FR2680394A1 - ANTI-PUMPING SYSTEM AND APPARATUS FOR AN AIR COMPRESSOR. - Google Patents
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Abstract
Le système anti-pompage coprend une conduite (10) d'alimentation en air, un venturi (11) situé dans la conduite d'alimentation (10), un dispositif de vanne (18) de mise à l'air libre en aval du venturi (11) pour faire communiquer la conduite d'alimentation (10) avec l'atmosphère ambiante, un dispositif (28) pour pousser le dispositif (18) de vanne de mise à l'air libre dans une position ouverte quand il y a un flux d'air nul au travers du venturi (11), et un dispositif de vérin pneumatique (20, 21) agissant en réponse à un différentiel de pression statique dans le venturi (11) pour déplacer progressivement le dispositif de vanne (18) de mise à l'air libre vers une position fermée au fur et à mesure que le flux d'air à travers le venturi (11) augmente.The anti-pumping system comprises an air supply line (10), a venturi (11) located in the supply line (10), a valve device (18) for venting downstream of the venturi (11) for communicating the supply line (10) with the ambient atmosphere, a device (28) for pushing the vent valve device (18) into an open position when there is zero air flow through the venturi (11), and a pneumatic cylinder device (20, 21) acting in response to a static pressure differential in the venturi (11) to gradually move the valve device (18) venting to a closed position as the air flow through the venturi (11) increases.
Description
SYSTEME ET APPAREIL ANTI-POMPAGE POUR COMPRESSEUR D'AIRANTI-PUMPING SYSTEM AND APPARATUS FOR AN AIR COMPRESSOR
La présente invention concerne un appareil de compression d'air qui délivre en fonctionnement un flux d'air comprimé et elle concerne plus particulièrement un système empêchant l'apparition du pompage dans le compresseur ("surging") dû à la remontée d'une onde à The present invention relates to an air compression device which delivers in operation a flow of compressed air and it relates more particularly to a system preventing the appearance of pumping in the compressor ("surging") due to the ascent of a wave. at
front raide dans le flux délivré, dite contre-foulement. stiff front in the delivered flow, known as backflow.
Les compresseurs d'air sont utilisés pour fournir de l'air comprimé dans des applications très variées, le flux d'air comprimé étant généralement refoulé au moyen d'une conduite On trouve un tel exemple dans un équipement de sol employant un compresseur d'air à pales à haute vitesse destiné à fournir de l'air comprimé pour démarrer des moteurs de Air compressors are used to supply compressed air in a wide variety of applications, the compressed air flow being generally discharged by means of a pipe. One such example is found in ground equipment employing a compressor. high speed paddle air to supply compressed air to start engine
turbine à gaz d'un avion.gas turbine of an airplane.
Dans le cas d'une restriction en aval du compresseur qui entraîne une remontée d'onde vers l'amont du flux délivré, comme cela peut se produire après le démarrage du moteur, le flux d'air sur les pales du compresseur devient instable et donne naissance au phénomène de pompage du compresseur qui peut In the case of a restriction downstream of the compressor which causes a wave rise upstream of the delivered flow, as can happen after starting the engine, the air flow on the blades of the compressor becomes unstable and gives rise to the pumping phenomenon of the compressor which can
endommager l'équipement.damage the equipment.
Un objet de la présente invention est de fournir un système empêchant l'apparition du pompage de compresseur lors du fonctionnement d'un appareil de An object of the present invention is to provide a system preventing the occurrence of compressor pumping during the operation of a control device.
compression d'air.air compression.
