FR3087855A1 - Un turbocompresseur centrifuge ayant un trajet de flux de gaz comportant une chambre de detente - Google Patents

Un turbocompresseur centrifuge ayant un trajet de flux de gaz comportant une chambre de detente Download PDF

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Abstract

Le turbocompresseur centrifuge (2) comporte un carter hermétique (3) ; un arbre d'entraînement (6) ayant un axe longitudinal et agencé en rotation à l'intérieur du carter hermétique (3) ; un étage de compression comportant une roue (17) reliée à l'arbre d'entraînement (6) ; une entrée d'aspiration de gaz (42) ; et un trajet de flux de gaz (P) relié fluidiquement avec l'entrée d'aspiration de gaz (42) et configuré pour alimenter l'étage de compression en flux de gaz. Le trajet de flux de gaz (P) comporte une chambre de détente (46) entourant au moins partiellement l'arbre d'entraînement (6), l'entrée d'aspiration de gaz (42) débouchant sensiblement radialement dans la chambre de détente (46) ; et une pluralité de canaux de guidage de flux d'entrée (51) reliés fluidiquement avec la chambre de détente (46) et répartis angulairement autour de l'axe longitudinal de l'arbre d'entraînement (6), les canaux de guidage de flux d'entrée (51) s'étendant radialement vers l'arbre d'entraînement (6) et étant axialement décalés par rapport à l'entrée d'aspiration de gaz (42) et à la chambre de détente (46).

Description

Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un turbocompresseur centrifuge.
Arrière-plan de l’invention
Comme cela est connu, un turbocompresseur centrifuge à double étage comporte notamment :
- un carter hermétique,
- un arbre d’entraînement agencé en rotation à l’intérieur du carter hermétique et s’étendant le long d’un axe longitudinal,
- une première roue et une deuxième roue reliées à l’arbre d’entraînement, les première et deuxième roues étant agencées dans une configuration dos-àdos,
- une entrée d’aspiration de gaz s’étendant tangentiellement par rapport à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement, et
- un distributeur d’entrée configuré pour alimenter la première roue en flux de gaz, le distributeur d’entrée ayant une forme de disque annulaire et entourant l’arbre d’entraînement, le distributeur d’entrée comportant des organes de guidage de flux d’entrée répartis angulairement autour de l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement et définissant partiellement des canaux de guidage de flux d’entrée reliés fluidiquement à l’entrée d’aspiration de gaz et s’étendant radialement vers l’arbre d’entraînement.
Pendant le fonctionnement, un flux de gaz, s’écoulant hors de l’entrée d’aspiration de gaz, entre tangentiellement dans une chambre annulaire définie intérieurement par le distributeur d’entrée, et ensuite s’écoule autour d’une surface externe du distributeur d’entrée avant d’entrer dans les canaux de guidage de flux d’entrée et de s’écouler radialement à travers les canaux de guidage de flux d’entrée. Le flux de gaz sortant des canaux de guidage de flux d’entrée respectifs est ensuite fourni axialement à la première roue.
En raison de ladite configuration de l’entrée d’aspiration de gaz et du distributeur d’entrée, les divers flux de gaz s’écoulant à travers les divers canaux de guidage de flux d’entrée ne sont pas uniformes et homogènes, ce qui induit de nombreuses distorsions de flux à travers le distributeur d’entrée et une distribution de flux non homogène le long d’une direction circonférentielle au niveau de l’entrée de fluide de la première roue.
Une telle distribution de flux non homogène induit une variation de flux perçue par chaque aube de roue lors de sa rotation, et a donc un impact important sur la limite de pompage du compresseur et le rendement du compresseur.
Résumé de l’invention
Un objet de la présente invention consiste à fournir un turbocompresseur centrifuge amélioré qui peut surmonter les inconvénients rencontrés dans un turbocompresseur centrifuge classique avec une entrée d’aspiration de gaz tangentielle.
Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un turbocompresseur centrifuge qui est fiable et facile à fabriquer, tout en ayant un rendement amélioré.
Selon l’invention, un tel turbocompresseur centrifuge comporte :
- un carter hermétique,
- un arbre d’entraînement ayant un axe longitudinal et agencé en rotation à l’intérieur du carter hermétique,
- un étage de compression comportant une roue reliée à l’arbre d’entraînement,
- une entrée d’aspiration de gaz,
- un trajet de flux de gaz relié fluidiquement à l’entrée d’aspiration de gaz et configuré pour alimenter l’étage de compression en flux de gaz, où le trajet de flux de gaz comporte :
- une chambre de détente entourant au moins partiellement l’arbre d’entraînement, l’entrée d’aspiration de gaz débouchant sensiblement radialement dans la chambre de détente, et
- une pluralité de canaux de guidage de flux d’entrée reliés fluidiquement à la chambre de détente et répartis angulairement autour de l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement, les canaux de guidage de flux d’entrée s’étendant radialement vers l’arbre d’entraînement et étant axialement décalés par rapport à l’entrée d’aspiration de gaz et à la chambre de détente.
