RU2034999C1 - Centrifugal cryogenic compressor - Google Patents
Centrifugal cryogenic compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034999C1 RU2034999C1 SU5038267A RU2034999C1 RU 2034999 C1 RU2034999 C1 RU 2034999C1 SU 5038267 A SU5038267 A SU 5038267A RU 2034999 C1 RU2034999 C1 RU 2034999C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- rotor
- short
- stator
- magnetic circuit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено в центробежных криогенных компрессорах на газовых опорах. The invention relates to cryogenic technology and can be used in centrifugal cryogenic compressors on gas supports.
Известны центробежные криогенные компрессоры, представляющие собой устройство, в котором конструктивно объединены проточная часть, рабочее колесо и приводной высокочастотный электродвигатель компрессора [1]
Известен также центробежный гелиевый компрессор, содержащий рабочее колесо, диффузор, спиральную улитку и приводной высокочастотный асинхронный электродвигатель, цилиндрическая бочка ротора которого с шихтованным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой расположена на едином с рабочим колесом валу, установленном вертикально на радиальных и осевых газодинамических опорах посредством подшипниковых щитов в едином корпусе, внутри которого расположены статор приводного электродвигателя и его принудительная система охлаждения [2]
Недостатками центробежного криогенного компрессора являются:
наличие сухого контакта в осевой газодинамической опоре, нагруженной суммарной силой тяжести ротора, при запуске и остановке компрессора и пониженная в связи с этим долговечность его осевых опор;
пониженная жесткость вала ротора компрессора в месте расположения бочки ротора приводного двигателя, приводящая к существенному снижению частоты собственных поперечных колебаний ротора компрессора и ограничению его рабочей частоты вращения;
повышенная трудоемкость изготовления и динамической балансировки ротора компрессора;
неудовлетворительные пусковые свойства компрессора в случае питания его приводного высокочастотного двигателя от группового источника, например, электромашинного преобразователя частоты.Known centrifugal cryogenic compressors, which are a device in which the flow part, impeller and high-frequency drive motor of the compressor are structurally combined [1]
Also known is a centrifugal helium compressor containing an impeller, a diffuser, a spiral scroll and a high-frequency asynchronous electric motor drive, the cylindrical rotor barrel of which with a lined magnetic circuit and a short-circuited winding is located on a shaft that is integrated with the impeller and mounted vertically on radial and axial gas-dynamic supports in bearings a single housing, inside of which are located the stator of the drive electric motor and its forced cooling system [2]
The disadvantages of a centrifugal cryogenic compressor are:
the presence of dry contact in the axial gas-dynamic support, loaded with the total gravity of the rotor, when starting and stopping the compressor and reduced in this regard, the durability of its axial bearings;
reduced rigidity of the compressor rotor shaft at the location of the rotor barrel of the drive motor, which leads to a significant reduction in the frequency of natural transverse vibrations of the compressor rotor and the limitation of its operating speed;
increased complexity of manufacturing and dynamic balancing of the compressor rotor;
unsatisfactory starting properties of the compressor in the case of powering its high-frequency drive motor from a group source, for example, an electric machine frequency converter.
Целями изобретения является обеспечение безаварийной работы при запуске и остановке компрессора и повышение долговечности его осевых опор; повышение рабочей частоты вращения ротора компрессора, упрощение его изготовления и динамической балансировки; улучшение пусковых свойств компрессора. The objectives of the invention is to ensure trouble-free operation when starting and stopping the compressor and increasing the durability of its axial bearings; increasing the operating frequency of the compressor rotor, simplifying its manufacture and dynamic balancing; improvement of compressor starting properties.
