多级离心压缩机制造技术

一种带有与之构成一体的高速电动机的多级离心压缩机，它包括：一定子（５２）、一装有多个永久磁体（７２ａ－７２ｄ）的转子（２８），其中，在定子（５２）与转子（２８）之间有一气隙（５０）。转子（２８）有一导磁钢的轴（７５），该轴（７５）在每一端部处由加压油润滑的流体动力轴承（５３，５４）可转动地支承。压缩机还包括多个安装成与转子轴（７５）一起转动的压缩机叶轮（２６，２７）和向轴承（５３，５４）输送冷却油的泵（２９）。还设有一条穿过定子（５２）的通路（６６），用来在启动过程中将加压空气引入所示气隙（５０）内，以保持气隙内为正压，并借以将油从气隙（５０）排出。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
历来，排出压力低于150磅/平方英寸的低流量的压缩机(低于800吸入立方英尺/分(200马力))都是螺旋式或往复式压缩机。这些螺旋式和往复式压缩机是由小型低速(1800至3600转/分)感应型电动机来驱动的。离心压缩机需要高转速，这就决定了需要用齿轮来把驱动速度增高至更高的转子转速(约为驱动转速的5至20倍)。起先，小型离心压缩机在低流量时效率极低，机械损耗较高，并且由于需要增速齿轮和附加的轴承而不经济。由于这些问题，离心压缩机对于低流量市场曾是不可行的。
技术介绍
尽管离心压缩机技术对于低流量范围已变得较为有效，但由于增速齿轮和附加的轴承，它们仍是成本较高和机械损耗较大。这就激发人们去研制一种直接驱动的高速电动机/压缩机。但是很长时间以来，这些转速和功率等级是不可行的。功率电子元件方面的技术状态的进步使得在所要求的功率等级下进行所要求的高频度切换成为可能。但还是存在其它的问题，诸如要能将高密度的磁体固定在以极高转速转动的轴上。而如今，比金属轴套强度更高的合成纤维可以解决这个问题。本专利技术的目的是提供一种改进的与压缩机的各级设计成为一个整体的结构紧凑的小型高速电动机，以直接将压缩机驱动至所要求的高转速，而无需增速齿轮及其需要的附加的轴承。
技术实现思路
本专利技术针对一种由一高速电动机轴直接驱动的例如两级的多级离心压缩机，而电动机轴是包括两个直接安装在电动机轴两端上的压气叶轮的转子的整体构成部分。电动机轴支承在用油润滑的流体动力轴承上，并由一个由高频逆变器供电的定子推动旋转，逆变器一个电子控制系统控制，电子控制系统与功率转换系统和霍尔传感器相互协调工作。在本专利技术的一个实施例中，一种带有与之构成一体的高速电动机的用来压缩空气的多级离心压缩机包括1)一个可变速的永磁电动机，它具有围绕一装有多个永久磁体的转子的多个电子整流定子线圈，其中，在各线圈与转子之间存在一气隙，所述转子具有一导磁钢的转子轴，所述轴的每一端由加压油润滑的流体动力轴承可转动地支承，以及其中，各定子线圈包括许多沿定子纵向延伸并连续地围绕定子的端部而形成多个端部线匝的定子金属导线；2)多个安装成与转子轴一起转动的压缩机叶轮；3)一个用来将冷却的油引入到轴承中用以润滑轴承及并冷却轴承、转子和定子线圈的泵，所述轴承构造成可使从轴承出来的油飞溅到轴的受支承的端部上以及飞溅到定子线圈的端部线匝上，以及4)穿过定子的一通路，其用于在启动过程中引入加压的空气，以使气隙内的正压，借以将油从气隙内排出。本专利技术针对一种带有与之构成一体的高速电动机的多级离心压缩机的启动方法，其中，电动机具有一定子和一可转动地支承于其中并在两者间形成一气隙的转子，并且其中，转子每一端由油润滑的流体动力轴承支承，其中，所述方法包括以下步骤1)当转子开始转动时，在转子的两端部之间的一位置将加压的空气供入所述气隙内，以使从轴承进入气隙的油为最少，以及2)当转子的转速达到足以从使油转子的端部离心地向外排出并从气隙排空时，停止空气的供入。本专利技术的另一个方面针对一种带有与之构成一体的高速电动机的多级离心压缩机，它包括1)一个可变速的永磁电动机，它具有围绕一装有多个永久磁体的一转子的多个电子整流定子线圈，所述转子有一由轴承可转动地支承的一导磁钢的轴；2)多个安装成与转子轴一起转动的压缩机叶轮；3)所述转子包括 (1)由平行于轴的转动轴线的四个平面限定的方形横截面的钢轴，(2)多个由一圆柱形表面和一平的表面所限定并有一弓形横截面的永久磁体，所述各磁体分别固定在方形钢轴的四个平面之一上，并布置成极性交替，以及(3)预应力的碳石墨纤维增强的塑性捆扎装置，用来将各永久磁体保持在轴上。定子和逆变器是采用翅片式热交换器进行水冷的。通过将冷空气引入气隙50来控制转子和定子之间的气隙，这些空气可吹除气隙内的油之类的异物。通过将邻近磁体的轴端部浸在冷油中来冷却转子轴。轴冷却的一种可替代方式或加强方式是利用从第二级叶轮贯穿转子到第一级叶轮的一轴向孔。这样，来自第二级进口的被冷却了的空气可从轴内流过而带走热量。空气流的推动力是从第二级进口至第一级进口的压力差。转子是由安装在一方形横截面的钢轴上并借助于一预应力合成碳石墨纤维绕线层来保持在位的四个半月形钐钴磁体构成的。附图简述附图说明图1是用于在启动和运行模式中向电动机提供电力的电气系统的示意图；图2是带有两个压气级、空气通路和中间冷却器的转子的剖视图；图3是拼合式定子的构造图；图4是示出图3之细节的一组件的横剖面图；图5是一转子的构造图；图5A是沿着图5中线5A-5A截取的一剖面图；图6示意地示出了用来将交流输入转换成直流电压的一整流电路；图7示意地示出了由六个IGBT开关组成的逆变电路，用来在启动和运行模式中将电流接连到电动机；以及图8示出了由两个IGBT开关组成的一升压斩器波电路，用来在直流母线上升高电压。具体实施例方式图1示出了包括一系统控制器1和一压缩机控制器2的一电气控制系统包括一整流器4、一升压器5、一逆变器6以及一电动机7的一功率转换系统之间的关系。电气控制系统与功率转换系统及霍尔传感器3相互配合，以使电动机启动以及使电动机达到全速状态而承担压缩机的载荷。图2、3和4示出了转子压缩机结构带有级间空气冷却的空气流通路径。大气空气通过第一级进口21进入一离心压缩机的第一级27，该第一级压缩空气并使其变热。为了增加压缩过程的效率，在空气通过第二级进口24进入第二级26之前使其在热交换器31中进行冷却。热交换器利用在29处流入并从30处流出的冷水来进行从空气到水的热交换。第二级26将空气25进一步压缩至所需要的压力等级。在转子28在启动时开始转动时，通过管路23将来自从一外部空气源的压缩空气引入到转子28和定子52之间的气隙50中，以防止油从支承转子28的轴承53、54进入气隙50。为了这里所讨论的内容，将描述与轴承53相关的结构布置，应该理解，与轴承54相关的结构布置是相似的。被迫进入气隙50的空气可用于控制转子28和定子52之间的气氛，以防止油进入到气隙50内，或将可能已经在气隙50内的油吹除出去。在启动之后，当转子28达到以足以使任何与转子28接触的油都将被离心力从转子28上甩掉并离开气隙50的速度转动时，应停止通过管路23引入压缩空气。如果在高转速下向气隙50供入压缩空气，那么转子28和定子52会发生不希望有的摩擦和生热。转子28在加载状态下的高速转动会使转子中由于通风损耗、铁损或铜损以及谐波而产生热量。通过将转子轴55的端部56浸在冷油中可冷却该轴55。用泵59通过油道57来泵送油，在油道57中，油在压力下被引入轴承53以进行润滑，同时也从轴承53带走热量，且当油从轴承53飞溅到空腔58内的定子52的端部线匝上时，油也从定子52的端部线匝9带走热量。应予理解，泵59是示意地示出的，它可向组件中的所有转子轴承供油。一种可替代的轴冷却结构(未示出)是穿过转子28的轴内的一个孔从第二级进口24向第一级进口21供应被冷却了的空气。空气的推动力是比第一级进口21处的压力高的第二级进口24处的压力与第一级进口21处的压力之间的压力差。这样的结构也可以与油冷却一起使用。现在请注意图3和4，用一同步永磁电动机7来驱动压缩机的两级26和27。电动机7包括定子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有与之构成一体的高速电动机的用来压缩空气的多级离心压缩机，它包括：１）一个可变速的永磁电动机，它具有围绕一装有多个永久磁体的转子的多个电子整流定子线圈，其中，在各线圈与转子之间存在一气隙，所述转子有一导磁钢的转子轴，所述轴的每 一端由加压油润滑的流体动力轴承可转动地支承，以及其中，各定子线圈包括许多沿定子纵向延伸并连续地围绕定子的端部而形成多个端部线匝的定子金属导线；２）多个安装成与转子轴一起转动的压缩机叶轮；３）一个用来将冷却的油引入到轴承中用以 润滑轴承并冷却轴承、转子和定子线圈的泵，所述轴承构造成可使从轴承出来的油飞溅到轴的受支承的端部上以及飞溅到定子线圈的端部线匝上，以及４）穿过定子的通路，其用于在启动过程中引入加压的空气，以使气隙内保持为正压，借以将油从气隙内排出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MR希尔，MR格彼克，
申请(专利权)人：安内斯特太平洋有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]