FR2552499A1 - Compresseur centrifuge - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA CONSTRUCTION DES TURBOCOMPRESSEURS. LE COMPRESSEUR FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE EN CE QUE LES AUBES 16 DE LA ROUE 4 SONT FIXEES RIGIDEMENT SUR L'ELEMENT PORTEUR DE L'AUBAGE DIRECTEUR 5 DISPOSE DANS LA CAVITE 19 DELIMITEE PAR LA SURFACE INTERIEURE DU COUVERCLE 9 ET LA SURFACE D'UNE CLOISON 8 FIXEE AU COUVERCLE 9, ET POURVU D'UN MOYEN POUR SON DEPLACEMENT SUIVANT L'AXE LONGITUDINAL DU COMPRESSEUR, LESDITES AUBES ETANT MONTEES DANS UN CANAL ANNULAIRE 17 A SYMETRIE AXIALE DELIMITE PAR LA PAROI DE LA TUBULURE D'ASPIRATION 2 ET LA CLOISON 8, CELLE-CI AYANT UNE FENTE ANNULAIRE DEBOUCHANTE DISPOSEE EN FACE DES AUBES 16 DE L'AUBAGE DIRECTEUR 5. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AU TRANSPORT DE GAZ NATUREL PAR GAZODUCS.

Description

La présente invention concerne le domaine de la construction des turbocompresseurs et a notamment pour objet un compresseur centrifuge.

I1 est plus avantageux d'appliquer la présente invention pour la régulation, à vitesse constante de rotation de la roue à aubes, du débit d'un compresseur centrifuge pour le transport de gaz naturel par gazoducs.

A l'heure actuelle, dans la pratique mondiale de la construction des compresseurs, le problème de la coordination entre, d'une part,la caractéristique du compresseur centrifuge dont la roue à aubes tourne à une vitesse constante, et d'autre part, la caractéristique du gazoduc, est d'une grande importance étant donné que les prescrip tions destinées à assurer un transport économique du gaz depuis l'endroit de sa production jusqu'au consommateur sont de plus en plus sévères.

Les tentatives visant a résoudre ce problème ont abouti ,déjà dans les années cinquante, à la création d'un compresseur centrifuge pourvu d'un aubage directeur et dont le débit,lors de la rotation de la roue à dents à une vitesse constante, est réglable.

Ce compresseur connu comporte un corps du type dit en baril", le long de l'axe longitudinal duquel est montée une tubulure d'aspiration axiale dont une extrémité est destinee à le raccorder à une conduite d'aspiration, tandis que l'autre est mise en communication avec la partie d'8cou- leent de la roue a aubes. La roue à aubes est montée en porte-a áux sur un arbre monté à l'intérieur du corps-du compresseur Bcoaxialement à celui-ci.

es aubes de l'aubage directeur sont réparties régulibrement suivant le périmètre de l'enceinte de la tubulure d'aspiration et sont fixées sur la paroi de la tubulure d'aspiration axiale faisant fonction d'élément porteur de l'aubage directeur. Chaque aube disposée radialement est pourvue d'un dispositif qui assure son pivotement autour de son axe longitudinal. Le dispositif effectuant le pivotement des aubes en synchronisme est conçu sous forme d'un mécanisme à train épicycloidal ou d'un ensemble à leviers d'une conception compliquée transmettant aux aubes le couple moteur à partir d'une source de force, par exemple d'un servo-moteur.

Pour régler le débit du compresseur pour une vitesse constante de rotation de la roue à aubes, on fait tourner les aubes autour de leurs axes longitudinaux d'un angle déterminé, en provoquant ainsi le tourbillonnement du courant arrivant aux aubes de la roue à aubes. Lorsque la direction de la projection du vecteur de la vitesse absolue sur la direction de la vitesse circonférentielle coïncide avec la direction du vecteur de la vitesse circonférentielle1la pression créée par la roue à aubes décrort conformément à l'équation connue d'Euler,
La concordance de la caractéristique du compresseur avec la caractéristique modifiée du gazoduc (branchement ou débranchement d'appareils consommateurs supplémentaires, causes saisionnières, variation des propriétés physiques et chimiques du fluide à pomper, etc.) s'accompagne d'une élévation de la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz, due à l'apparition et au renforcement de la tendance au décollement pendant l'écoulement du courant autour des aubes de llaubage directeur au fur et à mesure du changement du débit.

