending it to the main compressor suction inlet (24). A reduced pressure system (30), characterized in that it is configured to recover.
モータ(12)と、
回転可能シャフト(16)を介して前記モータ(12)に結合された圧縮機(14)と、
前記モータ(12)と前記圧縮機(14)と前記回転可能シャフト(16)とを収容する単一の共通ハウジング(18)と、
を有し、
前記単一の共通ハウジング(18)を通るように配置された冷却回路(27)内で作動流体が循環する、
一体型モータ圧縮機ユニット(10)。 A reduced pressure system (30) according to any one of claims 1 or 2,
a motor (12);
a compressor (14) coupled to the motor (12) via a rotatable shaft (16);
a single common housing (18) housing the motor (12), the compressor (14) and the rotatable shaft (16);
has
a working fluid circulates within a cooling circuit (27) arranged through said single common housing (18);
Integrated motor compressor unit (10).
前記一体型モータ圧縮機ユニット(10)を冷却するための作動流体を循環させるように構成された冷却回路(27)と、
前記冷却回路(27)に接続された補助圧縮機(34)と、を備え、
前記冷却回路(27)が前記圧縮機(14)から漏出した膨張した作動流体を受け取って前記一体型モータ圧縮機ユニット(10)を冷却するように構成され、
前記補助圧縮機(34)が、前記冷却回路(27)からの前記モータ(12)を冷却した後の前記作動流体を圧縮して前記圧縮機(14)の主圧縮機吸引入口(24)に送るための吸引圧力を回復するように構成される、システム(30)。 A system (30) for an integrated motor-compressor unit (10) having a motor (12) and a compressor (14) coupled to the motor (12), the system comprising:
a cooling circuit (27) configured to circulate a working fluid for cooling the integrated motor compressor unit (10);
an auxiliary compressor (34) connected to the cooling circuit (27),
the cooling circuit (27) is configured to receive expanded working fluid leaked from the compressor (14) to cool the integrated motor-compressor unit (10);
The auxiliary compressor (34) compresses the working fluid after cooling the motor (12) from the cooling circuit (27) and supplies it to the main compressor suction inlet (24) of the compressor (14 ). A system (30) configured to restore suction pressure for delivery.
モータ(12)と、
回転可能シャフト(16)を介して前記モータ(12)に結合された圧縮機(14)と、
前記モータ(12)と前記圧縮機(14)と前記回転可能シャフト(16)とを収容する単一の共通ハウジング(18)と、
を有し、
前記単一の共通ハウジング(18)を通るように配置された冷却回路(27)内で作動流体が循環する、一体型モータ圧縮機ユニット(10)。 A system (30) according to any one of claims 6 or 7,
a motor (12);
a compressor (14) coupled to the motor (12) via a rotatable shaft (16);
a single common housing (18) housing the motor (12), the compressor (14) and the rotatable shaft (16);
has
An integrated motor-compressor unit (10) in which working fluid circulates in a cooling circuit (27) arranged through said single common housing (18).
前記一体型モータ圧縮機ユニット(10)を冷却するための作動流体を循環させるように構成された閉ループ冷却回路(27)と、
前記閉ループ冷却回路(27)に接続され、前記圧縮機(14)の上流に取り付けられた送風デバイス(36)と、
前記閉ループ冷却回路(27)に接続された補助圧縮機(34)と、を備え、
前記補助圧縮機(34)が、前記閉ループ冷却回路(27)からの前記モータ(12)を冷却した後の前記作動流体を圧縮して前記圧縮機(14)の主圧縮機吸引入口(24)に送るための吸引圧力を回復するように構成される、システム(30)。 A system (30) for an integrated motor-compressor unit (10) having a motor (12) and a compressor (14) coupled to the motor (12), the system comprising:
a closed loop cooling circuit (27) configured to circulate a working fluid for cooling the integrated motor compressor unit (10);
a blowing device (36) connected to the closed loop cooling circuit (27) and mounted upstream of the compressor (14);
an auxiliary compressor (34) connected to the closed loop cooling circuit (27),
The auxiliary compressor (34) compresses the working fluid after cooling the motor (12) from the closed loop cooling circuit (27) to the main compressor suction inlet (24) of the compressor (14 ). A system (30) configured to restore suction pressure to the system.
モータ(12)と、
回転可能シャフト(16)を介して前記モータ(12)に結合された圧縮機(14)と、
前記モータ(12)と前記圧縮機(14)と前記回転可能シャフト(16)とを収容する単一の共通ハウジング(18)と、
を有し、
前記単一の共通ハウジング(18)を通るように配置された閉ループ冷却回路(27)内で作動流体が循環する、一体型モータ圧縮機ユニット(10)。 A system (30) according to claim 11 or 12;
a motor (12);
a compressor (14) coupled to the motor (12) via a rotatable shaft (16);
a single common housing (18) housing the motor (12), the compressor (14) and the rotatable shaft (16);
has
An integrated motor-compressor unit (10) in which working fluid circulates in a closed-loop cooling circuit (27) arranged through said single common housing (18).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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PCT/IB2019/058026 WO2021058995A1 (en) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Integrated motor-compressor unit having a cooling circuit and a depressurization system configured to reduce pressure of the cooling fluid |
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