测试转子和定子组件的方法技术

在安装前测试采用磁性轴承的转子和定子组件的方法。该测试方法主要包括在安装之前在大于２ｂａｒ压力的测试气氛下运行转子和定子组件。该测试气氛可以由空气，惰性气体，或膨胀低温气体形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉M用磁轴承的转子和定子组件，特别涉及在绝缘前测试转子和 轴组件的方法。转子和定子组件可用于透平膨胀机，泵，压縮机，电动机和发 电机，以及类似用于油气工业的涡轮一机器。
技术介绍
透平膨胀机是一禾中降低原料物流压力的體。这样做，有用功能够在压力 斷氐过程中被提取出来。进一步的，流出物流也可从透平膨胀机中被生产出来。 这种流出物流随后可fflil分离器或蒸馏柱将流出物分离成重液体物流。透平膨 胀机使用旋转设备，它相对昂贵并且通常包含安装了具有径向入口和轴向出口 的壳体的径向流入涡f^转子。该涡轮转子通过固定在转子上的轴被旋转安装在 轴承内。这种透平膨胀机能被多种不同的气体流用于像气体分离，天然气加工 和传递，从膨胀过程中恢复压力减低的能量，相关过程废热的热能咴复，等等 的这些事情中。压縮机可以和透平膨胀机连在一起作为获得功或仅仅耗散从透 平膨胀机而来的育g量的一种途径。有三种初始型的轴承能被用于支持例如上述提及的透平膨胀机或压縮机的 涡轮机器中的转轴。各种类型的轴承包括磁性轴承，滚动轴承和液膜轴承。磁 性轴承采用电磁力定位和支持移动轴。轴可能是转动的(旋转)或往复的(线 性平移)。相反的，液膜和滚动轴承与转轴直^触并且通常需要一种流体基的 润滑剂，比如油。磁性轴承提供优于液膜轴承和滚动轴承的性能。磁性轴承通常具有劍氐的 拖曳损失，较高的5更度和缓冲性，以及适度的负载量。另外，不像其它类型的 轴承，磁性轴承不需要润滑，这排除了增加复杂性和包含加工污染物风险的油， 阀，泵，过滤器，激冷器等类似物。在用于转子和定子组件的一种典型磁性轴承设备中，定子包含多个围绕由 铁磁材料形成的转轴的电磁线圈。每个电磁线圈，被称为径向磁力轴承，因为 他们径向围绕转子，产生一个趋向吸引转轴的磁场。转轴组件通过这些活性径向磁轴承支持在定子中转轴周围的合适位置。通过改变在特殊磁体线圈中的电 流量，吸引力能够被控制所以转子能保持在磁体中间。定子中的传感器围绕转 子并且测量转子从中间位置的背离度。数字处理器采用传感器中的信号以确定 如何调整磁体中的电流以使转子处于磁体中间。观糧轴的位置，处理数据和调整线圈中的电流的循环，能以每秒高达25,000次的皿进行。因为转子"漂浮" 在空间中不与磁体接触，在此不需要任何种类的润滑。抗摩擦的轴承以及焊封被安装在转轴的每个末端从而在磁性轴承没有能量 化时支持该轴。这避免了转轴和定子的磁性径向轴承的任何接触。这些辅助或 "支持邻M常是干燥的，術闰滑并且在通常的操作中保持无负载。在油气工业中，转子和定子组件可以在能作为冷却齐啲过程气体中运行。 典型的过程气体是在约10bar到约200bar的压力下的天然气。不幸的是，天然 气可能具有高浓度的污染物。这些污染物可能包括腐蚀性试齐,如硫化氢(H2S), 7k， COz,油，及其它。最坏的情况，水和H2S的组合导致所谓的湿酸气，一种 更具腐蚀性的气体。磁性轴承通常需要冷却以在轴承部件中保持一个合适的温 度。直接采用过程气体作为冷却剂4吏无焊缝系统具有一个重大优势，它不需要 缓冲气体(它们在上游油气应用中通常不能获得)并且增强了安装的涡轮机器 的安全性和可操作性。但是，磁性轴承组件的冷却，和因此在含有上述污染物 的过程气体环境中它的使用，使纟 性轴承的脆弱部件具有高度风险性。美国国家腐卞lr程师协会(NACE)标准MR0175，"用于油领域设备的抗 硫化物应力腐t虫W^金属材料"是在油气领域被广泛应用的标准，它详细说明了 在酸气环境中提供优良使用寿命的机械所需的合适的材料，热处理条件，和硬 度水平。NACE认证的(compliant)材料或组分是基本上抗像将非NACE认证材 料暴露于,或湿酸气中可能出现的腐蚀的。