专利名称：流体机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体机械(尤其是泵或压缩机)，用来提高过程流体的压力，此 流体机械具有涡轮机，它提高了过程流体的压力；还具有驱动器，它驱动涡轮机，其中 涡轮机具有转子，它承载着涡轮机的旋转的流动引导元件；还具有至少一个轴向轴承， 它构成为磁轴承，并且转子借助它实现支承；还具有至少两个径向轴承，即构成为磁 轴承的第一径向轴承和第二径向轴承，转子借助它们实现支承，在它们之间设置有涡轮 机。
背景技术：
这种流体机械从PCT/EP2007/051393中已知。这种机器的特别应用领域是压缩 天然气，天然气不再借助平台从海洋地层中运送出来，而是直接在海底在海底压缩，并 借助相应的管线优选引到陆地工作站上。这种应用情况在经济方面具有很大的吸引力， 因为可以省下传统的平台，相应地也省下了它巨大的运转费用。目前，昂贵的研发项目寻找用于压缩单元的解决方案，它能胜任海面下密封的 恶劣条件。污染性的、化学腐蚀性的过程流体处于在持续下降的、波动的压力之下(用 来进行压缩)，除了这一困难外，它还会部分液态地出现，并且会部分气态地出现，而且 输向压缩单元自然非常困难，因此此单元优选是无需维护的或具有100%的可用性。此 外，过程介质与环境介质一样是具有化学腐蚀性的，并基于保护环境的目的不应该在过 程介质和环境介质进行交换，也不能在其它的工作流体和环境介质之间进行交换。这种流体机械的转子的支承是一个特别的挑战，此流体机械优选应该不需要工 作流体，因为可能的准备工作或与地面工作站的交换是很费事的。此外，转子的支承还必须满足可用性、故障可靠性和紧急运行性能的高要求。 在转子重达几吨的情况下，并在转速达每分钟20000转的情况下，对这种支承提出很高 的要求，因此在这种位置上磁轴承是优选的，既用于径向支承，也用于轴向支承。磁性 支承的另一优点是，还可实现封装，因而此机组也可被过程流体从周围冲刷。此外，磁 轴承不需要工作流体，此工作流体会把环境介质或过程流体污染。
发明内容
从描述的要求和问题中得出本发明的目的，即提供一种前述类型的流体机械， 它配备了轴承，它在维护成本很低且可用性特别高的情况下，甚至在动态负载的情况 下，在保持持久的使用寿命以及出色的紧急运行性能的同时，实现可靠的运行。此目的通过前述类型的流体机械得以实现，它具有在权利要求1的特征部分中 引用的特征。按本发明的辅助轴承的结构具有特别的优点，为只径向的支承选择坚固的滑动 轴承，它在接触面上可这样选择，即只产生更低的表面负载。借助优选25/lOOmm至 3/10_的径向的轴承间隙，机器足够耐污染，并且对于在运转中产生的振动，在辅助轴承的位置处为转子留有足够的空间，或者带动辅助轴承。除了出现的径向力以外，滚动轴承还可承受轴向力，因此在这种位置上可为复 杂的支承任务产生紧凑的机器。在此，滚动轴承的内径优选相对转子设置有约25/lOOmm 至3/10mm的径向间隙，在轴向方向上，约5/10mm至6/10mm的间隙总和是适宜的。为了还在节省任何一种润滑剂的情况下无损坏地接收出现的轴承负载，适宜的 是，滚动轴承构成为球轴承，既可接收轴向的轴承负载，也可接收径向的轴承负载。滑动轴承的优选实施例规定，它由钢材制成，并相应地尤其不会由于暴露于腐 蚀介质而被损坏。为了在机器故障或跳闸(Trip)的情况下，例如很大的振动不会损坏滑动轴承， 适宜的是，滑动轴承的滑动面是分成区段的，并弹性地支承单个的区段。流体机械的驱动器优选构成为电动机，因此尤其可实现水下运转。这种电动机 优选位于具有涡轮机的轴上，并与它一起构成唯一的转子。这种结构是尤其紧凑的。电动机和涡轮机的共同的旋转轴线的竖直布置带来了很大的优势，因此尤其径 向轴承的轴承负载可下降到最低水平，因为不再需要接收转子的重力。此结构还对径向的辅助轴承的尺寸有利，它即使在例如每分钟12000转怠转也 不会被损坏，而是可以重复承担此负载，而不需任何润滑剂。如果径向轴承和轴向轴承设置在转子的上方端部上，径向轴承设置在转子的下 方端部上，同时构成为滑动轴承的辅助轴承设置在转子的下方端部上，并且构成为滚动 轴承的辅助轴承设置在转子的上方端部上，则此竖直布置发挥了特别的优点。当然，与 位于上方的滚动轴承位相比，位于下方的滑动轴承承受着更大的污染负担，其中滑动轴 承更适合于这种不利的运行条件。