KR20090007526A - 터보 기계 - Google Patents

터보 기계 Download PDF

Info

Publication number
KR20090007526A
KR20090007526A KR1020080066438A KR20080066438A KR20090007526A KR 20090007526 A KR20090007526 A KR 20090007526A KR 1020080066438 A KR1020080066438 A KR 1020080066438A KR 20080066438 A KR20080066438 A KR 20080066438A KR 20090007526 A KR20090007526 A KR 20090007526A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor shaft
turbomachine
shaft
magnetic bearing
bearings
Prior art date
Application number
KR1020080066438A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100999015B1 (ko
Inventor
베르너 보센
Original Assignee
아틀라스 코프코 에네르가스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아틀라스 코프코 에네르가스 게엠베하 filed Critical 아틀라스 코프코 에네르가스 게엠베하
Publication of KR20090007526A publication Critical patent/KR20090007526A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100999015B1 publication Critical patent/KR100999015B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/20—Mounting rotors on shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/058—Bearings magnetic; electromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/059—Roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F05D2220/766—Application in combination with an electrical generator via a direct connection, i.e. a gearless transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/50—Bearings
    • F05D2240/51—Magnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/50—Bearings
    • F05D2240/52—Axial thrust bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/50—Bearings
    • F05D2240/54—Radial bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

본 발명은 하우징과, 전기 장치와, 하우징 내에 지지되는 로터 샤프트를 포함하고, 전기 장치의 로터가 로터 샤프트에 장착되며, 원심 임펠러가 로터 샤프트의 적어도 일단부 상에 일면 지지되어 설치되는 것인 터보 기계에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 원심 임펠러의 내면 상에 작용하는 자기 베어링 절반부가 하우징의 임펠러측 단부벽에 대한 로터 샤프트의 축방향 지지를 위해 로터 샤프트의 단부에 설치된다.
Figure P1020080066438
터보 기계, 로터 샤프트, 전기 장치, 자기 베어링

