本實用新型涉及高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械（包括離心壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、MVR蒸汽壓縮機(jī)、余熱回收膨脹機(jī)、化工介質(zhì)壓縮機(jī)等）的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻方式，特別涉及一種高轉(zhuǎn)速的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械例如離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械將電機(jī)功能與齒輪增速傳動在結(jié)構(gòu)上融為一體，由高速電機(jī)主軸直接帶動透平葉輪，并用電磁懸浮軸承或者空氣懸浮軸承支撐轉(zhuǎn)子。高速電機(jī)的發(fā)熱主要分為定子線圈發(fā)熱和轉(zhuǎn)子發(fā)熱，對于電機(jī)定子線圈的發(fā)熱問題，基本上可以通過定子水冷解決，而對于高速轉(zhuǎn)子的熱量、轉(zhuǎn)子及表面的散熱冷卻則成為核心技術(shù)。

電機(jī)轉(zhuǎn)子及表面的熱量主要來源于電機(jī)轉(zhuǎn)子的渦流損失產(chǎn)生的熱量、轉(zhuǎn)子外表面與空氣摩擦產(chǎn)生的熱量，以及定子線圈輻射到轉(zhuǎn)子的熱量。高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，散熱空間小，同時轉(zhuǎn)子高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面與空氣的摩擦損失產(chǎn)生大量熱量，因此機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻問題成為高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)產(chǎn)品性能及壽命的關(guān)鍵技術(shù)。

目前常用的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)參見圖1，圖中由一側(cè)的外置氣源或者風(fēng)扇將冷卻氣通入電機(jī)內(nèi)腔，冷卻氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)子表面，帶走熱量，然后從電機(jī)殼體的另一側(cè)流出。

目前這種轉(zhuǎn)子冷卻方式存在下述三個問題：

一、外置氣源或者風(fēng)扇需要耗功，對應(yīng)的機(jī)組整體效率下降。

二、冷卻風(fēng)扇等結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)致高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，特別是大功率高轉(zhuǎn)速的高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量大，對應(yīng)的冷卻風(fēng)量大，風(fēng)扇結(jié)構(gòu)龐大，會破壞機(jī)組的協(xié)調(diào)性。

三、由于高速電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙非常小，流通的冷卻氣的氣量有限，冷卻效果不明顯，而且電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間小間隙導(dǎo)致流通阻力很大，整體冷卻效果不好。

有鑒于此，該領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以解決高速電機(jī)直驅(qū)的透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的任務(wù)是提供一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，能夠解決高速電機(jī)直驅(qū)的透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題，完成透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)換熱過程，提高了換熱效率。

本實用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，它包括電機(jī)封閉殼體、高速電機(jī)內(nèi)腔、高速電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子線圈，它還包括一級壓縮、二級壓縮、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管、壓縮機(jī)一級冷卻器以及壓縮機(jī)二級冷卻器；

所述高速電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)置在電機(jī)封閉殼體內(nèi)部中間，在電機(jī)轉(zhuǎn)子兩側(cè)與電機(jī)封閉殼體內(nèi)壁之間裝有軸承座和軸承，在電機(jī)轉(zhuǎn)子的外圍裝有電機(jī)定子線圈，電機(jī)封閉殼體內(nèi)部空間形成高速電機(jī)內(nèi)腔；

所述電機(jī)封閉殼體的一端設(shè)為一級壓縮，電機(jī)封閉殼體的另一端設(shè)為二級壓縮，在電機(jī)封閉殼體上分別設(shè)置轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管和轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管連接壓縮機(jī)二級冷卻器，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管連接壓縮機(jī)一級冷卻器；

壓縮機(jī)進(jìn)氣從一級壓縮到壓縮機(jī)一級冷卻器，經(jīng)過二級壓縮再到壓縮機(jī)二級冷卻器，壓縮機(jī)排氣，完成氣體壓縮過程；

小量的冷卻氣體從壓縮機(jī)二級冷卻器進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔，帶走高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱量，進(jìn)入壓縮機(jī)一級冷卻器進(jìn)行冷卻，再通過二級壓縮進(jìn)行壓縮，進(jìn)入壓縮機(jī)二級冷卻器冷卻后又進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔，完成小量的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻氣體自循環(huán)過程。

所述壓縮機(jī)一級冷卻器設(shè)有一級壓縮進(jìn)氣口和一級壓縮出氣口。

所述壓縮機(jī)二級冷卻器設(shè)有二級壓縮進(jìn)氣口和二級壓縮出氣口。

采用本實用新型的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，能夠解決高速電機(jī)直驅(qū)的離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題。

本實用新型的基本思想是將高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的兩個壓縮級、高速電機(jī)內(nèi)腔、兩級冷卻器作為一個系統(tǒng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的冷卻氣體在這三個部件間自循環(huán)冷卻，無須外部冷卻氣源。

本實用新型的基本方法是將高速電機(jī)內(nèi)腔設(shè)計成封閉空間，將二級冷卻器的少量冷卻氣體引入內(nèi)腔進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻，之后將高溫的冷卻氣體引出電機(jī)內(nèi)腔并進(jìn)入一級冷卻器冷卻，之后再次進(jìn)行二級壓縮。

本實用新型的冷卻過程是流出二級冷卻器的小部分高壓低溫氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔，流經(jīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面并帶走內(nèi)部熱量，之后將冷卻完成后的低壓高溫氣體引出電機(jī)內(nèi)腔并進(jìn)入一級冷卻器進(jìn)行換熱后再次進(jìn)入二級壓縮，依次完成自循環(huán)換熱過程。

