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"Compresseur centrifuge à deux étages." ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Cette invention est relative à un compresseur centrifuge à deux étages dans lequel les roues de compresseur sont montées directement sur un arbre moteur.
La demande de brevet japonaise examinée n"5-36640 décrit un compresseur centrifuge à deux étages, utilisé dans une installation ou une fabrique, compresseur dans lequel, pour obtenir un modèle compact du compresseur centrifuge à deux étages, des roues sont montées respectivement aux extrémités opposées d'un arbre d'un moteur électrique et sont entraînées directement, sans l'utilisation d'un quelconque multiplicateur de vitesse. Dans le compresseur centrifuge décrit dans cette publication, un boîtier de compresseur, présentant une spirale de décharge, est séparé d'un boîtier de moteur comportant un stator de moteur et des paliers montés dedans. Le côté aval de la spirale de décharge est relié à un conduit par une bride.
Chacun des premier et second étages de compresseur présente une partie d'aspiration pour aspirer du gaz suivant une direction axiale et il est relié à un conduit d'aspiration par une bride.
En vue d'obtenir un modèle compact de compresseur centrifuge, on a aussi proposé le type de compresseur centrifuge dans lequel un boîtier de compresseur, un dispositif de refroidissement Intermédiaire et un dispositif de refroidissement de décharge sont formés d'une pièce Un exemple de cela est décrit dans la demande de brevet japonaise non examinée n 7-103162 Le compresseur, décrit dans cette
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publication, comprend deux arbres rotatifs parallèles (c'est-à-dire, un arbre à faible vitesse et un arbre à grande vitesse) disposés à la même hauteur, et les deux arbres sont mutuellement reliés par un engrenage multipliant la vitesse (multiplicateur de vitesse).
Un logement de l'engrenage multipliant la vitesse est divisé verticalement en deux parties (c'est-à-dire des parties supérieure et inférieure) en un plan horizontal renfermant les lignes médianes (axes) des deux arbres. Le logement inférieur est façonné d'une pièce avec un dispositif de refroidissement, etc., et le logement supérieur est amovible. Des brides pour le montage sur cela d'un moteur sont formées respectivement sur une extrémité des logements supérieur et inférieur, et la relation coaxiale entre l'arbre à faible vitesse et le moteur est assurée par cette bride.
Dans le compresseur centrifuge, décrit dans la demande de brevet japonaise examinée n 5-36640, un modèle compact d'appareil peut être obtenu. Cependant, le boîtier de compresseur et le boîtier de moteur sont séparés l'un de l'autre et le nombre des parties constitutives, y compris celles reliant mutuellement les deux boîtiers, est augmenté et par conséquent des erreurs d'usinage ou de fonctionnement et des erreurs d'assemblage pour les parties sont accumulées pendant l'opération d'assemblage, ce qui conduit à la possibilité que, dans une partie de support de palier à l'intérieur d'un stator, la relation coaxiale entre un rotor et le stator, ainsi que la précision du positionnement axial du rotor et du stator soient diminuées.
Dans le cas où des paliers magnétiques et des roues sans une enveloppe de protection sont utilisés afin d'obtenir le modèle le plus compact de compresseur centrifuge décrit dans cette publication, il est difficile de conserver la relation de position entre le rotor et le stator à l'intérieur d'une gamme admissible prédéterminée, bien qu'il soit nécessaire de positionner de manière précise le rotor et le stator, l'un par rapport à l'autre Par conséquent afin d'accroître la précision
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d'assemblage, si les parties sont positionnées de manière plus précise par des parties d'ajustement, ou si les parties sont positionnées de manière fixe par des chevilles de montage ou des éléments analogues, le temps d'assemblage et le temps d'usinage sont augmentés et les effets avantageux,
tels que la réduction du coût par le modèle compact et la sécurité accrue, en sont affectés de manière adverse.
Et en outre, le compresseur centrifuge, décrit dans cette publication, est relié au conduit par la bride au côté aval de la spirale de décharge de chaque étage de compresseur, et non seulement le premier étage de compresseur mais aussi le second étage de compresseur aspirent le gaz dans la direction axiale, et ils sont reliés au conduit par la bride et l'agencement des conduits entre le compresseur et un dispositif de refroidissement est inévitablement compliqué. Par conséquent, en dépit du fait que les roues soient montées directement sur l'arbre moteur, l'effet avantageux, obtenu par la conception peu encombrante de l'ensemble du compresseur, y compris le dispositif de refroidissement, ne peut pas être atteint totalement.
D'une manière incidente, le corps de compresseur et le dispositif de refroidissement sont différents l'un de l'autre dans la valeur de la déformation thermique pendant le fonctionnement et par conséquent des possibilités existent que l'étanchéité à l'air soit diminuée par la déformation thermique et qu'il en résulte une fuite.
Le compresseur centrifuge, décrit dans la demande de brevet japonaise non examinée n 7-103162, est un compresseur à deux arbres comportant un engrenage multiplicateur de vitesse, et aucune considération n'est donnée à une construction dans laquelle le moteur est disposé coaxialement à l'arbre rotatif du compresseur et les roues sont entraînées directement sans l'utilisation d'un quelconque engrenage multiplicateur de vitesse en vue d'atteindre une conception compacte du compresseur centrifuge
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SOMMAIRE DE L'INVENTION
Etant donné les problèmes indiqués ci-dessus de l'état antérieur de la technique, la présente invention a pour objet de prévoir un compresseur centrifuge comportant des roues montées directement sur un arbre moteur,
dans lequel la précision d'assemblage du compresseur centrifuge est augmentée et l'opération d'assemblage peut être effectuée aisément.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un compresseur centrifuge qui comporte des roues montées directement sur un arbre moteur et présente un modèle compact.
Un autre objet de la présente invention consiste à prévoir un compresseur centrifuge dans lequel le nombre des parties constitutives soit réduit de façon que le compresseur puisse être fabriqué à de moindres coûts.
Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un compresseur centrifuge de conception compacte dans lequel la précision d'usinage puisse être aisément augmentée.
