CZ293543B6 - Rotační dynamický stroj pro dopravu fluida a způsob jeho ovládání - Google Patents

Abstract

Rotační dynamický stroj pro dopravu fluidaŹ obsahuje první a druhé radiální ložisko }�@BŹ uložené v podélném směru v odstupu od sebe navzájem a obklopující hřídel }@BŹ na hřídeli }@B mezi radiálními ložisky }�@B upravené kompresorové kolo }@B a oběžné kolo }@cBŹ elektrický stroj se statorem pro pohon hřídele }@B@ Alespoň jedno radiální ložisko }�@B a elektrický stroj spolu definují poháněcí a úložné ústrojí }�BŹ tvořící první bezložiskový motorŹ přičemž poháněcí a úložné ústrojí }�B obsahuje rotor }@aŹ @bBŹ stator a elektrické vinutí }�QŹ �@BŹ obklopující rotor }@aŹ @bBŹ který tvoří část hřídele }@B@ Rotor }@aŹ @bBŹ stator a elektrické vinutí }�QŹ �@B definují prostředky pro bezdotykové magnetické uložení hřídele }@B a pro vytváření elektromagnetického krouticího momentu na hřídeli }@B bezložiskového motoru@ Elektrické vinutí je vytvořeno jako první vinutí pro tvorbu krouticího momentu s n@počtem p� pólových dvojic a jako druhé vinutí pro tvorbu magnetických nosných sil pro magnetické uložení hřídele s odlišným n��@počtem nebo n@�@počtem p@ pólových dvojic@ Při způsobu ovládání rotačního dynamického stroje se čidlem }@B zjišťuje radiální poloha hřídele }@BŹ načež se signály z čidla }@B přivádějí do řídicího ústrojíŹ které nastaví funkce poháněcího a úložného ústrojí pro bezdotykové uložení hřídele }@B a jeho pohonŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká rotačního dynamického stroje pro dopravu fluida, zejména turbostroje nebo odstředivého čerpadla, který má v ložisku uložený hřídel s rotorem a poháněči a úložné ústrojí, jakož i způsobu ovládání tohoto stroje.

Dosavadní stav techniky

Je známé udržovat hřídel rotačního dynamického stroje pro dopravu fluida, jako turbostroje, zejména turbokompresoru, v radiálním směru prostřednictvím dvou po obou stranách v oblasti konců hřídele uspořádaných magnetických ložisek. Magnetická ložiska mají omezenou specifickou úložnou kapacitu, která je menší než u obvyklých ložisek. Z prostorových důvodů jsou tato magnetická ložiska u turbostrojů ve směru průběhu hřídele uspořádána velmi úzká a mají proto jen malou nosnou sílu.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol výhodně uložit a pohánět rotor rotačního dynamického stroje z technického a ekonomického hlediska.

Podstatu vynálezu tvoří rotační dynamický stroj pro dopravu fluida, obsahující první a druhé radiální ložisko, uložené v podélném směru v odstupu od sebe navzájem a obklopující hřídel, na hřídeli mezi radiálními ložisky upravené kompresorové kolo a oběžné kolo, elektrický stroj se statorem pro pohon hřídele, přičemž alespoň jedno první a druhé radiální ložisko a elektrický stroj spolu definují poháněči a úložné ústrojí, tvořící první bezložiskový motor, poháněči a úložné ústrojí obsahuje rotor, stator a elektrické vinutí, obklopující rotor, který tvoří část hřídele, rotor, stator a elektrické vinutí definují prostředky pro bezdotykové magnetické uložení hřídele a pro vytváření elektromagnetického kroutícího momentu na hřídeli bezložiskového motoru, přičemž elektrické vinutí je vytvořeno jako první vinutí pro tvorbu kroutícího momentu s npočtem pl pólových dvojic a jako druhé vinutí pro tvorbu magnetických nosných sil pro magnetické uložení hřídele s odlišným n+l-počtem nebo n-l-počtem p2 pólových dvojic.

Výhodné provedení stroje je upraveno tak, že poháněči a úložné ústrojí je obklopeno skříní, obklopující rotační dynamický stroj a tvořící jeho integrální část, skříň je opatřena vstupními otvory a výstupními otvory pro průtok fluida.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že mezi radiálními ložisky je upraven větší počet kompresorových kol nebo oběžných kol.