本實用新型所需的冷卻氣體是經(jīng)過離心壓縮機(jī)壓縮后的高壓氣體，密度較大且換熱效果好，因而只需非常少的量就能實現(xiàn)電機(jī)內(nèi)腔的轉(zhuǎn)子冷卻，所需的冷卻流量占整個離心壓縮機(jī)排氣流量的比例非常小，而且冷卻后的氣體壓力降低不大且能循環(huán)利用，因此對應(yīng)的冷卻耗能很小。

本實用新型與外置風(fēng)扇引入冷卻氣體相比，綜合能耗更低。

本實用新型的冷卻過程無須外部氣源、冷卻風(fēng)扇等部件，自循環(huán)冷卻過程只需在電機(jī)內(nèi)腔與一、二級冷卻器間聯(lián)通兩個小管路即可，結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)組整體美觀協(xié)調(diào)。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻流程示意圖。

圖3為本實用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖。

附圖標(biāo)記：

1為高速電機(jī)內(nèi)腔，2為高速電機(jī)轉(zhuǎn)子，3為電機(jī)定子線圈，4為電機(jī)封閉殼體，5為一級壓縮，6為二級壓縮，7為轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管，8為轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管，9為壓縮機(jī)二級冷卻器，10為壓縮機(jī)一級冷卻器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)作詳細(xì)描述。

參看圖1，本實用新型提供一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，它主要由電機(jī)封閉殼體4、高速電機(jī)內(nèi)腔1、高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2、電機(jī)定子線圈3、一級壓縮5、二級壓縮6、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8、壓縮機(jī)一級冷卻器10以及壓縮機(jī)二級冷卻器9組成。

高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2設(shè)置在電機(jī)封閉殼體4內(nèi)部中間，在電機(jī)轉(zhuǎn)子2兩側(cè)與電機(jī)封閉殼體4內(nèi)壁之間安裝軸承座和軸承。在電機(jī)轉(zhuǎn)子2的外圍安裝有電機(jī)定子線圈3。電機(jī)封閉殼體4內(nèi)部空間形成高速電機(jī)內(nèi)腔1。

電機(jī)封閉殼體4的一端設(shè)為一級壓縮5，電機(jī)封閉殼體4的另一端設(shè)為二級壓縮6。在電機(jī)封閉殼體4上分別設(shè)置轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7和轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7連接壓縮機(jī)二級冷卻器9，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8連接壓縮機(jī)一級冷卻器10。

壓縮機(jī)一級冷卻器10設(shè)有一級壓縮進(jìn)氣口和一級壓縮出氣口。壓縮機(jī)二級冷卻器9設(shè)有二級壓縮進(jìn)氣口和二級壓縮出氣口。

參看圖2，圖中實線箭頭表示：壓縮機(jī)進(jìn)氣從一級壓縮5到壓縮機(jī)一級冷卻器10，經(jīng)過二級壓縮6再到壓縮機(jī)二級冷卻器9，壓縮機(jī)排氣，完成氣體壓縮過程。

圖中虛線箭頭表示：小量的冷卻氣體從壓縮機(jī)二級冷卻器9進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，帶走高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2的熱量，進(jìn)入壓縮機(jī)一級冷卻器10進(jìn)行冷卻，再通過二級壓縮6進(jìn)行壓縮，進(jìn)入壓縮機(jī)二級冷卻器9冷卻后又進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，完成小量的電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻氣體自循環(huán)過程。

參看圖3，圖中顯示了一種高速電機(jī)直驅(qū)離心壓縮機(jī)的外形。

如圖1和圖2所示，本實用新型的一種高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻過程如下：

將高速電機(jī)內(nèi)腔1設(shè)計成封閉空間，經(jīng)過壓縮機(jī)二級冷卻器9后的高壓低溫壓縮氣體分流出一小部分流量，通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻進(jìn)氣管7進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，流經(jīng)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子2的表面并帶走相應(yīng)熱量，之后通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻出氣管8將溫度升高、壓力降低后的冷卻氣體引入壓縮機(jī)一級冷卻器10進(jìn)行冷卻，然后通過二級壓縮6再次進(jìn)行壓縮并再次通過壓縮機(jī)二級冷卻器9冷卻后，再次進(jìn)入高速電機(jī)內(nèi)腔1，依次循環(huán)，整個冷卻過程無須外界氣體，形成內(nèi)部自循環(huán)。

本實用新型所需的冷卻氣體是經(jīng)過離心壓縮機(jī)壓縮后的高壓氣體，密度較大且換熱效果好，因而只需非常少的量就能實現(xiàn)電機(jī)內(nèi)腔的轉(zhuǎn)子冷卻，所需的冷卻流量占整個離心壓縮機(jī)排氣流量的比例非常小，而且冷卻后的氣體壓力降低不大且能循環(huán)利用，因此對應(yīng)的冷卻耗能很小。

綜上所述，采用本實用新型的高速電機(jī)直驅(qū)透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，能夠解決高速電機(jī)直驅(qū)的透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子及內(nèi)腔的散熱冷卻問題，完成透平機(jī)械的電機(jī)轉(zhuǎn)子自循環(huán)換熱過程，提高換熱效率。本實用新型與外置風(fēng)扇引入冷卻氣體相比，綜合能耗更低。本實用新型的冷卻過程無須外部氣源、冷卻風(fēng)扇等部件，自循環(huán)冷卻過程只需在電機(jī)內(nèi)腔與一、二級冷卻器間聯(lián)通兩個小管路即可，結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)組整體美觀協(xié)調(diào)。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型的范圍內(nèi)。本實用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。