Достигается это тем, что в центробежном криогенном компрессоре содержатся рабочее колесо, диффузор, спиральная улитка и приводной высокочастотный электродвигатель, бочка ротора которого с шихтованным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой расположена на едином с рабочим колесом валу, установленным вертикально на радиальных и осевых газодинамических опорах посредством подшипниковых щитов в едином корпусе, внутри которого расположены статор приводного электродвигателя и его принудительная система охлаждения; внутренняя поверхность магнитопровода статора и наружная поверхность магнитопровода бочки ротора приводного электродвигателя выполнены коническими с одинаковым углом конусности, величина которого определяется, исходя из требования выполнения в процессе запуска и остановки компрессора равенства абсолютных значений осевой электромагнитной силы, приложенной к бочке ротора со стороны статора приводного электродвигателя, и суммарной силы тяжести ротора компрессора, действующих по вертикали в противоположных направлениях; на время запуска компрессора производится перевозбуждение приводного электродвигателя, например, путем включения обмотки статора на меньшее, по сравнению с номинальным, число рабочих витков посредством дополнительных отводных концов от статорной обмотки и переключателя режима работы приводного электродвигателя, а на время остановки компрессора в обмотку статора подается постоянный ток от постороннего регулируемого источника. This is achieved by the fact that the centrifugal cryogenic compressor contains an impeller, a diffuser, a spiral scroll and a high-frequency drive electric motor, the rotor barrel of which with a lined magnetic circuit and a short-circuited winding is located on a single shaft with the impeller mounted vertically on radial and axial gas-dynamic supports by means of bearing shields in a single housing, inside of which are located the stator of the drive electric motor and its forced cooling system; the inner surface of the stator magnetic circuit and the outer surface of the magnetic barrel of the rotor of the drive electric motor are conical with the same taper angle, the value of which is determined based on the requirement that the absolute values of the axial electromagnetic force applied to the rotor barrel from the stator side of the drive motor are equal during the start and stop of the compressor, and the total gravity of the compressor rotor, acting vertically in opposite directions; during the compressor start-up, the drive electric motor is overexcited, for example, by turning on the stator winding by a smaller number of working turns by means of additional tap ends from the stator winding and the drive motor operating mode switch, and at the time the compressor stops, a constant is fed into the stator winding current from an external regulated source.
Достигается это также тем, что бочка ротора приводного высокочастотного электродвигателя выполнена с явнополюсным массивным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой заодно целое с валом ротора компрессора из ферромагнитного материала осевой длиной, большей осевой длины магнитопровода статора; на наружной поверхности бочки ротора, обращенной к внутренней поверхности магнитопровода статора, выполнены глухие карманы в количестве, равном числу полюсов стороной обмотки, осевая длина которых равна осевой длине магнитопровода статора, а отношение длины по внешней окружности к полюсному делению статора составляет 0,4-0,6. This is also achieved by the fact that the barrel of the rotor of the driving high-frequency electric motor is made with an explicit pole massive magnetic circuit and a short-circuited winding at the same time integrally with the compressor rotor shaft of ferromagnetic material with an axial length greater than the axial length of the stator magnetic circuit; on the outer surface of the rotor barrel facing the inner surface of the stator magnetic circuit, blind pockets are made in an amount equal to the number of poles by the side of the winding, the axial length of which is equal to the axial length of the stator magnetic circuit, and the ratio of the circumferential length to the stator pole division is 0.4-0 , 6.
Достигается это тем, что бочка ротора дополнительно оснащена короткозамкнутой обмоткой, выполненной из немагнитного материала с малым электрическим сопротивлением, например, посредством заливки медью, стержни которой расположены в явновыраженных полюсах магнитопровода, а короткозамыкающие кольца размещены в кольцевых выточках, выполненных с торцевых сторон бочки ротора. This is achieved by the fact that the rotor barrel is additionally equipped with a short-circuited winding made of non-magnetic material with low electrical resistance, for example, by casting with copper, the rods of which are located in the clearly expressed poles of the magnetic circuit, and the short-circuiting rings are located in ring grooves made from the end sides of the rotor barrel.
Для снижения газодинамических потерь и шума, набегающие в направлении вращения края явновыраженных полюсов магнитопровода бочки ротора приводного высокочастотного электродвигателя спрофилированы таким образом, чтобы эти края явновыраженных полюсов оказывали минимально возможно сопротивление газовому потоку при вращении ротора компрессора. To reduce gas-dynamic losses and noise, the edges of the clearly visible poles of the magnetic circuit of the rotor barrel of the drive high-frequency electric motor running in the direction of rotation are profiled so that these edges of the explicit poles provide the least possible resistance to gas flow during rotation of the compressor rotor.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый центробежный криогенный компрессор отличается тем, что внутренняя поверхность магнитопровода статора и наружная поверхность магнитопровода бочки ротора приводного электродвигателя выполнены коническими с одинаковым углом конусности, для обеспечения минимальной величины которого на время запуска и остановки компрессора производится перевозбуждение приводного электродвигателя. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed centrifugal cryogenic compressor is characterized in that the inner surface of the stator magnetic circuit and the outer surface of the magnetic barrel of the rotor of the drive electric motor are conical with the same taper angle, to ensure the minimum value of which the drive motor is overexcited during the start and stop of the compressor.
