NO335404B1

NO335404B1 - LIQUID, ROTATING UNIT

Info

Publication number: NO335404B1
Application number: NO20130341A
Authority: NO
Inventors: Viggo Lauritz Norum
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-12-08
Also published as: WO2014137219A1; NO20130341A1; EP2965405A1

Abstract

Oppfinnelsen tilveiebringer en væskefylt, hurtig roterende enhet, så som en motor, en mekanisk eller magnetisk kobling, som er kjennetegnet ved at den væskefylte enheten innbefatter minst en roterende kappe anordnet mellom overflater med forskjellig rotasjonshastighet.The invention provides a liquid-filled, fast-rotating unit, such as a motor, mechanical or magnetic coupling, characterized in that the liquid-filled unit includes at least one rotating jacket arranged between surfaces of different rotational speeds.

Description

VÆSKEFYLT, ROTERENDE ENHET LIQUID-FILLED, ROTATING UNIT

OPPFINNELSENS OMRÅDE FIELD OF THE INVENTION

Foreliggende oppfinnelse vedrører væskefylt, roterende enhet i henhold til det selvstendige krav 1's ingress, så som maskiner, med deler som roterer med en så høy hastighet at den hydrodynamiske friksjonen reduserer maskinens effekt i betydelig grad. Maskinen kan for eksempel være elektriske motorer, pumper, kompressorer, momentomformere, mekaniske koblinger, bremser, svinghjul, magnetiske koblinger og magnetiske gir. "Koblinger" er her ment å inkludere kløtsjer, momentbegrensere, fleksible sammenføyninger, så vel som stive sammenføyninger. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen reduksjon av hydrodynamisk friksjon i utstyr av den nevnte type, spesielt utførelsesformer derav for bruk under vann. Videre vedrører oppfinnelsen anvendelse av en fritt roterende kappe i væskefylte, raskt roterende enheter. The present invention relates to a fluid-filled, rotating unit according to independent claim 1's preamble, such as machines, with parts that rotate at such a high speed that the hydrodynamic friction reduces the machine's effect to a significant extent. The machine can be, for example, electric motors, pumps, compressors, torque converters, mechanical couplings, brakes, flywheels, magnetic couplings and magnetic gears. "Couplings" are intended here to include clutches, torque limiters, flexible joints, as well as rigid joints. More particularly, the invention relates to the reduction of hydrodynamic friction in equipment of the aforementioned type, especially embodiments thereof for use under water. Furthermore, the invention relates to the use of a freely rotating casing in liquid-filled, rapidly rotating units.

Elektriske motorer for bruk i hybrid-elektriske og helt elektriske kjøretøy er ofte delvis oljefylte (for eksempel i Toyota's Prius og GM's Volt/Ampera) og de operer over et bredt hastighetsområde. Oppfinnelsen kan også anvendes for slike. Electric motors for use in hybrid-electric and all-electric vehicles are often partially oil-filled (for example, in Toyota's Prius and GM's Volt/Ampera) and they operate over a wide speed range. The invention can also be used for such.

Ytterligere anvendelsesområder kan være inne feltet med kraftproduksjon, det vil si innelukkede vannkraftgeneratorer og turbiner, bølgegeneratorer og tivannskraftanlegg. Further areas of application can be in the field of power production, i.e. enclosed hydropower generators and turbines, wave generators and tidal power plants.

Elektriske motorer i kjølekompressorer (så som i kjøleskap, luftkondisjonering og også varmepumper) er også anvendelige, slik som også hydrauliske kraftpakker, spesielt når en elektrisk motor og pumpe/kompressor er plassert sammen inne i fluid/væskefylt forseglet kammer. Electric motors in refrigeration compressors (such as in refrigerators, air conditioners and also heat pumps) are also applicable, as are also hydraulic power packs, especially when an electric motor and pump/compressor are placed together inside a fluid/fluid-filled sealed chamber.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN OG TEKNIKKENS STAND BACKGROUND OF THE INVENTION AND STATE OF THE ART