Par conséquent, selon un aspect de la présente invention, on propose un système empêchant l'apparition du pompage de compresseur dans un appareil de compression d'air qui fournit en fonctionnement un flux d'air comprimé à une conduite d'alimentation en air, comprenant un venturi situé dans la conduite de l'alimentation, un dispositif de vanne de mise à l'air libre en aval du venturi pour faire communiquer la conduite d'alimentation avec l'atmosphère ambiante, un dispositif pour pousser le dispositif de vanne de mise à l'air libre dans une position ouverte quand il y a un flux d'air nul au travers du venturi, et un dispositif de vérin pneumatique agissant en réponse à un différentiel de pression statique dans le venturi pour déplacer progressivement le dispositif de vanne de mise à l'air libre vers une position fermée au fur et à Consequently, according to an aspect of the present invention, there is provided a system preventing the occurrence of compressor pumping in an air compression apparatus which in operation supplies a flow of compressed air to an air supply line, comprising a venturi located in the supply line, a vent valve device downstream of the venturi for communicating the supply line with the ambient atmosphere, a device for pushing the valve device venting to an open position when there is no air flow through the venturi, and a pneumatic cylinder device acting in response to a static pressure differential in the venturi to gradually move the valve device venting to a closed position as and when
mesure que le flux d'air à travers le venturi augmente. as the air flow through the venturi increases.
En fonctionnement du système, on capte les pressions statiques dans une section d'entrée du venturi et dans une section de gorge du venturi, et on utilise le différentiel de ces pressions pour entraîner le vérin pneumatique qui en combinaison avec le dispositif de poussée de la vanne de mise à l'air libre commande le mouvement du dispositif de vanne de mise à l'air libre In operation of the system, the static pressures are sensed in an inlet section of the venturi and in a throat section of the venturi, and the differential of these pressures is used to drive the pneumatic cylinder which in combination with the thrust device of the vent valve controls movement of the vent valve device
entre une position fermée et une position ouverte. between a closed position and an open position.
Le différentiel de pression statique est nul quand le flux d'air au travers du venturi est nul et est maximal lorsque ce flux d'air est maximal Par conséquent une gamme de fonctionnement de flux d'air allant du pompage du compresseur à un refoulement maximal peut être traduite en une gamme de différentiel de pression statique dans le venturi à des fins de The static pressure differential is zero when the air flow through the venturi is zero and is maximum when this air flow is maximum Consequently, an operating range of air flows going from pumping the compressor to maximum discharge can be translated into a range of static pressure differential in the venturi for the purpose of
commande.ordered.
Le dispositif de vanne de mise à l'air libre peut comprendre un élément de vanne disposé à l'intérieur d'une conduite de mise à l'air libre ayant une extrémité s'ouvrant à l'intérieur de la conduite d'alimentation en air comprimé et une extrémité opposée The vent valve device may include a valve member disposed within a vent pipe having one end opening into the interior of the supply line. compressed air and an opposite end
s'ouvrant à l'atmosphère.opening up to the atmosphere.
En alternative, le dispositif de vanne de mise d'air peut comprendre une ouverture dotée de vanne située dans une paroi de la conduite d'alimentation à Alternatively, the air supply valve device may include an opening with a valve located in a wall of the supply line to
l'air comprimé en aval du venturi.compressed air downstream of the venturi.
L'élément de vanne peut être une vanne convenable quelconque, telle que par exemple une vanne The valve element can be any suitable valve, such as for example a valve.
papillon.butterfly.
