Système de réfrigération à compresseur centrifuge muni d'un
dispositif atténuant le bruit.
La présente invention concerne le domaine des systèmes de réfrigération du type à compresseur centrifuge et en particulier un dispositif permettant d'atténuer le bruit de fonctionnement du compresseur par l'injection d'un agent de refroidissement liquide dans un endroit particulier du compresseur.
On sait d'une manière générale que l'entraînement d'un liquide dans un flux de gaz d'une machine centrifuge provoque une certaine atténuation du bruit de fonctionnement de la machine. Quoique le phénomène ne semble pas avoir été bien compris jusqu'à présent, on estime que la surface spécifique importante des gouttelettes de liquide, en combinaison avec l'énergie absorbée requise pour vaporiser ce gaz de manière instantanée, provoque une atténuation du bruit qui est semblable à l'absorption des bruits de la rue par temps de neige.
Pour autant qu'on le sache, les deux manières les plus courantes de tenter d'atténuer le bruit par l'injection d'un liquide dans un flux de gaz, dans le cas de compresseurs de réfrigération centrifuges,consistent d'une part à injecter du liquide dans le flux de gaz d'admission et d'autre part à injecter du liquide dans le flux de gaz de refoulement au moyen d'une pompe auxiliaire.
Il convient de noter que l'injection d'aspiration,
à l'entrée d'un compresseur à un seul étage ou à l'entrée
du deuxième étage d'un compresseur à deux étages, peut s'effectuer sans équipement supplémentaire pour déplacer l'agent de refroidissement liquide. Dans ces deux cas, la différence de pression naturelle entre la pression de liquide plus élevée et la pression d'aspiration du compresseur
est suffisante pour permettre l'injection du liquide dans le flux de gaz d' aspiration . La difficulté avec ce procédé d'atténuation du bruit réside dans le fait que les gouttelettes de liquide doivent être comprimées pendant le cycle du compresseur en même temps que le gaz. Cette compression du liquide dense par l'intermédiaire du rotor entraîne une consommation d'énergie excessive et introduit des risques d'érosion des pales des rotors, en particulier si les matières sont relativement tendres, comme c'est le cas de l'aluminium qui est souvent utilisé dans des rotors centrifuges de réfrigération.
Dans le deuxième procédé, une pompe à liquide dis-tincte est utilisée pour augmenter la pression dans une mesure suffisante pour que l'agent de refroidissement liquide, par exemple celui qui est obtenu du condenseur d'agent de refroidissement puisse être injecté dans l'espace de refoulement sous haute pression du système. Ce- procédé est également peu souhaitable parce qu'il exige un élément d'équipement supplémentaire à savoir la pompe et que l'énergie nécessaire pour pomper le liquide pénalise les besoins globaux en énergie du système.
. L'invention a pour but :-de procurer un dispositif d'atténuation du bruit relativement simple pour un système de réfrigération à compresseur centrifuge, qui soit peu onéreux, qui n'exige aucune pièce mobile et qui n'augmente pas sensiblement la consommation d'énergie.
Suivant l'invention, un système de réfrigération comprenant un condenseur d'agent de refroidissement et un compresseur centrifuge comportant un rotor situé dans une chambre de rotor qui comporte une entrée centrale antérieure et un espace de sortie périphérique à la périphérie du rotor, est amélioré par la présence d'une conduite raccordant une partie du système qui contient de l'agent de refroidissement condensé pendant un fonctionnement normal et dans laquelle l'agent de refroidissement se trouve dans un état essentiellement liquide, à l'espace de sortie périphérique,de telle sorte que de l'agent de refroidissement liquide puisse s'écouler dans l'espace de sortie en vue d'atténuer le bruit,
sous l'effet de la différence entre la pression statique de l'endroit d'où l'agent de refroidissement liquide est prélevé et la pression statique dans l'espace de sortie périphérique du rotor.
Une forme d'exécution préférée de l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé dans lequel:
la Fig. 1 est une vue principalement schématique d'un système de réfrigération à compresseur centrifuge du type dans lequel l'invention peut normalement être utilisée, et
la Fig. 2 est une vue en coupe transversale verticale fragmentaire d'un compresseur de gaz centrifuge du type dans lequel l'invention peut être utilisée.
Sur la Fig. 1, le compresseur centrifuge désigné d'une manière générale en 10 peut être considéré comme comprenant une section de compresseur 12 et une section d'entraînement à moteur électrique 14. La structure interne du compresseur 10 peut être telle que décrite en détail par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n" 3.635.579 et 3.619.086. On estime qu'il suffit, pour la présente invention d'indiquer qu'un tel compresseur a normalement une capacité relativement importante, que son rotor est entraîné à une vitesse déterminant une vitesse relativement élevéedes bouts de pale et qu'il a par conséquent tendance à produire un bruit considérable à certains moments.