Podle dalšího provedení je stroj upraven tak, že na hřídeli je upraven alespoň jeden další bezložiskový motor v odstupu k prvnímu bezložiskovému motoru.

Podle ještě dalšího provedení je stroj upraven tak, že rotor je uspořádán jako reluktanční, trvale magnetický nebo elektricky vybuzovaný rotor.

Rotační dynamický stroj může být opatřen řídicím ústrojím pro ovládání rotoru bezložiskového motoru na principu reluktančního, trvale magnetického nebo elektricky vybuzovaného motoru.

Mimoto může stroj být opatřen ústrojím pro axiální vedení hřídele, vybraným ze skupiny zahrnující elektromagnetické axiální ložisko a axiální ložisko s aktivním vyrovnáváním posuvu. Strojem přitom je turbostroj nebo odstředivé čerpadlo.

Rovněž je navržen způsob ovládání rotačního dynamického stroje, zejména turbostroje nebo odstředivého čerpadla, obsahujícího poháněči a úložné ústrojí podle výše uvedeného popisu, ve kterém se čidlem zjišťuje radiální poloha hřídele, načež se signály z čidla přivádí do řídicího ústrojí a řídicí ústrojí prostřednictvím elektrických přívodů nastaví funkce poháněcího a úložného ústrojí pro bezdotykové uložení hřídele a jeho pohon. Výhodně se řídicím ústrojím řídí funkce poháněcího a úložného ústrojí a/nebo magnetického radiálního ložiska pro aktivní tlumení kmitání rotoru na různých místech hřídele.

Pod pojmem bezložiskový či ložiska prostý motor se rozumí elektricky funkčně nastavitelné úložné a poháněči ústrojí, které má rotor a stator, opatřený elektromagnetickými cívkami. Rotor ložiska prostého motoru je pohánitelný na základě známých principů elektrických strojů, tedy podle zákonitostí synchronního motoru, reluktančního motoru, indukčního motoru nebo asynchronního motoru. Rotor ložiska prostého motoru je bezdotykově držen ve statoru působením magnetických sil v rovině kolmé kose otáčení. Elektromagnetické cívky jsou tak funkčně nastavitelné, že je možné aktivně ovlivňovat polohu rotoru v rovině kolmé k ose otáčení rotoru. Poloha rotoru je kontrolována čidly a elektromagnetické cívky jsou příslušně uspořádaným řídicím ústrojím regulovatelně buzené tak, že rotor je v rovině kolmé kose otáčení rotoru bezdotykově držen ve statoru. Ktomu lze prostřednictvím příslušného buzení elektromagnetických cívek statoru vytvářet kroutící moment působící na rotor, čímž rotor vytváří rotační pohyb kolem své axiální osy. Rotor takového motoru, který je nazýván jako ložiska prostý či bezložiskový motor, lze tak aktivně funkčně nastavovat z hlediska tří stupňů volnosti, to je jak z hlediska polohy ve směru x a ve směru y, tak i ve směru otáčení kolem jeho osy. Ložiska prostý motor, který má tyto vlastnosti, může mít různé konstrukční formy.

Ložiska prostý motor může být uspořádán například jako reluktanční motor, u kterého je rotor vytvořen například ve tvaru kříže a stator je vytvořen z většího počtu v radiálním směru upravených, v obvodovém směru kolem rotoru uspořádaných, elektricky jednotlivě buditelných cívek. Tyto cívky jsou buditelné tak, že rotor a tím také celý hřídel jsou v rovině upravené kolmo k ose otáčení drženy ve vznosu, a rotor je navíc kolem své osy otáčení otočně pohánitelný, když se cívkami vytvoří magnetické točivé pole.

Ložisek prostý motor může být také uspořádán například podobně jako synchronní motor, a to tak, že rotor má v radiálním směru upravený permanentní magnet a stator má vinutí vytvářející točivé pole, označované také jako poháněči vinutí, a to pro vytváření točivého pole, které pohání rotačně rotor kolem jeho osy otáčení. K tomu má stator nastavovací vinutí pro funkční nastavování polohy rotoru v rovině upravené kolmo kose otáčení, přičemž poloha rotoru, případně magnetický tok je zjišťován čidly a řídicí vinutí je prostřednictvím nastavovacího ústrojí funkčně nastavitelné tak, že rotor je v rovině upravené kolmo k ose statoru bezdotykově držen ve statoru. U jednoho provedení má takto uspořádaný, tak zvaný ložisek prostý motor poháněči vinutí s npočtem pl pólových dvojnic a ovládací vinutí s n+1 nebo n-1 počtem p2 pólových dvojic.