Description

터보 기계{TURBOMACHINE}
본 발명은 하우징과, 전기 장치, 그리고 하우징 내에 지지되는 로터 샤프트를 포함하고, 전기 장치의 로터가 로터 샤프트에 장착되며, 원심 임펠러가 로터 샤프트의 적어도 일단부 상에 일면 지지되어 설치되는 것인 터보 기계에 관한 것이다.
당업계에는, 로터 샤프트가 축방향으로 자기적으로 지지되는 터보 기계가 공지되어 있으며, 이 터보 기계에서는 축방향 지지를 위해, 자기 베어링 절반부가 로터 샤프트 상으로 수축되는 축방향 베어링 디스크 또는 대향 배치되는 샤프트 견부(肩部)와 결합된다. 또한, 2개의 축방향 자기 베어링 절반부가 로터 샤프트 상에 배치되는 회전 멀티디스크 조립체의 양면 상에서 로터 샤프트의 일단부에 설치되고, 멀티디스크 조립체의 측면이 반경 방향 자기 베어링에 의해 에워싸이며, 이와 마찬가지로 로터 샤프트의 타단부도 반경 방향 자기 베어링 상에 지지될 수 있는 자기 베어링 결합 구성이 공지되어 있다.
당업계에는 또한, 전술한 특징을 지니고, 로터 샤프트가 원심 임펠러 전방의 로터의 단부에 설치된 활성 자기 베어링 상에 지지되는 터보 기계가 공지되어 있 다. 활성 자기 베어링은 연속적인 전력 공급과, 전력 공급이 중단된 경우에 활성 자기 베어링을 보호하기 위한 소위 백업 베어링을 필요로 한다. 그러한 백업 베어링은 전형적으로, 휴지 상태에서 또는 자기 베어링이 고장난 경우에 로터 샤프트를 지지하는 비상용 기계식, 반경 방향 및 축방향 볼 베어링이다.
공지의 활성 자기 베어링의 경우, 필요한 자기장이 전자석의 사용에 의해 생성되기 때문에, 자기장과, 이에 따른 활성 지지력은 전자석의 코일에 흐르는 젼류를 변화시킴으로써 변경될 수 있다. 따라서, 로터 샤프트가 활성 자기 베어링 상에서 지지되게 하도록, 대응하는 지지력을 제공하기 위한 피드백 제어가 필요하다. 그러한 터보 기계는 로터 샤프트용 자기 베어링을 사용하는 경우에 매우 높은 회전 속도로 작동될 수 있다. 그러나, 높은 작동 속도에서의 로터 샤프트의 굴곡 한계 고유 주파수(bending critical natural frequency)는 터보 기계의 최대 연속 작동 주파수에 근사하거나 이 주파수보다 낮다. 이로 인해 자기 베어링의 안정한 활성 조정이 매우 복잡해지거나 심지어는 불가능해진다.
로터 샤프트의 굴곡 한계 고유 주파수 범위에 있는 주파수가 상승할 수 있는 상태에서의 터보 기계의 작동은 기본적으로 2가지 보호 조치에 의해 방지된다. 첫번째로, 허용 가능한 작동 속도는 이미 터보 기계의 설계시에 감소되었다. 터보 기계에 대한 소정 출력 및 요건에 있어서, 이러한 조치는 최적 회전 속도 미만으로 설계된 압축기 또는 팽창기 단도 최적 설계에 비해 효율성이 감소된 대형 터보 기계의 구성을 초래한다. 두번째로, 추가의 축방향 베어링 디스크를 생략할 수 있다. 이러한 방식으로, 로터 샤프트의 질량을 저감할 수 있는데, 그 이유는 로터 샤프트가 추가의 축방향 베어링 디스크를 위한 샤프트 세그먼트의 길이만큼 단축될 수 있기 때문이며, 이로 인해 로터 샤프트의 굴곡 한계 고유 주파수가 증가한다. 축방향 지지 디스크가 생략되는 경우, 축방향 자기 베어링 절반부는 훨씬 작은 샤프트 견부 또는 로터 샤프트 상으로 수축되는 회전 멀티디스크 조립체 상에 맞물리지만, 이것은 바람직하지 않은 축방향 지지력의 감소를 초래한다.
이러한 기술적인 배경의 견지에서, 본 발명의 목적은 전술한 특징을 지니고, 로터의 굴곡 한계 고유 주파수와, 이에 따라 터보 기계의 작동 속도가 증가하게 되도록 로터 샤프트가 짧고 로터의 질량이 작으며, 원심 임펠러의 높은 정기적인 정압 및 동압과 축방향 추력을 흡수하도록 적절한 치수를 지닌 축방향 자기 베어링도 구비하는 터보 기계를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대상과 해결책은 청구항 1에 따른 터보 기계이다. 본 발명에 따른 터보 기계의 기본적인 구성은 하우징과, 전기 장치, 그리고 하우징 내에 지지되는 로터 샤프트를 포함한다. 로터 샤프트 상에 전기 장치의 로터가 설치된다. 원심 임펠러가 로터 샤프트의 적어도 일단부 상에 일면 지지되어 설치된다. 로터 샤프트의 축방향 지지를 위해서, 원심 임펠러의 내면에 작용하는 축방향 자기 베어링 절반부가 하우징의 임펠러측 단부벽에서 로터 샤프트의 적어도 일단부 상에 설치된다.