For undervannsbruk er elektriske motorer i henhold til dagens løsninger væskefylte, og væsken er typisk olje eller en blanding av glykol og vann. Væskefyllingen reduserer faren for kortslutning (i tilfelle av at de er fylt med olje), tilveiebringer eller bidrar til kjøling og smøring og fremmer trykkompensering. Væskefylte motorer for pumper med størrelse, effekt og trykk som er egnet for trykkforsterkning av petroleumsvæske og flerfase fra petroleumsbrønner og andre kilder, er i praksis begrenset til en rotasjonshastighet på ca. 4000 rpm. Ved høyere hastighet blir friksjonstapene og varmen betydelige og et begrensende problem. Ved høyere rotasjonshastigheter, hvilket er fordelaktig for kompressorer og pumper, kan derfor være et umulig eller vanskelig å oppnå. Mekaniske og magnetiske koblinger, så som mekaniske eller magnetiske gir, er også begrenset med hensyn til rotasjonshastighet av samme årsaker. Dannelse av virvler og turbulens i væsken i volumet mellom de roterende delene er antatt å være en viktig bidragsyter til de hydrodynamiske tapene. For underwater use, according to current solutions, electric motors are liquid-filled, and the liquid is typically oil or a mixture of glycol and water. The liquid filling reduces the risk of short-circuiting (in case they are filled with oil), provides or contributes to cooling and lubrication and promotes pressure compensation. Liquid-filled motors for pumps with a size, power and pressure that are suitable for pressure boosting of petroleum liquid and multiphase from petroleum wells and other sources are, in practice, limited to a rotation speed of approx. 4000 rpm. At higher speeds, friction losses and heat become significant and a limiting problem. At higher rotational speeds, which is advantageous for compressors and pumps, may therefore be impossible or difficult to achieve. Mechanical and magnetic couplings, such as mechanical or magnetic gears, are also limited in terms of rotational speed for the same reasons. Formation of eddies and turbulence in the liquid in the volume between the rotating parts is believed to be an important contributor to the hydrodynamic losses.

Som et resultat, for væskefylt utstyr med rotasjonshastigheter opp til den praktiske grensen, må kjølesystemet være omfattende og ha høy kapasitet, og det kan være nødvendig med en betydelig tilførsel av kjølemiddel. Ved lokasjoner undervann, ofte ellet titalls eller hundretalls kilometer boret fra dekksinstallasjoner eller land, representerer dette betydelige utfordringer og høye kostnader. As a result, for liquid-filled equipment with rotational speeds up to the practical limit, the cooling system must be extensive and of high capacity, and a significant supply of coolant may be required. In underwater locations, often tens or hundreds of kilometers drilled from deck installations or land, this represents significant challenges and high costs.

Fra US 2009/0034889 er det kjent en fluiddynamisk opplagring, fluiddynamisk opplagringstype diskdrive og en fremgangsmåte for å fremstille fluiddynamisk opplagring. From US 2009/0034889, a fluid dynamic storage, fluid dynamic storage type disk drive and a method for producing fluid dynamic storage are known.

I US 7750518 er det vist en kurve som illustrerer energi, belastning og motstand i et svinghjul som funksjon av rotorhastighet. Det er også beskrevet hvordan svinghjulet skal designes for å balansere faktorer som energi, belastning, motstand, vekt og hastighet. In US 7750518, a curve is shown which illustrates energy, load and resistance in a flywheel as a function of rotor speed. It is also described how the flywheel should be designed to balance factors such as energy, load, resistance, weight and speed.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveieringe en løsning på den ovennevnte begrensningen, for å løse problemene og utfordringene og utvide den praktiske hastighetsbegrensningen for væskefylte motorer, koblinger og andre enheter. The purpose of the present invention is to provide a solution to the above limitation, to solve the problems and challenges and to extend the practical speed limitation of liquid filled engines, couplings and other devices.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION

Oppfinnelsen tilveiebringer en væskefylt, raskt roterende enhet, så som en motor, en mekaniske eller magnetisk kobling, som er kjennetegnet ved at den væskefylte enheten innbefatter minst en roterende kappe anordnet mellom overflaten med ulik rotasjonshastighet. Under drift av enheten, roterer kappen ved en mellomliggende hastighet sammenlignet med de tilstøtende maskinelementene. Kappen kan være fritt roterende (for eksempel drevet av den hydrodynamiske motstanden), eller de kan være en kinematisk forbindelse som fremtvinger den mellomliggende hastigheten. The invention provides a fluid-filled, rapidly rotating device, such as a motor, a mechanical or magnetic coupling, which is characterized in that the fluid-filled device includes at least one rotating casing arranged between the surface with different rotational speed. During operation of the unit, the shroud rotates at an intermediate speed compared to the adjacent machine elements. The casing can be freely rotating (for example, driven by the hydrodynamic resistance), or they can be a kinematic connection that forces the intermediate speed.

