具有嵌入的电动机的多级涡轮机制造技术

公开了一种多级涡轮机(1)，包括具有流体入口(5)和流体出口(7)的壳体(3)，以及布置在壳体(3)中的多个级(13A，13B)。流动路径通过顺次地布置的级(13A，13B)从流体入口(5)延伸到流体出口(7)。各个级由旋转的叶轮(17A，17B)和嵌入在壳体(3)中且布置成用于使叶轮(17A，17B)以受控的旋转速度旋转的电动机组成。各个电动机包括布置在叶轮(17A，17B)上且与其一体地旋转的电动机转子(31A，31B)，以及固定地布置在壳体(3)中的电动机定子(33A，33B)。成对的顺次地布置的叶轮配置成在相反方向上旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所公开的主题涉及涡轮机，且更具体地涉及特别适用于泵送混合相，即多相流体－诸如混合的气与油的泵或者压缩机。
技术介绍
水下气和油压缩机与泵用于离岸设施来从水下油田提取烃。水下、井下和ESP(电可潜水泵)涡轮机由布置成与涡轮机级同轴的电动机驱动。由涡轮机处理的流通常包含气态和液体烃的混合物，其具有可变的气体体积分数(GVF)或者液体体积分数(LVF)。典型地，湿气体(即含有一小部分液体的气体)由湿气体压缩机处理。高速离心湿气体压缩机通常不能忍受大于5%的液相体积百分比，即它们需要以GVF>95%来操作。因此，常常需要大尺寸的洗涤器-分离器来从被处理的流去除过量的液体内容。在涡轮机中处理流体时，混合流的存在造成严重的复杂性。设计成用来以设计GVF值运行的涡轮机的效率在该机器（涡轮机）远离设计GVF而运行时迅速下降。假设40%的设计GVF，当以低于20%或者高于60%运行时，效率可降低10点。为了解决处理混合的气体/液体流―且尤其是GVF>80%的湿气体―中的困难，已经提出(美国专利No.4,830,584)使用多级泵和压缩机，其具有布置在涡轮机壳体中且由布置在涡轮机壳体外部的两个电动机驱动的多个沿轴向对齐的级。两个同轴的轴交替地驱动多级涡轮机的相反地旋转的叶轮。可在这种涡轮机中所使用的级的数量受到减小该机器的轴向长度的需求的限制。这会限制通过涡轮机可实现的压力升高。然而，用于驱动逆向旋转的叶轮的同轴的轴的布置增大了涡轮机的复杂性。涡轮机-电动机组件的受限的可允许轴向长度，对于海底应用而言典型地在7米内，也严重限制了可获得的总功率。事实上，4MW以上的电动机可比上述限制所允许的更长，除非使用非常高的旋转速度，而这对于涡轮机的寿命是有害的。因此存在对于用于处理混合的气体/液体流的更高效的涡轮机的需求，其至少部分地减轻现有技术涡轮机的上述缺点中的一个或更多个。
技术实现思路
根据一方面，提供了一种多级涡轮机，包括：具有流体入口和流体出口的壳体；布置在壳体中的多个级；通过所述顺次地布置的级从流体入口延伸到流体出口的流动路径。各个级由旋转的叶轮和嵌入在壳体中且布置成用于使叶轮以受控的旋转速度旋转的电动机组成。各个电动机包括布置在叶轮上且与其一体地旋转的电动机转子，和固定地布置在壳体中的电动机定子。成对的顺次地布置的叶轮配置成用于在相反方向上旋转。在相反方向上旋转的成对的叶轮优选布置成直接彼此相邻。直接彼此相邻表示它们之间并没有布置任何固定叶片或者轮叶。离开上游叶轮的流体被直接传送到下游叶轮中。在一些实施例中，涡轮机在顺次地布置的、逆向旋转的叶轮之间完全没有任何固定叶片，从而减小了涡轮机的总体长度。在一些实施例中，涡轮机的所有叶轮都是逆向旋转的，即各个叶轮相对于相邻的叶轮（一个或多个）沿相反的方向旋转。在其它实施例中，该机器可进一步还包括沿相同方向旋转的顺次地布置的叶轮，固定轮叶或者叶片布置在它们之间。根据一些实施例，涡轮机包括控制装置，其配置成用于单独地控制各个电动机的运行状态。该控制装置可程序化为使各个嵌入的电动机旋转，且因此使各个叶轮以基于例如涡轮机所处理的流体的气体体积分数可在一叶轮上相比于其它叶轮有所不同的旋转速度旋转。