IT201700012500A1

IT201700012500A1 - Turbomacchina e metodo di funzionamento di una turbomacchina

Info

Publication number: IT201700012500A1
Application number: IT102017000012500A
Authority: IT
Inventors: Matteo Dozzini; Neri Massimiliano Ortiz; Massimiliano Borghetti
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-08-06
Also published as: EP3358146A1; US20180223869A1; EP3358146B1; US10808725B2; DK3358146T3

Description

“TURBOMACCHINA E METODO PER IL FUNZIONAMENTO DI UNA TURBOMACCHINA”

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

[0001] La presente descrizione riguarda turbomacchine quali turbo-compressori e pompe che comprendono un rotore ruotante configurato per elaborare un fluido di processo. Più specificamente, la presente descrizione riguarda una turbomacchina con un rotore configurato per essere connesso a un’unità di azionamento, quale un motore, per ruotare il rotore. La presente descrizione riguarda, inoltre, un metodo per il funzionamento di una turbomacchina. Più specificamente, vengono descritti metodi per il funzionamento di una turbomacchina, mentre uno o più cuscinetti magnetici della turbomacchina vengono raffreddati in maniera affidabile.

ARTE ANTERIORE

[0002] Una turbomacchina è una macchina che trasferisce energia fra un rotore ruotante ed un fluido di processo quale un gas di processo. Ad esempio, una turbomacchina può essere configurata come turbo-compressore per trasferire energia da un rotore ruotante ad un fluido di processo per pressurizzare il fluido di processo. Una turbomacchina può alternativamente essere configurata come una pompa che trasporta il fluido di processo fra un ingresso ed un’uscita, in cui un percorso di flusso del fluido di processo si estende attraverso una girante della pompa.

[0003] In un turbo- compressore, la pressione di un fluido di processo comprimibile viene aumentata attraverso l’utilizzo di energia meccanica. Compressori possono essere usati in differenti applicazioni. Ad esempio, un compressore può essere usato in una turbomacchina a gas per pressurizzare un gas. Una turbina a gas può essere usata in vari processi industriali, compresa la generazione di potenza, la liquefazione di gas naturale, ed altri processi.

[0004] Un rotore ruotante di una turbomacchina con una o più giranti viene tipicamente disposto in un alloggiamento che costituisce la parte stazionaria della turbomacchina. Giranti possono essere montate sul rotore, e un innalzamento della pressione può essere ottenuto aggiungendo energia cinetica a un flusso continuo di fluido di processo che attraversa le giranti che ruotano. L’energia cinetica può essere convertita in un aumento di pressione statica rallentando il flusso di gas attraverso un diffusore stazionario che è parte dell’alloggiamento.

[0005] Tipicamente uno, due o più cuscinetti possono supportare il rotore. Ad esempio almeno un cuscinetto può supportare il rotore su un primo lato di una o più giranti, e almeno un ulteriore cuscinetto può supportare il rotore su un secondo lato dell’una o più giranti opposto al primo lato. Uno o più cuscinetti radiali possono essere previsti per supportare carichi radiali del rotore e/o uno o più cuscinetti reggispinta possono essere previsti per supportare spinte assiali del rotore. I cuscinetti sono tipicamente raffreddati, ad esempio con un fluido di raffreddamento.

[0006] Uno dei problemi rilevanti concernenti una turbomacchina è la chiusura ermetica affidabile del percorso di flusso del fluido di processo nella turbomacchina rispetto a un ambiente della turbomacchina. Fornire una tenuta eccellente fra una parte di alloggiamento stazionario e il rotore può essere complesso a causa di una differenza di pressione potenzialmente elevata fra il percorso del flusso all’interno della turbomacchina e l’ambiente che circonda la turbomacchina. Cosiddette tenute a gas secco possono essere usate per effettuare una tenuta di un gioco fra il rotore ruotante e l’alloggiamento stazionario, allo scopo di prevenire una contaminazione del fluido di processo da parte di lubrificante dei cuscinetti e allo scopo di ridurre trafilamento del fluido di processo nei cuscinetti e/o nell’ambiente.

[0007] Sarebbe vantaggioso ridurre la complessità di una turbomacchina con un rotore che è supportato da uno o più cuscinetti, allo stesso tempo chiudendo a tenuta in maniera affidabile un percorso di flusso della turbomacchina rispetto ad un ambiente della turbomacchina. Inoltre, sarebbe vantaggioso fornire un metodo per il funzionamento di una turbomacchina mentre viene effettuato un raffreddamento affidabile di uno o più cuscinetti della turbomacchina.

SOMMARIO

[0008] Alla luce di quanto sopra vengono forniti una turbomacchina, una disposizione di turbomacchina, nonché un metodo per il funzionamento di una turbomacchina.

[0009] Secondo un aspetto della presente descrizione, viene prevista una turbomacchina. La turbomacchina comprende: un rotore che si estende in una direzione assiale e comprende un lato condotto, configurato per essere collegato ad un’unità di azionamento, ed un secondo lato opposto al lato condotto; un alloggiamento che si estende attorno ad almeno una porzione del rotore, in cui un percorso di flusso principale per un fluido di processo si estende fra il rotore e l’alloggiamento; una disposizione di tenuta configurata per fare tenuta su uno spazio libero fra il rotore e l’alloggiamento sul lato condotto del rotore; ed un primo cuscinetto magnetico che supporta il secondo lato del rotore, in cui un passaggio di fluido per una porzione del fluido di processo si estende dal percorso di flusso principale attraverso uno spazio libero di cuscinetto del primo cuscinetto magnetico.

[0010] In alcune forme di realizzazione la disposizione di tenuta, in particolare una tenuta a gas secco, può essere disposta sul lato condotto del rotore, ma può non essere prevista alcuna ulteriore tenuta a gas secco sul secondo lato del rotore.

[0011] In alcune forme di realizzazione la turbomacchina può essere una turbomacchina semi-ermetica, in cui il secondo lato del rotore termina all’interno dell’alloggiamento e/o è chiusa a tenuta dall’alloggiamento, in cui soltanto il lato condotto del rotore può sporgere esternamente all’alloggiamento. In altre forme di realizzazione sia il lato condotto sia il secondo lato del rotore possono sporgere all’esterno dell’alloggiamento. Nell’ultimo caso, una tenuta, in particolare una tenuta a gas secco, può essere prevista su entrambi i lati della turbomacchina.

[0012] Secondo un ulteriore aspetto della presente descrizione, viene prevista una disposizione di turbomacchina. La disposizione di turbomacchina comprende una turbomacchina secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione qui descritte, e un’unità di azionamento collegata al lato condotto del rotore della turbomacchina per ruotare il rotore.

[0013] Secondo un ulteriore aspetto, viene previsto un metodo per il funzionamento di una turbomacchina. Il metodo comprende: azionare un rotore della turbomacchina tramite un’unità di azionamento collegata ad un lato condotto del rotore; convogliare un fluido di processo lungo un percorso di flusso principale, che si estende fra il rotore e l’alloggiamento della turbomacchina, in cui sul lato condotto del rotore uno spazio libero fra il rotore e l’alloggiamento è chiuso a tenuta, in particolare con una tenuta a gas secco; e raffreddare un primo cuscinetto magnetico che sopporta un secondo lato del rotore, opposto al lato condotto, con una porzione del fluido di processo.

[0014] Ulteriori aspetti, vantaggi e caratteristiche della presente descrizione risulteranno chiari dalle rivendicazioni dipendenti, dalla descrizione e dai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0015] Per comprendere in dettaglio le sopra citate caratteristiche della presente descrizione, si può fare riferimento a forme di realizzazione per una illustrazione particolare della descrizione sopra brevemente riassunta. I disegni allegati riguardano forme di realizzazione della descrizione e sono illustrati nel seguito. Alcune forme di realizzazione sono rappresentate nei disegni e dettagliate nella descrizione che segue.