En outre, quand le débit du compresseur est optimal, son rendement est bas du fait gue les aubes pivotantes se trouvent constamment dans le courant. Ceci crée un rétrécissement du courant dans la tubulure d'aspiration axiale, entraînant des pertes d'énergie, provoque des pertes supplémentaires dues aux chocs du courant contre les aubes, ainsi que des pertes aux bords lorsque le courant quitte les aubes. Ceci augmente les pertes dues au frottement lorsque le courant lave les surfaces des aubes. Les traces de tourbillons en aval des aubes de l'aubage directeur monté au voisinage immédiat et en amont de la roue à aubes engendrent des processus transitoires dans la roue à aubes et dans les éléments de la partie d'écoulement du compresseur disposés en aval de la roue à aubes, en compromettant la fiabilité mécanique du compresseur.La plage de régulation du débit du compresseur au moyen des aubes pivotantes à l'entrée est limitée par l'angle de pivotement possible des aubes autour de leur axe longitudinal. Plus 1 t angle de rotation des aubes est grand, plus l'action perturbatrice exercée par les aubes sur le courant est fort, plus les pertes sont grandes et plus la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz est élevée.

Les aubes de l'aubage régulateur du compresseur connu subissent des charges statiques et dynamiques notables, ce qui aboutit à une conception compliquée du mécanisme de pivotement des aubes, et pour cette raison, on doit fixer chacune des aubes à l'élément porteur sans jeux en conservant leur mobilité autour de l'axe longitudinal. Les conditions définies ci-dessus sont difficiles à préserver précisément, mais il est encore plus difficile de conserver la capacité de travail de l'aubage directeur dans les conditions de l'utilisation si le gaz à comprimer contient une grande quantité d'impuretés mécaniques qui compromettent le fonctionnement normal de l'aubage directeur, par exemple en provoquant son érosion.

Tous les faits mentionnés ci-dessus affectent les caractéristiques économiques du transport de gaz par gazoducs à l'aide de compresseurs centrifuges dont le débit est réglable par pivotement des aubes, pour une vitesse constante de rotation de la roue à aubes.

On connait un autre compresseur centrifuge à débit variable pour une vitesse de rotation constante de la roue à aubes.

Ce compresseur connu comporte un corps du type dit en baril", le long de l'axe longitudinal duquel est montée une tubulure d'aspiration axiale raccordée, d'une part, à une chambre d'aspiration, et d'autre part, à la partie d'écoulement de la roue à aubes, et un aubage directeur destiné à faire tourbillonner le courant de fluide de travail arrivant aux aubes de la roue à aubes. La roue à aubes est montée en porte-à-faux sur un arbre disposé suivant l'axe longitudinal du corps du compresseur, coaxialement à ce dernier.

L'aubage directeur est formé par un élément porteur et des aubes montées régulièrement suivant sa périphérie et disposées en amont (suivant le sens de mouvement du fluide) de la tubulure d'aspiration. La sortie de la roue aubes est reliée à la chambre de refoulement du compresseur. Le corps du compresseur est fermé par un couvercle ou flasque qui fait office d'élément porteur de l'aubage directeur. Les aubes sont montées avec possibilité de pivoter autour de leurs axes longitudinaux disposés parallèlement à l'axe longitudinal du compresseur, et sont logées dans un canal annulaire délimité par la paroi du couvercle et celle de la tubulure axiale.

Afin de régler le débit du compresseur lors de la rotation de sa roueàaubes à une vitesse constante, on fait tourner les aubes autour de leurs axes longitudinaux d'un angle déterminé, en provoquant ainsi un tourbillonnement du courant dans le plan radial. En modifiant le vecteur de la composante circonférentielle de la vitesse absolue du courant conformément à l'équation connue d'Euler, il est possible de modifier la pression de refouelemnt créée par la roue à aubes.

