KR20140008523A - 밀봉형 스테이터용 탄성 콘, 대응 모터 및 제조 방법 - Google Patents

밀봉형 스테이터용 탄성 콘, 대응 모터 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

모터(40)는, 공동을 갖는 케이싱(42)과, 공동의 내부에 부착되도록 구성된 스테이터(48)와, 케이싱(42)의 제 1 단부에 부착되도록 구성된 탄성 콘(62)과, 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱(42)의 제 2 단부에 부착되도록 구성된 강성 콘(60)과, 탄성 콘(62) 및 강성 콘(60)에 부착되도록 구성된 비금속성 부품(56)과, 공동 내부에 제공되며 스테이터(48) 내부에서 회전하도록 구성된 로터(52)를 포함한다. 케이싱(42), 탄성 콘(62), 강성 콘(60) 및 비금속성 부품(56)은 밀봉 포위체를 형성하고, 밀봉 포위체 내부에는 스테이터(48) 전체가 포위되며, 밀봉 포위체는 스테이터(48)를 냉각하는 냉각 유체를 수용하도록 그리고 로터(52)에 도달하는 냉각 유체를 차단하도록 구성된다.

Description

밀봉형 스테이터용 탄성 콘, 대응 모터 및 제조 방법{ELASTIC CONE FOR HERMETRICALLY SEALED STATOR, CORRESPONDING MOTOR AND MANUFACTURING METHOD}
본 명세서에 개시된 발명의 실시예는 개략적으로 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 포위체(enclosure)가 열응력에 노출될 때 포위체의 완전성을 유지하면서 포위체를 밀봉하기 위한 메커니즘 및 기술에 관한 것이다.
지난 수년 동안, 화석 연료의 가격 상승에 따라, 화석 연료의 처리에 관련된 여러가지 측면에서의 관심이 증가되어 왔다. 또한, 오일 및 가스 기반 생성물의 보다 나은 제조 및 분배를 촉진하기 위해 보다 효율적이면서 신뢰성이 높은 모터, 기계, 터빈, 압축기 등을 제조하는 것에 대한 관심이 증가되었다.
그러한 분야 중 하나는 개략적으로 유체 이송 시스템에 관련되며, 보다 구체적으로는 파이프라인을 통해 유체를 이동시키는 전기 기계에 관련된다. 예컨대, 유체는 육상 또는 해상의 위치로부터 다음 차례의 이용을 위해 처리 플랜트로 이송된다. 상이한 위치들 사이에서 이송될 필요가 있는 다양한 유형의 유체가 존재한다. 그러한 유체 중 하나는 고도의 부식성 가스일 수도 있다. 다른 응용예에서는, 탄화수소 처리 산업 및 화학 산업 분야에서, 그리고 최종 수요자로의 분배를 촉진하기 위해 유체 이송이 사용된다. 적어도 일부의 유체 이송 스테이션들은 가스 터빈에 의해 구동되는 압축기, 팬(fan) 및/또는 펌프의 기계류를 사용한다. 이들 터빈 중 일부는 가스 터빈 출력 구동 샤프트 속도를 사전결정된 장치 구동 샤프트 속도로 증가 또는 감소시키는 기어박스(gearbox)를 거쳐서 관련 유체 이송 시스템을 구동한다. 작동 유연성(operational flexibility)(예컨대 가변 속도), 유지보수성, 낮은 자본 비용과 낮은 작동 비용, 보다 나은 효율, 및 환경 적합성의 측면에서, 전기 기계(즉, 전동형 구동 모터 또는 전기 구동 장치)가 기계적인 구동 장치(즉, 가스 터빈)보다 이로울 수도 있다.
또한, 전기 구동 장치는 대체로 구성에 있어서 기계적인 구동 장치보다 단순하고, 보다 작은 설치 면적을 필요로 하며, 유체 이송 장치와 통합하기가 더 수월할 수도 있고, 기어박스를 필요로 하지 않을 수도 있으며, 및/또는 기계적인 구동 장치보다 더 신뢰성이 높을 수도 있다. 그러나, 전기 구동 장치를 사용하는 시스템은 예컨대 스테이터 내에서, 구동 구성요소를 통해 열을 발생하므로, 열의 제거를 촉진하는 보조 시스템을 필요로 할 수도 있다. 예컨대, 몇몇 전기 구동 장치는 1차 열전달 매체로서 이송되는 유체를 사용하며, 그 유체를 스테이터를 통해 그리고 스테이터 주위로 흘려보낸다. 그러나, 몇몇 경우에, 이송 중인 유체는 스테이터의 구성요소의 효율에 악영향을 미칠 수도 있는 악성의 성분 또는 불순물을 함유할 수도 있다. 예컨대, 산성 유체가 이송되고 있는 경우, 스테이터의 구리 부품에 악영향을 미친다.
