WO2014183476A1

WO2014183476A1 - 带电磁控制器的离心式压缩机

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Publication number: WO2014183476A1
Application number: PCT/CN2014/070427
Authority: WO
Inventors: 王维民; 李启行; 高金吉
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: CN103267024B; CN103267024A

Abstract

一种带电磁控制器的离心式压缩机，包括转子（3）、静子、隔板（11）及平衡盘（13），隔板（11）和静子固定，平衡盘（13）和转子（3）相固定，还包括电磁控制器静子组件（15）和电磁控制器转子组件（17），电磁控制器静子组件（15）包括静子铁芯固定环（151）和静子硅钢片（153），静子铁芯固定环（151）为圆环状，静子硅钢片（153）固定于静子铁芯固定环（151）内壁，若干个静子硅钢片（153）在静子铁芯固定环（151）内壁上周向间隔排列，各静子硅钢片（153）上缠绕有线圈（155），静子铁芯固定环（151）固定于隔板（11）上，电磁控制器转子组件（17）包括转子硅钢片（173），转子硅钢片（173）为圆环状，转子硅钢片（173）固定于平衡盘（13）上。这种带电磁控制器的离心压缩机能够提高转子的稳定性，并可适用于多种透平机械。

Description

带电磁控制器的离心式压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，特别是涉及一种离心式压缩机。

背景技术

离心压缩机是石油开采与炼制、石油化工及煤化工工业的关键装备。近年来，随着其向高压、大流量、高效率方向发展，使得这种机器的转子的柔性逐步增加。而大流量需要转子有比较大的跨距，这降低了转子的临界转速；而要提高效率则需要增加转子的转速，这样使得转子工作转速同一阶临界转速的比值越来越大；气体压力的提高，使得气体作用在转子上的气流激振力逐步增大；所有这些因素，均使得压缩机面临着转子失稳的难题。如何提高转子系统的稳定性成为工程科技界近年来不断追求的目标。

转子失稳通常是指当转速达到一定值后处于临界状态，这时如果遇到微小的扰动，就有可能使得转子振动突然加剧，引起跳车的一种故障。自上个世纪 60年代以来，随着透平机械的功率及转速的升高，一些在低速、小功率下表现较弱的问题逐渐变得越来越突出，其中稳定性问题显的尤为显著。在最近的几十年来，虽然工程界和科技界都对转子的稳定性给予了高度的关注，但是失稳的案例还是时有发生。这种故障是一种比较顽固的故障，一旦出现就需要对机组做大的改造。

在这种故障的处理上，虽然世界上各个透平机械厂商都曾经做出过努力，例如美国最大的压缩机公司 Dresser-Rand在平衡盘上采用阻尼密封、日本三菱在推力盘外侧增加阻尼环、 Elliot公司宣称通过增大转子的轴径来提高转子的稳定性。

美国 Dresser-Rand公司的阻尼密封技术，这种密封从外形上看类似于蜂窝密封，但是不同之处在于蜂窝密封是用哈氏合金经过焊接而成，而这种阻尼密封为孔式阻尼器密封，是用铝制成的，由于铝材比较软，因此有比较好的耐碰磨的性能。经过在多次压缩机的密封改造中采用这种密封的实际应用经验来看，这种密封具有比较好的效果。在密封改造时，这种密封的难点在于要求平衡盘或者转子部件的表面是平面，如果不是这样，就需要更换平衡盘甚至对转子进行重新的高速动平衡。