Suivant un premier aspect de la présente invention, il est prévu un compresseur centrifuge à deux étages comprenant : deux roues centrifuges montées aux extrémités respectivement opposées d'un arbre rotatif pour former deux étages de compresseur, une partie de moteur électrique pour entraîner directement les deux roues, la partie de moteur étant formée en une partie centrale de l'arbre rotatif, un boîtier de moteur couvrant la partie de moteur, et des boîtiers de compresseur couvrant respectivement les étages de compresseur, le boîtier de moteur et les boîtiers de compresseur étant coulés en une construction d'une pièce pour former un boîtier d'une pièce.
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De préférence, un dispositif de refroidissement intermédiaire est prévu entre les étages de compresseur et un dispositif de refroidissement de décharge est prévu en aval de l'étage de compresseur du côté aval, et une coque des deux dispositifs de refroidissement est formée d'une pièce avec le boîtier d'une pièce.
Suivant un second aspect de l'invention, il est prévu un compresseur centrifuge à deux étages comprenant : deux roues centrifuges montées aux extrémités respectivement opposées d'un arbre rotatif pour former des premier et second étages de compresseur, une partie de moteur électrique pour entraîner directement les deux roues, la partie de moteur étant formée en une partie centrale de l'arbre rotatif, des premier et second boîtiers de compresseur couvrant les premier et respectivement second étages de compresseur, le premier boîtier de compresseur, le boîtier de moteur et le second boîtier de compresseur étant disposés de manière séquentielle suivant une direction d'un axe de l'arbre rotatif, un dispositif de refroidissement intermédiaire qui est prévu entre les premier et second étages de compresseur,
et est disposé en oblique en dessous de l'axe de l'arbre rotatif, dans une relation généralement parallèle à l'arbre rotatif, et un dispositif de refroidissement de décharge qui est disposé en oblique en dessous de l'arbre rotatif dans une relation généralement parallèle au dispositif de refroidissement intermédiaire, et qui communique avec un des deux étages de compresseur, le boîtier de moteur, le premier boîtier de compresseur, le second boîtier de compresseur, une coque du dispositif de refroidissement intermédiaire et une coque du dispositif de refroidissement de décharge
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étant coulés en une construction d'une pièce pour former un boîtier d'une pièce.
De préférence, une bride est façonnée à chaque extrémité du dispositif de refroidissement intermédiaire et une bride est façonnée à chaque extrémité du dispositif de refroidissement de décharge, et quatre éléments de couvercle, qui sont de forme sensiblement identique, sont respectivement fixés aux brides.
Suivant un troisième aspect de l'invention, il est prévu un compresseur centrifuge à deux étages comprenant : deux roues centrifuges montées aux extrémités respectivement opposées d'un arbre rotatif pour former des premier et second étages de compresseur, une partie de moteur électrique pour entraîner directement les deux roues, la partie de moteur étant formée en une partie centrale de l'arbre rotatif, un boîtier d'une pièce couvrant la partie de moteur et les deux étages de compresseur, une partie de dispositif de refroidissement intermédiaire s'étendant depuis le boîtier d'une pièce pour être disposé en oblique en dessous du boîtier d'une pièce, une partie de dispositif de refroidissement de décharge s'étendant depuis le boîtier d'une pièce pour être disposé en oblique en dessous du boîtier d'une pièce,
la partie de dispositif de refroidissement de décharge étant d'une manière générale parallèle à la partie de dispositif de refroidissement intermédiaire, une première partie de conduit mettant en communication le premier étage de compresseur avec la partie de dispositif de refroidissement intermédiaire, la première partie de conduit étant disposée à un côté supérieur de la partie de dispositif de refroidissement intermédiaire et à un côté inférieur du premier étage de compresseur,
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une seconde partie de conduit mettant en communication le second étage de compresseur avec la partie de dispositif de refroidissement intermédiaire,
la seconde partie de conduit étant disposée au côté supérieur de la partie de dispositif de refroidissement intermédiaire et à un côté inférieur du second étage de compresseur, et une troisième partie de conduit mettant en communication un des deux étages de compresseur avec la partie de dispositif de refroidissement de décharge, la troisième partie de conduit étant disposée à un côté supérieur de la partie de dispositif de refroidissement de décharge et au côté inférieur de l'un des étages de compresseur.
Suivant un quatrième aspect de l'invention on prévoit un compresseur centrifuge à deux étages comprenant : un arbre rotatif, une roue centrifuge de premier étage, montée à une extrémité de l'arbre rotatif, une roue centrifuge de second étage, montée à l'autre extrémité de l'arbre rotatif, une partie de moteur électrique pour entraîner directement les deux roues, la partie de moteur étant formée à une partie centrale de l'arbre rotatif, un boîtier d'une pièce couvrant une partie de compresseur de premier étage contenant la roue centrifuge de premier étage, une partie de compresseur de second étage contenant la roue centrifuge de second étage, et la partie de moteur, et une partie de passage d'aspiration pour faire s'écouler un gaz fonctionnel dans la roue de premier étage suivant une direction allant d'une position,
disposée radialement à l'extérieur du compresseur, vers un axe de l'arbre rotatif.
D'une manière préférable, un collecteur est formé à une partie de sortie de la partie de compresseur de premier étage d'une
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manière adjacente à la roue de premier étage, et une superficie en section transversale du collecteur dans une section parallèle à l'arbre rotatif est sensiblement uniforme en direction circonférentielle.
De préférence, deux paliers magnétiques radiaux, supportant l'arbre rotatif de manière à permettre sa rotation, sont prévus entre les roues centrifuges de premier étage et de second étage, et un palier magnétique de butée est prévu entre les deux paliers magnétiques radiaux, et des gorges sont façonnées circonférentiellement dans une surface périphérique interne du boîtier d'une pièce, et des passages de refroidissement, mettant en communication les gorges avec les paliers, sont façonnés dans les étages de compresseur.
De préférence, un premier élément de recouvrement de tête, qui ferme une extrémité du boîtier d'une pièce proche de la roue de premier étage, et forme un passage d'aspiration conduisant à la roue de premier étage, est monté de manière amovible sur le boîtier d'une pièce, et un second élément de recouvrement de tête, qui ferme une extrémité du boîtier d'une pièce proche de la roue de second étage et forme un passage d'aspiration conduisant à la roue de second étage, est monté de manière amovible sur le boîtier d'une pièce.
Dans le compresseur centrifuge suivant la présente invention, qui est entraîné directement par le moteur, on peut adopter un agencement dans lequel le dispositif de refroidissement intermédiaire et le dispositif de refroidissement de décharge sont façonnés d'une pièce avec le corps de compresseur, y compris le boîtier de moteur, et sont disposés en dessous de ce corps de compresseur, et les parties périphériques externes des boîtiers du corps de compresseur sont disposées en contact avec les surfaces supérieures des dispositifs de refroidissement, ce qui réduit la taille externe du compresseur.
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BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en élévation frontale d'une première forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant la présente invention.
La figure 2 est une vue en élévation latérale de la première forme de réalisation de la figure 1.
La figure 3 est une vue en élévation latérale de la première forme de réalisation suivant la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de la première forme de réalisation suivant la figure 1, qui montre des détails de l'intérieur du compresseur.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la première forme de réalisation suivant la figure 1, qui montre les détails de l'intérieur d'un boîtier du compresseur.
La figure 6 représente une vue en coupe transversale de la première forme de réalisation de la figure 1, qui montre des détails de l'intérieur du boîtier du compresseur.
La figure 7 représente une vue en coupe transversale de la première forme de réalisation de la figure 1, qui montre des détails de l'intérieur du boîtier du compresseur
La figure 8 représente une vue en coupe transversale de la première forme de réalisation de la figure 1, qui montre des détails de l'intérieur du boîtier du compresseur
La figure 9 représente une vue en coupe transversale de la première forme de réalisation de la figure 1, qui montre des détails de l'intérieur du boîtier du compresseur.
La figure 10 représente une vue en coupe longitudinale d'une seconde forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant l'invention, qui montre des détails de l'intérieur du compresseur
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La figure 11 représente une vue en coupe longitudinale d'une troisième forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant l'invention, qui montre des détails de l'intérieur d'un boîtier du compresseur.
La figure 12 représente une vue en coupe transversale de la troisième forme de réalisation, qui montre des détails de l'intérieur du boîtier du compresseur.
La figure 13 représente une vue en élévation frontale d'une quatrième forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant l'invention.
DESCRIPTION DES FORMES DE REALISATION PREFEREES
Plusieurs formes de réalisation préférées de la présente invention vont à présent être décrites en faisant référence aux dessins.
Les figures 1 à 9 montrent une première forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant la présente invention, et la figure 1 représente une vue en élévation frontale montrant l'aspect du compresseur centrifuge à deux étages, la figure 2 étant une vue en élévation latérale suivant la direction de la flèche A de la figure 1 et la figure 3 une vue en élévation latérale suivant la direction de la flèche B de la figure 1.
Dans le compresseur centrifuge 1 de cette forme de réalisation, un boîtier de moteur 2, supportant un stator d'un moteur électrique pour entraîner des roues du compresseur, et un boîtier de compresseur de premier étage la et un boîtier de compresseur de second étage 1 b (chacun comportant une partie de stator du compresseur), qui sont prévus aux côtés respectivement opposés du boîtier de moteur 2, sont façonnés mutuellement d'une pièce. Un dispositif de refroidissement intermédiaire 3a et un dispositif de refroidissement de décharge 3b sont prévus en dessous de ce boîtier d'une pièce 50, et des boîtiers des deux dispositifs de refroidissement 3a
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et 3b sont façonnés d'une pièce avec le corps de boîtier 50 comportant le boîtier de moteur 2 et les boîtiers de compresseur 1 a et 1 b.
Ainsi qu'il est montré à la figure 4, qui est une vue en coupe suivant la ligne C-C de la figure 1, dans le compresseur à deux étages suivant l'invention, les roues centrifuges de premier étage et de second étage 21 a et 21 b sont montées directement aux extrémités respectivement opposées d'un arbre rotatif 20 du moteur.
L'arbre rotatif 20 est supporté de manière à pouvoir tourner par des paliers magnétiques radiaux 23a et 23b qui sont prévus à l'intérieur respectivement de deux roues 21 a et 21 b sur l'arbre rotatif 20.
Des paliers magnétiques axiaux 24a et 24b pour supporter une poussée axiale, produite par ce compresseur à deux étages, sont prévus axialement à l'intérieur du palier radial droit 23b (figure 4) du compresseur de second étage de telle manière qu'une plaque de butée, montée sur l'arbre rotatif 20, soit interposée entre les deux paliers magnétiques axiaux 24a et 24b. Les paliers radiaux 23a et 23b sont respectivement fixés aux logements de palier 28a et 28b et les paliers magnétiques axiaux 24a et 24b sont respectivement fixés aux supports de palier 29a et 29b.
Une partie de rotor de moteur est montée sur une partie généralement centrale de l'arbre rotatif 20 et le stator de moteur 22 est disposé dans une relation d'enveloppement par rapport à cette partie de rotor, avec un petit intervalle formé entre eux. Le stator de moteur 22 est maintenu par un logement de stator 32 et le logement de stator 32 est maintenu par le boîtier de moteur 2.
Les roues centrifuges 21 a et 21 b, directement montées aux extrémités respectivement opposées de l'arbre rotatif 20, sont des roues à bandage ouvertes sans une paroi de bandage, et un petit jeu est formé entre une surface de bandage de chacune des roues 21 a et 21 b et un boîtier interne 25a, 25b Les roues 21 a et 21 b sont fixées à l'arbre rotatif
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20 par des écrous respectifs 33a et 33b et elles peuvent être ôtées de l'arbre rotatif 20.
Des paliers auxiliaires 31 a et 31 b sont prévus axialement à l'extérieur des paliers magnétiques radiaux 23a et respectivement 23b et ces paliers auxiliaires 31a et 31b empêchent le rotor d'entrer en contact avec la partie de stator et les boîtiers lorsque les paliers magnétiques sont dans un état désactivé, comme pendant l'opération d'assemblage et lorsque le compresseur est à l'arrêt. Pendant le fonctionnement du compresseur, l'arbre rotatif 20 est amené à flotter par les paliers magnétiques 23a et 23b et il est entraîné en rotation sans contact avec les paliers auxiliaires 31a et 31 b.
Un jeu, formé entre chacun des paliers auxiliaires 31 a et 31 b et l'arbre rotatif 20 pendant le fonctionnement, est plus petit qu'un intervalle d'air dans le moteur, un intervalle d'air dans les paliers magnétiques 23a et 23b et un intervalle de bandage dans les roues.
Un système de compression de gaz fonctionnel du compresseur va à présent être décrit. Dans le compresseur de premier étage (représenté à gauche sur la figure 4), du gaz fonctionnel (de travail) est aspiré dans un ajutage d'aspiration de premier étage 4, et il s'écoule à travers un passage d'aspiration comportant une plaque de courant 26a, et il est comprimé par la roue de premier étage 21 a. Le gaz fonctionnel comprimé est récupéré en pression par un diffuseur 38a prévu au côté aval de la roue 21 a et ensuite il est récolté par un collecteur 27a et il est amené au compresseur de second étage. Le diffuseur 38a est formé par le boîtier interne 25a et le logement de palier 28a qui forment également le passage d'aspiration.
Dans beaucoup de cas, un diffuseur avec des pales ou des ailettes est utilisé comme diffuseur 38a, mais un diffuseur sans pale peut être utilisé. Le diamètre de la sortie du diffuseur 38a est suffisamment plus grand que le diamètre externe de la roue 21 a et l'écoulement du gaz fonctionnel à partir de la
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roue 21 a est suffisamment ralenti. Le boîtier interne 25a est monté sur un recouvrement de tête de compresseur 17a par la plaque de courant 26a. Par fixation du recouvrement de tête 17a à une extrémité extérieure du boîtier de premier étage 1 a par des boulons à travers un élément d'étanchéité, le passage d'aspiration du compresseur de premier étage est formé.
Le collecteur de décharge 27a est formé par le boîtier interne 25a et le boîtier de compresseur de premier étage 1 a. A la différence d'une spirale (où une superficie de passage d'écoulement
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varie en sens circonférentiel), le collecteur 27a présente une superficie de passage d'écoulement constante en direction circonférentielle, et par conséquent la récupération de la pression statique dans la collecteur 27a n'est pas attendue. Cependant, le gaz, qui s'écoule dans le collecteur 27a, a été suffisamment ralenti par le diffuseur amont 38a, et par conséquent, même si la superficie en section transversale du collecteur 27a est grande, l'écoulement peut être ralenti sans provoquer une perte indue.
En outre, en comparaison d'un écoulement dans une spirale, l'écoulement dans le collecteur 27a est soumis à un changement de pression moins statique dans le sens circonférentiel, et la force radiale du fluide, agissant sur le rotor de compresseur comportant la roue, est petite, et les bruits et vibrations peuvent être maintenus à un faible niveau. Avec l'utilisation du collecteur, l'avantage est obtenu que les différentes caractéristiques souhaitables ci-dessus peuvent être obtenues en un autre point de fonctionnement que le point de l'aspect du compresseur.
Le gaz fonctionnel, recueilli dans le collecteur 27a, s'écoule dans un passage d'aspiration du compresseur de second étage, par l'intermédiaire d'un passage décrit par la suite Ce compresseur de second étage est semblable en construction au compresseur de premier étage. D'une manière plus spécifique, le gaz fonctionnel s'écoule à
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travers le passage d'aspiration présentant une plaque de courant 26b et il est ensuite comprimé par la roue de second étage 21 b. Le gaz fonctionnel comprimé est récupéré en pression par un diffuseur 38b prévu au côté aval de la roue 21 b, et ensuite il est récolté par un collecteur 27b et il est alimenté en un site de demande par l'intermédiaire du dispositif de refroidissement de décharge 3b.
Le diffuseur 38b est formé par le boîtier interne 25b et le logement de palier 28b qui forment également le passage d'aspiration. Le boîtier interne 25b est monté sur un recouvrement de tête de compresseur 17b par la plaque de courant 26b. En fixant le recouvrement de tête 17a à une extrémité extérieure du boîtier de second étage 1 b par des boulons à travers un élément d'étanchéité, le passage d'aspiration du compresseur de second étage est formé. Le diffuseur 38b peut être avec ou sans pales, comme décrit précédemment pour le compresseur de premier étage.
Le passage du gaz fonctionnel et le système de refroidissement dans le compresseur à deux étages vont être décrits dans la suite Le gaz fonctionnel, aspiré dans l'ajutage d'aspiration de premier étage 4, passe à travers le passage dans le compresseur de premier étage et s'écoule dans un conduit de décharge de premier étage 5 qui sert également d'ajutage de décharge et de conduit menant au dispositif de refroidissement intermédiaire. Le gaz fonctionnel, qui s'écoule par le conduit de décharge 5, s'écoule dans le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a, disposé en oblique en dessous de l'arbre rotatif 20, dans une relation d'une manière générale parallèle à celui-ci, et il est refroidi par échange thermique avec de l'eau de refroidissement ou une matière analogue, et il s'écoule alors dans un conduit d'aspiration de second étage 6.
Le gaz fonctionnel, qui s'écoule dans le conduit d'aspiration de second étage 6, est amené à un conduit de décharge de second étage 7 par l'intermédiaire du passage dans le
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compresseur de second étage Le gaz fonctionnel, qui s'écoule par le conduit de décharge 7, s'écoule dans le dispositif de refroidissement de décharge 3b disposé obliquement en dessous de l'arbre rotatif 20 dans une relation généralement parallèle au dispositif de refroidissement intermédiaire 3a, et, dans ce dispositif de refroidissement de décharge 3b, le gaz fonctionnel est ajusté à une température requise par le site de demande final, et il est ensuite amené par un orifice de décharge 8, prévu dans une surface latérale du dispositif de refroidissement de décharge 3b, au site de demande par l'intermédiaire d'un équipement auxiliaire,
comme une soupape de retenue, prévue à la requête du consommateur ou dans des buts de sécurité. Par conséquent, une bride, à laquelle un tel équipement auxiliaire est relié, est formée à la partie d'orifice de décharge 8. Le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a et le dispositif de refroidissement de décharge 3b ont sensiblement la même taille et ils sont sensiblement symétriques de forme par rapport à un plan vertical comportant la ligne médiane (axe) de l'arbre rotatif 20.
