Щелевая труба и способ изготовления такой трубы

Изобретение относится к щелевой трубе (39) и способу изготовления такой трубы. Гидравлическая машина и приводной мотор могут быть помещены в корпус, если в электромоторе между ротором и статором осуществляется разделение посредством трубчатой конструктивной части - так называемой щелевой трубы (39). Щелевая труба (39) должна быть достаточно большой, неэлектропроводной и стабильной. Для этого предлагается, чтобы она, по меньшей мере, частично состояла из керамического или стекловидного материала или состояла, по меньшей мере, частично из полимерной матрицы, которая усилена посредством волокон или изготавливается посредством следующих этапов: заполнение оболочки (капсулы) порошком; вакуумирование оболочки; прессование капсулы при температуре и под давлением, которое спекает порошковые частицы или сплавляет друг с другом, причем оболочка деформируется. Технический результат - обеспечение щелевой трубы, которая может выдерживать высокие разности давления. 9 з.п. ф-лы,1 ил.

 

Изобретение относится к щелевой трубе и способу изготовления такой трубы.

Гидравлические машины и их электрические приводные моторы чаще всего помещены в отдельные корпуса. Благодаря этому в гидравлических машинах требуются уплотнения вала, которые должны предотвратить утечки транспортируемой текучей среды наружу.

Гидравлические машины и приводной мотор могут размещаться без уплотнения вала в одном корпусе, если в электромоторе между ротором, который контактирует с текучей средой, и статором осуществляется разделение посредством трубчатой конструктивной части. Эта конструктивная часть ввиду своей позиции в воздушном зазоре (щели) называется как "щелевая труба".

Использовавшиеся до сих пор щелевые трубы имеют один или несколько следующих недостатков:

а) Электрическая проводимость: щелевая труба нагревается вихревыми токами. Тепло должно отводиться и машина в целом в своей мощности очень ограничена.

b) Незначительная прочность: щелевая труба может воспринимать лишь незначительные разницы между внутренним и внешним давлением. Эта техника не пригодна для машин высокого давления.

с) Технология допускает лишь незначительный конструктивный размер щелевой трубы, вследствие чего ограничивается конструктивная величина машины.

До сих пор только малые машины (в частности, насосы) незначительной мощности могли изготавливаться с помощью щелевой трубы или, соответственно, щелевой чаши. Для этого до сих пор находили применение следующие материалы:

а) Металлические специальные или, соответственно, суперсплавы, как, например, хастеллой или инконель.

(Недостаток: электрическая проводимость индуцирует вихревые токи, которые неприемлемо снижали бы коэффициент полезного действия высокомощных компрессоров).

b) Углепластики, усиленные карбоновым волокном синтетические материалы. (Недостаток: Углеродное волокно также имеет еще слишком высокую электрическую проводимость, которая - ввиду индуцированных вихревых токов - слишком сильно снижала бы коэффициент полезного действия высокомощных компрессоров).

c) Усиленные частицами или стекловолокном, а также неусиленные высокопроизводительные полимеры (например, FORTON от фирмы Ticona).

(Недостаток: для применения в высокомощных компрессорах достижимая жесткость и прочность являются слишком незначительными).

d) Монолитная техническая керамика, как, например, диоксид циркония (например, FRIALIT от фирмы Friatec).

(Недостаток: при изготовлении щелевых чаш до сих пор сначала керамический порошок изостатически прессовался в холодном состоянии (сырое тело), а затем спекался. При этом процесс спекания является причиной усадки на 18-25%, а также уменьшающих прочность дефектов структуры. Кроме того, при спекании очень больших щелевых труб - как они требуются для высокомощных компрессоров - могли бы возникать обусловленные массой деформации, вплоть до растрескивания. По этим причинам до сих пор было невозможно изготовить цельную щелевую трубу или, соответственно, щелевую чашу с длиной, значительно превышающей 300 мм. Кроме того, достигаемые посредством этого способа изготовления допуски дефектов при давлениях вплоть до 150 бар являются слишком малыми).

DE 202004013081 U1 раскрывает щелевую трубу, которая состоит из керамического или стекловидного материала. DE 20007009 U1 и US 2003/193260 А1 описывают спеченную керамическую щелевую трубу. Подобного рода щелевые трубы являются слишком хрупкими для желаемой цели применения. Описанная в US 6293772 B1 щелевая труба состоит из усиленной волокном полимерной матрицы, которая может иметь, в частности, полимерные волокна и может быть усилена керамикой. Аналогичным образом, DE 3823113 С1 и US 4952429 А раскрывают, в частности, поверхностную защиту от абразивного воздействия посредством керамических частиц, например оксида циркония. Щелевые чаши с частично керамическими компонентами (составляющими) также описываются в DE 3941444 А1, DE 19744289 A1 и DE 3413930 А1. Все представленные решения недостаточно удовлетворяют вышепредставленному профилю требований, в частности требованиям относительно эластичности и прочности.

Следовательно, изобретение имеет своей задачей разработку щелевой трубы и способа изготовления такой щелевой трубы, которая может выдерживать высокие разности давления.

Для этого решения в соответствии с изобретением предлагается, чтобы щелевая труба имела признаки пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения охватывают предпочтительные усовершенствования.

Щелевая труба может изготавливаться за счет того, что соответственно подходящие керамические волокна в надлежащей ориентации при добавлении связующего наматываются на оправку, причем связующее может состоять из керамического или, соответственно, стекловидного порошка или шликера из керамического/стекловидного порошка, и посредством последующей термообработки, которая может происходить в некоторой атмосфере или на воздухе, или в установке для горячего изостатического прессования, связующее спекается или сплавляется. При этом процесс может проводиться либо так, что намотанное волоконное тело вначале получает только механическую основную прочность и может дополнительно механически обрабатываться, либо так, что щелевая труба непосредственно получает требуемую для применения прочность и плотность.

Альтернативно к этому герметичность может быть достигнута за счет того, что поры термообработанного волоконного тела закрываются по окончании вышеописанного процесса. Это может происходить, например, посредством просачивания под высоким давлением жидкого стекла или посредством процесса эмалирования с помощью погружения в жидкий шликер и затем обжигания или глазирования поверхности или посредством другого подходящего процесса.

Недостатки предыдущих конструкций щелевых труб могут быть устранены, если используется щелевая труба из усиленной керамическими волокнами полимерной матрицы. При этом, среди прочего, могут использоваться волокна из карбида кремния или волокна из высокочистого оксида алюминия или волокна из диоксида циркония, или даже муллитные волокна. Все эти волокна обеспечивают высокую устойчивость к нагрузке на растяжение. Устойчивость к нагрузке может еще больше увеличиться, если оптимизируется тип соединения волокон, в частности, если используются короткие волокна или спутанные (неориентированные) волокна или бесконечные волокна или, соответственно, пучки волокон (ровинг), а также волоконные маты (ткань, укладки и т.п.). Сопротивление абразивному износу полимерной матрицы может быть повышено предпочтительным образом, если поверхность щелевой трубы дополнительно пропитать или, соответственно, покрыть керамическими частицами.

Далее изобретение описывается более подробно посредством специального примера осуществления со ссылкой на чертеж, на котором показано схематичное представление продольного разреза компрессорного блока с соответствующей изобретению щелевой трубой.

Чертеж схематично показывает разрез вдоль компрессорного блока 2, который в качестве существенных конструктивных элементов имеет мотор 2 и компрессор 3 в одном герметично выполненном корпусе 4. Корпус 4 окружает мотор 2 и компрессор 3. В области перехода от мотора 2 к компрессору 3 корпус 4 снабжен впуском 6 и выпуском 7, причем через впуск 6 посредством всасывающего патрубка 8 всасывается подлежащая уплотнению (сжатию) текучая среда, а через выпуск 7 уплотненная (сжатая) текучая среда вытекает.

Компрессорный блок 1 при эксплуатации расположен вертикально, причем ротор 15 мотора 2 соединен через ротор 9 компрессора 3 с общим валом 19, который вращается вокруг общей вертикальной оси 60 вращения.

Ротор 15 мотора установлен в первом радиальном подшипнике 21 на верхнем конце ротора 15 мотора.

Ротор 9 компрессора установлен в нижней позиции посредством второго радиального подшипника 22.

На верхнем конце общего вала 19 - то есть на верхнем конце ротора 15 мотора - предусмотрен аксиальный подшипник 25.

Компрессор 3, который выполнен в виде центробежного компрессора, имеет три ступени 11 компрессора, которые соответственно находятся в соединении посредством перепуска 33.

Электромагнитные подшипники 21, 22, 25 охлаждаются посредством охлаждающей системы 31 до рабочей температуры, причем охлаждающая система 31 предусматривает отвод 32 в перепуск компрессора 3. От отвода 32 посредством трубопроводов часть транспортируемой среды, которая предпочтительно представляет собой природный газ, направляется через фильтр 35, а затем через два отдельных трубопровода направляется к соответствующим внешним местам опирания (первый радиальный подшипник 21 и четвертый радиальный подшипник 24, а также аксиальный подшипник 25). Это охлаждение посредством холодной транспортирующей среды 80 позволяет избежать дополнительных снабжающих трубопроводов.

Ротор 15 мотора окружается статором 16, который заключен в выполненную на внутреннем диаметре в виде щелевой трубы 39 оболочку, так что агрессивная транспортируемая среда 80 не повреждает обмотки статора 16. При этом щелевая труба 39 рассчитана таким образом, что может выдерживать полное рабочее давление. Это также потому, что предусмотрено отдельное охлаждение 40 для статора, в котором циркулирует собственная охлаждающая среда 56. При этом насос 42 обеспечивает циркуляцию через теплообменник 43.

По меньшей мере, щелевая труба 39 выполнена таким образом, что участок, который проходит между статором 16 и ротором 15 мотора, хотя и имеет тонкую толщину стенки, но при полном заполнении охлаждения 40 статора охлаждающей средой 56 способен выдерживать расчетное давление. Таким образом, устраняются большие потери на вихревые токи в этой области и коэффициент полезного действия всей системы улучшается.

1. Щелевая труба (39), которая, по меньшей мере, частично состоит из полимерной матрицы, которая усилена посредством волокон, отличающаяся тем, что она, по меньшей мере, частично состоит из усиленной керамическими волокнами полимерной матрицы.

2. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна, по меньшей мере, частично состоят из карбида кремния.

3. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна, по меньшей мере, частично состоят из оксида алюминия.

4. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна, по меньшей мере, частично состоят из диоксида циркония.

5. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна выполнены в виде коротких волокон, в частности, с длиной между 0,1 мм и 1 мм.

6. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна образуют между собой спутанное соединение.

7. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна выполнены в виде бесконечных волокон, в частности, с длиной от, по меньшей мере, 30 мм.

8. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна выполнены в виде пучка волокон, в частности, в виде ровинга.

9. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что волокна выполнены в виде волоконного мата.

10. Щелевая труба (39) по п.1, отличающаяся тем, что поверхность щелевой трубы (39) пропитана керамическими частицами.