具有轴向推力补偿的风扇冷却的电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及旋转机器，并且具体地涉及旋转电机。本公开的一些实施例涉及包括旋转电机和传动地连接于其的涡轮机的旋转机械装备。
【背景技术】
[0002]电机通常用作连接于从动装备如压缩机或栗的原动机。电机还用作传动地连接于原动机如内燃机(例如，燃气涡轮或往复式内燃机)的发电机。
[0003]电机有时设有安装在其轴上的冷却风扇，用于生成冷却流体流，如典型地为冷却气流。在一些已知的布置中，用作涡轮压缩机的原动机的电动机使用由涡轮压缩机处理的相同气体作为冷却介质。
[0004]在高速电机中，典型地需要提供显著的冷却气流来保持电机的转子和定子中的期望低温水平。为了克服对冷却气流的阻力，支承在电机的轴上的冷却风扇需要将显著的压力输送在电机的一个端部上。因此产生的沿电机的转子的压差导致了沿冷却流的方向朝与冷却风扇相对的电机的端部(即，朝连接于电机的从动/驱动机器)作用于电机的转子上的轴向力。由冷却流压力生成的轴向力可变得非常显著，并且需要使用特殊的推力补偿装置。
[0005]即使强大的轴向推力补偿装置如轴向轴承位于连接于旋转电机的机器中以补偿其自身的轴向力，并且能够补偿在连接的电机中经由冷却气流产生的附加力，电机转子和轴上的冷却流的轴向力仍将使得难以选择柔性联接件来使电机的轴与从动或驱动机器的轴连接，这通常对于高速应用而言为关键的。
[0006]因此，所需的是对由布置在电机上的冷却风扇提供的冷却气流生成的、旋转电机的轴上生成的轴向推力进行补偿的问题的不同途径。
【发明内容】
[0007]为了减小由冷却气体压力生成的轴向推力，冷却气体分送室可与冷却风扇组合。冷却气体由冷却风扇在升高压力下输送在冷却气体分送室中，并且由此朝电机分送，即，穿过转子与定子之间的间隙。冷却气体分送室中的升高气体压力生成电机的轴上的轴向力，其抵消电机的转子上的由冷却气体压力生成的轴向推力。轴向力大体上定向成与穿过电机的冷却气流相反。
[0008]根据一些实施例，提供了一种旋转机器，其包括旋转电机，该旋转电机具有定子、旋转轴和安装在旋转轴上并且与其一起旋转的转子。旋转机器还包括冷却风扇，其包括安装在旋转轴的第一端部处并且与其一起旋转的旋转叶轮。冷却气体分送室位于冷却风扇与定子转子布置之间。冷却气体分送室与冷却风扇和与布置用于将冷却气体输送在电机中的冷却气体通路流体连通。由冷却风扇输送的压缩的冷却气体接收在冷却气体分送室中，并且从其分送至所述冷却气体通路。冷却风扇设有面向定子转子布置的推力表面，使得作用于推力表面上的冷却气体分送室中的气体压力在轴上生成平衡轴向力。推力表面可由自身的叶轮或由添加至其的推力盘形成。由于冷却气体分送室中的压力高于冷却风扇的入口处的压力，故轴向推力施加在转子和冷却风扇安装在其上的轴上。由冷却气体分送室中的加压冷却气体生成的轴向推力沿大体上与冷却气体穿过电机的转子定子布置的流动方向相反的方向定向，以使所述轴向力与由流过转子定子布置的加压冷却气体的流动生成的推力相反。
[0009]接收在冷却气体分送室中的压缩的冷却气体可完全地或部分地流过转子与定子之间的间隙。在一些实施例中，冷却气体可用于从旋转装备的附加构件、元件或部分除去热。例如，冷却气流可用于轴承通风。这在电磁轴承的情况下特别有用。当电机操作为电动机或原动机时，如果电机操作为发电机，则冷却气体还可用于冷却传动地连接于电机的附加机器(例如，压缩机)的构件。
[0010]根据又一个方面，本公开涉及一种用于使旋转机器上生成的轴向推力平衡的方法，该旋转机器包括旋转电机，其具有定子、旋转轴和安装在旋转轴上并且与其一起旋转的转子。该方法包括通过将冷却气体接收在冷却气体分送室中来累积气体压力并且借助于冷却气体压力生成作用于轴上的轴向推力或轴向力，轴向推力或轴向力沿与冷却气体穿过电机的转子定子布置的流动方向相反的方向定向。
[0011 ]根据一些实施例，该方法包括以下步骤:提供冷却风扇，其包括具有叶轮入口和叶轮出口并且布置在旋转轴上的旋转叶轮;使叶轮旋转并且将压缩的冷却气体输送在冷却气体分送室中；将冷却气体沿冷却气体流动方向从冷却气体分送室朝转子和定子输送;借助于冷却气体分送室中的压缩的冷却气体生成平衡轴向力，所述平衡轴向力沿与冷却气体流动方向相反的方向作用于轴上。