이러한 이유로 인해, 종래의 전기 기계는, 카민스키(Kaminski) 등(미국 특허 제 7,508,101 호로서, 본 명세서에 전체 내용이 참조로서 통합되어 있음) 및 카민스키 등(미국 특허 제 7,579,724 호로서, 본 명세서에 전체 내용이 참조로서 통합되어 있음)에 개시된 바와 같이, 스테이터를 로터로부터 격리하는 포위체 내부에 전기 기계의 스테이터를 배치할 수도 있다. 구리 또는 다른 부품에 손상을 가하지 않는 오일 환경 내에 스테이터를 유지하도록, 그리고 또한 이송되는 유체가 오직 로터에만 접촉하는 반면에 스테이터로부터 열을 제거하도록, 포위체 내부에 오일이 제공될 수도 있다. 포위체는, 관련 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 금속으로 제조된 벽체의 일부, 및 비금속 재료로 제조된, 스테이터와 로터 사이의 하나의 벽체를 구비한다.
종래의 전기 기계의 문제점은 기계의 작동 동안 비금속성 벽체에 가해지는 열응력/열변형이다. 금속 벽체와 비금속성 벽체 사이의 열응력/열변형이 큰 경우, 비금속성 부품은 깨질 수도 있으며, 이는 포위체로부터 오일이 누출되어 기계에 손상을 가하는 결과를 초래한다. 열응력/열변형은 기계가 작동 중이며 기계의 온도가 주위 온도(대략 20℃일 수 있음)로부터 작동 온도(80℃ 내지 150℃ 내일 수 있음)로 증가하는 경우에 발생된다. 열응력에 기여하는 다른 인자는, 금속이 비금속성 부품보다 대체로 3배 더 큰 열팽창 계수를 갖는 것으로 알려진 바와 같은, 금속 벽체와 비금속성 벽체의 열팽창 계수의 차이이다. 따라서, 작동 동안, 금속 벽체는 비금속성 벽체보다 더 팽창하며, 이는 금속 벽체에 인가되는 응력/변형으로 인한 비금속성 벽체의 파괴를 초래할 수도 있다.
따라서, 포위체의 비금속성 벽체의 변형을 방지하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 요구될 수도 있다.
일 예시적 실시예에 따르면, 공동을 갖는 케이싱; 공동의 내부에 부착되도록 구성된 스테이터; 케이싱의 제 1 단부에 부착되도록 구성된 탄성 콘(cone); 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱의 제 2 단부에 부착되도록 구성된 강성 콘; 탄성 콘 및 강성 콘에 부착되도록 구성된 비금속성 부품; 및 공동 내부에 제공되며 스테이터 내부에서 회전하도록 구성된 로터를 포함하는 모터가 존재한다. 케이싱, 탄성 콘, 강성 콘 및 비금속성 부품이 밀봉 포위체를 형성하고, 밀봉 포위체 내부에는 스테이터 전체가 포위되며, 밀봉 포위체는 스테이터를 냉각하는 냉각 유체를 수용하도록 그리고 로터에 도달하는 냉각 유체를 차단하도록 구성된다.