La concordance de la caractéristique du compresseur connu avec la caractéristique modifiée du gazoduc (branchement ou du débranchement d'appareils consommateurs, causes saisonnières, variation des propriétes physiques et mécaniques du fluide à pomper, etc), provoque une augmentation de la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz à la suite du renforcement de la tendance au décollement de l'écoulement du courant autour des aubes de l'aubage directeur, qui engendre des zones de décollement et des tourbillons dans la structure du courant arrivant aux aubes de la roue à aubes et augmente ainsi la puissance consommée par le compresseur.

Les pertes mentionnées augmentent par suite de la modification de la direction du mouvement du courant tourbillonnaire qui, de radiale,devent axiale.

Quand le débit du compresseur est optimal son rendement est bas du fait que les aubes pivotantes se trouvent constamment dans le courant.

Ceci provoque une obstruction à l'ecoulement dans la chambre d'aspiration, ce qui augmente davantage les pertes d'énergie, aboutit à des pertes supplémentaires dues aux chocs du courant contre les aubes et à des pertes aux bords au moment où le courant quitte les aubes, et augmente également les pertes de frottement dues au lavage par le courant des surfaces des aubes.

La plage de régulation du débit du compresseur au moyen des aubes pivotantes est limitée par l'angle de pivo teint des aubes autour de leurs axes longitudinaux. Plus l'angle de pivotement de l'aube est grand, plus l'action perturbatrice exercée par les aubes sur le courant est forte, plus les pertes sont élevées et plus la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz est grande.

Les aubes du compresseur considéré subissent des charges statiques et dynamiques notables, ce qui nécessite l'utili sation d sUD mecanisme de pivotement des aubes plus compliqué et une fixation sans jeux des aubes à l'élément porteur tout en préservai leur mobilité autour de leur axe longitudinal.

Toutefois, il est difficile de satisfaire dans une pleine mesure à ces exigences concernant la fixation des aubes, et ï est encore plus difficile d'assurer une longue durrée de vie et un fonctionnement fiable du mécanisme de commande des aubes dans des conditions d'utilisation où le gaz à comprimer contient une quantité extrêmement élevée d'impuretés mécaniques provoquant une usure et une érosion élevées des élé- ments de l'aubage directeur et, par conséquent, une baisse notable de la fiabilite de fonctionnement de l'ensemble du compresseur.

On s'est donc proposé de mettre au point un compresseur centrifuge permettant de régler son débit pour une vitesse
constante de rotation de la roue à aubes1 qui serait conçu de manière à permettre de retirer de la chambre d'aspiration
les aubes de l'aubage directeur pendant le fonctionnement du
compresseur en régime de fonctionnement optimal, et d'élever, par cela même, le rendement du compresseur et sa fiabilité
de fonctionnement.

Ce problème est résolu du fait que le compresseur
centrifuge comprenant un corps du type dit "en baril", le
long de l'axe longitudinal duquel est montée une tubulure
d'aspiration axiale reliée, d'une part, à une chambre d'aspiration, et d'autre part, à une roue à aubes montée en porte- -faux sur un arbre et mise en communication avec une
chambre de refoulement, un aubage directeur destiné à former
le courant de fluide de travail arrivant dans la roue à aubes,
constitué par un élément porteur et des aubes montées régu
lièrement suivant sa périphérie, et disposé en amont(suivant
le sens de mouvement du courant) de la tubulure d'aspiration, et un couvercle ou flasque fixé sur le corps du compresseur, est caractérisé, selon l'invention, en ce que lesdites aubes sont fixées rigidement sur l'élément porteur de l'aubage directeur, disposé dans la cavité délimitée par la surface intérieure dudit couvercle et la surface d'une cloison fixée audit couvercle, et muni d'un moyen pour son déplacement le long de l'axe longitudinal du compresseur, et en ce que lesdites aubes sont montées dans un canal à symétrie axiale délimité par la paroi de la tubulure d'aspiration et ladite cloison, celle-ci comportant une fente annulaire débouchante se trouvant en face des aubes de l'aubage directeur.

