[發明專利]高速永磁電機直驅離心機轉子的冷卻方法及冷卻系統

有效

• 申請號: 201710091125.3
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106602765B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張回良;林偉偉;肖旭;張杰;劉濤
• 申請（專利權）人: 上海優耐特斯壓縮機有限公司
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K9/06
• 代理公司: 上海明成云知識產權代理有限公司 31232
• 代理人: 常明

本發明涉及一種高速永磁電機直驅離心機轉子的冷卻方法及冷卻系統，兩級壓縮的離心機第二級進氣端固定葉輪的螺桿、軸上軸心及徑向通過鉆孔連通構成冷卻劑的通路，同時電機殼體上開設數個與大氣相通的孔，離心機正常工作時二級進氣端的氣壓在1.5bar（G）以上，電機內部氣壓較低，壓力差使離心機進氣端的常溫氣體通過軸心盲孔和連通盲孔的徑向孔帶走轉軸內部的大部分熱量，同時通過轉軸的旋轉，使轉軸表面與氣體進行二次換熱，最終使轉子保持在安全的溫度范圍內。本發明直接對軸內部和外表面同時進行換熱，解決了高速永磁直驅離心機轉子的散熱問題，使得換熱效率更佳，更加實用可靠，結構更簡單，成本更低，效果更好。

技術領域

本發明涉及高速永磁電機直驅離心機轉子的冷卻方式，特別是大功率（≥100kW）超高轉速（≥10000RPM）的高速永磁電機離心機裝置，主要涉及一種用于大功率高速永磁電機直驅離心機轉子散熱的冷卻方法及冷卻系統。

背景技術

高速永磁電機直驅的離心鼓風機和離心壓縮機（統稱離心機）由于將電機的功能與傳統的齒輪箱等傳動系統從結構上融為一體，省去了復雜的中間傳動環節，具有調速范圍寬、轉動慣量小、能量消耗少、工作效率高、易于實現無級調速和精密控制等優點，此種裝置是離心機產品的未來主推的產品，尤其配上磁浮軸承或空浮軸承，也是高速永磁電機的最主要應用領域之一。但是高速永磁電機發熱功率大，容易導致定子、轉子溫度過高，影響整機效率，甚至還可能會導致轉子永磁體不可逆失磁，造成電機的報廢、葉輪的損壞。因此，如何保證電機的運行溫度（尤其轉子永磁體工作溫度）在安全范圍內是高速永磁電機設計的難點之一。目前常見的此類離心機配套永磁電機轉子冷卻方式如下：

如圖1所示裝置，在中間部位裝置電機轉子10，電機轉子10的兩端分別連接葉輪8和葉輪9，電機轉子10上裝有空氣徑向軸承4和空氣止推軸承5，在電機轉子10上設置有迷宮式密封6。電機定子7由冷卻水從冷卻水進口2流向冷卻水出口3，實現冷卻。電機轉子10通過冷卻空氣入口1注入冷卻用壓縮空氣進行冷卻。從冷卻空氣入口1注入0.2Mpa～0.4Mpa壓縮空氣，冷卻轉子表面，同時在軸承4、5上流動，最后排放到大氣中。這種冷卻空氣大約需要0.2Mpa～0.4Mpa壓力。此種方案的不足在于冷卻空氣只在轉子中間部位對軸直吹，壓力大氣流大易造成轉子受力不平衡，軸的大部分表面未直接與新鮮冷空氣進行換熱，換熱效率差，且空氣壓力較大，造成摩擦損失較大。

如圖2所示裝置，轉子軸20的兩端分別設置有葉輪21和葉輪22，中間位置是電機轉子30。空氣50從大氣中吸入，從電機轉子30的兩端吸入，負壓冷卻空氣60通過中間位置貫通定子40，通過真空泵70或者空氣噴射器排出，釋放到大氣中。圖2所示中，下部的排氣通道與上部的排氣通道連通，并共用一個真空泵70。此冷卻方式可使摩擦損失降低，但和圖1裝置同樣存在換熱效率稍差的問題。

該類機組還有其他換熱方式，但是幾乎都是在轉子外表面進行對流換熱，而發熱部位在轉子內部，這樣會造成轉子內部溫度無法及時有效散熱而溫度升高。

有鑒于此，該領域技術人員致力于研發一種用于高速永磁電機直驅離心機轉子散熱的冷卻方法及裝置，以保證電機的運行溫度控制在安全范圍內。

發明內容

本發明的任務是提供一種高速永磁電機直驅離心機轉子的冷卻方法及冷卻系統，可直接對軸內部和外表面同時進行換熱，提高了換熱效率，解決了上述現有技術所存在的高速永磁直驅離心機轉子散熱的問題。

本發明的技術解決方案如下：

一種高速永磁電機直驅離心機轉子的冷卻方法，其中一級葉輪通過一級螺桿聯接固定在轉軸上，二級葉輪通過二級螺桿聯接固定在轉軸上，一級葉輪、一級螺桿、二級葉輪、二級螺桿以及轉軸部件組成機組的整個轉子；

氣體經過一級壓縮后進入冷卻器進行冷卻，之后進入二級壓縮，最后得到滿足設計要求的壓力氣體；