FR2552498A1 - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine de la construction des turbocompresseurs et a notamment pour objet un compresseur centrifuge. The present invention relates to the field of construction of turbochargers and in particular relates to a centrifugal compressor.
L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale an réglagepour une vitesse de rotation constante de la roue mobile, du débit des compresseurs centrifuges destinés au traDsport de gaz naturel par gazoducs. The invention can be applied with maximum efficiency by adjusting, for a constant speed of rotation of the movable wheel, the flow rate of centrifugal compressors intended for the transport of natural gas by pipelines.
A l'heure actuelle, dans la pratique mondiale de la construction des turbocompresseurs, le problème de l'adaptation de la caractéristique d'un compresseur centrifuge à roue mobile tournant à vitesse constante à la caractéristique du gazoduc a pris une importance particulière, par suite des prescriptions de plus en plus sévères concernant le transport économique du gaz du lieu de production à l'utilisateur. At the present time, in the world practice of the construction of turbochargers, the problem of adapting the characteristic of a centrifugal compressor with a moving wheel rotating at constant speed to the characteristic of the pipeline has taken on particular importance, consequently increasingly stringent requirements concerning the economical transport of gas from the place of production to the user.
Les tentatives visant à résoudre ce problème ont abouti, dès les années cinquante, à la création du compresseur centrifuge à distributeur (cf., par exemple, "Les compresseurs centrifuges et axiaux, les soufflantes et les ventilateurs" par AIe Stepanov, Moscou 1960, p. 305, fig. 191) et à débit réglable pour une vitesse de rotation constante de la roue mobile. Attempts to solve this problem led, in the 1950s, to the creation of the centrifugal compressor with distributor (cf., for example, "Centrifugal and axial compressors, blowers and fans" by AIe Stepanov, Moscow 1960, p. 305, fig. 191) and with adjustable flow for a constant speed of rotation of the moving wheel.
Ce compresseur connu comprend un corps du type en barillet ("barrel type") le long de llaxe longitudinal duquel est montée une tubulure axiale d'aspiration dont un bout est raccordé à la conduite d'aspiration, et le second bout, à la partie d'écoulement de la roue mobile. La roue mobile est montée en porte-à-faux sur un arbre qui est disposé coaxialement à l'intérieur dudit corps. This known compressor comprises a barrel type body ("barrel type") along the longitudinal axis of which is mounted an axial suction pipe, one end of which is connected to the suction pipe, and the second end, to the part of the moving wheel. The movable wheel is mounted in cantilever on a shaft which is arranged coaxially inside said body.
Dans la cavité de la tubulure d'aspiration, sont disposées les aubes du distributeur, montées à égale distance l'une de l'autre suivant sa périphérie, et dont chacune est montée sur la paroi de la tubulure axiale d'aspiration de façon à être orientable autour d'un axe longitudinal perpendiculaire à l'axe longitudinal du compressellr. Pour l'orien taticn des aubes autour de leurs axes longitudinaux respectifs, est prévu un dispositif se présentant sous forme d'un mécanisme planétaire ou articulé de conception compliquée, transmettant aux aubes le couple moteur, par exemple, d'un servomoteur. In the cavity of the suction pipe, are arranged the vanes of the distributor, mounted at equal distance from each other along its periphery, and each of which is mounted on the wall of the axial suction pipe so as to be orientable around a longitudinal axis perpendicular to the longitudinal axis of the compressor. For the taticn orientation of the blades around their respective longitudinal axes, a device is provided in the form of a planetary or articulated mechanism of complicated design, transmitting to the blades the motor torque, for example, of a servomotor.
Le réglage Qu débit de ce compresseur connu, pour une vitesse de rotation constante de sa roue mobile, s'effectue par orientation des aubes autour de leurs axes longitudinaux d'un angle prédéterminé. Il s'ensuit une prérotation du flux arrivant à l'aubage de la roue mobile. The adjustment Qu flow of this known compressor, for a constant speed of rotation of its movable wheel, is effected by orientation of the blades around their longitudinal axes by a predetermined angle. It follows a pre-rotation of the flow arriving at the blade of the moving wheel.
Quand le sens de la projection du vecteur de vitesse absolue sur la direction de la vitesse circonférentielle coïncide avec le sens du vecteur de vitesse circonférentielle, il se produit, conformément à l'équation d'Euler connue, une diminution de la pression engendrée par la roue mobile. When the direction of the projection of the absolute velocity vector on the direction of the circumferential velocity coincides with the direction of the circumferential velocity vector, there occurs, in accordance with the known Euler equation, a decrease in the pressure generated by the movable wheel.
L'adaptation de la caractéristique du compresseur connu aux variations de la caractéristique du gazoduc (branchement ou débranchement d'utilisateurs supplémentaires, causes saisonnières, variations des propriétés physicochimiques du fluide véhiculé, etc.) s'accompagne d'un accroissement de la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz, par suite de l'apparition et de l'intensification de l'effet de décollement du flux aux aubes du distributeur, au fur et à mesure de la variation du débit. The adaptation of the characteristic of the known compressor to variations in the characteristic of the pipeline (connection or disconnection of additional users, seasonal causes, variations in the physicochemical properties of the fluid transported, etc.) is accompanied by an increase in specific consumption. energy for the compression of the gas, as a result of the appearance and intensification of the effect of separation of the flow from the vanes of the distributor, as the flow rate varies.