[0016] La Fig.1 è una sezione schematica di una turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte;

[0017] la Fig.2 è una sezione schematica di una turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte;

[0018] la Fig.3 è una sezione schematica di una turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte, che è configurata come turbo-compressore a giranti contrapposte;

[0019] la Fig.4A è una vista schematica di una disposizione di turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte;

[0020] la Fig.4B è una vista schematica di una disposizione di turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte; e

[0021] la Fig.5 è un diagramma di flusso che illustra un metodo di funzionamento di una turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

[0022] Verrà ora fatto riferimento in dettaglio alle varie forme di realizzazione della descrizione, di cui uno o più esempi sono illustrati nelle figure. Ciascun esempio è fornito come spiegazione e non deve essere inteso come limitazione. Ad esempio, caratteristiche illustrate o descritte come parte di una forma di realizzazione possono essere usate in o in combinazione con altre forme di realizzazione per dar luogo ad ancora una ulteriore forma di realizzazione. Si deve comprendere che la presente descrizione include tali modifiche e varianti.

[0023] Nella descrizione che segue dei disegni, gli stessi numeri di riferimento si riferiscono a componenti corrispondenti o simili. In generale verranno descritte soltanto le differenze fra forme di realizzazione individuali. Se non diversamente specificato, la descrizione di una parte o di un aspetto in una forma di realizzazione si applica anche a una corrispondente parte o aspetto in un’altra forma di realizzazione.

[0024] La Fig.1 illustra una turbomacchina 100 secondo forme di realizzazione qui descritte, in una sezione schematica lungo una direzione assiale A di un rotore 10 della turbomacchina.

[0025] La turbomacchina 100 può essere un turbocompressore configurato per pressurizzare un fluido di processo, in particolare un gas di processo, come schematicamente illustrato in Fig.1. In altre forme di realizzazione, la turbomacchina può essere un espantore per espandere un fluido di processo, in particolare un gas di processo. In ancora ulteriori forme di realizzazione, la turbomacchina può essere una pompa configurata per pompare un fluido di processo, in particolare un gas o un liquido, da un ingresso ad un’uscita della turbomacchina. In ancora ulteriori forme di realizzazione, la turbomacchina può essere una turbina configurata per azionare un albero. Tuttavia, la presente descrizione non è limitata a questi esempi, e possono essere previsti ancora ulteriori tipi di turbomacchine.

[0026] La turbomacchina 100 può essere parte di una turbina a gas, di un impianto di potenza e/o di un sistema di liquefazione di gas. Sono possibili altre applicazioni.

[0027] La turbomacchina 100 può essere una turbomacchina isolata, in particolare un turbo-compressore isolato. In altre parole, rispetto ad una macchina integrata avente un’unità di azionamento ed un’unità di compressore integrate in un alloggiamento ermetico comune con un albero comune, la turbomacchina secondo alcune forme di realizzazione qui descritte può essere collegabile ad un’unità di azionamento, ad esempio un motore, che può essere fornito come unità separata con un alloggiamento separato. In particolare, può non essere prevista una connessione fluida diretta fra un interno dell’unità di azionamento e un interno della turbomacchina. In una turbomacchina isolata, può essere vantaggioso prevedere una tenuta eccellente tra l’interno della turbomacchina e un ambiente della turbomacchina, in particolare quando una porzione del rotore sporge dall’alloggiamento della turbomacchina in un ambiente circostante o in un alloggiamento adiacente.

[0028] Tra i vari tipi di turbo-compressori vi sono i compressori radiali o compressori centrifughi, i compressori assiali, e i compressori a flusso misto. In un compressore assiale, il fluido di processo può fluire attraverso una o più giranti in una direzione assiale sostanzialmente parallela all’albero. In un compressore centrifugo, il fluido di processo può fluire assialmente verso una girante, dove il gas viene deviato in una direzione radiale verso l’esterno.

[0029] Turbo-compressori possono essere provvisti di una girante singola, cioè di una configurazione a singolo stadio, o di una pluralità di giranti in serie, nel qual caso il compressore può essere definito compressore multi-stadio. Ciascuno stadio di un compressore comprende tipicamente un ingresso per il fluido di processo, una girante che è atta a fornire energia cinetica al fluido di processo e un’uscita che converte l’energia cinetica del fluido di processo in energia di pressione.

[0030] Come illustrato schematicamente in Fig.1, la turbomacchina 100 comprende un rotore 10 che si estende lungo la direziona assiale A ed è configurato per ruotare attorno ad un asse, e un alloggiamento 20 che circonda almeno una porzione del rotore 10. Il rotore 10 può comprendere una o più giranti 15 configurate per muovere il fluido di processo che fluisce attraverso l’una o più giranti 15.

[0031] Come ulteriormente mostrato in Fig.1, il rotore 10 comprende un lato condotto 12 che è configurato per essere collegato direttamente o indirettamente all’unità di azionamento (non mostrata in Fig.1) e un secondo lato 14 che è disposto in una direzione assiale opposta rispetto al lato condotto. In alcune forme di realizzazione, il secondo lato 14 del rotore può terminare all’interno dell’alloggiamento. Una o più giranti 15 del rotore possono essere disposte fra il lato condotto 12 e il secondo lato 14 del rotore.

[0032] Il termine “lato condotto del rotore” come qui utilizzato può essere inteso come una porzione del rotore opposta al secondo lato 14, in particolare fra la una o più giranti 15 del rotore e una estremità condotta 11 del rotore che è collegabile ad un’unità di azionamento (non mostrata in Fig.1). Il lato condotto 12 del rotore può essere non completamente sigillato dall’alloggiamento, così che l’estremità condotta 11 del rotore può essere collegata all’unità di azionamento che può essere prevista come ulteriore unità separata dalla turbomacchina 100. In particolare, l’estremità condotta 11 del lato condotto 12 può essere accessibile o può sporgere da un interno dell’alloggiamento 20 così che l’unità di azionamento può essere collegata ad essa direttamente o indirettamente, ad esempio tramite mezzi di trasmissione quali un ruotismo. In alcune forme di realizzazione, almeno un’ulteriore macchina, ad esempio un ulteriore turbo-compressore, può essere disposto fra l’unità di azionamento e la turbomacchina 100.

[0033] Il termine “secondo lato del rotore” come qui utilizzato può essere inteso come una porzione del rotore opposta al lato condotto del rotore, ad esempio una porzione comprendente una estremità assiale libera 13 del rotore. In alcune forme di realizzazione, il secondo lato 14 del rotore termina all’interno dell’alloggiamento 20 della turbomacchina (vedasi ad esempio Fig.1 e Fig.2). Ad esempio, il secondo lato 14 del rotore può estendersi fra l’estremità assiale libera 13 del rotore e una o più giranti 15 del rotore. Il secondo lato 14 del rotore può essere racchiuso dall’alloggiamento 20. In particolare, l’alloggiamento 20 può non soltanto circondare circonferenzialmente il secondo lato 14 del rotore, ma può anche coprire l’estremità frontale del secondo lato 14 così che l’alloggiamento può chiudere a tenuta completamente il secondo lato 14 del rotore rispetto ad un ambiente della turbomacchina.

[0034] In altre forme di realizzazione, il secondo lato 14 del rotore sporge dall’alloggiamento 20 della turbomacchina. In particolare sia il lato condotto 12, sia il secondo lato 14 possono sporgere dall’alloggiamento. Ad esempio, un’ulteriore turbomacchina che può anch’essa essere azionata dall’unità di azionamento, può essere disposta sul secondo lato 14 del rotore. In questi casi, il secondo lato 14 del rotore non è chiuso a tenuta dall’alloggiamento, ma un’ulteriore tenuta, ad esempio un’ulteriore tenuta a gas secco, può essere disposta sul secondo lato 14 del rotore, allo scopo di fare tenuta sul percorso del flusso principale 30 rispetto all’ambiente della turbomacchina. L’ulteriore tenuta a gas secco può essere disposta su un lato rivolto verso l’esterno del primo cuscinetto magnetico 50.

[0035] Nelle forme di realizzazione illustrate in Fig.1, l’estremità assiale libera 13 del rotore è circondata e chiusa a tenuta dall’alloggiamento, ma l’estremità condotta 11 del rotore può essere in collegamento di fluido con l’ambiente e/o può sporgere dall’alloggiamento. Per questa ragione, la turbomacchina 100 secondo alcune forme di realizzazione qui descritte può essere designata come turbomacchina “semiermetica”. Ad esempio, in Fig.1 il lato condotto 12 del rotore sul lato di sinistra sporge dall’alloggiamento, ma il secondo lato 14 del rotore sul lato destro è sigillato dall’alloggiamento, in particolare da una parete frontale 22 e da una parete laterale 23 dell’alloggiamento. In altre parole l’alloggiamento 20 esso stesso può agire da tenuta.

[0036] L’unità di azionamento può essere un motore, ad esempio un motore elettrico o un motore idraulico, una turbina, ad esempio una turbina a gas o una turbina a vapore, o un altro azionatore che è configurato per ruotare il rotore 10 della turbomacchina 100. Tuttavia, la presente descrizione non è limitata a questo. Ad esempio, la turbomacchina 100 può essere configurata come una turbina e l’unità di azionamento può essere una macchina ruotante che è azionata dalla turbina.

[0037] In alcune forme di realizzazione l’unità di azionamento è collegata in modo removibile al lato condotto 12 del rotore 10. Ad esempio, l’unità di azionamento può essere un motore che è disposto in un alloggiamento separato, in cui un albero di azionamento del motore può essere collegato all’estremità condotta 11 del rotore 10 della turbomacchina per azionare la turbomacchina. In alcune forme di realizzazione, un meccanismo di trasmissione, ad esempio un ruotismo, un azionamento a cinghia o altro appropriato mezzo di trasmissione della forza può essere collegato fra l’unità di azionamento e la turbomacchina. Pertanto, sul lato condotto 12 del rotore, il percorso di flusso principale 30 deve essere chiuso a tenuta rispetto all’ambiente che circonda l’estremità condotta 11 del rotore, poiché l’ambiente dell’estremità condotta può avere una pressione che è differente rispetto alla pressione all’interno del percorso di flusso principale 30.

[0038] La turbomacchina 100 comprende, inoltre, l’alloggiamento 20 che si estende almeno attorno ad una porzione del rotore 10. Il percorso di flusso principale 30 per il fluido di processo si estende fra il rotore 10 e l’alloggiamento 20. Il termine “alloggiamento” come qui utilizzato può essere inteso come riferito ad una pluralità di parti stazionarie della turbomacchina, che sono configurate per alloggiare e circondare il rotore 10, in cui fra il rotore e almeno una parte dell’alloggiamento è definito il percorso di flusso principale 30 del fluido di processo. Ad esempio, l’alloggiamento 20 può comprendere non soltanto una cassa esterna della turbomacchina, ma può inoltre comprendere lo statore della turbomacchina, in cui il percorso di flusso principale del gas di processo può almeno parzialmente estendersi fra lo statore e il rotore. Il termine “rotore” come qui utilizzato può essere inteso come riferirsi ad una disposizione di rotore comprendente un albero che si estende nella direzione assiale A, nonché una o più giranti 15 montate su di esso o integralmente formate con esso, che sono disposte all’interno dell’alloggiamento.

[0039] Una disposizione di tenuta 40, configurata per fare tenuta su uno spazio libero fra il rotore 10 e l’alloggiamento 20, è prevista sul lato condotto 12 del rotore. La disposizione di tenuta 40 può essere configurata per fare tenuta sul percorso di flusso principale 30 del turbo-compressore rispetto ad un ambiente del turbocompressore. Ad esempio, la disposizione di tenuta 40 può fornire una tenuta fra il percorso di flusso principale 30 e l’unità di azionamento che può essere collegata all’estremità condotta 11. La disposizione di tenuta 40 può ridurre o prevenire un flusso di fluido di processo dal percorso di flusso principale 30 attraverso il gioco fra il rotore e l’alloggiamento sul lato condotto, verso l’esterno della turbomacchina. La disposizione di tenuta 40 può ridurre o evitare una contaminazione del fluido di processo nel percorso di flusso principale 30 rispetto all’ambiente che circonda l’estremità condotta del rotore.

[0040] Una tenuta affidabile del gioco fra il rotore e l’alloggiamento sul lato condotto del rotore può essere difficile, in particolare quando può esistere un’elevata differenza di pressione fra il percorso di flusso principale 30 e l’ambiente circostante, ad esempio un ambiente esterno, in cui può sporgere l’estremità condotta del rotore.

[0041] In alcune forme di realizzazione, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione qui descritte, la disposizione di tenuta 40 può comprendere almeno una tenuta a gas secco. Una tenuta a gas secco è atta a fornire un’eccellente tenuta sul lato condotto del rotore.

[0042] Tenute a gas secco sono tipicamente applicate in compressori centrifughi per scopi di tenuta. Una tenuta a gas secco può essere configurata come una tenuta superficiale meccanica senza contatto comprendente un anello ruotante montato sul rotore e un anello stazionario montato sull’alloggiamento. Durante la rotazione della turbomacchina, una geometria di sostentamento dell’anello ruotante e/o dell’anello stazionario può generare una forza di sostentamento. Pertanto, l’anello ruotante può sollevarsi dall’anello stazionario e formare uno spazio di tenuta fra l’anello ruotante e l’anello stazionario.

[0043] Un gas di tenuta può essere iniettato nella tenuta a gas secco. Il gas di tenuta fornisce il fluido di lavoro per lo spazio di tenuta e aumenta le proprietà di tenuta fra il fluido di processo e l’ambiente circostante. In Fig.3 è rappresentato schematicamente un canale di gas di tenuta 41 per iniettare gas di tenuta. In alcune forme di realizzazione, sul lato interno della tenuta a gas secco può essere prevista una tenuta a labirinto, che può fornire una separazione fra il fluido di processo e il gas di tenuta. Un’ulteriore tenuta, quale un’ulteriore tenuta a labirinto, può essere disposta sul lato esterno della tenuta a gas secco, per separare il gas di tenuta dall’ambiente. In alcune forme di realizzazione, il gas di tenuta può essere un gas inerte.

[0044] La tenuta a gas secco può essere prevista come tenuta singola, come tenuta doppia o come tenuta multipla. Ad esempio, la tenuta a gas secco può comprendere una tenuta principale e una tenuta secondaria.

[0045] Il rotore 10 può essere supportato da cuscinetti ad entrambi i suoi lati. In particolare un primo cuscinetto può essere previsto per supportare il secondo lato 14 del rotore e un secondo cuscinetto può essere previsto per supportare il lato condotto 12 del rotore. Possono essere previsti ulteriori cuscinetti, ad esempio cuscinetti assiali e/o radiali.

[0046] Il primo cuscinetto, che supporta il secondo lato 14 del rotore, può essere un primo cuscinetto magnetico 50. Il primo cuscinetto magnetico 50 può essere disposto ad una breve distanza dall’estremità assiale libera 13 del rotore 10. Ad esempio, la distanza fra il primo cuscinetto magnetico 50 e l’estremità assiale libera 13 può essere 20 cm o meno, in particolare 10 cm o meno, più in particolare 2 cm o meno.

[0047] Il primo cuscinetto magnetico 50 può essere un cuscinetto magnetico attivo (AMB). Cuscinetti magnetici possono essere usati al posto di cuscinetti convenzionali lubrificati ad olio quali supporto ruotante assiale e/radiale del rotore. I cuscinetti magnetici funzionano sulla base di principi elettromagnetici per controllare spostamenti assiali e radiali del rotore. Il primo cuscinetto magnetico può comprendere almeno un elettromagnete comandato da un amplificatore di potenza che regola la tensione e quindi la corrente negli avvolgimenti dell’elettromagnete in funzione di un segnale di retroazione, che indica uno spostamento del rotore all’interno dell’alloggiamento. I cuscinetti magnetici possono non richiedere olio come lubrificante, così che la manutenzione complessiva del compressore può essere ridotta.

[0048] Secondo forme di realizzazione qui descritte, un passaggio di fluido 31 per una porzione del fluido di processo si estende dal percorso di flusso principale 30 attraverso uno spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico 50. In altre parole, il percorso di flusso principale 30 può essere aperto fluidamente verso lo spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico così che una porzione del fluido di processo può entrare nello spazio libero di cuscinetto 52 dal percorso di flusso principale 30. In particolare, la porzione del fluido di processo può fluire dal percorso di flusso principale 30, attraverso un gioco 32 fra il rotore e l’alloggiamento, dentro lo spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico.

[0049] La porzione del fluido di processo che entra nello spazio libero di cuscinetto 52 può essere usata per raffreddare il primo cuscinetto magnetico 50. In particolare, il fluido di processo può essere usato come fluido di raffreddamento per il primo cuscinetto magnetico 50. Almeno in alcune forme di realizzazione può non essere necessario un ulteriore fluido di raffreddamento per raffreddare il cuscinetto magnetico. Pertanto, la turbomacchina secondo forme di realizzazione qui descritte è semplificata rispetto a turbomacchine precedentemente utilizzate, che usavano un circuito di raffreddamento addizionale e/o canali di raffreddamento addizionali per raffreddare un cuscinetto sul secondo lato del rotore.

[0050] In alcune forme di realizzazione, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione qui descritte, il passaggio di fluido 31 si estende dal percorso di flusso principale 30 lungo un gioco 32 fra il rotore 50 e l’alloggiamento 20 attraverso lo spazio libero di cuscinetto 52 ed in particolare oltre l’estremità assiale libera 13 del rotore. Ad esempio, il passaggio di fluido 31 può estendersi attorno al secondo lato 14 del rotore, può circondare circonferenzialmente il rotore 10 e può racchiudere l’estremità assiale libera 13 del rotore. Una parete frontale 22 dell’alloggiamento 20 può separare e sigillare il passaggio di fluido 31 rispetto ad un ambiente della turbomacchina.

[0051] In alcune forme di realizzazione, sul secondo lato 14 del rotore può non essere prevista alcuna tenuta a gas secco, così che il fluido di processo può entrare nel gioco 32 fra il rotore e l’alloggiamento, che circonda il secondo lato 14 del rotore, senza essere bloccato da una tenuta a gas secco. In particolare, mentre la disposizione di tenuta 40 sul lato condotto 12 del rotore può essere configurata come una tenuta a gas secco, una ulteriore tenuta a gas secco può non essere prevista sul secondo lato 14 del rotore. Il secondo lato 14 del rotore può essere sigillato rispetto all’ambiente dalle pareti dell’alloggiamento che possono circondare il secondo lato 14 del rotore. In particolare, in alcune forme di realizzazione può non essere prevista un’ulteriore tenuta a gas secco per chiudere a tenuta un gioco fra il rotore e l’alloggiamento nella direzione assiale A fra l’una o più giranti 15 del rotore e il primo cuscinetto magnetico 50 e/o fra il primo cuscinetto magnetico 50 e l’estremità assiale libera 13 del rotore 10.

[0052] In alcune forme di realizzazione può non essere prevista alcuna tenuta a gas secco sul secondo lato 14 del rotore. Tuttavia, il percorso del flusso di fluido di processo può essere costretto o rastremato in una zona di transizione tra il percorso di flusso principale 30 e il passaggio di fluido 31, allo scopo di evitare che una gran parte del fluido di processo entri nel passaggio di fluido 31. Ad esempio, fra il percorso di flusso principale 30 e il passaggio di fluido 31 può essere prevista una barriera di flusso. In particolare, una transizione fra il percorso di flusso principale 30 e il passaggio di fluido 31 può essere configurata in modo tale che soltanto una piccola porzione del fluido di processo, ad esempio meno del 10% o meno del 5%, entri nel passaggio di fluido 31.

[0053] Quando non è prevista una tenuta a gas secco sul secondo lato 14 del rotore, la lunghezza del rotore può essere ridotta rispetto ad altre turbomacchine, che comprendono una tenuta a gas secco anche sul secondo lato del rotore. Inoltre, la complessità della turbomacchina può essere ridotta e la manutenzione può essere semplificata, poiché non si deve eseguire la manutenzione della tenuta a gas secco sul secondo lato del rotore. Inoltre, a causa della ridotta lunghezza dell’albero, il comportamento rotor-dinamico e l’efficienza della macchina possono essere migliorati. In particolare, un secondo lato esteso del rotore può portare a instabilità del rotore e può aumentare la potenza che è necessaria per ruotare il rotore a causa di un aumentato peso e/o un aumentato attrito del rotore. D’altro canto, un secondo lato del rotore che ha una lunghezza ridotta può migliorare il comportamento rotazionale del rotore e può aumentare l’affidabilità della macchina.

[0054] Inoltre, i costi possono essere ridotti, poiché il numero di tenute a gas secco è ridotto e l’energia per azionare la turbomacchina ad una predeterminata velocità di rotazione può essere ridotta. Ciò che è più importante, la quantità di gas inerte, gas di tenuta e/o gas di raffreddamento può essere ridotta, poiché non è necessario gas di tenuta per un’ulteriore tenuta a gas secco sul secondo lato, e/o non è richiesto ulteriore gas di raffreddamento per raffreddare il primo cuscinetto magnetico sul secondo lato del rotore.

[0055] Quando il secondo lato del rotore è completamente sigillato rispetto all’ambiente, si può ridurre o completamente evitare il trafilamento di fluido di processo dal passaggio di fluido 31 nell’ambiente. Ad esempio, una parete laterale 23 e/o una parete frontale 22 dell’alloggiamento 20 che circonda il secondo lato 14 del rotore può chiudere completamente a tenuta il passaggio del fluido 31 rispetto all’ambiente.

[0056] Secondo alcune forme di realizzazione, il raffreddamento del primo cuscinetto magnetico sul secondo lato 14 del rotore viene semplificato, poiché il primo cuscinetto magnetico può essere raffreddato con il fluido di processo che può entrare nello spazio libero di cuscinetto attraverso un gioco fra il rotore e l’alloggiamento, e non è necessaria alcuna ulteriore sorgente di raffreddamento e/o alcun canale di raffreddamento per introdurre fluido di raffreddamento verso il primo cuscinetto magnetico 50.

[0057] Come mostrato in Fig.1, almeno un secondo cuscinetto, in particolare un secondo cuscinetto magnetico 55, può essere previsto sul lato condotto 12, per supportare il lato condotto 12 del rotore 10. In particolare un primo cuscinetto magnetico attivo può essere previsto per supportare il secondo lato 14 del rotore e un secondo cuscinetto magnetico attivo può essere previsto per supportare il lato condotto 12 del rotore. Una o più giranti del rotore possono essere disposte fra il primo cuscinetto magnetico 50 e il secondo cuscinetto magnetico 55. In alcune forme di realizzazione, ciascun cuscinetto magnetico può comprendere almeno un cuscino assiale e almeno un cuscino radiale.

[0058] Come rappresentato in via esemplificativa in Fig.1, in alcune forme di realizzazione, il secondo cuscinetto magnetico 55 può essere disposto all’esterno della disposizione di tenuta 40, cioè in direzione assiale fra la disposizione di tenuta 40 e l’estremità condotta 11 del rotore. In altre forme di realizzazione, il secondo cuscinetto magnetico 55 può essere disposto all’interno della disposizione di tenuta 40, cioè nella direzione assiale fra la disposizione di tenuta 40 e una o più giranti, come mostrato in dettaglio qui di seguito.

[0059] La Fig.2 illustra una turbomacchina 200 secondo forme di realizzazione qui descritte in una sezione schematica lungo una direzione assiale A del rotore 10 della turbomacchina 200. La turbomacchina 200 della Fig.2 è simile alla turbomacchina 100 della Fig.1, così che può essere fatto riferimento alle spiegazioni di cui sopra, che non sono qui ripetute. Tuttavia, il posizionamento del secondo cuscinetto magnetico 55 e della disposizione di tenuta 40 sono differenti rispetto alla forma di realizzazione della Fig.1.

[0060] La turbomacchina 200 può essere almeno una di un compressore configurato per pressurizzare un fluido di processo, un espantore configurato per espandere un fluido di processo, e una pompa configurata per pompare il fluido di processo. Il rotore 10 può comprendere una o più giranti 15 che sono disposte in direzione assiale A fra un primo cuscinetto magnetico 50, che è previsto per supportare il secondo lato 14, e un secondo cuscinetto magnetico 55, che è previsto per supportare il lato condotto 12. In alcune forme di realizzazione, entrambi il primo cuscinetto magnetico 50 e il secondo cuscinetto magnetico 55 possono essere configurati come cuscinetti magnetici attivi.

[0061] La disposizione di tenuta 40, che è disposta sul lato condotto 12 del rotore per chiudere a tenuta uno spazio libero fra il rotore 10 e l’alloggiamento 20, può essere configurata come una tenuta a gas secco. In alcune forme di realizzazione in corrispondenza del secondo lato 14 del rotore può non essere prevista alcuna (ulteriore) tenuta a gas secco.

[0062] Secondo un aspetto della presente descrizione, il percorso di flusso principale 30 della turbomacchina 200 può essere aperto (fluidamente) verso lo spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico 50 sul secondo lato 14 del rotore, e il percorso di flusso principale 30 può essere ulteriormente aperto (fluidamente) verso un secondo spazio libero di cuscinetto 56 del secondo cuscinetto magnetico 55 sul lato condotto 12 del rotore. Ad esempio, il percorso di flusso principale 30 può essere in collegamento di fluido con gli spazi liberi di cuscinetto del primo e del secondo cuscinetto magnetico. In particolare, una porzione del fluido di processo può essere fatta fluire nello spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico 50 attraverso il passaggio di fluido 31, ed un’ulteriore porzione del fluido di processo può essere fatta fluire nel secondo spazio libero di cuscinetto 56 del secondo cuscinetto magnetico 55 attraverso un secondo passaggio di fluido 33, che è previsto sul lato condotto del rotore.

[0063] In alcune forme di realizzazione, il secondo passaggio di fluido 33 può estendersi dal percorso di flusso principale 30 attraverso il secondo spazio libero di cuscinetto 56 per raffreddare il secondo cuscinetto magnetico 55. Il secondo passaggio di fluido 33 può estendersi dal percorso di flusso principale 30 attraverso un gioco fra il rotore e l’alloggiamento verso il secondo spazio libero di cuscinetto 56 e verso una disposizione di tenuta 40 che può essere disposta sul lato esterno del secondo cuscinetto magnetico 55. La disposizione di tenuta 40 può bloccare un flusso di fluido di processo verso l’estremità condotta del rotore e può quindi terminare il secondo passaggio del fluido 33.

[0064] In alcune forme di realizzazione, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione qui descritte, il secondo cuscinetto magnetico 55 può essere disposto nella direzione assiale A tra la disposizione di tenuta 40 e il percorso di flusso principale 30, e il secondo passaggio di fluido 33 può estendersi fra il percorso di flusso principale 30 e la disposizione di tenuta 40. In particolare, il secondo cuscinet to magnetico può essere disposto fra la disposizione di tenuta 40 e una o più giranti 15.

[0065] Rispetto alla forma di realizzazione della Fig.1, le posizioni della disposizione di tenuta 40 e del secondo cuscinetto magnetico 55 possono essere scambiate, così che è possibile un raffreddamento diretto del secondo cuscinetto magnetico 55 con il fluido di processo.

[0066] Nella turbomacchina 200 della Fig.2 la disposizione di tenuta 40 può essere disposta sul lato condotto del rotore, e sul lato esterno della disposizione di tenuta 40 può non essere disposto alcun ulteriore cuscinetto. L’accessibilità della disposizione di fluido 40 può essere migliorata e la manutenzione della disposizione di tenuta 40 può essere facilitata. In particolare, la disposizione di tenuta può essere disposta adiacentemente a una parete laterale 24 dell’alloggiamento 20.

[0067] La Fig.3 mostra una turbomacchina 300 secondo forme di realizzazione qui descritte in una sezione schematica lungo una direzione assiale A del rotore 10 della turbomacchina 300.

[0068] La turbomacchina 300 può essere un compressore configurato per pressurizzare il fluido di processo. Il rotore 10 può comprendere una pluralità di giranti che sono disposte nella direzione assiale A sul rotore 10 fra un primo cuscinetto magnetico 50, che è previsto per supportare il secondo lato 14 del rotore, e un secondo cuscinetto magnetico 55, che è previsto per supportare il lato condotto 12 del rotore. Entrambi il primo cuscinetto magnetico 50 e il secondo cuscinetto magnetico 55 possono essere cuscinetti magnetici attivi.

[0069] Una disposizione di tenuta 40, in particolare una tenuta a gas secco, può essere disposta sul lato condotto 12 del rotore. In alcune forme di realizzazione, sul secondo lato 14 del rotore può non essere prevista alcuna tenuta a gas secco, e il secondo lato 14 del rotore può essere chiuso a tenuta e circondato da pareti 28 dell’alloggiamento 20 della turbomacchina. In altre forme di realizzazione, almeno un’ulteriore tenuta, in particolare un’ulteriore tenuta a gas secco, può essere disposta sul secondo lato 14 del rotore sul lato esterno del cuscinetto magnetico, e il secondo lato 14 può sporgere esternamente all’alloggiamento 20.

[0070] La turbomacchina 300 della Fig.3 può essere configurata come turbocompressore a giranti contrapposte. Il rotore 10 può comprendere una prima pluralità di giranti 315 ed una seconda pluralità di giranti 316 disposte fra il lato condotto 12 e il secondo lato 14 del rotore, e il percorso di flusso principale può comprendere una prima sezione di percorso di flusso 331 che si estende in una prima direzione di flusso principale X1 attraverso la prima pluralità di giranti 315, e una seconda sezione di percorso di flusso 332 che si estende in una seconda direzione di flusso principale X2 attraverso la seconda pluralità di giranti 316.

[0071] In alcune forme di realizzazione, la prima direzione di flusso principale X1 e la seconda direzione di flusso principale X2 possono essere direzioni opposte. Ad esempio la prima sezione di percorso di flusso 331 può estendersi generalmente dal secondo lato 14 del rotore 10 verso la porzione intermedia 312 del rotore, e la seconda sezione di percorso di flusso 332 può estendersi generalmente dal lato condotto 12 del rotore verso la porzione intermedia 312 del rotore.

[0072] In alcune forme di realizzazione, una barriera 340 può essere disposta nella porzione intermedia 312 del rotore, tra la prima pluralità di giranti 315 e la seconda pluralità di giranti 316, allo scopo di ridurre il flusso del fluido di processo attraverso uno spazio libero fra il rotore e l’alloggiamento in corrispondenza della porzione intermedia 312, dalla prima sezione di percorso di flusso 331 alla seconda sezione di percorso di flusso 332 e/o viceversa. La barriera 340 può comprendere una tenuta, come una tenuta a labirinto. La barriera può essere configurata per una prima pressione su un primo lato assiale della barriera e per una seconda pressione su un secondo lato assiale della barriera.

[0073] In alcune forme di realizzazione, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione qui descritte, la turbomacchina 300 può comprendere almeno un tamburo di bilanciamento configurato per compensare la spinta assiale del rotore 10, fornendo una differenza di pressione fra un lato di alta pressione e un lato di bassa pressione del tamburo di bilanciamento. Ad esempio, la barriera 340 fra la prima pluralità di giranti e la seconda pluralità di giranti può comprendere un tamburo di bilanciamento, in particolare comprendente una tenuta quale una tenuta a labirinto nello spazio libero fra il rotore e l’alloggiamento. In alternativa o in aggiunta, un tamburo di bilanciamento può essere disposto sul lato condotto del rotore e/o sul se condo lato del rotore.

[0074] Turbomacchine, in particolare turbo-compressori, possono essere soggetti ad una spinta assiale sul rotore provocata dalla pressione differenziale attraverso i vari stadi di compressore e dalla modifica del momento del fluido elaborato. Questa spinta assiale può essere almeno parzialmente compensata dal tamburo di bilanciamento e/o da un cuscinetto assiale. Poiché un cuscinetto assiale tipicamente può non essere caricato con l’intera spinta del rotore, il tamburo di bilanciamento può essere progettato per compensare una porzione della spinta, lasciando che un cuscinetto assiale (opzionale) supporti la spinta rimanente. In alcune forme di realizzazione può non essere necessario alcun cuscinetto assiale. Il tamburo di bilanciamento può essere implementato in forma di disco ruotante, spallamento o sporgenza che è montato sul rotore o che è realizzato di pezzo con il rotore. Ciascun lato del tamburo di bilanciamento può essere soggetto, durate il funzionamento, ad una pressione differente. In alcune forme di realizzazione, il diametro del tamburo di bilanciamento può essere scelto così da avere un carico assiale appropriato per evitare che il carico residuo sovraccarichi un cuscinetto assiale. Prevedere un tamburo di bilanciamento può essere vantaggioso in combinazione con uno o più cuscinetti magnetici, che possono non essere atti a supportare un sufficiente carico assiale del rotore. In alcune forme di realizzazione, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione qui descritte, la turbomacchina può comprendere un tamburo di bilanciamento disposto sul lato di alta pressione di almeno una girante.

[0075] In alcune forme di realizzazione, il tamburo di bilanciamento può essere previsto come gradino, disco o pistone di bilanciamento sul rotore. La forma del tamburo di bilanciamento non è particolarmente limitata, nella misura in cui il tamburo di bilanciamento sia atto a fornire una compensazione almeno parziale della spinta assiale del rotore. Una differenza di pressione può essere mantenuta fra un lato di alta pressione del tamburo di bilanciamento e un lato di bassa pressione del tamburo di bilanciamento. Il tamburo di bilanciamento può comprendere una tenuta del tamburo di bilanciamento configurata per mantenere la differenza di pressione tra il lato di alta pressione e il lato di bassa pressione del tamburo di bilanciamento. In alcune forme di realizzazione, la tenuta del tamburo di bilanciamento può essere una tenuta a labirinto. La tenuta del tamburo di bilanciamento può essere un componente ruotante che è fissato al rotore, o la tenuta del tamburo di bilanciamento può essere alternativamente un componente stazionario che è fissato ad una parte stazionaria dell’alloggiamento. In alcune forme di realizzazione, una prima parte della tenuta del tamburo di bilanciamento è fissata al rotore e una seconda parte della tenuta del tamburo di bilanciamento è fissata all’alloggiamento.

[0076] Il fluido di processo può fluire sequenzialmente attraverso la prima sezione del percorso di flusso 331 e la seconda sezione del percorso di flusso 332, e la pressione del fluido di processo può aumentare a gradini mentre fluisce attraverso la prima pluralità di giranti 315 e la seconda pluralità di giranti 316. In alcune forme di realizzazione, la prima sezione del percorso di flusso 331 e la seconda sezione del percorso di flusso 332 possono essere disposte in sequenza all’interno dell’alloggiamento 20 della turbomacchina 300. In alcune forme di realizzazione, almeno una sezione del percorso di flusso fra la prima sezione del percorso di flusso 331 e la seconda sezione del percorso di flusso 332 può svilupparsi all’esterno dell’alloggiamento. In ancora ulteriori forme di realizzazione, la prima sezione del percorso di flusso 331 e la seconda sezione del percorso di flusso 332 possono essere percorsi di flusso separati e/o fluidi di processo differenti possono fluire attraverso la prima e la seconda sezione del percorso di flusso.

[0077] Nella forma di realizzazione illustrata in Fig.3, la prima sezione del percorso di flusso 331 è una sezione di percorso di flusso a bassa pressione configurata per pressurizzare il fluido di processo da una pressione di ingresso ad una pressione intermedia, e la seconda sezione del percorso di flusso 332 è una sezione di percorso di flusso ad alta pressione configurata per pressurizzare il fluido di processo da una pressione intermedia ad una pressione di scarico. Sono possibili disposizioni differenti. Ad esempio, la prima e/o la seconda direzione principale di flusso possono essere invertite in alcune forme di realizzazione.

[0078] Come illustrato schematicamente in Fig.3, la prima sezione di percorso di flusso 331 è aperta fluidamente verso lo spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico 50 e/o nessuna tenuta a gas secco è prevista sul secondo lato 14 del rotore. La lunghezza del rotore fra l’estremità assiale libera 13 e la prima pluralità di giranti 315 può essere ridotta e la stabilità del rotore può essere migliorata. Un passaggio di fluido 31 può estendersi dalla prima sezione di percorso di flusso 331 attraverso un gioco fra il rotore e l’alloggiamento verso lo spazio libero di cuscinetto 52 per raffreddare il primo cuscinetto magnetico.

[0079] Nella forma di realizzazione della Fig.3, il secondo cuscinetto magnetico 55 è disposto sull’esterno rispetto alla disposizione di tenuta 40. In altre forme di realizzazione, le posizioni del secondo cuscinetto magnetico 55 e della disposizione di tenuta 40 possono essere scambiate. Un secondo passaggio di fluido può estendersi dalla prima sezione del percorso di flusso 332 attraverso il secondo spazio libero di cuscinetto del secondo cuscinetto magnetico 55, ad esempio attraverso un secondo gioco fra il rotore e l’alloggiamento, per raffreddare il secondo cuscinetto magnetico. A tale proposito si faccia riferimento alla forma di realizzazione illustrata nella Fig.2.

[0080] Secondo un ulteriore aspetto, viene prevista una disposizione di turbomacchina. La Fig.4A mostra una vista schematica di una disposizione di turbomacchina secondo alcune forme di realizzazione. La disposizione di turbomacchina comprende una turbomacchina 100 secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione qui illustrate, ed un’unità di azionamento 1000 che è direttamente o indirettamente collegata al lato condotto 12 del rotore 10 della turbomacchina per ruotare il rotore 10.

[0081] L’unità di azionamento 1000 può essere un motore, ad esempio un motore elettrico o un motore idraulico, una turbina, ad esempio una turbina a gas, o un altro dispositivo di azionamento.

[0082] La turbomacchina 100 può essere una turbomacchina “semi-ermetica” con un alloggiamento 20 che circonda e chiude a tenuta il secondo lato 14 del rotore 10 rispetto all’ambiente esterno. Il lato condotto 12 del rotore può sporgere da un interno dell’alloggiamento 20 della turbomacchina nell’ambiente che ha una pressione che è differente rispetto alla pressione all’interno della turbomacchina.

[0083] In alcune forme di realizzazione, la turbomacchina 100 può comprendere una disposizione di tenuta 40, in particolare una tenuta a gas secco, sul lato condotto 12 del rotore per fare tenuta sul percorso di flusso principale rispetto all’ambiente della turbomacchina. Sul secondo lato 14 del rotore può non essere prevista alcuna tenuta a gas secco.

[0084] La Fig.4B mostra una disposizione di turbomacchina secondo alcune forme di realizzazione qui descritte. La disposizione di turbomacchina comprende una turbomacchina 600 secondo alcune forme di realizzazione qui descritte, che non è configurata come turbomacchina “semi-ermetica”. Il rotore 10 può sporgere da entrambi i lati dell’alloggiamento 20 della turbomacchina 600. Un’ulteriore turbomacchina 700 che può essere o non essere configurata come turbomacchina “semi-ermetica” può essere disposta sul secondo lato 14 del rotore della turbomacchina 600. L’ulteriore turbomacchina 700 può essere configurata secondo una qualunque delle forme di realizzazione qui descritte.

