CN101271040A - 测试转子和定子组件的方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

测试转子和定子组件的方法
技术领域
本发明涉及采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，压缩机，电动机和发电机，以及类似用于油气工业的涡轮-机器。
背景技术
透平膨胀机是一种降低原料物流压力的装置。这样做，有用功能够在压力降低过程中被提取出来。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通过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轮转子。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恢复，等等的这些事情中。压缩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能量的一种途径。
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缩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接接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。磁性轴承通常具有较低的拖曳损失，较高的硬度和缓冲性，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。测量轴的位置，处理数据和调整线圈中的电流的循环，能以每秒高达25,000次的速度进行。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”轴承通常是干燥的，被润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剂的过程气体中运行。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剂例如硫化氢(H2S)，水，CO2，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使无焊缝***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，使得磁性轴承的脆弱部件具有高度风险性。
美国国家腐蚀工程师协会(NACE)标准MR0175，“用于油领域设备的抗硫化物应力腐蚀破裂金属材料”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认证材料暴露于酸气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***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-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破裂而损毁。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缩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，这些部分由于冷缩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***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降低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较大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缩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。如果罐材料是非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认证的合金装配(典型例子为具有15-18wt％的铬，3-5wt％的镍，和3-5wt％的铜，例如17-4沉积硬化(PH)不锈钢的铬-镍合金)并且焊接在一起。该焊接为了完全符合NACE通常需要在超过600℃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，没有热处理是可行的。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，不能封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-压缩***，包括具有支持转轴的多个磁性转轴的转子和定子组件。***10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和压缩机14。
每个磁性轴承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(未显示)。固定于转轴20上的是转子叠片24，每个转子叠片对准并且安置和每个定子22磁性联系。当给予合适的能量，定子22有效的吸引转子叠片24以提供浮力和转轴的20的径向布局。该阐述的***10进一步包括额外的轴向磁性轴承26和28以通过反作用于磁性转子推进盘30将转轴20于轴向方向对准。当磁性轴承失效或当***10处于关闭状态时，滚动支承轴承32在靠近每个转轴末端放置且被定位以啮合放置在转轴16上的落地套筒34。当***10被设计成适应轴向或推进负载时，增加套筒34的宽度以适应任何轴向运动。
支承轴承32通常由滚动轴承制成。在这些轴承中，内部和外部沟槽需要高硬度的钢合金(通常超过HRC40)以达到低磨损和长耐受寿命。但是，在钢合金中，高硬度和耐腐蚀性质是相矛盾的需求。结果，目前用不符合NACE腐蚀要求的高硬度钢合金制备沟槽。
***10进一步包括多个标记为36的传感器以及和控制单元(未显示)电连接的电源和设备线路38。传感器36通常应用于感应在转轴20上的轴向和径向不连续性，这样在转轴上的轴向和径向位移能够通过控制单元监控使得在转轴20上产生所需的磁浮力。
现有技术图2说明了范例的转子和定子组件50的部分剖面图。转子和定子组件50包括具有和转轴56连接的转子叠片54的转轴组件52。封装的定子组件60围绕转轴50并且包括定子基座62，被传导线圈66包裹的磁性定子叠片64，和定子套筒68。定子套筒68通常具有从0.05-5.0毫米(mm)的厚度范围。封装的定子组件60包括由壁70和定子套筒68限定的通常约一厘米厚的密封焊接罐。该罐由在各种界面72焊接的多个部分形成。这些焊接是非NACE认证的。其它未显示的定子部件为定子槽，电极，传感器，电源和设备线路。气隙80将转轴组件52和定子组件60分离。在操作中，转轴56在由定子组件60产生的磁场中悬浮。
由于在腐蚀环境中采用磁型轴承***的转子和定子组件的使用增加，愈发需要克服目前磁性轴承的上述缺点。
发明内容
本发明公开了在安装前测试采用磁性轴承的转子和定子组件的方法。在一个实施例中，测试采用磁性轴承的转子和定子组件的方法包含在至少2bar的压力下冷却空气或惰性气体气氛到-260℃到40℃的温度以形成一个测试气氛；并且在测试气氛中操作转子和定子组件。
在另一个实施例中，方法包括膨胀低温流体到选定温度和压力以形成一个测试气氛，该测试气氛中温度从-260℃到40℃并且压力为至少2bar；并且在该测试气氛中操作转子和定子组件。
在此公开的部件和过程的特点和优点通过参考下列附图和具体说明，和在此包括的实施例更容易被理解。
附图说明
下列附图，其中相似部件用相似数字编号，用于示例性说明。
图1为磁性轴承***的现有技术示意图，示例了在膨胀-压缩机中使用的磁性轴承转子组件和定子。
图2为封装的定子现有技术示意图，显示了相对于转子组件排列的具有非NACE认证的焊接的定子罐。
图3为显示了涂覆聚合物屏蔽层的转子组件的示意图。
图4为显示了用NACE认证的焊接构造定子罐的步骤的示意图。
图5为相对于转轴和转子落地套筒布置的滚动支承轴承的示意图
具体实施方式
本发明提供包括磁性轴承的转子和定子组件和装配适于在腐蚀性环境中使用的磁性轴承的过程。磁性轴承组件由于为一些应用所需可以被制备得被NACE充分认证。比如，NACE认证的转轴组件通过用屏蔽膜涂覆磁性钢转轴和转子叠片得到。由于磁性轴承***采用一个封装的定子组件，NACE认证的定子罐通过使用用于封装的磁性和非磁性材料的组合得到，故只在不同材料焊接在一起时需要热处理。相似的，转子落地套筒，支撑轴承的内部和外部沟槽，以及电源和设备线路能通过使用特殊材料成为NACE认证的，以上将在下文非常详细的阐述。
一种透平膨胀机为例，但在此公开的用于腐蚀性环境的磁性轴承在轴向轴承和其它磁性轴承的应用中有用；例如，泵，压缩机，马达，发动机，和其它涡轮机械。
图3阐述了使磁性轴承的转子组件的适用于像酸性气体和湿酸气环境的腐蚀性环境的一个实施例。转轴组件100包括转轴102，放置在轴周围的转子叠片104，和转子落地套筒108。屏蔽层106被显示安置于所有转轴组件的外露表面。在一个任选的实施例中，屏蔽层被形成于转轴组件的选定表面。比如，屏蔽层能够被形成于大多数倾向于腐蚀的转子组件的选定区域。这包括转轴，转子叠片或用于共同形成转子叠片的冲孔的选定区域。在一个实施例中，屏蔽层被应用于包括由公知的不具有或只有低耐腐蚀性的硅铁(FeSi)制成的叠片的转子中。NACE认证的合金，例如17-4PH不锈钢通常不需要聚合物表面涂层因为他们本身耐腐蚀。
优选的，基底涂层能够先于屏蔽层的使用而使用。基底层的具体厚度取决于选择的屏蔽材料种类，但是通常必须选定在磁性轴承安装的特殊环境中能够有效使用。对于普通的技术人员来说，从现有技术中在聚合物组成和所需应用的基础上优化层厚度是显而易见的。
用于形成保护在腐蚀性环境中的转轴组件100的屏蔽层106的适合的材料包括但是不仅限于，各种全部的(例如全氟化的)和部分氟化的聚合物。合适的全氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基四氟乙烯共聚物(PFA)，氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)及类似物。PFA是四氟乙烯[CF2＝CF2]和全氟烷氧乙烯醚[F(CF2)n CF2OCF＝CF2]的共聚物。合成的聚合物含有具有全氟烷氧基侧链的典型的PTFE碳-氟主链。适用于屏蔽层的PFA的典型结构是四氟乙烯-全氟甲基乙烯醚共聚物(MFA)。特别地氟化聚合物包括乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。
氟聚合物组合由Whifford公司以商品名XylanTM出售，Dupont的TeflonTM和Teflon-STM也是有用的屏蔽层材料。XylanTM涂层包含部分PTFE，PFA，和FEP。TeflonTM涂层包含部分PTFE，PFA，FEP和ETFE氟碳树脂。氟碳涂层的另一种相关家族是Teflon-STM，其含有提供加大硬度和耐磨损或其它所需性质的粘合树脂。
其它有利于形成屏蔽层的有机材料包括粉状环氧化合物，填充环氧化合物，填充硅树脂，填充PPS(聚苯硫化物)。代表性的热固性环氧粉末涂层包括，但是不限于，3M公司的ScotchkoteTM134和ScotchkoteTM6258。
ScotchkoteTM134熔化粘合环氧涂层(FBEC)是一种部分，可热固化的，含有部分二(4-羟基苯酚)异亚丙基二缩水甘油醚-二(4-羟基苯酚羟基苯酚)异亚丙基共聚物的热固性环氧涂层。ScotchkoteTM6258熔化粘合环氧涂层(FBEC)是一种部分，可热固化的，含有部分二(4-羟基苯酚)异亚丙基二缩水甘油醚-二(4-羟基苯酚)异亚丙基共聚物，和表氯醇-邻-甲酚-甲醛聚合物的混合物的热固性环氧涂层。ScotchkoteTM134和ScotchkoteTM6258被用作干粉任选覆盖在25.4微米(1mil)石碳酸基底涂层上，并且在150℃-250℃温度下加热直至30分钟热固化成254-381微米(10-15mil)的厚度。
还有其它用于形成图3中屏蔽层106的材料包括氧化物，磷酸盐，和铬酸盐的转化涂层，而更具体的，Sermatech公司以SermalonTM，SermaloyTM，SermagardTM和SermatelTM商品名销售的转化材料。
SermalonTM涂层***包括铝-填充的铬酸盐/磷酸盐粘合涂层，中等高温聚合抑制涂层，和PTFE浸渍外层。涂层厚度从100-150微米。SermaloyTM是具有富硅外层的金属间镍铝合金。SermatelTM是一种粘合到生成金属的金属-陶瓷复合物的无机涂层家族。SermagardTM是一种具有陶瓷粘合剂的水基铝化涂层。
聚合物屏蔽层106的厚度可从2微米到600微米(0.079mil到23.6mil)。
聚合物屏蔽层106能够以液态分散体系或粉末形式应用于基材(即在转子组件的所有或选择性表面)，任选地覆盖于基底涂层上。液体分散体系，包括在水中或溶剂悬浮体中的聚合物材料，能用于喷雾或烘烤涂覆的过程中，在此过程中液体分散体系涂覆于基材随后在高于分散体系中聚合物材料熔点的温度下加热。已知的以粉末形式使用聚合物材料的方法包括用例如静电枪，静电流化床或聚集枪喷雾粉末于基材上。在另一个例子中，粉末能被喷雾于已经在高于聚合物材料熔点温度加热的基材上形成涂层，被称为热喷雾。在公知的“rotolining”过程中使用涂层是众所周知的，在这一过程中，基材和粉末在例如烤炉中，在高于聚合物材料熔点的温度下被加热同时基材被旋转以在基材上形成无缝涂层。
正如前述讨论的，屏蔽层106用于转轴组件100的至少一个外露的选择性表面，它可以包括由转子叠片104，转轴102，转子落地套筒108限定形成的一个或多个表面，其它转子组件表面或整个组合转子100。其目的是将部分或整个转子组件封装入抑制像暴露于酸气中可能产生的腐蚀的保护性涂层。
转轴组件的部件通常由磁性钢制成。在一个实施例中，转子叠片由铁-硅(FeSi)材料制成并且在其上安装聚合物屏蔽涂层。
在另一个实施例中，转子叠片被含有包含基于镍基合金的总重量40-90wt％(重量百分比)的镍的耐氢镍基合金的屏蔽层覆盖。在此，“X-Ywt％”表示“Xwt％-Ywt％”其中X和Y为数字。特别的，耐氢镍基合金为Haynes International的
Figure A20081009207400101
含有基于镍基合金总重的约56wt％的镍，约2.5wt％的钴，约22wt％的铬，约13wt％的钼，约3wt％的钨，约3wt％的铁，约0.5wt％的锰，约0.08wt％的硅，约0.35wt％的钒和约0.010wt％的碳。
在另一个实施例中，转轴由17-4PH类不锈钢合金的磁性钢制成，沉积硬化马氏体不锈钢含有基于沉积硬化马氏体不锈钢总重10-20wt％的铬，进一步含有铜和铌附加物。更特别地，沉积硬化马氏体不锈钢含有基于沉积硬化马氏体不锈钢总重约16.5wt％的铬，约4.5wt％的镍，约3.3wt％的铜和约0.3wt％的铌。磁性钢的使用使得转轴组件的结构具有紧凑的尺寸。在转子叠片上的聚合物屏蔽层或可选的
Figure A20081009207400102
涂层提供了像由暴露于酸气而来的腐蚀的额外抵抗力。但是，像17-4PH类合金的抗酸气合金的使用相比于，例如，铁-硅合金(FeSi)，影响转子的磁性，这增加了电磁损耗。这提出了一个重大的挑战，尤其在美国石油协会要求的组装机器环境空气测试期间。环境空气具有非常低的压力所以比加压过程气体具有更低的冷却能。另外，它的热和传导性差于很多过程气体，与加压过程气体相比进一步减少了它的冷却能。弥补它的一种办法是增加转子大小以增加外露面积，这样减少了转子表面热流量并且增加了冷却能。但是，这减少了将要应用的磁性轴承的吸引力。如果转子尺寸不被增加，得到的转子将有一个超过1W/cm2(6.45W/in2)的转子表面热流量。如果在环境空气中测试，它很容易导致超过层压转子绝缘材料容量的过热升高。所有这些缺点能够如此避免：通过在压力足够提高和/或温度足够低以维持轴承部件能够承受的温度时测量在空气或其它气体(比如氮气)中的组装机器。所需压力和温度的精确组合依赖于设计和需要对在恰当选择的测试条件下所希望的转子损耗的了解。除了17-4PH合金之外的其它合金，例如Western ElectricCompany的PERMALLOYTM和Allegheny Ludlum Corporation的MOLYPERMALLOYTM合金，低碳马氏体不锈钢，或类似材料，也能被用于制备转子叠片。PERMALLOYTM和MOLY PERMALLOYTM包含基于合金总重的约80wt％镍，约14wt％铁，约4.8wt％钼，约0.5wt％锰，和约0.3wt％硅。低碳马氏体不锈钢包含基于低碳马氏体不锈钢总重的约11.5-17.0wt％铬，约3.5-6.0wt％镍，和不超过0.060wt％碳。
在另一个实施例中，显示于图3中的转子落地套筒108由含有基于钴基超合金钢总重40-70wt％的钴的钴基超合金钢制成。钴基超合金钢的使用有利地使转子落地套筒得到NACE认证。更加特殊的，合适的钴基超合金钢包括，但是不仅限于，Haynes International Corp.以商品名
Figure A20081009207400111
销售的钴基超合金钢，含有基于钴基超合金钢总重约54wt％的钴，约26wt％的铬，约9wt％的镍，约5wt％的钼，约3wt％的铁，约2wt％的钨，约0.8wt％的锰，约0.3wt％的硅，约0.8wt％的氮，和约0.06wt％的碳。其它合适的钴基超合金钢包括HAYNESTM6B，包含基于钴基超合金钢总重约51wt％的钴，约10wt％的镍，约20wt％的铬，约15wt％的钨，约3wt％的铁，约1.5wt％的锰，约0.4wt％的硅，和约0.10wt％的碳，和由Armoloy Corporation以商品名
Figure A20081009207400112
销售的铬涂层。
Figure A20081009207400113
和HAYNESTM6B合金主要含有钴，铬，和镍。这些钴基超合金显示了当转轴掉在滚动支承轴承上，磁性轴承损坏时防止转轴表面损坏所必须的卓越的摩擦学性质，同时符合耐腐蚀的要求。另外，镍-钴基合金(例如MP35N合金)能够被加工硬化和老化以增加他们的硬度和强度且仍然符合NACE的要求。
图5显示了相对于转轴202及落地套筒204包含内沟槽208和外沟槽206的滚动支承轴承200的一般示意图。在另一个实施例中，滚动支承轴承的内部和外部沟槽由含有基于马氏体氮不锈钢总重10-20wt％的铬和0.1-1.0wt％的氮的马氏体氮不锈钢制成。典型的组成为含基于组合物总重约0.25到0.35wt％的碳，约0.35wt％到0.45wt％的氮，约0.5-0.6wt％的硅，约14.5-15.5wt％的铬，和约0.95-1.05wt％的钼。这些马氏体氮不锈钢能作为Cronidur-30TM从BardenCorporation购买得到或作为VC444从SKF Bearings USA购买得到。这些马氏体氮不锈钢可得到足够高的硬度以用于滚动支撑轴承沟槽(高于55的HRC)并且也提供优良的耐腐蚀性。
在另一个实施例中，各种定子组件能够通过涂覆屏蔽性材料于选定的表面以避免腐蚀性气体环境。这些包括定子罐表面，电源和设备电路，定子传感器，定子套筒。它对于非封装定子组件是有利的。
在另一个实施例中，在此公开的测试方法允许在组装定位之前在工厂环境下测试转子表面热流量超过1W/cm2(6.45W/in2)的紧密磁性轴承。这需要在工厂在空气或其它与在石油生产方面使用的甲烷或天然气相反的惰性气体的加压气氛下操作轴承。空气或其它惰性气体被激冷器或热交换器预冷，或是在被用于磁性轴承之前任选膨胀到预定的温度和压力的低温流体。气氛的温度范围从-260℃到40℃。该气氛被加压到至少2bar以增加它的热排除能力同时保持有动力限制的转子温度。
正如前述所讨论的，转子和定子组件可以包括一个封装的定子组件，在此称为定子罐。在一个实施例中，定子罐由NACE认证的材料和焊接(使用磁性或非磁性钢合金的组合)构成。磁性钢合金被放置于定子罐中磁性钢提供电磁优势的地方，例如，定子套筒。非磁性钢(例如Inconel)具有较好的抗腐蚀性且不需要后焊接热处理因此它被放置于不需要磁性钢性质的地方。
在一个实施例中，封装的定子的磁性钢合金包含具有基于沉积硬化马氏体不锈钢总重10-20wt％的铬的沉积硬化马氏体不锈钢。更特别的，沉积硬化马氏体不锈钢含有基于沉积硬化马氏体不锈钢总重约16.5wt％的铬，约4.5wt％的镍，约3.3wt％的铜和约0.3wt％的铌。
在一个实施例中，封装定子的非磁性材料包括含有基于镍基合金总重40-70wt％的镍的镍基合金。更具体的，镍基合金包含基于镍基合金总重约58wt％的镍，约21.5wt％的铬，约9wt％的钼，和约5wt％的铁。
图4示意性的阐述了制备一个NACE认证的定子罐的过程。过程150包括在界面156上焊接非磁性定子套筒延长部分152于定子套筒154。通过形成一个不含有任何放置其上的定子组分的套筒复合体，NACE认证的焊接能通过将焊接复合体进行后焊接热处理形成以确保焊接部位和所有热影响领域的低硬度(低于HRC33)。焊接由现有技术中允许后焊接热处理的任何焊接过程形成，这样由于不同材料焊接形成的焊接应力被减低同时得到一个低于HRC33的硬度。示例性的焊接过程包括自动电子束和有填料的电子束，激光焊接，TIG焊接，MIG焊接，电弧焊接，吹管焊接和包含至少一种前述工艺组合。举例来说，定子套筒延伸部件152可包含焊接于含有17-4PH型磁性钢的定子套筒154的每个末端的非磁性超合金钢。特殊地，非磁性超合金钢可含有具有基于镍基合金总重40-70wt％的镍的镍基合金。更具体的，镍基合金可以包含能从Inco AlloysInternational中购买的
Figure A20081009207400131
含有约58wt％镍，约21.5wt％铬，和约9wt％钼，和约5wt％铁。得到的单元随后热处理以在界面156处形成NACE认证的焊接。
一种合适的后热处理过程是依照NACE MR0175对下述热循环之一的二次时效硬化过程(double age hardening process)：1)溶液在1040±14℃下退火且空气冷却或液体淬火到低于32℃；跟随着在620±14℃下最少4小时的第一次沉积硬化循环且空气冷却或液体淬火到低于32℃；跟随着在620±14℃最少4小时的第二次沉积硬化循环且空气冷却或液体淬火到低于32℃；或2)溶液在1040±14℃下退火且空气冷却或液体淬火到低于32℃；跟随着在760±14℃下至少4小时的第一次沉积硬化循环且空气冷却或液体淬火到低于32℃；跟随着在620±14℃下至少2小时的第二次沉积硬化循环且空气冷却或液体淬火到低于32℃。
接着，连接定子部件，例如包含包裹于传导线圈162的磁性定子叠片158的定子基座160。剩下的定子罐部件164随后被焊接于界面166以形成定子罐。罐部件164由先前使用的相同或类似的非磁性钢制成，例如前述提到的InconelTM625超合金钢。因为焊接类似的材料，在界面166上的焊缝是NACE认证的并且不需要后焊接热处理。这样，NACE认证的封装定子罐在不需将内部定子电部件进行破坏性热水平的情况下即可组装。
接着，电源和设备电路被连接于定子部件。为了提供最大的腐蚀保护，外部电源和设备电路可以由NACE认证的材料制成，线路具有一个包裹电传导材料的含有非磁性耐腐蚀合金的线路套管。这种NACE认证的线路的例子是将NACE认证材料例如Inconel合金用作线圈套筒材料。线圈套筒封装电传感器，其被例如像在加压条件下提供良好电绝缘性的氧化镁(MgO)的陶瓷绝缘。
下列实施例在上述一般说明的方法的范围之内，用于举例说明。实施例仅出于举例说明的目的给出，不倾向于限定本发明的范围。