En outre, quand le débit du compresseur connu est optimal, son rendement diminue car les aubes orientables restent en permanence dans le flux, en l'étranglant dans une certaine mesure dans la tubulure axiale d'aspiration, ce qui augmente les pertes d'énergie. De plus, la présence permanente de l'aubage dans le flux provoque des pertes supplémentaires par chocs, du fait de l'augmentation de l'angle d'attaque du flux arrivant à l'aubage, des pertes supplémentaires aux arêtes de sortie des aubes et, enfin, une augmentation des pertes par frottement du flux sur les surfaces de l'aubage. In addition, when the flow rate of the known compressor is optimal, its efficiency decreases because the adjustable vanes remain permanently in the flow, by strangling it to a certain extent in the axial suction pipe, which increases the energy losses. . In addition, the permanent presence of the blade in the flow causes additional impact losses, due to the increase in the angle of attack of the flow arriving at the blade, additional losses at the outlet edges of the blades. and, finally, an increase in friction losses of the flux on the surfaces of the blading.
Les sillages tourbillonnaires en aval des aubes du distributeur monté à proximité immédiate et en amont de la roue mobile engendrent des processus non staticnnaires dans la roue mobile et dans les éléments de la partie d'écoulement du compresseur situés en aval de la roue, ce qui abaisse la fiabilits mécanique du compresseur. The swirling wakes downstream of the vanes of the distributor mounted in the immediate vicinity and upstream of the moving wheel generate non-static processes in the moving wheel and in the elements of the flow part of the compressor located downstream of the wheel, which lowers the mechanical reliability of the compressor.
La plage de réglage du débit du compresseur, obtenue en utilisant des aubes orientables à son entrée, est limitée par l'angle d'orientation possible des aubes autour de leurs axes longitudinaux. Plus l'angle d'orientation des aubes est grand, plus l'effet perturbateur de l'aubage sur le flux est fort, d'où des pertes plus grandes et une consommation spécifique d'énergie plus élevée pour la compression du gaz. The range of adjustment of the compressor flow rate, obtained by using adjustable blades at its inlet, is limited by the possible angle of orientation of the blades around their longitudinal axes. The greater the angle of orientation of the blades, the greater the disruptive effect of the vane on the flow, resulting in greater losses and a higher specific energy consumption for the compression of the gas.
Les aubes du distributeur subissent dans le compresseur connu des charges statiques et dynamiques importantes, ce qui complique le mécanisme d'orientation des aubes et requiert la fixation des aubes à l'élément porteur sans jeux tout en conservant leur mobile autour de l'axe longitudinal. La réalisation de toutes les conditions requises dans une pleine mesure est compliquée, et il est plus compliqué encore de conserver l'aptitude au fonctionnnement du distributeur dans les conditions d'exploitation, quand le gaz à cornprimer est fortement chargé d'impuretés solides, dérangeant le fonctionnement du distributeur, par exemple par suite de l'érosion. The distributor vanes undergo in the known compressor significant static and dynamic loads, which complicates the mechanism of orientation of the vanes and requires the attachment of the vanes to the carrier element without play while retaining their movement around the longitudinal axis. . The fulfillment of all the conditions required to a full extent is complicated, and it is even more complicated to maintain the ability of the dispenser to function under operating conditions, when the gas to be compressed is heavily loaded with solid impurities, disturbing the operation of the dispenser, for example as a result of erosion.
Tous les facteurs énumérés diminuent l'économie que procure l'utilisation dans les gazoducs de compresseurs centrifuges à débit réglable à vitesse de rotation con- stante de la roue mobile. All of the factors listed reduce the economics of using adjustable flow centrifugal compressors at constant speed of the moving wheel in gas pipelines.
On connaît un compresseur centrifuge à débit réglable à vitesse de rotation constante de la roue mobile (cf. There is known a centrifugal compressor with adjustable flow rate at constant speed of rotation of the moving wheel (cf.
catalogue de la firme Delaval Centrifugal Pipeline Compressors Bulletin 503 c, p. 4).catalog of the firm Delaval Centrifugal Pipeline Compressors Bulletin 503 c, p. 4).
Ce compresseur connu comprend un corps du type en barillet("barrel type") suivant l'axe longitudinal duquel sont montés une tubulure axiale d'aspiration, raccordée d'un côté à la chambre d'aspiration, et de l'autre, à la partie d'écoulement de la roue mobile, et un distributeur assurant la prérotation du flux de fluide véhiculé allant à l'aubage de la roue mobile. La roue mobile est montée en porte-àfaux sur l'arbre, qui est disposé dans ledit corps coaxialement à celui-ci. La sortie de la roue mobile est raccordée à la chambre de refoulement du compresseur. Le distributeur est monté à l'entrée de la tubulure axiale d'aspiration et met en forme le flux de fluide véhiculé allant à la roue mobile.Chaque aube du distributeur est montée sur la paroi de la tubulure axiale d'aspiration de façon qu'elle soit orientable autour de son propre axe longitudinal, lequel est disposé perpendiculairement à l'axe longitudinal du compresseur. This known compressor comprises a barrel type body ("barrel type") along the longitudinal axis of which are mounted an axial suction tube, connected on one side to the suction chamber, and on the other, to the flow portion of the movable wheel, and a distributor ensuring the pre-rotation of the flow of conveyed fluid going to the blade of the movable wheel. The movable wheel is cantilevered on the shaft, which is arranged in said body coaxial therewith. The output of the moving wheel is connected to the compressor discharge chamber. The distributor is mounted at the inlet of the axial suction pipe and shapes the flow of conveyed fluid going to the moving wheel. Each distributor blade is mounted on the wall of the axial suction pipe so that it can be oriented around its own longitudinal axis, which is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the compressor.
Le corps du compresseur est fermé par un flasque avec une cloison de profil aérodynamique, qui forme une partie de la surface intérieure de la chambre d'aspiration. The compressor body is closed by a flange with a partition of aerodynamic profile, which forms a part of the interior surface of the suction chamber.
