[發明專利]具有軸向推力補償的風扇冷卻的電機

有效

• 申請號: 201480048691.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN105684274B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: I.奧斯曼;V.米開拉西
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內股份有限公司
• 主分類號: H02K9/06
• 分類號: H02K9/06;H02K7/14;H02K7/18;F04D29/041
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;肖日松

公開了一種旋轉機械裝備，其包括旋轉電機，該旋轉電機具有定子(1)和轉子(11)安裝在其上的旋轉軸(7)。機械裝備還包括冷卻風扇(23)，該冷卻風扇(23)包括安裝在旋轉軸(7)上用于與其共同旋轉的旋轉葉輪(33)。冷卻氣體通路(45,47)提供用于將壓縮的冷卻氣體輸送穿過定子和轉子。冷卻氣體由葉輪(33)輸送到冷卻氣體分送室(31)中。冷卻氣體分送室中的冷卻氣體的壓力生成軸向力，使由冷卻氣流在電機上生成的軸向推力平衡。

技術領域

本公開涉及旋轉機器，并且具體地涉及旋轉電機。本公開的一些實施例涉及包括旋轉電機和傳動地連接于其的渦輪機的旋轉機械裝備。

背景技術

電機通常用作連接于從動裝備如壓縮機或泵的原動機。電機還用作傳動地連接于原動機如內燃機(例如，燃氣渦輪或往復式內燃機)的發電機。

電機有時設有安裝在其軸上的冷卻風扇，用于生成冷卻流體流，如典型地為冷卻氣流。在一些已知的布置中，用作渦輪壓縮機的原動機的電動機使用由渦輪壓縮機處理的相同氣體作為冷卻介質。

在高速電機中，典型地需要提供顯著的冷卻氣流來保持電機的轉子和定子中的期望低溫水平。為了克服對冷卻氣流的阻力，支承在電機的軸上的冷卻風扇需要將顯著的壓力輸送在電機的一個端部上。因此產生的沿電機的轉子的壓差導致了沿冷卻流的方向朝與冷卻風扇相對的電機的端部(即，朝連接于電機的從動/驅動機器)作用于電機的轉子上的軸向力。由冷卻流壓力生成的軸向力可變得非常顯著，并且需要使用特殊的推力補償裝置。

即使強大的軸向推力補償裝置如軸向軸承位于連接于旋轉電機的機器中以補償其自身的軸向力，并且能夠補償在連接的電機中經由冷卻氣流產生的附加力，電機轉子和軸上的冷卻流的軸向力仍將使得難以選擇柔性聯接件來使電機的軸與從動或驅動機器的軸連接，這通常對于高速應用而言為關鍵的。

因此，所需的是對由布置在電機上的冷卻風扇提供的冷卻氣流生成的、旋轉電機的軸上生成的軸向推力進行補償的問題的不同途徑。

發明內容

為了減小由冷卻氣體壓力生成的軸向推力，冷卻氣體分送室可與冷卻風扇組合。冷卻氣體由冷卻風扇在升高壓力下輸送在冷卻氣體分送室中，并且由此朝電機分送，即，穿過轉子與定子之間的間隙。冷卻氣體分送室中的升高氣體壓力生成電機的軸上的軸向力，其抵消電機的轉子上的由冷卻氣體壓力生成的軸向推力。軸向力大體上定向成與穿過電機的冷卻氣流相反。

根據一些實施例，提供了一種旋轉機器，其包括旋轉電機，該旋轉電機具有定子、旋轉軸和安裝在旋轉軸上并且與其一起旋轉的轉子。旋轉機器還包括冷卻風扇，其包括安裝在旋轉軸的第一端部處并且與其一起旋轉的旋轉葉輪。冷卻氣體分送室位于冷卻風扇與定子轉子布置之間。冷卻氣體分送室與冷卻風扇和與布置用于將冷卻氣體輸送在電機中的冷卻氣體通路流體連通。由冷卻風扇輸送的壓縮的冷卻氣體接收在冷卻氣體分送室中，并且從其分送至所述冷卻氣體通路。冷卻風扇設有面向定子轉子布置的推力表面，使得作用于推力表面上的冷卻氣體分送室中的氣體壓力在軸上生成平衡軸向力。推力表面可由自身的葉輪或由添加至其的推力盤形成。由于冷卻氣體分送室中的壓力高于冷卻風扇的入口處的壓力，故軸向推力施加在轉子和冷卻風扇安裝在其上的軸上。由冷卻氣體分送室中的加壓冷卻氣體生成的軸向推力沿大體上與冷卻氣體穿過電機的轉子定子布置的流動方向相反的方向定向，以使所述軸向力與由流過轉子定子布置的加壓冷卻氣體的流動生成的推力相反。

接收在冷卻氣體分送室中的壓縮的冷卻氣體可完全地或部分地流過轉子與定子之間的間隙。在一些實施例中，冷卻氣體可用于從旋轉裝備的附加構件、元件或部分除去熱。例如，冷卻氣流可用于軸承通風。這在電磁軸承的情況下特別有用。當電機操作為電動機或原動機時，如果電機操作為發電機，則冷卻氣體還可用于冷卻傳動地連接于電機的附加機器(例如，壓縮機)的構件。