Бочка ротора в зависимости от требуемых мощности и частоты вращения компрессора выполняется в различных вариантах:
с шихтованным магнитопроводом и коpоткозамкнутой обмоткой (по аналогии с прототипом);
с явнополюсным массивным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой, выполненными заодно целое с валом ротора компрессора из ферромагнитного материала с осевой длиной, большей осевой длины магнитопровода статора; явновыраженных полюса и короткозамкнутая обмотка образованы с помощью глухих карманов, осевая длина которых равна осевой длине магнитопровода статора, а отношение длины по внешней окружности к полюсному делению статора составляет 0,4-0,6;
с явнополюсным массивным магнитопроводом по п.2 и дополнительной короткозамкнутой обмоткой, выполненной из немагнитного материала с малым электрическим сопротивлением, стержни которой расположены в явновыраженных полюсах магнитопровода, а короткозамыкающие кольца размещены в кольцевых выточках, выполненных с торцовых сторон бочки ротора;
с явнополюсным массивным магнитопроводом по п.2 и 3, набегающие в направлении вращения края полюсов которого спрофилированы для сведения к минимуму их сопротивления газовому потоку при вращении ротора компрессора.The rotor barrel, depending on the required power and speed of the compressor is performed in various ways:
with charged magnetic core and short-circuit winding (similar to the prototype);
with a clearly polar massive magnetic circuit and a short-circuited winding made integrally with the compressor rotor shaft of ferromagnetic material with an axial length greater than the axial length of the stator magnetic circuit; clearly defined poles and a short-circuited winding are formed using blind pockets, the axial length of which is equal to the axial length of the stator magnetic circuit, and the ratio of the length along the outer circumference to the pole division of the stator is 0.4-0.6;
with an open-ended massive magnetic circuit according to
with an explicitly polar massive magnetic circuit according to
На фиг.1 дан разрез центробежного криогенного компрессора с показом исполнения бочки ротора приводного двигателя в двух вариантах; с шихтованным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой ("Ш"); с явнополюсным массивным магнитопроводом с дополнительной короткозамкнутой обмоткой и профилированным краями полюсов ("М"); на фиг.2 разрезы по А-А и Б-Б при выполнении бочки ротора с явнополюсным магнитопроводом с дополнительной короткозамкнутой обмоткой и профилированными краями полюсов ("М"); на фиг.3 блок-схема электропривода центробежного компрессора в составе с источником питания (преобразователем частоты) и переключателем режима работы приводного электродвигателя компрессора; на фиг.4 качественные зависимости момент-скорость в случае выполнения бочки ротора с явнополюсным массивным магнитопроводом заодно целое с валом ротора компрессора: 1 с ферромагнитной короткозамкнутой обмоткой без дополнительной медной короткозамкнутой обмотки; 2 с дополнительной медной короткозамкнутой обмоткой без ферромагнитной короткозамкнутой обмотки; 3 ферромагнитной короткозамкнутой обмоткой и дополнительной медной короткозамкнутой обмоткой (результирующая характеристика "момент-скорость" приводного электродвигателя); 4, 5, 6 и 7 семейство нагрузочных характеристик компрессора. Figure 1 shows a section of a centrifugal cryogenic compressor showing the performance of the rotor barrel of the drive motor in two versions; with a charged magnetic circuit and a short-circuited winding ("W"); with an explicit pole massive magnetic circuit with an additional short-circuited winding and profiled pole edges ("M"); figure 2 cuts aa and bb when performing the barrel of the rotor with an explicit pole magnetic circuit with an additional short-circuited winding and profiled edges of the poles ("M"); figure 3 is a block diagram of a centrifugal compressor electric drive composed of a power source (frequency converter) and a switch mode of operation of the compressor drive motor; figure 4, the qualitative dependence of the moment-speed in the case of the execution of the barrel of the rotor with an explicit pole massive magnetic circuit is integral with the compressor rotor shaft: 1 with a ferromagnetic short-circuited winding without additional copper short-circuited winding; 2 with an additional copper short-circuited winding without a ferromagnetic short-circuited winding; 3 ferromagnetic short-circuited winding and additional copper short-circuited winding (the resulting characteristic "moment-speed" of the drive motor); 4, 5, 6 and 7 family of compressor load characteristics.