Ce mode de réalisation du compresseur a débit réglable pour une vitesse constante de rotation de la roue à aubes, assure une élévation du rendement du compresseur fonctionnant en régime optimal, une amélioration de la fiabilité de fonctionnement et des performances économiques des gazoducs grâce à la diminution de la puissance consommée par le compresseur fonctionnant en régimes non nominaux.

L'augmentation du rendement du compresseur au régime optimal s'explique par le fait que les aubes de l'aubage directeur se trouvent en dehors du canal annulaire à symétrie axiale de la partie d'écoulement du compresseur. On obtient ainsi, premièrement, l'élimination de l'obstruction au courant dans le canal annulaire à symétrie axiale favorisant l'augmentation de la perte d'énergie; deuxièmement, la suppression des pertes supplémentaires d'énergie dues aux chocs du courant contre les arêtes d'entrée des aubes, ainsi que celle des pertes ayant lieu aux bords lors de l'écoulement du courant autour des aubes; et troisiemementtl'6limination des pertes dues au frottement lors de l'écoulement du courant sur les surfaces des aubes.

En supprimant les causes provoquant les processus transitoires qui engendrent des charges dynamiques dans la roue à aubes et dans les éléments disposés en aval de la roue à aubes, on a élevé la fiabilité de fonctionnement du compres- seur au régime optimal.

Le rendement du compresseur fonctionnant en régimes non nominaux est amélioré grâce à la fixation rigide des aubes de l'aubage directeur sur l'élément porteur, assurant une position constante des arêtes d'entrée des aubes sous un angle d'attaque nul par rapport au courant arrivant. Etant donné que la position des aubes par rapport à l'élément porteur reste constante à tous les régimes non nominaux, l'écoulement du courant arrivant sur la surface des aubes s'effectue en douceur et avec des pertes par décollement et par tourbil lonnement minimales, ce qui se traduit par une diminution de la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz et par une élévation de la fiabilité-du compresseur.

La fiabilité de fonctionnement du compresseur faisant l'objet de l'invention est améliorée également grâce à l'utilisation, pour le déplacement de l'aubage directeur suivant l'axe longitudinal du compresseur,d'un moyen de conception simple, de fabrication facile, d'un faible poids et nécessitant peu de main d'oeuvre pour sa fabrication.

I1 est avantageux que les extrémités libres des aubes de l'aubage directeur soient entourées d'un bandage dont la hauteur mesurée dans la direction radiale est sensiblement égale à la hauteur de la fente annulaire mesurée dans la direction radiale, et que l'angle de la génératrice de la surface du bandage par rapport à l'axe longitudinal du compresseur soit sensiblement égal à l'angle d'inclinaison de la cloison par rapport à l'axe longitudinal du compresseur,
Ce mode de réalisation de l'aubage directeur assure, aurégime optimal de fonctionnement du compresseur, l'obturation de la fente annulaire, prévue dans la cloison, par le bandage, et, par cela même, un mouvement régulier et sans décollement du courant dans le canal à symétrie axiale. I1 permet de supprimer l'encrassement de la cavité du couvercle par les particules mécaniques contenues dans le gaz naturel, de prévenir l'usure par érosion des éléments du mécanisme de commande de l'aubage directeur et des éléments de fixation de la cloison.

I1 est recommandé que le moyen de déplacement de l'élément porteur de l'aubage directeur suivant l'axe longitudinal du compresseur soit exécuté sous forme d'un servo-moteur dont l'élément d'exécution est lié à un coulisseau solidaire de l'élément porteur de l'aubage directeur et logé dans la paroi du couvercle.

Ce mode de réalisation du moyen de déplacement de l'aubage directeur assure la transmission du mouvement à celui-ci par l'intermédiaire d'une seule liaison cinématique, notamment d'une tige, ce qui simplifie la conception du compresseur, diminue son poids, la main d'oeuvre nécessaire à sa fabrication, et éleve sa fiabilité de fonctionnement. L'articulation de la tige du servo-moteur au coulisseau de l'aubage directeur supprime l'influence des efforts de flexion et des couples de torsion sur la tige et sur le piston du servo-moteur lié à celle-ci. La simplification de la conception du compresseur est obtenue grâce à la suppression de la transformation du déplacement linéaire en mouvement rotatif.

Il est utile que les aubes de l'aubage directeur soient munies d'au moins un bandage reliant les aubes circonférentiellement et divisant la surface de chaque aube, dans la direction de son axe longitudinal, en parties proportionnelles au débit du compaesseur.

Ce mode de réalisation de l'aubage directeur permet, pendant le fonctionnement du compresseur en régimes non nominaux, l'obturation de la fente annulaire de la cloison par le bandage, et par cela même; un mouvement régulier et sans décollement du courant dans le canal annulaire à symétrie axiale entre les aubes 5 Il permet de supprimer l'encrassement de la cavité du couvercle par les particules mécaniques contenues dans le gaz naturel, de prévenir l'usure par érosion des éléments du mécanisme de commande de 125 aubage et des éléments de fixation de la cloison.

A une pression du gaz naturel arrivant dans la chambre d'aspiration égale a 6,2 MPa et une température dudit gaz égale à 31,60C, le débit du compresseur centrifuge exécute selon la présente invention, dont le débit est réglable et dont la roue à aubes tourne à une vitesse constante de 4800 tr/min,et fonctionnant au régime optimal, est de 394 m3/min, la pression du gaz naturel débouchant de la chambre de refou lement étant de 7,6 MPa, la puissance consommée étant de 9700 kW et le rendement polytropique étant de 87%.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux a la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement a titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente d'une manière schématique le compresseur centrifuge selon l'invention, dans lequel les aubes de l'aubage directeur se trouvent dans la position correspondant au débit minimal du compresseur (en coupe longitudinaè);
- la figure 2 montre l'ensemble A de la figure 1 ( échelle agrandie);;
- la figure 3 montre l'ensemble A de la figure 1 avec un bandage auxiliaire (a échelle agrandie);
- la figure 4 représente d'une manière schématique le compresseur centrifuge selon l'invention, dans lequel les aubes de l'aubage directeur se trouvent dans la position correspondant au débit optimal du compresseur ( en coupe longitudina ;
- la figure 5 montre l'ensemble B de la figure 4 (à échelle agrandie);
- la figure 6 est une coupe suivant VI-VI de la figure 2, qui représente, à échelle agrandie, le profil des aubes de l'aubage directeur suivant lequel s'écoule le courant.

Le compresseur centrifuge selon l'invention comporte un corps 1 (figure 1) du type dit "en baril", suivant l'axe longitudinal duquel sont montés une tubulure d'aspiration axiale 2 reliée, d'une part, a la chambre d'aspiration 3, et d'autre part, a la partie d'écoulement de la roue à aubes 4, et un aubage directeur 5 destiné à former le courant de fluide de travail, par exemple de gaz naturel, arrivant dans la roue 4 à aubes.

La chambre d'aspiration 3 est délimitée par la paroi de la tubulure d'aspiration axiale 2, la paroi 6 de la chambre de refoulement 7, la surface intérieure du corps i et la cloison 8 fixée sur le couvercle ou flasque 9 fixé au corps 1 par des boulons (non représentés sur les figures). Des nervures de renforcement 10 reliant la paroi 6 au couvercle 9 sont prévues pour encaisser les forces résultant de la différence des pressions entre la chambre de refoulement 7 et la chambre d'aspiration 3. La roue 4 à aubes 11 est montée sur l'arbre 12 en porte-à-faux coaxialement au corps 1. Le diamètre de l'ouverture d'entrée de la roue 4 est égal au diamètre de la tubulure d'aspiration axiale 2. La sortie de la roue 4 à aubes est mise en communication par l'intermédiaire d'un diffuseur 13 avec la chambre de refoulement 7.

La paroi avant de la tubulure d'aspiration axiale 2 est pourvue d'un carénage 14.

L'aubage directeur 5 est constitué par un élément porteur se présentant sous forme dsun disque 15 et par des aubes 16 montées régulierement suivant la périphérie du disque 15 et disposées en amont (suivant le sens de mouvement du courant de fluide de travail), de la tubulure d'aspiration axiale 2, dans un canal annulaire 17 à symétrie axiale.