자기 베어링은 오일 윤활 시스템 없이 기능하며, 거의 마모되지 않는 것으로 확인되었다. 자기 베어링은 또한 작동의 원활성의 레벨이 높고 손실이 매우 낮은 최대 회전 속도를 허용하여, 전체적으로 경제적으로 양호하고 기밀하게 시일된 작동을 보장한다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 터보 기계용 로터 샤프트는 바람직하게는 자기 베어링 상에서 반경 방향으로도 지지된다.
본 발명의 바람직한 일구성에서, 원심 임펠러는 로터 샤프트의 양단부 상에 일면 지지되어 설치된다. 추가적으로, 이와 마찬가지로 로터 샤프트의 축방향 지지를 위해 로터 샤프트의 양단부에는 자기 베어링 절반부가 장착되는데, 이 자기 베어링 절반부는 하우징의 임펠러측 양단부벽 상에 배치된다. 자기 베어링 절반부 각각은 이 절반부와 결합되는 원심 임펠러의 환형 내면에 작용한다. 따라서, 원심 임펠러의 내면은 2개의 축방향 자기 베어링 절반부 각각을 위한 적절한 크기의 환형 디스크면으로서 채용되며, 축방향 자기 베어링 절반부를 위한 베어링 디스크로서 기능한다. 이러한 본 발명의 바람직한 구성에 의해, 높은 정압 및 동압, 그리고 원심 임펠러에 인가되는 축방향 펄스 추력이 충분한 정적 및 동적 축방향 지지력에 의해 상쇄된다.
로터 샤프트를 위한 반경 방향 및 축방향 자기 베어링은 바람직하게는 그때그때 작용하는 각각의 지지력을 변경할 수 있는 제어 시스템을 구비하는 활성 자기 베어링이다. 로터 샤프트의 위치는 무접촉 센서의 사용에 의해 측정될 수 있기 때문에, 터보 기계가 작동하는 동안에 로터 샤프트 베어링을 정밀 제어하는 것이 가능하다. 활성 자기 베어링을 보호하기 위해, 이러한 구성의 터보 기계에서는 반경 방향 자기 베어링을 위한 베어링 저널과 원심 임펠러 사이의 영역에서 로터 샤프트 상에 반경 방향 백업 베어링이 마련된다. 이러한 반경 방향 백업 베어링은 통상 슬라이드 베어링으로서, 또는 바람직하게는 롤러 베어링, 예컨대 볼 베어링으로서 구성된다. 추가적으로, 로터 샤프트의 시일을 위해 샤프트 시일의 회전 구성품이 백업 베어링과 원심 베어링 사이에 마련된다.
로터 샤프트의 축방향 지지를 위해, 본 발명의 특히 바람직한 일구성에서는 자기 베어링 절반부가 백업 베어링과 샤프트 시일의 회전 구성품을 위한 샤프트 삽입부 영역에 마련된다. 이러한 구성의 해결책은 공지의 터보 기계에 비해 축방향 공간 요건을 저감하고, 샤프트 돌출부의 추가의 연장을 방지한다. 본 발명의 이러한 구성에서, 반경 방향 자기 베어링과 원심 임펠러 사이에 매달려 있는 샤프트는 샤프트 시일과 백업 베어링이 로터 샤프트 상에서 로터 샤프트의 축방향으로 충분한 공간을 갖도록 치수가 정해진다.
본 발명의 다른 바람직한 구성에서, 터보 기계는 반경 방향 구성의 2단 압축기를 구비한다. 이러한 구성에서, 전기 장치는 전기 모터이다. 추가적으로, 터보 기계는 또한 구심성 구성의 2단 팽창 터빈으로서 구성되며, 이에 대응하여 전기 모터는 발전기로서 작동한다. 본 발명은 또한 압축단과 팽창단을 갖는 터보 기계를 포함한다. 이러한 구성에서, 전기 장치는 한편으로는 압축단을 위해 필요한 구동 출력이 팽창단에 의해 전달되는 샤프트 출력보다 클 때 전기 모터로서 작동될 수 있다. 다른 한편으로, 전기 장치는 또한 팽창단에 의해 전달되는 샤프트 출력이 압축단을 위해 필요한 구동 출력보다 클 때 발전기로서 작동될 수 있다. 압축단과 팽창단에 대한 특정 작동 조건에 따라, 전기 장치는 전기 모터 또는 발전기로서 작동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 로터의 굴곡 한계 고유 주파수와, 이에 따라 터보 기계의 작동 속도가 증가하게 되도록 로터 샤프트가 짧고 로터의 질량이 작으며, 원심 임 펠러의 높은 정기적인 정압 및 동압과 축방향 추력을 흡수하도록 적절한 치수를 지닌 축방향 자기 베어링도 구비하는 터보 기계를 제공하는 것이다.