比如，NACE认证的焊接通常要 求一个后焊接热处理过程以减少通常导致腐蚀敏感性的任何焊接应力。目前， 没有在油气工业中使用的磁性轴承系统是得到NACE充分认证的。NACE认证是所期望的，因为转轴组件包括在操作中可能暴露于酸性气体 环境的多个部件。其中，这些部件包括，转轴本身，磁性轴周围的磁性转子叠 片，和转子一落地套筒。作为对腐蚀性试剂敏感的一个例子，发现如果转子叠 片被暴露于湿酸气体，它们通常由于氢变脆和应力相关腐蚀,而损毁。应力 相关腐蚀破裂是由于磁性转子叠片被典型地制备作为在冷縮配合于转轴上的穿孔时的一个问题。在以工作速度的操作中，这些部分由于冷縮配合应力和在此 给予的径向力而承受相对高的机械应力。目前在转子定子组件中使用的磁性转轴系统的另一个缺点涉及通常用于转 轴和/或转子叠片结构的钢合金。大多数耐酸性气体的钢组合物的选择通常具有 弱磁性。因为这样，在转轴上的高电磁损耗产生导致热负载超过1.00W/cm2(6.45W/in2)。暴露于热负载的高温能斷氏钢对于酸气腐蚀的抵抗力。 增加组件的大小使热负载最小化从成本和^:组件关联的占地面积(foot print)来 看是不切实际的。除了转轴和叠片，转轴组件典型地包括冷縮配合于转轴的每个末端的转子 落地套筒。该落地套筒在转子落地过程中啮合滚动支承轴承的内部沟槽，在这 个过程中，磁性轴承失效并且支承轴承不得不在后来的关闭过程中支持转子。 目前转子落地套筒由一种非NACE认证的材料制成，因此在酸性气体环境中遭 受腐蚀。磁性轴承定子是一个提供使转子组件漂浮的磁场的来源的固定部件。 一个 气隙将定子和转轴分离。为了最大化磁场强度和浮力，该气隙被制成尽可能的 小，尽管仍然符合在转轴和定子中机械间隙的要求。该间隙大小典型地在毫米 数量级上。如果这个间隙增大，在定子上的线圈需要更大的电流浮起转子，或 者定子的直径或轴长必须增加，所有这些增加了定子的整体大小。如果定子大 小被限制并且不能被增加，如果气隙大于机械间隙需要的大小时浮力就减小。目前定子或者是封装的或者是不封装的。在封装的定子的情况下，定子"罐' 保护定子部件隔离工艺环境。目前定子罐主要由相同材料的两个同心管末端连 接构成。这种管状罐部件位于转子和转轴的间隙中。如果罐材料是一夂磁性的那 么在所需机械间隙的顶端加入额外的磁性间隙，这减少了轴承的容量。为了保 持轴承容量，管状罐部分的材料选定为磁性的。在目前的实践中，定子罐部分由磁性NACE认证的合M配(典型例子为 具有15—18wt。/。的铬，3—5wt^的镍，禾口3—5wty。的铜，例如17—4沉积硬化 (PH)不辦闪的铬一镍合金)并且焊接在一起。该焊接为了完全符合NACE通 常需要在皿60(TC的温度下后焊接热处理。但是，由于封装的电动定子组件温 度限和目前的制备方法，没有热鹏是可行的。所以，焊接目前并不是NACE 认证的并在例如暴露于酸性气体时遭受腐蚀和损毁。此外，定子的一些部件，例如传感器，以及电源和设备线路，不育^^装并且被暴露于过程气体环境中。涉及现有技术的图1，显示了一种一般指定为10的附图标记的范例涡轮膨 胀一压縮系统，包括具有支持转轴的多个磁性转轴的转子和定子组件。系统io包括在包裹支持转轴20的多个磁性轴承18的壳体16的相对末端的涡轮膨胀机 12和压縮机14。^h磁性轴承18包含安置在转轴20周围的定子22。定子22包括排列以提 供磁场的定子电极，定子叠片，定子线圈(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试采用磁性轴承的转子和定子组件的方法，其中转子组件包含超过１Ｗ／ｃｍ↑［２］的表面热流量，该方法包括：　　　　在至少为２ｂａｒ的压力下冷却空气或惰性气体气氛到温度－２６０℃至４０℃以形成测试气氛；和在该测试气氛下操作转子和定子组件。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：WD格尔斯特勒，MA阿利，BW布里森，M埃特沙米，R加丹吉，KR韦伯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]