다른 예시적 실시예에 따르면, 모터의 케이싱에 부착되는 탄성 콘이 존재한다. 이 탄성 콘은, 광폭 단부로부터 협폭 단부로 연장되는 만곡체; 탄성 콘을 모터의 케이싱에 부착하기 위한 볼트를 수용하도록 구성된, 광폭 단부 내의 하나 이상의 구멍; 및 협폭 단부 내에 제공되며, 모터의 스테이터를 모터의 로터로부터 격리하는 비금속성 벽체의 단부를 수용하도록 구성된 수용부를 포함한다. 수용부는 탄성 콘과 비금속성 벽체 사이의 계면을 밀봉하는 금속 시일을 수용하도록 구성된 트렌치(trench)를 갖는다.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 모터 내부에 밀봉 포위체를 제공하는 방법이 존재한다. 이 방법은, 모터의 케이싱에 스테이터를 부착하는 단계; 케이싱의 제 1 단부에 강성 콘을 부착하는 단계; 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱의 제 2 단부에 탄성 콘을 부착함으로써, 스테이터가 케이싱, 강성 콘 및 탄성 콘에 의해 포위되도록 하는 단계; 강성 콘 및 탄성 콘에 비금속성 벽체를 연결하여 밀봉 포위체를 형성함으로써, 스테이터가 포위체 내부에 위치하도록 하는 단계; 및 스테이터 내부에 로터를 제공하며 비금속성 벽체를 통해 스테이터와 대면시키는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 유체를 이송하기 위한 시스템이 존재한다. 이 시스템은, 유체의 압력을 증가시키도록 구성된 압축기와, 이 압축기에 연결되며, 압축기를 구동하도록 구성된 모터를 포함한다. 모터는, 공동을 갖는 케이싱과, 공동의 내부에 부착되도록 구성된 스테이터와, 케이싱의 제 1 단부에 부착되도록 구성된 탄성 콘과, 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱의 제 2 단부에 부착되도록 구성된 강성 콘과, 탄성 콘 및 강성 콘에 부착되도록 구성된 비금속성 부품과, 공동 내부에 제공되며 스테이터 내부에서 회전하도록 구성된 로터를 포함한다. 케이싱, 탄성 콘, 강성 콘 및 비금속성 부품은 밀봉 포위체를 형성하고, 밀봉 포위체 내부에는 스테이터 전체가 포위되며, 밀봉 포위체는 스테이터를 냉각하는 냉각 유체를 수용하도록 그리고 로터에 도달하는 냉각 유체를 차단하도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 포위체의 비금속성 벽체의 변형을 방지하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 2개의 강성 콘을 갖는 모터의 개략도,
도 2는 포위체를 형성하기 위해 모터 내에 사용되는 강성 콘의 개략도,
도 3은 일 예시적 실시예에 따른 하나의 강성 콘 및 하나의 탄성 콘을 갖는 모터의 개략도,
도 4는 일 예시적 실시예에 따른 탄성 콘의 개략도,
도 5는 일 예시적 실시예에 따른 탄성 콘 및 비금속성 벽체의 개략도,
도 6은 일 예시적 실시예에 따른 탄성 콘과 비금속성 벽체 사이의 연결부의 개략도,
도 7은 일 예시적 실시예에 따른 탄성 콘의 개략도,
도 8은 일 예시적 실시예에 따른 도 7의 탄성 콘의 세부사항의 개략도,
도 9는 일 예시적 실시예에 따른, 탄성 콘을 구비한 모터를 조립하기 위한 방법을 나타내는 흐름도,
도 10은 일 예시적 실시예에 따른 유체 이송용 시스템의 개략도.
본 명세서에 통합되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 하나 이상의 실시예를 도시하고, 발명의 상세한 설명과 함께 이들 실시예를 설명한다.
이하의 예시적 실시예들에 대한 설명은 첨부 도면을 참조한다. 상이한 도면에서의 동일한 도면부호는 동일한 또는 유사한 요소를 나타낸다. 이하의 상세한 설명은 본 발명은 한정하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 획정된다. 이하의 실시예들은 단순함을 위해 스테이터 및 모터를 갖는 전기 모터의 구조 및 용어와 관련하여 논의된다. 그러나, 다음에서 논의되는 실시예들은 이들 시스템을 한정하는 것은 아니며, 다른 재료로 제조된 벽체를 갖는 포위체를 사용하는 다른 시스템에 적용될 수도 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐서 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 언급은 일 실시예와 관련하여 기술된 구체적인 특징, 구조 또는 특성이 개시된 발명의 적어도 하나의 실시예 내에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 부분에서 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"의 구절을 사용하는 것은 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 나아가, 구체적인 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수도 있다.
일 예시적 실시예에 따르면, 전기 모터의 스테이터는 금속 벽체 및 비금속성 벽체를 갖는 포위체 내부에 제공된다. 비금속성 벽체의 일 단부가 탄성 벽체에 부착되는데, 이 탄성 벽체는 강성 벽체만큼 비금속성 벽체를 인장시키지는 않음으로써, 금속 벽체가 온도의 증가로 인해 팽창할 때에 비금속성 벽체에 보다 적은 응력/변형을 가하게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기 모터(10)는 케이싱(12)을 포함한다. 케이싱(12)은 내부에 스테이터(16)가 제공되는 공동(14)을 갖는다. 스테이터(16)는 케이싱(12)에 대하여 고정된다(즉, 스테이터(16)는 케이싱(12)에 대해 회전하지 않음). 케이싱(12) 내부에는 로터(18)가 제공되는데, 로터(18)는 길이방향 축선(X) 주위로 회전하도록 구성된다. 2개의 강성 콘(20 및 22)이 스테이터(16)의 단부들과 대면하도록 케이싱(22)에 부착된다. 2개의 콘(20 및 22) 사이에는 비금속성 벽체(24)가 제공된다. 비금속성 벽체(24)는 콘(20 및 22)에 부착되며 스테이터(16)와 접촉하지 않도록 구성된다.
도 2는 비금속성 벽체(24)와 콘(22) 사이의 연결부를 보다 상세하게 도시한 도면이다. 콘(22)과 비금속성 벽체(24) 사이에는 브레이징 층(brazing layer)(26)이 배치되며, 포위체(28)는 케이싱(12) 및 비금속성 벽체(24)에 의해 획정된다. 포위체(28)는 브레이징 층(26)에 의해 밀봉된다. 비금속성 벽체(24)의 다른 단부와 콘(20) 사이에도 동일한 브레이징 층이 적용된다.
그러나, 케이싱(12) 및 콘(20 및 22)이 금속으로 제조되는 반면에 비금속성 벽체(24)가 금속이 아닌 재료로 형성되는 경우, 전기 기계(10)의 온도가 예컨대 실온(약 20℃)으로부터 기계의 작동 온도(약 150℃ 내지 250℃)로 증가할 때, 케이싱 및 콘의 팽창이 비금속성 벽체의 팽창보다 크며, 이에 의해 비금속성 벽체에 열응력/열변형이 가해진다. 하나의 응용예에서, 비금속성 벽체에 인가되는 응력/변형의 방향은 도 2에서 "S"로 도시되어 있다. 이러한 응력/변형은 몇몇 상황에서 비금속성 벽체(24)를 파열시킬 수도 있다. 이러한 상황이 발생하면, 스테이터(16)와 로터(18) 사이에서 순환 중인 손상 유발 가능한 유체가 공동(14) 내에 유입하여 스테이터(16)에 손상을 가할 수도 있다. 또한, 스테이터(16)를 냉각하기 위해 공동(14) 내에서 냉각 유체가 사용되는 경우, 냉각 유체가 로터(18)로 누출되어 원치않는 문제를 일으킬 수도 있다.
도 3에 도시된 일 예시적 실시예에 따르면, 전기 모터(40)는 케이싱(42), 및 스테이터(48)와 대면하는 2개의 측부(44 및 46)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 스테이터(48)는 케이싱(42)에 고정 부착되어 있다. 케이싱(42)의 측부(46)("베어링 케이싱 지지체"라고도 함)은 베어링 케이싱(50)에 연결되며, 베어링 케이싱(50)은 로터(52)를 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링 시스템을 포함한다. 비금속성 벽체(56)는 강성 콘(60)과 탄성 콘(62) 사이에 연결된다. 강성 콘(60)은 도 1에 도시되어 있는 강성 콘(20)과 유사하다. 강성 콘(60)은 케이싱(42)의 일 측부(44)에 부착된다. 하나의 응용예에서, 강성 콘(60)은 비금속성 벽체(56)와 강성 콘(60) 사이에 개재된 시일(64)과 함께 비금속성 벽체(56)에 대해 압축되어 있다.
그러나, 비금속성 벽체(56)의 다른 단부는 도 1에 도시된 바와 같은 강성 콘에 부착되지 않으며, 그와 대조적으로, 케이싱의 온도 상승 시에 비금속성 벽체(56)에 인가되는 응력/번형을 감소시키는 탄성 콘(62)에 부착되어 있다. 도 4는 케이싱(42)의 2개의 측부(44 및 46) 사이에 제공되어 있는 탄성 콘(62)을 도시한다. 나아가, 내부에 스테이터가 밀봉되어 있는 공동(66)은 케이싱(42), 측부(44), 강성 콘(60), 비금속성 벽체(56) 및 탄성 콘(62)에 의해 형성된다. 하나의 응용예에서, 강성 콘(60)은 공동(66)과 접해 있지 않다. 스테이터를 냉각하기 위한 냉각 융체가 공동(66) 내부에 제공된다. 하나의 응용예에서, 냉각 유체는 오일일 수도 있다.
비금속성 벽체(56)는 공동(66)으로부터의 냉각 유체가 누출되어 로터(52)에 도달하지 않도록 탄성 콘(62)에 연결되어 있다. 이러한 이유로, 탄성 콘(62)과 비금속성 벽체(56) 사이의 계면에 밀봉부(68)가 제공될 수도 있다. 하나의 응용예에서, 밀봉부(68)는 금속 시일일 수도 있다. 하나의 응용예에서, 밀봉부(68)는 시일(64)과 동일하다.