Le système de réfrigération comprend en outre une conduite de refoulement de compresseur 16 aboutissant au condenseur d'agent de refroidissement 18 qui est à son tour raccordé à un évaporateur d'agent de refroidissement 24 par une conduite 20 contenant un dispositif de détente d'agent de refroidissement adéquat 22. La sortie de l'évaporateur est raccordée par une conduite d'aspiration 26 à l'entrée d'aspiration ou d'admission 28 du compresseur centrifuge.
Le cycle de réfrigération est classique en ce sens que le gaz à haute pression provenant du compresseur 10 est transformé en un liquide dans le condenseur 18 et le liquide de refroidissement est ensuite détendu en 22 et est vaporisé dans l'évaporateur 24 d'où il revient à l'entrée du compres-seur sous la forme d'un gaz à basse pression.
Comme le montre la Fig. 2 qui n'illustre que les parties de base de la section de compresseur 12, le rotor désigné d'une manière générale en 30 est d'un type à flasque d'étanchéité fermé et, comme tel, il comprend un flasque postérieur 32 qui comprend également le moyeu entraîné 34, plusieurs aubes hélicoïdales 36 et un flasque d'étanchéité antérieur 38.
L'invention est également applicable à un compresseur à rotor à flasque d'étanchéité ouvert.
Le rotor 30 est placé dans la chambre de rotor 40 délimitée entre la paroi postérieure 42 contiguë au flasque postérieur 32 du rotor et la paroi antérieure 44 contiguë d'une manière générale au flasque d'étanchéité antérieur.
38.
Le gaz de refroidissement à basse pression reçu dans l'entrée 28 traverse le rotor dans la chambre annulaire, la pression du gaz étant notablement accrue lorsqu'il traverse le rotor, le gaz sortant du rotor dans l'espace de sortie périphérique 46 tout près de la périphérie du rotor. A partir de cet endroit, le gaz s'écoule à travers l'espace de diffusion annulaire 48 et pénètre dans une volute collectrice de gaz 50 qui est disposée radialement à l'extérieur du passage de diffusion et qui débite le gaz à haute pression, par une tuyère (non représentée), dans la conduite 16 (figure 1).
Bien que le dessin ne le montre pas, il va de soi que le compresseur peut être pourvu de dispositifs de commande typiques, par exemple d'aubes de guidage d'entrée réglables et de blocs de diffusion réglables également.
Suivant l'invention, un dispositif est prévu dans le système pour injecter de l'agent de refroidissement liquide dans le flux de gaz immédiatement à la sortie du rotor c'està-dire dans l'espace de sortie périphérique 46. A cet effet, une conduite 52 (figure 1) est raccordée entre une partie du système de réfrigération dans laquelle l'agent de refroidissement a été condensé, par exemple au niveau du condenseur
18 ou immédiatement après celui-ci, comme indiqué par le raccordement 54, et une chambre 56 dans la structure de la paroi postérieure du compresseur. La chambre 56 communique, par l'intermédiaire d'un canal 58, avec l'espace de sortie périphérique 46.
A cet endroit, la composante de vitesse de la pression totale est relativement élevée tandis que la composante de pression statique est inférieure à la pression statique de l'agent de refroidissement liquide injecté à partir du condenseur ou d'un autre endroit. C'est cette relation du liquide existant à un niveau de pression statique supérieur à la pression statique régnant à la sortie périphérique qui offre la possibilité de déplacer le liquide et de l'injecter dans l'espace de sortie périphérique sans accroître de manière significative les besoins globaux en énergie du système.
L'introduction d'un liquide dans l'espace de sortie périphérique d'où il s'écoule, avec le gaz, par le passage de diffuseur 48 dans la volute collectrice de gaz 50, détermine une atténuation des bruits.de fonctionnement pour des raisons qui ne sont pas entièrement comprises. On estime que,lorsque le gaz passe par les passages et les espaces précités et pénètre dans la conduite de débit ou de refoulement
16, les gouttelettes de liquide passent à l'état gazeux,avec pour résultat qu'une désurchauffe du gaz de sortie se produit avant son entrée dans le condenseur 18.
Bien que l'emplacement préféré de l'entrée du liquide se situe dans l'espace de diffuseur entourant l'espace de sortie périphérique, il peut arriver que, en raison de la construction physique particulière du compresseur, il soit souhaitable d'introduire le liquide dans un autre espace à basse pression statique, par exemple derrière le flasque postérieur 32 du rotor et radialement plus près du moyeu. Toutefois, ce point d'injection n'est normalement pas un point d'injection préféré parce qu'il augmente les pertes dues au vent, c'est-à-dire à la friction du gaz dans un espace étroit présentant un déplacement relatif entre les parois qui le délimitent.
'Dans la forme d'exécution de l'invention actuellement préférée, la conduite d'injection de liquide 52 comprend une valve 60 pour déterminer si du liquide est injecté ou non et régler le débit de cette injection. Des moyens appropriés (non représentés) peuvent être prévus pour régler la valve 60 en réaction à un signal, à une atténuation du bruit, à la température de l'agent de refroidissement etc. du compresseur.
REVENDICATIONS
1 - Système de réfrigération comprenant un compresseur centrifuge et un condenseur pour condenser le gaz de refroidissement reçu du compresseur, ce dernier comportant
un rotor qui est disposé dans une chambre de rotor comportant une entrée centrale antérieure et un espace de sortie périphérique qui est disposé immédiatement à la périphérie
du rotor, caractérisé par une conduite raccordant une partie du système, dans laquelle l'agent de refroidissement a été condensé au cours d'un fonctionnement normal et se trouve
dans un état essentiellement liquide, à l'espace de sortie périphérique d'une manière telle que l'agent de refroidissement liquide pénètre dans l'espace de sortie afin d'atténuer . le bruit.
Centrifugal compressor refrigeration system with
noise attenuation device.
The present invention relates to the field of refrigeration systems of the centrifugal compressor type and in particular a device making it possible to attenuate the operating noise of the compressor by the injection of a liquid coolant in a particular place of the compressor.
It is generally known that entrainment of a liquid in a gas flow of a centrifugal machine causes a certain attenuation of the operating noise of the machine. Although the phenomenon does not seem to have been well understood so far, it is estimated that the large specific surface area of the liquid droplets, in combination with the absorbed energy required to vaporize this gas instantaneously, causes a reduction in noise which is similar to absorbing street noise in snowy weather.
As far as we know, the two most common ways of trying to attenuate noise by injecting a liquid into a gas stream, in the case of centrifugal refrigeration compressors, are on the one hand to inject liquid into the inlet gas flow and secondly inject liquid into the discharge gas flow by means of an auxiliary pump.
It should be noted that the suction injection,
at the inlet of a single-stage compressor or at the inlet
second stage of a two stage compressor, can be done without additional equipment to move the liquid coolant. In these two cases, the natural pressure difference between the higher liquid pressure and the compressor suction pressure
is sufficient to allow injection of the liquid into the suction gas flow. The difficulty with this noise reduction method is that the liquid droplets must be compressed during the compressor cycle at the same time as the gas. This compression of the dense liquid via the rotor leads to excessive energy consumption and introduces risks of erosion of the rotor blades, in particular if the materials are relatively soft, as is the case with aluminum which is often used in centrifugal refrigeration rotors.
In the second method, a separate liquid pump is used to increase the pressure to a sufficient extent that the liquid coolant, for example that obtained from the coolant condenser can be injected into the discharge space under high system pressure. This process is also undesirable because it requires an additional piece of equipment, namely the pump, and the energy required to pump the liquid penalizes the overall energy requirements of the system.
. The object of the invention is: to provide a relatively simple noise attenuation device for a centrifugal compressor refrigeration system, which is inexpensive, which requires no moving parts and which does not significantly increase the consumption of 'energy.
According to the invention, a refrigeration system comprising a coolant condenser and a centrifugal compressor comprising a rotor located in a rotor chamber which has a front central inlet and a peripheral outlet space at the periphery of the rotor, is improved by the presence of a pipe connecting a part of the system which contains coolant condensed during normal operation and in which the coolant is in an essentially liquid state, at the peripheral outlet space, so that liquid coolant can flow into the outlet space to reduce noise,
under the effect of the difference between the static pressure of the place from which the liquid coolant is taken and the static pressure in the peripheral outlet space of the rotor.
A preferred embodiment of the invention will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawing in which:
Fig. 1 is a mainly schematic view of a centrifugal compressor refrigeration system of the type in which the invention can normally be used, and
Fig. 2 is a fragmentary vertical cross-sectional view of a centrifugal gas compressor of the type in which the invention can be used.
In Fig. 1, the centrifugal compressor generally designated at 10 can be considered as comprising a compressor section 12 and an electric motor drive section 14. The internal structure of the compressor 10 can be as described in detail for example in U.S. Patent Nos. 3,635,579 and 3,619,086. It is believed sufficient for the present invention to indicate that such a compressor normally has a relatively large capacity, that its rotor is driven at a speed which determines a relatively high speed of the blade tips and therefore tends to produce considerable noise at certain times.
The refrigeration system further comprises a compressor discharge line 16 leading to the coolant condenser 18 which is in turn connected to a coolant evaporator 24 by a line 20 containing an agent expansion device adequate cooling 22. The outlet of the evaporator is connected by a suction pipe 26 to the suction or inlet inlet 28 of the centrifugal compressor.
The refrigeration cycle is conventional in the sense that the high pressure gas from the compressor 10 is transformed into a liquid in the condenser 18 and the coolant is then expanded at 22 and is vaporized in the evaporator 24 from where it returns to the compressor inlet in the form of a low pressure gas.
As shown in Fig. 2 which illustrates only the base parts of the compressor section 12, the rotor generally designated at 30 is of a closed flange type and, as such, it includes a rear flange 32 which also includes the driven hub 34, several helical vanes 36 and a front sealing flange 38.
The invention is also applicable to a compressor with an open sealing flange rotor.
The rotor 30 is placed in the rotor chamber 40 delimited between the rear wall 42 contiguous to the rear flange 32 of the rotor and the front wall 44 generally contiguous with the front sealing flange.
38.
The low pressure cooling gas received in the inlet 28 passes through the rotor in the annular chamber, the gas pressure being appreciably increased when it passes through the rotor, the gas leaving the rotor in the peripheral outlet space 46 nearby from the periphery of the rotor. From there, the gas flows through the annular diffusion space 48 and enters a gas collecting volute 50 which is arranged radially outside the diffusion passage and which delivers the gas at high pressure, by a nozzle (not shown), in line 16 (Figure 1).
Although the drawing does not show it, it goes without saying that the compressor can be provided with typical control devices, for example adjustable inlet guide vanes and also adjustable diffusion blocks.
According to the invention, a device is provided in the system for injecting liquid coolant into the gas flow immediately at the outlet of the rotor, that is to say into the peripheral outlet space 46. To this end, a line 52 (Figure 1) is connected between a part of the refrigeration system in which the coolant has been condensed, for example at the condenser
18 or immediately thereafter, as indicated by connection 54, and a chamber 56 in the structure of the rear wall of the compressor. The chamber 56 communicates, via a channel 58, with the peripheral outlet space 46.
At this location, the velocity component of the total pressure is relatively high while the static pressure component is less than the static pressure of the liquid coolant injected from the condenser or another location. It is this relationship of the liquid existing at a static pressure level higher than the static pressure prevailing at the peripheral outlet which offers the possibility of displacing the liquid and injecting it into the peripheral outlet space without significantly increasing the overall system energy requirements.
The introduction of a liquid into the peripheral outlet space from which it flows, with the gas, through the diffuser passage 48 in the gas collecting volute 50, determines an attenuation of the operating noises for reasons that are not fully understood. It is estimated that, when the gas passes through the aforementioned passages and spaces and enters the flow or discharge pipe
16, the liquid droplets pass into the gaseous state, with the result that a desuperheating of the outlet gas occurs before it enters the condenser 18.
Although the preferred location of the liquid inlet is in the diffuser space surrounding the peripheral outlet space, it may happen that, due to the particular physical construction of the compressor, it is desirable to introduce the liquid in another space at low static pressure, for example behind the rear flange 32 of the rotor and radially closer to the hub. However, this injection point is normally not a preferred injection point because it increases the losses due to the wind, i.e. to the friction of the gas in a narrow space having a relative displacement between the walls which delimit it.
In the currently preferred embodiment of the invention, the liquid injection pipe 52 comprises a valve 60 to determine whether or not liquid is injected and to regulate the flow rate of this injection. Appropriate means (not shown) can be provided for adjusting the valve 60 in response to a signal, attenuation of noise, temperature of the coolant, etc. compressor.
CLAIMS
1 - Refrigeration system comprising a centrifugal compressor and a condenser for condensing the cooling gas received from the compressor, the latter comprising
a rotor which is arranged in a rotor chamber having a front central inlet and a peripheral outlet space which is arranged immediately at the periphery
rotor, characterized by a line connecting part of the system, in which the coolant has been condensed during normal operation and is located
in an essentially liquid state, at the peripheral outlet space in such a way that the liquid coolant enters the outlet space in order to attenuate. the noise.