Le réglage du débit de ce compresseur connu pour une vitesse de rotation constante de la roue mobile, s'effectue par orientation des aubes autour de leurs axes longitudinaux respectifs d'un angle prescrit. Il s'ensuit une prérotation du flux dans le plan radial, et la variation du vecteur de la composante circonférentielle de la vitesse absolue qui en résulte permet de changer la pression engendrée par la roue mobile, conformément à l'équation d'Euler. The adjustment of the flow rate of this known compressor for a constant speed of rotation of the movable wheel is carried out by orientation of the blades around their respective longitudinal axes by a prescribed angle. It follows a prerotation of the flux in the radial plane, and the variation of the vector of the circumferential component of the absolute speed which results therefrom makes it possible to change the pressure generated by the moving wheel, in accordance with Euler's equation.
L'adaptation de la caractéristique de ce compresseur aux variations de la caractéristique du gazoduc (branchement ou débranchement d'utilisateurs supplémentaires, causes saisonnières, variations des propriétés physicochimiques du fluide véhiculé, etc.) provoque un accroissement de la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz, par suite de l'intensification de l'effet de décollement du flux aux aubes du distributeur, ayant lieu au fur et à mesure que le débit varie, provoquant l'apparition de zones de discontinuités et de tourbillons dans la structure du flux arrivant aux aubes de la roue mobile, ce qui augmente la puissance absorbée par le compresseur. Adapting the characteristic of this compressor to variations in the characteristic of the pipeline (connection or disconnection of additional users, seasonal causes, variations in the physicochemical properties of the fluid transported, etc.) causes an increase in the specific energy consumption for the compression of the gas, as a result of the intensification of the effect of detachment of the flow at the vanes of the distributor, taking place as the flow rate varies, causing the appearance of zones of discontinuities and vortices in the structure of the flux arriving at the blades of the moving wheel, which increases the power absorbed by the compressor.
Quand le débit du compresseur est optimal, son rendement diminue du fait que les aubes orientables restent en permanence dans le flux. Ceci provoque dans la chambre d'aspiration un certain etranglement du flux augmentant les pertes d'énergie, engendre des pertes supplémentaires par chocs à l'entrée de l'aubade et des pertes supplémentaires aux arêtes de sortie des aubes, accrolt les pertes par frottement du flux sur les surfaces des aubes. When the compressor flow is optimal, its efficiency decreases because the adjustable vanes remain permanently in the flow. This causes in the suction chamber a certain constriction of the flow increasing the energy losses, generates additional losses by shocks at the entry of the blade and additional losses at the edges of exit of the blades, increases losses by friction flux on the surfaces of the blades.
La plage de réglage du débit du compresseur, obtenue en utilisant des aubes orientables à son entrée, est limitée par l'angle d'orientation possible des aubes autour de leurs axes longitudinaux. Plus l'angle d'orientation des aubes est grand, plus l'effet perturbateur de l'aubage sur le flux est fort, d'ot des pertes plus grandes et une consommation spécifique d'énergie plus élevée pour la compression du gaz. The range of adjustment of the compressor flow rate, obtained by using adjustable blades at its inlet, is limited by the possible angle of orientation of the blades around their longitudinal axes. The greater the orientation angle of the blades, the greater the disruptive effect of the vane on the flow, resulting in greater losses and a higher specific energy consumption for the compression of the gas.
Les aubes du distributeur du compresseur subissent des charges statiques et dynamiques importantes, ce qui complique le mécanisme d'ctieiltation des aubes, requiert la fixation des aubes à l'élément porteur sans jeux tout en conservant leur mobilité autour des axes d'orientation. La réalisation de toutes les conditions requises dans une pleine mesure est compliquée, et il est plus compliqué encore d'assurer la longévité et la fiabilité du mécanisme de manoeuvre des aubes dans les conditions d'exploitation, quand les taux d'impuretés solides dans le gaz à comprimer atteignent des valeurs extrémales, car l'usure et l'érosion accrues des éléments du distributeur provoquent alors un fort abaissement de la fiabilité du compresseur. The blades of the compressor distributor undergo significant static and dynamic loads, which complicates the mechanism of actuation of the blades, requires the attachment of the blades to the carrier element without play while retaining their mobility around the axes of orientation. Achieving all the conditions required to a full extent is complicated, and it is even more complicated to ensure the longevity and reliability of the blade operating mechanism under operating conditions, when the levels of solid impurities in the gases to be compressed reach extreme values, because the increased wear and erosion of the elements of the distributor then cause a sharp reduction in the reliability of the compressor.
On s'est donc propose de créer un compresseur centrifuge à débit réglable, pour une vitesse de rotation constante de la roue mobile, dont la conception supprimerait l'influence nuisible des aubes du distributeur sur le flux parcourant la tubulure axiale d'aspiration quand le compresseur fonctionne au régime optimal, ce qui permettrait d'accroître le rendement du compresseur et sa fiabilité. It was therefore proposed to create a centrifugal compressor with adjustable flow rate, for a constant speed of rotation of the moving wheel, the design of which would eliminate the harmful influence of the distributor vanes on the flow passing through the axial suction pipe when the compressor operates at optimal speed, which would increase compressor efficiency and reliability.
