[發明專利]封裝式磁體組件和用于制造它的工藝

無效

• 申請號: 201110346475.2
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102454704A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: K·R·韋伯;J·D·范達姆;M·A·阿利
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;H01F7/02;H01F1/047
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;傅永霄

相關申請的交叉引用

本申請是于2007年11月2日提交的美國專利申請No.11/934,396的部分繼續申請并要求享有其權益，該美國專利申請No.11/934,396則要求享有于2007年3月8日提交的題名為“用于腐蝕環境中的磁軸承”的美國臨時專利申請No.60/905,710的權益，這些美國專利申請均通過引用而完整地結合在本文中。

技術領域

本公開涉及利用磁軸承并可用于腐蝕環境中的轉子和定子組件，以及組裝磁軸承的工藝。該轉子和定子組件可用于渦輪膨脹機、泵、壓縮機、電動機和發電機、以及相似的用于石油和天然氣工業的渦輪機械中。

背景技術

渦輪膨脹機是一種減小進氣流的壓力的裝置。在這樣做時，在減壓期間可提取有用功。此外，從渦輪膨脹機中還可能產生流出流(effluent?stream)。這種流出流然后可穿過分離器或蒸餾塔，以便將該流出流分離到重質液體流中。渦輪膨脹機利用旋轉設備，其是相對較昂貴的，并且通常包括安裝在外殼中的徑向內流式渦輪轉子，外殼具有徑向入口和軸向出口。渦輪轉子通過固定在轉子上的軸而可旋轉地安裝在軸承中。這種渦輪膨脹機可供各種廣泛的不同氣流用于諸如空氣分離、天然氣加工和傳輸、膨脹過程中的壓力下降的能量的回收、相關過程的廢熱的熱能回收等等。壓縮機可作為一種裝置與渦輪膨脹機相關聯，以取得功或只是消散來自渦輪膨脹機的能量。

目前有三種主要類型的軸承，其可用于支撐渦輪機械，例如上面提到的渦輪膨脹機或壓縮機中的轉子軸。各種類型的軸承包括磁軸承、滾柱元件軸承和流體薄膜軸承。磁軸承利用電磁力而定位和支撐移動的軸。該軸可進行回轉(旋轉)或往復運動(線性平移)。相比之下，流體薄膜軸承和滾柱元件軸承都與轉子軸直接接觸，并且通常需要基于流體的滑潤劑，例如油。

磁軸承提供了超越流體膜軸承和滾柱元件軸承的優越性能。磁軸承通常具有較低的阻力損失、較高的剛性和阻尼屬性、以及適中的負載能力。另外，不同于其它類型的軸承，磁軸承不需要潤滑，因而消除了油、閥門、泵、過濾器、冷卻器等等，其增加了復雜性，并且包括工藝污染的風險。

在一種用于轉子和定子組件的典型的磁軸承布局中，定子包圍由鐵磁性材料形成的轉子軸，定子包括多個電磁線圈。各個電磁線圈被稱為磁徑向軸承，因為它們徑向包圍轉子，電磁線圈產生磁場，其傾向于吸引轉子軸。在圍繞轉子軸的合適位置上，轉子軸組件受到定子內部的這些活動的磁徑向軸承的支撐。通過改變特定磁體的線圈中的電流的量，可控制吸引力，使得轉子保持居中于磁體之間。定子中的傳感器包圍轉子，并測量轉子離居中位置的偏差。數字處理器使用來自傳感器的信號以確定如何調整磁體中的電流，從而使轉子居中于磁體之間。檢測軸位置、處理數據和調整線圈中的電流的循環可在高達25,000次每秒的速率下發生。因為轉子“浮動”在空間中而不與磁體相接觸，所以不需要任何類型的潤滑。

耐摩軸承以及密封件可安裝在轉子軸的各端，以便在未激勵磁軸承時支撐軸。這避免了在轉子軸和定子的徑向磁軸承之間的任何接觸。這些輔助軸承或“備用”軸承通常是干的、潤滑的，并且在正常操作期間保持無負載的。

在石油和天然氣工業中，轉子和定子組件可在工藝氣體中運轉，工藝氣體還可用作冷卻劑。工藝氣體通常是在大約10巴至大約200巴的壓力下的天然氣。不幸的是，天然氣可能具有高度的污染物。這些污染物可包括腐蝕劑例如硫化氫(H₂S)、水、CO₂、油和其它。在最壞的情況下，水和H₂S的組合導致被稱為濕酸氣的東西，它是一種更具腐蝕性的氣體。磁軸承通常需要冷卻，從而保持軸承構件中的可接受的溫度。利用工藝氣體直接作為冷卻劑，其在實現一種較少密封的系統方面提供了顯著的優點，其消除了對于緩沖氣體(其在上游石油和天然氣應用中通常不能得到)的需求，并且增強了安裝的渦輪機械的安全性和可操作性。然而，磁軸承組件的冷卻，以及因此其在包含上述污染物的工藝氣體環境中的使用，對于易受損的磁軸承構件造成了極大的風險。

美國腐蝕工程師協會(NACE)標準MR0175，“用于油田設備的硫化物應力腐蝕破裂防腐劑金屬材料”是在石油和天然氣工業中廣泛使用的標準，其規定了為用于酸氣環境中的機械提供良好的使用壽命所需要的合適的材料、熱處理條件和硬度等級。NACE遵從性材料或成分是相當耐腐蝕的，這些腐蝕可發生在非NACE遵從性材料暴露于酸氣和/或濕酸氣時。例如，NACE遵從性焊縫通常需要焊接后熱處理工藝，以消除任何焊縫應力，焊縫應力將通常有助于易受腐蝕性。目前在石油和天然氣工業中還沒有使用完全遵從NACE的磁軸承系統。