CN102725534A - 气体压缩机组件 - Google Patents

Abstract

一种用于对气体（11）进行压缩的气体压缩机组件（10），所述气体压缩机组件（10）包括具有旋转轴线（13）的转子（12）、沿着所述转子（12）的所述旋转轴线（13）设置的压缩机部分（16）和马达部分（15），并且还包括用于供应所述气体（11）的入口（20），其特征在于，所述气体压缩机组件（10）还包括：－第一马达通道（22），所述第一马达通道（22）用于将所述气体（11）从所述入口（20）引导至所述马达部分（15）以冷却所述马达部分（15）；以及－压缩机通道（24），所述压缩机通道（24）用于将所述气体（11）从所述马达部分（15）引导至所述压缩机部分（16）。所述入口（20）安置成与所述马达部分（15）的远离所述压缩机部分（16）的一侧相邻。

Description

气体压缩机组件

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序所述的气体压缩机组件；这种气体压缩机从美国专利No.7,156,627B2中已知。

背景技术

经常需要很大程度地将气体压缩，例如为了将大量的气体存储在罐体等中、或为了促使大量的气体通过管道或其它工业应用。通常，提供马达用于驱动压缩机构以压缩气体。传统上，在这种压缩机构中的马达在操作过程中产生大量的热量。在不牺牲压缩***的能量效率的情况下提供充分的马达冷却，一直是对气体压缩***的设计师的挑战。

美国专利No.7,156,627B2公开了一种用于这样的气体压缩的气体压缩机组件，该气体压缩机组件通常包括：具有转动轴线的转子；用于压缩气体的离心式压缩机以及设置在公共转子轴上的电动机；包括设置在转子轴两端附近以支承转子的轴承的第一轴承部分和第二轴承部分。这里的气体压缩机组件包括安置在马达与压缩机之间的入口以将气体供应至压缩机。

压缩机压缩气体，并且压缩后的气体经过过滤器以除去存在于气体中的杂质并接着通过从压缩机延伸的单独的通道提供给马达、第一轴承部分和第二轴承部分以冷却这些部分。不利地，这里的压缩后的气体的温度可能较高，这降低了冷却气体冷却马达部分和轴承部分的能力。

发明内容

本发明的目的是改善气体压缩机组件的马达冷却效率。

该问题通过根据权利要求1所述的气体压缩机组件而解决。

本发明的下面的构想是通过将气体在受到压缩之前直接地供应给马达部分而增强对马达部分的冷却。气体的压缩通过消耗能量增大了气体的压力，导致气体温度的升高。由于未压缩气体具有较高的从马达部分带走热量的能力，因此提供未压缩的气体有助于改善马达部分的冷却。

根据优选实施方式，入口安置成与马达部分的远离压缩机部分的一侧相邻。这减小了马达通道的长度因而能够使设计紧凑。

根据优选实施方式，气体压缩机组件还包括沿转子的旋转轴线设置在马达部分的远离压缩机部分的一侧的轴承部分，其中，入口通过第一轴承通道连接至轴承部分以供应用于冷却轴承部分的气体。这有助于为轴承提供具有相对较低温度的气体使得气体吸收更多的热量而为轴承提供增强的冷却，这进而防止由于过热引起的轴承的老化。

根据优选实施方式，轴承部分包括第二轴承通道以将气体从轴承部分引导至马达部分。这有助于提供附加的气体流以增大流经马达部分以冷却马达的气体的速率。

根据这里的优选实施方式，入口设置成使得气体的主气流被引导至马达部分。经过马达部分的增加的气体流有助于带走更多的热量，从而在压缩机操作过程中改善马达的冷却。

根据另一优选实施方式，气体压缩机组件还包括用于将气体引导至转子与定子之间的马达间隙以冷却马达部分的第二马达通道。通道用于将冷却气体供应至转子与定子之间的空间以便有效地冷却马达。

根据优选实施方式，第一马达通道将气体供应至定子的径向外侧以冷却马达部分。这有助于与定子建立直接的气体接触而从定子转移热量，以保证马达部分所需要的冷却。

根据优选实施方式，入口设置成经过马达部分而将气体引至压缩机部分。这有助于在压缩气体之前冷却马达部分，从而提供马达和定子的增强的冷却。

根据优选实施方式，通过入口供应的所有的气体都用于冷却马达部分。这用于增强马达部分的冷却并消除对于例如风扇、散热器等附加的冷却装置的需要。

根据优选实施方式，入口连接至分离单元以在用于冷却之前从气体中分离液体和固体颗粒中的至少一个。这有助于防止由于腐蚀性颗粒的存在而引起的马达或轴承的任何破坏。并且由于供应给压缩机部分的气体基本上没有杂质，因此能够提高压缩机的效率。

根据另一优选实施方式，分离单元包括用于气体通行的绕转子的轴线周向地安置的环形室，其中气体在该环形室的内部旋转使得液体和固体颗粒中的至少一个从气体中分离。环形室设计简单，具有大的半径，大的半径产生高的离心力，导致杂质从气体中的良好分离。而且，这不需要任何用于操作的附属装置，这进而使得以成本有效的方式清洁气体。

根据另一优选实施方式，环形室包括用于气体通行的外部部分和内部部分，其中，外部部分连接成从入口接收气体，而内部部分适于将净化后的气体供应至马达部分。这有助于在外部部分自身处将杂质从气体中分离，因而有助于将基本上没有杂质的气体供应至马达部分，这进而避免了对马达的破坏并且还提高了马达的效率。

根据另一优选实施方式，环形室还包括安置在外部部分与内部部分之间的分隔元件，其中，分隔元件将液体和固体颗粒从外部部分偏转至内部部分。通过这样的偏转，液体和其它固体颗粒能够从将提供用于冷却的气体中分离。

根据再一优选实施方式，分离单元还包括延伸到压缩机之外的排放管道，用以将从气体中分离出来的液体和固体颗粒排出。该排放管道将分离出来的颗粒和液体从组件中隔离出来，从而防止颗粒与气体的反混。

根据再一优选实施方式，分离单元安置在压缩机组件中在入口与马达部分之间的入口侧。这提供了紧凑的设计并且有助于减小气体的流动路径的长度。

根据再一优选实施方式，组件还包括围住组件的所有部件的气密性壳体。

附图说明

在下文中参照附图中示出的各示例性实施方式进一步描述本发明，在附图中：

图1示出根据本发明的实施方式的气体压缩机组件的示意性截面总图；以及

图2示出根据这里的实施方式的分离单元的示意性俯视图。

具体实施方式

参照附图对各实施方式进行描述，全文中相同的附图标记用于指代相同的元件。在下面的描述中，为进行说明，阐述了许多特定细节以便提供对一个或多个实施方式的透彻的理解。很明显的是，在不具有这些特定细节的情况下这样的实施方式也可以实施。

图1示出根据本发明的实施方式的气体压缩机组件10的示意性截面图。气体压缩机组件10包括：具有旋转轴线13的转子12；轴承部分14；马达部分15；以及压缩机部分16。这些部分以这里提到的顺序沿着转子12的轴线13设置。

这里，轴承部分14沿转子12的旋转轴线13设置在马达部分15的远离压缩机部分16的一侧。轴承部分14包括多个用于支承转子12的主动式磁力轴承18。

这里的组件10还包括围住转子12、轴承部分14、马达部分15、和压缩机部分16的共用的气密性壳体17。组件10还包括通过气密性壳体17围住的另一轴承部分38。轴承部分14、38大体设置在转子12的轴向端部部分处。

这里的气体压缩机组件10还包括入口20，入口20设计成向组件提供未经调节的气体输入。入口20安置成与马达部分15的远离压缩机部分16的一侧相邻。气体11经由入口20被吸入并且经由各个通道引导以按照预定顺序冷却气体压缩机组件10的内部部件，从而优化组件10的冷却效率和工作寿命。

入口20——气体11通过该入口20进入气体压缩机组件10——安置成与轴承部分14相邻以将气体11提供到组件10中的不同部分。入口20可以是形成在压缩机壳体17上的孔口，或可以是从外部部件延伸的管道以将气体11提供到压缩机组件10。

入口20通过第一马达通道22连接至马达部分15，以将气体11的主气流提供到马达部分15用于冷却马达部分15。通过第一马达通道22供应的气体11在马达部分15中的定子19的径向外侧被引导。马达部分15还包括在定子19与转子12之间纵向地延伸的马达间隙26。这里，来自入口20的气体11通过从第一马达通道22径向地延伸的第二马达通道23而供应到马达间隙26，以将马达部分15冷却至可接受的操作温度。

此外，这里的入口20通过轴承通道21连接至轴承部分14以将气体11从气体流动通路引导至轴承部分14。供应到轴承部分14的气体11被引导通过主动式磁力轴承18之间的轴承间隙25以冷却主动式磁力轴承18。来自轴承部分14的气体11进一步被引导至马达部分15。

入口20设置成使得通过入口20供应的气体11的大部分（例如60%至90%）被输送到马达部分15以冷却马达部分15。气体11在压缩机部分17处被压缩之前被直接供应给马达部分15。未压缩气体的载热能力更强，这有助于从马达部分15有效地带走大量的热量，从而减少循环流。这里，通过入口20供应的气体11具有足以提供所要求的流过组件10的流率的压力。

如图1所示，气体压缩机10包括分离单元27，分离单元27安置于入口20与马达部分15之间的入口20侧。分离单元27在提供气体11以进行冷却之前除去存在于气体11中的液体或其它固体颗粒。入口20连接至分离单元27的环形室28。待过滤的气体11通过入口20进入到环形室28中，并在环形室28中绕转子12的轴线13高速旋转。这样在将气体12供应至马达部分15和轴承部分14以进行冷却之前将可能存在于气体12中的液体、固体颗粒或其它杂质分离。分离出的液体和固体颗粒通过延伸到气体压缩机组件10之外的排放管道29从环形室28排出。

在图1的实施方式中，马达部分15和压缩机部分16以流体连通的方式设置在组件10中。因此，来自马达部分15的气体11通过压缩机通道24被引导至压缩机部分16以进行压缩。压缩机部分16包括压缩机30，压缩机30可以是本领域中已知的用于气体压缩用途的压缩机，例如轴流式压缩机、离心式压缩机等等。压缩机30连接至气体出口31，压缩后的气体11通过气体出口31离开气体压缩机组件10。

为易于安装和检修，马达部分15和压缩机部分16可以容置在单个壳体中。这样的设置对于其中简单安装和检修非常重要的水下应用来说是特别有用的。

第一和第二马达通道23、24为气体11的流动通过提供足够的空间，使得通过马达部分15的气体流动不会被通道23、24严重限制。这就是说，通道足够大以处理气体11的流动而不会在入口20侧产生压力增大或在马达部分的向压缩机部分16提供气体的一侧产生压力降低。这提供了连续地并且相对均匀地为压缩机部分16提供气体11以进行压缩的益处。

图2示出根据这里的实施方式的分离单元27的示意性俯视图。这里的分离单元27是附属单元，该附属单元可以安置在组件10中安置以在气体11被引导用以冷却马达部分15或其它内部部件之前从进气流中除去液体或固体颗粒。

在图2的分离单元27中，气体压缩机10的入口20连接至分离单元27以提供气体11。由此，来自入口20的气体11供给到分离单元27中的环形室28。流经环形室28的气体11可能包括微量的液体、包括悬浮于其中的粉尘或其它颗粒杂质的空气或其它类型的气体，所述杂质将从气体中清除。

这里的环形室29分成外部部分32和内部部分33。这里两个部分32、33通过设置在内部部分33与外部部分32之间的分隔元件34而彼此分离。这里的分隔元件34优选地为环圈形。这种几何形状与气体的流动一致，因此减小气流的压力损失。

一旦气体11供给至环形室28，则使气体11在外部部分32中在沿着转子12的旋转轴线的方向上快速旋转。在该旋转运动过程中，大部分的液体或其它固体颗粒由于离心力被抛置到环形室28的内壁35上，并在此积累，最终通过重力排出。积累的液体或颗粒可以在气体没有被混合至可觉察程度的情况下通过排放管道29排出。优选地，气体11以20,000至35,000转每分钟的旋转速度旋转。然后，基本没有杂质的气体11被输送至内部部分33从而被循环至马达部分15。

分离单元27还包括从环形室28延伸的轴承通道21和马达通道22、23以将过滤后的气体11供应至轴承部分14和马达部分15以进行冷却。这里的环形室28在一个紧凑的部件中结合了以下两个功能：分离液体或其它固体颗粒，以及在旋转轴线10的周向上分配待压缩气体。

图2的分离单元27可以绕转子12的旋转轴线13周向地安置，并且可以通过例如螺母等的固定装置36固定到转子12。分离单元27设计简单，没有要操作的活动部件，并且基本上易于安装到气体压缩机组件10中。而且分离单元27不需要动力来操作，并且只要引入待处理的气体即开始工作。此外，分离单元27提供最小量的维护操作，其中，固体沉积物可以通过用水清洗环形室28或通过使能够溶解固体的液体在其中流通来除去。

环形室28的尺寸确定给定分离过程所需要的气体流速和停留时间。环形室28的尺寸可以用试验确定成使得能够获得较高的分离效率。

这里的分离单元27的设计防止气体湍流和反混，这又防止了液体或其它颗粒的重新进入，并且对于大多数的工业应用来说获得了非常高的分离效率。分离单元27适于通过少量的设计修改或不进行设计修改而与附加增压处理、真空处理、冷却凝结处理等一起使用。

在这里的实施方式中，入口设置在马达部分之前。这有助于在进行冷却之前对气体进行过滤，因而避免了对于分离洗涤器和附加的气体/流体***的需要。

根据本发明的气体压缩机在需要较高压力或较小体积的气体的情况下获得广泛的应用。例如，在用以将净化天然气从生产场所移动至用户的净化天然气的管道运输中；在用以存储空气并在随后用于将水从浮力室置换出以调节深度的潜艇中；在炼油厂、天然气加工厂、石油化工厂和化工厂、以及类似的用于压缩中间产品气体和最终产品气体的大型工厂中；在通过增加质量流而提高内燃机的性能的涡轮增压器和增压器中；等等。

Claims (15)

1.一种用于对气体（11）进行压缩的气体压缩机组件（10），所述气体压缩机组件（10）包括具有旋转轴线（13）的转子（12）、沿着所述转子（12）的所述旋转轴线（13）设置的压缩机部分（16）和马达部分（15），并且还包括用于供应所述气体（11）的入口（20），

其特征在于，所述气体压缩机组件（10）还包括：

－第一马达通道（22），所述第一马达通道（22）用于将所述气体（11）从所述入口（20）引导至所述马达部分（15）以冷却所述马达部分（15）；以及

－压缩机通道（24），所述压缩机通道（24）用于将所述气体（11）从所述马达部分（15）引导至所述压缩机部分（16）。

2.根据权利要求1所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述入口（20）安置成与所述马达部分（15）的远离所述压缩机部分（16）的一侧相邻。

3.根据权利要求1或2所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，气体压缩机组件还包括轴承部分（14），所述轴承部分（14）沿着所述转子（12）的所述旋转轴线（13）设置在所述马达部分（15）的远离所述压缩机部分（16）的一侧，其中，所述入口（20）通过第一轴承通道（21）连接至所述轴承部分（14）以供应气体（11）用于冷却所述轴承部分（14）。

4.根据权利要求3所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述轴承部分（14）包括第二轴承通道（37），所述第二轴承通道（37）用于将所述气体（11）从所述轴承部分（14）引导至所述马达部分（15）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述入口（20）设置成使得所述气体（11）的主气流被引导至所述马达部分（15）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所有通过所述入口（20）供应的所述气体（11）都用于冷却所述马达部分（15）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述气体压缩机组件还包括第二马达通道（23），所述第二马达通道（23）用于将所述气体供应至在所述转子（12）与定子（19）之间的马达间隙（26）以冷却所述马达部分（15）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述第一马达通道（22）将所述气体（11）提供至所述定子（19）的径向外侧以冷却所述马达部分（15）的所述定子（19）。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述入口（20）被连接用以向分离单元（27）供应气体，所述分离单元（27）适于在提供所述气体（11）以进行冷却之前将液体和固体颗粒中至少之一从所述气体（11）中分离。

10.根据权利要求9所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述分离单元（27）包括环形室（28），所述环形室（28）绕所述转子（12）的所述轴线（13）周向地安置，其中，所述气体（11）在所述环形室（28）内部旋转，使得所述液体和固体颗粒中至少之一从所述气体（11）中分离。

11.根据权利要求10所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述环形室（28）包括用于所述气体（11）通行的外部部分（32）和内部部分（33），其中，所述外部部分（32）从所述入口（20）接收所述气体（11），所述内部部分（33）适于将从所述外部部分（32）接收的所述气体（11）供应至所述马达部分（15）。

12.根据权利要求10或11所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述环形室（28）还包括分隔元件（34），所述分隔元件（34）安置在所述外部部分（32）与内部部分（33）之间，其中，所述分隔元件（34）使至少所述液体和固体颗粒绕所述分隔元件（34）从所述外部部分（32）偏转至所述内部部分（33）。

13.权利要求9至12中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述分离单元（27）还包括排放管道（29），所述排放管道（29）延伸到所述压缩机组件（10）之外，以将从所述气体（11）中分离出来的液体和固体颗粒排出。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述分离单元（27）安置在所述压缩机组件（10）中的所述入口（20）与所述马达部分（15）之间的所述入口（20）侧。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的气体压缩机组件（10），其特征在于，所述组件（10）还包括气密性壳体（17），所述气密性壳体（17）用于围住所述转子（12）、所述轴承部分（14）、所述马达部分（15）以及所述压缩机部分（16）。

Images