L'ajutage d'aspiration de premier étage 4 présente une surface de bride parallèle à l'arbre rotatif 20 et un conduit à gaz d'aspiration, mené à partir d'un équipement auxiliaire prévu en amont du compresseur à deux étages, est relié à l'ajutage d'aspiration de premier étage 4 par une bride. L'ajutage d'aspiration 4 aspire le gaz fonctionnel suivant une direction allant d'une position disposée radialement à l'extérieur du compresseur, et en faisant ainsi, la pré-révolution du gaz fonctionnel, qui abaisse la tête de pression, est empêchée.
Le conduit de décharge de premier étage 5 est formé d'une pièce avec le boîtier de compresseur de premier étage 1 a et le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a, et le conduit d'aspiration de second étage 6 et le conduit de décharge de second étage 7 sont formés d'une pièce avec le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a et respectivement le dispositif de refroidissement de décharge 3b.
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Un faisceau tubulaire d'échangeur de chaleur est contenu dans chacun des dispositifs de refroidissement intermédiaire 3a et de décharge 3b, et comme représenté sur la figure 3 des recouvrements de tête de dispositif de refroidissement 15a et 15b sont respectivement fixés à une des extrémités des dispositifs de refroidissement intermédiaire et de décharge 3a et 3b à proximité du compresseur de second étage par des éléments d'étanchéité respectifs, et ils maintiennent les faisceaux d'échangeur de chaleur à l'intérieur. Ainsi qu'il est également représenté sur la figure 2, des recouvrements d'extrémité 16a et 16b sont respectivement fixés aux autres extrémités des deux dispositifs de refroidissement 3a et 3b à proximité du compresseur de premier étage par des éléments d'étanchéité respectifs.
La position relative entre le recouvrement de tête 15 et le recouvrement d'extrémité 16 n'a pas de relation avec la construction du compresseur. En effet les recouvrements de tête peuvent être prévus respectivement à ces extrémités des deux dispositifs de refroidissement proches du compresseur de premier étage tandis que les recouvrements d'extrémité peuvent être prévus respectivement à ces extrémités des deux dispositifs de refroidissement proches du compresseur de second étage.
Si les recouvrements de tête 15 des dispositifs de refroidissement 3a et 3b ont la même configuration que celle des recouvrements d'extrémité 16, un faisceau d'échangeur de chaleur d'une configuration identique peut être introduit dans chaque dispositif de refroidissement à partir de l'une ou l'autre des extrémités opposées de chaque dispositif de refroidissement, et cela augmente le degré de liberté de l'opération d'assemblage.
Le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a et le dispositif de refroidissement de décharge 3b sont différents l'un de l'autre dans la quantité de gaz passant à travers et dans la quantité d'échange de chaleur requise Par conséquent les deux dispositifs de refroidissement ont été conçus pour avoir leurs tailles et configurations
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respectivement nécessaires D'autre part, suivant la présente invention, les deux dispositifs de refroidissement ont la même taille, et un boîtier commun moulé, des faisceaux communs et des recouvrements communs sont utilisés et en faisant ainsi, les coûts, y compris le coût de production des parties et le coût d'assemblage peuvent être réduits.
Une paroi externe de type boîte 9 est formée sur le boîtier d'une pièce 50 et elle recouvre le boîtier de moteur 2 du boîtier 50, et une bride de forme généralement rectangulaire est formée sur un bord supérieur de la paroi extérieure 9 et une boîte de bornes 18 est fixée à cette bride. Des câbles de signalisation et des câbles pour courant, connectés au moteur et aux paliers magnétiques, sont passés à travers des espaces pour fils 30a et 30b respectivement formés dans les boîtiers de compresseur et ils sont menés à la boîte de bornes 18. Les espaces 30a et 30b sont réalisés aussi larges que possible de façon à faciliter l'installation des câbles.
Dans cette forme de réalisation présentant la construction indiquée ci-dessus, le compresseur, contenant la partie entraînement du moteur, peut être assemblé et désassemblé suivant la direction de l'axe de l'arbre rotatif 20. En effet, le boîtier de moteur 2 et les boîtiers de compresseur 1 a et 1 b sont façonnés sous la forme d'un produit coulé d'une pièce de forme d'une manière générale cylindrique, et par conséquent il n'est pas nécessaire d'utiliser le procédé conventionnel dans lequel le boîtier est divisé à la partie de diamètre le plus grand et des brides sont façonnées respectivement sur les surfaces de division.
Dans cette forme de réalisation, la surface périphérique interne du boîtier peut être usinée ou traitée d'une manière continue, en utilisant un centre d'usinage ou un élément analogue, et la fabrication est aisée, et une précision d'usinage (ou de travail) accrue et des coûts de fabrication réduits peuvent être atteints. En outre, avec l'utilisation de ce boîtier d'une pièce, la quantité d'opérations d'ajustement, tel que le centrage,
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pendant l'opération d'assemblage, peut être réduite.
Dans le compresseur de premier étage, l'ajutage d'aspiration 4 est prévu à la surface périphérique externe du boîtier, et le gaz est aspiré suivant une direction allant d'une position disposée radialement par rapport au compresseur, et par conséquent des espaces pour l'installation des divers équipements sont disponibles sur les côtés du corps de compresseur. Par conséquent, les équipements auxiliaires, tels qu'une soupape d'étranglement d'aspiration et un filtre d'aspiration, qui sont habituellement prévus en amont du compresseur de premier étage, peuvent être montés sur les côtés du corps de compresseur.
Lorsqu'on effectue l'entretien (par exemple un nettoyage) de la roue 21a, la roue peut être ôtée du boîtier de compresseur simplement par enlèvement du recouvrement de tête de compresseur 17a et du boîtier interne 25a relié d'une pièce à lui, sans avoir besoin d'enlever les équipements auxiliaires cités ci-dessus, et par conséquent l'opération d'entretien peut être effectuée d'une manière économe en énergie.
Dans le compresseur 1, de la chaleur est engendrée principalement par une perte de cuivre et une perte dans le noyau (perte de fer) dans le stator de moteur 22 et une perte par la ventilation due à la rotation à haute vitesse de l'élément rotatif. La température du gaz fonctionnel est augmentée jusqu'à environ 150 C pendant le temps que la pression du gaz fonctionnel est augmentée par les roues. Cependant, les températures auxquelles le moteur et les paliers magnétiques sont utilisés doivent être maintenues en dessous d'environ 1200C de façon à assurer les propriétés isolantes des bobines. Par conséquent, un gaz de refroidissement est alimenté depuis l'extérieur du compresseur 1 à l'intérieur de ce compresseur 1.