이하에서는, 단지 하나의 예시적인 실시예를 도시하고 있는 하나의 도면을 참고하여 본 발명을 설명한다. 단일 도면에는 본 발명에 따른 터보 기계의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다.
도면에 도시되어 있는 터보 기계(1)의 기본적인 구성은 하우징(2)과, 전기 장치(3)와, 하우징(2) 내에 지지되는 로터 샤프트(4)와, 로터 샤프트(4) 상에 설치되는 전기 장치(3)의 로터, 그리고 로터 샤프트(4)의 적어도 일단부 상에 일면 지지되어 설치되는 원심 임펠러(5)를 포함한다. 추가적으로, 하우징(2)의 임펠러측 단부벽에 대해 로터 샤프트(4)를 축방향으로 지지하기 위해 로터 샤프트(4)의 적어도 일단부에 자기 베어링 절반부(6)가 마련된다. 이러한 자기 베어링 절반부(6)는 원심 임펠러(5)의 내면(7)에 작용한다.
도면에 도시한 본 발명에 따른 터보 기계(1)의 바람직한 구성은 또한 로터 샤프트(4)의 타단부에 일면 지지되어 설치되는 원심 임펠러(8)를 포함한다. 로터 샤프트(4)의 제2 단부는 또한 자기 베어링 절반부(9) 상에서 축방향으로 지지되며, 이 자기 베어링 절반부는 이 절반부와 결합된 원심 임펠러(8)의 내면(10)에 작용한다. 추가적으로, 도시한 터보 기계(1)의 로터 샤프트(4)는 이와 유사하게 자기 베어링(11, 12) 상에서 반경 방향으로 지지된다. 터보 기계(1)의 본 실시예에서, 반경 방향 자기 베어링(11, 12)과 축방향 자기 베어링 절반부(6, 9)는 활성 자기 베 어링이며, 그때그때 자기 베어링 상에 작용하는 지지력을 제어할 수 있는 제어 시스템(도 1에 도시되어 있지 않음)을 구비한다. 센서가 로터 샤프트(4)의 위치를 연속적으로 감지하여, 로터 샤프트 베어링이 정밀 조정되게 하는데, 이 센서도 도시되어 있지 않다. 백업 베어링(13, 14)이 반경 방향 임펠러(5, 8)와 반경 방향 자기 베어링(11, 12) 사이에 마련되어 활성 자기 베어링을 보호한다. 이러한 백업 베어링(13, 14)은 유리하게는 롤러 베어링으로서 구성된다. 롤러 베어링은 금속재 또는 세라믹재로 형성된 볼을 구비하는 볼 베어링으로서 구성될 수 있다. 축방향 자기 베어링 절반부(6, 9)는 하우징(2)의 임펠러측 단부벽 상에 설치된다. 백업 베어링(13, 14)을 위한 샤프트 셋백(setback)(15, 16)과 샤프트 시일(17, 18) 영역에서 설치가 이루어진다. 반경 방향 자기 베어링과 반경 방향 임펠러 사이의 샤프트 셋백(15 또는 16)은 각 경우에 샤프트 시일과 백업 베어링이 단지 충분한 공간만을 갖도록 치수가 정해진다.
도시되어 있는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 터보 기계(1)는 반경 방향 구성의 2단 압축기일 수 있다. 도시한 구성에서 전기 장치(3)는 전기 모터일 수 있다. 도시한 터보 기계(1)는 또한 구심성 구성의 2단 팽창 터빈으로 구성될 수 있으며, 이에 대응하여 전기 모터(3)는 발전기로서 작동된다.
도시되어 있는 본 발명에 따른 터보 기계(1)의 실시예는 또한 팽창 터빈 단과 압축 터빈 단을 구비할 수 있다. 이러한 구성에서, 전기 장치(3)는 한편으로는 압축단을 위해 필요한 구동 출력이 팽창단에 의해 전달되는 샤프트 출력보다 큰 경우에 전기 모터로서 작동될 수 있다. 다른 한편으로는, 전기 장치(3)는 또한 팽창 단에 의해 전달되는 샤프트 출력이 압축단을 위해 필요한 구동 출력보다 큰 경우에 발전기로서 작동될 수 있다. 단일 도면에 도시한 본 발명의 바람직한 실시예의 경우에는 압축단과 팽창단에 있어서의 특정 작동 조건에 따라, 전기 장치(3)가 전기 모터 또는 발전기로서 작동될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터보 기계의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 터보 기계
2 : 하우징
3 : 전기 장치
4 : 로터 샤프트
5, 8 : 원심 임펠러
6, 9 : 축방향 자기 베어링 절반부
11, 12 : 반경 방향 자기 베어링

