модульный электроприводной компрессорный агрегат

Формула изобретения

1. Модульный электроприводной компрессорный агрегат, содержащий корпус, в котором установлены статор электродвигателя с многофазной обмоткой, неподвижные элементы проточных частей центробежных ступеней сжатия компрессора, крышки корпуса, в которых установлены статорные элементы подшипниковых опор системы магнитного подвеса ротора агрегата, и ротор агрегата, на валу которого установлены роторные элементы подшипниковых опор и роторные узлы центробежного компрессора и электродвигателя, отличающийся тем, что магнитопровод статора электродвигателя выполнен в виде секций, число которых соответствует числу степеней сжатия компрессора, и между которыми установлены немагнитопроводящие неэлектропроводящие разделяющие цилиндры, причем обмотка статора является общей для всех секций и уложена в пазах секций магнитопровода и разделяющих цилиндров, каждый объединенный роторный узел центробежного компрессора и электродвигателя включает рабочее колесо центробежного компрессора, внутри входной части которого образованы направляющие каналы для подачи газа на вход рабочего колеса, а снаружи расположена секция ротора электродвигателя, а для обеспечения магнитной связи секций статора и ротора электродвигателя агрегат снабжен расположенными между ними неподвижными цилиндрами, выполненными из неэлектропроводящего материала со встроенными магнитопроводами в виде тонких пакетов радиально ориентированных пластин электротехнической стали.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что секция ротора электродвигателя выполнена по типу ротора асинхронного электродвигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компрессорной технике и может быть использовано в качестве агрегата для сжатия различных газов во многих отраслях промышленности, например в качестве газоперекачивающего агрегата на линейных компрессорных станциях.

Известны компрессорные агрегаты, выполненные в виде многокорпусных конструкций (компрессорных корпусов сжатия, электродвигателей, мультипликаторов), объединенных с помощью различного типа трансмиссий в единый компрессорный агрегат (см, например, Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. - М.: Машиностроение. 1995 г.).

Недостатками известных агрегатов являются:

- большая металлоемкость агрегатов;

- необходимость применения вращающихся уплотнений;

- необходимость обеспечения точности центровки осей отдельных корпусов компрессора, электродвигателя, элементов трансмиссий и мультипликаторов;

- необходимость применения в агрегате мер взрывозащиты при компримировании взрывоопасных газов из-за неизбежных утечек газа через вращающиеся уплотнения;

- большая установочная площадь для размещения составных частей агрегата.

Известны конструкции компрессорных агрегатов, в которых электродвигатель и компрессорные ступени сжатия объединены в единую конструкцию, причем рабочие колеса центробежных ступеней сжатия устанавливаются консольно на концы ротора электродвигателя с одной или с двух сторон. Такая компоновка компрессорного агрегата получила название MOPICO (Motor Pipeline Compressor). В таких компрессорных агрегатах все вращающиеся элементы находятся в одном герметизированном корпусе, расположенном в среде технологического газа (см., например, М.Брюне, И.Детомб. Применение активных магнитных подшипников в турбокомпрессорах и турбодетандерах газовой промышленности. Компрессорная техника и пневматика. № 7, 2001 г.).

Недостатками таких агрегатов являются:

- возможность установки максимум двух ступеней сжатия центробежного компрессора;

- работа обмоток электродвигателя в среде технологического газа, который может быть агрессивным и с высоким давлением.

Также известен центробежный компрессорный агрегат, имеющий двигатель, компрессор, содержащий ведомый вал с установленной на нем системой колес с лопатками, при этом система, образованная двигателем и компрессором, размещается в корпусе, который образован соединением его отдельных частей (см. Патент RU 2333398, опубликован 10.09.2008).

Недостатками данного агрегата являются:

- наличие больших габаритов;

- большая металлоемкость агрегата;

- большая установочная площадь для размещения составных частей агрегата.

Технической задачей изобретения является создание технологичной при изготовлении и сборке модульной конструкции компрессорного агрегата, совмещающей в едином корпусе элементы многоступенчатого центробежного компрессора и электродвигателя с возможностью разделения полостей компрессора и электрической обмотки статора электродвигателя.

Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик, снижение металлоемкости агрегата, повышение эксплуатационной надежности компрессорного агрегата, снижение эксплуатационных затрат, снижение объемов работ при техобслуживании и ремонте, уменьшение числа контролируемых параметров.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что модульный электроприводной компрессорный агрегат содержит корпус, в котором установлены статор электродвигателя с многофазной обмоткой, неподвижные элементы проточных частей центробежных ступеней сжатия компрессора, крышки корпуса, в которых установлены статорные элементы подшипниковых опор системы магнитного подвеса ротора агрегата, и ротор агрегата, на валу которого установлены роторные элементы подшипниковых опор и роторные узлы центробежного компрессора и электродвигателя, при этом магнитопровод статора электродвигателя выполнен в виде секций, число которых соответствует числу степеней сжатия компрессора и между которыми установлены немагнитопроводящие неэлектропроводящие разделяющие цилиндры, причем обмотка статора является общей для всех секций и уложена в пазах секций магнитопровода и разделяющих цилиндров, каждый объединенный роторный узел центробежного компрессора и электродвигателя включает рабочее колесо центробежного компрессора, внутри входной части которого образованы направляющие каналы для подачи газа на вход рабочего колеса, а снаружи расположена секция ротора электродвигателя, а для обеспечения магнитной связи секций статора и ротора электродвигателя агрегат снабжен расположенными между ними неподвижными цилиндрами, выполненными из неэлектропроводящего материала со встроенными магнитопроводами в виде тонких пакетов радиально ориентированных пластин электротехнической стали.

Кроме того, секция ротора электродвигателя выполнена по типу ротора асинхронного электродвигателя.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлена конструкция модульного компрессорного агрегата с тремя ступенями сжатия; на фиг.2 показано сечение агрегата А-А в плоскости секции электродвигателя.

Модульный электроприводной компрессорный агрегат содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого установлен статор электродвигателя, состоящий из секций магнитопровода 2, число которых соответствует числу степеней сжатия компрессора, и установленных между ними разделяющих немагнитопроводящих неэлектропроводящих цилиндров 3, при этом статор также имеет общую многофазную обмотку 4, которая уложена в пазах (не показаны) секций магнитопровода 2 и разделяющих цилиндров 3. Для обеспечения магнитной связи секций статора и ротора 10 электродвигателя агрегат снабжен неподвижными магнитопроводящими цилиндрами 5, которые расположены коаксиально магнитопроводам 2 между секциями статора и ротора 10. Каждый магнитопроводящий цилиндр 5 выполнен из неферромагнитного неэлектропроводящего материала, в который встроены магнитопроводы в виде тонких пакетов пластин 18 электротехнической стали, радиально ориентированные в направлении результирующего магнитного поля статора, причем плоскость пакетов пластин 18 перпендикулярна направлению движения вращающегося магнитного поля, создаваемого многофазной обмоткой 4 статора электродвигателя. Между магнитопроводящими цилиндрами 5 установлены в виде секций неподвижные элементы 6 проточных частей центробежных ступеней сжатия компрессора (диффузор, обратный направляющий аппарат, кольцевая камера). На торцах корпуса 1 закреплены крышки 7, в которых установлены статорные элементы 8 и 9 соответственно радиальных и осевой электромагнитных опор системы активного магнитного подвеса (САМП) ротора 10, а также вспомогательные (страховочные) шарикоподшипники 11. На валу 16 ротора 10 установлены в виде секций объединенные роторные узлы центробежного компрессора и электродвигателя, а также роторные элементы 12 и 13 соответственно радиальных и осевой электромагнитных опор САМП. Объединенные роторные узлы центробежного компрессора и электродвигателя включают входную часть 14 рабочего колеса 15 центробежного компрессора (ЦК), снаружи которой расположена секция ротора 10 электродвигателя, например, по типу ротора асинхронного электродвигателя, и само рабочее колесо 15 ЦК (фиг.1). Входная часть 14 рабочего колеса 15 с внутренней стороны выполнена с направляющими каналами 17 (фиг.2), по которым газ поступает на вход рабочего колеса 15 ЦК.