[0012]特征和实施例在这里在下文中公开，并且在所附权利要求中进一步阐明，所附权利要求形成了本描述的组成部分。以上简要描述阐明了本发明的各种实施例的特征，以便随后的详细描述可更好理解，并且以便对本领域的本贡献可被更好认识到。当然，存在下文中将描述并且所附权利要求中将阐明的本发明的其它特征。在该方面，在详细地阐释本发明的若干实施例之前，理解的是，本发明的各种实施例在它们的应用上不限于构造的细节和以下描述中阐明或附图中示出的构件的布置。本发明能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实践和执行。另外，将理解的是，本文中使用的用语和术语为了描述的目的，并且不应当认作是限制。
[0013]就此而言，本领域技术人员将认识到，本公开所基于的构想可容易地用作设计用于执行本发明的若干目的的其它结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，权利要求被认作是包括在它们并未脱离本发明的精神和范围的范围内的此类等同构造。
【附图说明】
[0014]本发明的公开实施例及其所附优点中的许多个的更完整认识将容易获得，因为它们在结合附图考虑时通过参照以下详细描述而变得更好理解，在该附图中:
图1示出了集成的电动机和压缩机布置的示意图；以及
图2至5示出了根据不同实施例的布置在电机的冷却风扇后方的冷却气体分送室的示意性截面视图。
【具体实施方式】
[0015]示例性实施例的以下详细描述提到了附图。不同附图中的相同附图标记识别相同或相似的元件。此外，附图不一定按比例绘制。另外，以下详细描述并不限制本发明。实际上，本发明的范围由所附权利要求限定。
[0016]说明书各处提到〃一个实施例〃或〃实施例〃或〃一些实施例〃是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，在说明书各处的各个位置的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"或"在一些实施例中"的出现不一定是指相同的(多个)实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何适合的方式在一个或更多个实施例中组合。
[0017]根据一些实施例，如将参照图1-5更详细描述的，本文中公开的推力补偿布置可在马达压缩机装备中实施，其包括传动地连接于压缩机(例如，涡轮压缩机，如，离心涡轮压缩机)的电动机。然而，应当理解的是，本公开的教导内容还可应用于其它类型的装备，例如，其中旋转电机操作为发电机，而非为马达，并且由原动机(如，内燃机，例如，燃气涡轮)驱动而旋转。
[0018]现在转到附图中所示的实施例，在一些实施例中，如图1的区段中示意性所示，提供了装备I，其包括容纳电动机3和从动负载如涡轮压缩机5的外壳2。
[0019]电动机3包括轴向轴7。轴7可由轴承如端部轴承9A和9B支承。在一些实施例中，轴承9A，9B可包括滚动轴承。在其它实施例中，可使用磁性轴承。在一些另外的实施例中，可构想出流体动力、流体静力、气体或空气轴承。还可提供不同轴承的组合。还可使用具有推力支承能力的轴承，例如，与径向轴承组合。
[0020]在轴承9A，9B之间，转子11可安装在轴7上用于与其一起旋转。定子13同轴地且围绕转子11布置，并且静止地支承在壳2中。这里在下文称为〃气隙〃的间隙15形成在转子11与定子13之间。
[0021]电动机3的轴7可通过布置在电动机3与涡轮压缩机5之间的适合的联接件19机械地连接于涡轮压缩机5的轴向轴17。在一些实施例中，联接件19可为具有低轴向负载能力的柔性轴联接件。轴7和17与轴联接件一起形成旋转机器的轴系。在未示出的一些实施例中，可提供单个轴，其不具有沿其的轴联接件。
[0022]涡轮压缩机5可为多级涡轮压缩机，其包括两个或更多个叶轮5C，其安装在轴17上并且由电动机3通过