[0085] In alcune forme di realizzazione, la turbomacchina 600 comprende una tenuta, in particolare una tenuta a gas secco, su entrambi i lati del rotore, cioè sul lato condotto 12 e sul secondo lato 14 opposto al lato condotto. Il lato del rotore 10 che è orientato verso l’unità di azionamento 1000 è il lato condotto 12 del rotore della turbomacchina 600, e il lato del rotore 10 che è rivolto verso l’ulteriore turbomacchina 700 è il secondo lato 14 della turbomacchina 600.

[0086] La turbomacchina 600 può avere due o più tenute a gas secco per fare tenuta fra l’interno della turbomacchina 600 e l’ambiente su entrambi i lati assiali del rotore.

[0087] In alcune forme di realizzazione la turbomacchina 600 può avere due cuscinetti magnetici, in particolare almeno un cuscinetto magnetico su ciascun lato del rotore 10. Almeno uno dei cuscinetti magnetici, in particolare il primo cuscinetto magnetico 50 sul secondo lato 14, può essere disposto all’interno delle tenute. Ad esempio, come schematicamente illustrato in Fig.4D, entrambi i cuscinetti magnetici possono essere disposti fra un lato interno della rispettiva tenuta su entrambi i lati del rotore. Uno e entrambi i cuscinetti magnetici possono essere direttamente raffreddati dal fluido di processo.

[0088] In alcune forme di realizzazione, almeno un cuscinetto magnetico può essere disposto all’esterno della rispettiva tenuta della turbomacchina 600.

[0089] In alcune forme di realizzazione, una pluralità di turbomacchine possono essere condotte dall’unità di azionamento 1000 e possono estendersi almeno parzialmente attorno al rotore 10, ad esempio in una disposizione lineare o treno, in cui almeno una delle turbomacchine può essere una turbomacchina semi-ermetica. Alcune o tutte le turbomacchine possono essere turbomacchine secondo forme di realizzazione qui descritte.

[0090] Secondo un ulteriore aspetto, viene descritto un metodo di funzionamento di una turbomacchina, in particolare una turbomacchina secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione qui descritte.

[0091] La Fig.5 è un diagramma di flusso di un metodo per il funzionamento di una turbomacchina secondo alcune forme di realizzazione. Nel riquadro 510 un rotore 10 della turbomacchina è azionato con un’unità di azionamento che è collegata ad un lato condotto 12 del rotore. L’unità di azionamento può essere un motore, ad esempio un motore elettrico o un motore idraulico. Il rotore 10 può comprendere una o più giranti che possono essere fissate al rotore fra il lato condotto e il secondo lato del rotore opposto al lato condotto.

[0092] Nel riquadro 520 un fluido di processo, quale un gas di processo, è convogliato lungo un percorso di flusso principale 30 che si estende almeno parzialmente fra il rotore 10 e l’alloggiamento 20, in cui uno spazio libero fra il rotore e l’alloggiamento è chiuso a tenuta sul lato condotto del rotore. Lo spazio libero può essere chiuso a tenuta con una disposizione di tenuta, in particolare una tenuta a gas secco. Un trafilamento del fluido di processo dal percorso di flusso principale attraverso un gioco fra il rotore e l’alloggiamento sul lato condotto può essere ridotto o essenzialmente evitato dalla tenuta a gas secco.

[0093] Nel blocco 530, un primo cuscinetto magnetico 50 che supporta il secondo lato 14 del rotore opposto al lato condotto 12 è raffreddato con una porzione del fluido di processo.

[0094] In alcune forme di realizzazione, la porzione del fluido di processo può essere fatta fluire dal percorso di flusso principale 30 lungo un passaggio di fluido 31 attraverso un gioco 32 fra il rotore e l’alloggiamento nello spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico 50. Pertanto, il primo cuscinetto magnetico 50 può essere raffreddato con una porzione del fluido di processo che può essere usata come fluido di raffreddamento per raffreddare il primo cuscinetto magnetico.

[0095] Sul secondo lato 14 del rotore può non essere prevista alcuna tenuta a gas secco. In particolare può non essere prevista alcuna tenuta a gas secco in una direzione assiale A fra l’estremità assiale libera 13 e il secondo lato 14 del rotore e una o più giranti 15 del rotore per chiudere a tenuta un gioco fra il rotore e l’alloggiamento.

[0096] In alcune forme di realizzazione, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione qui descritte, una porzione del fluido di processo può essere fatta fluire dal percorso di flusso principale 30 lungo un secondo passaggio di fluido 33 attraverso un gioco fra il rotore e l’alloggiamento in un secondo spazio libero di cuscinetto 56 di un secondo cuscinetto magnetico 55 sul lato condotto del rotore. Pertanto, il secondo cuscinetto magnetico 55 può essere raffreddato con una (ulteriore) porzione del fluido di processo che può essere usata come fluido di raffreddamento per raffreddare il secondo cuscinetto magnetico. In particolare, la disposizione di tenuta 40 può essere disposta sul lato esterno del secondo cuscinetto magnetico 55 e/o nessuna (ulteriore) tenuta a gas secco può essere disposta fra una o più giranti e il secondo cuscinetto magnetico 55 nella direzione assiale del rotore.

[0097] In alcune forme di realizzazione, rispettive porzioni del flusso di processo sono usate per raffreddare sia il primo cuscinetto magnetico 50 sul secondo lato, sia il secondo cuscinetto magnetico 55 sul lato condotto. In particolare, può non essere prevista alcuna sorgente addizionale di raffreddamento e/o circuito addizionale di raffreddamento per raffreddare i cuscinetti magnetici.

[0098] In alcune forme di realizzazione, il primo cuscinetto magnetico e/o il secondo cuscinetto magnetico possono comprendere rispettivamente almeno un cuscinetto magnetico assiale e/o almeno un cuscinetto magnetico radiale.

[0099] In alcune forme di realizzazione, una spinta assiale del rotore può essere compensata prevedendo una differenza di pressione fra un lato di alta pressione e un lato di bassa pressione di un tamburo di bilanciamento.

[0100] I cuscinetti magnetici possono riscaldarsi durante il funzionamento della turbomacchina. Pertanto, può essere ragionevole prevedere un passaggio di fluido per un fluido di raffreddamento attraverso gli spazi liberi di cuscinetto dei cuscinetti magnetici. Gli spazi liberi di cuscinetto di un cuscinetto magnetico possono essere disposti fra un anello del cuscinetto magnetico sul rotore ed un alloggiamento di cuscinetto che può circondare il rotore. L’anello può ruotare con il rotore durante il funzionamento della turbomacchina, mentre l’alloggiamento del cuscinetto può essere stazionario. Ad esempio, l’alloggiamento di cuscinetto può essere collegato all’alloggiamento 20 della turbomacchina. Lo spazio libero di cuscinetto del cuscinetto magnetico può circondare circonferenzialmente il rotore. Lo spazio libero di cuscinetto può circondare il complesso di rotore nella forma di un sottile fusto cilindrico.

[0101] Usando un mezzo di raffreddamento quale gas saturo ad una temperatura comparativamente bassa per raffreddare, vi è un rischio di condensazione di gas nello spazio libero di cuscinetto. Una condensazione del mezzo di raffreddamento nello spazio libero di cuscinetto può portare ad un accumulo di liquido nello spazio libero di cuscinetto. Questo può influenzare negativamente il cuscinetto magnetico nel tempo, impattando sulla stabilità del sistema e provocando un blocco dell’assieme del rotore.

[0102] Secondo alcune forme di realizzazione qui descritte, la turbomacchina può comprendere un passaggio di fluido configurato per alimentare una porzione del fluido di processo attraverso lo spazio libero di cuscinetto del cuscinetto magnetico per raffreddare il cuscinetto magnetico. In altre parole, il fluido di processo, che può tipicamente avere un’elevata pressione, è usato come mezzo di raffreddamento nello spazio libero di cuscinetto del cuscinetto magnetico. A causa dell’elevata pressione di gas e della temperatura potenzialmente elevata del fluido di processo nello spazio libero di cuscinetto, una condensazione nello spazio libero di cuscinetto può essere ridotta o completamente evitata. Possono essere ridotte o evitate instabilità del rotore.

