专利名称：低温泵送系统、转子和用于泵送低温流体的方法
技术领域：
本发明总体上涉及低温泵送系统、用于泵送低温流体的方法和适用于低温泵的转子。
背景技术：
组合式转子铁芯通常包括三个主要部件，即，叠片组、设置在由叠片限定的槽内的转子线棒和两个设置在叠片组的相对侧的端环。传统上，端环通过铸造形成。为了铸造端环之一，将模具安置在叠片组上面并且在转子线棒的端部之上。熔融材料被浇注到模具中并且可冷却以形成端环。为了将转子线棒机械粘合以及电连接至端环，端环在足以熔化转子线棒端部的温度下铸造。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于泵送低温流体的低温泵送系统总体上包括具有多个槽的转子。该转子包括至少一个限定多个开口的端环。每个开口与一个不同的槽对准。多个转子线棒各自设置在一个不同的槽内。每个转子线棒均包括接纳在一个不同的开口内并焊接到端环上的端部。低温泵送系统可用于从第一位置向第二位置泵送低温流体。
根据本发明的另一个方面，转子具有多个槽且包括至少一个限定多个开口的端环。每个开口与一个不同的槽对准。多个转子线棒各自设置在一个不同的槽内。每个转子线棒均包括接纳在一个不同的开口内并焊接到端环上的端部。每个槽也可包括一间隙部以允许该槽内的转子线棒偏斜到该间隙部中。
从下文的详细说明中将清楚看到本发明的其它方面和特征。应当理解，详细说明和具体示例尽管表明了本发明的示例性实施例，但是仅用于阐释的目的而并非限制本发明的范围。
从详细说明和附图可更加充分地理解本发明，在附图中图1是根据本发明的一个示例性实施例的用于泵送低温流体的低温泵送系统的简要图示；图2是根据本发明的一个示例性实施例的转子铁芯的分解透视图；图3是图2所示的转子铁芯在组装之后但在端环焊接到转子线棒之前的透视图；图4是图3所示的端环的局部视图，进一步示出了端环和转子线棒端部之间的焊缝；图5A和5B是图3所示的转子铁芯的透视图，示出了焊接到转子线棒端部的端环之一；图6是图5A和5B所示的转子铁芯在完成了机加工以便提供吸引人的光滑的表面光洁度之后的透视图；图7是图6所示的转子铁芯的纵剖视图；图8是根据本发明的一示例性实施例的端环的透视图；图9是图8所示的端环的俯视图；图10是根据另一示例性实施例的转子铁芯的局部纵剖视图，示出了设置在槽内侧的允许该槽内的转子线棒偏斜到其中的间隙部；以及图11是图10所示的转子铁芯的局部纵剖视图，示出了基本沿径向向内偏斜到间隙部中的转子线棒。
在附图的不同视图中相应的附图标记表示相应的特征。
具体实施例方式
对示例性实施例的以下说明实质上仅仅是示例性的，而决不是限制本发明及其应用或使用。
根据本发明的一个方面的方法总体上包括从第一位置向第二位置泵送低温流体。仅作为示例，图1示出用于从油轮112上的存储容器108向位于港口120的海岸存储容器116泵送液化天然气104的低温泵送系统或组件100。如图1所示，低温泵送系统100包括泵122和产生用于使泵122运行的机械动力的电动机124。在所示实施例中，泵122和电动机124设置在低温泵送系统100的壳体126内，尽管这不是必需的。同样如图1所示，电动机124包括转子128，该转子128又包括转子铁芯132。
适用于转子128、低温泵送系统100和/或低温环境的转子铁芯的一示例性实施例示出在图中。如图2所示，转子铁芯132包括叠片组136、一对设置在叠片组136的相对侧的端环140和多个转子线棒144。
叠片136限定多个槽148，每个槽的尺寸都设定为将转子线棒144之一接纳在其中。叠片136还限定一基本中央开口152，该开口的尺寸设定为接纳转子铁芯132最终可接合到的轴(未示出)，以便一起转动。
每个端环140限定多个开口156。每个开口156与一个不同的槽148对准。每个端环140还限定基本中央开口160，该开口的尺寸设定为接纳转子铁芯132最终可接合到的轴。
每个转子线棒144设置在一个不同的槽148内。如图3所示，每个转子线棒144均包括接纳在一个不同的开口156内并如下详细所述焊接到端环140上的端部164。
在图2至10所示的实施例中，转子线棒144均具有基本为椭圆形的横截面。叠片槽148和端环开口156也具有基本为椭圆形的横截面。或者，可将其它形状用于转子线棒、叠片槽和/或端环中的开口。此外，转子线棒144、叠片槽148和/或端环开口156的数量、尺寸和形状可根据例如要使用转子铁芯132的特定应用而改变。
可使用各种工艺来形成端环140和/或其它转子部件。在一个示例性实施例中，端环140通过机加工形成。其优点在于，与铸造和锻造工艺相比，机加工一般允许使用屈服强度更高的材料。例如，一个特定实施例包括对完全由6061T-6铝合金——该铝合金比纯铝(普遍用于铸造端环的材料)具有更高的屈服强度——制成的端环140进行机加工。