Begrepet rotasjonshastighet dekker stasjonære deler til deler med maksimal rotasjonshastighet, så som spalten mellom en stasjonær stator og en rotor, og spalten mellom en rotor og et stasjonært hus. En fritt roterende kappe vil typisk rotere ved en hastighet mellom rotasjonshastighetene til de tilstøtende overflatene til tilstøtende objekter, for en kappe anordnet mellom en stator og en rotor er kappen forventet å rotere med tilnærmet halve rotasjonshastigheten til rotoren. De hydrodynamiske tapene avhenger av hastigheten til væsken med en energifaktor på tilnærmet 3. Kappen tilveiebringer to volumer med halve forskjellen i relativ hastighet, hvilke resulterer i tilnærmet 1/8 av det opprinnelige tapet i hvert av de to volumene, dersom det antas at spaltene mellom hylsen og statoren/rotoren er lik det de var før hylsen ble satt inn. Summen av tapene for begge volumer (begge sider av hylsen) vil i et slikt tilfelle bli redusert til tilnærmet 25 %. Tapet vil imidlertid i en realistisk applikasjon ble redusert til 20 - 25 % avhengig av de valgte spaltestørrelsene. Ved å bruke to eller tre lag med roterende kapper, vil summen av tapene bli redusert til henholdsvis ca. 11 % og 7 % avhengig av de valgte spaltestørrelsene. The term rotational speed covers stationary parts to parts with maximum rotational speed, such as the gap between a stationary stator and a rotor, and the gap between a rotor and a stationary housing. A freely rotating shroud will typically rotate at a speed between the rotational speeds of the adjacent surfaces of adjacent objects, for a shroud arranged between a stator and a rotor, the shroud is expected to rotate at approximately half the rotational speed of the rotor. The hydrodynamic losses depend on the velocity of the fluid with an energy factor of approximately 3. The jacket provides two volumes with half the difference in relative velocity, which results in approximately 1/8 of the original loss in each of the two volumes, if it is assumed that the gaps between the sleeve and stator/rotor are the same as they were before the sleeve was inserted. The sum of the losses for both volumes (both sides of the sleeve) will in such a case be reduced to approximately 25%. However, in a realistic application, the loss will be reduced to 20 - 25% depending on the selected slot sizes. By using two or three layers of rotating casings, the sum of the losses will be reduced to approx. 11% and 7% depending on the selected slot sizes.

Den tekniske effekten er at dimensjonene til den fulle lengden eller utstrekningen av kjølesystemet og tilførselskjeden kan reduseres eller den maksimale rotasjonshastigheten og trykkhodet kan økes, eller energi for driften blir redusert på grunn av reduserte hydrodynamiske tap. Kappen tillater en høyere rotasjonshastighet for et spesifikt kjølebehov, hvilket gjør væskefylte motorer og koblinger og gir mer egnet for flerfase pumpe- og kompressormotorer. The technical effect is that the dimensions of the full length or extent of the cooling system and supply chain can be reduced or the maximum rotational speed and pressure head can be increased, or energy for operation is reduced due to reduced hydrodynamic losses. The jacket allows a higher rotational speed for a specific cooling requirement, making liquid-filled motors and couplings more suitable for multiphase pump and compressor motors.

I en foretrukket utførelsesform er kappen en rørseksjon eller hylse anordnet mellom rotoren og statoren, rotor og hus, rotor og aksel, rotor og barrierevegg eller mellom alle andre roterende deler med sylindrisk form. Den radielle spalten mellom disse delene danner et ringformet volum i hvilket hylsen er anordnet for å kunne rotere fritt i spalten. In a preferred embodiment, the casing is a tube section or sleeve arranged between the rotor and the stator, rotor and housing, rotor and shaft, rotor and barrier wall or between all other rotating parts with a cylindrical shape. The radial gap between these parts forms an annular volume in which the sleeve is arranged to be able to rotate freely in the gap.