La solution consiste en un compresseur centrifuge comprenant un corps du type en barillet ("barrel tyne") suivant l'axe longitudinal duquel sont montés une tubulure axiale d'aspiration raccordée d'un côté à une chambre d'aspiration, et de l'autre côté, à une roue mobile montée en porte-à-faux sur un arbre et raccordée à une chambre de refoulement, un distributeur destiné à mettre en forme le fluide véhiculé allant à la roue mobile et monté à l'entrée de la tubulure axiale d'aspiration, et un flasque avec une cloison de profil aérodynamique, fixé au corps précité, compresseur dans lequel, d'après l'invention, les aubes du distributeur, dont les axes longitudinaux sont disposés parallèlement à l'axe longitudinal du compresseur, sont rigidement fixées à la tranche de la tubulure axiale d'aspiration et entourent un obturateur annulaire qui est monté coaxialement au distributeur, cet obturateur étant équipé d'un organe pour son déplacement le long de l1axe longitudinal du compresseur, sa longueur étant sensiblement égale à la longueur des aubes du distributeur le long de l'axe longitudinal du compresseur et suffisante pour obturer le canal annulaire axisymétrique ou à symétrie axiale, délimité par la paroi de la cloison et un carénage situé sur la face côté cloison de l'obturateur annulaire. The solution consists of a centrifugal compressor comprising a barrel type body ("barrel tyne") along the longitudinal axis of which are mounted an axial suction tube connected on one side to a suction chamber, and on the other hand, to a mobile wheel mounted cantilevered on a shaft and connected to a delivery chamber, a distributor intended to shape the fluid conveyed going to the mobile wheel and mounted at the inlet of the axial tube suction, and a flange with a partition of aerodynamic profile, fixed to the aforementioned body, compressor in which, according to the invention, the vanes of the distributor, the longitudinal axes of which are arranged parallel to the longitudinal axis of the compressor, are rigidly fixed to the edge of the axial suction pipe and surround an annular shutter which is mounted coaxially with the distributor, this shutter being equipped with a member for its displacement along the longitudinal axis of the compressor, its lo ngueur being substantially equal to the length of the distributor blades along the longitudinal axis of the compressor and sufficient to close the axisymmetric or axially symmetrical annular channel, delimited by the wall of the partition and a fairing located on the side of the partition side of the ring shutter.
Une telle conception du compresseur à débit réglable, pour une vitesse de rotation constante de la roue mobile, assure un accroissement du rendement du compresseur au régime optimal (nominal), une élévation de la fiabilité et des performances économiques d'exploitation des gazoducs, grâce à la diminution de la puissance absorbée par le compresseur aux régimes non nominaux. Such a design of the adjustable-flow compressor, for a constant speed of rotation of the moving wheel, ensures an increase in the efficiency of the compressor at the optimal (nominal) speed, an increase in the reliability and the economic performance of operating the gas pipelines, the reduction in the power absorbed by the compressor at non-nominal speeds.
L'accroissement du rendement du compresseur au régime optimal s'explique par le fait que, à ce régime, les aubes et les canaux interaubes du distributeur sont masqués par l'obturateur annulaire. Ceci supprime l'influence nuisible des aubes du distributeur sur le flux parcourant la tubulure axiale d'aspiration au régime optimal (nominal) du compresseur. The increase in the efficiency of the compressor at the optimal speed is explained by the fact that, at this speed, the vanes and the inter-blade channels of the distributor are masked by the annular shutter. This eliminates the harmful influence of the distributor vanes on the flow passing through the axial suction pipe at the optimal (nominal) speed of the compressor.
Dans un compresseur ainsi conçu, il n'y a pas d'étranglement du flux dans la tubulure axiale d'aspiration, augmentant les pertes d'énergie. D'autre part, il n'y a pas de pertes d'énergie supplémentaires par chocs à l'entrée du flux dans l'aubage et de pertes aux arêtes des aubes la sortie de l'aubage. Enfin, il n'y a pas de pertes par frottement du flux sur les surfaces des aubes. In a compressor thus designed, there is no throttling of the flow in the axial suction pipe, increasing the energy losses. On the other hand, there is no additional energy loss by impact at the entry of the flow into the vane and loss at the edges of the blades at the exit of the vane. Finally, there is no friction loss of the flux on the surfaces of the blades.
La suppression des causes provoquant les processus non statiqnnaires qui engendrent des charges dynamiques dans la roue mobile et dans les éléments situés en aval de la roue mobile, se traduit par un accroissement de la fiabilité du compresseur au régime optimal
Le compresseur qui vient d'être décrit a un rendement accru aux régimes non nominaux, par suite de la fixation rigide des aubes du distributeur à la paroi de la tubulure axiale d'aspiration, avec une position des arêtes d'entrée des aubes assurant un angle d'attaque nul du flux arrivant à l'aubage à partir de la chambre d'aspiration.The elimination of the causes causing the non-static processes which generate dynamic loads in the moving wheel and in the elements located downstream of the moving wheel, results in an increase in the reliability of the compressor at optimal speed.
The compressor which has just been described has an increased efficiency at non-nominal speeds, owing to the rigid attachment of the distributor blades to the wall of the axial suction pipe, with a position of the inlet edges of the blades ensuring a zero angle of attack of the flow arriving at the blading from the suction chamber.
Comne la position des aubes par rapport à la tubulure axiale d'aspiration reste constante à tous les régimes non nominaux, l'écoulement du flux autour des aubes est doux, avec des pertes minimales par décollement et tourbillonnement, ce qui diminue la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz et accroît la fiabilité du compresseur. As the position of the blades relative to the axial suction pipe remains constant at all non-nominal speeds, the flow of the flow around the blades is smooth, with minimal losses by detachment and swirling, which decreases the specific consumption of energy for gas compression and increases the reliability of the compressor.
L'accroissement de la fiabilité du compresseur conforme à l'invention résulte aussi du fait que le changement du débit s'effectue au moyen d'un obturateur annulaire de conception simple, d'une technologie facile à mettre en oeuvre, d'un poids réduit et dont la fabrication ne demande qu'une maint d'oeuvre réduite. The increase in the reliability of the compressor according to the invention also results from the fact that the change of the flow takes place by means of an annular shutter of simple design, of a technology easy to implement, of a weight reduced and whose manufacture requires only reduced maintenance.