Le dispositif de vérin pneumatique peut comprendre tout vérin pneumatique convenable ayant un dispositif de piston de vérin relié au dispositif de vanne de mise à l'air et agencé pour recevoir sur l'une de ces faces la pression statique régnant dans la section de gorge du venturi et sur la face opposée la pression statique régnant dans la section d'entrée du venturi. Le dispositif pour pousser le dispositif de vanne de mise à l'air libre vers une position d'ouverture complète peut comprendre des moyens élastiques tels que par exemple un ressort de compression prévu avec le dispositif de vérin pneumatique. Un système conforme à la présente invention comprend un dispositif de vanne de mise à l'air à action directe agissant rapidement en réponse à un contre-foulement du flux d'air du système pour mettre à l'air libre l'air du système afin d'empêcher l'apparition du pompage du compresseur, et il est particulièrement adapté pour être utilisé dans n'importe quel type d'appareils utilisant un compresseur d'air à pales fournissant un flux d'air à pression accrue Par conséquent, selon un autre aspect de l'invention, on propose un appareil pour fournir un flux d'air comprimé, comprenant un compresseur d'air présentant une entrée d'air atmosphérique et une sortie d'air comprimé, une conduite d'alimentation en air comprimé ayant une extrémité reliée à la sortie du compresseur, un venturi branché en série dans la conduite d'alimentation, un dispositif de vanne de mise à l'air libre branché dans la conduite d'alimentation en aval du venturi et comprenant un élément de vanne pouvant se déplacer entre une position fermée et une position ouverte, un dispositif pour pousser l'élément de vanne dans la position ouverte, un dispositif de vérin pneumatique comprenant un dispositif de piston de vérin, un dispositif pour relier le dispositif de piston de vérin à l'élément de vanne, un dispositif reliant une section d'entrée du venturi à une face du dispositif du piston de vérin et un dispositif reliant une section de gorge du venturi à une face opposée du dispositif de piston de vérin, moyennant quoi, en fonctionnement, lorsque l'air circule à travers le venturi, un différentiel de pression statique entre la pression d'entrée du venturi et la section de gorge du venturi permet de déplacer le dispositif de piston de vérin et avec lui l'élément de vanne vers la position fermée à l'encontre du dispositif de poussée de l'élément de vanne. Le dispositif de piston de vérin peut comprendre un piston classique pouvant coulisser à l'intérieur d'un cylindre ou bien peut comprendre n'importe quel autre type de piston convenable tel que, par exemple, un élément de plaque porté par un élément de diaphragme qui est fixé à la paroi interne d'un cylindre et supporté The pneumatic cylinder device may include any suitable pneumatic cylinder having a cylinder piston device connected to the vent valve device and arranged to receive on one of these faces the static pressure prevailing in the groove section of the venturi and on the opposite side the static pressure prevailing in the inlet section of the venturi. The device for pushing the vent valve device towards a fully open position can comprise elastic means such as for example a compression spring provided with the pneumatic cylinder device. A system according to the present invention includes a direct acting vent valve device which acts rapidly in response to backflow from the system air flow to vent the system air to prevent the appearance of compressor pumping, and it is particularly suitable for use in any type of appliance using a paddle air compressor providing an air flow at increased pressure Consequently, according to a Another aspect of the invention provides an apparatus for supplying a compressed air flow, comprising an air compressor having an atmospheric air inlet and a compressed air outlet, a compressed air supply line having one end connected to the outlet of the compressor, a venturi connected in series in the supply line, a vent valve device connected in the supply line downstream of the venturi and comprising an element d The valve being able to move between a closed position and an open position, a device for pushing the valve element into the open position, a pneumatic cylinder device comprising a cylinder piston device, a device for connecting the piston piston device. actuator to the valve member, a device connecting an inlet section of the venturi to one side of the actuator piston device and a device connecting a throat section of the venturi to an opposite face of the actuator piston device, whereby , in operation, when the air circulates through the venturi, a static pressure differential between the inlet pressure of the venturi and the groove section of the venturi makes it possible to move the cylinder piston device and with it the element of valve to the closed position against the valve element pushing device. The cylinder piston device can comprise a conventional piston which can slide inside a cylinder or can comprise any other suitable type of piston such as, for example, a plate element carried by a diaphragm element which is attached to the inner wall of a cylinder and supported
par elle.by she.
L'appareil peut être par exemple un chariot de démarrage de moteur de turbine à gaz ou bien un appareil de commande d'environnement basé au sol pour fournir de The apparatus may be, for example, a gas turbine engine starting cart or a ground-based environment control apparatus for providing
l'air conditionné à l'intérieur d'un bâtiment. air conditioning inside a building.
D'autres caractéristiques et avantages Other features and benefits
ressortiront de la description suivante d'un exemple de will emerge from the following description of an example of
réalisation non limitatif, qui se référera au dessin annexé lequel représente de façon schématique un système non-limiting embodiment, which will refer to the appended drawing which schematically represents a system
conforme à un mode de réalisation de l'invention. according to an embodiment of the invention.
Une conduite d'alimentation en air comprimé 10 présente une extrémité reliée à la sortie d'un compresseur d'air à pales à haute vitesse (non représenté), et son autre extrémité est reliée de façon à alimenter en air un appareil utilisateur nécessitant la fourniture d'air comprimé, tel que par exemple un moteur de turbine à gaz d'avion (non représenté) Un venturi Il est branché en série dans la conduite 10, et il présente une section d'entrée 12, une section de A compressed air supply line 10 has one end connected to the outlet of a high-speed vane air compressor (not shown), and its other end is connected so as to supply air to a user device requiring the supply of compressed air, such as for example an airplane gas turbine engine (not shown) A venturi It is connected in series in the pipe 10, and it has an inlet section 12, a section of
gorge 13 et une section de sortie 14. groove 13 and an outlet section 14.
Un dispositif de vanne de mise à l'air libre qui dans ce mode de réalisation comprend une conduite de mise à l'air libre 15 est branché sur la conduite d'alimentation 10 en aval de la section de sortie 14 du venturi La conduite de mise à l'air libre présente une extrémité 16 s'ouvrant sur l'intérieur de la conduite d'alimentation 10 tandis que son extrémité opposée 17 s'ouvre à l'air libre Le dispositif de vanne de mise à l'air libre comprend en outre un élément de vanne qui dans ce mode de réalisation comporte une vanne papillon 18 montée de manière pivotante sur une broche 19 à A vent valve device which in this embodiment comprises a vent pipe 15 is connected to the supply pipe 10 downstream of the outlet section 14 of the venturi. venting has an end 16 opening onto the interior of the supply line 10 while its opposite end 17 opens to the air The venting valve device comprises furthermore a valve element which in this embodiment comprises a butterfly valve 18 pivotally mounted on a spindle 19 to
l'intérieur de la conduite de mise à l'air libre 15. inside the vent pipe 15.
Un dispositif de vérin pneumatique destiné à déplacer la vanne papillon 18 d'une position complètement ouverte à une position fermée comprend un cylindre 20 logeant un dispositif de piston de vérin qui dans ce mode de réalisation est constitué par un élément de plaque 21 porté par un élément de diaphragme 22 fixé à la paroi circonférentielle interne du cylindre et porté par elle L'élément de plaque 21 et l'élément de diaphragme 22 servent à diviser le cylindre 20 en deux chambres 24 et 25 A partir de la fixation, une tige de vérin 26 s'étend du côté de l'élément de plaque 21 qui fait face à la chambre 25 et elle fait saillie à l'extérieur du cylindre 23 de façon à être reliée à une extrémité d'un élément de bielle 27 dont l'extrémité A pneumatic cylinder device intended to move the butterfly valve 18 from a fully open position to a closed position comprises a cylinder 20 housing a cylinder piston device which in this embodiment consists of a plate element 21 carried by a diaphragm element 22 fixed to and carried by the inner circumferential wall of the cylinder The plate element 21 and the diaphragm element 22 serve to divide the cylinder 20 into two chambers 24 and 25 From the fixing, a rod cylinder 26 extends from the side of the plate element 21 which faces the chamber 25 and it projects outside the cylinder 23 so as to be connected to one end of a connecting rod element 27, the end
opposée est reliée à l'élément de vanne papillon 18. opposite is connected to the butterfly valve element 18.
L'élément de vanne papillon 18 est poussé dans une position d'ouverture totale par des moyens élastiques qui dans le présent mode de réalisation comprennent un ressort de compression 28 logé dans la chambre 25 et agissant entre une paroi frontale du The butterfly valve element 18 is pushed into a fully open position by elastic means which in the present embodiment comprise a compression spring 28 housed in the chamber 25 and acting between a front wall of the
cylindre 20 et l'élément de plaque 21. cylinder 20 and the plate element 21.
Une ligne de conduite 29 relie la section de gorge 13 du venturi à la chambre 25 et une ligne de conduite 30 relie la section d'entrée 12 du venturi à la chambre 24, de sorte qu'en fonctionnement les pressions statiques dans les sections d'entrée du venturi et de gorge du venturi sont transmises sur chacun des côtés de l'élément de plaque supporté par le diaphragme, et l'air peut circuler pour remplir ou vider les chambres du A line of conduct 29 connects the groove section 13 of the venturi to the chamber 25 and a line of conduct 30 connects the inlet section 12 of the venturi to the chamber 24, so that in operation the static pressures in the sections d the venturi inlet and the venturi groove are transmitted on each side of the plate element supported by the diaphragm, and air can circulate to fill or empty the chambers of the
vérin afin de provoquer le déplacement du vérin. cylinder to cause the cylinder to move.
Lors du fonctionnement du système comprenant le compresseur d'air (non représenté), si celui-ci n'est pas en route, il y a un flux d'air nul à travers le venturi 11 et l'élément de vanne papillon 18 est poussé par le ressort 28 dans la position totalement ouverte de sorte que la conduite d'alimentation 10 communique avec l'atmosphère ambiante au moyen de la conduite de mise à l'air libre 17 Dans cet état, les pressions statiques dans la section d'entrée du venturi 12 et sa section de gorge 13 sont les mêmes et le différentiel de pression During operation of the system comprising the air compressor (not shown), if the latter is not in operation, there is no air flow through the venturi 11 and the butterfly valve element 18 is pushed by the spring 28 into the fully open position so that the supply line 10 communicates with the ambient atmosphere by means of the vent line 17 In this state, the static pressures in the section of inlet of the venturi 12 and its groove section 13 are the same and the pressure differential
dans les chambres 24 et 25 du cylindre 20 est nul. in the chambers 24 and 25 of the cylinder 20 is zero.
Pour une pression totale donnée, la pression statique tombe lorsque le flux augmente de sorte que pour une pression totale constante, alors que le flux s'accroit, la pression statique diminue La pression totale dans la section de gorge du venturi est sensiblement la même que la pression totale au sein de la section d'entrée, la perte de pression totale dans la For a given total pressure, the static pressure drops when the flow increases so that for a constant total pressure, as the flow increases, the static pressure decreases The total pressure in the throat section of the venturi is substantially the same as the total pressure within the inlet section, the total pressure loss in the
section de gorge étranglée étant négligeable. choked throat section being negligible.
Ainsi, alors que le flux d'air au travers de la conduite d'alimentation 10 et du venturi 11 se forme à la suite du démarrage du compresseur d'air, le rythme de changement de la pression statique en fonction du flux est plus grand dans la section de gorge 13 du venturi que dans la section d'entrée 12 du venturi et il se crée un différentiel de pression statique dans le venturi qui est maximal lorsque le flux est maximal Du fait que pour une pression totale Constante la pression statique chute quand le flux d'air augmente, la pression statique captée dans la chambre 25 va chuter à une vitesse plus élevée que celle qui est captée dans la chambre 24 et il se forme un différentiel de pression de part et d'autre de l'élément de plaque 21 et de l'élément de diaphragme 22, qui agit pour déplacer progressivement la vanne papillon vers la position fermée à l'encontre du ressort de compression 28 Dans des conditions de flux maximal, le différentiel de pression est tel que la vanne papillon ferme complètement la conduite de mise à l'air libre et le flux total d'air comprimé dans la conduite d'alimentation est envoyé à l'appareil utilisateur Thus, while the air flow through the supply line 10 and the venturi 11 is formed following the start of the air compressor, the rate of change of the static pressure as a function of the flow is greater in the throat section 13 of the venturi than in the inlet section 12 of the venturi and a static pressure differential is created in the venturi which is maximum when the flow is maximum Because for a constant total pressure the static pressure drops when the air flow increases, the static pressure sensed in the chamber 25 will drop at a higher speed than that which is sensed in the chamber 24 and a pressure differential is formed on either side of the element plate 21 and the diaphragm element 22, which acts to gradually move the butterfly valve to the closed position against the compression spring 28 In conditions of maximum flow, the pressure differential is such that the va a butterfly completely closes the vent line and the total flow of compressed air in the supply line is sent to the user device
nécessitant cette alimentation.requiring this diet.
En cas d'apparition d'une restriction en aval du venturi lors d'un flux maximal donnant naissance à un contre-foulement dans la conduite d'alimentation, la pression totale augmente en raison de la caractéristique du compresseur; cependant un changement dans la pression statique de la section d'entrée du venturi est accompagné par un changement correspondant dans la pression statique de la section de gorge si ce n'est que le changement dans cette dernière section s'effectue à une vitesse différente Ainsi le différentiel de pression statique change de telle manière que le ressort de compression 28 agit pour déplacer la vanne papillon 18 vers l'ouverture de sorte que l'air comprimé dans la conduite d'alimentation 10 est mis à l'atmosphère ambiante au travers de la conduite de mise à l'air libre et que l'apparition du phénomène de pompage du In the event of a restriction occurring downstream of the venturi during a maximum flow giving rise to a backflow in the supply line, the total pressure increases due to the characteristic of the compressor; however, a change in the static pressure of the inlet section of the venturi is accompanied by a corresponding change in the static pressure of the throat section except that the change in this last section takes place at a different speed. the static pressure differential changes so that the compression spring 28 acts to move the butterfly valve 18 toward the opening so that the compressed air in the supply line 10 is brought to the ambient atmosphere through the vent pipe and that the appearance of the pumping phenomenon of the
compresseur est évitée.compressor is avoided.
Le système conforme à la présente invention comporte un dispositif de vanne de mise à l'air à action directe donnant une réponse rapide à des conditions de flux qui peuvent induire un pompage du compresseur, en ouvrant le dispositif de vannes de mise à l'air pour purger l'air comprimé de la conduite d'alimentation vers l'atmosphère ambiante et empêcher ainsi l'apparition du pompage Le fait de pousser le dispositif de vanne de mise à l'air libre dans une position ouverte dans des conditions de flux nul constitue un élément de sécurité dans le cas o une restriction du flux se produit au démarrage du compresseur d'air, restriction qui autrement causerait le contre-foulement du flux d'alimentation, causant lui-même le pompage du compresseur En situant le dispositif de vanne de mise à l'air libre en aval du venturi, le flux d'air venant du compresseur est mis à l'air libre jusqu'à ce qu'un signal pneumatique approprié pour entratner le dispositif de vérin pneumatique vers la fermeture du dispositif de vanne de mise à l'air libre soit engendré lorsque un flux satisfaisant traverse le venturi Non seulement le système de l'invention empêche l'apparition du pompage de compresseur dû au contre-foulement du flux d'alimentation, mais il permet également de fermer complètement la ligne de flux d'alimentation, d'une façon prévue ou imprévue, alors que le compresseur est The system according to the present invention comprises a direct action vent valve device giving a rapid response to flow conditions which can induce pumping of the compressor, by opening the vent valve device. to purge the compressed air from the supply line to the ambient atmosphere and thus prevent the occurrence of pumping Pushing the vent valve device into an open position under zero flow conditions constitutes a safety element in the event that a flow restriction occurs at the start of the air compressor, a restriction which would otherwise cause the back flow of the supply flow, itself causing the pumping of the compressor By locating the vent valve downstream of the venturi, the air flow from the compressor is vented until a pneumatic signal suitable for driving the pneumatic cylinder device towards the closing of the vent valve device is generated when a satisfactory flow passes through the venturi Not only does the system of the invention prevent the appearance of compressor pumping due to the back flow of the supply flow, but it also makes it possible to completely close the feed stream line, in a planned or unexpected manner, while the compressor is
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB9117781D0 (en) | 1991-10-09 |
GB9217340D0 (en) | 1992-09-30 |
GB2258717A (en) | 1993-02-17 |
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