具有磁性軸承的馬達壓縮機單元的制作方法

本公開涉及馬達壓縮機單元，其包括電動機和由電動機驅動的壓縮機，它們收納在壓力殼體中。本文中公開的實施例具體涉及用于海底應用的馬達壓縮機單元。更具體而言，本公開涉及對馬達壓縮機單元的改進，該馬達壓縮機單元包括支承驅動軸的一個或更多個磁性軸承，該驅動軸連接馬達和壓縮機。

背景技術：

馬達壓縮機單元通常包括收納電動機和壓縮機的外壓力殼體，該電動機和壓縮機由驅動軸連接于彼此。軸由多個軸承旋轉地支承在壓力殼體中。在一些應用中，特別是在海底應用中，壓力殼體包括收納電動機的馬達艙，和收納壓縮機的壓縮機艙。兩個艙密封地閉合，以防止海水的滲透。早期的海底馬達壓縮機單元通常采用油潤滑軸承，用于支承驅動。最近，磁性軸承或主動磁性軸承引入在該類型的機器中，以便避免源自潤滑油在壓力殼體中的存在的某些缺點。

磁性軸承由電子控制系統控制。電子控制系統必須連接于收納在壓力殼體中的磁性軸承。特別是在海底應用中，與海底水密連接器的布線連接將控制系統與壓力殼體的內部電氣性地連接。控制系統放置在壓力殼體外部并且放置在離其的一距離處。通常，馬達壓縮機單元和控制系統安裝在低平臺或基板上。其中布置控制單元的外殼繼而借助于數據和功率電纜與放置在海平面之上的電氣和電子裝置連接。

這些已知的布置為昂貴且笨重的。相對大量的海底線連接器的使用致使該已知的系統由于馬達壓縮機殼體和/或單獨的外殼(其中布置控制系統的電子構件)內的水泄漏而易于故障。

關于馬達壓縮機單元中的磁性軸承的控制系統的布置的改進將因此為合乎需要的。

技術實現要素：

根據實施例，一種用于海底應用的馬達壓縮機單元，其包括壓力殼體、收納在形成在壓力殼體中的馬達艙中的電動機，以及收納在形成在壓力殼體中的壓縮機艙中的壓縮機。馬達壓縮機單元還可包括傳動地連接電動機和壓縮機的軸。軸可由至少一個磁性軸承，例如主動磁性軸承旋轉地支承。根據一些實施例，提供兩個或更多個磁性軸承。一個或更多個磁性軸承可為徑向軸承，并且/或者一個或更多個磁性軸承可為軸向軸承。根據本文中公開的主題的實施例，用于控制(多個)磁性軸承的控制系統收納在控制系統艙中，該控制系統艙在結構上連接于壓力殼體并且由其支承。

根據一些實施例，控制系統艙集成在馬達壓縮機單元的壓力殼體中或內。

根據一些實施例，控制系統借助于布線電氣性地連接于(多個)磁性軸承，該布線優選地完全收納在壓力殼體中。

本文中公開的主題的實施例提供用于壓力殼體，其包括密封地連接于彼此以形成壓力殼體的至少一部分的主殼體部分和至少一個輔助殼體部分。控制系統艙可布置在輔助殼體部分中。主殼體部分可收納馬達艙和壓縮機艙中的至少一個，并且優選地收納馬達艙和壓縮機艙兩者。

在一些實施例中，分隔壁可布置在輔助殼體部分與主殼體部分之間。電聯接件延伸穿過分隔壁。控制系統艙可形成在輔助殼體部分中，并且可由分隔壁與馬達艙和/或壓縮機艙分離。分隔壁可密封地聯接于輔助殼體部分。控制系統艙因此與馬達壓縮機單元的其余的艙流體地隔離。潛在的危險或污染介質(如馬達壓縮機單元的過程或冷卻氣體中的顆粒或液滴)因此被防止接觸磁性軸承控制系統的電子構件和工具。

根據又一方面，本文中公開了一種將控制系統連接于馬達壓縮機單元中的磁性軸承的方法，其包括以下步驟：

提供具有至少一個主殼體部分和輔助殼體部分的壓力殼體；

將至少一個磁性軸承安裝在主殼體部分中；

將控制系統布置在輔助殼體部分中；

將控制系統和磁性軸承電氣性地連接于彼此；

將輔助殼體部分和主殼體部分密封地連接于彼此。

特征和實施例在此處在下面公開，并且在所附權利要求中進一步闡述，其形成本說明書的集成部分。以上簡要描述闡述了本發明的各種實施例的特征，以便可更好地理解下面的詳細描述，并且可更好地認識到對本領域的本貢獻。當然，存在本發明的其它特征，其將在下文中描述，并且將在所附權利要求書中闡述。在該方面，在詳細說明本發明的若干實施例之前，理解的是，本發明的各種實施例在它們的應用中不限于構造的細節，并且不限于以下描述中闡述或附圖中示出的構件的布置。本發明能夠具有其它實施例并且能夠以各種方式實踐和執行。此外，將理解的是，本文中采用的措辭和用語是為了描述的目的，而不應當看作是限制性的。

就此而言，本領域技術人員將認識到，本公開所基于的構思可容易地用作設計用于實現本發明的若干目的的其它結構、方法和/或系統的基礎。因此，重要的是，權利要求看作是包括此類等同的構造，只要它們不脫離本發明的精神和范圍。

附圖說明

本發明的公開的實施例的更完整認識和其附帶優點中的許多個將容易地獲得，因為它們在結合附圖考慮時參照以下詳細描述變得更好理解，在該附圖中：

圖1示出第一實施例中的根據本公開的馬達壓縮機單元的示意性截面圖；

圖2示出圖1中示出的馬達壓縮機單元的組裝程序的步驟；

圖3示出根據本公開的馬達壓縮機單元的又一實施例的示意性截面圖；

圖4示出用于組裝圖3的馬達壓縮機單元的組裝程序的步驟；

圖5示出馬達壓縮機單元的又一實施例的示意性截面圖；

圖6示出根據本公開的馬達壓縮機單元的又一實施例；

圖7示出馬達壓縮機單元的再一實施例。

具體實施方式

示例性實施例的以下詳細描述參照附圖。不同附圖中的相同附圖標記識別相同或相似的元件。此外，附圖不一定按比例繪制。此外，以下詳細描述不限制本發明。相反地，本發明的范圍由所附權利要求限定。

遍及說明書提到“一個實施例”或“實施例”或“一些實施例”意味著結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，在遍及說明書的各個地方的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”或“在一些實施例中”的出現不一定指的是相同的(多個)實施例。此外，特定特征、結構或特性可以以任何適合的方式組合在一個或更多個實施例中。

在本文中公開的實施例中，馬達壓縮機單元的轉子由多個徑向軸承和由軸向軸承支承。軸向軸承以及徑向軸承兩者為磁性軸承，特別是主動磁性軸承。在未示出的其它實施例中，可使用混合構造。例如，徑向磁性軸承可與至少一個軸向流體動力軸承組合。否則，主動磁性軸向軸承可與徑向流體動力軸承組合。

現在參照圖1和圖2，根據本文中公開的實施例，馬達壓縮機單元1包括收納電動機5和壓縮機7的壓力殼體3。電動機5可收納在形成在壓力殼體3內的馬達艙9中。壓縮機7可收納在形成在壓力殼體3內的壓縮機艙11中。附圖標記7a和7b分別表示壓縮機入口和壓縮機出口。

馬達艙9和壓縮機艙11可由分離壁13與彼此分離。軸15傳動地連接電動機5和壓縮機7。在圖1的示意圖中，馬達壓縮機單元1布置有垂直定向的軸15，以及放置在馬達5下方的壓縮機7。在其它實施例中，可預見馬達壓縮機單元1的不同構造或定向。

軸15延伸穿過分離壁13。在一些實施例中，密封布置17可圍繞軸15設在分離壁13處，以防止或減少從一個艙至另一個艙的氣體泄漏。因此，防止由壓縮機7處理的處理氣體滲透到馬達艙9中。

軸15借助于多個軸承旋轉地支承在壓力殼體3中。在一些實施例中，第一徑向軸承21可布置在軸15的第一端部處。第二徑向軸承23可設在軸15的第二端部處。第三中間徑向軸承25可設在馬達5與壓縮機7之間的中間位置。在一些實施例中，可進一步提供一個或更多個軸向軸承。在圖1的示例性實施例中，軸向軸承27鄰近第二徑向軸承23設在軸15的上端部處。另外或備選的軸向軸承可設在馬達5與壓縮機7之間的中間位置，并且/或者設在壓縮機7下方。

軸承21,23,25和27僅在圖1中示意性地表示。一個、一些或所有所述軸承可為磁性軸承，以及更具體而言，主動磁性軸承。主動磁性軸承為本領域技術人員已知的，并且將不在本文中更詳細地描述。

磁性軸承需要電子控制系統，其向電磁性軸承提供功率和控制信號。根據本文中公開的實施例，控制系統收納在控制系統艙31中，其可在結構上連接于壓力殼體3，即由壓力殼體3支承。

在一些實施例中，如圖1中示例性地示出的，控制系統艙31形成在輔助殼體部分3a內部，輔助殼體部分3a形成壓力殼3的部分。輔助殼體部分3a可安裝在主殼體部分3b上。在圖1中，馬達艙9和壓縮機艙11布置在主殼體部分3b中。主殼體部分3b可繼而劃分成兩個或更多個子部分，其組裝成形成主殼體部分3b。輔助殼體部分3a和主殼體部分3b可有利地密封地聯接于彼此。

根據一些實施例，主殼體部分3b可設有第一安裝法蘭33。輔助殼體部分3a可設有第二安裝法蘭35。主殼體部分3b和輔助殼體部分3a可例如借助于螺母螺栓布置38以法蘭33和35密封地聯接于彼此。

控制系統艙31可收納一個或更多個電氣和電子構件。四個此類構件在圖1中以37a、37b、37c和37d示意性地示出。在一些實施例中，各個構件37a-37d構造和布置成控制四個磁性軸承21,23,25和27(旋轉地支承軸15)中的一個并且向其供能。可預見不同數量的磁性軸承和/或不同數量的構件37a-37b，例如，取決于馬達壓縮機單元的設計選擇和/或要求。

由于電氣和電子構件可由處理的氣體影響，故控制系統艙31優選地填充有惰性氣體，例如氮氣。在本說明書和所附權利要求的上下文中，用語惰性氣體還包括稀有氣體，如例如氦，以及氣體混合物，例如主要由氮或氦組成的混合物。

此外，為了避免對電氣和電子構件的損壞，控制系統艙31內部的惰性氣體壓力可維持低于壓力殼體3內部的壓力。優選地，惰性氣體壓力為大約1巴。

在圖1的實施例中，控制系統艙31布置在電動機5上方，即，馬達艙9位于控制系統艙31與壓縮機艙11之間。在未示出的其它實施例中，控制系統艙31可放置在相對側上，以使壓縮機艙11將接著位于馬達艙9與控制系統艙31之間。

在一些實施例中，控制系統艙31與馬達艙9和/或壓縮機艙11的內部密封地隔離。在一些實施例中，分隔壁41設在馬達艙9與控制系統艙31之間。如果后者安裝在相對側上，即，鄰近壓縮機艙11，則分隔壁41將接著位于控制系統艙31與壓縮機艙11之間。

在一些實施例中，分隔壁41可安裝在輔助殼體部分3a上，例如在第二安裝法蘭35處，并且可由其包繞。分隔壁41可密封地連接于輔助殼體部分3a，以使控制系統艙41被保護而免受污染物、濕氣或其它元素的滲透，其可損壞布置在控制系統艙31中的電子電路。

在一些實施例中，連接器法蘭43可設在輔助殼體部分3a上，用于功率和/或信號電纜45的經過，功率和/或信號電纜45將馬達壓縮機單元1連接于電功率的外部源以及可能地，外部控制裝置。

