[发明专利]具有磁轴承冷却的涡轮机系统和方法

说明书

一种涡轮机系统(1)包括设有涡轮机转子(7)的涡轮机(3)。涡轮机转子包括涡轮机轴(9)，涡轮机轴(9)具有第一轴端部(9.1)和第二轴端部(9.2)。涡轮机轴(9)由主动磁轴承(13,15,17)支承，用于在涡轮机壳体(11)中旋转。涡轮机系统还包括旋转式机器(5)和第一闭合的冷却回路(56)，旋转式机器(5)传动地联接于第一轴端部(9.1)，第一闭合的冷却回路(56)适用于使冷却流体在其中循环并且流体地联接于主动磁轴承(13,15,17)，以从其中去除热。闭合的冷却回路(56)包括冷却流体叶轮(57)，冷却流体叶轮(57)安装在涡轮机轴(9)上，以随涡轮机轴(9)旋转，并且适用于使冷却流体在闭合的冷却回路(56)中循环。闭合的冷却回路(56)还包括热交换器(59)，其适用于从冷却流体中去除热。还公开了一种运行涡轮机系统的方法。

技术领域

本公开涉及涡轮机系统。本文中公开的实施例具体地涉及包括具有相应转子的一个或更多个涡轮机的系统，其中所述相应转子由主动磁轴承支承并且传动地联接于另一旋转式机器。

背景技术

涡轮机包括壳体和具有轴的转子，该轴支承在壳体中，以在其中旋转。在一些涡轮机中，转子由滚动轴承支承。一些已知的涡轮机设有流体动压或流体静压轴承，而不是滚动轴承。所有这些种类的轴承必须进行润滑，并且因此需要润滑回路、其具有润滑油泵和冷却器。

在最近的涡轮机中，使用主动磁轴承来代替滚动轴承、或流体动压和流体静压轴承。主动磁轴承不需要润滑，使得涡轮机的结构可简化。然而，主动磁轴承需要冷却。

集成的马达-压缩机在本领域(US8430653)中已知，其中电动马达和离心式压缩机集成在单个壳体中。壳体包括包含电动马达的马达隔室和安置压缩机的压缩机隔室。两个隔室由围绕轴的密封布置分离。共用轴支承电动马达的转子和压缩机转子。共用轴通过主动磁轴承被支承，以在壳体中旋转。过程气体由使用通过电动马达产生的机械功率的压缩机压缩。过程气体的一部分从由压缩机处理的主气体流中去除，并用于冷却压缩机隔室中的主动磁轴承。马达隔室中的电动马达和主动磁轴承由冷却介质冷却，通过叶轮使该冷却介质在壳体的马达隔室中循环，该叶轮安装在电动马达的转子的与压缩机隔室相反的侧部上。过程气体进一步输送至密封件，该密封件将压缩机隔室与马达隔室分离，因而在壳体的马达隔室和压缩机隔室之间提供屏障。

然而，在包括至少一个压缩机和电动马达的一些涡轮机系统中，需要在压缩机外壳的内部与马达外壳的内部之间的完全分离，例如，以便防止电动马达受压缩机中处理的气体的污染。例如在过程气体为含有液体成分的湿气体或含有化学侵蚀性污染物的气体(如H₂S、氯化物、Hg或其它腐蚀性组分)时，这一点可为需要的。

因此，存在对用于包括至少一个独立的蜗轮机(即，例如需要单独壳体的涡轮机)的涡轮机系统的高效冷却布置的需要。

发明内容

根据一个方面，在本文中公开了一种涡轮机系统，其包括至少一个涡轮机，该至少一个涡轮机包括具有涡轮机轴的涡轮机转子，该涡轮机轴具有第一轴端部和第二轴端部。涡轮机轴由主动磁轴承支承，以在涡轮机壳体中旋转。涡轮机系统还包括附加的旋转式机器，其传动地联接于涡轮机轴的第一轴端部。提供了第一闭合的冷却回路，其适用于使冷却流体在其中循环并且流体地联接于支承涡轮机轴的主动磁轴承中的至少一个(且优选连接于全部的主动磁轴承)。第一闭合的冷却回路适用于从支承涡轮机轴的一个、一些或全部主动磁轴承去除热。在本文中公开的实施例中，第一闭合的冷却回路包括冷却流体叶轮，其安装在涡轮机轴上，以随涡轮机轴旋转，并且适用于使冷却流体在第一闭合的冷却回路中循环。第一闭合的冷却回路还包括至少一个热交换器，其适用于从冷却流体去除热。

特别是在涡轮机处理与主动磁轴承不相容的流体的情况下，例如，由于其中所含的污染物质，或者由于流体的物理或化学性质，在第一闭合的冷却流体回路中循环的冷却流体为与由涡轮机处理的过程流体不同的流体。