[發(fā)明專利]具有電動(dòng)機(jī)和泵的布局結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980115147.2
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN102016323A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·尼休斯;M·范阿爾森
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): F04D17/12
• 分類號(hào): F04D17/12;F04D29/16;F04D13/06;F04D25/06;F04D29/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有電動(dòng)機(jī)和由所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵的布局結(jié)構(gòu)(或稱裝置)，其中通過所述泵使工藝流體運(yùn)動(dòng)到較高壓力，其中所述電動(dòng)機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子是繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)的，其中所述定子至少在部分周向(或稱環(huán)向、圓周方向)上圍繞所述轉(zhuǎn)子，其中一個(gè)間隙在所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間沿周向延伸，其中提供有流動(dòng)路徑，所述工藝流體的至少一部分沿所述流動(dòng)路徑在軸向方向上流動(dòng)，其中所述間隙屬于所述流動(dòng)路徑。

背景技術(shù)

前面提到的那類布局結(jié)構(gòu)在電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)中是已知的，這些電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)往往被設(shè)計(jì)成緊湊型模塊，而且有時(shí)被封裝在一個(gè)公共殼體中，該殼體優(yōu)選被制成氣密性的。這些模塊能夠壓縮例如有毒氣體或能夠操作于爆炸性環(huán)境中或甚至水下，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)的性能，而不需要密封件。這些未密封的壓縮機(jī)通過吸入管線接收工藝流體，并以較高壓力級通過排放管線對其進(jìn)行輸送。由于很難畫出泵與壓縮機(jī)之間的界線，因此在下文中將這兩類機(jī)器統(tǒng)稱為泵。

未密封的設(shè)計(jì)的一個(gè)特征在于所述公共氣密性殼體中基本上所有的組件皆被所述工藝流體圍繞。這帶來的缺點(diǎn)在于所有這些組件必須被設(shè)計(jì)成經(jīng)得起最終的化學(xué)侵蝕性工藝介質(zhì)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可能使用所述工藝流體來冷卻所述布局結(jié)構(gòu)的組件，而不需要提供專門的冷卻系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)定子以及用于轉(zhuǎn)子的軸承(例如磁性軸承)的冷卻皆能利用所述工藝流體實(shí)現(xiàn)。

然而，流過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子之間間隙并且至少部分地冷卻定子和轉(zhuǎn)子的工藝流體由于某些流動(dòng)現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)上的不穩(wěn)定性。進(jìn)入所述間隙的工藝流體沿周向被加速到所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向中。如果轉(zhuǎn)子相對于旋轉(zhuǎn)軸線被移位，那么所述間隙在徑向上將變窄，而所述工藝流體不得不根據(jù)連續(xù)性加速。按照伯努利定律，在出現(xiàn)加速的情況下，壓力將降低，而這會(huì)放大所述轉(zhuǎn)子的位移，并且還可能觸動(dòng)定子的某些部件，這些運(yùn)動(dòng)都會(huì)進(jìn)一步使所述間隙變窄。如果超過了臨界參數(shù)，那么定子和轉(zhuǎn)子可能發(fā)生接觸，從而可能被毀壞。

發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的一個(gè)目的是要以如下方式改進(jìn)前面提到的布局結(jié)構(gòu)，即使得因操作期間所述間隙中的流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)性能下降很少。本發(fā)明的另一個(gè)目的是要防止由上述流體動(dòng)力學(xué)上導(dǎo)致的不穩(wěn)定性影響所引起的損壞。

根據(jù)本發(fā)明的解決上述問題的方案由包括權(quán)利要求1所述特征的布局結(jié)構(gòu)提供。

通過將導(dǎo)流元件插入到工藝流體的流動(dòng)路徑中，能夠以如下方式影響流動(dòng)分布，即使得周向速度不被所述工藝流體帶得和沒有這些元件時(shí)一樣快。通過降低周向加速度，降低了轉(zhuǎn)子相對于定子的徑向位移對間隙中壓力分布的影響。本發(fā)明認(rèn)識(shí)到工藝流體的較高的周向速度會(huì)增加作為對任何擾動(dòng)的響應(yīng)的不穩(wěn)定性的趨勢。因此，根據(jù)本發(fā)明的布局結(jié)構(gòu)使馬達(dá)能夠操作于較高的轉(zhuǎn)速，或者所述間隙具有較小的徑向空隙，或者以較高壓力和/或高密度的工藝流體操作，或者甚至具有較大軸向長度的所述間隙，這為較大的馬達(dá)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)在于降低了進(jìn)入周向方向的工藝流體的加速度。

WO?2007/110281A1和DE?2001119U1分別公開了一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的流動(dòng)路徑布局結(jié)構(gòu)，但它們都沒有公開適于抑制周向流動(dòng)的額外的導(dǎo)流元件，也沒有考慮要避免流體動(dòng)力學(xué)上被導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。

本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是在所述間隙的上游的流動(dòng)路徑中安裝導(dǎo)流葉片，這些導(dǎo)流葉片被成形為在所述流體進(jìn)入所述間隙之前產(chǎn)生對所述旋轉(zhuǎn)方向的反渦旋。可見，間隙中的流體首先必須在相反方向上被加速，以消除所述反渦旋，在該加速過程中，所述流體已經(jīng)能夠流過一定的軸向距離。

本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例在所述定子鄰接所述間隙的表面上提供了導(dǎo)流元件。這些導(dǎo)流元件被設(shè)計(jì)成使得所述工藝流體很不快速地加快周向速度。這些導(dǎo)流元件能夠被設(shè)計(jì)成縱向凹槽，這些縱向凹槽沿提供于這一表面上的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。所述縱向凹槽沿軸向方向?qū)б隽鲃?dòng)，并且抑制周向加速。所述導(dǎo)流元件形狀的另一個(gè)可能是要為所述凹槽提供螺旋形狀，其中螺旋線對于右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子是左旋的，對于左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子是右旋的，以致沿所述螺旋線進(jìn)行的流動(dòng)被引導(dǎo)成反向于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。因此，軸向壓力差迫使所述流軸向地通過所述間隙，而周向速度上升很少。

被本發(fā)明解決的這些問題很可能存在于某種布局結(jié)構(gòu)中，其中電動(dòng)機(jī)和泵由一公共氣密性殼體封裝，所述殼體設(shè)置有用于所述工藝流體的進(jìn)口和出口。

在這種布局結(jié)構(gòu)中，所述工藝流體能夠循環(huán)通過電動(dòng)機(jī)的所述間隙，如果沒有用密封件來防止這一情況的話。