各個電子構件37a-37d與相應的磁性軸承21-27之間的電氣連接可借助于布置在分隔壁41的第一表面和第二表面上的成對電氣連接器47,49獲得。在圖1中，分隔壁41的第一表面(面向控制系統艙31的內部)設有第一電氣連接器47。分隔壁41的相對的第二表面(面向馬達艙9的內部)設有第二電氣連接器49。

如圖1中示意性地示出的，第一布線w1將構件37a-37b連接于相應的第一連接器47，并且第二布線w2將第二電氣連接器49連接于相應的磁性軸承21-27。在附圖中，布線w1,w2僅示意性地示出。實際上，合適的通路、通道或保護護套可用于保護和容納布線，以便防止在馬達壓縮機單元的構件的組裝期間和/或在其操作期間，例如由于與馬達壓縮機單元的旋轉部分的沖擊而產生的損壞。

關于迄今為止描述的布置，電氣構件37a-37d與磁性軸承21-27之間的連接器完全地收納在壓力殼體3內。如果馬達壓縮機單元用于海底應用，則連接器因此收納在受保護的環境中，而不是浸沒在海水中。

在一些實施例中，例如在海底應用中，馬達壓縮機單元1可設有冷卻系統，其目的在于在馬達壓縮機單元1的操作期間冷卻電動機5。在一些實施例中，可提供冷卻回路51，其包括熱交換器53以及將熱交換器53與馬達艙9的內部流體地連接的入口導管55和出口導管57。導管55,57、熱交換器53以及馬達艙9形成閉合回路，其中冷卻介質(如冷卻氣體)循環。在一些實施例中，冷卻介質風扇59可提供用于使冷卻氣體在冷卻回路51中循環。在一些實施例中，風扇59可安裝在軸15上，以使相同的電動機5使壓縮機7和風扇59兩者旋轉。

在一些實施例中，冷卻介質可為由壓縮機7處理的相同氣體。以已知方式，處理的氣體可源自壓縮機7，如果需要，則清潔和過濾，以從氣體除去微粒或其它污染物，如液態烴的液滴等。因此清潔的氣體引入到冷卻回路中，還填充馬達艙9。分隔壁13和密封布置17減少或防止從馬達艙9朝向壓縮機艙7的冷卻氣體泄漏，并且/或者反之亦然。通常，馬達艙9中的壓力比壓縮機7的第一級中的壓力高，使得在泄漏的情況下，清潔氣體將從馬達艙9朝向壓縮機艙11泄漏，但是污染的氣體將被防止朝向馬達艙9泄漏。

根據一些實施例，入口導管55可流體地聯接于冷卻介質導管61，其延伸穿過控制系統艙31，在風扇59處或附近終止。冷卻介質導管61的相對端部在布置在壓力殼體3上的冷卻介質入口法蘭附近或處終止。以該方式，冷卻氣體循環穿過控制系統艙31，而不污染艙，但是有助于熱的除去，該熱可由收納在控制系統艙31中的電子構件37a-37d生成。由在冷卻介質導管61中循環的冷卻氣體除去的熱，連同由來自電動機5的冷卻氣體除去的熱通過熱交換器53排放在環境中。冷卻介質導管61可翅片化成增加熱交換。由以上描述的構造便于電子和電子構件37a-37b的安裝以及構件和磁性軸承的布線。

圖2示意性示出了安裝程序的可能的步驟次序。在圖2a中，示出了將電子構件37a-37d安裝在輔助殼體部分3a中的步驟。在該步驟期間，輔助殼體部分3a仍與主殼體部分3b分離。

在圖2b中，完成了將電子構件37a-37d連接于由分隔壁41承載的第一電氣連接器47的布線w1。分隔壁41在其第二面上設有第二電氣連接器49。在圖2c中，分隔壁41例如借助于螺釘或螺栓安裝在輔助殼體部分3a上(未詳細地示出)。

在單獨的步驟中，磁性軸承21-27的布線w2安裝在主殼體部分3b內部。在圖2d中，示出了布線w2與第二連接器49之間的電氣連接。

一旦布線w2連接于第二電氣連接器49，則兩個殼體部分3a和3b可組裝和密封地連接于彼此，如圖2e中示出的。

在圖3中，示出了根據本公開的馬達壓縮機1的又一實施例。相同的附圖標記表示如已經結合圖1和圖2公開的相同或對應的構件、部分以及元件。將不再次描述這些構件。

如在圖4中最佳地示出的，圖1,2的實施例與圖3,4的實施例之間的區別主要在于，在圖3和圖4中，主殼體部分3b設有對應于第一安裝法蘭33沿徑向向內延伸的內法蘭63。內法蘭63設有第三電氣連接器65，其與磁性軸承21-27的布線w2連接。

電氣連接器65可電氣性地聯接于布置在分隔壁41的第二表面上的第二電氣連接器49。放置在分隔壁41的第一表面上的第一電氣連接器47通過布線w1與電氣構件37a-37d電氣性地聯接，如以上描述的。

在圖4中，示出了組裝電氣構件37a-37d與磁性軸承21-27之間的布線和電氣連接的步驟。

在圖4a中，電氣構件37a-37d安裝在控制系統艙31中。在圖4b中，布線w1將構件37a-37d連接于第一電氣連接器47，以及因此第二電氣連接器49。在圖4d中，示出了連接布線w2和第三電氣連接器65的步驟。最后，在圖4e中，輔助殼體部分3a和主殼體部分3b組裝于彼此。在該步驟期間，第二電氣連接器49建立與設在主殼體部分3b的內法蘭63上的對應的第三電氣連接器65的電氣接觸。

在圖5中，示出了根據本公開的馬達壓縮機單元1的又一實施例的示意性截面視圖。如以上結合圖1至圖4公開的相同或對應的部分、構件或元件標有相同的附圖標記，并且不再次描述。與圖1至圖4的實施例不同，在圖5的實施例中，冷卻回路51不延伸穿過控制系統艙31。導管55連接于設在主殼體部分3b上的輔助法蘭69。

圖6示出了根據本公開的馬達壓縮機單元的又一實施例的下部分的截面視圖。相同的附圖標記用于表示如已經結合先前的圖1至圖5公開的相同或等同的部分、構件或元件。

在圖6的實施例中，控制系統艙31由輔助殼體部分3a形成，輔助殼體部分3a在壓縮機7的側部上，即，鄰近壓縮機艙11附接于主殼體部分3b。

在圖6的示例性實施例中，安裝法蘭33和35分別再次設在主殼體部分3b和輔助殼體部分3a上。再次標為41的分隔壁提供成將控制系統艙31與壓縮機艙11密封地隔離。連接器布置71位于分隔壁41的面向壓縮機艙11的第一表面上。布線w1將收納在控制系統艙31中的電氣構件37a-37d連接于連接器布置71。由此布線可延伸，將連接器布置71連接于設在壓力殼體3中的磁性軸承21-27。

在圖7中，示出馬達壓縮機單元1的再一實施例。相同的附圖標記表示如以上描述的相同的部分或構件。在該實施例中，控制系統艙形成在設有外部連接器83的盒81內部，布線85從其離開和滲透穿過設在壓力殼體3上的連接器，用于與布置在壓力殼體3中的磁性軸承連接。

在圖7的實施例中，失去了將連接器密封地收納在壓力殼體3內部的優點，但是維持了將壓縮機艙81直接地支承在壓力殼體3上，提供兩個元件之間的結構連接的優點。

盡管本文中描述的主題的公開的實施例在附圖中示出，并且在上面結合若干示例性實施例具體且詳細地全面描述，但對本領域技術人員而言將顯而易見的是，許多修改、改變以及省略為可能的，而實質上不脫離新穎的教導、本文中闡述的原理和構思，以及所附權利要求中敘述的主題的優點。因此，公開的創新的適當范圍應當僅由所附權利要求的最廣泛解釋來確定，以便包括所有此類修改、改變以及省略。此外，任何過程或方法步驟的順序或次序可根據備選實施例改變或重新排序。