Предлагаемый центробежный криогенный компрессор рассматривается на примере микрокомпрессора, бочка ротора приводного двигателя которого выполнена с явнополюсным массивным магнитопроводом заодно целое с валом ротора компрессора. Компрессор (фиг.1) содержит корпус 1, в котором посредством подшипниковых щитов 2 и 3 на радиальных газодинамических опорах 4, 5 и внутреннем подпятнике 6 осевой газодинамической опоры установлен в вертикальном положении вал 7 ротора компрессора. Непосредственно на валу 7 расположена бочка ротора "М" приводного электродвигателя с явнополюсным конусным массивным магнитопроводом 8 (фиг.2), выполненным заодно целое с валом 7, и двумя глухими карманами 9 (фиг.2, А-А), с помощью которых образованы два явновыраженных полюса 10 со спрофилированными в направлении вращения ротора компрессора рккраями и ферромагнитная короткозамкнутая обмотка, стержнями которой являются явновыраженные полюса 10, а короткозамыкающими кольцами торцовые ферромагнитные части 11 (фиг.2, Б-Б) бочки ротора. Для улучшения пусковых свойств компрессора бочка ротора "М" оснащена дополнительной короткозамкнутой обмоткой, выполненной из немагнитного материала с малым электрическим сопротивлением, например, посредством заливки медью, стержни 12 (фиг.2, А-А) которой расположены в явновыраженных полюсах 10, а короткозамыкающие кольца 13 (фиг. 1) размещены в кольцевых выточках с торцовых сторон бочки ротора. Помимо бочки ротора "М" на валу 7 установлены рабочее колесо компрессора 14 и пята 15 осевой газодинамической опоры, в верхнюю часть которой встроен якорь 16 датчика скорости 17 с выводными концами 18, идущими к регистрирующему частоту вращения ротора компрессора прибору (на фиг.1 последний не показан). Датчик скорости 17 установлен на внутренней стороне крышки 19, крепящейся к корпусу 1. Там же установлен наружный подпятник 20 осевой газодинамической опоры ротора компрессора.The proposed centrifugal cryogenic compressor is considered on the example of a microcompressor, the barrel of the rotor of the drive motor of which is made with an explicit pole massive magnetic circuit integrally with the compressor rotor shaft. The compressor (FIG. 1) comprises a housing 1, in which the shaft 7 of the compressor rotor is installed in a vertical position by means of
В корпусе 1 (фиг.1) установлен статор приводного двигателя компрессора, состоящий из шихтованного магнитопровода 21 с углом конусности внутренней поверхностиравным углу конусности наружной поверхности бочки ротора "М" и размещенной в пазах магнитопровода 21 трехфазной обмотки 22, выводные концы С1-С2-С3-С4-С5-С6 (фиг. 3) которой подключаются через переключатель режима работы приводного электродвигателя 23 к преобразователю частоты 24, например, электромашинного типа. In the housing 1 (Fig. 1), a compressor drive motor stator is installed, consisting of a charged magnetic core 21 with an angle of taper of the inner surface equal to the taper angle of the outer surface of the rotor barrel "M" and located in the grooves of the magnetic circuit 21 of the three-phase winding 22, the terminal ends C1-C2-C3 -C4-C5-C6 (Fig. 3) which are connected via a mode switch of the drive motor 23 to the
Для принудительного охлаждения статора приводного двигателя в корпусе 1 имеется винтовой канал 25, по которому циркулирует охлаждающий агент (жидкость или газ). Вход и выход охлаждающего агента на фиг.1 указаны стрелками. For forced cooling of the stator of the drive motor in the housing 1 there is a screw channel 25, through which a cooling agent (liquid or gas) circulates. The input and output of the cooling agent in figure 1 are indicated by arrows.
Со стороны рабочего колеса 14 (фиг.1) на корпусе 1 установлена проточная часть компрессора 26, включающая в себя диффузор 27 и спиральную улитку 28. Вход и выход рабочего газа, например, гелия или азота, на фиг.1 указаны стрелками. From the side of the impeller 14 (Fig. 1), a compressor part 26 is installed on the housing 1, which includes a diffuser 27 and a spiral scroll 28. The inlet and outlet of the working gas, for example, helium or nitrogen, are indicated by arrows in Fig. 1.
Компрессор работает следующим образом. Включают принудительную систему охлаждения статора приводного двигателя (фиг.1). На вход проточной части компрессора 26 подают рабочий газ, например, гелий или азот. Запускают электромашинный преобразователь частоты 24 (фиг.3). Переключатель режима работы 23 (фиг.3) из нейтрального положения включают в положение "Запуск". При этом к выходу преобразователя частоты 24 подключаются выводные концы С4-С5-С6 трехфазной обмотки 22 приводного двигателя. Благодаря увеличению рабочего магнитного потока из-за перевозбуждения приводного двигателя со стороны преобразователя частоты 24 (фиг. 3) и небольшому углу конусности (1-2о) внутренней поверхности магнитопровода статора 21 (фиг.1) и наружной поверхности массивного магнитопровода 8 (фиг.2) бочки ротора "М" (фиг.1), возникает равновесие электромагнитной силы , приложенной к бочке ротора со стороны статора приводного двигателя, и суммарной силы тяжести ротора компрессора .The compressor operates as follows. Include a forced cooling system for the stator of the drive motor (figure 1). At the inlet of the flow part of the compressor 26 serves a working gas, for example, helium or nitrogen. Start the machine frequency converter 24 (figure 3). The mode switch 23 (figure 3) from the neutral position is included in the "Start" position. In this case, the output ends C4-C5-C6 of the three-phase winding 22 of the drive motor are connected to the output of the
Возникшее состояние невесомости ротора компрессора приводит к разгрузке осевой газодинамической опоры, состоящей из внутреннего подпятника 6 и пяты 15 (фиг.1), на промежуток времени, в течение которого ротор компрессора под воздействием электромагнитного момента приводного двигателя (фиг.4, зависимость "момент-скорость" 3) разгоняется из неподвижного состояния до установившейся частоты вращения, равной синхронной частоте вращения nс магнитного поля, создаваемого в рабочем зазоде δ (фиг.1) в результате протекания переменных токов с частотой fвых преобразователя 24 в трехфазной обмотке 22 (фиг.3).The resulting zero-gravity state of the compressor rotor leads to the unloading of the axial gas-dynamic support, consisting of an inner thrust bearing 6 and the heel 15 (Fig. 1), for a period of time during which the compressor rotor under the influence of the electromagnetic moment of the drive motor (Fig. 4, dependence "moment - speed "3) is accelerated from a stationary state to a steady rotation speed equal to the synchronous rotation speed n from the magnetic field created in the working gate δ (Fig. 1) as a result of the flow of alternating currents with a frequency f output converter 24 in a three-phase winding 22 (figure 3).
В момент выхода компрессора на синхронную частоту вращения nc по команде, поступающей от регистрирующего прибора, связанного с датчиком скорости 17 (фиг.1), переключатель режима работы 23 (фиг.3) переводят в положение "Работа", при котором в результате подключения к выходу преобразователя частоты 24 выводных концов С1-С2-С3 трехфазной обмотки 22 рабочий магнитный поток в воздушном зазоре δ приводного двигателя (фиг.1) снижается до номинального значения, соответствующего значениям выходного напряжения Uвых и выходной частоты fвых преобразователя 24 (фиг.3), уменьшается значение электромагнитной силы и приобретшая газодинамические свойства осевая опора, состоящая из подпятника 6 и пяты 15, нагружается силой, равной разности сил - (фиг.1).At the moment the compressor reaches the synchronous speed n c, by the command received from the recording device associated with the speed sensor 17 (Fig. 1), the operating mode switch 23 (Fig. 3) is put into the "Work" position, in which as a result of the connection to the output of the
Как это следует из фиг.4, приводной двигатель компрессора в процессе пуска до подсинхронной частоты вращения nnc ведет себя как высокочастотный асинхронный двигатель с двумя короткозамкнутыми обмотками на бочке ротора: ферромагнитной обмоткой, выполненной заодно целое с валом ротора компрессора (пусковые свойства двигателя с такой обмоткой иллюстрируются зависимостью "момент-скорость" 1) и дополнительной медной обмоткой (пусковые свойства двигателя с такой обмоткой иллюстрируются зависимостью "момент-скорость" 2). Характеристика "момент-скорость" 3 приводного двигателя получается в результате суммирования электромагнитных моментов, возникающих на валу компрессора от взаимодействия токов, протекающих в каждой из указанных выше короткозамкнутых обмоток, с рабочим магнитным потоком в зазоре δ (фиг.1).As follows from figure 4, the compressor drive motor during start-up to a sub-synchronous speed n nc behaves like a high-frequency asynchronous motor with two short-circuited windings on the rotor barrel: a ferromagnetic winding made integral with the compressor rotor shaft (starting properties of the engine with such the windings are illustrated by the torque-speed relationship 1) and an additional copper winding (the starting properties of an engine with such a winding are illustrated by the torque-speed relationship 2). The characteristic "moment-speed" 3 of the drive motor is obtained by summing the electromagnetic moments arising on the compressor shaft from the interaction of currents flowing in each of the above short-circuited windings with a working magnetic flux in the gap δ (Fig. 1).