Claims (6)

  1. 하우징(2)과, 전기 장치(3), 상기 하우징(2)에 지지되는 로터 샤프트(4)를 포함하는 터보 기계(1)로서, 상기 전기 장치(3)의 로터는 로터 샤프트(4) 상에 설치되고, 로터 샤프트(4)의 적어도 일단부 상에 원심 임펠러(5)가 일면 지지되어 설치되는 것인 터보 기계에 있어서,
    로터 샤프트(4)의 축방향 지지에 있어서, 원심 임펠러(5)의 내면(7)에 작용하는 자기 베어링 절반부(6)가 하우징(2)의 임펠러측 단부벽 상에 설치되는 것인 터보 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로터 샤프트(4)는 자기 베어링(11, 12)에 의해 반경 방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 원심 임펠러(5, 8)는 로터 샤프트(4)의 단부 상에 일면 지지되어 설치되고, 로터 샤프트(4)의 축방향 지지에 있어서 관련 원심 임펠러(5, 8)의 내면(7, 10)에 작용하는 각각의 자기 베어링 절반부(6, 9)가 하우징(2)의 임펠러측 양단부벽 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  4. 제3항에 있어서, 반경 방향 자기 베어링 절반부(6, 9)와 축방향 자기 베어링(11, 12)은 활성 자기 베어링이고, 상기 터보 기계(1)는 자기 베어링(6, 9, 11, 12)을 보호하는 백업 베어링(13, 14)을 구비하며, 샤프트 시일(17, 18)을 구비하고, 상기 백업 베어링(13, 14)과 샤프트 시일(17, 18)은 반경 방향 자기 베어링(11, 12)과 원심 임펠러(5, 8) 사이의 각각의 샤프트 세그먼트에서 로터 샤프트(4)의 단부에 마련되는 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터보 기계(1)는 2단 압축기와 2단 팽창기 중 어느 하나이며, 상기 전기 장치(3)는 전기 모터와 발전기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 터보 기계.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터보 기계(1)는 압축기 단과 팽창기 단을 구비하며, 상기 전기 장치(3)는 압축기 단과 팽창기 단에 대한 작동 조건에 따라 전기 모터 또는 발전기로서 작동 가능한 것을 특징으로 하는 터보 기계.
KR1020080066438A 2007-07-14 2008-07-09 터보 기계 KR100999015B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007032933.6 2007-07-14
DE102007032933.6A DE102007032933B4 (de) 2007-07-14 2007-07-14 Turbomaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090007526A true KR20090007526A (ko) 2009-01-19
KR100999015B1 KR100999015B1 (ko) 2010-12-09

Family

ID=39884610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080066438A KR100999015B1 (ko) 2007-07-14 2008-07-09 터보 기계

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7964982B2 (ko)
EP (1) EP2017435A3 (ko)
JP (1) JP5128397B2 (ko)
KR (1) KR100999015B1 (ko)
CN (1) CN101344036B (ko)
DE (1) DE102007032933B4 (ko)
RU (1) RU2386048C2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101403195B1 (ko) * 2012-12-27 2014-06-02 주식회사 포스코 터빈장치 및 이를 포함하는 폐열회수 발전시스템

Families Citing this family (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8075668B2 (en) 2005-03-29 2011-12-13 Dresser-Rand Company Drainage system for compressor separators
US8434998B2 (en) 2006-09-19 2013-05-07 Dresser-Rand Company Rotary separator drum seal
WO2008036394A2 (en) 2006-09-21 2008-03-27 Dresser-Rand Company Separator drum and compressor impeller assembly
BRPI0717571B1 (pt) 2006-09-25 2018-11-27 Dresser Rand Co carretel de conexão para conectar um invólucro do compressor com um invólucro do acionador de um sistema de compressão industrial
WO2008039734A2 (en) 2006-09-25 2008-04-03 Dresser-Rand Company Coupling guard system
EP2066983B1 (en) 2006-09-25 2013-12-11 Dresser-Rand Company Compressor mounting system
EP2066949B1 (en) 2006-09-25 2013-08-28 Dresser-Rand Company Axially moveable spool connector
BRPI0718451A2 (pt) 2006-09-25 2013-11-26 Dresser Rand Co Defletor de fluido para dispositivos separadores de fluido
EP2066422B1 (en) 2006-09-26 2012-06-27 Dresser-Rand Company Improved static fluid separator device
DE102007032933B4 (de) * 2007-07-14 2015-02-19 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine
WO2009111616A2 (en) 2008-03-05 2009-09-11 Dresser-Rand Company Compressor assembly including separator and ejector pump
DE102008031994B4 (de) 2008-04-29 2011-07-07 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 Fluidenergiemaschine
US8062400B2 (en) 2008-06-25 2011-11-22 Dresser-Rand Company Dual body drum for rotary separators
US8079805B2 (en) 2008-06-25 2011-12-20 Dresser-Rand Company Rotary separator and shaft coupler for compressors
US7922218B2 (en) 2008-06-25 2011-04-12 Dresser-Rand Company Shear ring casing coupler device
US8210804B2 (en) 2009-03-20 2012-07-03 Dresser-Rand Company Slidable cover for casing access port
US8087901B2 (en) 2009-03-20 2012-01-03 Dresser-Rand Company Fluid channeling device for back-to-back compressors
US8061972B2 (en) 2009-03-24 2011-11-22 Dresser-Rand Company High pressure casing access cover
US8177476B2 (en) * 2009-03-25 2012-05-15 General Electric Company Method and apparatus for clearance control
EP2478229B1 (en) 2009-09-15 2020-02-26 Dresser-Rand Company Improved density-based compact separator
BR112012020085B1 (pt) 2010-02-10 2020-12-01 Dresser-Rand Company aparelho de coleta para um separador e método de separação
JP2011196327A (ja) 2010-03-23 2011-10-06 Ihi Corp ターボ圧縮機、ターボ冷凍機及びターボ圧縮機の製造方法
US8663483B2 (en) 2010-07-15 2014-03-04 Dresser-Rand Company Radial vane pack for rotary separators
US8673159B2 (en) 2010-07-15 2014-03-18 Dresser-Rand Company Enhanced in-line rotary separator
US8657935B2 (en) 2010-07-20 2014-02-25 Dresser-Rand Company Combination of expansion and cooling to enhance separation
WO2012012143A2 (en) 2010-07-21 2012-01-26 Dresser-Rand Company Multiple modular in-line rotary separator bundle
WO2012033632A1 (en) 2010-09-09 2012-03-15 Dresser-Rand Company Flush-enabled controlled flow drain
US9093871B2 (en) * 2010-12-21 2015-07-28 Calnetix Technologies, L.L.C. Bidirectional pumping and energy recovery system
ITCO20100067A1 (it) * 2010-12-23 2012-06-24 Nuovo Pignone Spa Connessione elettrica per turbomacchina e metodo
US8994237B2 (en) 2010-12-30 2015-03-31 Dresser-Rand Company Method for on-line detection of liquid and potential for the occurrence of resistance to ground faults in active magnetic bearing systems
WO2013109235A2 (en) 2010-12-30 2013-07-25 Dresser-Rand Company Method for on-line detection of resistance-to-ground faults in active magnetic bearing systems
IT1404158B1 (it) * 2010-12-30 2013-11-15 Nuova Pignone S R L Condotto per turbomacchina e metodo
DE102011001530A1 (de) * 2011-03-24 2012-09-27 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine
US9551349B2 (en) 2011-04-08 2017-01-24 Dresser-Rand Company Circulating dielectric oil cooling system for canned bearings and canned electronics
DE102011075768A1 (de) * 2011-05-12 2012-11-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Fanglager
US8876389B2 (en) 2011-05-27 2014-11-04 Dresser-Rand Company Segmented coast-down bearing for magnetic bearing systems
US8851756B2 (en) 2011-06-29 2014-10-07 Dresser-Rand Company Whirl inhibiting coast-down bearing for magnetic bearing systems
DE102011051885A1 (de) * 2011-07-15 2013-01-17 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine
DE102012210803A1 (de) * 2012-06-26 2014-01-02 Energy Intelligence Lab Gmbh Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mittels eines ORC-Kreislaufs
US9083212B2 (en) * 2012-09-11 2015-07-14 Concepts Eti, Inc. Overhung turbine and generator system with turbine cartridge
KR102113100B1 (ko) * 2012-09-11 2020-06-02 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 오버행 터빈 및 자기 베어링을 가진 발전기 시스템
CN102828973B (zh) * 2012-09-20 2015-06-10 湖南大学 永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机
EP2749780A1 (en) * 2012-12-26 2014-07-02 Skf Magnetic Mechatronics Hybrid magnetic suspension of a rotor
EP2784326B1 (en) * 2013-03-25 2020-05-06 Skf Magnetic Mechatronics Compact turbomachine with magnetic bearings and auxiliary bearings
JP2014206064A (ja) * 2013-04-11 2014-10-30 日本電産株式会社 ファン
EP2808551B1 (en) * 2013-05-30 2020-01-08 Nuovo Pignone S.r.l. Rotating machine with at least one active magnetic bearing and auxiliary rolling bearings
JP6090926B2 (ja) * 2013-05-30 2017-03-08 三菱重工業株式会社 ターボ圧縮機およびそれを用いたターボ冷凍機
CN103615842B (zh) * 2013-10-29 2016-05-11 广州市盈夏制冷技术有限公司 一种节能整体压缩机装置
US10208759B2 (en) * 2014-03-25 2019-02-19 Skf Magnetic Mechatronics Compact turbomachine with magnetic bearings and auxiliary bearings
RU2549002C1 (ru) * 2014-04-29 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Турбокомпрессор с газомагнитными подшипниками
US10077674B2 (en) * 2015-06-23 2018-09-18 General Electric Company Trunnion retention for a turbine engine
DE102016203423A1 (de) * 2016-03-02 2017-09-07 Dürr Systems Ag Gasturbinensystem
US20180106263A1 (en) * 2016-10-14 2018-04-19 Borgwarner Inc. Single piece bearing housing with turbine end plate
CN109996966A (zh) 2016-12-14 2019-07-09 开利公司 两级离心压缩机
WO2019014244A1 (en) 2017-07-12 2019-01-17 Johnson Controls Technology Company AUXILIARY SELF-CENTERING BEARINGS IN MAGNETIC BEARING CARTRIDGE
FR3069738B1 (fr) * 2017-07-31 2019-08-16 Safran Electrical & Power Turbomachine a moteur de demarrage a ventilation reversible, procede de refroidissement associe
GB201718068D0 (en) 2017-11-01 2017-12-13 Rolls Royce Plc Resonance vibration control method and system
EP3683464B1 (en) * 2019-01-21 2022-03-02 Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. Active magnetic bearing apparatus
JP7103263B2 (ja) * 2019-02-20 2022-07-20 株式会社豊田自動織機 ターボ式流体機械
CN110094352B (zh) * 2019-06-19 2023-08-29 湖南联诚轨道装备有限公司 一种高速风机轴系结构及其组装方法
JP6978703B2 (ja) * 2020-03-31 2021-12-08 ダイキン工業株式会社 遠心型圧縮機
CN112196820A (zh) * 2020-10-10 2021-01-08 中国矿业大学(北京) 矿用磁悬浮局部通风机
DE102020132249B4 (de) 2020-12-04 2023-01-26 Edc Electronic Design Chemnitz Gmbh Turboverdichter
CN115492854A (zh) * 2021-06-18 2022-12-20 开利公司 磁悬浮轴承装置、压缩机以及保护轴承间隙调节方法
CN113339286A (zh) * 2021-06-28 2021-09-03 鑫磊压缩机股份有限公司 一种采用磁悬浮外转子的轴流风机
CN113904499A (zh) * 2021-10-18 2022-01-07 江苏讯智捷能源环保有限公司 一种新型磁悬浮余热涡轮发电机
CN116480619A (zh) * 2022-01-17 2023-07-25 开利公司 用于磁悬浮离心压缩机的密封系统及磁悬浮离心压缩机
CN117748818B (zh) * 2024-02-21 2024-05-14 中国人民解放军海军工程大学 一种两悬浮支点三保护支点多级叶轮式磁浮泵组拓扑结构

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0263110B1 (de) * 1985-06-29 1989-10-04 GRIEPENTROG, Hartmut Maschine mit magnetgelagertem rotor und elektrischer radialfeldmaschine
DE3715216A1 (de) * 1987-05-07 1988-11-17 Doll Robert Tauchpumpe, insbesondere fuer tiefsiedende fluessigkeiten
JPS63277443A (ja) * 1987-05-07 1988-11-15 Fuji Electric Co Ltd 配管内蔵形発電装置
DE3729486C1 (de) * 1987-09-03 1988-12-15 Gutehoffnungshuette Man Kompressoreinheit
DE3740295A1 (de) * 1987-11-27 1989-06-08 Asea Brown Boveri Axiales magnetlager
CN1056931A (zh) * 1990-05-31 1991-12-11 清华大学 一种磁悬浮式流量测量用涡轮变送器
US5083040A (en) * 1990-06-07 1992-01-21 General Electric Company Integrated turbine generator
US5263816A (en) * 1991-09-03 1993-11-23 General Motors Corporation Turbomachine with active tip clearance control
US5248239A (en) * 1992-03-19 1993-09-28 Acd, Inc. Thrust control system for fluid handling rotary apparatus
JPH0767253B2 (ja) * 1992-04-06 1995-07-19 動力炉・核燃料開発事業団 タービン発電機
GB2268984B (en) * 1992-07-23 1996-04-03 Glacier Metal Co Ltd Magnetic bearing back-up
DE9215695U1 (de) * 1992-11-18 1993-10-14 Anton Piller GmbH & Co KG, 37520 Osterode Erdgas-Expansionsanlage
DE9215696U1 (de) * 1992-11-18 1994-03-17 Anton Piller GmbH & Co KG, 37520 Osterode Stromgewinnungsanlage
US5547350A (en) * 1994-12-15 1996-08-20 Dresser-Rand Company Modular shaftless compressor
WO1997013986A1 (de) * 1995-10-06 1997-04-17 Sulzer Turbo Ag Rotodynamische maschine zur förderung eines fluides
US5906098A (en) * 1996-07-16 1999-05-25 Turbodyne Systems, Inc. Motor-generator assisted turbocharging systems for use with internal combustion engines and control method therefor
DE19727550C2 (de) * 1996-08-21 2002-05-08 Canders Wolf R Magnetische Lagerung eines Rotors in einem Stator
FR2787527B1 (fr) * 1998-12-22 2001-03-09 Jeumont Ind Dispositif motorise a circulation centrifuge de fluide, tel qu'une motopompe ou un motocompresseur
EP1074746B1 (de) * 1999-07-16 2005-05-18 Man Turbo Ag Turboverdichter
DE10005246C1 (de) * 2000-02-05 2001-10-18 Daimler Chrysler Ag Abgasturbolader
JP2001263291A (ja) * 2000-03-15 2001-09-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速モータ駆動圧縮機の回転支持構造
DE10032984A1 (de) * 2000-07-06 2002-01-17 Becker Kg Gebr Kreiselverdichter
NL1018212C2 (nl) * 2001-06-05 2002-12-10 Siemens Demag Delaval Turbomac Compressoreenheid omvattende een centrifugaalcompressor en een elektromotor.
DE10138056A1 (de) * 2001-08-03 2003-02-13 Atlas Copco Energas Turbomaschine
US6608418B2 (en) * 2001-08-24 2003-08-19 Smiths Aerospace, Inc. Permanent magnet turbo-generator having magnetic bearings
DE50213007D1 (de) * 2002-08-20 2008-12-24 Borgwarner Inc Abgasturbolader
JP4502667B2 (ja) * 2004-03-04 2010-07-14 エドワーズ株式会社 磁気軸受装置及び該磁気軸受装置を搭載したターボ分子ポンプ
DE102004023148A1 (de) * 2004-05-07 2005-11-24 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine für Tieftemperaturanwendungen
JP2007097314A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Ntn Corp 熱発電システム
EP1905948B1 (en) * 2006-09-12 2012-10-24 Cryostar SAS Power recovery machine
US7638892B2 (en) * 2007-04-16 2009-12-29 Calnetix, Inc. Generating energy from fluid expansion
DE102007032933B4 (de) * 2007-07-14 2015-02-19 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101403195B1 (ko) * 2012-12-27 2014-06-02 주식회사 포스코 터빈장치 및 이를 포함하는 폐열회수 발전시스템
WO2014104659A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 주식회사 포스코 터빈장치 및 이를 포함하는 폐열회수 발전시스템

Also Published As

Publication number Publication date
EP2017435A2 (de) 2009-01-21
RU2008128375A (ru) 2010-01-20
KR100999015B1 (ko) 2010-12-09
RU2386048C2 (ru) 2010-04-10
CN101344036B (zh) 2013-04-24
US20090015012A1 (en) 2009-01-15
DE102007032933B4 (de) 2015-02-19
DE102007032933A1 (de) 2009-01-22
JP2009019632A (ja) 2009-01-29
US7964982B2 (en) 2011-06-21
EP2017435A3 (de) 2013-05-22
CN101344036A (zh) 2009-01-14
JP5128397B2 (ja) 2013-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100999015B1 (ko) 터보 기계
JP5021365B2 (ja) 間隔可変のパッキンリング片組立体及びタービンダイヤフラム
KR101746147B1 (ko) 원심 압축기
Habermann et al. An active magnetic bearing system
CN104334887B (zh) 压缩机止推轴承喘振保护
US20110210556A1 (en) Thrust Balancing Device For Cryogenic Fluid Machinery
JP2008232289A (ja) 軸受装置及び軸受装置を備えた回転駆動装置
CN110249145B (zh) 用于轴慢滚动控制的推力主动磁轴承
JP6792086B2 (ja) ターボコンプレッサ、及び、ターボコンプレッサの動作方法
US8882446B2 (en) Bearing system for rotor in rotating machines
JP2008215107A (ja) 圧縮機
EP3358146B1 (en) Turbomachine and method of operating a turbomachine
JP2019158033A (ja) スラスト磁気軸受機構及びそれを用いた回転機械
KR100723040B1 (ko) 고속 회전체용 베어링 조립체
CN209838754U (zh) 一种具有气体轴承的压缩机
JP4706523B2 (ja) 燃料電池用圧縮機
CN216111446U (zh) 一种可调节叶顶间隙的鼓风机
WO2014168488A1 (en) Subsea turbomachine assembly with magnetic lift and magnetic coupling
JP2007127006A (ja) ２軸式ガスタービン，２軸式ガスタービンの運用方法，２軸式ガスタービンの制御方法、及び２軸式ガスタービンの軸受冷却方法。
CN113847274A (zh) 一种可调节叶顶间隙的鼓风机
JP2007162491A (ja) 圧縮膨張タービンシステム
JP3485351B2 (ja) 軸流流体電気機械
KR20190023818A (ko) 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템
RU143279U1 (ru) Газотурбинный двигатель
US20230228275A1 (en) Sealing system for magnetic levitating centrifugal compressor and magnetic levitating centrifugal compressor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131126

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141125

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151120

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161118

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171124

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181126

Year of fee payment: 9