WO2022029386A1 - Compresseur centrifuge multi-étages - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a multi-stage centrifugal compressor, the function of which is to compress a gaseous fluid in at least two successive compression stages.
- a first radial compression stage comprising a first bladed compression wheel coupled in rotation to the first section of the motor shaft and having a first upstream end in communication with a gaseous fluid inlet and a first downstream end;
- a second radial compression stage comprising a second compression impeller rotatably coupled to the second section of the motor shaft and having a second upstream end, where the first compression impeller and the second compression impeller are arranged in a back-to-back configuration;
- At least one gaseous fluid inter-stage flow path placing the first downstream end of the first compression vaned wheel of the first stage in communication with the second upstream end of the second compression vane wheel.
- a gaseous fluid is introduced into the first stage via the gaseous fluid inlet, and this gaseous fluid is sucked axially at the first upstream end of the first compression bladed wheel, to be pressurized and then evacuated radially at its first downstream end.
- the inter-stage flow path of gaseous fluid brings this gaseous fluid compressed by the first stage at the level of the second stage, and more precisely at the level of the second upstream end of the second compression impeller, in order to be sucked axially at this second upstream end of the second compression impeller, to be pressurized again and then evacuated radially at its second downstream end.
- the gaseous fluid thus compressed in two successive stages, is then evacuated at the level of the outlet manifold.
- Such a multi-stage centrifugal compressor is known in particular from document EP1749992, where an intermediate volute-type collector is provided which surrounds the first downstream end of the first compression bladed wheel to recover the compressed gaseous fluid at the outlet of the first stage, and a volute type outlet manifold which surrounds the second downstream end of the second compression vane wheel to recover the compressed gaseous fluid at the outlet of the second stage.
- the gaseous fluid interstage flow path is in the form of an external pipe which connects the volute type intermediate manifold to a second cowl facing the second upstream end of the second blade wheel of compression, in order to provide an axial injection of the gaseous fluid at this second upstream end.
- a drawback of the compressor known from document EP1749992 is its size, due to the use of an external pipe, located outside the engine casing.
- the temperature will increase, thus reducing its density and increasing the volume flow rate and therefore the necessary passage sections.
- the invention proposes to solve all or part of the aforementioned drawbacks, by providing a multi-stage centrifugal compressor having an architecture with improved compactness.
- Another object of the invention is to provide a solution for cooling the gaseous fluid between two compression stages, without harming the size and preferably in an economical manner.
- the invention proposes a multi-stage centrifugal compressor, comprising:
- a rotary electric motor arranged inside a motor housing having two opposite side faces, namely a first side face and a second side face;
- a motor shaft driven in rotation along a motor axis by said rotary electric motor and having a first section and a second opposite section extending on either side of the rotary electric motor and the two respective side faces of the motor housing;
- a first radial compression stage comprising a first compression impeller coupled in rotation to the first section of the motor shaft and having a first upstream end in communication with a gaseous fluid inlet and a first downstream end facing the side of the first side face of the engine casing;
- a second radial compression stage comprising a second compression impeller coupled in rotation to the second section of the motor shaft and having a second upstream end and a second downstream end facing the side of the second lateral face of the motor casing, such that the first compression impeller and the second compression impeller are arranged in a back-to-back configuration;
- At least one inter-stage gaseous fluid flow path placing the first downstream end of the first compression impeller in communication with the second upstream end of the second compression impeller; in which this inter-stage flow path of gaseous fluid has the following successive pipes:
- a secondary pipe formed in the second cowl and which is in leaktight communication with the intermediate pipe, where said secondary pipe has a secondary outlet orifice opening out facing the second upstream end of the second compression vane wheel.
- the invention proposes to put the compressed gaseous fluid at the outlet of the first stage into communication with the inlet of the second stage, by passing through the engine casing, thus avoiding the use of an external pipe.
- the gaseous fluid interstage flow path, or each of the gaseous fluid interstage flow paths comprises:
- the secondary pipe which extends the intermediate pipe in a sealed manner and which is provided in the second cowl to redirect the gaseous fluid towards the center of the second compression impeller, at its second upstream end, so as to enter the second stage compression.
- the gaseous fluid (such as for example a gas or a gaseous mixture, such as air) is introduced into the first stage via the gaseous fluid inlet, and this gaseous fluid is sucked axially at the level of the first upstream end of the first compression impeller, to be pressurized and then evacuated radially at its first downstream end.
- a gas or a gaseous mixture such as air
- This gaseous fluid (which is compressed for the first time) then enters the main pipe of the or each of the gaseous fluid interstage flow paths, crosses the crankcase, and reaches the intermediate pipe to cross the spacer (without communication with the second downstream end of the second bladed compression wheel), then to access the secondary pipe provided in the second cowl in order to be injected at the level of the second stage, and more precisely at the level of the second upstream end of the second impeller compression wheel, in order to be sucked axially at this second upstream end of the second impeller compression wheel, to be pressurized again and then to be evacuated radially at its second downstream end.
- the gaseous fluid is finally collected by the outlet manifold.
- a first diffuser surrounds the first downstream end of the first bladed compression wheel and is provided with first fins distributed around said first downstream end of the first bladed compression wheel, where the first blades are separated by first exhaust streams, and in which the main inlet of the main pipe opens into a first exhaust stream, between two first fins of the first diffuser.
- the or each of the gaseous fluid inter-stage flow paths takes the gaseous fluid at the level in a first exhaust stream of the first diffuser, at the outlet of the first stage, this first diffuser (also called stationary blading) filling a straightening function, by slowing down the gaseous fluid at the outlet of the first compression vane wheel (at its first downstream end).
- this first diffuser also called stationary blading
- the first fins of the first diffuser are secured to the first side face of the engine casing, and the first cowl bears against these first fins.
- the first fins of the first diffuser are integral with the first cover, and the first fins bear against the first side face of the engine casing.
- the first fins of the first diffuser are independent of the first cowl and of the engine casing, being interposed between the first cowl and the first side face of the engine casing.
- the spacer (or each of the spacers) is:
- crankcase and the second cover Independent of the crankcase and the second cover, being interposed between the second side face of the crankcase and the second cover.
- a second diffuser surrounds the second downstream end of the second bladed compression wheel and is provided with second fins distributed around said second downstream end of the second bladed compression wheel and inserted between the second lateral face of the crankcase and the second cowl, where the second fins are separated by second veins exhaust, and wherein the intermediate pipe is formed through one of the second fins which thus forms the spacer.
- the gaseous fluid passes through a second fin (forming a spacer) of the second diffuser, which makes it possible to pass through the second diffuser while being isolated from the second veins of this second diffuser.
- the second fins of the second diffuser are secured to the second side face of the engine casing, and the second cowl bears against the second fins.
- the second fins of the second diffuser are integral with the second cover, and the second fins bear against the second side face of the engine casing.
- the second fins of the second diffuser are independent of the crankcase and of the second cover, being interposed between the second side face of the crankcase and the second cover.
- the crankcase is in one piece and the main pipe passes through the crankcase.
- the crankcase comprises an inner sleeve and an outer sleeve fitted into one another and the main pipe passes through the crankcase in an interface zone between the inner sleeve and the outer sleeve.
- the main pipe is provided on an outer peripheral face of the inner sleeve and/or on an inner peripheral face of the outer sleeve.
- the second cover is in one piece and the secondary pipe is arranged in the second cover.
- the second cover comprises an internal part and an external part assembled on one another and the secondary pipe is provided in the second cover in an interface zone between the internal part and the external part.
- the secondary pipe is provided on an outer face of the inner part and/or on an inner face of the outer part.
- the multi-stage centrifugal compressor further comprises a cooling circuit provided in the crankcase for circulation of coolant inside the crankcase.
- a cooling circuit provided in the crankcase for circulation of coolant inside the crankcase.
- the invention makes it possible to use this cooling circuit for a dual purpose, namely to cool the rotary electric motor and cools the gaseous fluid passing from the first compression stage towards the second compression stage, which is interesting to from a compact and also economical point of view.
- the cooling circuit has one or more sections contiguous to the main pipe of the gaseous fluid interstage flow path or of one of the gaseous fluid interstage flow paths.
- the main pipes of the different inter-stage flow paths of gaseous fluid open into first separate exhaust streams.
- the first diffuser comprises N first fins separated by N first exhaust veins where N is an integer greater than 2, and there are provided N inter-stage flow paths of gaseous fluid with N main pipes which open in the respective first N exhaust veins.
- the intermediate pipes of the different inter-stage flow paths of gaseous fluid pass through separate spacers.
- the intermediate pipes of the different inter-stage flow paths of gaseous fluid pass through separate second fins (which, as a reminder, form spacers).
- the second diffuser comprises N second fins where N is an integer greater than 2, and N interstage flow paths of gaseous fluid are provided with N intermediate pipes which pass through the respective N second fins.
- the main pipe of the gaseous fluid inter-stage flow path or of one of the inter-stage flow paths stages of gaseous fluid extends along an axial direction parallel to the motor axis or substantially parallel to the motor axis; being understood by “substantially parallel” a maximum inclination between this axial direction and the motor axis of 10 degrees.
- the main pipe of the gaseous fluid interstage flow path or of one of the gaseous fluid interstage flow paths has a variable section along the motor axis.
- Such a variation of the cross-section is advantageous for going from a main inlet orifice of suitable shape and dimensions to emerge on the first side face of the engine casing (and in particular in a first exhaust stream), until reaching the intermediate pipe which passes through the corresponding spacer (which can be a second fin) and which can therefore be of suitable shape and dimensions to pass through such a spacer (or second fin).
- the secondary pipe of the gaseous fluid interstage flow path or of one of the gaseous fluid interstage flow paths has a curved section between the corresponding intermediate pipe and its orifice secondary output.
- Such a curved section is advantageous for bringing the gaseous fluid leaving the intermediate pipe concerned (in a direction more or less parallel to the motor axis), towards the center and in an opposite direction facing the second upstream end of the second compression impeller.
- the curved section of the secondary pipe has an angular amplitude of between 150 and 180 degrees, to define a reversal of the flow in said secondary pipe.
- the second cover is closed, without an orifice for introducing gaseous fluid opening into an outer face to introduce a gaseous fluid from the outside into the second stage of radial compression.
- this second cover does not have to have a shaped orifice to introduce from the outside a gaseous fluid in the second stage of radial compression.
- at least one orifice passing through the second cover for another function, for example for a sealed passage for a cable or a sensor.
- the second cover is fixed to the engine casing or to the outlet manifold.
- the outlet manifold has an outlet volute in communication with the second downstream end of the second compression bladed wheel (and if necessary with the second exhaust streams of the second diffuser).
- the second diffuser comprises an annular body having two opposite annular planar faces, one of which forms the front face of the second diffuser and the other forms a face from which the second fins protrude.
- FIG 1 is a schematic side view of a multi-stage centrifugal compressor according to the invention.
- FIG 2 is a schematic rear perspective view of part of the multi-stage centrifugal compressor of Figure 1, without the outlet manifold, the second compression impeller and the second cowl;
- FIG 3 is a schematic perspective and exploded front view of the multi-stage centrifugal compressor of Figure 1;
- FIG 4 is a schematic view in axial section of the multi-stage centrifugal compressor of Figure 1.
- a multi-stage centrifugal compressor 1 comprises a rotary electric motor 2 arranged inside a motor casing 3, where the rotary electric motor 2 comprises a stator 20 arranged inside a housing of the motor casing 3, and a rotor 21 rotatably mounted in the stator 20 along a motor axis AM.
- the engine casing 3 has leaktight orifices 30 for the passage of electrical power supply and control cables intended for the rotary electric motor 2.
- the motor casing 3 has two opposite side faces, namely a first side face 31 and a second side face 32 which are transverse to the motor axis AM, as well as a peripheral face 33 extending around the rotary electric motor 2 and of the AM motor axis.
- the sealed orifices 30 are provided in the peripheral face 33.
- Feet 34 are also provided on the peripheral face 33 in order to be able to anchor the motor casing 3 and thus the multi-stage centrifugal compressor 1 to a frame, for example by screwing, bolting, welding or other equivalent fastening means.
- the multi-stage centrifugal compressor 1 also comprises a motor shaft 4 driven in rotation along the motor axis AM by the rotary electric motor 2.
- This motor shaft 4 has two axial end sections, namely a first section 41 and a second opposite section 42 extending on either side of the rotary electric motor 2 and the motor housing 3.
- the first section 41 extends beyond the first side face 31 of the motor housing 3, and the second section 42 s extends beyond the second side face 32 of the engine casing 3.
- a cooling circuit 36 is provided in the crankcase 3 for circulation of cooling liquid inside the crankcase 3, around the rotary electric motor 2, with an inlet 37 and an outlet 38 leading to the peripheral face 33 for fluid communication of the cooling circuit 36 with a source of coolant (not shown).
- the multi-stage centrifugal compressor 1 comprises a first radial compression stage 5 and a second radial compression stage 6 configured to successively compress a gaseous fluid, and arranged on either side of the rotary electric motor 2 and the crankcase 3.
- the first radial compression stage 5 comprises a first compression impeller 50 (also called impeller or impeller) coupled in rotation to the first section 41 of the motor shaft 4 to be driven in rotation along the motor axis AM.
- This first compression vane wheel 50 has:
- the first downstream end 52 is turned towards the side of the first lateral face 31 of the engine casing 3 so that, along the engine axis AM, the first upstream end 51 is more distant from the engine casing 3 compared to the first downstream end 52.
- the multi-stage centrifugal compressor 1 comprises a first cowl 8 covering the first radial compression stage 5 and fixed to the first side face 31 of the engine casing 3.
- This first cowl 8 has in its center an inlet opening forming a gaseous fluid 80, placed facing the first upstream end 51 of the first compression impeller 50.
- This gaseous fluid inlet 80 is centered on the motor axis AM.
- the first compression impeller 50 is of increasing diameter from the first upstream end 51 to the first downstream end 52, and it has vanes (also called blades) which define between them compression channels which are, on the one hand, open at the level of the first upstream end 51 for entry of the gaseous fluid and, on the other hand, open at the level of the first downstream end 52 for an outlet of the compressed gaseous fluid.
- vanes also called blades
- the function of the first diffuser 53 is to straighten and slow down the compressed gaseous fluid at the outlet of the first compression vane wheel 50.
- the first diffuser 53 is provided with first fins 54 distributed around the first downstream end 52 of the first compression bladed wheel 50 and separated by first exhaust veins 55. These first exhaust veins 55 thus form spaces between the first fins 54, and they are in communication with and in the extension of the compression channels of the first compression impeller 50.
- first diffuser 53 is secured to the first side face 31 of the engine casing 3.
- first fins 54 are secured to the first side face 31 of the engine casing 3, for example by being formed in one piece with this first side face 31.
- the first fins 54 protrude from the first side face 31, and can for example be of triangular or polygonal shape in general.
- the first diffuser 53 is integral with the first cowl 8 and is pressed against the first side face 31 of the engine casing 3.
- the first fins 54 are integral with and protrude from the first cowl 8, for example by being formed in one piece with this first cover 8, and they are pressed against the first side face 31 of the engine casing 3.
- the second radial compression stage 6 comprises a second impeller compression wheel 60 (also called impeller or impeller) coupled in rotation to the second section 42 of the motor shaft 4 to be driven in rotation along the motor axis AM.
- This second compression impeller 60 has:
- the second downstream end 62 is turned towards the side of the second lateral face 32 of the engine casing 3 so that, along the engine axis AM, the second upstream end 61 is more distant from the engine casing 3 compared to the second downstream end 62.
- the first compression impeller 50 and the second compression impeller 60 are arranged in a back-to-back configuration. back.
- Such a back-to-back assembly is advantageous for subtracting the forces of the two compression vane wheels 50, 60 on the motor shaft 4, the resulting force then being less and easier to compensate for increasing the life of the compressor.
- the second bladed compression wheel 60 is of increasing diameter from the second upstream end 61 to the second downstream end 62, and it has blades (also called blades) which define between them compression channels which are, on the one hand, hand, open at the second upstream end 61 for an inlet of the gaseous fluid and, on the other hand, open at the second downstream end 62 for an outlet of the compressed gaseous fluid.
- blades also called blades
- the function of the second diffuser 63 is to straighten and slow down the compressed gaseous fluid at the outlet of the second compression vane wheel 60.
- the second diffuser 63 is provided with second fins 64 distributed around the second downstream end 62 of the second compression bladed wheel 60 and separated by second exhaust veins 65. These second exhaust veins 65 thus form spaces between the second fins 64, and they are in communication with and in the extension of the compression channels of the second compression impeller 60.
- the second fins 64 are integral with the second side face 32 of the engine casing 3, for example by being formed in one piece with this second side face 32.
- the second fins 64 protrude from the second side face 32, and can by example be triangular or polygonal in general.
- the second diffuser 64 also has an annular body 66 (or annular ring) having two opposed flat annular faces 67, 68, one of which 67 forms a front face and the other 68 forms a dorsal face from which the second fins protrude. 64.
- annular body 66 or annular ring
- these second fins 64 extend between the second lateral face 32 and the dorsal face 68 of the annular body 66, and the second downstream end 62 of the second compression impeller 60 is housed inside the second diffuser 64 to be surrounded by the second fins 64.
- the multi-stage centrifugal compressor 1 comprises a second cover 9 covering the second radial compression stage 6 and fixed to the outlet manifold 7.
- This second cover 9 comprises an internal face (turned towards the engine casing 3 and the second stage of radial compression 6) on which is provided an annular bearing face 90 which bears against the front face 67 of the second diffuser 64.
- This second cover 9 comprises an external face 91, opposite to the internal face, and which is turned on the outside.
- the second diffuser 64 is integral with the second cover 9, so that the second fins 64 are integral with and protrude from the second cover 9, for example by being formed in one piece with this second cover 9, and they are pressed against the second side face 32 of the engine casing 3.
- the multi-stage centrifugal compressor 1 comprises an outlet manifold 7 integral with the engine casing 3, which has an outlet volute 70 in communication with the second exhaust veins 65 of the second diffuser 63.
- This outlet manifold 7 is fixed on a annular flange 35 provided on the peripheral face 33 of the engine casing 3, so that the outlet volute 70 surrounds the second diffuser 63 and its second exhaust veins 65.
- the multi-stage centrifugal compressor 1 comprises several inter-stage flow paths of gaseous fluid 10 communicating:
- Each gaseous fluid interstage flow path 10 comprises at least:
- main pipe 11 made through the engine casing 3 and provided with a main inlet 111 opening into a first exhaust stream 55, between two first fins 54 of the first diffuser 53, so as to open into the first lateral face 31 of the engine casing 3 to be in communication with the first downstream end 52 of the first compression impeller 50;
- this secondary pipe 13 comprising a secondary inlet orifice 131 opening into the annular bearing face 90 of the second cover 9 and in communication with the main outlet orifice 112 of the intermediate pipe 12, and a secondary outlet orifice 132 opening into the internal face of the second cowl 9 opposite the second upstream end 61 of the second compression impeller 60 to form all or part of a gaseous fluid inlet within the second compression stage 6.
- the gaseous fluid is introduced into the multistage centrifugal compressor 1 via the gaseous fluid inlet 80 formed in the first cowl 8, then it is compressed in the first compression impeller 50 to come out at its first downstream end 52 , and then the compressed gaseous fluid is straightened in the first exhaust veins 55 of the first diffuser 53, and it enters inside the main pipes 11, then it passes through the intermediate pipes to cross the second fins 64 of the second diffuser 63 (without being in communication with the second exhaust veins 65) to enter the secondary pipes 13, which will allow the compressed gaseous fluid to come out opposite the second upstream end 61 of the second compression bladed wheel 60, and thus this compressed gaseous fluid is compressed in the second compression impeller 60 to exit at its second downstream end 62, and the fluid compressed gas thus compressed twice is collected in the outlet manifold 7.
- the interstage flow paths of gaseous fluid 10 do not exit on the outside of the multistage centrifugal compressor 1, but are provided entirely inside the crankcase 3, the second fins 64 of the second diffuser 63 and the second cover 9.
- the secondary pipes 13 do not open into the outer face 91 of the second cover 9, but only open into its inner face at the level of their secondary inlet orifices 131 and their respective secondary outlet orifices 132.
- the main pipe 11 and the intermediate pipe 12 together form a single and same channel.
- the secondary pipe 13 and the intermediate pipe 12 together form a single and same channel.
- crankcase 3 comprising two parts, namely:
- the main pipes 11 are formed on an outer peripheral face of the inner sleeve and/or on an inner peripheral face of the outer sleeve.
- the secondary pipes 13 are provided on an outer face of the inner part and/or on an inner face of the outer part.
- the cooling circuit 36 provided in the crankcase 3, has one or more sections contiguous to the main pipes 11, which has the advantage of cooling the compressed gaseous fluid leaving the first stage of radial compression 5, before enter the second radial compression stage 6.
- Such cooling of the gaseous fluid between the two radial compression stages 5, 6 makes it possible to increase the density of the gaseous fluid and thus to reduce the sections of the main pipes 11.
- the cooling of the gaseous fluid between the two radial compression stages 5, 6 makes it possible to limit the final temperature of the gaseous fluid and therefore the energy consumption, and thus to improve the performance of the multistage centrifugal compressor 1.
- the first diffuser 53 comprises N first fins 54 separated by N first exhaust veins 55 where N is an integer greater than 2 (for example an integer greater than or equal to 10)
- the second diffuser 63 comprises N seconds fins 64
- N inter-stage flow paths of gaseous fluid 10 are provided with N main pipes 11 which open into the N respective first exhaust streams 55 and N associated intermediate pipes 12 which pass through the respective N second fins 64 .
- N secondary pipes 13 are provided in the second cover 9, and moreover the main pipes 11 open into first veins separate exhaust 55 and the N intermediate pipes 12 pass through second separate fins 64.
- Each main pipe 11 extends in an axial direction parallel to the motor axis AM or substantially parallel to the motor axis AM, being understood by “substantially parallel” a maximum inclination between this axial direction and the motor axis AM of 10 degrees.
- the shape and dimensions of the main inlet orifices 111 depend on the shape and dimensions of the first exhaust veins 55, and likewise the shape and dimensions of the main outlet orifices 112 depend on the shape and dimensions of the second fins 64. Also, insofar as the first exhaust veins 55 do not have the same shapes and dimensions as the second fins 64, then the main inlet orifices 111 do not have the same shapes and dimensions than the main outlet orifices 112. Therefore each main pipe 11 has a variable section between its main inlet orifice 111 and the main outlet orifice 112.
- Each secondary pipe 13 has a curved section between its secondary inlet orifice 131 and its secondary outlet orifice 132, according to an angular amplitude comprised between 150 and 180 degrees, to define a reversal of the flow in the secondary pipe 13. Indeed, as each secondary pipe 13 only opens into the inner face of the second cover 9 at its secondary inlet orifice 131 and its secondary outlet orifice 132, the secondary pipe 13 causes the fluid to make a sort of U-turn compressed gas.
- the secondary outlet orifices 132 are provided at the level of the center of the second cover 9.
- Deflector flaps 92 can be provided on the second cover 9, opposite the secondary outlet orifices 132 of each secondary pipe 13, in order to deflect the gaseous fluid leaving the secondary pipes 13 in the direction of the second downstream end 62 of the second compression impeller 60.
- the second cover 9 is closed, without an orifice for introducing gaseous fluid opening into its outer face 91 to introduce a gaseous fluid from the outside into the second stage of radial compression.
- the only gaseous fluid entering the second stage of radial compression is that coming from the secondary pipes 13. It is of course possible to provide an orifice passing through the second cover 9, for example for a sealed passage of a cable or a sensor, but not for introducing a gaseous fluid from the outside into the second stage of radial compression.
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Abstract
Compresseur centrifuge multi-étages (1), comprenant : - un moteur électrique rotatif (2) à l'intérieur d'un carter moteur (3) et couplé à un arbre moteur (4); - deux étages de compression radiale (5, 6) comprenant des roues aubée de compression (50, 60) dos-à-dos; - un collecteur de sortie (7) en communication avec des secondes veines d'échappement; - au moins une voie d'écoulement inter-étages (10) comprenant : - une canalisation principale (11) traversant le carter moteur et débouchant sur une première face latérale du carter moteur; - une canalisation intermédiaire (12) en communication étanche avec la canalisation principale et traversant une entretoise (64) intercalé entre une seconde face latérale du carter moteur et un second capot; et - une canalisation secondaire (13) ménagée dans le second capot et débouchant en regard d'une seconde roue aubée de compression.
Description
DESCRIPTION
TITRE : Compresseur centrifuge multi-étages
L'invention se rapporte à un compresseur centrifuge multi-étages, dont la fonction est de comprimer un fluide gazeux dans au moins deux étages de compression successifs.
Elle se rapporte plus particulièrement à un compresseur centrifuge multiétages comprenant :
- un moteur électrique rotatif agencé à l'intérieur d'un carter moteur ;
- un arbre moteur entraîné en rotation par le moteur électrique rotatif et présentant une première section et une seconde section opposées s'étendant de part et d'autre du moteur électrique rotatif et du carter moteur ;
- un premier étage de compression radiale comprenant une première roue aubée de compression couplée en rotation à la première section de l'arbre moteur et présentant une première extrémité amont en communication avec une arrivée de fluide gazeux et une première extrémité avale ;
- un second étage de compression radiale comprenant une seconde roue aubée de compression couplée en rotation à la seconde section de l'arbre moteur et présentant une seconde extrémité amont, où la première roue aubée de compression et la seconde roue aubée de compression sont agencées dans une configuration dos-à- dos ;
- un collecteur de sortie solidaire du carter moteur et en communication avec la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression ;
- au moins une voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux mettant en communication la première extrémité avale de la première roue aubée de compression du premier étage avec la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression.
Ainsi, en fonctionnement, un fluide gazeux est introduit dans le premier étage via l'arrivée de fluide gazeux, et ce fluide gazeux est aspiré axialement au niveau de la première extrémité amont de la première roue aubée de compression, pour être mis en pression et ensuite évacué radialement au niveau de sa première extrémité avale. La voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux amène ce fluide gazeux comprimé par le premier étage au niveau du second étage, et plus précisément au niveau de la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression, afin d'être aspiré axialement au niveau de cette seconde extrémité amont de la seconde
roue aubée de compression, pour être mis à nouveau en pression et ensuite évacué radialement au niveau de sa seconde extrémité avale. Le fluide gazeux, ainsi comprimé dans deux étages successifs, est alors évacué au niveau du collecteur de sortie.
Un tel compresseur centrifuge multi-étages est connu notamment du document EP1749992, où sont prévus un collecteur intermédiaire de type à volute qui entoure la première extrémité avale de la première roue aubée de compression pour récupérer le fluide gazeux comprimé en sortie du premier étage, et un collecteur de sortie de type à volute qui entoure la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression pour récupérer le fluide gazeux comprimé en sortie du second étage. Par ailleurs, la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux se présente sous la forme d'une canalisation externe qui relie le collecteur intermédiaire de type à volute à un second capot faisant face à la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression, afin de procurer une injection axiale du fluide gazeux au niveau de cette seconde extrémité amont.
Un inconvénient du compresseur connu du document EP1749992 est son encombrement, du fait de l'emploi d'une canalisation externe, située à l'extérieur du carter moteur.
Par ailleurs, lors de la compression du fluide gazeux au niveau du premier étage, la température va augmenter, diminuant ainsi sa densité et augmentant le débit volumique et donc les sections de passage nécessaires. Dans un compresseur centrifuge multi-étages, il est donc préférable de refroidir le fluide gazeux entre deux étages de compression, pour limiter la température finale du fluide gazeux et ainsi pouvoir réduire la taille des composants et la consommation d'énergie, et pouvoir améliorer la performance.
Aussi, dans un compresseur équivalent à celui du document EP1749992, il est envisageable d'employer un échangeur de chaleur externe entre la canalisation externe et une source froide, ce qui à nouveau nuit à l'encombrement du compresseur.
L'invention propose de résoudre en tout ou partie les inconvénients précités, en procurant un compresseur centrifuge multi-étages ayant une architecture à compacité améliorée.
Un autre but de l'invention est d'offrir une solution de refroidissement du fluide gazeux entre deux étages de compression, sans nuire à l'encombrement et de préférence de manière économique.
A cette fin, l'invention propose un compresseur centrifuge multi-étages, comprenant :
- un moteur électrique rotatif agencé à l'intérieur d'un carter moteur présentant deux faces latérales opposées, à savoir une première face latérale et une seconde face latérale ;
- un arbre moteur entraîné en rotation selon un axe moteur par ledit moteur électrique rotatif et présentant une première section et une seconde section opposées s'étendant de part et d'autre du moteur électrique rotatif et des deux faces latérales respectives du carter moteur ;
- un premier étage de compression radiale comprenant une première roue aubée de compression couplée en rotation à la première section de l'arbre moteur et présentant une première extrémité amont en communication avec une arrivée de fluide gazeux et une première extrémité avale tournée du côté de la première face latérale du carter moteur ;
- un second étage de compression radiale comprenant une seconde roue aubée de compression couplée en rotation à la seconde section de l'arbre moteur et présentant une seconde extrémité amont et une seconde extrémité avale tournée du côté de la seconde face latérale du carter moteur, de sorte que la première roue aubée de compression et la seconde roue aubée de compression sont agencées dans une configuration dos-à-dos ;
- un collecteur de sortie solidaire du carter moteur et en communication avec la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression ;
- un premier capot couvrant le premier étage de compression radiale ;
- un second capot couvrant le second étage de compression radiale ; et
- au moins une voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux mettant en communication la première extrémité avale de la première roue aubée de compression avec la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression ; dans lequel cette voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux présente les canalisations successives suivantes :
- une canalisation principale traversant le carter moteur et pourvue d'un orifice d'entrée principal débouchant sur la première face latérale du carter moteur et en communication avec la première extrémité avale de la première roue aubée de compression ;
- une canalisation intermédiaire en communication étanche avec la canalisation principale et traversant une entretoise intercalée entre la seconde face latérale du
carter moteur et le second capot ; et
- une canalisation secondaire ménagée dans le second capot et qui est en communication étanche avec la canalisation intermédiaire, où ladite canalisation secondaire présente un orifice de sortie secondaire débouchant en regard de la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression.
Ainsi, l'invention propose de mettre en communication le fluide gazeux comprimé en sortie du premier étage avec l'entrée du second étage, en passant au travers du carter moteur, évitant ainsi d'employer une canalisation externe. Pour ce faire, la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux, ou chacune des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux, comprend :
- la canalisation principale qui récupère le fluide gazeux en sortie de la première roue aubée de compression (au niveau de sa première extrémité avale), et qui envoie ce fluide gazeux de l'autre côté du carter moteur (en passant à travers celui-ci) ;
- la canalisation intermédiaire, qui prolonge de manière étanche la canalisation principale, pour traverser une entretoise qui permet d'atteindre le second capot tout étant isolé de la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression ; et
- la canalisation secondaire qui prolonge de manière étanche la canalisation intermédiaire et qui est prévue dans le second capot pour rediriger le fluide gazeux vers le centre de la seconde roue aubée de compression, au niveau de sa seconde extrémité amont, de manière à entrer dans le second étage de compression.
En fonctionnement, le fluide gazeux (comme par exemple un gaz ou un mélange gazeux, tel que de l'air) est introduit dans le premier étage via l'arrivée de fluide gazeux, et ce fluide gazeux est aspiré axialement au niveau de la première extrémité amont de la première roue aubée de compression, pour être mis en pression et ensuite évacué radialement au niveau de sa première extrémité avale. Ce fluide gazeux (qui est comprimé une première fois) entre ensuite dans la canalisation principale de la ou de chacune des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux, traverse le carter moteur, et atteint la canalisation intermédiaire pour traverser l'entretoise (sans communication avec la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression), puis pour accéder à la canalisation secondaire prévue dans le second capot afin d'être injecté au niveau du second étage, et plus précisément au niveau de la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression, afin d'être aspiré axialement au niveau de cette seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression, pour être mis à nouveau en pression et ensuite être
évacué radialement au niveau de sa seconde extrémité avale. Le fluide gazeux est enfin collecté par le collecteur de sortie.
Selon un mode de réalisation, un premier diffuseur entoure la première extrémité avale de la première roue aubée de compression et est muni de premières ailettes réparties autour de ladite première extrémité avale de la première roue aubée de compression, où les premières ailettes sont séparées par des premières veines d'échappement, et dans lequel l'orifice d'entrée principal de la canalisation principale débouche dans une première veine d'échappement, entre deux premières ailettes du premier diffuseur.
Ainsi, la ou chacune des voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux prélève le fluide gazeux au niveau dans une première veine d'échappement du premier diffuseur, en sortie du premier étage, ce premier diffuseur (aussi appelé aubage fixe) remplissant une fonction de redressage, en ralentissant le fluide gazeux en sortie de la première roue aubée de compression (au niveau de sa première extrémité avale).
Dans un premier mode de réalisation, les premières ailettes du premier diffuseur sont solidaires de la première face latérale du carter moteur, et le premier capot vient en appui contre ces premières ailettes.
Dans un second mode de réalisation, les premières ailettes du premier diffuseur sont solidaires du premier capot, et les premières ailettes viennent en appui contre la première face latérale du carter moteur.
Dans un troisième mode de réalisation, les premières ailettes du premier diffuseur sont indépendantes du premier capot et du carter moteur, en étant intercalées entre le premier capot et la première face latérale du carter moteur.
De manière particulière, l'entretoise (ou chacune des entretoises) est :
- solidaire de la seconde face latérale du carter moteur, et le second capot vient en appui contre l'entretoise ; ou est
- solidaire du second capot, et l'entretoise vient en appui contre la seconde face latérale du carter moteur ; ou est
- indépendante du carter moteur et du second capot, en étant intercalée entre la seconde face latérale du carter moteur et le second capot.
Dans une réalisation particulière, un second diffuseur entoure la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression et est muni de secondes ailettes réparties autour de ladite seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression et intercalées entre la seconde face latérale du carter moteur et le second capot, où les secondes ailettes sont séparées par des secondes veines
d'échappement, et dans lequel la canalisation intermédiaire est ménagé à travers l'une des secondes ailettes qui forme ainsi l'entretoise.
Ainsi, en sortie de la canalisation principale de la ou de chacune des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux, le fluide gazeux traverse une seconde ailette (formant entretoise) du second diffuseur, ce qui permet de traverser le second diffuseur tout en étant isolé des secondes veines de ce second diffuseur.
Dans un premier mode de réalisation, les secondes ailettes du second diffuseur sont solidaires de la seconde face latérale du carter moteur, et le second capot vient en appui contre les secondes ailettes.
Dans un second mode de réalisation, les secondes ailettes du second diffuseur sont solidaires du second capot, et les secondes ailettes viennent en appui contre la seconde face latérale du carter moteur.
Dans un troisième mode de réalisation, les secondes ailettes du second diffuseur sont indépendantes du carter moteur et du second capot, en étant intercalées entre la seconde face latérale du carter moteur et le second capot.
Selon une possibilité, le carter moteur est monobloc et la canalisation principale traverse le carter moteur.
En variante, le carter moteur comprend un manchon interne et un manchon externe emmanchés l'un dans l'autre et la canalisation principale traverse le carter moteur dans une zone d'interfaçage entre le manchon interne et le manchon externe.
Dans cette variante, la canalisation principale est ménagée sur une face périphérique externe du manchon interne et/ou sur une face périphérique interne du manchon externe. Cette variante est avantageuse pour des raisons de coûts et de simplicité de fabrication.
Selon une autre possibilité, le second capot est monobloc et la canalisation secondaire est ménagée dans le second capot.
En variante, le second capot comprend une pièce interne et une pièce externe assemblées l'une sur l'autre et la canalisation secondaire est ménagée dans le second capot dans une zone d'interfaçage entre la pièce interne et la pièce externe.
Dans cette variante, la canalisation secondaire est ménagée sur une face externe de la pièce interne et/ou sur une face interne de la pièce externe. Cette variante est avantageuse pour des raisons de coûts et de simplicité de fabrication.
Selon une caractéristique, le compresseur centrifuge multi-étages comprend en outre un circuit de refroidissement ménagé dans le carter moteur pour une circulation de liquide de refroidissement à l'intérieur du carter moteur.
De cette manière, le fluide gazeux circulant dans la canalisation principale de la ou de chacune des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux, qui est chauffée en sortie du premier étage, peut être refroidi par échange calorifique avec ce circuit de refroidissement. En effet, grâce à l'invention, ce ou ces canalisations principales sont ménagées dans le carter moteur, en matériau conducteur de chaleur, et donc les surfaces offertes par le ou les canalisations principales et la circulation d'eau dans le circuit de refroidissement permettent d'évacuer la chaleur. Autrement dit, l'invention permet d'utiliser ce circuit de refroidissement pour un double usage, à savoir refroidir le moteur électrique rotatif et refroidit le fluide gazeux passant du premier étage de compression en direction du second étage de compression, ce qui est intéressant d'un point de vue compacité et aussi économique.
Selon une possibilité, le circuit de refroidissement présente une ou plusieurs sections contiguës à la canalisation principale de la voie d'écoulement interétages de fluide gazeux ou de l'une des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux.
Dans une réalisation particulière, plusieurs voies d'écoulement interétages de fluide gazeux sont prévues.
Selon une possibilité, les canalisations principales des différentes voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux débouchent dans des premières veines d'échappement distinctes.
Selon une autre possibilité, le premier diffuseur comprend N premières ailettes séparées par N premières veines d'échappement où N est un nombre entier supérieur à 2, et sont prévues N voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux avec N canalisations principales qui débouchent dans les N premières veines d'échappement respectives.
Selon une caractéristique, les canalisations intermédiaires des différentes voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux traversent des entretoises distinctes.
Selon une autre caractéristique, les canalisations intermédiaires des différentes voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux traversent des secondes ailettes distinctes (qui pour rappel forment des entretoises).
Avantageusement, le second diffuseur comprend N secondes ailettes où N est un nombre entier supérieur à 2, et sont prévues N voies d'écoulement interétages de fluide gazeux avec N canalisations intermédiaire qui traversent les N secondes ailettes respectives.
Selon une caractéristique, la canalisation principale de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux ou de l'une des voies d'écoulement inter-
étages de fluide gazeux s'étend selon une direction axiale parallèle à l'axe moteur ou sensiblement parallèles à l'axe moteur ; étant entendu par « sensiblement parallèle » une inclinaison maximale entre cette direction axiale et l'axe moteur de 10 degrés.
Selon une autre caractéristique, la canalisation principale de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux ou de l'une des voies d'écoulement interétages de fluide gazeux présente une section variable le long de l'axe moteur.
Une telle variation de la section est avantageuse pour passer d'un orifice d'entrée principal de forme et dimensions adaptées pour déboucher sur la première face latérale du carter moteur (et en particulier dans une première veine d'échappement), jusqu'à atteindre la canalisation intermédiaire qui traverse l'entretoise correspondante (qui peut être une seconde ailette) et qui peut donc être de forme et dimensions adaptées pour traverser une telle entretoise (ou seconde ailette).
Dans un mode de réalisation particulier, la canalisation secondaire de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux ou de l'une des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux présente une section courbée entre la canalisation intermédiaire correspondante et son orifice de sortie secondaire.
Une telle section courbée est avantageuse pour ramener le fluide gazeux sortant de la canalisation intermédiaire concernée (selon une direction plus ou moins parallèle à l'axe moteur), vers le centre et selon une direction opposée en regard de la seconde extrémité amont de la seconde roue aubée de compression.
Selon une possibilité, la section courbée de la canalisation secondaire présente une amplitude angulaire comprise entre 150 et 180 degrés, pour définir un retournement de l'écoulement dans ladite canalisation secondaire.
Selon une autre possibilité, le second capot est fermé, sans orifice d'introduction de fluide gazeux débouchant dans une face extérieure pour introduire depuis l'extérieur un fluide gazeux dans le second étage de compression radiale.
Autrement dit, dans la mesure où le fluide gazeux passe du premier étage au seconde étage à travers le carter moteur, puis à l'intérieur du second capot, alors ce second capot n'a pas à présenter d'orifice conformé pour introduire depuis l'extérieur un fluide gazeux dans le second étage de compression radiale. Il reste cependant possible de prévoir au moins un orifice traversant le second capot pour une autre fonction, par exemple pour un passage étanche d'un câble ou d'un capteur.
Selon une variante, le second capot est fixé sur le carter moteur ou sur le collecteur de sortie.
Selon une variante, le collecteur de sortie présente une volute de sortie en communication avec la seconde extrémité avale de la seconde roue aubée de compression (et le cas échéant avec les secondes veines d'échappement du second diffuseur).
Dans une réalisation avantageuse, le second diffuseur comprend un corps annulaire présentant deux faces planes annulaires opposées, dont l'une forme la face frontale du second diffuseur et l'autre forme une face de laquelle font saillie les secondes ailettes.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
[Fig 1] est une vue schématique de côté d'un compresseur centrifuge multi-étages selon l'invention ;
[Fig 2] est une vue schématique en perspective de dos d'une partie du compresseur centrifuge multi-étages de la Figure 1, sans le collecteur de sortie, la seconde roue aubée de compression et le second capot ;
[Fig 3] est une vue schématique en perspective de devant et éclatée du compresseur centrifuge multi-étages de la Figure 1 ;
[Fig 4] est une vue schématique en coupe axiale du compresseur centrifuge multi-étages de la Figure 1.
En référence aux figures, un compresseur centrifuge multi-étages 1 selon un exemple de réalisation de l'invention, comprend un moteur électrique rotatif 2 agencé à l'intérieur d'un carter moteur 3, où le moteur électrique rotatif 2 comprend un stator 20 agencé à l'intérieur d'un logement du carter moteur 3, et un rotor 21 monté rotatif dans le stator 20 selon un axe moteur AM. Le carter moteur 3 présente des orifices étanches 30 pour le passage de câbles d'alimentation électrique et de commande à destination du moteur électrique rotatif 2.
Le carter moteur 3 présente deux faces latérales opposées, à savoir une première face latérale 31 et une seconde face latérale 32 qui sont transversales à l'axe moteur AM, ainsi qu'une face périphérique 33 s'étendant autour du moteur électrique rotatif 2 et de l'axe moteur AM. Les orifices étanches 30 sont prévus dans la face périphérique 33. Des pieds 34 sont également prévus sur la face périphérique 33 pour pouvoir ancrer le carter moteur 3 et ainsi le compresseur centrifuge multi-étages 1 sur un bâti, par exemple par vissage, boulonnage, soudage ou autre moyen de fixation équivalent.
Le compresseur centrifuge multi-étages 1 comprend également un arbre moteur 4 entraîné en rotation selon l'axe moteur AM par le moteur électrique rotatif 2. Cet arbre moteur 4 présente deux sections d'extrémité axiale, à savoir une première section 41 et une seconde section 42 opposées s'étendant de part et d'autre du moteur électrique rotatif 2 et du carter moteur 3. La première section 41 s'étend au-delà de la première face latérale 31 du carter moteur 3, et la seconde section 42 s'étend au-delà de la seconde face latérale 32 du carter moteur 3.
Par ailleurs, un circuit de refroidissement 36 est ménagé dans le carter moteur 3 pour une circulation de liquide de refroidissement à l'intérieur du carter moteur 3, autour du moteur électrique rotatif 2, avec une bouche d'entrée 37 et une bouche de sortie 38 débouchant sur la face périphérique 33 pour une mise en communication fluidique du circuit de refroidissement 36 avec une source de liquide de refroidissement (non illustrée).
Le compresseur centrifuge multi-étages 1 comprend un premier étage de compression radiale 5 et un second étage de compression radiale 6 configurés pour comprimer successivement un fluide gazeux, et disposés de part et d'autre du moteur électrique rotatif 2 et du carter moteur 3.
Le premier étage de compression radiale 5 comprend une première roue aubée de compression 50 (aussi appelée rouet ou roue à aubes) couplée en rotation à la première section 41 de l'arbre moteur 4 pour être entraînée en rotation selon l'axe moteur AM. Cette première roue aubée de compression 50 présente :
- une première extrémité amont 51 en communication avec une arrivée de fluide gazeux 80 ; et
- une première extrémité avale 52 entourée par un premier diffuseur 53.
La première extrémité avale 52 est tournée du côté de la première face latérale 31 du carter moteur 3 de sorte que, le long de l'axe moteur AM, la première extrémité amont 51 est plus distante du carter moteur 3 comparativement à la première extrémité avale 52.
Le compresseur centrifuge multi-étages 1 comprend un premier capot 8 couvrant le premier étage de compression radiale 5 et fixé sur la première face latérale 31 du carter moteur 3. Ce premier capot 8 présente en son centre une bouche d'entrée formant une arrivée de fluide gazeux 80, disposée en regard de la première extrémité amont 51 de la première roue aubée de compression 50. Cette arrivée de fluide gazeux 80 est centrée sur l'axe moteur AM.
La première roue aubée de compression 50 est de diamètre croissant depuis la première extrémité amont 51 jusqu'à la première extrémité avale 52, et elle
présente des aubes (aussi appelées pâles) qui définissent entre elles des canaux de compression qui sont, d'une part, ouverts au niveau de la première extrémité amont 51 pour une entrée du fluide gazeux et, d'autre part, ouverts au niveau de la première extrémité avale 52 pour une sortie du fluide gazeux comprimé.
Le premier diffuseur 53 a pour fonction de redresser et ralentir le fluide gazeux comprimé en sortie de la première roue aubée de compression 50. Pour ce faire, le premier diffuseur 53 est muni de premières ailettes 54 réparties autour de la première extrémité avale 52 de la première roue aubée de compression 50 et séparées par des premières veines d'échappement 55. Ces premières veines d'échappement 55 forment ainsi des espaces entre les premières ailettes 54, et elles sont en communication avec et dans le prolongement des canaux de compression de la première roue aubée de compression 50.
Par ailleurs, le premier diffuseur 53 est solidaire de la première face latérale 31 du carter moteur 3. Ainsi, les premières ailettes 54 sont solidaires de la première face latérale 31 du carter moteur 3, par exemple en étant formées d'un seul tenant avec cette première face latérale 31. Les premières ailettes 54 font saillie de la première face latérale 31, et peuvent par exemple être de forme triangulaire ou polygonale de manière générale.
Dans une variante non illustrée, le premier diffuseur 53 est solidaire du premier capot 8 et est plaqué contre la première face latérale 31 du carter moteur 3. Autrement dit, dans cette variante, les premières ailettes 54 sont solidaires et saillantes du premier capot 8, par exemple en étant formées d'un seul tenant avec ce premier capot 8, et elles sont plaquées contre la première face latérale 31 du carter moteur 3.
Le second étage de compression radiale 6 comprend une seconde roue aubée de compression 60 (aussi appelée rouet ou roue à aubes) couplée en rotation à la seconde section 42 de l'arbre moteur 4 pour être entraînée en rotation selon l'axe moteur AM. Cette seconde roue aubée de compression 60 présente :
- une seconde extrémité amont 61 ; et
- une seconde extrémité avale 62 entourée par un second diffuseur 63 solidaire de la seconde face latérale 32 du carter moteur 3.
La seconde extrémité avale 62 est tournée du côté de la seconde face latérale 32 du carter moteur 3 de sorte que, le long de l'axe moteur AM, la seconde extrémité amont 61 est plus distante du carter moteur 3 comparativement à la seconde extrémité avale 62. Ainsi, la première roue aubée de compression 50 et la seconde roue aubée de compression 60 sont agencées dans une configuration dos-à-
dos. Un tel montage dos-à-dos est avantageux pour soustraire les efforts des deux roues aubée de compression 50, 60 sur l'arbre moteur 4, l'effort résultant étant alors moindre et plus facile à compenser pour augmenter la durée de vie du compresseur centrifuge multi-étages 1.
La seconde roue aubée de compression 60 est de diamètre croissant depuis la seconde extrémité amont 61 jusqu'à la seconde extrémité avale 62, et elle présente des aubes (aussi appelées pâles) qui définissent entre elles des canaux de compression qui sont, d'une part, ouverts au niveau de la seconde extrémité amont 61 pour une entrée du fluide gazeux et, d'autre part, ouverts au niveau de la seconde extrémité avale 62 pour une sortie du fluide gazeux comprimé.
Le second diffuseur 63 a pour fonction de redresser et ralentir le fluide gazeux comprimé en sortie de la seconde roue aubée de compression 60. Pour ce faire, le second diffuseur 63 est muni de secondes ailettes 64 réparties autour de la seconde extrémité avale 62 de la seconde roue aubée de compression 60 et séparées par des secondes veines d'échappement 65. Ces secondes veines d'échappement 65 forment ainsi des espaces entre les secondes ailettes 64, et elles sont en communication avec et dans le prolongement des canaux de compression de la seconde roue aubée de compression 60.
Les secondes ailettes 64 sont solidaires de la seconde face latérale 32 du carter moteur 3, par exemple en étant formées d'un seul tenant avec cette seconde face latérale 32. Les secondes ailettes 64 font saillie de la seconde face latérale 32, et peuvent par exemple être de forme triangulaire ou polygonale de manière générale.
Le second diffuseur 64 présente également un corps annulaire 66 (ou bague annulaire) présentant deux faces planes annulaires 67, 68 opposées, dont l'une 67 forme une face frontale et l'autre 68 forme une face dorsale de laquelle font saillie les secondes ailettes 64. Ainsi, ces secondes ailettes 64 s'étendent entre la seconde face latérale 32 et la face dorsale 68 du corps annulaire 66, et la seconde extrémité avale 62 de la seconde roue aubée de compression 60 est logée à l'intérieur du second diffuseur 64 pour être entourée par les secondes ailettes 64.
Le compresseur centrifuge multi-étages 1 comprend un second capot 9 couvrant le second étage de compression radiale 6 et fixé sur le collecteur de sortie 7. Ce second capot 9 comprend une face interne (tournée du côté du carter moteur 3 et du second étage de compression radiale 6) sur laquelle est prévue une face d'appui annulaire 90 qui vient en appui contre la face frontale 67 du second diffuseur 64. Ce second capot 9 comprend une face externe 91, opposée à la face interne, et qui est tournée sur l'extérieur.
Dans une variante non illustrée, le second diffuseur 64 est solidaire du second capot 9, de sorte que les secondes ailettes 64 sont solidaires et saillantes du second capot 9, par exemple en étant formées d'un seul tenant avec ce second capot 9, et elles sont plaquées contre la seconde face latérale 32 du carter moteur 3.
Le compresseur centrifuge multi-étages 1 comprend un collecteur de sortie 7 solidaire du carter moteur 3, qui présente une volute de sortie 70 en communication avec les secondes veines d'échappement 65 du second diffuseur 63. Ce collecteur de sortie 7 est fixé sur une bride annulaire 35 prévue sur la face périphérique 33 du carter moteur 3, de sorte que la volute de sortie 70 entoure le second diffuseur 63 et ses secondes veines d'échappement 65.
Le compresseur centrifuge multi-étages 1 comprend plusieurs voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux 10 mettant en communication :
- la première extrémité avale 52 de la première roue aubée de compression 50, et en particulier les premières veines d'échappement 55 du premier diffuseur 53 du premier étage de compression radiale 5 ; avec
- la seconde extrémité amont 61 de la seconde roue aubée de compression 60.
Chaque voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux 10 comprend au moins :
- une canalisation principale 11 ménagée traversant dans le carter moteur 3 et pourvue d'un orifice d'entrée principal 111 débouchant dans une première veine d'échappement 55, entre deux premières ailettes 54 du premier diffuseur 53, de sorte à déboucher sur la première face latérale 31 du carter moteur 3 pour être en communication avec la première extrémité avale 52 de la première roue aubée de compression 50 ;
- une canalisation intermédiaire 12 en communication étanche avec la canalisation principale 11 et traversant une seconde ailette 64 du second diffuseur 63 pour déboucher sur la face frontale 67 du second diffuseur 63, cette seconde ailette 64 formant ainsi une entretoise intercalée entre la seconde face latérale 32 du carter moteur 3 et le second capot 9, où cette canalisation intermédiaire 12 est pourvue d'un orifice de sortie principal 112 débouchant dans la face frontale 67 ;
- une canalisation secondaire 13 ménagée dans le second capot 9 qui est plaqué contre la face frontale 67 du second diffuseur 63, cette canalisation secondaire 13 comprenant un orifice d'entrée secondaire 131 débouchant dans la face d'appui annulaire 90 du second capot 9 et en communication avec l'orifice de sortie principal 112 de la canalisation intermédiaire 12, et un orifice de sortie secondaire 132
débouchant dans la face interne du second capot 9 en regard de la seconde extrémité amont 61 de la seconde roue aubée de compression 60 pour former tout ou partie d'une arrivée de fluide gazeux au sein du second étage de compression 6.
Ainsi, le fluide gazeux est introduit dans le compresseur centrifuge multiétages 1 via l'arrivée de fluide gazeux 80 ménagée dans le premier capot 8, puis il est comprimé dans la première roue aubée de compression 50 pour ressortir au niveau de sa première extrémité avale 52, et ensuite le fluide gazeux comprimé est redressé dans les premières veines d'échappement 55 du premier diffuseur 53, et il entre à l'intérieur des canalisations principales 11, puis il passe dans les canalisations intermédiaires pour traverser les secondes ailettes 64 du second diffuseur 63 (sans être en communication avec les secondes veines d'échappement 65) pour entrer dans les canalisations secondaires 13, ce qui va permettre au fluide gazeux comprimé de ressortir en face de la seconde extrémité amont 61 de la seconde roue aubée de compression 60, et ainsi ce fluide gazeux comprimé est comprimé dans la seconde roue aubée de compression 60 pour ressortir au niveau de sa seconde extrémité avale 62, et le fluide gazeux comprimé ainsi comprimé deux fois est collecté dans le collecteur de sortie 7.
De cette manière, entre le premier étage de compression radiale 5 et le second étage de compression radiale 6, les voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux 10 ne sortent pas sur l'extérieur du compresseur centrifuge multi-étages 1, mais sont prévus intégralement à l'intérieur du carter moteur 3, des secondes ailettes 64 du second diffuseur 63 et du second capot 9.
Il est à noter que les canalisations secondaires 13 ne débouchent pas dans la face externe 91 du second capot 9, mais débouchent uniquement dans sa face interne au niveau de leurs orifices d'entrée secondaire 131 et de leurs orifices de sortie secondaire 132 respectifs.
Il est également à noter que, dans le mode de réalisation particulier où les secondes ailettes 64 sont solidaires du carter moteur 3, alors la canalisation principale 11 et la canalisation intermédiaire 12 forment ensemble un seul et même canal. Par contre, dans la variante où les secondes ailettes 64 sont solidaires du second capot 9, alors la canalisation secondaire 13 et la canalisation intermédiaire 12 forment ensemble un seul et même canal.
De plus, pour ménager les canalisations principales 11 à travers le carter moteur 3, il est envisageable d'avoir un carter moteur 3 comprenant deux parties, à savoir :
- un manchon interne à l'intérieur duquel est agencé le moteur électrique rotatif 2, et
- un manchon externe emmanché de manière jointive autour du manchon interne ; où les canalisations principales 11 sont ménagées dans une zone périphérique d'interfaçage entre le manchon interne et le manchon externe.
Autrement dit, les canalisations principales 11 sont ménagées sur une face périphérique externe du manchon interne et/ou sur une face périphérique interne du manchon externe.
De même, pour ménager les canalisations secondaires 13 dans le second capot 9, il est envisageable d'avoir un second capot 9 comprenant deux parties, à savoir :
- une pièce interne tournée du côté du second étage de compression radiale 6, et
- une pièce externe assemblée de manière jointive sur la pièce interne et tournée sur l'extérieur ; où les canalisations secondaires 13 sont ménagées dans une zone d'interfaçage entre la pièce interne et la pièce externe.
Autrement dit, les canalisations secondaires 13 sont ménagées sur une face externe de la pièce interne et/ou sur une face interne de la pièce externe.
Par ailleurs, le circuit de refroidissement 36, prévu dans le carter moteur 3, présente une ou plusieurs sections contiguës aux canalisations principales 11, ce qui a l'avantage de refroidir le fluide gazeux comprimé sortant du premier étage de compression radiale 5, avant d'entrer dans le second étage de compression radiale 6. Un tel refroidissement du fluide gazeux entre les deux étages de compression radiale 5, 6 permet d'augmenter la densité du fluide gazeux et ainsi de diminuer les sections des canalisations principales 11. De plus, le refroidissement du fluide gazeux entre les deux étages de compression radiale 5, 6 permet de limiter la température finale du fluide gazeux et donc la consommation d'énergie, et ainsi d'améliorer la performance du compresseur centrifuge multi-étages 1.
Il est envisageable que le premier diffuseur 53 comprend N premières ailettes 54 séparées par N premières veines d'échappement 55 où N est un nombre entier supérieur à 2 (par exemple un entier supérieur ou égal à 10), le second diffuseur 63 comprend N secondes ailettes 64, et sont prévues N voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux 10 avec N canalisations principales 11 qui débouchent dans les N premières veines d'échappement 55 respectives et N canalisations intermédiaires 12 associées qui traversent les N secondes ailettes 64 respectives. Ainsi, N canalisations secondaires 13 sont ménagées dans le second capot 9, et par ailleurs les canalisations principales 11 débouchent dans des premières veines
d'échappement 55 distinctes et les N canalisations intermédiaires 12 traversent des secondes ailettes 64 distinctes.
Chaque canalisation principale 11 s'étend selon une direction axiale parallèle à l'axe moteur AM ou sensiblement parallèles à l'axe moteur AM, étant entendu par « sensiblement parallèle » une inclinaison maximale entre cette direction axiale et l'axe moteur AM de 10 degrés.
Par ailleurs, la forme et les dimensions des orifices d'entrée principal 111 dépendent de la forme et des dimensions des premières veines d'échappement 55, et de même la forme et les dimensions des orifices de sortie principal 112 dépendent de la forme et des dimensions des secondes ailettes 64. Aussi, dans la mesure où les premières veines d'échappement 55 n'ont pas les mêmes formes et dimensions que les secondes ailettes 64, alors les orifices d'entrée principal 111 n'ont pas les mêmes formes et dimensions que les orifices de sortie principal 112. Donc chaque canalisation principale 11 présente une section variable entre son orifice d'entrée principal 111 et l'orifice de sortie principal 112.
Chaque canalisation secondaire 13 présente une section courbée entre son orifice d'entrée secondaire 131 et son orifice de sortie secondaire 132, selon une amplitude angulaire comprise entre 150 et 180 degrés, pour définir un retournement de l'écoulement dans la canalisation secondaire 13. En effet, comme chaque canalisation secondaire 13 débouche uniquement dans la face interne du second capot 9 au niveau de son orifice d'entrée secondaire 131 et de son orifice de sortie secondaire 132, la canalisation secondaire 13 fait faire une sorte de demi-tour au fluide gazeux comprimé. Les orifices de sortie secondaire 132 sont prévus au niveau du centre du second capot 9. Des volets déflecteurs 92 peuvent être prévus sur le second capot 9, en regard des orifices de sortie secondaire 132 de chaque canalisation secondaire 13, afin de dévier le fluide gazeux sortant des canalisations secondaires 13 en direction de la seconde extrémité avale 62 de la seconde roue aubée de compression 60.
Il est par ailleurs à noter que le second capot 9 est fermé, sans orifice d'introduction de fluide gazeux débouchant dans sa face externe 91 pour introduire depuis l'extérieur un fluide gazeux dans le second étage de compression radiale. Autrement dit, le seul fluide gazeux entrant dans le second étage de compression radiale est celui provenant des canalisations secondaires 13. Il est bien entendu envisageable de prévoir un orifice traversant le second capot 9, par exemple pour un passage étanche d'un câble ou d'un capteur, mais pas pour introduire depuis l'extérieur un fluide gazeux dans le second étage de compression radiale.
Claims
1. Compresseur centrifuge multi-étages (1), comprenant :
- un moteur électrique rotatif (2) agencé à l'intérieur d'un carter moteur (3) présentant deux faces latérales (31, 32) opposées, à savoir une première face latérale (31) et une seconde face latérale (32) ;
- un arbre moteur (4) entraîné en rotation selon un axe moteur (AM) par ledit moteur électrique rotatif (2) et présentant une première section (41) et une seconde section (42) opposées s'étendant de part et d'autre du moteur électrique rotatif (2) et des deux faces latérales (31, 32) respectives du carter moteur (3) ;
- un premier étage de compression radiale (5) comprenant une première roue aubée de compression (50) couplée en rotation à la première section (41) de l'arbre moteur (4) et présentant une première extrémité amont (51) en communication avec une arrivée de fluide gazeux (80), et une première extrémité avale (52) tournée du côté de la première face latérale (31) du carter moteur (3) ;
- un second étage de compression radiale (6) comprenant une seconde roue aubée de compression (60) couplée en rotation à la seconde section (42) de l'arbre moteur (4) et présentant une seconde extrémité amont (61) et une seconde extrémité avale (62) tournée du côté de la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) de sorte que la première roue aubée de compression (50) et la seconde roue aubée de compression (60) sont agencées dans une configuration dos-à-dos ;
- un collecteur de sortie (7) solidaire du carter moteur (3) et en communication avec la seconde extrémité avale (62) de la seconde roue aubée de compression (60) ;
- un premier capot (8) couvrant le premier étage de compression radiale (5) ;
- un second capot (9) couvrant le second étage de compression radiale (6) ; et
- au moins une voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) mettant en communication la première extrémité avale (52) de la première roue aubée de compression (50) avec la seconde extrémité amont (61) de la seconde roue aubée de compression (60) ; dans lequel ladite voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) présente les canalisations (11, 12, 13) successives suivantes :
- une canalisation principale (11) traversant le carter moteur (3) et pourvue d'un orifice d'entrée principal (111) débouchant sur la première face latérale (31) du carter moteur (3) et en communication avec la première extrémité avale (52) de la première roue aubée de compression (50) ;
- une canalisation intermédiaire (12) en communication étanche avec la canalisation
principale (11) et traversant une entretoise (64) intercalée entre la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) et le second capot (9) ; et
- une canalisation secondaire (13) ménagée dans le second capot (9) et qui est en communication étanche avec la canalisation intermédiaire (12), où ladite canalisation secondaire (13) présente un orifice de sortie secondaire (132) débouchant en regard de la seconde extrémité amont (61) de la seconde roue aubée de compression (60).
2. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 1, dans lequel un premier diffuseur (53) entoure la première extrémité avale (52) de la première roue aubée de compression (50) et est muni de premières ailettes (54) réparties autour de ladite première extrémité avale (52) de la première roue aubée de compression (50), où les premières ailettes (54) sont séparées par des premières veines d'échappement (55), et dans lequel l'orifice d'entrée principal (111) de la canalisation principale (11) débouche dans une première veine d'échappement (55), entre deux premières ailettes (54) du premier diffuseur (53).
3. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 2, dans lequel les premières ailettes (54) du premier diffuseur (53) sont :
- solidaires de la première face latérale (31) du carter moteur (3), et le premier capot (8) vient en appui contre lesdites premières ailettes (54) ; ou sont
- solidaires du premier capot (8), et les premières ailettes (54) viennent en appui contre la première face latérale (31) du carter moteur (3) ; ou sont
- indépendantes du premier capot (8) et du carter moteur (3), en étant intercalées entre le premier capot (8) et la première face latérale (31) du carter moteur (3).
4. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'entretoise (64) est :
- solidaire de la seconde face latérale (32) du carter moteur (3), et le second capot (9) vient en appui contre l'entretoise (64) ; ou est
- solidaire du second capot (9), et l'entretoise (64) vient en appui contre la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) ; ou est
- indépendante du carter moteur (3) et du second capot (9), en étant intercalée entre la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) et le second capot (9).
5. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un second diffuseur (63) entoure la seconde extrémité avale (62) de la seconde roue aubée de compression (60) et est muni de
19 secondes ailettes (64) réparties autour de ladite seconde extrémité avale (62) de la seconde roue aubée de compression (60) et intercalées entre la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) et le second capot (9), où les secondes ailettes (64) sont séparées par des secondes veines d'échappement (65), et dans lequel la canalisation intermédiaire (12) est ménagé à travers l'une des secondes ailettes (64) qui forme ainsi l'entretoise.
6. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 5, dans lequel les secondes ailettes (64) du second diffuseur (63) sont :
- solidaires de la seconde face latérale (32) du carter moteur (3), et le second capot (9) vient en appui contre les secondes ailettes (64) ; ou sont
- solidaires du second capot (9), et les secondes ailettes (64) viennent en appui contre la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) ; ou sont
- indépendantes du carter moteur (3) et du second capot (9), en étant intercalées entre la seconde face latérale (32) du carter moteur (3) et le second capot (9).
7. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel :
- le carter moteur (3) est monobloc et la canalisation principale (11) traverse le carter moteur (3), ou
- le carter moteur (3) comprend un manchon interne et un manchon externe emmanchés l'un dans l'autre et la canalisation principale (11) traverse le carter moteur (3) dans une zone d'interfaçage entre le manchon interne et le manchon externe.
8. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel :
- le second capot (9) est monobloc et la canalisation secondaire (13) est ménagée dans le second capot (9), ou
- le second capot (9) comprend une pièce interne et une pièce externe assemblées l'une sur l'autre et la canalisation secondaire (13) est ménagée dans le second capot (9) dans une zone d'interfaçage entre la pièce interne et la pièce externe.
9. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un circuit de refroidissement (36) ménagé dans le carter moteur (3) pour une circulation de liquide de refroidissement à l'intérieur du carter moteur (3).
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10. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 9, dans lequel le circuit de refroidissement (36) présente une ou plusieurs sections contiguës à la canalisation principale (11) de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) ou de l'une des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10).
11. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel plusieurs voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) sont prévues.
12. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon les revendications 2 et 11, dans lequel les canalisations principales (11) des différentes voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) débouchent dans des premières veines d'échappement (55) distinctes.
13. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 12, dans lequel le premier diffuseur (53) comprend N premières ailettes (54) séparées par N premières veines d'échappement (55) où N est un nombre entier supérieur à 2, et sont prévues N voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) avec N canalisations principales (11) qui débouchent dans les N premières veines d'échappement (55) respectives.
14. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel les canalisations intermédiaires (12) des différentes voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) traversent des entretoises (64) distinctes.
15. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon les revendications 5 et 14, dans lequel les canalisations intermédiaires (12) des différentes voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) traversent des secondes ailettes (64) distinctes.
16. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 15, dans lequel le second diffuseur (63) comprend N secondes ailettes (64) où N est un nombre entier supérieur à 2, et sont prévues N voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) avec N canalisations intermédiaire (12) qui traversent les N secondes ailettes (64) respectives.
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17. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel la canalisation principale (11) de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) ou de l'une des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) s'étend selon une direction axiale parallèle à l'axe moteur (AM) ou sensiblement parallèles à l'axe moteur (AM).
18. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel la canalisation principale (11) de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) ou de l'une des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) présente une section variable le long de l'axe moteur (AM).
19. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel la canalisation secondaire (13) de la voie d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) ou de l'une des voies d'écoulement inter-étages de fluide gazeux (10) présente une section courbée entre la canalisation intermédiaire (12) correspondante et son orifice de sortie secondaire (132).
20. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon la revendication 19, dans lequel la section courbée de la canalisation secondaire (13) présente une amplitude angulaire comprise entre 150 et 180 degrés, pour définir un retournement de l'écoulement dans ladite canalisation secondaire (13).
21. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans lequel le second capot (9) est fermé, sans orifice d'introduction de fluide gazeux débouchant dans une face extérieure (91) pour introduire depuis l'extérieur un fluide gazeux dans le second étage de compression radiale (6).
22. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel le second capot (9) est fixé sur le carter moteur (3) ou sur le collecteur de sortie (7).
23. Compresseur centrifuge multi-étages (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, dans lequel le collecteur de sortie (7) présente une volute de sortie (70) en communication avec la seconde extrémité avale (62) de la seconde roue aubée de compression (60).
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