Le canal 17 est délimité par la paroi de la tubulure d'aspiration axiale 2 e-t la cloison 8. Une fente annulaire 18 (figure 2) est pratiquée dans la cloison 8, en face des aubes 16 de l'aubage directeur 5. Les aubes 16 sont fixées rigidement sur le disque 15 logé dans la cavité 19 (figure li délimitée par la surface intérieure du couvercle 9 et la surface de la cloison 8. Le disque 15 de l'aubage directeur 5 est pourvu d'un moyen effectuant son déplacement suivant l'axe longitudinal du compresseur et exécuté notamment sous formed'un servo-moteur 20. Un piston 22 muni d'une tige 23 est logé dans le corps 21 du servo-moteur 20. La cavité 25 contenant le piston 22 est séparée par une cloison 24 de la cavité 26 destinée à recevoir les fuites éventuelles de fluide de travail du compresseur et de liquide de travail du servo-moteur 20.

Une extrémité de la tige 23 est articulée au piston 22, tandis que son autre extrémité est articulée à un coulisseau 27 logé dans un bossage 28 de la paroi du couvercle 9. Le coulisseau 27 est exécuté d'une seule pièce avec le disque 15 de l'aubage directeur 5. Pour empêcher le coulisseau 27 de tourner sur lui-même autour de l'axe longitudinal du compresseur, on a prévu une clavette 29. Des éléments de fixation 30 réunissent la cloison 8 au bossage 28 du couvercle 9.

Les extrémités libres des aubes 16 de l'aubage directeur 5 sont entourées d'un bandage 31 dont la hauteur h, mesurée dans la direction radiale, est égale sensiblement à la hauteur H de la fente annulaire 18 mesurée dans la direction radiale. L'angle d'inclinaison oC de la génératrice de la surface du bandage 31 par rapport à l'axe longitudinal est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison < 2 de la génératrice de la cloison 8 par rapport à l'axe longitudinal du compresseur.

Chaque aube 16 est pourvue d'au moins un bandage 31a.

La hauteur h du bandage 31a mesurée dans la direction radiale est sensiblement égale à la hauteur H de la fente annulaire 18 mesurée dans la direction radiale, tandis que l'angle d'inclinaison 4 1 de la génératrice de la surface du bandage 31a par rapport à l'axe longitudinal du compresseur est sen siblement égal à l'angle d'inclinaison &alpha;2 de la génératrice de la surface de la cloison 8 par rapport à l'axe longitudinal du compresseur.

Le compresseur fonctionne de la manière suivante.

Au régime de débit minimal, le courant de gaz naturel débouchant de la chambre d'aspiration 3 (figure 1) arrive dans le canal annulaire à symétrie axiale 17 et, en léchant les aubes 16 de l'aubage directeur 5, acquiert une composante de vitesse circonférentielle dont le sens coïncide avec le sens de rotation de la roue à aubes 4. Ensuite, le courant traverse la tubulure d'aspiration axiale 2 et parvient à la roue 4 à aubes. Du fait que la direction de la
projection du vecteur de la vitesse absolue sur la direction du vecteur de la vitesse circonférentielle coïncide avec la direction du vecteur de la vitesse circonférentielle de la roue 4 à aubes, la pression de refoulement créée par la roue 4 à aubes décroît conformément à l'équation d'Euler.Etant donné que les aubes 15 sont rigidement fixées sur le disque 15 et que les aretes d'entrée des aubes 16 sont disposées sous un angle d'attaque nul par rapport au courant arrivant à la vitesse V (figure 6), le courant arrivant s'écoule suivant les surfaces des aubes 16 régulièrement et avec des pertes par décollement et tourbillonnement minimales. De ce fait, la consommation spécifique d'énergie pour la compression du gaz décroît et la fiabilité du compresseur augmente. Sur la figure 1, le piston 22 du servo-moteur 20 se trouve dans la position extrême droite dans laquelle le piston 27 exécute d'une seule pièce avec le disque 15 de l'aubage 5 assure la position de travail des aubes 16 correspondant au débit minimal du compresseur.A ce moment, la partie périphérique (figure 2) du disque 15, sur laquelle sont fixées les aubes de L'aube directeur 5, occupe dans la ente annulaire 18 de la cloison 8 une position telle que le courant se déplace régulièrement et sans décollement à travers le canal annulaire à symétrie axiale 17 entre les aubes 16.