控制装置可由一个或更多个控制单元组成。应当理解，在特别有利的实施例中，涡轮机仅包括这样的叶轮，其各自设有其自身的独立地受控制的嵌入的电动机。然而，在其它实施例中，两个或者更多个辅助的或者额外的叶轮可由一个相同的电动机控制，或者另外由两个不同的电动机控制，但是以相同的旋转速度共同旋转。本公开因此还包括了这样的涡轮机：其中，独立地速度受控制的叶轮可与关于其旋转速度并不能够独立地控制的其它叶轮组合。在一些实施例中，嵌入的电动机的控制可为转矩控制或者旋转速度控制。例如，控制单元可程序化为用于作为至少一个与可压缩性相关的参数的函数来控制电动机的速度，例如基于涡轮机所处理的流体的可压缩性，因为可压缩性基于气体体积分数而改变。在一些实施例中，涡轮机可为无轴的，或者包括中心非旋转轴，其旋转地支承叶轮和嵌入的电动机的相关转子。可使用主动磁推轴承，滚动轴承，轴颈轴承，或者其组合。产品润滑的轴承可为特别有利的。至少一些级的电动机定子可布置在安装在叶轮上的相应的电动机转子周围，使得电动机定子围绕电动机转子。各个级的电动机转子和叶轮可以由电动机定子而不是由中心轴旋转地支承。在一些实施例中，可提供颠倒的布置，其中定子居中地布置，且转子和相关叶轮围绕定子。涡轮机可包括多个顺次地布置的轴向叶轮。在一些实施例中，所有的级包括轴向叶轮。在其它实施例中，涡轮机可包括一个或更多个径向或者轴向-径向叶轮，例如布置在设置在包括轴向叶轮的第一机器区段下游的机器区段中。下文公开了特征和实施例，且在所附的权利要求中进一步阐述了它们，权利要求形成了当前描述的整体部分。以上简要描述阐述了本专利技术的多个实施例的特征，以便可以更好地理解接下来的详细描述，且以便可以更好地理解对现有技术做出的当前贡献。当然，存在本专利技术的其它特征，它们将在下文中描述，且其将在所附的权利要求中阐述。在这方面，在详细地阐述本专利技术的若干实施例之前，要理解的是，本专利技术的多个实施例在其应用方面并不局限于构造的细节，也并不局限于以下说明中所阐述或者附图中所示的构件的布置。本专利技术能够有其它实施例，且能够以多种方式来实践和实施。此外，要理解的是，本文中所采用的措词和术语用于描述的目的，且不应当被认为是限制性的。因而，本领域技术人员将理解，本公开所基于的构思可容易地被用作用于设计用来执行本专利技术的若干目的的其它结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，在这样的等效构造不偏离本专利技术的精神和范围的程度上，可将权利要求视为包括这样的等效构造。附图说明本专利技术的所公开的实施例的更完整的理解及其所伴随的优点中的许多将容易地获得，因为在结合附图考虑时，这些内容通过参照以下详细描述得到更好的理解，其中：图1显示了根据本公开的一个实施例的涡轮机的轴向截面；图2显示了图1的放大；图3显示了根据本公开的另一个实施例的涡轮机的轴向截面；图4显示了图3的放大；图5显示了根据本公开的另一个实施例的涡轮机的轴向截面；图6显示了图5的放大的细节；图7显示了根据本公开的另一实施例的涡轮机的轴向截面；图8显示了图7的细节的放大；图9显示了根据本公开的另一实施例的涡轮机的轴向截面；图10显示了图9的放大的细节；图11显示了根据本公开的混合的轴向和径向涡轮机的示例性实施例的轴向截面；图12显示了本公开的在其下游设有液体/气体分离器的涡轮机的示意图；图13显示了根据本公开的实施例的涡轮机的供电(electric