在某些实施例中，只有转子线棒144的端部164焊接到端环140，并且端环140不直接粘合到叠片136上。在这些实施例中，端环140能够较自由地沿径向相对于叠片136滑动或移动。这在低温应用中是有利的，在低温应用中低温可引起端环140和叠片136之间的显著的差异(differential)热收缩。对于这类实施例，在形成端环方面机加工通常优于铸造。这是因为铸造过程通常在会使端环和/或叠片部分熔化的高温下进行。在这种情况下，在冷却时端环直接粘合在叠片上。然而，通过机加工端环可在较低温度下形成，使得在某些实施例中端环140本身不直接粘合到叠片136上。
此外，在与机加工相关联的较低温度下形成端环与通过锻造或铸造形成端环相比还可提高转子铁芯的直度/直线性。与这类锻造或铸造工艺相关联的较高温度会导致转子铁芯部件的至少某些运动和/或变形。
可将多种材料用于转子铁芯的各个部件。在某些实施例中，端环140和转子线棒144完全由相同材料形成。在一特定实施例中，端环140和转子线棒144完全由6061T-6铝合金形成。
在某些实施例中，如图4、5和7所示，只有转子线棒144的端部164焊接到端环140上。在这些实施例中，每个端环140和转子线棒端部164之间的焊缝168与叠片136隔开一间距。此外，端环140本身不通过焊接或其它方式直接粘合到叠片136上。因此在这些实施例中，端环140能够较自由地沿径向相对于叠片136滑动或移动。该特征有助于消除或至少抑制对于传统的转子铁芯结构而言通常发生在叠片和端环的界面或接合处的应力梯级和应力集中。
此外，将转子线棒144焊接到端环140上也可比传统的转子铁芯结构产生强度更高的接合部。
可使用多种材料来形成端环140和转子线棒144之间的焊缝。在各种实施例中，焊缝或填充材料具有与形成端环和/或转子线棒的材料的特性类似的特性。
在一个实施例中，使用5356铝合金电极来形成端环140和转子线棒端部164之间的焊缝。这在端环140和转子线棒144完全由6061T-6铝合金形成时是有利的，因为由5356铝合金电极形成的焊丝具有与6061T-6铝合金基本类似的材料特性。或者，可将其它材料用于焊丝、填充金属、转子线棒和/或端环。
在各个转子线棒端部164都焊接到端环140上后，某些实施例还可包括用盖面焊层覆盖各端环140上的焊缝区域，然后进行机加工以清理盖面焊层。如图6所示，该机加工可提供基本光滑的表面170，该表面具有质量高或质量符合生产要求(production-wise)的令用户满意的表面光洁度。
在某些实施例中，每个槽均包括一间隙部或空隙以允许该槽内的转子线棒偏斜到该间隙部中。如图10和11所示，间隙部272设置在槽248的内侧上以允许该槽248内的转子线棒244基本沿径向向内偏斜到该间隙部272中(如图11所示)。在该特定实施例中，图10示出室温下的转子铁芯232，图11示出低温下的转子铁芯232。
在工作时，转子铁芯232可设置(例如浸没等)在低温流体中。由于极度冷或低温，端环240会比叠片236更大程度地沿径向收缩。间隙部272允许转子线棒244在端环240收缩时沿径向向内偏斜或弯曲。这进而可显著降低端环240和转子线棒244之间的应力集中和剪切力(以及可能由此引起的裂纹形成和扩展)。
通过增大插有转子线棒244的开口的尺寸，间隙部272还可便于转子线棒244插入到槽248中。在一个实施例中，每个间隙部272具有大约4英寸的轴向长度276和大约0.03英寸的径向厚度或宽度280。比较而言，槽248的整个轴向长度(对应于叠片组236的轴向长度)可大约为36英寸。此外，每个槽248的径向厚度或宽度可大约等于或稍大于(例如相比而言宽大约0.007英寸)转子线棒244的宽度。在某些实施例中，转子线棒宽度大约为1英寸或1.5英寸。
因此，间隙部272设置在槽248的每个端部。在这种情况下，每个转子线棒244的中央或中间部分284较牢固地保持在槽248的不包括间隙部272的部分288内。或者，其它实施例不包括间隙部和/或包括在槽的整个轴向长度上延伸的间隙部。
本发明的各种实施例提供了适于(但不限于)在低温下工作的转子。本发明的方面还包括包含这种转子的低温泵送系统、电机、电动机和发电机。本发明的其它方面包括制造和使用上述装置的方法。例如，本发明的其它方面包括使用低温泵送系统来泵送液化天然气、液氮(LN2)、液氧(LO2)以及其它流体。
本发明的教导可应用于多种电机，包括电动机和发电机。因此，本文中对低温泵送系统和低温流体的特定参照不应解释为将本发明的范围限制于低温应用的特定形式/类型。此外，本发明的方面还应当不限制在只用于低温应用。
对本发明的说明实质上仅仅是示例性的，因此不背离本发明要旨的变型处在本发明的范围内。这些变型不应被认为是对本发明的精神和范围的背离。
权利要求