Pendant le fonctionnement du compresseur au régime optimal, illustré sur la figure 4, le piston 22 du servomoteur 20 prend la position extrême gauche dans laquelle le coulisseau 27 exécuté d'une seule pièce avec le disque 15 de l'aubage directeur 5 est déplacé suivant l'axe longitudinal du compresseur.

En se déplaçant, le disque 15 fait sortir les aubes 16 du canal annulaire 17 à travers la fente annulaire 18 (figure 5) dans la cavité 19. De la chambre d'aspiration 3 (figure 4), le courant de gaz naturel parvient au canal annulaire 17 à symétrie axiale, puis dans la tubulure d'aspiration axiale 2 et dans la roue 4 à aubes.Grâce au fait que les aubes 16 de l'aubage directeur 5 sont disposées en dehors du canal annulaire 17 a symétrie axiale de la partie d'ecoulement du compresseur, on a pu supprimer : le rétrécissement du courant dans le canal annulaire à symétrie axiale, qui a pour conséquence d'augmenter les pertes d'énergie; les pertes dues aux chocs du courant contre les arêtes d'entrée des aubes 16; les pertes aux bords se produisant lorsque le courant quitte les aubes; les pertes dues aux frottements lorsque le courant lèche les surfaces des aubes; les processus transitoires provoquant des charges dynamiques dans la roue 4 à aubes, le diffuseur 13, les paliers et les garnitures d'étanchéité du compresseur (non représentés sur les figures). Tout cela augmente le rendement et la fiabilité de fonctionnement du compresseur au régime optimal.

Le bandage 31 des aubes 16 obture la fente annulaire 18 de la cloison 8 en assurant le mouvement régulier et sans décollement du courant dans le canal annulaire 17 à symétrie axiale, supprime le risque d'encrassement de la cavité 19 du couvercle 9 par les particules mécaniques contenues dans le gaz naturel, et prévient l'usure par érosion des éléments du mécanisme de commande de l'aubage directeur et des éléments de fixation de la cloison.

Pendant le fonctionnement du compresseur à un régime inférieur au débit optimal et supérieur au débit minimal, le piston 22 du servo-moteur 20 prend une position inter médiaire dans laquelle la tige 23 (figure 4) fait déplacer le coulisseau 27 de la position extrême gauche vers la droite suivant l'axe longitudinal du compresseur. Le disque 15 (figure 3), en se déplaçantvfait sortir les aubes 16 de la cavité 19 à travers la fente annulaire 18 et le canal 17 à symétrie axiale. Le bandage 31a des aubes 16 obture la fente annulaire 18 de la cloison 8, en assurant ainsi un ecoulement régulier du courantRsans décollementsuivant la partie de la surface des aubes 16 se trouvant dans le canal annulaire 17 à symétrie axiale.

Une partie du courant de gaz naturel passe de la chambre d'aspiration 3 (figure 4) dans le canal annulaire 17 à syme- trie axiale et, en s'écoulant suivant une partie de la surface des aubes 16, acquiert une composante circonférentielle de la vitesse dont le sens coïncide avec le sens de rotation de la roue 4 à aubes.

L'autre partie du courant passe à travers le canal annulaire 17 à symétrie axiale sans entrer dans les aubes 16. Le courant tourbillonnant créé par les aubes 16 se réunit au courant non tourbillonnaire et communique au courant global une composante circonférentielle de la vitesse, dont le vecteur est supérieur au vecteur de la composante circonférentielle de la vitesse du courant correspondant au débit minimal du compresseur Ensuite, le courant global passe par la tubulure d'aspiration axiale 2 et parvient à la roue 4 à aubes.Du fait que la direction de la projection du vecteur de la vitesse absolue du courant global sur la direction du vecteur de la vitesse circonfé- rentielle coïncide avec la direction du vecteur de la vitesse circonférentielle de la roue 4 à aubes, la pression de refoulement créée par la roue 4 à aubes décroît conformément à l'équation d'Euler.