如图 1所述，带有平衡盘密封的背靠背型离心压缩机，包括转子 11 '、叶轮 12'、平衡盘 13 '、隔板 14'，在平衡盘上加工有平衡盘密封 15 '，这种结构的离心压缩机在叶轮的布置上，由于采用了背靠背型的布置使得流体作用在叶轮上的轴向力可以相互部分抵消，从而可以减小平衡盘的面积；再一方面，通过背靠背布置，可以降低平衡盘两侧的压差降低。以上两方面的因素，均能够降低流体流经平衡盘密封的泄露量，从而提高离心压缩机的效率。然而，这种结构的压缩机，由于平衡盘位于转子的中间，流体流过平衡盘密封时会产生气流激振力，该激振力将会给转子系统输入负阻尼，而转子的一阶正进动模态对该位置的气流激振力尤为敏感。因此，这种布置的转子更容易发生失稳故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以提高转子稳定性的带电磁控制器的离心压缩机。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种带电磁控制器的离心压缩机，包括转子、静子、隔板及平衡盘，隔板和静子相固定，平衡盘和转子相固定，还包括电磁控制器静子组件及电磁控制器转子组件，所述电磁控制器静子组件包括静子铁芯固定环及静子硅钢片，静子铁芯固定环为圆环状，所述静子硅钢片固定于所述静子铁芯固定环内壁，并且若干个静子硅钢片在静子铁芯固定环内壁上周向间隔排列，所述各静子硅钢片上均缠绕有线圈，所述静子铁芯固定环固定于所述隔板上，所述电磁控制器转子组件包括转子硅钢片，转子硅钢片为圆环状，转子硅钢片固定于所述平衡盘上。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述电磁控制器静子组件还包括静子保持架，静子保持架为圆环状，静子保持架固定于所述静子铁芯固定环外侧，静子保持架由不导磁材料制成，所述隔板、静子保持架、静子铁芯固定环的轴向同一侧设有静子固定环，静子固定环为片状圆环，静子固定环和隔板之间设有静子固定螺栓。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述电磁控制器转子组件还包括转子保持架，转子保持架为圆环状并且转子保持架由不导磁材料制成，所述转子硅钢片固定于所述转子保持架里侧，所述转子保持架与所述平衡盘之间设有转子固定环，转子固定环为片状圆环，所述转子固定环位于所述转子保持架及所述平衡盘的轴向一侧，并且转子固定环和所述平衡盘之间通过转子固定螺栓相固定。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述各静子硅钢片之间均设有密封体，所述各密封体和各静子硅钢片相互连接在所述静子铁芯固定环内壁形成平滑圆柱面，所述平滑圆柱面上开有若干沉孔，沉孔的轴线方向为平滑圆柱面的法线方向。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述静子铁芯固定环及静子硅钢片一体成型。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述静子铁芯固定环、静子硅钢片为分体式结构，所述各静子硅钢片分别通过静子硅钢片固定螺栓固定于所述静子铁芯固定环上，并且所述静子硅钢片固定螺栓沿静子铁芯固定环的轴向设置。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述沉孔的深度为 2-5mm，所述沉孔的直径为 2- 8

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述沉孔在平滑圆柱面上均布。

本发明带电磁控制器的离心式压缩机，其中，所述若干个静子硅钢片在静子铁芯固定环内壁上周向均布。

本发明带电磁控制器的离心压缩机，由于隔板、平衡盘上分别设有电磁控制器静子组件、电磁控制器转子组件，因此电磁控制器静子组件中的线圈通电形成可控磁场，通过控制该磁场，给转子施加激振力或振动控制力，从而提高转子的稳定性。

另外，由于各静子硅钢片之间均设有密封体，各密封体相互连接在静子铁芯固定环内壁形成平滑圆柱面，平滑圆柱面上开有沉孔，这些沉孔形成阻尼密封，该阻尼密封可以替代原有的压缩机平衡盘密封，限制气体从密封高压侧向低压侧的流动。

下面结合附图对本发明带电磁控制器的离心压缩机作进一步说明。附图说明

图 1为现有 "背靠背型"离心压缩机的结构图；

图 2为本发明带电磁控制器的离心压缩机实施例一的结构图；

图 3为本发明带电磁控制器的离心压缩机平衡盘及隔板部分的剖面图；

图 4为本发明带电磁控制器的离心压缩机中静子组件的主视图；

图 5为本发明带电磁控制器的离心压缩机中静子组件的左视图；

图 6为本发明带电磁控制器的离心压缩机中静子组件缠绕线圈后的主视图；

图 7为本发明带电磁控制器的离心压缩机中静子组件插入密封体后的主视图；图 8为本发明带电磁控制器的离心压缩机中静子组件密封体表面开沉孔后的主视图; 图 9为本发明带电磁控制器的离心压缩机中静子组件密封体表面所开沉孔的排列图; 图 10为本发明带电磁控制器的离心压缩机实施例二的结构图。