I en annen foretrukket utførelsesform er kappen en skive eller plate anordnet mellom rotoren og statoren, eller rotoren og huset, eller i enhver annen aksiell spalte mellom roterende deler som danner et skiveformet volum. Denne utførelsesformen er relevant for aksialkoblinger, aksialmotorer og generatorer mod rotorene med et høyt forhold mellom diameter og lengde. In another preferred embodiment, the shroud is a disc or plate arranged between the rotor and the stator, or the rotor and the housing, or in any other axial gap between rotating parts forming a disc-shaped volume. This embodiment is relevant for axial couplings, axial motors and generators against the rotors with a high ratio between diameter and length.

Fortrinnsvis er enheten en undervanns pumpe eller kompressor og kappen er en hylse som er anordnet mellom statoren og rotoren og fortrinnsvis også en hylse anordnet mellom rotoren og huset dersom rotoren er utenfor statoren. I andre utførelsesformer er hylsen anordnet i den ringformede spalten mellom alle roterende deler med rørform, hvilken enhet kan være en motor av en annen type enn en elektrisk motor, så som en hydraulisk motor, eller andre enheter. Preferably, the unit is an underwater pump or compressor and the casing is a sleeve arranged between the stator and the rotor and preferably also a sleeve arranged between the rotor and the housing if the rotor is outside the stator. In other embodiments, the sleeve is arranged in the annular gap between all rotating tubular parts, which unit may be a motor of a different type than an electric motor, such as a hydraulic motor, or other units.

Fortrinnsvis er kappen fremstilt av et ikke-ferromagnetisk metall, polymer, komposittmateriale eller et keramisk materiale, dersom plasseringen skal skje i spalter med et roterende magnetisk felt. Dersom det ikke er noen magnetisk kobling mellom de roterende overflatene, kan kappen være fremstilt av et ferromagnetisk materiale (og med mindre resistivitet) siden det ikke er noen magnetisk kobling for hvilket det kan oppstå magnetiske tap. Når det brukes kapper av materialer med høy elektrisk ledningsevne i et roterende magnetisk felt, vil materialet være laminert (med isolerende lag) for å redusere tapene forbundet med induserte elektriske strømmer i materialet. Preferably, the sheath is made of a non-ferromagnetic metal, polymer, composite material or a ceramic material, if the placement is to take place in slots with a rotating magnetic field. If there is no magnetic coupling between the rotating surfaces, the sheath can be made of a ferromagnetic material (and with less resistivity) since there is no magnetic coupling for which magnetic losses can occur. When sheaths of materials with high electrical conductivity are used in a rotating magnetic field, the material will be laminated (with insulating layers) to reduce the losses associated with induced electrical currents in the material.

Eksempler på noen egnede materialer er som følger: titan, aluminium, austenittisk rustfritt stål, hastelloy, stelitt, talonitt, monel, inkonel eller andre nikkelbaserte superlegeringer, massive eller laminerte for å redusere elektromagnetiske tap. Monel kan være fullstendig ikke-magnetisk, også etter lang tid med mekaniske påkjenninger, i motsetning til mange andre metaller, og monel kan derfor være et godt valg dersom det er avgjørende med minimal magnetisme. Eksempler på noen av de egnede ikke-metall materialene er som følger: PEEK, karbonfiberforsterket PEEK, karbonfiber, karbon kompositter, polyimid, keramiske materialer så som zirkoniumoksid, og fiberforsterket (karbon, aramid, s-glass, borfiber) polymerer. Fibere, prepregede eller sydde fibre av karbon eller andre fibre kan være viklet med forspenning på et metall eller polymer underlag som igjen kan være anordnet på en dor, og tilveiebringe en relativt dimensjonsstabil hylse med høy styrke. Doren kan fjernes etter fremstillingen av kappen eller doren kan være igjen som en del av kappen. Doren kan lett fjernes etter herding av kompositten ved høy temperatur dersom doren er fremstilt av et materiale med høy termisk ekspansjon (for eksempel aluminium) inn i en hylse av fiberforsterket kompositt. Examples of some suitable materials are as follows: titanium, aluminum, austenitic stainless steel, hastelloy, stellite, talonite, monel, inconel or other nickel-based superalloys, solid or laminated to reduce electromagnetic losses. Monel can be completely non-magnetic, even after a long period of mechanical stress, unlike many other metals, and monel can therefore be a good choice if minimal magnetism is essential. Examples of some of the suitable non-metal materials are as follows: PEEK, carbon fiber reinforced PEEK, carbon fiber, carbon composites, polyimide, ceramic materials such as zirconium oxide, and fiber reinforced (carbon, aramid, s-glass, boron fiber) polymers. Fibers, prepregs or sewn fibers of carbon or other fibers can be wound with bias on a metal or polymer substrate which in turn can be arranged on a mandrel, and provide a relatively dimensionally stable sleeve with high strength. The mandrel may be removed after the manufacture of the jacket or the mandrel may remain as part of the jacket. The mandrel can be easily removed after curing the composite at high temperature if the mandrel is made from a material with high thermal expansion (for example aluminium) into a sleeve of fibre-reinforced composite.