powering)的示意图；图14显示了根据本公开的实施例的电动机定子的局部正视图；图15显示了根据本文所公开的主题的一些实施例的嵌入的永磁体电动机的示意性正视图；图16显示了根据本公开的另外的实施例的嵌入的磁阻电动机的示意性正视图；图17显示了根据本公开的另一实施例的涡轮机的纵向截面图，其中，用于嵌入的电动机的电子控制装置位于涡轮机的一端处；图18显示了根据本公开的涡轮机的另一实施例的纵向截面图，其中，入口歧管和出口歧管轴向地对齐；图19显示了本公开的涡轮机的实施例的放大的细节，其具有用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级涡轮机，包括：具有流体入口和流体出口的壳体；和布置在所述壳体中的多个级；其中：流动路径通过所述顺次地布置的级从所述流体入口延伸到所述流体出口；各个级由旋转的叶轮和嵌入在所述壳体中且布置成用于使所述叶轮以受控的旋转速度旋转的电动机组成；各个电动机包括布置在所述叶轮上且与其一体地旋转的电动机转子和固定地布置在所述壳体中的电动机定子；成对的顺次地布置的叶轮配置成用于在相反方向上旋转；提供了控制装置，其配置成和布置成使各个叶轮以一个叶轮可相对另一叶轮有所不同的旋转速度来旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.03 IT FI2014A0000241.一种多级涡轮机，包括：具有流体入口和流体出口的壳体；和布置在所述壳体中的多个级；其中：流动路径通过所述顺次地布置的级从所述流体入口延伸到所述流体出口；各个级由旋转的叶轮和嵌入在所述壳体中且布置成用于使所述叶轮以受控的旋转速度旋转的电动机组成；各个电动机包括布置在所述叶轮上且与其一体地旋转的电动机转子和固定地布置在所述壳体中的电动机定子；成对的顺次地布置的叶轮配置成用于在相反方向上旋转；提供了控制装置，其配置成和布置成使各个叶轮以一个叶轮可相对另一叶轮有所不同的旋转速度来旋转。2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，在相反方向上旋转的叶轮布置成彼此直接相邻。3.根据权利要求1或者2所述的涡轮机，其特征在于，所述控制装置配置成用于作为至少一个与可压缩性相关的参数的函数来控制所述电动机的至少一个参数。4.根据权利要求3所述的涡轮机，其特征在于，所述电动机的所述至少一个参数选自由旋转速度、转矩、功率或者它们的组合组成的组。5.根据权利要求3或者4所述的涡轮机，其特征在于，所述至少一个与可压缩性相关的参数与所述流体的气体体积分数成比例。6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括中心非旋转轴。7.根据权利要求6所述的涡轮机，其特征在于，所述级中的至少一些的叶轮通过相应的轴承旋转地支承在所述中心非旋转轴上。8.根据权利要求1－6中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述级中的至少一些的叶轮通过相应的轴承支承在相应的电动机定子上。9.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述级中的至少一些的电动机定子布置在安装在所述叶轮上的相应的电动机转子周围，所述电动机定子围绕所述电动机转子。10.根据权利要求9所述的涡轮机，其特征在于，所述电动机定子具有等于或小于相应的叶轮的轴向延伸的轴向延伸。11.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述级中的至少一些包括连续地布置的轴向叶轮。12.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括通过由所述涡轮机处理的流体来润滑和冷却的支承轴承。13.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括布置在所述流体出口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L贝尔加米尼，M齐普里亚尼，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT