ITCO20120033A1

ITCO20120033A1 - Assieme magnetico incapsulato, metodo per spurgare un meato macchina rotante e impianto petrolifero / gassifero

Info

Publication number: ITCO20120033A1
Application number: IT000033A
Authority: IT
Inventors: Luca Lombardi
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-20
Also published as: RU2633609C2; JP2015522768A; RU2014149669A; CN104685240A; BR112014030318A2; KR20150021109A; AU2013279409B2; US20150295463A1; EP2861880B1; AU2013279409A1; EP2861880A1; WO2013189941A1; BR112014030318B8; BR112014030318B1; CA2875748A1

Description

ENCAPSULATED MAGNET ASSEMBLY, METHOD OF PURGING A GAP ROTARY MACHINE AND OIL/GAS PLANT DESCRIPTION -ASSIEME MAGNETICO INCAPSULATO, METODO PER SPURGARE UN MEATO MACCHINA ROTANTE E IMPIANTO PETROLIFERO / GASSIFERO

CAMPO TECNICO

Le realizzazioni dell’oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale ad assiemi magnetici incapsulati, metodi per spurgare un meato tra l'alloggiamento di incapsulamento di un assieme magnetico e la parte di una macchina, macchine rotanti e impianti petroliferi/gassiferi.

L'applicazione tipica di tali assiemi magnetici riguarda le parti con cuscinetti magnetici delle macchine.

ARTE NOTA

Il cuscinetto magnetico è un cuscinetto che supporta un carico utilizzando la levitazione magnetica.

I cuscinetti magnetici supportano le macchine senza contatto fisico; essi consentono, ad esempio, la levitazione dell'albero rotante di una macchina e il movimento relativo con un’attrito particolarmente ridotto e in assenza di usura meccanica.

II cuscinetto magnetico è composto da un assieme statore e un assieme rotore separati da un meato, spesso sotto forma di meato di aria e, più in generale, di gas; l'assieme statore di norma è composto da espansioni polari e bobine. Tali cuscinetti sono noti, ad esempio, dal brevetto US n.

5.095.237.

Va altresì sottolineato che l'assieme rotore può essere una parte della macchina rotante, ad esempio il perno di banco di un albero rotante.

I cuscinetti magnetici vengono utilizzati in applicazioni industriali tra cui produzione di corrente elettrica, raffinazione del petrolio, funzionamento di macchine utensili e condutture di gas naturale.

In determinate applicazioni industriali, i cuscinetti magnetici devono essere incapsulati (il termine comunemente utilizzato a livello industriale è "canned") in quanto i loro componenti possono entrare in contatto con fluidi corrosivi, come ad esempio gas acidi; questo significa che l'assieme statore del cuscinetto magnetico è generalmente dotato di un alloggiamento isolato. Tali cuscinetti sono noti, ad esempio, dalle applicazioni dei brevetti europei n. EP1967286, EP1967287, EP1967288, EP1967289.

Il meato comunemente utilizzato nei cuscinetti magnetici è alquanto piccolo, ad esempio 0,5 mm.

A causa del movimento relativo tra il rotore e lo statore, il fluido all'interno del meato tende ad assorbire l'energia dalla forza motrice del rotore, riducendo pertanto l'efficacia complessiva della macchina. L'energia assorbita viene di norma chiamata "perdita per trascinamento". L'energia assorbita viene convertita in calore, il quale aumenta la temperatura del fluido e di conseguenza le superfici circostanti del rotore e dello statore. La perdita per trascinamento è direttamente proporzionale alla densità del fluido, alla lunghezza assiale del cuscinetto e al meato tra rotore e statore. La perdita per trascinamento è altresì proporzionale alla quarta potenza del raggio del rotore del cuscinetto e alla terza potenza della velocità di rotazione; ciò implica che la perdita per trascinamento aumenti in base alle dimensioni del cuscinetto e alla velocità della macchina rotante. Nelle applicazioni dell'industria petrolifera e del gas, la perdita per trascinamento può facilmente raggiungere valori pari a migliaia di watt.

Poiché i cuscinetti magnetici presentano dei limiti relativi alle temperature operative volti a garantire affidabilità, disponibilità, manutenzione e margini di sicurezza alla macchina rotante, la perdita per trascinamento e i suoi effetti devono essere limitati e mantenuti sotto controllo.

Al fine di porre rimedio a tali problemi, è stato proposto di inserire un flusso di liquido all'interno del meato.

Tuttavia, a causa della piccola dimensione del meato, sono necessarie differenze elevate di pressione per spostare il fluido e/o il fluido si muove con relativa lentezza all'interno del meato.

La soluzione di raffreddamento del cuscinetto magnetico basata sull'uso di un flusso d'aria specifico viene descritta nel brevetto US n. 7.315.101 ; va altresì sottolineato che tale cuscinetto magnetico non è incapsulato. Al fine di ottenere un apparato con cuscinetto magnetico in cui venga esercitato un ampio effetto di raffreddamento mediante una semplice configurazione, le alette che formano il flusso d'aria diretto all'indietro sono disposte in una porzione posteriore e sul diametro esterno dell'albero rotante della macchina; è presente un generatore che trasforma il flusso d'aria prodotto dalla rotazione delle alette verso il flusso a vortice compresso; l'aria di raffreddamento viene prodotta dalia forza motrice dell’albero rotante; i percorsi specifici per il flusso d'aria di raffreddamento, mediante i quali l'aria di raffreddamento passa e si prolunga a livello assiale, vengono formati all'interno dell'albero rotante della macchina e più precisamente tra l'albero rotante della macchina e l'assieme rotore del cuscinetto magnetico (vedere ad es. FIG. 1), ovvero lontano dai meato.

Va altresì rilevato che il cuscinetto magnetico può essere considerato come realizzazione particolare di un assieme magnetico. Gli assiemi magnetici incapsulati sono noti, ad esempio, dalle richieste dei brevetti europei n. EP2448088 e EP2450585.

RIEPILOGO

È pertanto necessaria una soluzione che offra migliori prestazioni in termini di spurgo del gas nel meato nonché di raffreddamento degli assiemi magnetici.

Tale necessità è particolarmente evidente per i cuscinetti magnetici incapsulati che presentano maggiori limitazioni di progettazione rispetto ad altri assiemi magnetici.

Il primo aspetto della presente invenzione riguarda un assieme magnetico incapsulato.

In conformità alle relative realizzazioni, un assieme magnetico incapsulato è composto da almeno un'espansione polare e un alloggiamento di incapsulamento; almeno una porzione di tale alloggiamento di incapsulamento è adiacente ad almeno un’espansione polare. All'interno di tale alloggiamento di incapsulamento è presente almeno una cavità vicina ad almeno una porzione per l'inserimento del flusso del fluido.

Questi assiemi magnetici incapsulati possono trovare diverse applicazioni: non solo nei cuscinetti magnetici ma anche, ad esempio, nei rotori e/o statori di motori elettrici e generatori elettrici per l'industria del petrolio e del gas.

Di seguito sono spiegate alcune caratteristiche e varianti vantaggiose.

L'assieme magnetico incapsulato può comprendere almeno due espansioni polari; in tal caso, almeno due porzioni di tale alloggiamento di incapsulamento risultano rispettivamente adiacenti ad almeno due espansioni polari. Nell'alloggiamento di incapsulamento è inoltre presente una cavità vicina a entrambe le porzioni di tale alloggiamento di incapsulamento.

La cavità può avere una forma allungata; in questo caso, almeno due porzioni dell'alloggiamento di incapsulamento si trovano su lati diversi rispetto a detta cavità allungata.

L'assieme magnetico incapsulato può comprendere numerose espansioni polari; una molteplicità di porzioni di tale alloggiamento di incapsulamento può risultare adiacente alle espansioni polari.

L'assieme magnetico incapsulato può essere configurato in modo da risultare associato o collegato ad un altro assieme magnetico incapsulato identico o simile.

Almeno un'espansione polare può essere compresa in un magnete permanente oppure collegata a esso.

Almeno un'espansione polare può essere compresa in un elettromagnete oppure collegata a esso.

L'assieme magnetico incapsulato può essere configurato come assieme magnetico incapsulato rotante.

L'assieme magnetico incapsulato può essere configurato come assieme magnetico incapsulato non rotante.

L'assieme magnetico incapsulato può essere un componente dell'assieme statore-rotore.

L'assieme magnetico incapsulato può essere un componente di un assieme statore-rotore esterno-interno, ad esempio un assieme in cui i! rotore azionato mediante lo statore sia disposto all'interno di una cavità definita almeno in parte dallo statore.

L'assieme magnetico incapsulato può essere un componente di un assieme statore-rotore interno-esterno, ad esempio un assieme in cui lo statore azionato mediante il rotore sia disposto all'interno di una cavità definita almeno in parte dal rotore.

L'assieme magnetico incapsulato può essere un componente dell'assieme statore-rotore assiale, ovvero un assieme in cui l'assieme magnetico incapsulato e il complemento magnetico siano disposti in modo non parallelo rispetto all'asse del rotore, ad esempio in posizione ortogonale all'asse del rotore.

L'assieme magnetico incapsulato può essere un componente dell'assieme statore-rotore radiale, ovvero un assieme in cui l'assieme magnetico incapsulato e il complemento magnetico sono disposti in modo parallelo rispetto all'asse del rotore.

Un secondo aspetto della presente invenzione (che può essere considerato un'applicazione del primo aspetto) è il cuscinetto magnetico incapsulato. In conformità alle relative realizzazioni, il cuscinetto magnetico incapsulato comprende numerose espansioni polari e un alloggiamento di incapsulamento; una molteplicità di porzioni dell'alloggiamento di incapsulamento risulta adiacente alle espansioni polari. Nell'alloggiamento di incapsulamento è presente almeno un cavità vicino ad almeno una delle porzioni per l'inserimento del flusso del fluido.

Di seguito sono spiegate alcune caratteristiche e varianti vantaggiose.

Detto flusso di fluido è di norma un flusso di gas interno a un cuscinetto magnetico, in particolare in presenza di velocità di rotazione elevate.

All'interno di tale alloggiamento di incapsulamento sono inoltre presenti numerose cavità vicino a tali porzioni di alloggiamento per l'inserimento del flusso del fluido.

L’area totale di tali cavità è di norma compresa tra circa 0,3 e 0,7 volte l'area totale di detta molteplicità di porzioni; in questo modo viene garantito un idoneo supporto alla parte rotabile anche in presenza di cavità. Di preferenza, tali cavità sono circa 0,5 volte l'area totale di tale molteplicità di porzioni di alloggiamento.

Tale molteplicità di espansioni polari può essere disposta in modo circolare. Tale molteplicità di espansioni polari può estendersi a livello radiale.

Tale alloggiamento di incapsulamento può comprendere un manicotto cilindrico comprendente le porzioni dell'alloggiamento.

Questa molteplicità di porzioni di alloggiamento è tipicamente composta da una quantità di porzioni di alloggiamento compresa tra 8 e 32. Tale porzioni di alloggiamento di porzioni di alloggiamento è composta da una quantità di porzioni di alloggiamento compresa tra 16 e 24. Detta molteplicità di porzioni di alloggiamento è composta da circa 20 porzioni di alloggiamento. Dette cavità sono di norma più piccole di circa 4,0 mm. La profondità di tali cavità è compresa tra circa 1 ,5 e 3,5 mm. La profondità di tali cavità è di circa 2,5 mm.

L'alloggiamento di incapsulamento può comprendere una lastra di metallo con spessore compreso tra circa 0,4 e 1 ,0 mm; tale alloggiamento di incapsulamento comprende una lastra di metallo con spessore di circa 0,5 mm.

Dette cavità possono essere composte da una lastra metallica curvata, che presenta un raggio di curvatura compreso tra circa 0,5 e 1 ,5 mm.

Il cuscinetto magnetico incapsulato può comprendere ulteriori supporti per bobine; le cavità sono adiacenti a tali supporti per bobine.

Le cavità presentano un ingresso smussato per facilitare il flusso del fluido in dette cavità. L'ingresso smussato può essere ottenuto mediante arrotondamento con un raggio approssimativamente maggiore o uguale al prodotto tra 0,6 e il diametro idraulico di tali cavità.

L'alloggiamento di incapsulamento può comprendere una flangia di ingresso; in tal caso, la flangia di ingresso può avere forma anulare e l'arrotondamento può essere posizionato nel circolo interno di detto elemento anulare.

Le cavità possono presentare un'uscita smussata per facilitare il flusso del fluido da dette cavità; detta uscita smussata può essere ottenuta mediante arrotondamento con un raggio approssimativamente maggiore o uguale al prodotto tra 0,6 e il diametro idraulico di tali cavità.

L’alloggiamento di incapsulamento può comprendere una flangia di uscita; in tal caso, la flangia di uscita può avere forma anulare e tale arrotondamento può essere posizionato nel cerchio interno di tale elemento anulare.

L'alloggiamento di incapsulamento è tipicamente riempito con della resina. Un terzo aspetto della presente invenzione è il metodo di spurgo del meato tra un alloggiamento di incapsulamento di un cuscinetto magnetico e una parte rotante.

In conformità alle relative realizzazioni, il metodo di spurgo del meato tra l'alloggiamento di incapsulamento di un gruppo magnetico e la parte di una macchina si compone delle seguenti fasi:

- presenza di almeno una cavità nell'alloggiamento di incapsulamento adiacente al meato;

e

- inserimento del flusso di fluido nella cavità.

La parte può essere supportata da detto assieme magnetico.

L'alloggiamento di incapsulamento di un assieme magnetico può essere l'alloggiamento di incapsulamento di un cuscinetto magnetico.

La parte e l'alloggiamento possono essere mobili l'una rispetto all'altro; in particolare, la parte può ruotare rispetto all'alloggiamento.

Di seguito sono spiegate alcune caratteristiche e varianti vantaggiose.

Di norma, il metodo si compone delle seguenti fasi:

- presenza di numerose cavità in tale alloggiamento di incapsulamento adiacente al meato;

- inserimento del flusso di fluido in ciascuna di dette cavità.

Il meato è tipicamente compreso tra circa 0,2 e 1 ,2 mm ed è generalmente pari a circa 0,8 mm.

Le cavità sono di norma più piccole di circa 4,0 mm. La profondità di tali cavità è compresa tra circa 1 ,5 e 3,5 mm. La profondità di tali cavità è di circa 2,5 mm.

Le cavità si estendono a livello assiale.

Le cavità si estendono a livello assiale da un primo lato del cuscinetto magnetico verso un secondo lato del cuscinetto magnetico. In questo caso, viene stabilita una differenza di pressione tra il primo lato del cuscinetto magnetico e il secondo lato del cuscinetto magnetico; tale differenza di pressione può essere compresa nell'intervallo tra 0,05 e 10,0 bar.

Le cavità risultano diritte.

Le cavità possono essere disposte simmetricamente in un circolo.

Il metodo può comprendere un'ulteriore fase vantaggiosa che prevede la presenza di un ingresso smussato per facilitare il flusso di fluido nelle cavità.

Il metodo può comprendere un'ulteriore fase che prevede la presenza di un'uscita smussata per facilitare il flusso di fluido da dette cavità.

L'area totale di tali cavità è di norma compresa tra circa 0,3 e 0,7 volte l'area totale di detta molteplicità di porzioni; in questo modo viene garantito un idoneo supporto alla parte rotabile anche in presenza di cavità. Di preferenza, tali cavità sono circa 0,5 volte l'area totale di tale molteplicità di porzioni di alloggiamento.

L'assieme e/o il cuscinetto e/o il metodo enunciati precedentemente possono essere utilizzati vantaggiosamente per una macchina rotante, ovvero una macchina comprendente un albero rotante sostenuto da almeno due assiemi cuscinetto.

Di norma vengono utilizzati almeno due cuscinetti.

Deve essere presente almeno una cavità, ma la presenza di numerose cavità risulta vantaggiosa.

La macchina rotante può essere un compressore o un espansore.

La macchina rotante può essere un motore elettrico o un generatore elettrico.

Grazie agli assiemi magnetici incapsulati o ai cuscinetti magnetici di cui alla presente invenzione, è possibile fornire all'impianto petrolifero/gassifero macchine rotanti con velocità di rotazione estremamente elevate.

Grazie agli assiemi magnetici incapsulati o ai cuscinetti magnetici di cui alla presente invenzione, è possibile fornire all'impianto petrolifero/gassifero un sistema di raffreddamento altamente efficiente per gli assiemi magnetici o i cuscinetti magnetici incapsulati delle proprie macchine rotanti.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I disegni tecnici allegati alla descrizione dettagliata e dì cui costituiscono parte integrante, rappresentano realizzazioni della presente invenzione e, unitamente alla descrizione, spiegano tali realizzazioni. Nei disegni:

la Fig. 1 mostra in modo altamente schematico una prima sezione trasversale, longitudinale e parziale della realizzazione di un cuscinetto magnetico basata sulla presente invenzione;

la Fig. 2 mostra in modo altamente schematico una seconda sezione trasversale, iongitudinale e parziale della realizzazione di un cuscinetto magnetico basata sulla presente invenzione;

la Fig. 3 mostra in modo schematico e parziale le espansioni polari della realizzazione di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 2;

la Fig. 4 mostra in modo schematico e parziale le espansioni polari e le bobine della realizzazione di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 2 unitamente al perno di banco dell'albero;

la Fig. 5 mostra (vista trasversale) un primo dettaglio (contrassegnato con la lettera C in Fig. 4) della realizzazione di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 2;

la Fig. 6 mostra (vista longitudinale) un secondo dettaglio (sezione trasversale AA nella Fig. 4) della realizzazione di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 2;

la Fig. 7 mostra (vista longitudinale) un terzo dettaglio (sezione trasversale BB nella Fig. 4) della realizzazione di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 2;

e

la Fig. 8 mostra il diagramma di flusso concettuale di una realizzazione del metodo basata sulla presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai cuscinetti magnetici secondo quanto mostrato nei disegni allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l'invenzione; al contrario, l'ambito dell'invenzione viene definito dalle rivendicazioni accluse.

Va altresì sottolineato che nei disegni allegati le dimensioni talvolta risultano volutamente esagerate per una maggiore chiarezza; di conseguenza, esse non sono perfettamente in scala tra loro.

In tutta la descrizione dettagliata, il riferimento a "una realizzazione" indica che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una realizzazione è inclusa in almeno una realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una realizzazione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in una o più realizzazioni in qualsivoglia modalità appropriata.

La Fig. 1 mostra un cuscinetto magnetico 1 che supporta un albero rotante 2 (viene mostrato solo il perno di banco) di una macchina quale, ad esempio, un compressore o un espansore. In linea generale, una macchina rotante realizzata in conformità alla presente invenzione sarà composta da almeno due cuscinetti magnetici identici o simili, secondo le seguenti descrizioni e rivendicazioni.

La presente figura mostra il cuscinetto magnetico separato in un alloggiamento di incapsulamento 3 e una parte 4 incapsulata dall'alloggiamento 3.

L'alloggiamento 3 è composto da una sottile porzione del manicotto cilindrico e da due flange spesse a forma anulare unite alla porzione del manicotto sui lati opposti. Tra la porzione del manicotto e l'albero 2 è presente un piccolo meato, compreso ad esempio tra circa 0,2 e 1 ,2 mm. Va altresì rilevato che la Fig. 1 è una sezione trasversale altamente schematica di una realizzazione di un cuscinetto magnetico basata sulla presente invenzione e solo in posizioni specifiche.

Per altre posizioni specifiche, la sezione trasversale altamente schematica risulta simile a quella mostrata nella Fig. 2: al posto di un piccolo meato, è presente un passaggio 5 che corrisponde a una cavità nell'alloggiamento di incapsulamento 3 e, più specificamente, una cavità nella porzione del manicotto dell'alloggiamento di incapsulamento 3; la profondità di tale cavità può essere compresa, ad esempio, tra 1 ,0 e 4,0 mm.

Grazie al passaggio 5, il fluido può scorrere (vedere le frecce nella Fig. 2) alquanto facilmente da un lato 1 all'altro lato del cuscinetto 1 sia quando l’albero 3 risulta fermo sia, aspetto ancor più importante, quando l'albero 2 risulta fermo.

Per una migliore comprensione della Fig. 1 e della Fig. 2, può essere utile osservare la Fig. 4. Sebbene la Fig. 4 sia meno schematica rispetto alla Fig. I e alla Fig. 2, la Fig. 1 può essere considerata come vista in sezione trasversale AA mentre la Fig. 2 può essere considerata come vista in sezione trasversale BB. Da questa figura si evince che sono presenti numerosi meati e passaggi (ovvero cavità) e che la parte 4 comprende almeno un assieme di espansione polare 6 e bobine 7. L'assieme di espansione polare 6 comprende un corpo di assieme e numerose espansioni polari; le bobine 7 sono rispettivamente avvolte attorno alle espansioni polari.

II medesimo fluido è presente su entrambi i lati del cuscinetto 1 , nel meato e nel passaggio 5; durante la rotazione dell'albero 2 il fluido scorre non soltanto lungo i passaggi 5 (ovvero a livello assiale) ma anche dai meati ai passaggi adiacenti 5 (ovvero a livello tangente) e dai passaggi 5 ai meati adiacenti (ovvero a livello tangente). Grazie a tale disposizione o ad altre disposizioni simili, il fluido riscaldato nei meati può essere rimosso in modo efficace dal cuscinetto. Inoltre, il nuovo fluido freddo può essere alimentato all’interno del cuscinetto sia (direttamente) nei meati sia nei passaggi; si ottiene quindi un raffreddamento particolarmente efficace.

Per consentire la circolazione del fluido, si crea una differenza di pressione tra i due lati del cuscinetto 1. Il valore della differenza di pressione dipende da vari parametri di progettazione, ma sfrutta la presenza di passaggi relativamente ampi e non solo di meati stretti. Infatti, a causa dei passaggi ampi, il calo di pressione risulta decisamente inferiore rispetto alla soluzione proposta secondo l'arte nota precedente; questo significa che è possibile utilizzare una differenza di pressione inferiore per la circolazione del fluido.

Va altresì rilevato che le soluzioni proposte dall'arte nota precedente prevedevano un meato uniforme, di cui alla Fig. 1 , tutto attorno al perimetro del manicotto dell'alloggiamento di incapsulamento e senza cavità, come contrassegnato con il numero 5 nella Fig. 2 e nella Fig. 4.

La Fig. 3 mostra l'assieme di espansione polare 6 della realizzazione di cui alla Fig. 1 e alla Fig. 2.

L'assieme di espansione polare 6 comprende un corpo di assieme 60 e una molteplicità di espansioni polari 61 e 62. Il corpo di assieme 60 ha una forma toroidale. Le espansioni polari 61 e 62 fuoriescono dal corpo di assieme 60 e si estendono in modo radiale in direzione del centro della forma toroidale. Nella presente realizzazione specifica, talune espansioni polari 61 presentano una dimensione ridotta mentre alcune espansioni 62 presentano grandi dimensioni. In questa realizzazione specifica, tutte le espansioni polari 61 e 62 sono separate da spazi 63, in particolare della stessa dimensione, ricevendo l'avvolgimento delle bobine 7.

Nella Fig. 4, le bobine 7 vengono mostrate come le cavità 5 neli'alloggiamento di incapsulamento 3; ciascuna espansione polare presenta attorno ad essa il perno di avvolgimento.

Dalla Fig. 4 appare evidente che, nella superficie dell'alloggiamento di incapsulamento 3 davanti al perno di banco 2 (sostanzialmente cilindrico), le porzioni adiacenti al perno di banco 2 (in questa sede vie è solo un piccolo meato tra l'alloggiamento 3 e l'albero 2) sono alternate con le cavità 5.

Al fine di garantire il corretto supporto all'albero, l'area totale delle cavità non dovrebbe essere troppo grande rispetto all'area totale adiacente al perno di banco (ovvero le porzioni sopra menzionate). In questa realizzazione specifica, vi sono venti cavità 5 (e venti porzioni corrispondenti adiacenti del perno di banco), ciascuna delle quali corrisponde a un'ampiezza angolare di circa 6°, Pertanto, l'ampiezza complessiva delle cavità corrisponde a circa 120° mentre l'ampiezza generale del perno di banco è di circa 240°; questo significa che l'area totale delle cavità è circa 0,5 volte l'area totale delle porzioni adiacenti del perno di banco. In conformità con le realizzazioni alternative, l'area totale delle cavità risulta compresa tra circa 0,3 e 0,7 volte l'area totale delle porzioni adiacenti del perno di banco.

Il numero di cavità varia da una realizzazione all'altra; può, ad esempio, esservi un intervallo compreso tra 8 e 32 o, più specificamente, un intervallo compreso tra 16 e 24.

Una delle cavità 5 e la zona attigua vengono mostrate in dettaglio nella Fig. 5.

In aggiunta agli elementi già menzionati, la Fig. 5 mostra un "supporto della bobina" o "blocco della bobina" 8 e uno spazio riempito con della resina 9. Il supporto della bobina 8 è un componente meccanico utilizzato per mantenere due lati opposti di due bobine distinte 7 in posizione. Nella Fig. 4 i supporti delle bobine vengono mostrati come rettangoli neri, ma senza alcun segno di riferimento. La resina viene usata per il riempimento degli spazi vuoti al fine di garantire un idoneo isolamento elettrico e una corretta forza meccanica.

Analizzando la Fig. 5, lo spessore della lastra di metallo utilizzata per l'alloggiamento di incapsulamento 3 è compreso tra circa 0,4 e 1 ,0 mm e nello specifico è pari a circa 0,5 mm. Il meato piccolo tra il perno di banco 2 e l'alloggiamento di incapsulamento 3 (parte superiore e parte inferiore della Fig. 5) è compreso tra circa 0,2 e 1 ,2 mm e nello specifico è pari a 0,8 mm. La profondità della cavità 5 (relativa alla superficie esterna dei perno di banco 2) è più piccola di circa 4,0 mm, nello specifico tra circa 1 ,5 e 3,5 mm e più precisamente è pari a circa 2,5 mm. Il raggio di curvatura della lastra di metallo dell’alloggiamento di incapsulamento 3 è compreso tra circa 0,5 e 1 ,5 mm.

La cavità 5 viene ottenuta mediante la curvatura di una lastra di metallo. Al fine di evitare un'inutile pressione sul materiale, il raggio di curvatura (ad esempio 1 ,0 - 1 ,5 mm) vicino al perno di banco 2 su entrambi i lati della cavità 5 è maggiore rispetto al raggio di curvatura (ad esempio, 0,5 - 1 ,0 mm), lontano dal perno di banco 2 su entrambi i lati della cavità 5.

La cavità 5 è adiacente al supporto della bobina 8; in questo modo, l'azione meccanica sulla lastra di metallo 3 (alquanto sottile) dovuta al flusso sotto pressione nella cavità 5 viene controbilanciata dal supporto della bobina 8. Di seguito, le cavità 5 vengono descritte relativamente all'estensione longitudinale e pertanto con riferimento generale alla Fig. 1 e alla Fig. 2 e, nel dettaglio, alla Fig. 6 e alla Fig. 7.

Le cavità 5 sono diritte e sono disposte tra i due lati opposti del cuscinetto 1.

Di preferenza, esse presentano ingressi smussati per facilitare il flusso del fluido nelle cavità 5, come mostrato nella Fig. 7. Preferibilmente, le cavità presentano inoltre un'uscita smussata per facilitare il flusso de! fluido dalle cavità 5 (non illustrato nelle figure).

L'ingresso e l'uscita smussate di una cavità possono essere composte da un arrotondamento con raggio approssimativamente maggiore o uguale al prodotto tra 0,6 e il "diametro idraulico" della cavità corrispondente. Il "diametro idraulico" di un canale è il rapporto tra l'area della sezione trasversale del canale moltiplicata per quattro e il perimetro bagnato della sezione trasversale del canale. Con riferimento alla realizzazione specifica di cui alle Figure 5, 6 e 7, il raggio è pari a circa 1 ,8 mm.

Nella realizzazione illustrate nelle figure, l'alloggiamento di incapsulamento 3 comprende sia la flangia di ingresso (32 nella Fig. 6 e nella Fig. 7) sia la flangia di uscita. Entrambe le flange hanno una forma anulare e vengono mostrate anche nella Fig. 1 e nella Fig. 2, ma senza alcun numero di riferimento. Lo spessore delle flange 32 è decisamente superiore rispetto allo spessore della porzione del manicotto 31 deH’alloggiamento di incapsulamento; ad esempio, esso può essere compreso tra circa 3 e 7 mm. In questo caso, l'arrotondamento 33 è posizionato nel circolo interno dell'elemento anulare.

Dalla Fig. 6 e dalla Fig. 7 si evince che la resina 9 non è posizionata solo nello spazio vuoto tra le bobine 7 (come illustrato nella Fig. 5), ma anche in altri spazi vuoti, in modo da eliminarli dal cuscinetto magnetico incapsulato. Uno o più cuscinetti magnetici incapsulati in conformità alla presente invenzione risultano particolarmente utili per quelle applicazioni in cui il diametro del perno di banco sia, ad esempio, compreso tra 100 e 300 mm e la velocità di rotazione risulti alquanto elevata e sia, ad esempio, compresa tra 8.000 e 12.000 RPM. La presente invenzione è stata appositamente concepita per l'applicazione nell'industria petrolifera e del gas.

Le realizzazioni del cuscinetto magnetico incapsulato appena descritte implementano i metodi di spurgo di un meato tra l'alloggiamento di incapsulamento di un cuscinetto magnetico e, ad esempio, la parte di una macchina rotante, in cui la parte risulta supportata in assetto girevole dal cuscinetto magnetico.

Il diagramma di flusso di cui alla Fig. 8 corrisponde alla realizzazione specifica di questo metodo.

Il metodo di cui alla Fig. 8 comprende le seguenti fasi:

- presenza di cavità nell'alloggiamento di incapsulamento (fase 801), disposta tra i due lati del cuscinetto e adiacente al meato tra l'alloggiamento di incapsulamento e il perno di banco;

- presenza di un ingresso smussato per le cavità (fase 802);

- presenza di un'uscita smussata per le cavità (fase 803);

- presenza di una differenza di pressione tra i due lati del cuscinetto (fase 804);

- inserimento flusso del fluido nelle cavità (fase 805).

In base all'applicazione, la differenza di pressione può essere compresa ad esempio tra 0,05 e 10,0 bar.

Grazie ai cuscinetti magnetici incapsulati secondo la presente invenzione, è possibile fornire ad un impianto per applicazioni nell'industria petrolifera e del gas (ovvero specializzata nel trattamento di petrolio e/o gas) macchine rotanti con velocità di rotazione estremamente elevate, ovvero motori elettrici e/o compressori e/o espansori. Ad esempio, la velocità di rotazione può superare i 12,000 RPM (menzionati in precedenza) e raggiungere i 20.000 RPM.

Grazie ai cuscinetti magnetici incapsulati in base alla presente invenzione, è possibile fornire ad un impianto per applicazioni nell'industria petrolifera e del gas (ovvero specializzata nel trattamento di petrolio e/o gas) un sistema di raffreddamento altamente efficiente per i cuscinetti magnetici incapsulati delle macchine rotanti. È infatti necessaria una minore quantità di fluido di raffreddamento e/o una pressione inferiore del fluido di raffreddamento rispetto alle soluzioni proposte dal'arte nota precedente.

Claims

CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Un assieme magnetico incapsulato composto da almeno un'espansione polare e un alloggiamento di incapsulamento, dove almeno una porzione dell'alloggiamento di incapsulamento risulti adiacente ad almeno un'espansione polare e all'interno di tale alloggiamento di incapsulamento sia presente almeno una cavità vicina ad almeno una porzione per l'inserimento del flusso del fluido, 2. L’assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 comprendente almeno due espansioni polari, dove almeno due porzioni di tale alloggiamento di incapsulamento risultino rispettivamente adiacenti ad almeno due espansioni polari e dove sia presente una cavità nell'alloggiamento di incapsulamento vicina a entrambe le porzioni dell'alloggiamento di incapsulamento. 3. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 2, dove la forma della cavità risulti allungata e almeno due porzioni dell'alloggiamento di incapsulamento si trovino su lati diversi rispetto alla cavità di forma allungata. 4. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , ovvero un cuscinetto magnetico incapsulato e comprendente numerose espansioni polari e un alloggiamento di incapsulamento, dove le numerose porzioni di detto alloggiamento di incapsulamento risultino adiacenti a tali espansioni polari e dove sia presente almeno una cavità nell'alloggiamento di incapsulamento vicino ad almeno una delle porzioni per l'inserimento del flusso del fluido. 5. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , dove siano presenti numerose cavità vicino alle porzioni di alloggiamento per l'inserimento dei flussi di fluido. 6. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , dove l'area totale di tali cavità sia compresa tra 0,3 e 0,7 volte l'area totale delle porzioni. 7. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , dove il numero di porzioni dell'alloggiamento sia compreso tra 8 e 32. 8. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , dove la profondità delle cavità risulti inferiore a circa 4,0 mm. 9. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , comprendente ulteriori supporti della bobina e dove tali cavità risultino adiacenti ai supporti della bobina. 10. L'assieme magnetico incapsulato di cui alla rivendicazione 1 , dove tali cavità presentino ingressi smussati e/o uscite smussate per facilitare il passaggio del flusso del fluido attraverso le cavità. 11. Un metodo di spurgo del meato tra l'alloggiamento di incapsulamento di un assieme magnetico e la parte di una macchina, comprendente le seguenti fasi: - presenza di una o più cavità nell'alloggiamento di incapsulamento adiacente al meato; - inserimento del flusso di fluido in una o più cavità. 12. Il metodo di cui alla rivendicazione 11 , dove l'alloggiamento di incapsulamento di un assieme magnetico sia l'alloggiamento di incapsulamento di un cuscinetto magnetico e dove la parte della macchina sia supportata in assetto girevole dal cuscinetto magnetico. 13. Il metodo di cui alla rivendicazione 12, dove le cavità si estendano da un primo lato a un secondo lato del cuscinetto magnetico e dove si crei una differenza di pressione tra il primo lato e il secondo lato del cuscinetto magnetico. 14. Una macchina rotante composta da almeno un assieme magnetico incapsulato, dove detto assieme magnetico incapsulato comprenda almeno un'espansione polare e un alloggiamento di incapsulamento, almeno una porzione di tale alloggiamento di incapsulamento risulti adiacente ad almeno un'espansione polare e sia presente almeno una cavità all'interno dell'alloggiamento di incapsulamento vicino ad almeno una porzione per l'inserimento del flusso del fluido. 15. Un impianto petrolifero/gassifero con macchine rotanti a velocità di rotazione estremamente elevate. 16. Un impianto petrolifero/gassifero comprendente gli assiemi magnetici incapsulati con un sistema di raffreddamento altamente efficiente per detti assiemi magnetici incapsulati. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. An encapsulated magnet assembly comprising at least one pole piece and an encapsulation housing, wherein at least one portion of said encapsulation housing is adjacent to said at least one pole piece and wherein at least one recess is provided in said encapsulation housing next to said at least one portion for establishing fluid flow.
2. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , comprising at least two pole pieces, wherein at least two portions of said encapsulation housing are adjacent respectively to said at least two pole pieces and wherein a recess is provided in said encapsulation housing next to both of said at least two portions of said encapsulation housing.
3. The encapsulated magnet assembly of claim 2, wherein said recess is elongated, and wherein said at least two portions of said encapsulation housing are on different sides with respect to said elongated recess.
4. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , being an encapsulated magnet bearing and comprising a plurality of pole pieces and an encapsulation housing, wherein a plurality of portions of said encapsulation housing are adjacent to said pole pieces and wherein at least one recess is provided in said encapsulation housing next to at least one of said portions for establishing fluid flow.
5. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , wherein a plurality of recesses are provided in said encapsulation housing next to said housing portions for establishing fluid flows.
6. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , wherein the total area of said recesses is between about 0.3 and about 0.7 times the total area of said plurality of portions.
7. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , wherein said plurality of housing portions consist of between 8 and 32 housing portions.
8. The encapsulated magnetic assembly of claim 1 , wherein the depth of said recesses is smaller than about 4.0 mm.
9. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , comprising further coil supports, and wherein said recesses are adjacent to said coil supports.
10. The encapsulated magnet assembly of claim 1 , wherein said recesses have a beveled inlet and/or a beveled output for facilitating said fluid flow into and/or out of said recesses.
11. A method of purging a gap between an encapsulation housing of a magnet assembly and a part of a machine, comprising the steps of : - providing one or more recesses in said encapsulation housing adjacent to said gap, and - establishing a fluid flow in said one or more recesses.
12. The method of claim 11 , wherein said encapsulation housing of a magnet assembly is an encapsulation housing of a magnetic bearing, and wherein said part of a machine is rotatably supported by said magnetic bearing.
13. The method of claim 12, wherein said recesses extend from a first side of said magnetic bearing to a second side of said magnetic bearing, and wherein a pressure difference is established between the first side of said magnetic bearing and the second side of said magnetic bearing.
14. A rotary machine comprising at least one encapsulated magnet assembly, said encapsulated magnet assembly comprising at least one pole piece and an encapsulation housing, wherein at least one portion of said encapsulation housing is adjacent to said at least one pole piece and wherein at least one recess is provided in said encapsulation housing next to said at least one portion for establishing fluid flow.
15. An oil/gas plant with extremely high rotation speed rotary machines.
16. An oil/gas plant comprising machines comprising encapsulated magnet assemblies with a highly efficient cooling system for said encapsulated magnet assemblies.