Des orifices d'entrée 34a, 34b, 34c et 34d pour ce gaz de refroidissement sont prévus dans les parties périphériques externes du boîtier de moteur 2 et des boîtiers de compresseur 1 a et 1 b, dans la direction circonférentielle Les orifices
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d'entrée 34a, 34b, 34c et 34d communiquent respectivement avec des gorges de distribution de gaz de refroidissement 35a, 35b, 35c et 35d formées dans les surfaces périphériques internes des boîtiers suivant la direction circonférentielle. Le gaz de refroidissement est alimenté par les gorges de distribution de gaz de refroidissement 35a, 35b, 35c et 35d aux passages de fourniture de gaz de refroidissement 36a, 36b, 36c et 36d prévus dans la direction circonférentielle, en refroidissant ainsi les différentes parties qui produisent de la chaleur.
Les gorges de distribution de gaz de refroidissement 35a, 35b, 35c et 35d n'ont pas toujours besoin d'être formées dans les surfaces internes des boîtiers.
Par exemple, la gorge de distribution 35a, formée dans ! e boîtier de moteur, peut être formée dans la partie périphérique externe du logement de stator de moteur 32. Le gaz de refroidissement, après refroidissement de ces parties qui sont au voisinage de parties produisant de la chaleur, passe à travers des passages de décharge 37a, 37b, 37c et 37d prévus dans la direction circonférentielle et il est recueilli dans les espaces d'installation de câble 30a et 30b et il atteint ensuite la boîte de bornes 18. La prévision d'un seul orifice de décharge dans la paroi externe 9 ou dans la boîte de bornes 18 suffit. Dans cette forme de réalisation, le nombre de conduits nécessaires pour l'alimentation et le déchargement du gaz de refroidissement peut être réduit à un minimum.
Seul un conduit de décharge ayant un grand alésage est nécessaire, et une perte de pression dans le conduit de décharge est réduite de façon que la pression, à laquelle le gaz de refroidissement est fourni, puisse être réduite
La construction détaillée du boîtier du compresseur de cette forme de réalisation va être décrite dans la suite en faisant référence aux figures 5 à 9 La figure 5 est une vue en coupe transversale le long de la ligne J-J de la figure 2, et la figure 6 (partie de la moitié gauche) est une vue dans le sens de la flèche D de la figure 1
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et la figure 6 également (partie de la moitié droite) est une vue suivant le sens de la flèche E de la figure 1 La figure 7 (partie de la moitié gauche) est une vue suivant le sens de la flèche F sur la figure 1, et la figure 7 (partie de la moitié droite)
est une vue dans le sens de la flèche G de la figure 1. La figure 8 est une vue dans le sens de la flèche H de la figure 1, et la figure 9 est une vue dans le sens de la flèche 1 de la figure 1. Sur les figures 6,8 et 9, les collecteurs de décharge, formés respectivement par les boîtiers internes 25a et 25b, et les plaques pour le courant 26a et 26b sont représentés par des lignes interrompues.
Le boîtier du compresseur 1 contient le boîtier de compresseur de premier étage 1 a, le boîtier de compresseur de second étage 1 b, le boîtier de moteur 2, le boîtier de dispositif de refroidissement intermédiaire 3a et le boîtier de dispositif de refroidissement de décharge 3b, et ces boîtiers sont faits par exemple de fonte de fer, de fonte malléable, d'acier moulé ou de matières analogues et ils sont coulés en une construction d'une pièce. Ce boîtier d'une pièce est symétrique dans sa section transversale.
Avec ce boîtier de construction d'une pièce, les parties (telles que des boulons, des écrous et des conduits), jusqu'à présent utilisées pour relier les boîtiers l'un à l'autre, ne sont pas nécessaires et le nombre des parties constitutives est grandement réduit En outre, la surface interne cylindrique du corps de compresseur peut être usinée d'une manière continue et en faisant ainsi on peut atteindre une précision coaxiale élevée, et le centrage du boîtier de moteur par rapport au boîtier de compresseur et l'usinage pour façonner des trous de montage alignés, qui jusqu'à présent ont été requis, ne sont pas nécessaires. De plus, comme la construction du boîtier est d'une manière générale symétrique, la surface de jointoiement du moule peut être disposée dans un plan, contenant l'axe de symétrie, lors de la coulée du boîtier.
En effet, le moule peut être d'une manière générale
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symétrique par rapport à un plan contenant la ligne médiane (l'axe) de l'arbre rotatif 20 et une cloison 40 séparant l'un de l'autre le dispositif de refroidissement intermédiaire et le dispositif de refroidissement de décharge, et le moule, qui peut être fait par exemple en bois ou en sable, peut être produit aisément.
Le boîtier coulé d'une pièce présente l'avantage que la rigidité du boîtier peut être augmentée et un autre avantage est que les caractéristiques d'amortissement sont excellentes puisque de la fonte de fer est utilisée. Avec ces deux avantages, un modèle de compresseur à peu de vibrations et à faible bruit peut être obtenu. De plus, comme la superficie extérieure du boîtier peut être réduite, le son, irradiant de la surface externe du boîtier, peut être réduit.
En effet, un engrenage multiplicateur de vitesse, qui a jusqu'à présent été la source principale de formation de vibrations et de bruit, n'a pas besoin d'être prévu et le boîtier est coulé en une construction d'une pièce, et avec cette construction, les avantages obtenus par le système d'entraînement dans lequel les roues sont montées directement sur l'arbre moteur peuvent être réalisés totalement.
Le boîtier du corps de compresseur est d'une manière générale cylindrique et le diamètre extérieur du boîtier de compresseur de premier étage 1 a est le plus grand Le compresseur de premier étage est disposé de telle manière que sa surface périphérique externe soit d'une manière générale en contact avec la surface supérieure du dispositif de refroidissement à sa partie de plus grand diamètre.
En effet la hauteur (ou distance) entre la surface supérieure du dispositif de refroidissement et l'arbre rotatif du compresseur est d'une manière générale égale au diamètre extérieur le plus grand du boîtier du corps de compresseur En prévoyant donc le corps de compresseur à proximité du dispositif de refroidissement, les passages de gaz, qui font communiquer le corps de compresseur avec les dispositifs de refroidissement, peuvent
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être formés dans le boîtier d'une pièce comportant le boîtier de compresseur et la coque de dispositif de refroidissement formés d'une pièce l'un avec l'autre.
Cet agencement compact des équipements peut être atteint par le fait qu'aucun engrenage multiplicateur de vitesse n'est prévu et que les roues sont montées directement sur l'arbre moteur. Si on compare cela avec les techniques de l'art antérieur précitées, un diamètre extérieur d'un engrenage à faible vitesse de l'engrenage multiplicateur de vitesse dans la construction conventionnelle est beaucoup plus grand que le diamètre extérieur du boîtier de compresseur et, lorsque l'arbre à grande vitesse et à l'arbre à faible vitesse sont disposés à la même hauteur, il est difficile d'agencer le compresseur et le dispositif de refroidissement l'un près de l'autre. Dans la présente forme de réalisation, le modèle compact de l'appareil peut être réalisé assez aisément, comme décrit ci-dessus.
La liaison entre le corps de compresseur et le dispositif de refroidissement est obtenue non pas par des boulons ou des éléments analogues, tels que ceux utilisés dans la construction conventionnelle, mais par le produit coulé d'une pièce, et par conséquent une fuite de gaz, qui se développe dans la partie reliée par conduit à la suite d'une déformation thermique, est empêchée
Le boîtier de corps de compresseur et la coque de dispositif de refroidissement sont constitués par le produit coulé d'une pièce et le conduit de décharge de premier étage 5, le conduit d'aspiration de second étage 6 et le conduit de décharge de second étage 7 sont formés d'une pièce sur le boîtier d'une pièce de façon que le gaz fonctionnel puisse s'écouler à travers le compresseur de premier étage, le dispositif de refroidissement intermédiaire,
le compresseur de second étage et le dispositif de refroidissement de décharge Les parois externes de ces conduits servent au support du boîtier de compresseur. Dans cette forme
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de réalisation, la distance entre le corps de compresseur et le dispositif de refroidissement est faite aussi courte que possible pour réduire ainsi la taille globale du compresseur, et des nervures sont également prévues de manière appropriée sur le boîtier pour obtenir une rigidité adéquate.
Dans cette forme de réalisation, les parois des conduits servent également comme parties de jambe du compresseur et un espace suffisant pour les conduits n'est pas disponible et pour ces raisons la configuration des conduits ne prévoit pas nécessairement les passages optimum du point de vue de la dynamique des fluides.
Cependant, le gaz de décharge dans le compresseur est suffisamment ralenti avant qu'il n'atteigne la partie de collecteur et une perte, qui se développe dans la partie de conduit, est relativement petite et l'effet d'économie d'espace, obtenu par les conduits servant également de parties de jambe, est marqué. Le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a et le dispositif de refroidissement de décharge 3b ont une section transversale d'une manière générale rectangulaire et ils présentent suffisamment de rigidité et de stabilité pour supporter le corps de compresseur. Par conséquent, il n'est pas besoin de prévoir une base quelconque en dessous du dispositif de refroidissement 3 et par conséquent un compresseur centrifuge à deux étages compact peut être obtenu.
Si la cloison 40, séparant le dispositif de refroidissement de décharge et le dispositif de refroidissement intermédiaire, est décalée vers le dispositif de décharge, le rapport volumique entre le dispositif de refroidissement de décharge et le dispositif de refroidissement intermédiaire peut être rendu optimum du point de vue de la dynamique des fluides Dans ce cas, le dispositif de refroidissement de décharge ne présente pas un volume excessif et l'appareil peut être formé suivant un modèle plus compact Dans cet exemple, si le centre de la largeur des deux dispositifs de refroidissement suivant une direction perpendiculaire
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à l'arbre rotatif coïncide avec le centre de l'arbre rotatif dans la direction de la largeur, un boîtier d'une pièce d'une construction stable peut être obtenu.
Le boîtier de moteur 2 n'est pas relié aux boîtiers de compresseur 1 a et 1 b sur la totalité de sa périphérie, mais il est formé d'une pièce avec les boîtiers de compresseur 1 a et 1 b uniquement à une moitié d'une manière générale inférieure de sa périphérie. Les moitiés supérieures des boîtiers de compresseur 1 a et 1 b, qui ne sont pas reliées directement au boîtier de moteur 2, sont reliées à la paroi extérieure de type boîte 9. La paroi extérieure 9 forme un espace suffisamment large qui entoure d'une manière générale la périphérie du boîtier de moteur et communique avec les espaces d'installation de câbles 30a et 30b.
Comme décrit ci-dessus, un accès aisé Åa la partie de sortie de câbles est obtenu et l'efficacité de l'opération de connexion des câbles, effectuée lors de l'assemblage du compresseur, est augmentée.
Une deuxième forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant l'invention va être décrit dans la suite en faisant référence à la figure 10. Cette forme de réalisation diffère de la première forme de réalisation en ce que le sens d'aspiration du gaz fonctionnel dans le compresseur de premier étage est la direction de l'axe de l'arbre de rotation. Le reste de la construction est d'une manière générale le même que décrit ci-dessus pour la première forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 9.
En effet, dans la deuxième forme de réalisation, un ajutage d'aspiration 4n, présentant une surface de bride perpendiculaire à l'arbre rotatif, est formé dans un boîtier d'aspiration 39 Dans cette seconde forme de réalisation, des équipements auxiliaires, tels qu'une soupape d'étranglement d'aspiration et un filtre d'aspiration, ont besoin d'être prévus à l'avant de l'arbre rotatif du compresseur
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Le gaz fonctionnel est aspiré suivant la direction de l'axe de l'arbre rotatif, et en effectuant cela, la construction du compresseur est plus simplifiée, et la longueur axiale du compresseur de premier étage peut être réduite.
Un long passage droit est prévu en amont d'une roue de premier étage 21 a et par conséquent la distribution de l'écoulement du gaz fonctionnel dans la roue 21 a est améliorée, ce qui accroît l'efficacité du compresseur. En ce qui concerne le compresseur de second étage, le gaz fonctionnel peut être aspiré suivant la direction de l'axe, comme dans le compresseur de premier étage.
Une troisième forme de réalisation d'un compresseur centrifuge à deux étages suivant l'invention va être décrite en faisant référence aux figures 11 et 12. La figure 11 est une vue semblable à celle vue dans le sens de la flèche D de la figure 1, et la partie de la figure 11 encerclée par des traits mixtes est une vue semblable à la vue dans le sens de la flèche E sur la figure 1. La figure 12 est une vue semblable à la vue dans le sens de la flèche H de la figure 1. Cette forme de réalisation diffère de la première forme de réalisation dans l'agencement des ajutages et des conduits et le reste de la construction est d'une manière générale le même que décrit ci-dessus pour la première forme de réalisation.
Du gaz de déchargement est fourni depuis un compresseur de premier étage à un dispositif de refroidissement intermédiaire 3a par un conduit de décharge 5n et, au contraire de la première forme de réalisation, ce gaz de décharge s'écoule dans le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a de façon à s'écouler le long d'une surface de paroi 40a du dispositif de refroidissement intermédiaire 3a disposé de manière adjacente au dispositif de refroidissement de décharge 3b. Le gaz, refroidi par le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a, est amené dans un conduit d'aspiration 6n le long de la surface de paroi 41 a qui est située à l'opposé du dispositif de
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refroidissement de décharge 3b, et il est aspiré d'une manière générale radialement dans un compresseur de second étage 1 b.
Dans cette forme de réalisation, un ajutage d'aspiration 4m du compresseur de premier étage n'interfère pas avec le passage de décharge 5n, et par conséquent l'ajutage d'aspiration 4m peut être disposé de manière adjacente au dispositif de refroidissement intermédiaire 3a, c'est-à-dire dans une position tournée de 180 degrés par rapport à la position du dispositif de refroidissement intermédiaire dans la première forme de réalisation. En outre, comme un orifice de décharge 8n du dispositif de refroidissement de décharge 3b n'interfère pas avec l'ajutage d'aspiration 4m, l'orifice de décharge 8n peut être prévu à une paroi supérieure du dispositif de refroidissement de décharge 3b.
En outre, en ce qui concerne la position de l'ajutage d'aspiration 4m, il peut être agencé dans une direction souhaitée dans la mesure où il n'interfère pas avec les éléments structurels, tels que les dispositifs de refroidissement. En effet, les équipements du compresseur peuvent être agencés librement bien que cet agencement soit limité à l'arrangement d'équipements auxiliaires, tels qu'une soupape d'étranglement d'aspiration et un filtre d'aspiration, et par conséquent un compresseur centrifuge à deux étages plus compact du type enveloppé peut être obtenu
Dans la première forme de réalisation, une surface de paroi 40a du dispositif de refroidissement intermédiaire 3a est en contact avec un gaz d'une température généralement ordinaire refroidi par le dispositif de refroidissement intermédiaire 3a,
et une surface de paroi 40b du dispositif de refroidissement de décharge 3b est en contact avec le gaz de décharge de température élevée provenant du compresseur de second étage En revanche, dans la présente forme de réalisation, les côtés opposés (c'est-à-dire les surfaces de paroi 40a et 40b) de la cloison 40 sont toutes deux en contact avec le gaz de décharge du
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compresseur et la différence de température entre les faces opposées de la cloison 40 est petite.
Par conséquent, dans cette forme de réalisation, la quantité de transfert de chaleur à travers la cloison 40 est réduite et l'abaissement de l'efficacité dû à une augmentation de température du gaz d'aspiration pour le compresseur de second étage est supprimé, et aussi une tension thermique due à la différence de température entre les faces opposées de la cloison 40 peut être réduite.
Une quatrième forme de réalisation de la présente invention va à présent être décrite en faisant référence à la figure 13.
Dans cette forme de réalisation, une paroi extérieure de type boîte 9, formée sur une partie supérieure d'un compresseur, est étendue vers le haut pour former une boîte de bornes 18. En effet, la boîte de bornes 18 est coulée d'une pièce avec les boîtiers de compresseur 1 a et 1 b et le boîtier de moteur 2 et par conséquent le nombre des parties constitutives, contenant des boulons et des éléments analogues, peut être réduit et par conséquent le coût de fabrication et le coût d'assemblage peuvent être réduits. Dans cette forme de réalisation, la boîte de bornes 18 est formée d'une pièce avec le corps de compresseur et, simplement par enlèvement d'un couvercle supérieur 42, une ouverture d'une manière générale rectangulaire peut être obtenue.
Par conséquent les câbles pour un moteur et les paliers magnétiques peuvent être aisément installés.
Dans les première à quatrième formes de réalisation cidessus, bien que des paliers magnétiques soient utilisés, des paliers de coulissement ou des paliers à roulements peuvent être utilisés. En bref, n'importe quelle construction, dans laquelle les boîtiers de compresseur 1 a, et 1 b, le boîtier de moteur 2, les dispositifs de refroidissement 3a et 3b et ainsi de suite sont formés dans une construction d'une pièce de façon à obtenir un modèle compact du compresseur et une conception à peu de bruit et de vibrations, tombe dans le cadre de l'invention
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Comme décrit ci-dessus, dans les compresseurs centrifuges à deux étages suivant la présente invention,
le rotor du moteur est monté sur la partie centrale de l'arbre rotatif et les roues centrifuges sont montées aux extrémités respectivement opposées de cet arbre rotatif, et les roues sont entraînées directement par le moteur, et on prévoit le boîtier d'une pièce qui couvre la partie de moteur et les deux étages de compresseur. Par conséquent, il n'est aucun besoin d'utiliser un engrenage multiplicateur de vitesse et la taille de l'appareillage peut être réduite.
En outre, comme les boîtiers de compresseur et le boîtier de moteur sont formés en une construction d'une pièce, le temps et le travail nécessaires pour l'opération d'assemblage, ainsi que le nombre des parties constitutives, sont réduits et le positionnement des étages de compresseur par rapport à la partie de moteur devient beaucoup plus aisé et la réduction des coûts et l'augmentation de la sécurité peuvent être atteints.