Il est avantageux que la cloison ait un trou central, et que l'organe pour le déplacement de l'obturateur annulaire le long de l'axe longitudinal du compresseur soit constitué par un servomoteur d'un type connu en soi, fixé au flasque du corps du compresseur et dont l'élément mobile, actif ou actionneur est lié par ne articulation à un coulisseau placé dans le flasque, passant à travers le trou central de la cloison et rigidement lié à l'obturateur annulaire. It is advantageous that the partition has a central hole, and that the member for moving the annular shutter along the longitudinal axis of the compressor is constituted by a servomotor of a type known per se, fixed to the flange of the body of the compressor and whose movable, active or actuating element is linked by a hinge to a slide placed in the flange, passing through the central hole of the partition and rigidly connected to the annular shutter.
Une telle conception de l'organe pour le déplacement de l'obturateur annulaire assure la manoeuvre de celui-ci au moyen d'une seule liaison cinématique, à savoir, d'une tige, ce qui simplifie notablement la conception du compresseur, diminue son poids et la main-d'oeuvre nécessaire à sa fabrication, accroît sa fiabilité. L'articulation de la tige du servomoteur au coulisseau du distributeur supprime l'influence des moments fléchissants et des couples de torsion sur la tige et sur le piston du servomoteur auquel elle est reliée. La simplification résulte de l'absence de transformation du mouvement rectiligne en mouvement circulaire. Such a design of the member for the displacement of the annular shutter ensures the operation thereof by means of a single kinematic connection, namely, of a rod, which significantly simplifies the design of the compressor, decreases its weight and labor required for its manufacture, increases its reliability. The articulation of the actuator rod to the distributor slide eliminates the influence of bending moments and torsional torques on the rod and on the piston of the servomotor to which it is connected. The simplification results from the absence of transformation of the rectilinear movement into circular movement.
La traversée de l'élément mobile du servomoteur dans la cloison est facilement rendue étanche par des moyens connus, ce qui exclut l'encrassement et l'usure par érosion des éléments du mécanisme de manoeuvre de l'obutrateur annulaire. The passage of the movable element of the booster in the partition is easily sealed by known means, which excludes fouling and erosion wear of the elements of the operating mechanism of the annular shutter.
Il est recommandé de prévoir, pour l'accouplement rigide de l'obturateur annulaire au coulisseau lié à l'élément mobile du servomoteur, des nervures de rigidité disposées radialement. It is recommended to provide, for the rigid coupling of the annular shutter to the slide linked to the movable element of the booster, stiffness ribs arranged radially.
Une telle conception du distributeur permet de prévenir une prérotation imprévue du flux dans la tubulure axiale d'aspiration au régime optimal, due au passage du flux de la direction radiale à la direction axiale, ce qui diminue la différence entre la caractéristique réelle du compresseur et sa caractéristique calculée. Such a design of the distributor makes it possible to prevent an unexpected pre-rotation of the flow in the axial suction pipe at the optimal speed, due to the passage of the flow from the radial direction to the axial direction, which reduces the difference between the real characteristic of the compressor and its calculated characteristic.
A titre d'exemple1 un compresseur centrifuge conforme à l'invention, à débit réglable pour une vitesse de rotation constante de la roue mobile de 4800 tr/min, débite en régime optimal 394 m3/min < la pression du gaz naturel entrant dans sa chambre d'aspiration étant de 6,2 Palet sa température, de 31,60C). La pression du gaz naturel à la sortie de la chambre de refoulement est de 7,6 MPa, la puissance absorbée, de 9700 kW, et le rendement polytropique, de 87%. By way of example1 a centrifugal compressor in accordance with the invention, with adjustable flow rate for a constant speed of rotation of the movable wheel of 4800 rpm, delivers at optimum speed 394 m3 / min <the pressure of the natural gas entering its suction chamber being 6.2 Palet its temperature, 31.60C). The natural gas pressure at the outlet of the discharge chamber is 7.6 MPa, the absorbed power, 9700 kW, and the polytropic efficiency, 87%.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemplesnon limitatifs avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel
- la figure 1 représente schématiquement un compresseur centrifuge conforme à l'invention, l'obturateur annulaire étant dans la position empêchant la sortie du flux en rotation des canaux interaubes du distributeur dans la tubulure axiale d'aspiration pour le fonctionnement du compresseur avec un débit optimal (coupe longitudinale);
- la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure 1.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which will follow of different embodiments given solely by way of nonlimiting examples with references to the single drawing not limiting annexed in which
- Figure 1 schematically shows a centrifugal compressor according to the invention, the annular shutter being in the position preventing the output of the rotating flow of the inter-vane channels of the distributor in the axial suction pipe for the operation of the compressor with a flow rate optimal (longitudinal section);
- Figure 2 shows a sectional view along II-II of Figure 1.
Le compresseur centrifuge conforme à l'invention comprend un corps 1 (figure 1) du type en barillet ("barrel type"), suivant l'axe longitudinal duquel sont mcntes une tubulure axiale 2 d'aspiration, raccordée d'un côté à une chambre 3 d'aspiration, et de l'autre côté, à la partie d'écoulement d'une roue mobile 4, et un distributeur 5 destiné à mettre en forme le flux de fluide véhiculé, par exemple de gaz naturel, allant à la roue mobile 4, et monté à 1ventrée de la tubulure axiale 2 d'aspiration. The centrifugal compressor according to the invention comprises a body 1 (FIG. 1) of the barrel type ("barrel type"), along the longitudinal axis of which there is an axial suction pipe 2, connected on one side to a suction chamber 3, and on the other side, to the flow part of a movable wheel 4, and a distributor 5 intended to shape the flow of conveyed fluid, for example natural gas, going to the movable wheel 4, and mounted at the bottom of the axial suction pipe 2.