En raison de la présence de la chambre de détente et du fait que l’entrée d’aspiration de gaz débouche sensiblement radialement dans la chambre de détente, le flux de gaz, sortant de l’entrée d’aspiration de gaz, s’écoule à travers la chambre de détente à faible vitesse, ce qui minimise sensiblement les pertes de pression au niveau de l’entrée du trajet de flux de gaz et minimise sensiblement les distorsions de flux à travers les canaux de guidage de flux d’entrée. Ceci conduit à une distribution de flux plus homogène le long d’une direction circonférentielle au niveau de l’entrée de fluide de la première roue.
Par conséquent, une telle configuration du trajet de flux de gaz et de 5 l’entrée d’aspiration de gaz améliore sensiblement 1e rendement du compresseur, tout en permettant une fabrication facile du turbocompresseur.
Le turbocompresseur centrifuge peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur 10 centrifuge est un turbocompresseur centrifuge à double étage.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge est un turbocompresseur centrifuge à un étage.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le trajet de flux de gaz est configuré pour alimenter l’étage de compression en flux de fluide frigorigène.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente et l’arbre d’entraînement s’étendent coaxialement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente s’étend autour de l’arbre d’entraînement le long d’un secteur angulaire inférieur à 360°.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur 2 0 centrifuge comporte en outre une partie de paroi de séparation située à l’opposé de l’entrée d’aspiration de gaz et configurée de sorte que la chambre de détente comporte une première partie de chambre arquée s’étendant de l’entrée d’aspiration de gaz à la partie de paroi de séparation le long d’une première direction angulaire par rapport à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement et
5 une deuxième partie de chambre arquée s’étendant de l’entrée d’aspiration de gaz à la partie de paroi de séparation le long d’une deuxième direction angulaire par rapport à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement qui est opposée à la première direction angulaire. Une telle configuration de la chambre de détente réduit davantage les distorsions de flux à travers les canaux de guidage de flux
0 d’entrée et assure ainsi une distribution de flux angulaire encore plus homogène au niveau de l’entrée de fluide de la première roue, ce qui améliore encore le rendement du compresseur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les première et deuxième parties de chambre arquées s’étendent des deux côtés de l’axe longitudinal de 3 5 l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente a un profil de section transversale en forme de fer à cheval.
Selon un mode de réalisation de l’invention, une longueur axiale de la chambre de détente est supérieure à un diamètre d’entrée de l’entrée d’aspiration 5 de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente a un diamètre externe et un diamètre interne qui respectent l’équation suivante : OD2 ID2 > 2*D1, où OD est le diamètre externe de la chambre de détente, ID est le diamètre interne de la chambre de détente, et D1 est le diamètre d’entrée de 10 l’entrée d’aspiration de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente a une section transversale sensiblement constante le long de l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente a une 15 dimension radiale sensiblement constante sur toute la circonférence de la chambre de détente.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les canaux de guidage de flux d’entrée ont des largeurs sensiblement identiques.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les canaux de guidage de flux 2 0 d’entrée ont des dimensions axiales sensiblement identiques.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le trajet de flux de gaz comporte en outre un canal de liaison s’étendant autour de l’arbre d’entraînement et reliant fluidiquement la chambre de détente avec les canaux de guidage de flux d’entrée.
5 Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal de liaison débouche dans la chambre de détente au niveau d’une partie radiale externe de la chambre de détente afin de définir une restriction de débit pour le flux de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal de liaison est annulaire.
0 Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal de liaison a un diamètre interne qui est supérieur à un diamètre interne de la chambre de détente.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal de liaison a un diamètre externe qui est sensiblement égal à un diamètre externe de la chambre 3 5 de détente.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre des organes de guidage de flux d’entrée définissant au moins partiellement les canaux de guidage de flux d’entrée, les organes de guidage de flux d’entrée étant répartis angulairement autour de l’axe longitudinal 5 de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les organes de guidage de flux d’entrée sont régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’un des organes de guidage 10 de flux d’entrée est situé à une même position angulaire que la partie de paroi de séparation tout en étant axialement décalé par rapport à la partie de paroi de séparation. Un tel agencement des organes de guidage de flux d’entrée assure une distribution de flux angulaire encore plus homogène au niveau de l’entrée de fluide de la première roue, ce qui améliore encore le rendement du compresseur. 15 Selon un mode de réalisation de l’invention, chacun des organes de guidage de flux d’entrée a une pointe de fuite orientée vers l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal de liaison est configuré de manière à respecter l’équation suivante : πΊ-TDi < m/4*(Do2 - Di2), 2 0 où H est la hauteur de chaque organe de guidage de flux d’entrée, Di est le diamètre interne du canal de liaison et Do est le diamètre externe du canal de liaison.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacun des organes de guidage de flux d’entrée s’étend radialement vers l’arbre d’entraînement et
5 converge vers l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les organes de guidage de flux d’entrée sont agencés de sorte que chaque paire d’organes de guidage de flux d’entrée adjacents définisse un canal de guidage de flux d’entrée respectif.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque organe de guidage de
0 flux d’entrée a un profil de section transversale en forme de surface portante.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque organe de guidage de flux d’entrée a une hauteur constante.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque organe de guidage de flux d’entrée comporte un bord d’attaque ayant un rayon de courbure élevé.
5 Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre un distributeur d’entrée ayant une forme de disque annulaire et entourant l’arbre d’entraînement, les canaux de guidage de flux d’entrée étant au moins partiellement définis par le distributeur d’entrée. Avantageusement, les organes de guidage de flux d’entrée sont au moins partiellement prévus sur le distributeur d’entrée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre une partie de guidage de flux stationnaire ayant une forme de disque annulaire et entourant le distributeur d’entrée, les organes de guidage de flux d’entrée étant au moins partiellement prévus sur la partie de guidage de flux stationnaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal de liaison est partiellement défini par la partie de guidage de flux stationnaire. Avantageusement, le canal de liaison est défini par la partie de guidage de flux stationnaire et par le carter hermétique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les organes de guidage de 15 flux d’entrée sont tournés vers la roue.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le trajet de flux de gaz comporte en outre un canal d’alimentation annulaire s’étendant autour de l'arbre d’entraînement et qui est relié fluidiquement aux canaux de guidage de flux d’entrée, le canal d’alimentation annulaire étant configuré pour alimenter 2 0 axialement l’étage de compression en flux de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal d’alimentation annulaire est situé en aval des canaux de guidage de flux d’entrée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal d’alimentation annulaire est défini intérieurement par une surface convergente annulaire qui
5 converge vers l’étage de compression.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le canal d’alimentation annulaire est prévu sur une partie de recouvrement qui est fixée au distributeur d’entrée, la partie de recouvrement s’étendant autour de l’arbre d’entraînement et étant configurée de sorte que le flux de gaz s’écoulant des canaux de guidage
0 de flux d’entrée vers la roue n’entre pas en contact avec une partie rotative, et par exemple l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’entrée d’aspiration de gaz comporte une partie d’entrée de gaz ayant une section transversale circulaire, et une partie de sortie de gaz comportant une sortie de gaz débouchant dans la 3 5 chambre de détente, la partie de sortie de gaz divergeant vers la chambre de détente. Une telle configuration de l’entrée d’aspiration de gaz, et particulièrement de la partie de sortie de gaz, réduit la vitesse de gaz et donc les chutes de pression au niveau de l’entrée de chambre de détente.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie d’entrée de gaz s’étend radialement par rapport à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la sortie de gaz est oblongue et s’étend le long d’une direction circonférentielle par rapport à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement. Avantageusement, la sortie de gaz a une première dimension prise le long de l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement et une deuxième dimension prise le long de la direction circonférentielle, la deuxième 10 dimension étant supérieure à la première dimension.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la première dimension et la deuxième dimension de la sortie de gaz respectent l’équation suivante : Do2 * Do1 > D12, où Do1 est la première dimension de la sortie de gaz, Do2 est la deuxième dimension de la sortie de gaz, et D1 est le diamètre d’entrée de 15 l’entrée d’aspiration de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre un étage de compression supplémentaire comportant une roue supplémentaire reliée à l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune de la roue et de la 2 0 roue supplémentaire a un côté avant et un côté arrière, la roue et la roue supplémentaire étant agencées dans une configuration dos-à-dos.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre un agencement de palier axial configuré pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement pendant le fonctionnement.
5 Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente entoure au moins partiellement l’agencement de palier radial.
0 Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge comporte en outre un moteur électrique configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement autour d’un axe de rotation.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’arbre d’entraînement comporte une première partie d’extrémité axiale et une deuxième partie 3 5 d’extrémité axiale opposée à la première partie d’extrémité axiale, la roue étant reliée à la première partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement et le moteur électrique étant relié à la deuxième partie d’extrémité axiale de l'arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune de la roue et de la roue supplémentaire est reliée à la première partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le distributeur d’entrée a une première surface axiale tournée vers la roue et une deuxième surface axiale tournée vers l’agencement de palier axial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre de détente est définie par le carter hermétique.
Ces avantages ainsi que d’autres apparaîtront à la lecture de la description suivante compte tenu des dessins ci-joints qui représentent, à titre d’exemple non limitatif, un mode de réalisation d’un turbocompresseur centrifuge selon l’invention.
Brève description des dessins
La description détaillée suivante d’un mode de réalisation de l’invention sera mieux comprise lorsqu’elle est lue conjointement avec les dessins annexés, étant entendu, cependant, que l’invention ne se limite pas au mode de réalisation spécifique divulgué.
La figure 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d’un turbocompresseur centrifuge selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 est une vue en perspective éclatée du turbocompresseur centrifuge de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du turbocompresseur centrifuge de la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d’un trajet de flux de gaz du turbocompresseur centrifuge de la figure 1.
Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe transversale du turbocompresseur centrifuge de la figure 1.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l’invention
Les figures 1 à 6 représentent un turbocompresseur centrifuge hermétique 2, et particulièrement un turbocompresseur centrifuge hermétique à double étage, selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte un carter hermétique 3 comportant une partie de carter de roue 3.1, une partie de carter de palier 3.2 et une partie de carter de moteur 3.3. Comme le montre mieux la figure 3, la partie de carter de roue 3.1 et la partie de carter de palier 3.2 comportent respectivement un logement de roue cylindrique 4 et un logement de palier cylindrique 5 qui s'étendent coaxialement. La partie de carter de roue 3.1 et la 10 partie de carter de palier 3.2 sont fixées l’une à l’autre, par exemple par vissage ou soudage.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte également un arbre d’entraînement 6 agencé en rotation à l’intérieur du carter hermétique 3 et s’étendant le long d’un axe longitudinal A. L’arbre d’entraînement 6 comporte une 15 première partie d’extrémité axiale 7, une deuxième partie d’extrémité axiale 8 opposée à la première partie d’extrémité axiale 7, et une partie intermédiaire 9 agencée entre les première et deuxième parties d’extrémité axiales 7, 8.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte en outre un premier étage de compression 11 et un deuxième étage de compression 12 agencés dans le 2 0 logement de roue cylindrique 4 et configurés pour comprimer un gaz, et par exemple un fluide frigorigène. Le premier étage de compression 11 comporte une entrée de fluide 13 et une sortie de fluide 14, tandis que le deuxième étage de compression 12 comporte une entrée de fluide 15 et une sortie de fluide 16, la sortie de fluide 14 du premier étage de compression 11 étant reliée fluidiquement
5 à l’entrée de fluide 15 du deuxième étage de compression 12.
Les premier et deuxième étages de compression 11, 12 comportent respectivement une roue 17 et une roue supplémentaire 18 qui sont reliées à la première partie d’extrémité axiale 7 de l’arbre d’entraînement 6 et qui s’étendent coaxialement avec l’arbre d’entraînement 6. La roue 17 comporte un côté avant
0 équipé d’une pluralité d’aubes 19 configurées pour accélérer, pendant la rotation de l’arbre d’entraînement 6, le gaz entrant dans le premier étage de compression 11, tandis que la roue supplémentaire 18 comporte un côté avant équipé d’une pluralité d’aubes 21 configurées pour accélérer, pendant la rotation de l’arbre d’entraînement 6, le gaz entrant dans le deuxième étage de compression 12. En 3 5 outre, chacune de la roue 17 et de la roue supplémentaire 18 comporte un côté arrière s’étendant sensiblement perpendiculairement à l’arbre d’entraînement 6.
La roue et la roue supplémentaire 17, 18 sont agencées dans une configuration dos-à-dos, de sorte que les directions de flux de fluide au niveau des entrées de flux 13, 15 des premier et deuxième étages de compression 11, 12 soient opposées l’une à l’autre.
En outre, les premier et deuxième étages de compression 11, 12 comportent respectivement un premier organe aérodynamique 22 et un deuxième organe aérodynamique 23 ayant chacun une forme de disque annulaire. Les premier et deuxième organes aérodynamiques 22, 23 sont respectivement tournés vers les côtés avant de la roue 17 et de la roue 10 supplémentaire 18. Les diamètres externes des premier et deuxième organes aérodynamiques 22, 23 sont sensiblement égaux au diamètre interne du logement de roue cylindrique 4. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, les premier et deuxième organes aérodynamiques 22, 23 sont agencés pour coulisser axialement dans le logement de roue cylindrique 4.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte également un moteur électrique 24 relié à la deuxième partie d’extrémité axiale 8 de l’arbre d’entraînement 6 et configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement 6 autour de l’axe longitudinal A. Le moteur électrique 24 est agencé dans la partie de carter de moteur 3.3.
0 Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte en outre un agencement de palier axial, également appelé agencement de palier de butée, agencé entre la roue 17 et le moteur électrique 24 et configuré pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement 6 pendant le fonctionnement. L’agencement de palier axial peut être un agencement de palier axial fluide et, par exemple, un
5 agencement de palier axial à gaz.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, l’agencement de palier axial comporte un organe de palier axial 25 agencé sur une surface externe de la partie intermédiaire 9 de l’arbre d’entraînement 6 et s’étendant radialement vers l’extérieur par rapport à l’arbre d’entraînement 6.
0 L’agencement de palier axial comporte également une première plaque de palier axial 26 et une deuxième plaque de palier axial 27 ayant chacune une forme de disque annulaire, et étant agencées en parallèle. La première plaque de palier axial 26 est tournée vers la roue 17, tandis que la deuxième plaque de palier axial 27 est tournée vers le moteur électrique 24.
5 L’agencement de palier axial comporte en outre une bague-entretoise 28 entourant l’organe de palier axial 25, et étant serrée entre les première et deuxième plaques de palier axial 26, 27 au niveau des parties externes radiales des première et deuxième plaques de palier axial 26, 27. La bague-entretoise 28 définit particulièrement une distance axiale entre les première et deuxième plaques de palier axial 26, 27, ladite distance axiale étant légèrement supérieure 5 à la largeur de l’organe de palier axial 25.
Avantageusement, le turbocompresseur centrifuge 2 est configuré de sorte que le gaz soit introduit entre l’organe de palier axial 25 et les première et deuxième plaques de palier axial 26, 27 pour former un palier axial à gaz.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte également un agencement de 10 palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement 6.
L’agencement de palier radial comporte un manchon de palier 29, également appelé logement de palier, qui s’étend autour de l’arbre d’entraînement 6 et le long de la partie intermédiaire 9 de l’arbre d’entraînement 6. Le manchon de palier 29 est au moins partiellement agencé dans le logement de palier 15 cylindrique 5 et est situé entre l’agencement de palier axial et le moteur électrique
24. Le manchon de palier 29 peut être un manchon de palier monobloc, ou peut être réalisé à partir de parties séparées assemblées.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, le manchon de palier 29 comporte notamment :
0 - une partie de palier radial 31 qui est tubulaire et qui entoure la partie intermédiaire 9 de l’arbre d’entraînement 6, la partie de palier radial 31 étant configurée pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement 6,
- une partie de manchon externe 32 entourant la partie de palier radial 31 et comportant une face d’extrémité axiale 33 tournée vers le moteur électrique
5 24 et venant en butée contre une surface de palier axial annulaire 34 de la partie de carter de palier 3.2, et
- un espacement annulaire 35 formé entre la partie de palier radial 31 et la partie de manchon externe 32 et tourné vers la deuxième plaque de palier axial 27.
0 Le manchon de palier 29 comporte en outre une surface d’appui 36 contre laquelle la deuxième plaque de palier axial 27 vient en butée. La surface d’appui 36 est avantageusement située au niveau d’une face d’extrémité axiale de la partie de manchon externe 32 tournée vers la deuxième plaque de palier axial 27, et s’étend transversalement, et avantageusement perpendiculairement, à 3 5 l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6. Par conséquent, le manchon de palier 29 est serré entre la deuxième plaque de palier axial 27 et la surface de palier axial 34 de la partie de carter de palier 3.2.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte en outre un distributeur d’entrée 37 agencé par exemple dans le logement de palier cylindrique 5 et 5 configuré pour alimenter, et par exemple pour alimenter axialement, le premier étage de compression 11 en gaz. Le distributeur d’entrée 37 est adjacent au premier organe aérodynamique 22, et a une forme de disque annulaire et un diamètre externe sensiblement égal au diamètre interne du logement de palier cylindrique 5. Le distributeur d’entrée 37 est avantageusement agencé de 10 manière à pouvoir coulisser axialement dans le logement de palier cylindrique 5.
Le compresseur centrifuge 2 peut en outre comporter un élément élastique agencé entre la partie de carter de roue 3.1 et le deuxième organe aérodynamique 23. Avantageusement, l’élément élastique est une rondelle élastique annulaire, par exemple du type Belleville, agencée coaxialement avec 15 l’arbre d’entraînement 6. L’élément élastique est par exemple agencé dans un évidement annulaire formé dans une surface axiale de la partie de carter de roue 3.1.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément élastique sollicite axialement les premier et deuxième organes aérodynamiques 22, 23, un 2 0 dispositif d’étanchéité inter-étages 39 prévu entre la roue 17 et la roue supplémentaire 18, le distributeur d’entrée 37 et le manchon de palier 29 avec une force prédéterminée, par exemple se trouvant dans la plage allant de 8000 à 10000 N, contre la surface de palier axial annulaire 34 de la partie de carter de palier 3.2.
5 L’élément élastique permet, notamment lorsqu’une dilatation thermique se produit dans le turbocompresseur centrifuge 2, un coulissement axial des premier et deuxième organes aérodynamiques 22, 23, du dispositif d’étanchéité interétages 39, du distributeur d’entrée 37 et du manchon de palier 29 par rapport au carter hermétique 3, et évite ainsi les déformations desdites parties qui pourraient
0 entraîner une durée de vie réduite du turbocompresseur centrifuge 2.
Le turbocompresseur centrifuge 2 peut en outre comporter un ou plusieurs organe(s) élastique(s) sollicitant axialement les première et deuxième plaques de palier axial 26, 27 et la bague-entretoise 28 avec une force prédéterminée, par exemple se trouvant dans la plage allant de 1000 à 2000 N, contre la surface 3 5 d’appui 36 du manchon de palier 29. Le turbocompresseur centrifuge 2 peut par exemple comporter plusieurs organes élastiques situés entre le premier organe aérodynamique 22 et la première plaque de palier axial 26 et agencés chacun dans un trou traversant respectif prévu dans le distributeur d’entrée 37. Chaque organe élastique peut par exemple être un ressort hélicoïdal.
Le turbocompresseur centrifuge 2 comporte également une entrée d’aspiration de gaz 42 prévue sur le carter hermétique 3, et par exemple sur la partie de carter de palier 3.2. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, l’entrée d’aspiration de gaz 42 comporte une partie d’entrée de gaz 43 ayant une section transversale circulaire, et une partie de sortie de gaz 44 divergeant à l’opposé de la partie d’entrée de gaz 43. Avantageusement, la partie 10 d’entrée de gaz 43 s’étend radialement par rapport à l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6.
La partie de sortie de gaz 44 comporte particulièrement une sortie de gaz qui est oblongue et qui s’étend le long d’une direction circonférentielle par rapport à l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6. Avantageusement, la 15 sortie de gaz 45 a une première dimension prise le long de l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6 et une deuxième dimension prise le long de la direction circonférentielle, la deuxième dimension étant supérieure à la première dimension. Selon un mode de réalisation de l’invention, la première dimension et la deuxième dimension de la sortie de gaz 45 respectent l’équation suivante :
0 Do2*Do1 > D12, où D1 est le diamètre d’entrée de l’entrée d’aspiration de gaz 42, qui correspond particulièrement au diamètre interne de la partie d’entrée de gaz 43, Do1 est la première dimension de la sortie de gaz 45 et Do2 est la deuxième dimension de la sortie de gaz 45.
En outre, le turbocompresseur centrifuge 2 comporte un trajet de flux de
5 gaz P relié fluidiquement à l’entrée d’aspiration de gaz 42 et configuré pour alimenter le premier étage de compression, et particulièrement la roue 17, en flux de gaz. Le trajet de flux du gaz P est représenté schématiquement sur la figure 1.
Le trajet de flux de gaz P comporte une chambre de détente 46 s’étendant
0 autour de l’arbre d’entraînement 6. L’entrée d’aspiration de gaz 42, et particulièrement la partie de sortie de gaz 44, débouche radialement dans la chambre de détente 46. Comme le montre mieux la figure 4, la chambre de détente 46 a une longueur axiale L qui est supérieure au diamètre d’entrée D1 de l’entrée d’aspiration de gaz 42. Avantageusement, la chambre de détente 46 3 5 a un diamètre externe OD et un diamètre interne ID qui respectent l’équation suivante :
OD2 - ID2 > 2*D1.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, la chambre de détente 46 est définie par le carter hermétique 3, et par exemple par la partie de carter de palier 3.2, et s’étend autour de l’arbre d’entraînement 6 le long d’un 5 secteur angulaire Inférieur à 360°.
Avantageusement, la chambre de détente 46 a un profil de section transversale en forme de fer à cheval. À cet effet, le carter hermétique 3, et particulièrement la partie de carter de palier 3.2, comporte un volume annulaire 47 définissant partiellement la chambre de détente 46 et une partie de paroi de 10 séparation 48 située dans le volume annulaire 47 et opposée à l’entrée d’aspiration de gaz 42, la partie de paroi de séparation 48 étant configurée de sorte que la chambre de détente 46 comporte une première partie de chambre arquée 46.1 s’étendant de l’entrée d’aspiration de gaz 42 à la partie de paroi de séparation 48 et une deuxième partie de chambre arquée 46.2 s’étendant de 15 l’entrée d’aspiration de gaz 42 à la partie de parai de séparation 48. Les première et deuxième parties de chambre arquées 46.1, 46.2 s’étendent des deux côtés de l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6.
Le trajet de flux de gaz P comporte en outre un canal de liaison 49 s’étendant autour de l’arbre d’entraînement 6 et coaxialement à l’axe longitudinal 2 0 A de l’arbre d’entraînement 6. Le canal de liaison 49 est annulaire et est relié fluidiquement à la chambre de détente 46. Avantageusement, le canal de liaison 49 débouche dans la chambre de détente 46 au niveau d’une partie radiale externe de la chambre de détente 46 afin de définir une restriction de débit pour le flux de gaz, et particulièrement une restriction de débit annulaire.
5 Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, le canal de liaison 49 a un diamètre interne Di qui est supérieur au diamètre interne ID de la chambre de détente 46, et un diamètre externe Do qui est égal au diamètre externe OD de la chambre de détente 46.
Le trajet de flux de gaz P comporte en outre une pluralité de canaux de
0 guidage de flux d’entrée 51 reliés fluidiquement avec la chambre de détente 46 via le canal de liaison 49. Les canaux de guidage de flux d’entrée 51 sont régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6, et ont avantageusement des largeurs sensiblement identiques. Les canaux de guidage de flux d’entrée 51 s’étendent radialement vers l’arbre 3 5 d’entraînement 6 et sont axialement décalés par rapport à l’entrée d’aspiration de gaz 42 et à la chambre de détente 46. Particulièrement, les canaux de guidage de flux d’entrée 51 s’étendent dans un même plan d’extension qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6 et qui est axialement décalé par rapport à l’axe central de l’entrée d’aspiration de gaz 42.