此外，与构成为磁轴承的径向轴承和轴向轴承相比，辅助轴承在转子上布置在 更外面。这一点是特别的，因为由此可在正常运行时实现更好的转子动态性，尤其是 更好地减振。如果在电动机和涡轮机之间没有设置额外的径向轴承，或电动机和涡轮 机位于这两个径向轴承之间，则迄今描述的轴承构思是特别有利的。备选的支承方案 是，涡轮机和电动机都分别具有两个自己的径向轴承，并且转子在两个径向轴承(它们 位于涡轮机和电动机之间)之间具有柔性的区域，它主要传递扭矩(也被称为中空轴 (Quillschaft))。尤其对于水下运行来说，但也对于具有有毒汽体的运行来说，或在有爆炸危险 的环境下，气密的共同的外壳是适宜的，它包围着轴承、涡轮机和电动机。本发明的优选实施例规定，流体能量机器具控制单元，它与在转子上的至少一 个轴向和/或径向的位置测量部位和/或震动测量部位相连接，和/或与在至少一个磁轴 承上的电流测量部位和/或电压测量部位相连接，并这样构成，使得在测量部位的至少 一个测量值与正常运行偏差了确定的尺度时，给电动机的能量输送就会这样改变，使电 动机制动转子。此制动效果通过涡流或通过磁场来引发，此磁场抵消现有的旋转。以这 种方式，可把重达几吨的转子在不到10秒的时间内从每分钟约12000转的转数带到静止 状态。在磁轴承故障的情况下，或在振动尤其大的情况下，这限制了辅助轴承中的热生 成，因此它们能在很大程度上保持无损坏。
下面借助特别的实施例并参照附图详细地阐述了本发明。图1在示意视图中示出了按本发明的流体机械的纵向剖面图。
具体实施例方式附图示出了按本发明的流体机械1，它具有涡轮机2和构成为电动机4的驱动器 3。此驱动器3和涡轮机2具有共同的转子5或共同的轴6，此轴6围绕着竖直的旋转轴 线7进行旋转。此轴6在涡轮机2的区域内承载着流动引导元件8，它构成为离心式压缩 机的工作轮。为了支承转子6，设置有下方的第一径向轴承11、上方的第二径向轴承12 以及同样设置在上方的轴向轴承13。这两个径向轴承11、12和轴向轴承13是封装的磁 轴承。如果磁轴承11、12、13故障，则转子5借助辅助轴承15、16进行支承，它们分 别相对轴6上的磁轴承11、12、13定位在更外面的区域中。第一辅助轴承15用来实现 径向支承，而第二辅助轴承16用来实现径向和轴向支承。相应地，辅助轴承15、16的 轴承间距比磁轴承11、12、13的更大。设置在竖直的轴6上、位于下方的第一辅助轴承 15构成为滑动轴承，它具有约25/lOOmm的径向的轴间隙，因此在正常运行时转子5可自 由地、无任何接触地在滑动轴承中旋转。位于竖直轴6的上方端部上的第二辅助轴承16 具有相同的轴承间隙，此第二辅助轴承16构成为滚动轴承22或球轴承。此滚动轴承22 在径向上具有25/100mm的间隙。在轴向上设置约5/10mm至6/10mm的总间隙。轴承15、16、21、11、12、13、22和涡轮机2以及驱动器3位于气密的外壳30 中，此外壳具有入口 31和出口 32，用于待压缩或已压缩的过程流体33。借助过程流体33来冷却磁轴承11、12、13和第一辅助轴承15，并冷却电动机 4的定子36和旋转元件37之间的间隙，此过程流体33从涡轮机2 (其设计成压缩机45) 的第一级41和第二级42之间的溢流通路40中出来。过程流体33从排出口 46传输到轴 承15、11、12、13和间隙38中，其中此过程流体33随后再次进入压缩机45的第一级41 中。定子36还具有自身的冷却循环55。对控制单元CU的调节可给径向轴承11、12和轴向轴承13分别供应工作电流 IB,并给驱动器3供应工作电流IM。此外，轴向的轴位置X借助传感器61来检测，振 动水平Y借助传感器62来检测，并在调节单元CU中分析。如果轴向位置X与正常值具 有过大的偏差，或振动水平Y超过了预先规定的极限值，则将机器停下来(跳闸)。如 果至少一个轴承电流IB会推断出过高的轴承负载，则也同样适用。在跳闸的情况下，控 制单元CU这样来调整给电动机的电流IM，使得制动转子5的旋转。以这种方式，在约 10秒内可把转子5从每分钟12000转的转数带到静止状态。如果一个或多个磁轴承11、 12、13故障，则辅助轴承15承担转子5的支承。尽管辅助轴承15没有润滑或没有专门 输入润滑剂，但它们在跳闸的短暂时间内可无损害地承担轴承任务。设置在下方的辅助轴承或滑动轴承21具有25/100mm的径向的轴承间隙，这对 污染尤其不敏感，因此尽管污染颗粒会由于重力沉积在机器的下方区域中，但仍可确保 功能。位于上方的滚动轴承22将径向支承和轴向支承结合起来，并由于布置在轴6的上 端部上而经受更小的污染。
滑动轴承21具有弹性区段27，它构造得成柔性的，因此在轴承负载过高时不会 损坏轴承的钢制运行面。
权利要求
1.一种流体机械(1)，尤其是泵或压缩机(45)，用来提高过程流体(33)的压力，此 流体机械(1)-具有涡轮机(2)，它提高了过程流体(33)的压力，-具有驱动器(3)，它驱动涡轮机(2)，其中涡轮机(2)具有转子(5)，该转子承载着 涡轮机(2)的旋转的流动引导元件(8)，-具有至少一个轴向轴承(13)，它构成为磁轴承，并且转子(5)借助该轴向轴承实现 支承，-具有至少两个径向轴承(11、12)，即构成为磁轴承的第一径向轴承(11)和第二径 向轴承(12)，转子(5)借助所述径向轴承实现支承， -在它们之间设置有涡轮机(2)，其特征在于，-在涡轮机(2)的设置有第一径向轴承(11)的一侧上，设有构成为滑动轴承(21)的 辅助轴承(15)，-在设置有第二径向轴承(12)的一侧上，具有构成为滚动轴承(22)的辅助轴承 (15)，其中滚动轴承(22)位于涡轮机(2)的也设置有所述轴向轴承(3)的那一侧上。
2.按权利要求1所述的流体机械(1)，其中滚动轴承(22)构成为球轴承。
3.按权利要求1或2所述的流体机械(1)，滑动轴承(21)具有由钢材制成的滑动面。
4.按上述权利要求中至少一项所述的流体机械(1)，其中给辅助轴承(15)没有单独 输入润滑液。
5.按上述权利要求中任一项所述的流体机械(1)，滑动轴承(21)的至少一个滑动面 是分成区段的，且所述区段有弹性地构成。
6.流体机械(1)，其中在转子(5)和辅助轴承(15)之间设置有在l/10mm到4/10mm 之间的间隙，因此辅助轴承(15)在正常运行时不会一起旋转。
7.按上述权利要求中任一项所述的流体机械(1)，其中所述驱动器(3)构成为电动机⑷。
8.按上述权利要求中任一项所述的流体机械(1)，其中所述电动机(4)位于具有涡轮 机(2)的轴(6)上。
9.按上述权利要求中任一项所述的流体机械(1)，其中所述转子(5)的旋转线(7)是 竖直取向的。
10.按上述权利要求中任一项所述的流体机械(1)，其中所述涡轮机(2)和驱动器(3) 位于第一径向轴承(11)和第二径向轴承(12)之间。
11.按上述权利要求8至10所述的流体机械(1)，其中第一径向轴承(11)连同滑动 轴承(21)设置在下方，第二径向轴承(12)连同轴向轴承(13)和滚动轴承(22)设置在上方。
12.按上述权利要求中至少一项所述的流体机械(1)，所述涡轮机(2)、驱动器(3)以 及轴承(11、12、13、15、21、22)位于一个共同的气密的外壳(51)中，此外壳具有用于 过程流体(33)的至少一个入口(31)和一个出口(32)。
13.按上述权利要求中至少一项所述的流体机械(1)，它具控制单元(CU)，该控制单 元与在转子(5)上的至少一个轴向和/或径向的位置测量部位和/或震动测量部位(61、 62)相连接，和/或与在至少一个磁轴承(11、12、13)上的至少一个电流测量部位和/或电压测量部位(10)相连 接，并这样构成，使得在至少一个测量值与正常运行中的测量值 偏差了确定的尺度时，给驱动器(3)的能量输送就会这样改变，使驱动器(3)制动转子。
全文摘要
本发明涉及一种流体机械(1)，尤其是泵或压缩机(45)，此流体机械(1)具有用于涡轮机(2)的共用转子(5)和驱动器(3)，此共用转子(5)借助磁轴承(11、12、13)进行支承。除了磁轴承(11、12、13)以外，还设置了辅助轴承(15)，其中滑动轴承(21)设置在竖直取向的转子(5)的下方部分上，构成为球轴承的滚动轴承(22)设置在上方端部上，此滚动轴承(22)既径向支承也轴向支承。
文档编号F04D29/057GK102016322SQ200980115302
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者T·尼休斯 申请人:西门子公司