La chambre 3 d'aspiration est délimitée par la paroi de la tubulure axiale 2 d'aspiration, la paroi 6 de la chambre 7 de refoulement, la surface intérieure du corps 1 et la paroi 9 de profil aérodynamique fixée au flasque 8. The suction chamber 3 is delimited by the wall of the axial suction pipe 2, the wall 6 of the discharge chamber 7, the internal surface of the body 1 and the wall 9 of aerodynamic profile fixed to the flange 8.
Le flasque 8 est assemblé au corps 1 à l'aide de vis (non représentées). Pour encaisser les efforts dus à la différence de pression entre la chambre 7 de refoulement et la chambre 3 d'aspiration, agissant sur la paroi 6, sont prévues des nervures de rigidité 10 liant la paroi 6 au flasque 8. La roue mobile 4 portant les aubes 11 est montée sur l'arbre 12 en porte-à-faux, coaxialement au corps 1. Le diamètre de l'ouïe (ouverture d'entrée) de la roue mobile 4 est égal au diamatre de la tubulure axiale 2 d'aspiration. The flange 8 is assembled to the body 1 using screws (not shown). To absorb the forces due to the pressure difference between the discharge chamber 7 and the suction chamber 3, acting on the wall 6, stiffness ribs 10 are provided connecting the wall 6 to the flange 8. The movable wheel 4 carrying the blades 11 is mounted on the overhanging shaft 12, coaxially with the body 1. The diameter of the hole (inlet opening) of the movable wheel 4 is equal to the diameter of the axial tube 2 of aspiration.
La sortie de la roue mobile 4 est raccordée à la chambre 7 de refoulement par l'intermédiaire d'un diffuseur 13. The outlet of the movable wheel 4 is connected to the delivery chamber 7 by means of a diffuser 13.
Le distributeur 5 est constitué par des aubes 14 dont les axes longitudinaux sont disposés parallèlement à l'axe longitudinal du compresseur, et par un anneau porteur 15 rigidement fixé à la tranche de la tubulure axiale 2 d'aspiration. Les aubes 14 sont fixées à l'anneau porteur 15 rigidement et de telle façon que leurs arêtes d'entrée aient un angle d'attaque nul par rapport au flux arrivant au distributeur et qu'elles entourent l'obturateur annulaire 16. Les bouts libres des aubes 14 sont encerclés par une frette 17. The distributor 5 is constituted by blades 14 whose longitudinal axes are arranged parallel to the longitudinal axis of the compressor, and by a carrier ring 15 rigidly fixed to the edge of the axial suction pipe 2. The vanes 14 are fixed to the carrier ring 15 rigidly and in such a way that their inlet edges have a zero angle of attack with respect to the flow arriving at the distributor and that they surround the annular obturator 16. The free ends vanes 14 are surrounded by a hoop 17.
L'obturateur annulaire 16 est monté coaxialement au distributeur 5 et est équipé d'un organe 18 pour son déplacement le long de l'axe longitudinal du compresseur. Sa longueur est sensiblement égale à la longueur des aubes 14 du distributeur le long de l'axe longitudinal du compresseur et suffisante pour obturer le canal annulaire 19 axisymétrique ou à symétrie axiale. Ce canal est délimité par la paroi de la cloison 9 et par un carénage 20 situé sur la face côté cloison 9 de l'obturateur annulaire 16. L'organe 18 pour le déplacement de l'obturateur annulaire 16 le long de l'axe longitudinal du compresseur est un servomoteur 21 fixé au flasque 8 du corps du compresseur.Le piston 22, qui est l'élément mobile, actif ou actionneur du servomoteur 21, est articulé à une tigc 23 articulée à son tour à un coulJs- seau 24 placé dans un bossage 25 du flasque 8. La cloison 9 a un trou central 26 à travers lequel passe le coulisseau 24. La traversée du coulisseau 24 dans la cloison 9 est rendue étanche, par exemple, à l'aide d'un joint à labyrinthe 27, qui empêche les particules solides contenues dans le gaz d'atteindre les éléments du servomoteur 21.The annular shutter 16 is mounted coaxially with the distributor 5 and is equipped with a member 18 for its movement along the longitudinal axis of the compressor. Its length is substantially equal to the length of the vanes 14 of the distributor along the longitudinal axis of the compressor and sufficient to close the annular channel 19 axisymmetric or axially symmetrical. This channel is delimited by the wall of the partition 9 and by a fairing 20 situated on the side on the partition side 9 of the annular obturator 16. The member 18 for the displacement of the annular obturator 16 along the longitudinal axis of the compressor is a servomotor 21 fixed to the flange 8 of the compressor body. The piston 22, which is the movable, active or actuating element of the servomotor 21, is articulated to a pin 23 articulated in turn to a coulJseau 24 placed in a boss 25 of the flange 8. The partition 9 has a central hole 26 through which the slide 24 passes. The passage of the slide 24 in the partition 9 is sealed, for example, using a labyrinth seal 27, which prevents the solid particles contained in the gas from reaching the elements of the actuator 21.
Le coulisseau 4 est rigidement accouplé à l'obturateur annulaire 16 par des nervures de rigidité 28 disposées radialement. The slide 4 is rigidly coupled to the annular shutter 16 by stiffness ribs 28 arranged radially.
Le compresseur fonctionne de la façon suivante. The compressor works as follows.
Au régime de débit optimal (nominal), le flux de gaz, par exemple de gaz naturel, arrivant dans la chambre d'aspiration 3 s'écoule à travers le canal annulaire axisymétrique 19 vers la cavité de l'obturateur annulaire 16 et de la tubulure axiale d'aspiration 2 pour arriver dans la roue mobile 4. Etant donné que les aubes 14 et les canaux interaubes 14a (figure 2) sont masqués par l'obturateur annulaire 16, l'influence nuisible des aubes 14 sur le flux de gaz naturel circulant dans l'obturateur annulaire 16 et la tubulure axiale 2 d'aspiration est exclue. Le piston 22 (figure 1) du servomoteur 18 se trouve en position extrême droite.Il n'y a , dans ce cas, ni étranglement du flux dans le canal annulaire axisymétrique 19, augmentant les pertes d'énergie, ni pertes par chocs à l'entrée du flux dans les aubes 14 ni pertes aux arêtes des aubes à la sortie, ni pertes par frottement du flux sur les surfaces des aubes, ni processus non stationnaires engendrant des charges dynamiques dans la roue mobile 4, le diffuseur 13, les roulements et les dispoitifs d'étanchéité du compresseur (non représentés sur les figures). At the optimal (nominal) flow rate, the flow of gas, for example natural gas, arriving in the suction chamber 3 flows through the axisymmetric annular channel 19 towards the cavity of the annular shutter 16 and of the axial suction pipe 2 to reach the moving wheel 4. Since the blades 14 and the inter-blade channels 14a (FIG. 2) are masked by the annular shutter 16, the harmful influence of the blades 14 on the gas flow natural circulating in the annular shutter 16 and the axial suction pipe 2 is excluded. The piston 22 (Figure 1) of the servomotor 18 is in the extreme right position. In this case, there is no throttling of the flow in the axisymmetric annular channel 19, increasing the energy losses, nor impact losses at the entry of the flow into the blades 14 nor losses at the edges of the blades at the outlet, nor losses by friction of the flow on the surfaces of the blades, nor non-stationary processes generating dynamic loads in the moving wheel 4, the diffuser 13, the compressor bearings and seals (not shown in the figures).
Toutes ces circonstances accroissent le rendement et la fia bilité du compresseur au régime optimal. Le carénage 20 assure l'entrée douce et sans décollement du flux dans l'obturateur annulaire 16.All these circumstances increase the efficiency and reliability of the compressor at optimum speed. The fairing 20 ensures smooth entry and without separation of the flow in the annular shutter 16.
Au régime de débit minimal, le piston 22 du servomoteur 21 est en position extrême gauche. Quand le piston se déplace vers la gauche, la tige 23 déplace le coulisseau 24 et l'obturateur annulaire 16 jusqu'à ce que celui-ci obture complètement le canal annulaire axisymétrique 19. At the minimum flow rate, the piston 22 of the booster 21 is in the extreme left position. When the piston moves to the left, the rod 23 moves the slide 24 and the annular shutter 16 until the latter completely closes the axisymmetric annular channel 19.
Le flux de gaz naturel venant de la chambre 3 d'aspiration passe par les canaux interaubes 14a (figure 2) ett en s'écoulant entre les aubes 14, acquiert une composante de vitesse circonférentielle dont le sens coïncide avec le sens de rotation de la roue mobile 4. Ensuite le flux mis en rotation parcourt la tubulure axiale 2 d'aspiration et entre dans la roue mobile 4. The flow of natural gas coming from the suction chamber 3 passes through the inter-blade channels 14a (FIG. 2) and by flowing between the blades 14, acquires a component of circumferential speed whose direction coincides with the direction of rotation of the movable wheel 4. Then the flow set in rotation traverses the axial suction pipe 2 and enters the movable wheel 4.
Etant donné que le sens de la projection du vecteur de vitesse absolue sur la direction du vecteur de vitesse circonférentielle coïncide avec le sens du vecteur de vitesse circonférentielle de la roue mobile 4, il se pioduit une diminution de la pression engendrée par la roue mobile 4 conformément à l'équation d'Euler. Comme les aubes 14 sont montées fixes sur l'anneau porteur 15 et que l'angle d'attaque des aubes 14 est toujours égal à zéro, l'écoulement du flux entre les aubes 14 à la vitesse v (figure 2) s'effectue en douceur, avec des pertes par décollement et tourbillonnement minimales, ce qui diminue la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz et accroit la fiabilité du compresseur. Since the direction of the projection of the absolute speed vector on the direction of the circumferential speed vector coincides with the direction of the circumferential speed vector of the moving wheel 4, there is a reduction in the pressure generated by the moving wheel 4 according to Euler's equation. As the blades 14 are mounted fixed on the carrier ring 15 and the angle of attack of the blades 14 is always equal to zero, the flow of the flow between the blades 14 at speed v (FIG. 2) takes place smoothly, with minimal delamination and swirl losses, which reduces the specific energy consumption for gas compression and increases the reliability of the compressor.
Quand le compresseur fonctionne avec un débit inférieur au débit optimal, mais supérieur au débit minimal, le piston 22 du servomoteur 21 occupe une position intermédiaire, la tige 23 (figure 1) déplace le coulisseau 24 (figure 1) de la position extrême droite vers la gauche le long de l'axe longitudinal du compresseur. Le coulisseau 24 déplace l'obturateur annulaire 16, lequel obture partiellement le canal annulaire axisymétrique 19 et ouvre partiellement le distributeur 5. When the compressor operates with a flow rate lower than the optimal flow rate, but greater than the minimum flow rate, the piston 22 of the servomotor 21 occupies an intermediate position, the rod 23 (FIG. 1) moves the slide 24 (FIG. 1) from the extreme right position towards the left along the longitudinal axis of the compressor. The slide 24 moves the annular shutter 16, which partially closes the axisymmetric annular channel 19 and partially opens the distributor 5.
Le flux de gaz naturel arrivant dans la chambre 3 entre dans la tubulure axiale 2 d'aspiration à travers le canal annulaire axisymétrique 19 partiellement fermé par l'obturateur annulaire 16, et à travers les canaux interaubes 14a (figure 2) du distributeur 5 partiellement ouvert. En se joignant au flux non mis en rotation qui sort de l'obturateur annulaire 16, le flux mis en rotation par les aubes 14 imprime au flux résultant une vitesse circonférentielle dont le vecteur est plus petit que celui d la vitesse circonférentielle du flux correspondant au débit minimal du compresseur. Ensuite le flux résultant est amené par la tubulure axiale d'aspiration 2 (figure 1) à la roue mobile 4. The flow of natural gas arriving in the chamber 3 enters the axial suction pipe 2 through the axisymmetric annular channel 19 partially closed by the annular shutter 16, and through the inter-vane channels 14a (FIG. 2) of the distributor 5 partially open. By joining the non-rotational flow leaving the annular shutter 16, the flow rotated by the vanes 14 gives the resulting flow a circumferential speed whose vector is smaller than that of the circumferential speed of the flow corresponding to the minimum compressor flow. Then the resulting flow is brought by the axial suction pipe 2 (FIG. 1) to the movable wheel 4.
Par suite de la coincidence du sens de la projection du vecteur de la vitesse absolue du flux résultant sur la direction du vecteur de la vitesse circonférentielle avec le sens du vecteur de la vitesse circonférentielle de la roue mobile 4, il se produit une diminution de la pression engendrée par la roue mobile 4, conformément à l'équation d 'Euler. As a result of the coincidence of the direction of the projection of the vector of the absolute speed of the resulting flux on the direction of the vector of the circumferential speed with the direction of the vector of the circumferential speed of the moving wheel 4, there is a decrease in the pressure generated by the moving wheel 4, in accordance with Euler's equation.
Le compresseur centrifuge conforme à l'invention, à débit réglable pour une vitesse de rotation constante de la roue mobile, élève notablement les caractéristiques économiques de l'exploitation des gazoducs, grâce à l'adaptation de sa caractéristique à la caractéristique du compresseur fonctionnant en série ou en parallèle avec lui, ainsi qu'à la caractéristique du réseau. The centrifugal compressor according to the invention, with adjustable flow rate for a constant speed of rotation of the movable wheel, significantly raises the economic characteristics of the operation of gas pipelines, by adapting its characteristic to the characteristic of the compressor operating in series or in parallel with it, as well as the characteristic of the network.
En outre, la puissance spécifique dépensée par le compresseur pour la compression du gaz diminue, tant aux régimes optimaux, grâce à la suppression de l'effet de laminage des aubes directrices se trouvant en permanence dans 3.a tubulure d'aspiration des compresseurs connus, qu'aux régimes s'écartant du régime nominal, grâce à la suppression des chocs sur les aubes à l'entrée du flux, ainsi que grâce au fait que les arêtes d'entrée des aubes sont situées dans une zone où la vitesse du flux est basse. In addition, the specific power expended by the compressor for compressing the gas decreases, both at optimum speeds, thanks to the elimination of the rolling effect of the guide vanes permanently located in the suction manifold of known compressors. , that at speeds deviating from the nominal speed, thanks to the elimination of shocks on the blades at the inlet of the flux, as well as thanks to the fact that the inlet edges of the blades are located in an area where the speed of the flow is low.
Enfin, l'invention permet de simplifier la conception du distributeur assurant la prérotation du flux, de réduire son encombrement, de diminuer la main-d'oeuvre nécessaire à sa fabrication et d'améliorer la technologie mise en oeuvre pour sa fabrication. Finally, the invention makes it possible to simplify the design of the distributor ensuring the pre-rotation of the flow, to reduce its size, to reduce the manpower required for its manufacture and to improve the technology used for its manufacture.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8315083A FR2552498B1 (en) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | CENTRIFUGAL COMPRESSOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8315083A FR2552498B1 (en) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | CENTRIFUGAL COMPRESSOR |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2552498A1 true FR2552498A1 (en) | 1985-03-29 |
| FR2552498B1 FR2552498B1 (en) | 1988-01-08 |
Family
ID=9292449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8315083A Expired FR2552498B1 (en) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | CENTRIFUGAL COMPRESSOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2552498B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19644892A1 (en) * | 1996-10-29 | 1998-04-30 | Johannes Werner | Intake control for turbo machines and IC engines |
| FR2802799A1 (en) | 1999-12-23 | 2001-06-29 | Depuy France | Shoulder prosthesis assembly has glenoid sphere made with guide to facilitate correct assembly |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0044564A1 (en) * | 1980-07-22 | 1982-01-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Turbo compressor having a surge suppressing arrangement |
| US4321008A (en) * | 1979-11-16 | 1982-03-23 | The Garrett Corporation | Wide range compressor |
| EP0083199A2 (en) * | 1981-12-22 | 1983-07-06 | The Garrett Corporation | Surge control of a fluid compressor |
-
1983
- 1983-09-22 FR FR8315083A patent/FR2552498B1/en not_active Expired
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| FR2802799A1 (en) | 1999-12-23 | 2001-06-29 | Depuy France | Shoulder prosthesis assembly has glenoid sphere made with guide to facilitate correct assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2552498B1 (en) | 1988-01-08 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |