CN101803151B - 压气机单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空隙管(39)及其制造方法。当在电动机中在转子与定子之间通过一个管状构件，亦即所谓的空隙管(39)实施隔离时，流体机械和电动机便可以安装在一个外壳中。所述空隙管(39)必须足够大，不导电和稳定。为此建议：它至少部分由陶瓷或玻璃状材料组成，或它至少部分由借助纤维增强的聚合物基体组成，或它借助下列步骤制成：‑用粉末充填一个容器；‑将所述容器抽成真空；‑在温度和压力下压制所述容器，使粉末颗粒烧结或互相熔合，此时容器成形。

Description

压气机单元
技术领域
本发明涉及一种压气机单元，其具有在气密结构的外壳内的电动机和压气机，外壳内有电动机和压气机。
背景技术
流体机械和它的电动机大多装在分开的外壳内。因此在流体机械中需要轴密封装置，它应防止输送的流体外泄。
流体机械和电动机可以在没有轴密封装置的情况下装在一个外壳内，只要电动机中在接触流体的转子与定子之间通过管状构件进行隔离。这一构件由于它位于空气间隙中，故称之为“空隙管”。
迄今使用的空隙管有下列一个或多个缺点：
a)导电性：空隙管被涡流加热。热量必须排出以及机器总功率受很大限制。
b)强度低：空隙管只能承受低的内外压差。这种技术不适用于高压机器。
c)在加工技术上只允许制造小结构尺寸的空隙管，由此限制了机器的结构尺寸。
迄今只制造具有空隙管或空隙罐的较低功率的小型机器(尤其泵)。为此迄今使用下列材料：
a)金属的特种或超级高温合金，如哈斯特合金或因科镍合金。(缺点：导电性诱发涡流，它们不可接受地导致降低大功率压气机的效率)
b)CFK，碳纤维增强塑料。(缺点：碳纤维仍有过高的导电性，基于诱发涡流，它们过多地降低大功率压气机的效率)
c)颗粒或玻璃纤维增强和不增强的大功率聚合物(例如Ticona公司的FORTRON)。(缺点：对于在高压压气机中的使用而言，能达到的刚度和强度太低)
d)整体的工程陶瓷，如氧化锆(例如Friatec公司的FRIALIT)。(缺点：在制造空隙罐时迄今首先恒冷地挤压陶瓷粉(基体)以及接着烧结。烧结过程引起收缩18-25％以及造成降低强度的组织缺陷。此外在烧结如高压压气机所需的尺寸很大的空隙管时，还导致由质量引起的变形，直至形成裂纹。由于这些原因，迄今不能制造长度明显超过300mm的整体式空隙管或空隙罐。此外，借助这种制造方法能达到的在至150bar压力时的容许破坏极限过小)。
DE202004013081U1公开了一种空隙管，它由陶瓷或玻璃状材料组成。DE20007009U1和US2003/193260A1介绍了烧结的陶瓷空隙管。这类空隙管对于打算的使用目的太脆。在US6293772B1中说明的空隙管由纤维增强的聚合物基体组成，它尤其含有聚合物纤维和借助陶瓷增强。DE3823113C1和US4952429A以相同的方式公开了一种借助陶瓷颗粒，例如氧化锆尤其抗磨的表面保护。在DE3941444A1、DE19744289A1和DE3413930A1中也介绍一些含部分陶瓷成分的空隙罐。介绍的所有方案都不能充分满足上面提出的种种要求，尤其在弹性和强度需求方面。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种压气机单元,以及进而提供了一种空隙管及其制造方法，这种空隙管有能力承受高的压差。
上述技术问题通过一种压气机单元得以解决，该压气机单元具有在气密结构的外壳内的电动机和压气机，外壳内有电动机和压气机，其中，电动机转子被定子围绕，所述电动机的定子在内径上具有一个设计为空隙管的容器，使得待处理的介质不会损伤所述定子，所述空隙管包括：借助纤维增强的聚合物基体，其中，所述聚合物基体至少部分是由陶瓷纤维增强的聚合物基体，所述纤维设计为连续纤维，并且所述连续纤维包括至少30mm的长度。
其中所述空隙管可以这样制造：将相应地适用的陶瓷纤维在添加粘结剂的情况下按恰当定向卷绕在芯棒上，其中粘结剂是陶瓷粉末或玻璃状粉末或由陶瓷粉末或玻璃状粉末组成的泥釉构成，以及通过接着的可以在大气或空气或在HIP设备中进行的热处理，使粘结剂烧结或熔化。在这里可将此过程控制为，或卷绕的纤维体起先仅获得一种基本的机械强度以及还可以机械加工，或使空隙管直接获得应用时要求的强度和密封性。
与之不同地，密封性可以这样达到：接着上述过程将经热处理的纤维体的微孔封闭。这例如通过高压浸润液态玻璃，或通过浸入液态泥釉(Fritte)中的涂釉过程，以及接着通过表面燃烧或上釉，或通过其他适用的过程实现。
若采用由陶瓷纤维增强的聚合物基体组成的空隙管，便可以避免迄今空隙管结构的缺点。在这里尤其可以使用碳化硅纤维或高纯的氧化铝纤维或氧化锆纤维，或也可以使用模来石纤维。所有这些纤维均提供高的拉伸强度。若优化纤维的复合方式，尤其若使用短纤维或无定向纤维或连续纤维或纤维束(粗纱)以及纤维网(机织织物、非织造织物等)，则可以进一步提升承载能力。可以有利地提高聚合物基体的耐磨性，只要空隙管表面还附加地掺入陶瓷颗粒或用陶瓷颗粒涂层。
附图说明
下面参见附图借助一种特殊的实施例详细说明本发明。其中：
图1示意性示出了通过具有按本发明的空隙管的压气机单元的纵剖视图。
具体实施方式
图1示意性示出了压气机单元1的纵剖面，作为重要的结构部分它具有在气密结构的外壳4内的电动机2和压气机3。外壳4内有电动机2和压气机3。在从电动机2到压气机3的过渡区内，所述外壳4设有进口6和出口7，其中，通过进口6借助吸气接管8吸入要压缩的流体，经压缩的流体经出口7流出。
压气机单元1运行时垂直布置，在这种情况下电动机2的电动机转子15通过压气机3的压气机转子9联合成公共的轴19，它绕共同的垂直旋转轴线60旋转。
电动机转子15支承在电动机转子15上端的第一径向轴承21中。压气机转子9借助处于下部位置的第二径向轴承22支承。在公共轴19的上端，亦即在电动机转子15上端，设止推轴承25。
设计为离心式压缩机的压气机3有三个压气机级11，它们分别借助一个溢流装置33连接。
电磁轴承21、22、25借助冷却***31冷却到工作温度，冷却***31在压气机3的溢流装置中设抽头32。借助管道从抽头32将部分输送介质，优选为天然气，导引通过过滤器35，接着通过两个分离的管道导向各外部支承点(第一径向轴承21和第四径向轴承24以及止推轴承25)。借助冷的输送介质80进行冷却，省去附加的供应管。
电动机转子15被定子16围绕，定子16在内径上具有一个设计为空隙管39的容器，所以腐蚀性的输送介质80不会损伤定子16的绕组。空隙管39在这里设计为，使它能承受满负荷时的工作压力。之所以能如此，还因为定子设有单独的冷却装置40，一种自己的冷却剂56在其中循环。在这里，泵42保证经过热交换器43的循环。空隙管39设计为，使至少在定子16与电动机转子15之间延伸的区段尽管有薄的壁厚，但在定子冷却装置40借助冷却剂56完全充填时仍有能力承受设计压力。以此方式避免在此区域内较大的涡流损失，以及提高整个装置的效率。

Claims (6)

1.一种压气机单元(1)，其具有在气密结构的外壳(4)内的电动机(2)和压气机(3)，外壳(4)内有电动机(2)和压气机(3)，其中，电动机转子(15)被定子(16)围绕，所述电动机的定子(16)在内径上具有一个设计为空隙管(39)的容器，使得待处理的介质不会损伤所述定子(16)，所述空隙管包括：借助纤维增强的聚合物基体，其中，所述聚合物基体至少部分是由陶瓷纤维增强的聚合物基体，所述纤维设计为连续纤维，并且所述连续纤维包括至少30mm的长度。
2.按照权利要求1所述的压气机单元(1)，其特征为，所述纤维由碳化硅组成。
3.按照权利要求1所述的压气机单元(1)，其特征为，所述纤维由氧化铝组成。
4.按照权利要求1所述的压气机单元(1)，其特征为，所述纤维由氧化锆组成。
5.按照权利要求1所述的压气机单元(1)，其特征为，所述空隙管(39)的表面掺入陶瓷颗粒。
6.按照权利要求3所述的压气机单元(1)，其特征为，所述空隙管(39)的表面掺入陶瓷颗粒。
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