Le compresseur centrifuge conforme à l'invention, à débit réglable pour une vitesse constante de rotation de la roue à aubes, améliore notablement les performances économiques de l'utilisation des gazoducs grâce à la concordance de sa caractéristique avec celle du compresseur fonctionnant en série ou en parallèle avec ceux-ci, ainsi qu'avec la caractéristique du réseau de consommation
De plus, on obtient une diminution de la puissance spécifique dépensée par le compresseur pour la compression du gaz tant aux régimes optimaux (grâce à la suppression, dans le compresseur revendiqué,de I'effet d'étranglement provoqué par les aubes de l'aubage directeur se trouvant constamment dans la tubulure d'aspiration du compresseur connu, qu'à des régimes différents du régime nominal (grâce à la suppression des chocs du courant contre les aubes à son entrée dans celles-ci et à la disposition des arêtes d'entrée des aubes dans la zone des basses vitesses du courant.

L'invention assure également une large plage de régulation du débit du compresseur, grâce a l'utilisation, dans l'aubage directeur, des bandages auxiliaires partageant la surface de-chaque aube dans la direction de son axe longitudinal en parties proportionnelles au débit du compresseur.

Enfin, l'invention a permis de simplifier la conception de l'aubage directeur assurant le tourbillonnement du courant, de diminuer son poids, son encombrement, ainsi que d'améliorer la technologie de sa fabrication.

Claims (4)

R E V E N D I C A T I-O N S

1. Compresseur centrifuge comportant un corps (1) du type dit "en baril", suivant l'axe longitudinal duquel sont montés une tubulure d'aspiration axiale (2) reliée, d'une part, à une chambre d'aspiration (3), et d'autre part, à une roue (4) à aubes montée en porte-a-faux sur un arbre (12;; et mise en communication avec une chambre de refoulement (7), un aubage directeur (5) destiné à former le courant de fluide de travail arrivant dans la roue (4) à aubes et constitué par un élément porteur et des aubes (16) montées régulièrement suivant sa périphérie et disposées en amont (suivant le sens de mouvement du courant) de la tubulure d'aspiration axiale (2), et un couvercle (9) Lis sur le corps (1), caractérisé en ce que les aubes (16) de la roue (4) sont fixées rigidement sur l'élément porteur de l'aubage directeur (5) disposé dans la cavité (19;; délimitée par la surface intérieure du couvercle (9) et la surface d'une cloison 8 fixée au couvercle 9, et pourvu d'un moyen pour son déplacement suivant l'axe longitudinal du compresseur, lesdites aubes étant montées dans un canal annulaire (17) à symétrie axiale délimite par la paroi de la tubulure d'aspiration (2) et la cloison (8), celle-ci ayant une fente annulaire débouchante (18) disposé en face des aubes (16) de llaubage directeur (5).

2. Compresseur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités libres des aubes (16) de l'aubage directeur (5) sont entourées d'un bandage (31) dont la hauteur (h), mesurée dans la direction radiale, est égale sensiblement à la hauteur (H) de la fente annulaire (18), mesurée dans la direction radiale, et en ce que l'angle (oC1) 1) d'inclinaison de génératrice de la surface du bandage (31) par rapport à l'axe longitudinal du compresseur est sensiblement égal à l'angle ( 2) d'inclinaison de la cloison par rapport à l'axe longitudinal du compresseur.

3. Compresseur centrifuge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen pour le déplacement de l'élément porteur de l'aubage directeur (5) suivant l'axe longitudinal du compresseur est exécuté sous forme d'un servomoteur (20) d'un type connu en soi, dont l'élément d'exécution est lié à un coulisseau (27) solidaire de l'élément porteur de l'aubage (5) et disposé dans la paroi du couvercle (9).

4. Compresseur centrifuge selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les aubes (16) de l'aubage directeur (5) sont munjes d'au moins un bandage (31 a) reliant circonférentiellement les aubes (16) et partageant la surface de chaque aube (16), dans la direction de l'axe longitudinal, en parties proportionnelles au débit du compresseur.