Fremstilingen av kappen kan imidlertid skje ved støping, fresing, maskinering, ekstrudering og/eller sliping ved bruk av tradisjonelle metoder og det er flere muligheter både med hensyn til valg av materiale, utforming og fremstillingsmetode som alle vil være mer eller mindre lett tilgjengelige for en fagmann innen området fra lærebøker og fra leverandører og produsenter. However, the production of the cover can take place by casting, milling, machining, extrusion and/or grinding using traditional methods and there are several possibilities both with regard to the choice of material, design and production method, all of which will be more or less easily accessible to a professional in the field from textbooks and from suppliers and manufacturers.

Kappen kan innbefatte ett eller flere spor eller rifling anordnet for å sirkulere, bevege eller pumpe fluid ved sporet (riflingen) og for å stabilisere kappen hydrodynamisk (forhindre oscillasjoner). For en hylseformet kappe er sporet fortrinnsvis utformet som en heliks, for en skiveformet kappe er sporet (rifling) fortrinnsvis utformet som en spiral. Sporet (riflingen) kan ha en tilsvarende form som sporene som brukes for radiallagre, eller det kan være likt sporene som brukes i oljekjølte kløtsjer (for eksempel som i automatiske girkasser for kjøretøy), eller det kan være likt riflingen i et geværløp. Sporene eller riflingen kan være anordnet på innsiden og/eller utsiden av en hylseformet kappe eller på den ene eller begge sider av en skiveformet kappe. Dersom spiral eller heliks er tilstede på begge sider av en kappe, kan spiralen eller heliksen være anordnet i motstående eller parallelle retninger på de to sidene. I tillegg eller alternativt kan det brukes svakt elliptisk tverrsnittsform eller lemon bore form for hylsen i forhold til det ringformede volumet mellom deler med forskjellig rotasjonshastighet. Disse sporene eller formene er anordnet for å fremme sirkulasjon av fluid for å forbedre kjølingen. Avhengig av formen og glattheten til de roterende overflatene å hver side av hylsen, kan sporene imidlertid ikke være nødvendige siden fluidsirkulasjonen kan fremmes av de andre roterende overflatene og fra et fluiddynamisk synspunkt kan det være fordelaktig å ha en så glatt overflate som mulig. The casing may include one or more grooves or rifling arranged to circulate, move or pump fluid at the groove (rifling) and to hydrodynamically stabilize the casing (prevent oscillations). For a sleeve-shaped casing, the groove is preferably designed as a helix, for a disk-shaped casing, the groove (rifling) is preferably designed as a spiral. The groove (rifling) may have a similar shape to the grooves used for radial bearings, or it may be similar to the grooves used in oil-cooled clutches (such as in automatic vehicle transmissions), or it may be similar to the rifling in a gun barrel. The grooves or knurling can be arranged on the inside and/or outside of a sleeve-shaped cover or on one or both sides of a disk-shaped cover. If a spiral or helix is present on both sides of a sheath, the spiral or helix can be arranged in opposite or parallel directions on the two sides. In addition or alternatively, a slightly elliptical cross-sectional shape or lemon bore shape can be used for the sleeve in relation to the annular volume between parts with different rotational speeds. These grooves or shapes are arranged to promote circulation of fluid to improve cooling. However, depending on the shape and smoothness of the rotating surfaces on either side of the sleeve, the grooves may not be necessary since fluid circulation can be promoted by the other rotating surfaces and from a fluid dynamic point of view it may be advantageous to have as smooth a surface as possible.

Den roterende kappen i forhold til sine tilstøtende deler (typisk en rotor og en stator, eventuelt andre roterende kapper) kan innbefatte lagerflater. Lagerflatene kan være der av flere årsaker: a) forhindre at kappen gnisser mot andre tilstøtende komponenter, b) understøtte kappen ved stillstand, og c) fremme fri rotasjon i forhold til tilstøtende deler. The rotating casing in relation to its adjacent parts (typically a rotor and a stator, possibly other rotating casings) may include bearing surfaces. The bearing surfaces may be there for several reasons: a) prevent the casing from rubbing against other adjacent components, b) support the casing at standstill, and c) promote free rotation in relation to adjacent parts.

Fortrinnsvis er hylsen begrenset fra aksiell bevegelse av de ringformede volumets høyde eller lengde eller av maskinelementer i aksialretningen, som gir en klaringsspalte som er tilstrekkelig til å tillate termisk ekspansjon av hylsen, og hylsen er dimensjonert slik at ved hvilke, ved omgivende temperatur, har den en indre klaringsspalte som er tilstrekkelig til å tillate rotasjon om den indre rotoren eller statoren og ved maksimal driftshastighet og temperatur har den en ytre klaringsspalte som er tilstrekkelig til å tillate rotasjon i det ringformede volumet til den ytre rotoren eller statoren eller huset. Den optimale klaringsspalten på hver side av hylsen avhenger av viskositeten til fluidet. 0,5 - 2,0 mm er ansett å være egnet for vannfylte maskiner, men det bør imidlertid være tilveiebragt ytterligere spalte for forskjeller i termisk ekspansjon mellom hylsen og indre og ytre utstyr. Det kan også være foretrukket med ytterligere klaring eller arrangementer for installasjon. Preferably, the sleeve is restricted from axial movement by the height or length of the annular volume or by machine elements in the axial direction, which provides a clearance gap sufficient to allow thermal expansion of the sleeve, and the sleeve is dimensioned such that, at ambient temperature, it has an internal clearance gap sufficient to permit rotation about the inner rotor or stator and at maximum operating speed and temperature it has an external clearance gap sufficient to permit rotation within the annular volume of the outer rotor or stator or housing. The optimum clearance gap on each side of the sleeve depends on the viscosity of the fluid. 0.5 - 2.0 mm is considered suitable for water-filled machines, however, additional clearance should be provided for differences in thermal expansion between the sleeve and internal and external equipment. Additional clearance or arrangements for installation may also be preferred.

Ytterligere fordelaktige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er angitt i de uselvstendige patentkravene. Further advantageous embodiments of the present invention are indicated in the independent patent claims.

FIGURER FIGURES

Oppfinnelsen er illustrert med figurene 1, 2 og 3 som henholdsvis viser en enhet i henhold til oppfinnelsen, to kapper for en enhet i henhold til oppfinnelsen og en ytterligere kappe for en enhet i henhold til oppfinnelsen. The invention is illustrated with figures 1, 2 and 3 which respectively show a unit according to the invention, two covers for a unit according to the invention and a further cover for a unit according to the invention.

DETALJERT BESKRIVELSE DETAILED DESCRIPTION

Figur 1 og figur 2 viser en enhet i henhold til oppfinnelsen med en under drift roterende rotor 1, en under drift roterende kappe 2 og en ikke-roterende stator 3. Kappen og den topp- og bunnplater er et legeme med væskesirkulasjonshull. Figure 1 and Figure 2 show a unit according to the invention with a rotor 1 rotating during operation, a casing rotating during operation 2 and a non-rotating stator 3. The casing and the top and bottom plates are a body with liquid circulation holes.

I figur 2 består kappen av to konsentrisk anordnede hylser, som typisk roterer med tilnærmet 2/3 og 1/3 av rotorens hastighet. In Figure 2, the casing consists of two concentrically arranged sleeves, which typically rotate at approximately 2/3 and 1/3 of the rotor's speed.

Figur 3 illustrerer en kappe med helisk rifling eller spormønster. Figure 3 illustrates a mantle with a helical rifling or groove pattern.

Claims

1. Væskefylt, roterende enhet, så som en mekanisk eller en magnetisk kobling,karakterisert vedat den væskefylte enheten innbefatter minst en roterende kappe anordnet mellom overflater med forskjellig rotasjonshastighet, hvilken kappe roterer ved en mellomliggende hastighet sammenlignet med de tilstøtende maskinelementene.1. Fluid-filled, rotating device, such as a mechanical or a magnetic coupling, characterized in that the fluid-filled device includes at least one rotating jacket arranged between surfaces with different rotational speed, which jacket rotates at an intermediate speed compared to the adjacent machine elements.

2. Enhet i henhold til krav 1, karakterisert vedat den roterende kappen er en rørseksjon eller hylse anordnet mellom rotoren og statoren, rotoren og huset eller rotoren og akselen eller barrierevegg, i en radiell spalte som danner et ringformet volum.2. Device according to claim 1, characterized in that the rotating casing is a tube section or sleeve arranged between the rotor and the stator, the rotor and the housing or the rotor and the shaft or barrier wall, in a radial gap forming an annular volume.

3. Enhet i henhold til krav 1, karakterisert vedat den roterende kappen er en skive eller plate anordnet mellom rotoren og statoren, eller rotoren og huset, i en aksielle spalte som danner et skiveformet volum.3. Device according to claim 1, characterized in that the rotating casing is a disc or plate arranged between the rotor and the stator, or the rotor and the housing, in an axial gap which forms a disc-shaped volume.

4. Enhet i henhold til hvilket som helst av kravene 1-2,karakterisert vedat enheten er en undervannspumpe eller kompressor elektrisk motor og den roterende kappen er en hylse anordnet mellom statoren og rotoren og fortrinnsvis og en hylse anordnet mellom rotoren og huset dersom rotoren er utenfor statoren.4. Device according to any one of claims 1-2, characterized in that the device is an underwater pump or compressor electric motor and the rotating casing is a sleeve arranged between the stator and the rotor and preferably and a sleeve arranged between the rotor and the housing if the rotor is outside the stator .

5. Enhet i henhold til hvilke som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat den roterende kappen er fremstilt av et ikke-ferromagnetisk materiale, fortrinnsvis valgt fra titan, austenittisk rustfritt stål, aluminium, hastelloy, stelitt, talonitt, monel, inkonel eller andre nikkelbaserte superlegeringer, PEEK, karbonfiberforsterket PEEK, karbonfiber, karbonfiberforsterket polymer, karbonkompositt, polyimid, keramisk materiale, fiberforsterkede polymerer eller andre passende ikke-magnetiske materialer.5. Device according to any one of claims 1-4, characterized in that the rotating casing is made of a non-ferromagnetic material, preferably selected from titanium, austenitic stainless steel, aluminum, hastelloy, stellite, talonite, monel, inconel or other nickel-based superalloys, PEEK, carbon fiber reinforced PEEK, carbon fiber, carbon fiber reinforced polymer, carbon composite, polyimide, ceramic material, fiber reinforced polymers or other suitable non-magnetic materials.

6. Enhet i henhold til krav 4, karakterisert vedat hylsen innbefatter et eller flere spor og/eller rifling anordnet til å sirkulere, bevege eller pumpe fluid ved sporet og/eller å stabilisere kappen hydrodynamisk (forhindre oscillasjoner), for en hylseformet kappe er sporet fortrinnsvis utformet som en heliks, for en skiveformet kappe er sporet fortrinnsvis utformet som en spiral, og dersom spiral eller heliks er tilstede på begge sider av en kappe, kan spiralen eller heliksen være anordnet i enten motstående eller parallelle retninger på de to sidene.6. Device according to claim 4, characterized in that the sleeve includes one or more grooves and/or rifling arranged to circulate, move or pump fluid at the groove and/or to stabilize the jacket hydrodynamically (prevent oscillations), for a sleeve-shaped jacket the groove is preferably designed as a helix, for a disc-shaped sheath, the groove is preferably designed as a spiral, and if a spiral or helix is present on both sides of a sheath, the spiral or helix can be arranged in either opposite or parallel directions on the two sides.

7. Enhet i henhold til krav 4, karakterisert vedat hylsen er begrenset fra aksielle bevegelse av den ringformede volumets høyde eller lengde eller ved maskinelementer i aksialretning, og tilveiebringer en klaringsspalte tilstrekkelig til å tillate termisk ekspansjon til hylsen, og hylsen er dimensjonert slik at ved stillstand, ved lav omgivende temperatur, har den en indre klaringsspalte tilstrekkelig til å tillate rotasjon om den indre rotoren eller statoren og ved maksimal driftshastighet og temperatur har den en ekstern klaringsspalte tilstrekkelig til å tillate rotasjon i det ringformede volumet av den eksterne rotor, stator eller hus, hvilke klaringsspalter fortrinnsvis er ca. 0,5 - 2,0 mm.7. Device according to claim 4, characterized in that the sleeve is limited from axial movement by the height or length of the annular volume or by machine elements in an axial direction, and provides a clearance gap sufficient to allow thermal expansion of the sleeve, and the sleeve is dimensioned so that at standstill, at low ambient temperature, it has an internal clearance gap sufficient to allow rotation about the inner rotor or stator and at maximum operating speed and temperature it has an external clearance gap sufficient to allow rotation in the annular volume of the external rotor, stator or housing, which clearance gaps are preferably approx. 0.5 - 2.0 mm.

8. Enhet i henhold til krav 1,karakterisert vedat motorakselen og hylsen er anordnet til å ha en vertikal orientering, og under drift roterer hylsen ved omtrent halve hastigheten til rotoren, hvilket reduserer de hydrodynamiske tapene på grunn av friksjon.8. Device according to claim 1, characterized in that the motor shaft and the sleeve are arranged to have a vertical orientation, and during operation the sleeve rotates at approximately half the speed of the rotor, which reduces the hydrodynamic losses due to friction.

9. Anvendelse av en fritt roterende kappe i væskefylte, raskt roterende enheter, så som en motor, et gir eller en magnetisk kobling, anordnet mellom overflater med forskjellig rotasjonshastighet, for å redusere utstrekningen av hydrodynamiske tap på grunn av friksjon og for tilsvarende å redusere behov og kostnader for kjølesystem.9. Application of a freely rotating casing in fluid-filled, rapidly rotating devices, such as a motor, a gear or a magnetic coupling, arranged between surfaces of different rotational speed, to reduce the extent of hydrodynamic losses due to friction and to correspondingly reduce the need and costs for cooling system.

10. Anvendelse i henhold til krav 9 av en hylse i en undervannsmotor for en pumpe eller flerfasepumpe, anordnet mellom en rotor og en stator og mellom en rotor og et hus dersom rotoren er på utsiden av statoren.10. Application according to claim 9 of a sleeve in an underwater motor for a pump or multiphase pump, arranged between a rotor and a stator and between a rotor and a housing if the rotor is on the outside of the stator.

11. Enhet i henhold til krav 1,karakterisert vedat den roterende kappen består av flere deler som roterer ved forskjellige hastigheter.11. Device according to claim 1, characterized in that the rotating casing consists of several parts that rotate at different speeds.

12. Enhet i henhold til krav 1,karakterisert vedat rotorkappen og dens tilknyttede deler (typisk en rotor og en stator) innbefatter lagerflater.12. Unit according to claim 1, characterized in that the rotor casing and its associated parts (typically a rotor and a stator) include bearing surfaces.

13. Enhet i henhold til krav 1,karakterisert vedat den roterende kappen dekker minst 10% av overflatearealet til de roterende delene inne i maskinen.13. Unit according to claim 1, characterized in that the rotating casing covers at least 10% of the surface area of the rotating parts inside the machine.

14. Enhet i henhold til krav 1,karakterisert vedat kappen er fritt roterende, det vil si at den blir drevet av den hydrodynamiske friksjonen på hver side av kappen.14. Unit according to claim 1, characterized in that the jacket is freely rotating, that is to say that it is driven by the hydrodynamic friction on each side of the jacket.

15. Enhet i henhold til krav 1,karakterisert vedat kappene er fremstilt av fiberforsterket polymer (FRP) og fremstillingen av kappene innebærer herding av FRP'en på en dor (form).15. Unit according to claim 1, characterized in that the sheaths are made of fiber-reinforced polymer (FRP) and the manufacture of the sheaths involves hardening the FRP on a mandrel (form).

16. Enhet i henhold krav 15,karakterisert vedat separasjonen av kappen fra produksjonsformen (dor) gjøres ved en annen temperatur enn herdetemperaturen.16. Unit according to claim 15, characterized in that the separation of the jacket from the production mold (mandrel) is done at a different temperature than the curing temperature.

17. Enhet i henhold til krav 6 og 15,karakterisert vedat doren (formen) preger hoveddeler av nevnte mønster (spor og/eller rifling) i kappen.17. Unit according to claims 6 and 15, characterized in that the mandrel (the mold) imprints main parts of said pattern (grooves and/or rifling) in the casing.