实施例1
在该实施例中，单个金属样品用ScotchkoteTM6258热固性环氧化合物粉末涂覆作为一屏蔽层，并且加热固化到300微米和327微米的厚度。该部分在涂覆粉末前预加热到150℃至246℃的温度。然后粉末在177℃固化30分钟。这些样品在高压釜中用过程气体测试以确定涂层在酸气气氛中的适合度。一系列测试被进行，在这些测试中，硫化氢的水平在天然气中从6000份每百万份(ppm)到20000ppm变化且湿度水平从50ppm水到饱和变化。样品也暴露在从30℃到130℃的变化的温度中。
在暴露于硫化氢的样品中没有发现腐蚀的迹象，水温低于79℃。
实施例2
在该实施例中，小尺度转子(约为2-3英寸数量级外直径)用ScotchkoteTM134粉末涂覆。在粉末涂覆之前转子预加热到150℃至246℃的温度。然后粉末在177℃固化30分钟以形成300微米-327微米的厚度。这些样品也在高压釜中用过程气体测试以确定涂层在酸气环境中的适合度。
当暴露于高水平硫化氢(6000-20000ppm)，水(50份每百万份(ppm)至饱和)和80℃时样品中没有显示腐蚀的迹象。
实施例3
在该实施例中，两个全尺寸的产品转子用SermalonTM粉末涂层到178微米至406微米的厚度(7mil到16mil)。他们在生产条件下在野外测试并通过。这些生产转子被安装就位并且涂层经受腐蚀性的操作气体环境超过2,000小时并且避免下面金属部件的酸性气体侵袭。这些样品没有显示腐蚀的迹象。
实施例4
在该实施例中，在代表支承轴承沟槽的Cronidur30的样品上进行NACE环境测试。所述材料通过了标准720小时验证环试验，其经由NACE TM0177溶液A在代表没有显示出腐蚀的支承轴承沟槽应力水平下进行。
实施例5
在该实施例中，在代表支承轴承落地套筒的Haynes6-B的样品上进行NACE环境测试。所述材料通过了标准720小时验证环试验，其经由NACETM0177溶液A在代表没有显示出腐蚀的支承轴承沟槽应力水平下进行。
实施例6
在该实施例中，在代表定子罐焊缝的Inconel625和17-4PH焊接样品上进行NACE环境测试。所述材料通过了标准720小时验证环试验，其经由NACETM0177溶液A在代表没有显示出焊接腐蚀的定子的应力水平下进行。
上述叙述的各种实施例组合提供了一种对例如可能在酸性气体环境中产生的腐蚀性元素具有优异抵抗力的磁性轴承。
单数形式“a”、“an”和“the”，除非文中另有清楚的说明包括复数对象。涉及具有相同的性质或者组分的所有范围的端点是单独组合的并且包含所述的端点。
本文采用实施例表述本发明，包括最佳实施例，并使得本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何设备或***和实施任何所引入的方法。本发明的专利权范围通过权利要求定义，可以包括其它本领域技术人员所知的实施例。这些其它实施例在权利要求的范围之内，如果它们具有不能和权利要求字面上的语言相区别的结构元素，或者它们包括和权利要求字面上的文字有非实质性区别的等同结构元素。
部件列表
10磁性轴承***
12涡轮膨胀机
14压缩机
16外壳
18磁性轴承
20转轴
22定子
24转子叠片
26轴向磁性轴承
28轴向磁性轴承
30磁性转子推进盘
32滚动支承轴承
34转子落地套筒
36传感器
38设备电路
50定子组件
52转轴组件
54转子叠片
56转轴
60封装的定子组件
62定子基座
64定子叠片
66传导线圈
68定子套筒
70壁
72界面
80气隙
100转轴组件
102转轴
104转轴叠片
106屏蔽层
108转子落地套筒
150制备过程
152非磁性定子套筒延伸部分
154定子套筒
156界面
158磁性叠片
160定子基座
162传导线圈
164定子罐部件
166界面
200支承轴承
202转轴
204落地套筒
206外部沟槽
208内部沟槽

Claims (4)

1.一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/cm2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。
2.权利要求1的方法，其中所述气氛在热交换器中冷却。
3.权利要求1的方法，其中所述气氛在激冷器中冷却。
4.一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/cm2的表面热流量，该方法包括：
膨胀低温流体到选定的温度和压力以形成测试气氛，其中温度为-260℃至40℃，且压力为至少2bar；和在该测试气氛下操作转子和定子组件。
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