도 4에 도시된 일 예시적 실시예에 따르면, 탄성 콘(62)은 복수의 볼트(70)에 의해 케이싱(42)에 부착될 수도 있다. 대응하는 구멍(72)이 케이싱(42) 및 탄성 콘(62)에 형성되어 볼트로 하여금 케이싱(42)에 진입하게 할 수도 있다. 하나의 예시적 실시예에서, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 케이싱(42)의 측부(46)를 부착하기 위해서도 동일한 볼트(70)가 사용된다.
상기 예시적 실시예의 하나 이상의 장점 중 하나가 도 5 및 도 6을 참조하여 논의된다. 도 5는 간극(76)을 두고 케이싱(42)의 중개부(intermediary portion)(78)에 조립되는 탄성 콘(62)의 세부사항을 나타낸다. 환언하면, 탄성 콘(62)의 단부(62a)가 비금속성 벽체(56)에 접촉할 때, 단부(62b)가 중개부(78)와 간극(76)을 형성한다. 따라서, 탄성 콘(62)의 단부(62b)가 케이싱(62)에 부착될 때, 탄성 콘(62)에 의해 장력(T)(도 6 참조)이 비금속성 벽체(56)에 인가된다. 이러한 탄성 콘(62)의 예하중(preload)은 간극(76)에 비례한다. 종래의 모터에서는 모터가 조립될 때에 실온의 비금속성 부품에 대해 어떠한 장력도 인가되지 않음을 유의해야 한다. 하나의 응용예에서, 간극(76)은 1㎜ 내지 5㎜의 범위 내이다. 다른 응용예에서, 간극은 케이싱의 열팽창보다 크도록 계산된다. 또 다른 응용예에서, 간극은 케이싱의 열팽창보다 적어도 5배 더 크도록 계산된다.
또한, 모터가 사용 중이며, 케이싱(42), 강성 콘(60), 탄성 콘(62) 및 비금속성 벽체(56)의 온도가 실온으로부터 작동 온도까지 상승한 경우를 고려한다. 케이싱(42)의 팽창이 비금속성 벽체(56)의 팽창보다 크기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이 비금속성 벽체(56) 내에 열응력/열변형 힘(S)이 나타날 것으로 예상된다. 그러나, 탄성 콘(62)이 예하중을 받게 되어 있기 때문에, 열응력/열변형 힘(S)이 결과적으로 장력(T)을 감소 및/또는 제거함으로써, 비금속성 벽체(56)에 손상을 가할 수도 있는 힘을 최소화한다. 간극(76)의 크기 및 케이싱(42)과 탄성 콘(62)의 재료에 따라, 예하중 힘(T)은 열팽창으로 인해 나타나는 힘(S)을 제거하도록 계산될 수도 있다. 하나의 응용예에서, 힘(T)은 힘(S)의 영향을 감소시키지만, 힘(S)을 제거하지는 않는다.
일 예시적 실시예에서, 탄성 콘(62)은 비금속성 벽체(56)에 스프링으로서 작용함으로써 비금속성 벽체를 강성 콘(60)(도 3 참조) 쪽으로 가압하는 것으로 여겨질 수도 있다. 탄성 콘(62)의 탄성 특성 및 간극(76)의 크기에 따라, 탄성 콘(62)에 의한 예하중 인가 시에 가해지는 힘(T)이 소망하는 대로 조절될 수도 있다. 탄성 콘(62)용으로 사용될 재료의 예로서, 초합금(super alloy), 인코넬 합금(600, 625, 718 등), 또는 강합금(steel alloy)이 탄성 콘용으로 사용될 수도 있음을 유의하야 한다. 탄성 콘(62)의 탄성은 재료의 구체적인 조성에 의해서가 아니라 탄성 콘의 구체적인 형상 및 치수에 의해 주어질 수도 있다. 여하튼, 탄성 콘은 강성 콘보다 약 10배 더 탄력적이다. 하나의 응용예에서, 탄성 콘은 고 인장 특성(tensile properties)을 가지며, 강성 콘보다 더 높은 탄성 상수(elasticity constant)를 갖도록 성형된다.
하나의 응용예에서, 케이싱은 80℃ 내지 150℃의 작동 온도에 도달했을 때에 약 1㎜ 팽창할 수도 있으며, 탄성 콘은 케이싱의 팽창과 관련된 비금속성 벽체 내의 열응력을 감소시키도록 구성된다. 일 예시적 실시예에서, 비금속성 벽체(56)는 접촉 계면(80)에서 탄성 콘(62)에 브레이징된다. 선택적으로, 비금속성 벽체(56)는 탄성 콘(62)에 볼트 접합되거나, 또는 관련 기술 분야에서 공지된 다른 수단에 의해 부착될 수도 있다. 그러나, 계면(68)에 시일(68) 외에 다른 부착 물질이 존재하지 않는 경우도 있다. 이러한 경우, 탄성 콘(62)에 의해 비금속성 벽체(56)에 인가되는 바이어스부가 이들 2개의 요소를 함께 유지하는 유일한 수단이다.
다른 예시적 실시예에서, 모터(10)는 로터(52)의 대응 단부에서 제공되는 제 1 및 제 2 베어링 장치(50)(도 3 참조), 및 스테이터의 대응 단부에서 제공되는 제 1 및 제 2 베어링 케이싱 지지 장치(51 및 46)를 포함하여, 탄성 콘이 제 2 베어링 케이싱과 스테이터 사이에 제공되도록 할 수도 있다.
도 7에 도시된 일 예시적 실시예에 따르면, 탄성 콘은 광폭 단부(102)로부터 협폭 단부(104)로 연장되는 만곡체(100)와, 탄성 콘을 모터의 케이싱에 부착하기 위한 볼트를 수용하도록 구성된, 광폭 단부(102) 내의 하나 이상의 구멍(106)과, 협폭 단부(104) 내에 제공되며, 모터의 스테이터를 모터의 로터로부터 격리하는 비금속성 부품의 단부를 수용하도록 구성된 수용부(108)(도 8 참조)를 포함한다. 수용부(108)는 탄성 콘과 비금속성 부품 사이의 계면을 밀봉하는 금속 시일을 수용하도록 구성된 트렌치(trench)(110)를 갖는다. 탄성 콘은, 도 7에 도시된 바와 같이, 만곡된 콘과 유사한 3차원 형상을 갖는다.
도 9에 도시된 일 예시적 실시예에 따르면, 모터 내부에 밀봉 포위체를 제공하기 위한 방법이 있다. 이 방법은 모터의 케이싱에 스테이터를 부착하는 단계(900); 케이싱의 제 1 단부에 강성 콘을 부착하는 단계(902); 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱의 제 2 단부에 탄성 콘을 부착함으로써, 스테이터가 케이싱, 강성 콘 및 탄성 콘에 의해 포위되도록 하는 단계(904); 강성 콘 및 탄성 콘에 비금속성 벽체를 연결하여 밀봉 포위체를 형성함으로써, 스테이터가 포위체 내부에 위치하도록 하는 단계(906); 및 스테이터 내부에 로터를 제공하며 비금속성 벽체를 통해 스테이터와 대면시키는 단계(908)를 포함한다.
도 10에 도시된 일 예시적 실시예에 따르면, 오일 및 가스 생성물의 이송을 촉진하기 위한 시스템(120)이 있다. 예컨대, 이 시스템(120)은 모터(122) 및 압축기(124)를 포함할 수도 있다. 하나의 응용예에서, 압축기(124)는 펌프로 대체된다. 모터(122)는 도 3에 도시된 모터(40)일 수 있으며, 관련 기술 분야에서 공지된 다른 모터일 수도 있다. 모터(122)의 샤프트는 커플링(coupling)(126)을 거쳐서 압축기(124)의 샤프트에 직접 연결될 수도 있다. 선택적으로, 커플링(126)은 기어박스일 수도 있다. 모터(122)는 전력망(도시 생략)에 연결될 수 있으며, 압축기(124)를 구동하도록 구성될 수도 있다. 압축기(124)는 입구(128)를 구비할 수도 있는데, 이송될 생성물이 이 입구(128)에서 제공된다. 생성물의 일부는, 예컨대 입구(130)에서 모터(122)를 통해 우회될 수도 있다. 생성물은 도 1 및 도 4와 관련하여 논의된 바와 같이 모터를 냉각할 수도 있으며, 그 후에 사용된 생성물이 압축기(124)의 입구(128)로 복귀한다. 높은 압력을 갖는 생성물은 출구(132)에서 예컨대 이송 파이프라인으로 배출된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 모터(122) 및 압축기(124)는 동일한 케이싱 내에 제공될 수도 있다. 선택적으로, 2개의 유닛은 상이한 케이싱 내에 제공될 수도 있다.
개시된 예시적 실시예들은 모터 내부의 포위체의 일부인 비금속성 벽체의 균열 또는 파괴를 방지하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 설명은 발명을 한정할 의도가 아님을 이해해야만 한다. 그와 대조적으로, 예시적 실시예들은 첨부된 특허청구범위에 의해 규정되는 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 대안예, 변형예 및 균등물을 포함할 의도이다. 또한, 예시적 실시예들의 상세한 설명에서, 수치의 세부사항은 청구된 발명에 대한 포괄적인 이해를 제공하기 위해 기재된다. 그러나, 당업자는 그러한 구체적인 세부사항 없이도 다양한 실시예들이 실시될 수 있음을 이해할 것이다.
본 예시적 실시예의 특징 및 요소들이 그 실시예에서 구체적으로 조합되어 기재되어 있지만, 각각의 특징 또는 요소는 그 실시예의 다른 특징 및 요소 없이 단독으로 사용되거나, 또는 본 명세서에 개시된 다른 특징 및 요소와 관계없이 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
이와 같은 상세한 설명은 개시된 발명의 예를 사용하여, 당업자로 하여금 본 발명의 예를 실시(임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하는 것과 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함함)할 수 있도록 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 특허청구범위에 의해 규정되며, 당업자가 인식하는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은 특허청구범위의 범위 내에 포함될 의도이다.

Claims (15)

  1. 모터에 있어서,
    공동을 갖는 케이싱(42)과,
    상기 공동의 내부에 부착되도록 구성된 스테이터(48)와,
    상기 케이싱(42)의 제 1 단부에 부착되도록 구성된 탄성 콘(elastic cone)(62)과,
    상기 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱(42)의 제 2 단부에 부착되도록 구성된 강성 콘(rigid cone)(60)과,
    상기 탄성 콘(62) 및 상기 강성 콘(60)에 부착되도록 구성된 비금속성 부품(56)과,
    상기 공동 내부에 제공되며 상기 스테이터(48) 내부에서 회전하도록 구성된 로터(52)를 포함하며,
    상기 케이싱(42), 상기 탄성 콘(62), 상기 강성 콘(60) 및 상기 비금속성 부품(56)이 밀봉 포위체를 형성하고, 상기 밀봉 포위체 내부에는 상기 스테이터(48) 전체가 포위되며, 상기 밀봉 포위체는 상기 스테이터(48)를 냉각하는 냉각 유체를 수용하도록 그리고 상기 로터(52)에 도달하는 냉각 유체를 차단하도록 구성되는
    모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 콘은 고 인장 특성(tensile properties)을 갖는 금속 재료로 제조되며, 상기 강성 콘보다 높은 탄성 상수(elasticity constant)를 갖도록 성형되는
    모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 콘은 하나 이상의 볼트에 의해 상기 케이싱에 부착되는
    모터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 콘은 상기 비금속성 벽체에 힘을 가하여 상기 비금속성 벽체를 상기 강성 콘에 대해 가압하도록 구성되는
    모터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속성 벽체와 상기 탄성 콘 및 상기 강성 콘 사이의 계면에서의 냉각 유체의 누출이 방지되도록, 상기 비금속성 벽체와 상기 탄성 콘 사이에 그리고 상기 비금속성 벽체와 상기 강성 콘 사이에 배치되며, 상기 비금속성 벽체 및 상기 탄성 콘과는 접촉하는 금속 시일을 더 포함하는
    모터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 콘은 실온에서 예하중 변형(preload strain) 하에 있도록 상기 케이싱 및 상기 비금속성 벽체와 함께 조립되는
    모터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실온에서의 예하중 변형은, 상기 모터가 80℃ 내지 150℃의 작동 온도에 도달할 때에 상기 탄성 콘 및 강성 콘에서의 변형이 감소하도록 사전 결정되는
    모터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱은 80℃ 내지 150℃의 작동 온도에 도달할 때에 약 1㎜ 팽창하는
    모터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터의 대응 단부들에 제공되며, 상기 로터를 지지하도록 구성된 제 1 및 제 2 베어링 장치와,
    상기 케이싱의 대응 단부들에 제공되는 제 1 및 제 2 베어링 케이싱 지지 장치로서, 상기 제 1 베어링 케이싱 지지 장치의 제 1 단부는 상기 케이싱에 부착되고, 상기 제 1 베어링 케이싱 지지 장치의 제 2 단부는 상기 강성 콘에 부착되며, 상기 제 2 베어링 케이싱 지지 장치의 제 1 단부는 상기 케이싱에 부착되고, 상기 제 2 베어링 케이싱 지지 장치의 제 2 단부는 상기 제 2 베어링 장치에 부착되는, 상기 제 1 및 제 2 베어링 케이싱 지지 장치를 더 포함하며,
    상기 탄성 콘은 상기 제 2 베어링 케이싱 지지 장치와 상기 스테이터 사이에 제공되는
    모터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속성 벽체와 상기 탄성 콘 사이에는, 상기 탄성 콘에서의 예하중 변형으로 인한 직접 접촉 외에 다른 연결부가 존재하지 않는
    모터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 포위체는 오일로 충전되며, 상기 밀봉 포위체는 상기 비금속성 부품과 상기 로터 사이에서 순환하는 부식성 가스로부터 상기 스테이터를 보호하는
    모터.
  12. 모터의 케이싱(48)에 부착되는 탄성 콘(62)에 있어서,
    광폭 단부(102)로부터 협폭 단부(104)로 연장되는 만곡체(100)와,
    상기 탄성 콘을 상기 모터의 케이싱에 부착하기 위한 볼트를 수용하도록 구성된, 상기 광폭 단부(102) 내의 하나 이상의 구멍(106)과,
    상기 협폭 단부(104) 내에 제공되며, 상기 모터의 스테이터(48)를 상기 모터의 로터(52)로부터 격리하는 비금속성 벽체(56)의 단부를 수용하도록 구성된 수용부(108)를 포함하고,
    상기 수용부(108)는 상기 탄성 콘(62)과 상기 비금속성 벽체(56) 사이의 계면을 밀봉하는 금속 시일을 수용하도록 구성된 트렌치(trench)(110)를 갖는
    탄성 콘.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탄성 콘은 고 인장 특성을 갖는 금속 재료로 제조되고, 상기 탄성 콘은 상기 비금속성 부품의 다른 단부에 제공되는 강성 콘보다 높은 탄성 상수를 갖도록 성형되는
    탄성 콘.
  14. 모터 내부에 밀봉 포위체를 제공하는 방법에 있어서,
    상기 모터의 케이싱(42)에 스테이터(48)를 부착하는 단계와,
    상기 케이싱(42)의 제 1 단부에 강성 콘(60)을 부착하는 단계와,
    상기 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱(42)의 제 2 단부에 탄성 콘(62)을 부착함으로써, 상기 스테이터(48)가 케이싱(42), 강성 콘(60) 및 탄성 콘(62)에 의해 포위되도록 하는 단계와,
    상기 강성 콘(60) 및 상기 탄성 콘(62)에 비금속성 벽체(56)를 연결하여 밀봉 포위체를 형성함으로써, 상기 스테이터(48)가 상기 포위체 내부에 위치하도록 하는 단계와,
    상기 스테이터(48) 내부에 로터(52)를 제공하며 상기 비금속성 벽체(56)를 통해 스테이터와 대면시키는 단계를 포함하는
    밀봉 포위체 제공 방법.
  15. 유체를 이송하기 위한 시스템(120)에 있어서,
    상기 유체의 압력을 증가시키도록 구성된 압축기(124)와,
    상기 압축기(124)에 연결되며, 상기 압축기(124)를 구동하도록 구성된 모터(122)를 포함하고,
    상기 모터(122)는,
    공동을 갖는 케이싱(42)과,
    상기 공동의 내부에 부착되도록 구성된 스테이터(48)와,
    상기 케이싱(42)의 제 1 단부에 부착되도록 구성된 탄성 콘(62)과,
    상기 제 1 단부의 반대측에 있는 케이싱(42)의 제 2 단부에 부착되도록 구성된 강성 콘(60)과,
    상기 탄성 콘(62) 및 상기 강성 콘(60)에 부착되도록 구성된 비금속성 부품(56)과,
    상기 공동 내부에 제공되며 상기 스테이터(48) 내부에서 회전하도록 구성된 로터(52)를 포함하며,
    상기 케이싱(42), 상기 탄성 콘(62), 상기 강성 콘(60) 및 상기 비금속성 부품(56)은 밀봉 포위체를 형성하고, 상기 밀봉 포위체 내부에는 상기 스테이터(48) 전체가 포위되며, 상기 밀봉 포위체는 상기 스테이터(48)를 냉각하는 냉각 유체를 수용하도록 그리고 상기 로터(52)에 도달하는 냉각 유체를 차단하도록 구성되는
    유체 이송용 시스템.
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