По достижении ротором компрессора подсинхронной частоты вращения nnc приводной двигатель начинает вести себя как синхронный реактивный, поскольку на его валу появляется реактивный момент, равный согласно [3] при постоянстве тока в статорной обмотке
Mp= где θ угловое положение явновыраженных полюсов 10 магнитопровода ротора 8 (фиг.2) относительно полюсов магнитного поля статора;
Wк магнитная коэнергия.When the compressor rotor reaches the sub-synchronous speed n nc, the drive motor starts to behave as a synchronous reactive one, since a reactive moment appears on its shaft, which is equal to [3] with constant current in the stator winding
M p = where θ is the angular position of the
W to magnetic co-energy.
В точке А (фиг.4) с помощью реактивного момента приводной двигатель компрессора переходит из асинхронного режима в установившийся синхронный режим, при котором после перевода переключателя режима 23 (фиг.3) в положение "Работа" электромагнитный момент на валу компрессора уравновешивается в точке Б внешним тормозным моментом, соответствующим номинальной нагрузочной характеристике компрессора 4 (на фиг.4 переход из точки А в точку Б указан стрелками), со стороны рабочего колеса компрессора 14 (фиг.1). At point A (Fig. 4), using the reactive moment, the compressor drive motor switches from asynchronous mode to steady-state synchronous mode, in which, after switching the mode switch 23 (Fig. 3) to the "Work" position, the electromagnetic moment on the compressor shaft is balanced at point B external braking torque corresponding to the rated load characteristic of compressor 4 (in Fig. 4, the transition from point A to point B is indicated by arrows), from the side of the impeller of compressor 14 (Fig. 1).
С помощью характеристик 5, 6, 7 на фиг. 4 иллюстрируются пусковые свойства приводного двигателя и его способность воспринимать нагрузку со стороны рабочего колеса компрессора; 5 нагрузочная характеристика, при которой приводной двигатель еще способен переходить из асинхронного режима (точка А) в синхронный режим (точка В); 6 предельная нагрузочная характеристика, при которой приводной двигатель выходит из синхронизма (точка Г, М= Мвых.) и не может войти в синхронизм, поскольку при повторном запуске ротор компрессора не достигает подсинхронной частоты вращения nnc (точка D); 7 нагрузочная характеристика, при которой приводной двигатель способен переходить из асинхронного режима (точка Е) в синхронный режим (точка Ж) в случае отсутствия на его бочке ротора дополнительной медной короткозамкнутой обмотки.Using characteristics 5, 6, 7 in FIG. 4 illustrates the starting properties of the drive motor and its ability to absorb the load from the side of the compressor impeller; 5 load characteristic, in which the drive motor is still able to switch from asynchronous mode (point A) to synchronous mode (point B); 6 is the ultimate load characteristic at which the drive motor goes out of synchronism (point G, M = M out. ) And cannot enter synchronism, because when the compressor is restarted, the compressor rotor does not reach the sub-synchronous speed n nc (point D); 7 load characteristic, in which the drive motor is able to switch from asynchronous mode (point E) to synchronous mode (point G) in the absence of an additional copper short-circuited winding on its rotor barrel.
С выходом ротора компрессора на установившуюся синхронную частоту вращения nc практически прекращается его нагрев со стороны бочки ротора "М" (фиг. 1) приводного двигателя, поскольку при работе в синхронном режиме от электромашинного преобразователя частоты 34 (фиг.3) с синусоидальной формой выходного напряжения Uвых сводятся к минимуму джоулевы потери в ферромагнитной и дополнительной медной короткозамкнутых обмотках.With the compressor rotor reaching a steady-state synchronous speed n c , its heating from the side of the rotor barrel "M" (Fig. 1) of the drive motor practically ceases, since when operating in synchronous mode from an electric machine frequency converter 34 (Fig. 3) with a sinusoidal output shape voltage U o minimized Joule losses in the ferromagnetic and additional copper short-circuited windings.
Благодаря повышению жесткости вала 7 (фиг.1) в месте расположения массивного ротора приводного двигателя (фиг.1, "М") по сравнению с вариантом исполнения компрессора с шихтованным ротором (фиг.1, "Ш") существенно повышаются частота собственных поперечных колебаний ротора компрессора и допускаемое значение его максимальной рабочей частоты вращения. Due to the increased stiffness of the shaft 7 (Fig. 1) at the location of the massive rotor of the drive motor (Fig. 1, "M"), the frequency of natural transverse vibrations increases significantly compared to the embodiment of the compressor with a charge rotor (Fig. 1, "Ш") the compressor rotor and the permissible value of its maximum operating speed.
Наличие глухих карманов 9 (фиг.2, А-А) и явновыраженных полюсов 10 со спрофилированными в направлении вращения краями обеспечивает снижение газодинамических потерь и шума, поскольку при работе компрессора в карманах 9 образуется вакуум, а на спрофилированных краях полюсов 10 отсутствует турбулентность в набегающем на них газовом потоке.The presence of blind pockets 9 (figure 2, aa) and clearly defined
Для остановки компрессора переключатель режима работы 23 (фиг.3) переводится в нейтральное положение, при котором трехфазная обмотка 22 отключается от электромашинного преобразователя частоты 24 и затем подключается к регулируемому источнику постоянного тока, например, регулируемому двухполупериодному полупроводниковому выпрямителю (на фиг.3 последний не показан). To stop the compressor, the operating mode switch 23 (Fig. 3) is switched to the neutral position, in which the three-
В первоначальный момент по обмотке 22 (фиг.3) пропускается постоянный ток такой величины, при которой поддерживается равновесие сил и (фиг. 1). При этом происходит интенсивное электродинамическое торможение приводного электродвигателя до полной остановки ротора компрессора в строго определенной вертикальной плоскости пространства, определяемой положением явновыраженных полюсов бочки ротора "М" (фиг.1) относительно неподвижных полюсов магнитного поля, образованного в рабочем зазоре δ путем пропускания постоянного тока по статорной обмотке. Затем величина постоянного тока в обмотке 22 и соответствующая этому току электромагнитная сила плавно снижаются до нуля, в результате чего обеспечивается безударная посадка невращающегося ротора компрессора в исходное (перед запуском) положение на внутренний подпятник 6 осевой газодинамической опоры (фиг.1).At the initial moment, a constant current of such magnitude is passed through the winding 22 (Fig. 3) that maintains a balance of forces and (Fig. 1). In this case, intense electrodynamic braking of the drive motor to a complete stop of the compressor rotor in a strictly defined vertical plane of space, determined by the position of the clearly visible poles of the barrel of the rotor "M" (Fig. 1) relative to the stationary poles of the magnetic field formed in the working gap δ by passing direct current across stator winding. Then the magnitude of the direct current in the
По завершении выполнения перечисленных выше операций обмотка 22 (фиг.3) отключается от источника постоянного тока, прекращается подача на вход проточной части компрессора 26 (фиг.1) рабочего газа и выключается принудительная система охлаждения статора приводного двигателя. Upon completion of the above operations, the winding 22 (Fig. 3) is disconnected from the direct current source, the supply of working gas to the inlet of the compressor 26 (Fig. 1) stops, and the forced cooling system of the stator of the drive motor is turned off.