1.一种低温泵送系统，该低温泵送系统用于泵送低温流体并包括具有多个槽的转子，该转子包括至少一个限定多个开口的端环以及多个转子线棒，每个所述开口与一个不同的所述槽对准，所述多个转子线棒各自设置在一个不同的所述槽内，每个所述转子线棒均包括接纳在一个不同的所述开口内并焊接到所述端环上的端部。
2.根据权利要求1所述的低温泵送系统，其特征在于，每个所述槽包括间隙部，该间隙部用于允许所述槽内的转子线棒偏斜到所述间隙部中。
3.根据权利要求2所述的低温泵送系统，其特征在于，每个所述间隙部设置在所述槽的内侧上，以允许所述槽内的转子线棒基本沿径向向内偏斜到所述间隙部中。
4.根据权利要求1所述的低温泵送系统，其特征在于，所述转子包括多个限定所述槽的叠片。
5.根据权利要求4所述的低温泵送系统，其特征在于，所述端环和每个转子线棒的端部之间的每条焊缝与所述叠片隔开一间距。
6.根据权利要求5所述的低温泵送系统，其特征在于，每个所述开口从所述端环的第一侧向所述端环的第二侧延伸通过所述端环，并且每条所述焊缝位于所述端环的与所述叠片相对的第一侧上。
7.根据权利要求4所述的低温泵送系统，其特征在于，所述端环不焊接到所述叠片上。
8.根据权利要求1所述的低温泵送系统，其特征在于，所述端环和每个转子线棒的端部之间的每条焊缝完全由铝合金形成。
9.根据权利要求1所述的低温泵送系统，其特征在于，所述端环和所述转子线棒完全由铝合金形成。
10.一种使用低温泵送系统的方法，所述低温泵送系统包括具有多个槽的转子，该转子包括至少一个限定多个开口的端环以及多个转子线棒，每个所述开口与一个不同的所述槽对准，所述多个转子线棒各自设置在一个不同的所述槽内，每个所述转子线棒均包括接纳在一个不同的所述开口内并焊接到所述端环上的端部，所述方法包括使用所述低温泵送系统从第一位置向第二位置泵送低温流体。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，每个所述槽包括间隙部，该间隙部用于允许所述槽内的转子线棒偏斜到所述间隙部中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，每个所述间隙部设置在所述槽的内侧上，以允许所述槽内的转子线棒基本沿径向向内偏斜到所述间隙部中。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述转子包括多个限定所述槽的叠片，所述端环和每个转子线棒的端部之间的每条焊缝与所述叠片隔开一间距，并且所述端环不焊接到所述叠片上。
14.一种转子，该转子具有多个槽并包括至少一个限定多个开口的端环以及多个转子线棒，每个所述开口与一个不同的所述槽对准，所述多个转子线棒各自设置在一个不同的所述槽内，每个所述转子线棒均包括接纳在一个不同的所述开口内并焊接到所述端环上的端部，每个所述槽包括间隙部，该间隙部用于允许所述槽内的转子线棒偏斜到所述间隙部中。
15.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，每个所述间隙部设置在所述槽的内侧上，以允许所述槽内的转子线棒基本沿径向向内偏斜到所述间隙部中。
16.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，所述转子包括多个限定所述槽的叠片。
17.根据权利要求16所述的转子，其特征在于，所述端环和每个转子线棒的端部之间的每条焊缝与所述叠片隔开一间距。
18.根据权利要求17所述的转子，其特征在于，每个所述开口从所述端环的第一侧向所述端环的第二侧延伸通过所述端环，并且每条所述焊缝位于所述端环的与所述叠片相对的第一侧上。
19.根据权利要求16所述的转子，其特征在于，所述端环不焊接到所述叠片上。
20.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，所述端环和每个转子线棒的端部之间的每条焊缝完全由铝合金形成。
21.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，所述端环和所述转子线棒完全由铝合金形成。
22.一种包括根据权利要求14所述的转子的电机。
23.一种包括根据权利要求22所述的电机的低温泵送系统。
全文摘要
本发明涉及低温泵送系统、转子和用于泵送低温流体的方法。用于泵送低温流体的低温泵送系统总体上包括具有多个槽的转子。该转子包括至少一个限定多个开口的端环。每个开口与一个不同的槽对准。多个转子线棒各自设置在一个不同的槽内。每个转子线棒均包括接纳在一个不同的开口内并焊接到端环上的端部。所述低温泵送系统可用于从第一位置向第二位置泵送低温流体。
文档编号F17C7/02GK101069336SQ200580041592
公开日2007年11月7日 申请日期2005年12月2日 优先权日2004年12月3日
发明者M·R·贝利 申请人:艾默生电气公司