Comme le montre mieux la figure 5, le turbocompresseur centrifuge 2 comporte des organes de guidage de flux d’entrée 52 définissant partiellement les canaux de guidage de flux d’entrée 51 et étant régulièrement répartis angulairement autour de l’axe longitudinal A de l’arbre d’entraînement 6. Particulièrement, les organes de guidage de flux d’entrée 52 sont agencés de sorte que chaque paire d’organes de guidage de flux d’entrée adjacents 52 10 définisse un canal de guidage de flux d’entrée 51 respectif. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, chacun des organes de guidage de flux d’entrée 52 s’étend radialement vers l’arbre d’entraînement 6 et converge vers l’arbre d’entraînement 6. Avantageusement, chaque organe de guidage de flux d’entrée 52 a un profil de section transversale en forme de surface portante, 15 et comporte un bord d’attaque ayant un rayon de courbure élevé et une pointe de fuite orientée vers l’arbre d’entraînement 6. Chaque organe de guidage de flux d’entrée 52 peut avoir une hauteur constante.
Comme le montre mieux la figure 5, l’un des canaux de guidage de flux d’entrée 51 est situé à une même position angulaire que la partie de paroi de 2 0 séparation 48 tout en étant axialement décalé par rapport à la partie de paroi de séparation 48.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 6, chaque organe de guidage de flux d’entrée 52 est partiellement défini par le distributeur d’entrée 37 et par une partie de guidage de flux stationnaire 53 ayant une forme
5 de disque annulaire, la partie de guidage de flux stationnaire 53 entourant le distributeur d’entrée 27 et étant serrée entre la partie de carter de roue 3.1 et la partie de carter de palier 3.2.
Particulièrement, le distributeur d’entrée 37 comporte des éléments de guidage de flux d’entrée 54 s’étendant radialement vers l’arbre d’entraînement 6
0 et faisant saillie à partir d’une surface axiale du distributeur d’entrée 37 tournée vers la roue 17, et la partie de guidage de flux stationnaire 53 comporte également des portions de guidage de flux d’entrée 55 faisant saillie à partir d’une surface axiale de la partie de guidage de flux stationnaire 53 tournée vers la roue
17. Chaque élément de guidage de flux d’entrée 54 est particulièrement aligné 3 5 angulairement avec une portion de guidage de flux d’entrée 55 respective de manière à définir un organe de guidage de flux d’entrée 52 respectif.
Seton te mode de réalisation représenté sur tes figures 1 à 6, le canal de liaison 49 est défini par la partie de guidage de flux stationnaire 53 et par te carter hermétique 3, et le canal de liaison 49 est configuré de manière à respecter l’équation suivante :
π*Η*Οί < π/4*(Οο2 - Di2), où H est la hauteur de chaque organe de guidage de flux d’entrée 52 (qui correspond à la dimension de chaque canal de guidage de flux d’entrée 51 prise le long de l’axe longitudinal A), Di est le diamètre interne du canal de liaison 49 et Do est te diamètre externe du canal de liaison 49.
Le trajet de flux de gaz P comporte en outre un canal d’alimentation 10 annulaire 56 relié fluidiquement aux canaux de guidage de flux d’entrée 51, et configuré pour alimenter axialement la roue 17 en flux de gaz. Avantageusement, te canal d’alimentation annulaire 56 s’étend autour de l’arbre d’entraînement 6 et est défini intérieurement par une surface convergente annulaire 57 qui converge vers la roue 17. Selon te mode de réalisation représenté sur tes figures 1 à 6, la 15 surface convergente annulaire 57 est prévue sur une partie de recouvrement 58 qui est fixée au distributeur d’entrée 37, la partie de recouvrement 58 s’étendant autour de l’arbre d’entraînement 6 et étant configurée de sorte que le flux de gaz s’écoulant des canaux de guidage de flux d’entrée 51 vers la roue 17 n’entre pas en contact avec une partie rotative, et par exemple l’arbre d’entraînement 6.
0 Pendant le fonctionnement du turbocompresseur centrifuge 2, un flux de gaz, s’écoulant hors de l’entrée d’aspiration de gaz 42, entre radialement dans la chambre de détente 46, et ensuite s’écoule à faible vitesse dans les première et deuxième parties de chambre arquées 46.1,46.2 avant d’entrer dans te canal de liaison 49. Le flux de gaz sortant du canal de liaison 49 entre dans tes canaux de
5 guidage de flux d’entrée 51 et s’écoute radialement à travers tes canaux de guidage de flux d’entrée avant d’être fourni axialement à la roue 17 via te canal d’alimentation annulaire 56.
Une telle configuration du trajet de flux de gaz et de l'entrée d’aspiration de gaz minimise sensiblement les pertes de pression au niveau de l’entrée du
0 trajet de flux de gaz et minimise sensiblement les distorsions de flux à travers les canaux de guidage de flux d’entrée. Ceci conduit à une distribution de flux plus homogène te long d’une direction circonférentielle au niveau de l’entrée de fluide de la première roue, et améliore ainsi sensiblement te rendement du compresseur, tout en permettant une fabrication facile du turbocompresseur.
5 La figure 7 représente un turbocompresseur centrifuge hermétique à un étage 2 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention qui diffère du premier mode de réalisation essentiellement en œ qu’il ne comporte qu’un étage de compression, et donc une roue 17 et un organe aérodynamique 22.
Bien entendu, l’invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit cidessus à titre d’exemple non limitatif, mais au contraire elle englobe tous les modes de réalisation correspondants.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbocompresseur centrifuge (2) comportant :
    - un carter hermétique (3),
    - un arbre d’entraînement (6) ayant un axe longitudinal (A) et agencé en rotation à l’intérieur du carter hermétique (3),
    - un étage de compression comportant une roue (17) reliée à l’arbre d’entraînement (6),
    - une entrée d’aspiration de gaz (42),
    - un trajet de flux de gaz (P) relié fluidiquement à l’entrée d’aspiration de gaz (42) et configuré pour alimenter l’étage de compression en flux de gaz, dans lequel le trajet de flux de gaz (P) comporte :
    - une chambre de détente (46) entourant au moins partiellement l’arbre d’entraînement (6), l’entrée d’aspiration de gaz (42) débouchant sensiblement radialement dans la chambre de détente (46), et
    - une pluralité de canaux de guidage de flux d’entrée (51) reliés fluidiquement à la chambre de détente (46) et répartis angulairement autour de l’axe longitudinal (A) de l’arbre d’entraînement (6), les canaux de guidage de flux d’entrée (51) s’étendant radialement vers l’arbre d’entraînement (6) et étant axialement décalés par rapport à l’entrée d’aspiration de gaz (42) et à la chambre de détente (46).
  2. 2. Turbocompresseur centrifuge (2) selon la revendication 1, dans lequel la chambre de détente (46) s’étend autour de l’arbre d’entraînement (6) le long d’un secteur angulaire inférieur à 360°.
  3. 3. Turbocompresseur centrifuge (2) selon la revendication 2, comportant en outre une partie de paroi de séparation (48) située à l’opposé de l’entrée d’aspiration de gaz (42) et configurée de sorte que la chambre de détente (46) comporte une première partie de chambre arquée (46.1) s’étendant de l’entrée d’aspiration de gaz (42) à la partie de paroi de séparation (48) le long d’une première direction angulaire par rapport à l’axe longitudinal (A) de l’arbre d’entraînement (6) et une deuxième partie de chambre arquée (46.2) s’étendant de l’entrée d’aspiration de gaz (42) à la partie de paroi de séparation (48) le long d’une deuxième direction angulaire par rapport à l’axe longitudinal (A) de l’arbre d’entraînement (6) qui est opposée à la première direction angulaire.
  4. 4. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la chambre de détente (46) a un profil de section transversale en forme de fer à cheval.
  5. 5. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des
    5 revendications 1 à 4, dans lequel une longueur axiale (L) de la chambre de détente (46) est supérieure à un diamètre d’entrée (D1) de l’entrée d’aspiration de gaz (42).
  6. 6. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le trajet de flux de gaz (P) comporte en outre
    10 un canal de liaison (49) s’étendant autour de l’arbre d’entraînement (6) et reliant fluidiquement la chambre de détente (46) avec les canaux de guidage de flux d’entrée (51).
  7. 7. Turbocompresseur centrifuge (2) selon la revendication 6, dans lequel le canal de liaison (49) débouche dans la chambre de détente (46) au niveau
    15 d’une partie radiale externe de la chambre de détente (46) afin de définir une restriction de débit pour le flux de gaz.
  8. 8. Turbocompresseur centrifuge (2) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le canal de liaison (49) est annulaire.
  9. 9. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des 2 0 revendications 1 à 8, comportant en outre des organes de guidage de flux d’entrée (52) définissant au moins partiellement les canaux de guidage de flux d’entrée (51), les organes de guidage de flux d’entrée (52) étant répartis angulairement autour de l’axe longitudinal (A) de l’arbre d’entraînement (6).
  10. 10. Turbocompresseur centrifuge (2) selon la revendication 9, dans lequel
    2 5 chacun des organes de guidage de flux d’entrée (52) s’étend radialement vers l’arbre d’entraînement (6) et converge vers l’arbre d’entraînement (6).
  11. 11. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comportant en outre un distributeur d’entrée (37) ayant une forme de disque annulaire et entourant l’arbre d’entraînement (6), les canaux
    3 0 de guidage de flux d’entrée (51) étant au moins partiellement définis par le distributeur d’entrée (37).
  12. 12. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le trajet de flux de gaz (P) comporte en outre un canal d’alimentation annulaire (56) s’étendant autour de l’arbre
    3 5 d’entraînement (6) et qui est relié fluidiquement aux canaux de guidage de flux d’entrée (51), le canal d’alimentation annulaire (56) étant configuré pour alimenter axialement l’étage de compression en flux de gaz.
  13. 13. Turbocompresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l’entrée d’aspiration de gaz (42) comporte une partie d’entrée de gaz (43) ayant une section transversale circulaire, et une partie de sortie de gaz (44) comportant une sortie de gaz (45) débouchant dans la chambre de détente (46), la partie de sortie de gaz (45) divergeant vers la chambre de détente (46).
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