Работу агрегата рассмотрим на примере исполнения секций электродвигателя по типу асинхронного с обмоткой ротора в виде беличьей клетки. Первым этапом включения в работу агрегата является включение САМП, представляющей собой пятиканальную систему автоматической стабилизации ротора 10 относительно оси корпуса 1 агрегата. При включении САМП активизируются радиальные опоры 8, 12 и осевая опора 9, 13, в результате действия которых вал 16 ротора 10 стабилизируется относительно оси корпуса 1 агрегата без механического контакта с неподвижными элементами агрегата. На втором этапе включения в работу многофазная обмотка 4 статора электродвигателя запитывается от частотного преобразователя или от многофазной, например трехфазной, сети переменного тока. В секциях магнитопровода 2 статора образуется вращающееся магнитное поле возбуждения, которое в каждый момент времени замыкается через тонкие пластины 18 электротехнической стали магнитопроводящего цилиндра 5 и магнитопровод ротора 10. Так как магнитное поле статора вращается, то в зазоре между ротором 10 и магнитопроводящим цилиндром 5 образуется также вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в стержнях обмотки ротора 10 электродвижущие силы (ЭДС), вызывающие протекание в стержнях обмотки электрических токов, которые, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, образуют вращающий момент, приводящий в движение ротор 10. Компримируемый газ поступает со стороны всасывания, проходит через секции центробежных компрессорных ступеней сжатия и поступает на сторону нагнетания (направление протекания газа на фиг.1 показано стрелками слева направо).

Для уменьшения магнитных потерь в статоре электродвигателя предусмотрены разделяющие цилиндры 3, выполненные из немагнитопроводящего неэлектропроводящего материала. С целью экономии обмоточных материалов за счет сокращения лобовых частей многофазная обмотка 4 статора выполнена общей для всех секций электродвигателя. В приведенной конструкции агрегата предусмотрено разделение с помощью уплотняющих прокладок полости, в которой располагаются обмотки электродвигателя, с рабочей полостью компрессора. Эта особенность важна для мощных агрегатов, в которых используются высоковольтные обмотки и требуется организация системы охлаждения статора электродвигателя.

В конструкции агрегата может быть применен электродвигатель другого типа, например, синхронный двигатель или бесколлекторный двигатель постоянного тока, при этом конструкция агрегата принципиально не изменяется, а отличаться варианты будут только аппаратурой управления электродвигателем.

Таким образом, благодаря выполнению статора электродвигателя в виде секций, соответствующих числу ступеней сжатия компрессора, разделенных неферромагнитными неэлектропроводящими цилиндрами 3, с общей многофазной обмоткой 4, исполнению рабочих колес 15 вала 16 ротора 10 с выходной частью, внутри которой образованы направляющие каналы 18 для подачи газа на вход центробежного колеса, а на внешней части расположена секция ротора 10 электродвигателя, причем магнитная связь секций статора и ротора 10 электродвигателя осуществляется за счет введения неподвижных магнитопроводящих цилиндров 5, выполненных из неферромагнитного неэлектропроводящего материала со встроенными магнитопроводами в виде тонких пакетов пластин 18 электротехнической стали, получена возможность создания в едином корпусе 1 многоступенчатых компрессорных агрегатов, достаточно технологичных при изготовлении и сборке, позволяющих обеспечить герметичность рабочей полости компрессорной части агрегата и полости, в которой располагаются обмотки электродвигателя.