Технико-экономический эффект от использования предлагаемого изобретения складывается из следующих основных составляющих:
снижения приблизительно в два-три раза расходов, связанных с заменой осевых газодинамических опор и ремонтами компрессора;
снижения приблизительно на 25-30% трудоемкости изготовления и динамической балансировки ротора компрессора;
исключения расходов, связанных с приобретением, установкой и эксплуатацией индивидуального источника питания (преобразователя частоты) приводного двигателя компрессора.The technical and economic effect of the use of the invention consists of the following main components:
reducing approximately two to three times the costs associated with the replacement of axial gas-dynamic supports and compressor repairs;
reduction of approximately 25-30% of the complexity of manufacturing and dynamic balancing of the compressor rotor;
excluding expenses associated with the acquisition, installation and operation of an individual power source (frequency converter) of the compressor drive motor.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038267 RU2034999C1 (en) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | Centrifugal cryogenic compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038267 RU2034999C1 (en) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | Centrifugal cryogenic compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2034999C1 true RU2034999C1 (en) | 1995-05-10 |
Family
ID=21602326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5038267 RU2034999C1 (en) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | Centrifugal cryogenic compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2034999C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7182585B2 (en) * | 2000-12-19 | 2007-02-27 | GfAS mbH, Gesellschaft für Aufladetechnik und Spindelbau | Electrically driven flow compressor |
US8313316B2 (en) | 2007-05-09 | 2012-11-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Compressor system for underwater use having a stator packet with an annular cooling chamber |
CN102981012A (en) * | 2012-11-14 | 2013-03-20 | 大连美天三有电子仪表有限公司 | Ultra-low temperature revolution speed transducer |
CN109707637A (en) * | 2019-01-30 | 2019-05-03 | 青岛科技大学 | A kind of small miniature centrifugal compressors of double gas suspension supports |
CN109899303A (en) * | 2019-01-30 | 2019-06-18 | 青岛科技大学 | A kind of small miniature centrifugal compressors of no transverse bearing |
CN114876880A (en) * | 2022-07-11 | 2022-08-09 | 沈阳透平机械股份有限公司 | Assembling method of vertically split centrifugal compressor |
-
1992
- 1992-03-03 RU SU5038267 patent/RU2034999C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины, Л.: Машиностроение, 1981. * |
2. Kawada M., Togo S., Akiyama Y. and R.Wada. Low-temperature centrifugal helium compressor. Fifth International Criogenic Engineering Conference., 369-379. * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7182585B2 (en) * | 2000-12-19 | 2007-02-27 | GfAS mbH, Gesellschaft für Aufladetechnik und Spindelbau | Electrically driven flow compressor |
US8313316B2 (en) | 2007-05-09 | 2012-11-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Compressor system for underwater use having a stator packet with an annular cooling chamber |
RU2470190C2 (en) * | 2007-05-09 | 2012-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Compressor system for marine underwater operation |
CN102981012A (en) * | 2012-11-14 | 2013-03-20 | 大连美天三有电子仪表有限公司 | Ultra-low temperature revolution speed transducer |
CN102981012B (en) * | 2012-11-14 | 2017-11-03 | 大连美天三有电子仪表有限公司 | A kind of ultralow temperature speed probe |
CN109707637A (en) * | 2019-01-30 | 2019-05-03 | 青岛科技大学 | A kind of small miniature centrifugal compressors of double gas suspension supports |
CN109899303A (en) * | 2019-01-30 | 2019-06-18 | 青岛科技大学 | A kind of small miniature centrifugal compressors of no transverse bearing |
CN109899303B (en) * | 2019-01-30 | 2020-12-01 | 青岛科技大学 | Small and miniature centrifugal compressor without radial bearing |
CN109707637B (en) * | 2019-01-30 | 2020-12-01 | 青岛科技大学 | Small and miniature centrifugal compressor with double-gas suspension support |
CN114876880A (en) * | 2022-07-11 | 2022-08-09 | 沈阳透平机械股份有限公司 | Assembling method of vertically split centrifugal compressor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6194852B1 (en) | High speed electric motors | |
EP1390618B1 (en) | Multi-stage centrifugal compressor driven by integral high speed motor | |
US5758709A (en) | Method of fabricating a rotor for an electric motor | |
US6554584B2 (en) | Inline type pump | |
US9685845B2 (en) | Method of making a squirrel cage rotor having reduced radius to accommodate permanent magnets | |
EP0449298A1 (en) | AC generator for vehicles | |
US20030071533A1 (en) | Self-starting synchronous motor and compressor using the same | |
JP2007181305A (en) | Permanent magnet type synchronous motor and compressor using the same | |
US5652473A (en) | Rotary assembly including in particular radial support means and a magnetic axial abutment | |
RU2034999C1 (en) | Centrifugal cryogenic compressor | |
EP0156606B1 (en) | Generator device | |
EP1075080A2 (en) | Electronic power supply for a synchronous motor with permanent-magnet rotor having two pairs of poles | |
JPS602867B2 (en) | high speed rotating generator | |
Erickson | Motor design features for adjustable-frequency drives | |
JPH03289340A (en) | Motor | |
SU1661932A1 (en) | Electric machine converter | |
RU224471U1 (en) | Synchronous brushless electric motor with independent excitation | |
RU2343318C1 (en) | Axial centrifugal pump-motor | |
RU2810639C1 (en) | End-mounted electric machine | |
WO2013054301A2 (en) | A pump for pumping waste water | |
RU2096896C1 (en) | Direct-current machine | |
AU743860B2 (en) | Improvements in high speed electric motors | |
RU2063554C1 (en) | Electric pump unit | |
JPH0369815A (en) | Bearing device for electric motor | |
JPS58159647A (en) | Generator |