[0103] Secondo forme di realizzazione qui descritte, che possono essere combinate con altre forme di realizzazione, viene descritta una turbomacchina. La turbomacchina comprende: un rotore 10 che si estende in una direzione assiale A e che comprende un lato condotto 12 configurato per essere collegato ad un’unità di azionamento e un secondo lato 14 opposto al lato condotto; una porzione stazionaria che si estende attorno ad almeno una porzione del rotore 10 ed in cui un percorso di flusso principale 30 per un fluido di processo si estende attraverso il rotore 10 e la porzione stazionaria, in cui il fluido di processo può passare alternativamente attraverso il rotore e la porzione stazionaria; una disposizione di tenuta 40 configurata per chiudere a tenuta uno spazio libero fra il rotore e la porzione stazionaria sul lato condotto 12 del rotore; e un primo cuscinetto magnetico 50 che supporta il secondo lato 14 del rotore, in cui un passaggio di fluido per una porzione del fluido di processo si estende dal percorso di flusso principale 30 attraverso uno spazio libero di cuscinetto 52 del primo cuscinetto magnetico 50.

[0104] Mentre ciò che precede riguarda forme di realizzazione della descrizione, possono essere concepite altre ed ulteriori forme di realizzazione della descrizione senza uscire dall’ambito principale della descrizione, il cui ambito è determinato dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

NUOVO PIGNONE TECNOLOGIE - S.R.L. a Firenze “TURBOMACCHINA E METODO PER IL FUNZIONAMENTO DI UNA TURBOMACCHINA” RIVENDICAZIONI 1) Una turbomacchina (100), comprendente: un rotore (10) che si estende in una direzione assiale (A) e comprendente un lato condotto (12), configurato per essere collegato ad un’unità di azionamento, ed un secondo lato (14) opposto al lato condotto; un alloggiamento (20) che si estende attorno almeno ad una porzione del rotore (10), in cui tra il rotore (10) e l’alloggiamento (20) si estende un percorso di flusso principale (30) per un fluido di processo; una disposizione di tenuta (40) configurata per chiudere a tenuta uno spazio libero fra il rotore (10) e l’alloggiamento (20), sul lato condotto (12) del rotore; e un primo cuscinetto magnetico (50) che supporta il secondo lato (14) del rotore; in cui un passaggio di fluido (31) per una porzione del fluido di processo si estende dal percorso di flusso principale (30) attraverso uno spazio libero di cuscinetto (52) del primo cuscinetto magnetico (50).
2) La turbomacchina secondo la rivendicazione 1, in cui il percorso di flusso principale (30) è aperto fluidamente verso lo spazio libero di cuscinetto (52) del primo cuscinetto magnetico, in particolare in cui il passaggio di fluido (31) si estende dal percorso di flusso principale (30) lungo un gioco (31) fra il rotore (10) e l’alloggiamento (20) attraverso lo spazio libero di cuscinetto (52) ed in particolare oltre una estremità assiale libera (13) del rotore.
3) La turbomacchina secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la disposizione di tenuta (40) comprende almeno una tenuta a gas secco.
4) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, che è configurata come turbomacchina semi-ermetica, in cui il secondo lato (14) del rotore termina nell’alloggiamento (20) ed è chiuso a tenuta dall’alloggiamento (20).
5) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui sul secondo lato (14) del rotore non è prevista alcuna tenuta a gas secco, in particolare in cui non è prevista alcuna tenuta a gas secco ulteriore per chiudere a tenuta un gioco fra il rotore e l’alloggiamento nella direzione assiale (A) fra una o più giranti (15) del rotore e il primo cuscinetto magnetico (50) e/o fra il primo cuscinetto magnetico (50) ed una estremità assiale libera (13) del rotore (10).
6) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la turbomacchina (100) è almeno una di un compressore configurato per pressurizzare un fluido di processo e una pompa configurata per muovere un fluido di processo.
7) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il rotore (10) comprende una o più giranti (15) disposte nella direzione assiale (A) fra il primo cuscinetto magnetico (50) e la disposizione di tenuta (40).
8) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un secondo cuscinetto magnetico (55) che supporta l’estremità condotta (12) del rotore (10).
9) La turbomacchina secondo la rivendicazione 8, in cui il secondo cuscinetto magnetico (55) è disposto nella direzione assiale (A) fra la disposizione di tenuta (40) e il percorso di flusso principale (30), in particolare fra la disposizione di tenuta (40) ed una o più giranti (15).
10) La turbomacchina secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui il percorso di flusso principale (30) è aperto fluidamente verso un secondo spazio libero di cuscinetto (56) del secondo cuscinetto magnetico (55), in particolare in cui un secondo passaggio del fluido (33) per una porzione del fluido di processo si estende dal percorso di flusso principale (30) attraverso il secondo spazio libero di cuscinetto (56) per raffreddare il secondo cuscinetto magnetico (55).
11) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la turbomacchina è un turbo-compressore a giranti contrapposte, in cui il rotore comprende una prima pluralità di giranti e una seconda pluralità di giranti disposte fra il lato condotto (12) e il secondo lato (14) del rotore, in cui il percorso di flusso principale (30) comprende una prima sezione di percorso di flusso che si estende in una prima direzione di flusso principale attraverso la prima pluralità di giranti e una seconda sezione di percorso di flusso che si estende in una seconda direzione di flusso principale attraverso la seconda pluralità di giranti, in cui la prima direzione di flusso principale e la seconda direzione di flusso principale hanno versi opposti.
12) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre almeno un tamburo di bilanciamento configurato per compensare una spinta assiale del rotore (10), prevedendo una differenza di pressione fra un lato di alta pressione e un lato di bassa pressione del tamburo di bilanciamento.
13) La turbomacchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui il lato condotto (12) e il secondo lato (14) del rotore sporgono dall’alloggiamento (20).
14) Una disposizione di turbomacchina, comprendente: una turbomacchina (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; e un’unità di azionamento (1000), in particolare un motore, collegata al lato condotto (12) del rotore (10) della turbomacchina (100) per ruotare il rotore (10).
15) La disposizione di turbomacchina secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre: almeno un’ulteriore turbomacchina, in particolare almeno un ulteriore turbocompressore, disposto fra la turbomacchina e l’unità di azionamento (1000), in cui il rotore si sviluppa attraverso un ulteriore alloggiamento della almeno una ulteriore turbomacchina.
16) Un metodo per il funzionamento di una turbomacchina, comprendente: azionare un rotore (10) della turbomacchina attraverso un’unità di azionamento collegata ad un lato condotto (12) del rotore; alimentare un fluido di processo lungo un percorso di flusso principale (30) che si estende fra un rotore (10) e un alloggiamento (20) della turbomacchina, in cui, sul lato condotto (12) del rotore, uno spazio libero fra il rotore e l’alloggiamento è chiuso a tenuta, in particolare con una tenuta a gas secco: e raffreddare un primo cuscinetto magnetico (50) che supporta un secondo lato (14) del rotore opposto al lato condotto (12) con una porzione del fluido di processo.
17) Il metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la porzione del fluido di processo viene fatta fluire dal percorso di flusso principale (30) lungo un passaggio di fluido (31) attraverso un gioco (32) fra il rotore e l’alloggiamento in uno spazio libero di cuscinetto (52) del primo cuscinetto magnetico (50).
18) Il metodo secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui non è prevista alcuna ulteriore tenuta a gas secco sul secondo lato (14) del rotore, in particolare in cui non viene prevista alcuna ulteriore tenuta a gas secco per fare tenuta su un gioco fra il rotore e l’alloggiamento in una direzione assiale (A) fra l’estremità assiale libera (13) del secondo lato (14) e una o più giranti (15) del rotore.
19) Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 16 a 18, comprendente inoltre: compensare una spinta assiale del rotore prevedendo una differenza di pressione fra un lato di alta pressione e un lato di bassa pressione di un tamburo di bilanciamento.