Ložiska prostý motor může být také uspořádán jako indukční motor, případně asynchronní motor, přičemž rotor je vytvořen například jako klečový rotor s nakrátko spojenou klecí, což umožňuje v klečovém rotoru vytvářet magnetickými střídavými poli indukovaný proud.

Rotační dynamický stroj podle vynálezu, jako turbostroj nebo odstředivé čerpadlo, má nejméně jedno poháněči a úložné ústrojí, které je vytvořeno jako elektrický stroj s magneticky uloženým rotorem, přičemž kroutící moment a magnetickou úložnou sílu vytvářející vinutí jsou společně uspořádána ve statoru, rotor tvoří část hřídele turbostroje, a je upraveno obě vinutí funkčně nastavující řídicí ústrojí, a to tak, že prvním vinutím je vytvořitelná magnetická nosná síla působící na

-2CZ 293543 B6

I rotor pro bezdotykové držení hřídele v radiálním směru a druhým vinutím je vytvořitelný kroutící moment působící na rotor.

Tento rotační dynamický stroj, jako turbostroj nebo odstředivé čerpadlo, má tu výhodu, že poháněči a úložné ústrojí, které mimo jiné vytváří magnetickou nosnou sílu pro hřídel, může být ve směru průběhu hřídele relativně široké, případně dlouhé. Z toho vyplývající, relativně široká a tím i velká úložná plocha umožňuje unášet větší statická a dynamická břemena a také kompenzovat dynamicky proměnlivé podíly zatížení. Díky velkým úložným plochám lze vytvářet relativně velké úložné síly, takže prostřednictvím řídicího ústrojí, které funkčně nastavuje poháněči a úložné ústrojí, lze předem nastavovat a/nebo měnit nosnou sílu v souladu se stavem turbostroje nebo odstředivého čerpadla.

Výhoda vynálezu spočívá také v tom, že hřídel rotačního dynamického stroje, jako turbostroje nebo odstředivého čerpadla, je v radiálním směru bezdotykově držen nejméně dvěma poháněcími a úložnými ústrojími, která jsou uspořádána rozděleně na hřídeli. Přitom lze na hřídeli upravit vedle sebe dvě nebo více kompresorových kol nebo oběžných kol. Další výhoda spočívá v tom, že poháněči a úložné ústrojí umožňuje ovlivňovat dynamické chování hřídele, což umožňuje uložit na společném hřídeli více kompresorových kol a poháněčích a úložných ústrojí. Další výhoda spočívá v tom, že celý turbostroj lze zcela integrované zapouzdřit ve skříni, protože poháněči a úložné ústrojí zajišťuje jak uložení hřídele, tak také pohon hřídele. Proto již není nutné nechat vyčnívat hřídel ze skříně, aby bylo možné hřídel turbostroje nebo rotačního čerpadla pohánět poháněcím zařízením uspořádaným vně skříně.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji popsán na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn turbostroj nebo odstředivé čerpadlo se dvěma poháněcími a úložnými ústrojími.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn turbostroj nebo odstředivé čerpadlo se dvěma poháněcími a úložnými ústrojími a symetricky uspořádanými kompresorovými koly, případně oběžnými koly.

Na obr. 3 je znázorněn další turbostroj s větším počtem kompresorových kol.

Na obr. 4 je znázorněn další turbostroj s řídicím ústrojím.

Na obr. 5 je znázorněn příklad provedení axiálního ložiska.

Na obr. 5a je znázorněn další příklad provedení axiálního ložiska.

Na obr. 6 je schematicky znázorněn příčný řez statorem poháněcího a úložného ústrojí a odpovídající řídicí ústrojí.

Na obr. 7 je znázorněn příčný řez radiálním ložiskem.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněn turbostroj 2. který je uspořádán zapouzdřené ve skříni 8 odolné proti tlaku, a který má společný hřídel 4 a dva kompresní stupně a dvě poháněči a úložná ústrojí í. Skříň 8 odolná proti tlaku má rozměry v souladu s vnitřním tlakem kompresních stupňů. Z kompresních stupňů jsou pro přehlednost znázorněna jen obě kompresorová kola 3, která jsou

-3CZ 293543 B6 pevně spojena s hřídelem 4. Obě poháněči a úložná ústrojí 1 jsou uspořádána v oblasti konců hřídele 4 a jejich úkolem je zajistit uložení rotorů 4a a tím také s rotory 4a pevně spojeného hřídele 4 v radiálním směru v bezdotykovém uložení prostřednictvím magneticky působících sil, jakož i zajistit poháněči hřídele 4. Poháněči a úložné ústrojí 1 má rotor 4a, který tvoří část hřídele 5 4. Hmotový proud 9a fluida, který má být stlačen, proudí přes vstupní otvor 8a do vnitřního prostoru skříně 8, přičemž hmotový proud 9b fluida protékající kompresorovými koly 3 skříní 8 opět odtéká přes výstupní otvor 8b jako vystupující hmotový proud 9c fluida.

Každé poháněči a úložné ústrojí 1 je uspořádáno jako elektrický stroj s magneticky uloženým 10 rotorem 4a, přičemž ve statoru poháněcího a úložného ústrojí 1 jsou uspořádána dvě vinutí, první vinutí 15 a druhé vinutí 16, vytvářející otočný moment a magnetickou úložnou sílu. Rotor 4a vytváří část hřídele 4 turbostroje 2. První vinutí 15 a druhé vinutí 16 jsou funkčně nastavována řídicím ústrojím 7 tak, že druhým vinutím 16 je vytvářena na rotor 4a působící magnetická síla, která udržuje hřídel 4 bezdotykově v radiálním směru a prvním vinutím 15 je vytvářen kroutící 15 moment působící na rotor 4a.

Poháněči a úložné ústrojí 1 je z hlediska funkčního principu uspořádáno jako synchronní nebo asynchronní stroj s točivým polem, který má ve statoru uspořádaná trojfázová vinutí. Jak je to znázorněno na obr. 6, sestává vinutí statoru ze dvou galvanicky oddělených trojfázových vinutí, 20 prvního vinutí 15 a druhého vinutí 16 s počty pl, p2 pólových dvojic.

Počty pl, p2 pólových dvojic obou vinutí statoru se liší o jednu dvojici. První vinutí 15 a druhé vinutí 16 s různými póly mohou být uspořádána ve statoru radiálně nad sebou nebo mohou být také do sebe propojena, to znamená s cívkami uspořádanými v obvodovém směru střídavě 25 k prvnímu vinutí 15 nebo ke druhému vinutí 16. Kroutící moment, který je potřebný pro pohon rotoru 4b, je vytvářen prvním vinutím 15, obsahujícím stejný počet pólových dvojic jako má rotor 4b. Rotor 4b je přitom uspořádán jako klečový- rotor. Točivým polem druhého vinutí 16 není vytvářen žádný poháněči moment, protože v rotoru 4b není k dispozici odpovídající počet pólových dvojic. Spolupůsobením obou točivých polí s odlišnou polaritou, buzených prostřed30 nictvím řídicího ústrojí 7 se shodnou frekvencí a obíhajících ve shodném směru, je ve vzduchové mezeře poháněcího a úložného ústrojí 1 vytvářena prostorově stacionární jednostranná magnetická tažná síla působící na rotor 4b, která slouží pro jeho uložení. Prostřednictvím změny velikosti a fázové polohy napětí budících první vinutí 15 a druhé vinutí 16 vzhledem k sobě navzájem lze nastavovat hodnotu a směr magnetické úložné síly.

Poháněči a úložné ústrojí 1 může být uspořádáno jako synchronní stroj, přičemž rotor 4b je vytvořen jako permanentní magnetický nebo reluktanční rotor, nebo jako elektricky vybuzovaný rotor. Poháněči a úložné ústrojí 1 může být také vytvořeno jako asynchronní stroj, přičemž rotor 4b má jedno nebo větší počet v sobě nakrátko spojených smyčkových nebo hřídelových vinutí 40 nebo vinutí uzavřených odpory, jejichž počet pl pólových dvojic odpovídá počtu pl pólových dvojic prvního vinutí 15. První vinutí 15 může být uspořádáno na rotoru 4b zejména rozděleně v sinusoidním tvaru. Na obr. 6 jsou dále znázorněna dvě v poháněcím a úložném ústrojí 1 uspořádaná čidla 6 pro zjišťování polohy rotoru 4a. Tato čidla 6 jsou prostřednictvím elektrických vedení 6a spojena s řídicím ústrojím 7. Rotor 4a se otáčí s úhlovou rychlostí ω, případně 45 působí prostřednictvím prvního vinutí 15 na rotor 4a kroutící moment M.

Na obr. 1 není znázorněno axiální ložisko, které kompenzuje v axiálním směru působící síly, vytvářené kompresorovými koly 3, přičemž toto axiální ložisko má držet polohově pevně hřídel 4 v axiálním směru. Také zde není znázorněna obvyklá kompenzace axiálních sil prostřednictvím 50 příslušně dimenzovaného vyrovnávacího pístu. Na obr. 5 je znázorněno takové axiální ložisko

13. které je u znázorněného příkladu provedení provedeno jako magnetické axiální ložisko 13, které má kotouč 13a, elektromagnety 13b a čidla pro zjišťování axiální polohy hřídele 4. Pro axiální uložení hřídele 4 lze použít různá axiální ložiska 13. Kromě běžných, v předcházejícím popsaných axiálních magnetických ložisek jsou vhodná i jiná axiální ložiska 13. Poháněči a úlož55 né ústrojí 1 má samo o sobě určitou kapacitu axiálního ložiska. Dále lze opatřit poháněči a úložné

-4CZ 293543 B6 ústrojí £ kuželovité upraveným rotorem 4a a příslušně přizpůsobeným statorem, což slouží k vytváření sil působících v axiálním směru, jejichž hodnota a směr jsou nastavitelné první vinutím 15 a druhým vinutím 16. čímž lze například kompenzovat axiální síly vytvářené kompresorovým kolem 3.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn také příklad provedení odstředivého čerpadla 2a, přičemž hřídel 4 unáší dvě v axiálním směru ve vzájemném odstupu uspořádaná oběžná kola 3c. Hřídel 4 je, jak již to bylo v předcházejícím podrobně popsáno na příkladu provedení turbostroje 2, bezdotykově držen a poháněn dvěma poháněcími a úložnými ústrojími £.

Na obr. 5a je znázorněno další obvyklé axiální ložisko 13 pro kompenzaci axiálního tahu působícího na hřídel 4. Axiální ložisko 13 má tlakem p ovlivňovaný vnitřní prostor 13c a kotouč 13d. který je pevně spojitelný s hřídelem 4. Mezi skříňovou stěnou vnitřního prostoru 13c a mezi kotoučem 13d je ve směru ke hřídeli 4 uspořádáno suché těsnění 13e. které je plynotěsné. Axiální poloha hřídele 4 je zjišťována čidlem a tlak p fluida na základ axiálního ložiska 13 hřídele 4 je regulován tak, že na hřídel 4 působí axiální tah udržující hřídel 4 v předem stanovené poloze. Pro odstředivé čerpadlo 2a lze vytvořit axiální ložisko 13 se stejným technickým účinkem, to je s udržováním hřídele 4 v předem stanovené poloze, a to tak, že v místě suchého těsnění 13e se uspořádá místo něj těsnění s plovoucím kroužkem s odpovídající kapalinou. Tak je suché těsnění 13e nahrazeno tak zvaným vlhkým těsněním.

U příkladu provedení podle obr. 1 jsou oběžná kola 3c pevně spojena s hřídelem 4. Rotor 4a poháněcího a úložného ústrojí 1 a hřídel kompresorových kol 3 jsou při vytvoření společného hřídele 4 navzájem pevně spojeny. Společný hřídel 4 je mechanicky oddělitelným, protože rotor 4a a hřídel rotoru 4b jsou navzájem uvolnitelně spojeny mechanickými prostředky. Celý hřídel 4 s na něm upevněnými kompresorovými koly 3 je bezdotykově uložen prostřednictvím poháněčích a úložných ústrojí 1, která jsou uspořádána v obou koncových oblastech hřídele 4. Kroutící moment, který působí na hřídel 4, je také vytvářen poháněcími a úložnými ústrojími £. Poháněči a úložná ústrojí 1 jsou funkčně nastavitelná tak, že kroutící moment je vytvářen buď jen jedním nebo oběma poháněcími a úložnými ústrojími £, přičemž při vytváření kroutícího momentu dvěma poháněcími a úložnými ústrojími £ je celkový kroutící moment rozdělitelný v libovolném poměru na jednotlivá poháněči a úložná ústrojí £.

Na obr. 2 je znázorněn další turbostroj 2, případně odstředivé čerpadlo 2a se dvěma bezprostředně vedle sebe uspořádanými poháněcími a úložnými ústrojími £ se společným hřídelem 4 s rotorem 4a, jakož i s po obou stranách symetricky uspořádanými kompresorovými koly 3, případně oběžnými koly 3c, která jsou poháněna prostřednictvím poháněcího a úložného ústrojí £ a nejméně v radiálním směru jsou bezdotykově uložena. Obě kompresorová kola 3 nebo oběžná kola 3c jsou uspořádána na hřídeli 4 obráceně proti sobě, což má tu výhodu, že síly probíhající v axiálním směru proti sobě jsou nejméně částečně kompenzovány. Poháněči a úložné ústrojí £ může být vytvořeno a funkčně nastavitelné tak, že může vytvářet určitou nastavitelnou axiální sílu, takže u příkladu provedení podle obr. 2 není za určitých okolností potřebné žádné přídavné axiální ložisko. Kompresorové kolo 3, případně oběžné kolo 3c má pro dopravované fluidum vstupní stranu 3a a výstupní stranu 3b.

Na obr. 3 je znázorněn další příklad provedení turbostroje 2 s hřídelem 4 a s větším počtem v sérii uspořádaných poháněčích a úložných ústrojí £ a kompresorových kol 3, které mají společný hřídel 4. Poloha hřídele 4 se zjišťuje čidly 6 a první vinutí 15 i druhé vinutí 16 poháněcího a úložného ústrojí £ je řídicím ústrojím 7 funkčně nastavována tak, že hřídel 4 je nejméně v radiálním směru bezdotykově držen prostřednictvím magneticky působících sil.

Rotačně dynamické chování hřídele 4 lze v průběhu provozu turbostroje 2 ovlivňovat prostřednictvím prvního vinutí 15 a druhého vinutí 16, a to tak, že se mění prvním vinutím 15 a druhým vinutím 16 vytvářené, magneticky působící síly. Tyto síly jsou ovlivňovatelné například ve směru protilehlém k síle tíže. První vinutí 15 a druhé vinutí 16 je také funkčně nastavitelné tak, že

magneticky ovlivňovaný silový vektor zaujme řídicím ústrojím 7 předem stanovený, v radiálním směru upravený směr, nebo že se nasměrování radiálně probíhajícího silového vektoru časově mění. Navíc je měnitelná hodnota tohoto silového vektoru. Protože poloha hřídele 4 je měřitelná čidly 6, jsou první vinutí 15 a druhé vinutí 16 prostřednictvím řídicího ústrojí 7 funkčně nastavitelná tak, že lze ovlivňovat rotační dynamické chování hřídele 4, případně turbostroje 2.

Turbostroj 2 má skříň 8, která je uspořádána tak, že všechny pevné a rotující části jsou uspořádány uvnitř skříně 8. Prostřednictvím vstupního otvoru 8a prochází vstupující hmotový proud 9a fluida dovnitř skříně 8, prochází jako hmotový proud 9b fluida kompresorovými koly 3, vstupuje výstupním otvorem 8c do chladicího ústrojí 10, odkud je ochlazený hmotový proud 9e fluida přes vstupní otvor 8d opět přiváděn jako vstupující hmotový proud 9f fluida k dalšímu kompresorovému kolu 3, načež opouští turbostroj 2 výstupním otvorem 8b jako vystupující hmotový proud 9c fluida. Mezilehlé ochlazování chladicím ústrojím 10 má tu výhodu, že je možné redukovat objem hmotového proudu. Výhoda provedení podle obr. 3 spočívá v tom, že skříň 8 kromě otvorů 8a, 8b. 8c. 8d nemá žádné další otvory. Uvedené otvory 8a, 8b, 8c, 8d lze prostřednictvím příslušně vytvarovaných přípojných hrdel zcela utěsněné spojit s dalšími přívodními a odváděcími potrubími. Další výhoda provedení podle obr. 1 až obr. 3 spočívá vtom, že vzhledem k tomu, že hřídel 4 je uložen uvnitř skříně 8, je možno skříň 8, která je pod tlakem, zcela těsně uzavřít a turbostroj 2 je možné provozovat bez oleje a zejména lze bez oleje uložit hřídel 4. Je však také možné upravit ve skříni 8 otvor a pohánět hřídel 4 přídavným, vně skříně 8 uspořádaným poháněcím ústrojím. V takovém případě jsou potřebná v místě průchodu odpovídající těsnicí ústrojí mezi skříní 8 a mezi hřídelem 4. Jako taková těsnicí ústrojí jsou výhodná především suchá plynotěsná těsnění.

Při dopravě korozních médií se ukázalo jako výhodné zapouzdřit poháněči a úložné ústrojí 1 do pouzdra 20, jak je to znázorněno na obr. 3. Toto pouzdro 20 s těsněními na hřídeli 4 má vstupní a výstupní otvor 2L Pouzdrem 20 protéká kapalina nebo plyn 22, například dusík, aby chladil poháněči a úložné ústrojí 1 a udržoval v odstupu korozivní médium. Pouzdro 20 je zvnějšku obtékáno korozivním médiem hmotového proudu 9b, takže poháněči a úložné ústrojí 1 je před tímto médiem chráněno.

Na obr. 4 je znázorněn další příklad provedení vícestupňového provozního kompresoru se společným hřídelem 4 a s větším počtem kompresorových kol 3 a poháněčích a úložných ústrojí L Navíc je znázorněno řídicí ústrojí 7. Stav turbostroje 2 je zjišťován čidly 6. Čidla 6 mohou zjišťovat například polohu hřídele 4 z hlediska statoru poháněcího a úložného ústrojí 1 nebo polohu hřídele 4 u jednoho stupně kompresorového kola 3 a úhlovou rychlost hřídele 4. Signály čidel 6 jsou prostřednictvím elektrických vedení 6a přiváděny do řídicího ústrojí 7. Poháněči a úložná ústrojí 1 jsou prostřednictvím elektrických přívodů 7a, 7b funkčně nastavována v souladu s údaji řídicího ústrojí 7. U znázorněného příkladu provedení je navíc uspořádáno magnetické radiální ložisko 12, které je opatřeno vinutím 19 pro vytváření nosné síly působící na hřídel 4. Radiální ložisko 12 je prostřednictvím elektrických přívodů 12a spojeno s řídicím ústrojím 7. Průhyb, případně dynamické chování hřídele 4 lze v rozsáhlé oblasti ovlivňovat prostřednictvím odpovídajícího uspořádání a funkčního nastavování poháněčích a úložných ústrojí L jakož i eventuálně uspořádaných radiálních ložisek 12. Podle výhodného využití jsou poháněči a úložná ústrojí 1 a/nebo magnetická radiální ložiska 12 funkčně nastavována řídicím ústrojím 7 tak, že je ovlivňováno rotační dynamické chování hřídele 4. a to zejména tak, že je možné vlastní kmity rotoru 4a v axiálně různých místech individuálně aktivně tlumit.

Elektrické přívody 7a, 7b. 12a. jakož i elektrická vedení 6a jsou vedeny skříní 8 plynotěsnými průchody, které nejsou na všech obrázcích znázorněny, a jsou přiváděny vně skříně 8 k řídicímu ústrojí 7.

Na obr. 7 je znázorněn příčný řez příkladem provedení radiálního ložiska 12. které má plechový paket 17 s magnetickými póly 17a, 17b. které jsou uspořádány rozděleně v obvodovém směru. Dále je zde znázorněn hřídel 4 a magnetický tok 18. procházející přes hřídel 4 a plechový paket

-6CZ 293543 B6

17. Prostřednictvím na plechový paket 17 působících elektrických vinutí 19, z nichž je znázorněno jen jedno jediné, lze odpovídajícím funkčním nastavením vytvářet radiálně procházející, na hřídel 4 působící sílu. Tuto sílu lze použít pro bezdotykové uložení hřídele 4 nebo také pro kompenzaci sil, dynamicky působících na hřídel 4.

Tak lze například u příkladů provedení podle obr. 1 nebo obr. 2 vyměnit vždy jedno z obou poháněčích a úložných ústrojí 1 za radiální ložisko 12.

U příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 4, může být společný hřídel 4 také rozdělen, a to například tak, že hřídel je rozdělen mezi radiálním ložiskem 12 a mezi vpravo od něj uspořádaným kompresorovým kolem 3, tak že má turbostroj 2 dva samostatné oddělené hřídele 4. Výhoda dvou nebo více navzájem oddělených hřídelů 4 spočívá v tom, že tyto hřídele 4 lze pohánět s různými počty otáček.

Claims (11)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Rotační dynamický stroj pro dopravu fluida, obsahující první a druhé radiální ložisko (12), uložené v podélném směru v odstupu od sebe navzájem a obklopující hřídel (4), na hřídeli (4) mezi radiálními ložisky (12) upravené kompresorové kolo (3) a oběžné kolo (3c), elektrický stroj se statorem pro pohon hřídele (4), přičemž alespoň jedno radiální ložisko (12) a elektrický stroj spolu definují poháněči a úložné ústrojí (1), tvořící první bezložiskový motor, přičemž poháněči a úložné ústrojí (1) obsahuje rotor (4a, 4b), stator a elektrické vinutí (15, 16), obklopující rotor (4a, 4b), který tvoří část hřídele (4), rotor (4a, 4b), stator a elektrické vinutí (15, 16) definují prostředky pro bezdotykové magnetické uložení hřídele (4) a pro vytváření elektromagnetického kroutícího momentu na hřídeli (4) bezložiskového motoru, vyznačující se tím, že elektrické vinutí je vytvořeno jako první vinutí (15) pro tvorbu kroutícího momentu s n -počtem (pl) pólových dvojic a jako druhé vinutí pro tvorbu magnetických nosných sil pro magnetické uložení hřídele (4) s odlišným n+1 počtem nebo n-1 počtem (p2) pólových dvojic.

2. Rotační dynamický stroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že poháněči a úložné ústrojí (1) je umístěno ve skříni (8), obklopující rotační dynamický stroj a tvořící jeho integrální část, přičemž skříň (8) je opatřena vstupními otvory (8a, 8d) a výstupními otvory (8b, 8c) pro průtok fluida.

3. Rotační dynamický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi radiálními ložisky (12) je upraven větší počet kompresorových kol (3) nebo oběžných kol (3c).

4. Rotační dynamický stroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že na hřídeli (4) je upraven alespoň jeden další bezložiskový motor v odstupu k prvnímu bezložiskovému motoru.

5. Rotační dynamický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotor (4a) je uspořádán jako reluktanční, trvale magnetický nebo elektricky vybuzovaný rotor.

6. Rotační dynamický stroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že je opatřen řídicím ústrojím (7) pro ovládání rotoru (4a) bezložiskového motoru na principu reluktančního, trvale magnetického nebo elektricky vybuzovaného motoru.

7. Rotační dynamický stroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že je opatřen ústrojím pro axiální vedení hřídele, vybraným ze skupiny elektromagnetického axiálního ložiska (13) nebo axiálního ložiska s aktivním vyrovnáváním posuvu.

i

8. Rotační dynamický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že jím je turbostroj (2).

9. Rotační dynamický stroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že jím je odstředivé čerpadlo (2a).

10. Způsob ovládání rotačního dynamického stroje, zejména turbostroje (2) nebo odstředivého čerpadla (2a), obsahujícího poháněči a úložné ústrojí (1) podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že čidlem (6) se zjišťuje radiální poloha hřídele (4), načež se signály z čidla (6) přivádějí do řídicího ústrojí (7) a řídicí ústrojí (7) prostřednictvím řídicích přívodů nastaví funkce poháněcího a úložného ústrojí (1) pro bezdotykové uložení hřídele (4) a jeho pohon.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že řídicím ústrojím (7) se řídí funkce poháněcího a úložného ústrojí (1) a/nebo magnetického radiálního ložiska (12) pro aktivní tlumení kmitání rotoru (4a) na různých místech hřídele (4).