具体实施方式

如图 2所示，本发明带电磁控制器的离心式压缩机的实施例 1，带电磁控制器的背型"离心压缩机，包括转子 03、静子、隔板 11、平衡盘 13、电磁控制器静子组件 15及电磁控制器转子组件 17，隔板 11和静子相固定，平衡盘 13和转子 03相固定，如图 3所示，电磁控制器静子组件 15包括静子铁芯固定环 151、静子硅钢片 153及静子保持架 152，如图 4、 5所示，静子硅钢片 153固定于静子铁芯固定环 151内壁，并且多个静子硅钢片 153在静子铁芯固定环 151内壁上周向间隔均匀排列，如图 6所示，各静子硅钢片 153上均按照顺时针或者逆时针方向缠绕有线圈 155，如图 3所示，静子保持架 152、静子铁芯固定环 151均为圆环状，静子保持架 152设置于静子铁芯固定环 151外侧，并且静子保持架 152和静子铁芯固定环 151之间过盈配合，静子保持架 152由铝或其他不导磁材料制成，隔板 11、静子保持架 152、静子铁芯固定环 151的轴向同一侧设有静子固定环 16，静子固定环 16为片状圆环，静子固定环 16和隔板 11之间设有静子固定螺栓 161，电磁控制器转子组件 17包括转子保持架 171、转子硅钢片 173，转子保持架 171、转子硅钢片 173均为圆环状，并且转子保持架由不导磁材料制成，转子硅钢片 173设置于转子保持架 171里侧并且两者之间过盈配合，转子保持架 171与平衡盘 13之间设有转子固定环 18，转子固定环 18为片状圆环，转子固定环 18 位于转子保持架 171及平衡盘 13的轴向一侧，并且转子固定环 18和平衡盘 13之间通过转子固定螺栓 175相固定。

如图 7所示，各静子硅钢片 153之间均设有密封体 14，密封体 14通常由铝或者铜等软材料组成，各密封体 14和各静子硅钢片 153相互连接在静子铁芯固定环 151内壁形成平滑圆柱面 141，如图 8、 9所示，平滑圆柱面 141上开有多个沉孔 142，沉孔 142的轴线方向为平滑圆柱面 141的法线方向，沉孔 142的深度为 2-5mm、直径为 2_8mm，并且沉孔 142在平滑圆柱面 141上均布。

如图 3、 4所示，静子铁芯固定环 151、静子硅钢片 153为分体式结构，静子硅钢片 153 通过线切割或冲压的方式加工而成，各静子硅钢片 153分别通过静子硅钢片固定螺栓 154固定于静子铁芯固定环 151上，并且静子硅钢片固定螺栓 154沿静子铁芯固定环 151的轴向设置。

静子铁芯固定环 151及静子硅钢片 153还可采用线切割的方法加工成一体。

通过在线圈 155中通入电流使得电磁控制器静子硅钢片 153磁化，形成 N极和 S极，如图 6所示，平滑圆柱面 141上的沉孔 142形成阻尼密封，通过改变线圈 155中的电流，给透平机械的转子施加电磁力。如图 10所示实施例二，带电磁控制器的"直列型"离心压缩机，在隔板 41上固定电磁控制器静子组件 15，在平衡盘 42上固定电磁控制器转子组件 17。

对于以上的两个实施例，其工作原理如下：

磁场是可以在空间传播的，在磁场的作用下相互不接触的部件之间可以产生一定的作用力，本发明带电磁控制器的离心式压缩机，可以通过控制线圈 155 内的电流来在转子上施加一个可控的磁场，通过控制该磁场，给转子施加一个激振力或者振动控制力。作用在转子上的故障力可以写成多个简谐力的合力，如下式 (1)所示时，

n为整数， ω 为转子的转速， φ_1η为激振力的相位， F_ln为激振力的幅制。此时作用在转子上的电磁控制力应为 P2,

例如，当故障为不平衡时， η=1 _; 当故障为不对中时， η=1,2;

如果转子上的故障力为非保守的切向力，当这些力产生的能量不能被阻尼系统所消耗时，转子系统系统将会发生失稳，这种非保守的力可以用矩阵所示，

此时通过电磁装置给转子施加的作用可以用一个刚度矩阵 Kc或者阻尼矩阵 Dc表示,

本发明中的电磁控制器静子组件 15，由于具有密封功能，因此可以安装在原透平机械上的气体密封部位以节省转子轴向空间，从而在控制过程中，在转子轴线方向上，能够让控制力的位置距离故障力的位置最小。这样较小的控制力就可以达到控制效果，在这种情况下，所需要的电磁轴承的体积就会小，比较适合在透平机械内部这样紧凑的空间中使用。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

工业实用性

本发明带电磁控制器的离心式压缩机可用于多种透平机械，提高其转子的稳定性，具有工业实用性。

Claims

权利要求

1、一种带电磁控制器的离心式压缩机，包括转子（03)、静子、隔板（11)及平衡盘（13)，隔板（11) 和静子相固定，平衡盘（13) 和转子（03) 相固定，其特征在于：还包括电磁控制器静子组件（15)及电磁控制器转子组件（17)，所述电磁控制器静子组件（15)包括静子铁芯固定环（151) 及静子硅钢片（153)，静子铁芯固定环（151) 为圆环状，所述静子硅钢片（153) 固定于所述静子铁芯固定环（151) 内壁，并且若干个静子硅钢片（153)在静子铁芯固定环（151) 内壁上周向间隔排列，所述各静子硅钢片（153) 上均缠绕有线圈（155)，所述静子铁芯固定环（151) 固定于所述隔板（11) 上，所述电磁控制器转子组件（17)包括转子硅钢片（173)，转子硅钢片（173)为圆环状，转子硅钢片（173)固定于所述平衡盘（13) 上。

2、根据权利要求 1所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述电磁控制器静子组件（15) 还包括静子保持架（152)，静子保持架（152) 为圆环状，静子保持架（152) 固定于所述静子铁芯固定环（151) 外侧，静子保持架（152) 由不导磁材料制成，所述隔板

(11)、静子保持架（152)、静子铁芯固定环（151) 的轴向同一侧设有静子固定环（16)，静子固定环（16) 为片状圆环，静子固定环（16)和隔板（11)之间设有静子固定螺栓（161)。

3、根据权利要求 2所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述电磁控制器转子组件（17)还包括转子保持架（171)，转子保持架（171) 为圆环状并且转子保持架由不导磁材料制成，所述转子硅钢片（173) 固定于所述转子保持架（171) 里侧，所述转子保持架

(171) 与所述平衡盘（13) 之间设有转子固定环（18)，转子固定环（18) 为片状圆环，所述转子固定环（18)位于所述转子保持架（171)及所述平衡盘（13) 的轴向一侧，并且转子固定环（18) 和所述平衡盘（13) 之间通过转子固定螺栓（175) 相固定。

4、根据权利要求 3所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述各静子硅钢片 (153)之间均设有密封体（14)，所述各密封体（14)和各静子硅钢片（153)相互连接在所述静子铁芯固定环（151) 内壁形成平滑圆柱面（141)，所述平滑圆柱面（141) 上开有若干沉孔（142)，沉孔的轴线方向为平滑圆柱面（141) 的法线方向。

5、根据权利要求 4所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述静子铁芯固定环（151) 及静子硅钢片（153) —体成型。 6、根据权利要求 5所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述静子铁芯固定环（151)、静子硅钢片（153) 为分体式结构，所述各静子硅钢片（153) 分别通过静子硅钢片固定螺栓（ 154)固定于所述静子铁芯固定环（ 151 )上，并且所述静子硅钢片固定螺栓（ 154) 沿静子铁芯固定环（151) 的轴向设置。

7、根据权利要求 5或 6所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述沉孔（142) 的深度为 2- 5 所述沉孔（142) 的直径为 2- 8

8、根据权利要求 7所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述沉孔（142) 在平滑圆柱面（141) 上均布。

9、根据权利要求 8所述带电磁控制器的离心式压缩机，其特征在于：所述若干个静子硅钢片（153) 在静子铁芯固定环（151) 内壁上周向均布。