EP1473462B1 - Cartridge compressor unit - Google Patents
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- EP1473462B1 EP1473462B1 EP04290916A EP04290916A EP1473462B1 EP 1473462 B1 EP1473462 B1 EP 1473462B1 EP 04290916 A EP04290916 A EP 04290916A EP 04290916 A EP04290916 A EP 04290916A EP 1473462 B1 EP1473462 B1 EP 1473462B1
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- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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- F04D17/125—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors the casing being vertically split
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Definitions
- the invention relates to a centrifugal compressor group or motor-compressor unit. More particularly, the invention relates to a centrifugal compressor group with vertical joint plane, that is to say a compressor unit whose compressor is closed by two end caps and composed of one or more compression sections placed online.
- a particularly advantageous application of such a compressor unit concerns the production of an integrated compressor unit, that is to say a compressor unit which comprises an electric motor driving a rotor and a compressor comprising a set of at least one wheel with compression vanes disposed on a driven shaft driven by the rotor, the assembly being mounted in a gas-tight common housing handled by the compressor unit.
- any compressor which may consist of a cartridge comprising a rotor supported by bearings and an aerodynamic stator provided with shaft end sealing means mounted in an envelope, these different components that may or may not bathe in the gas handled by the compressor.
- Such compressors can be driven by all types of motor means, for example electric motor means fixed or variable speed, high speed or not, or by a steam turbine, a gas turbine, ... a speed multiplier or a mechanical speed variator that can be placed if necessary between the trainer and the compressor.
- motor means for example electric motor means fixed or variable speed, high speed or not, or by a steam turbine, a gas turbine, ... a speed multiplier or a mechanical speed variator that can be placed if necessary between the trainer and the compressor.
- a compressor of a conventional vertical gasket compressor unit conventionally comprises a generally cylindrical shell 10 provided with a bottom 12 inside which the different parts of the compressor are mounted, namely the rotor 14, the stator 16 of the part aerodynamic compressor, the shaft end sealing means 18 and 20, radial bearings, such as 21, and a pivot 22 providing axial guidance of the rotor 14 and constituting an abutment limiting the axial displacement of the rotor during compressor operation.
- the assembly is closed by a cover 24 fixed on the casing 10, for example by screwing or by means of a shearing ring 26.
- stator elements 16 comprise an input cell 28 delimiting an intake duct 30 intended to supply the compressor with gas, and one or more diaphragms 29 intended to collect the gas at the outlet. of each paddle wheel, such as 30, to slow it down in a radial diffuser 31 and then guide it to the next wheel by a return channel 32. Finally, an outlet cell 34, which includes a discharge volute, provides the gas collection at the outlet of the last impeller of the compressor and the guide to a discharge pipe.
- shaft end sealing devices 18 and 20 are respectively mounted in the bottom 12 of the casing 10 and in the cover 24.
- DE-A-196 54 840 describes a compressor unit comprising a rotor driven in rotation by motor means in a stator and several stages of compression each comprising a paddle wheel driven by the rotor.
- the assembly is mounted in a cartridge in an envelope.
- the architecture of the compressor unit described in this document also does not allow to effectively compensate the axial forces generated by the rotation of the paddle wheels.
- the object of the invention is to overcome the drawbacks of the state of the art and to provide a compressor unit, particularly of the type with a joint plane. to avoid the occurrence of forces on the mounting elements of the various components of the compressor and further facilitating the assembly and maintenance of such a compressor.
- a compressor unit comprising an electric motor driving a rotor, at least one compressor comprising a stator comprising, mounted in a cartridge in an envelope, at least one input cell delimiting an admission duct supply of the gas compressor unit, an outlet cell delimiting a discharge volute and at least one compression cell disposed between the intake duct and the outlet volute and each equipped with a compressor blade wheel mounted on a driven shaft driven by the rotor, a radial centering pivot forming a stop for the rotor and shaft end sealing means.
- This compressor unit further comprises shaft end sealing means interposed between the rotor and the output cell.
- the positioning of the shaft end sealing means between the output cell and the rotor makes it possible to establish fluid communication between the end face of the output cell and the discharge pipe, thus generating forces on this face opposing the forces generated under the effect of the pressure of the gas in each compression cell.
- the output cell and a corresponding end of the casing comprise two facing radial surfaces through which the cartridge bears against the casing with clearance, said bores being made to be in fluid communication with the casing. output of the output cell.
- said radial surfaces opposite the exit cell and the envelope are each delimited by two end bores made in the output cell, on the one hand, and in said corresponding end of the envelope, 'somewhere else.
- the latter comprises sealing elements adapted to achieve a seal between the cartridge and the envelope in an area encompassing the output of the output cell and said radial surfaces.
- the sealing elements may be arranged to provide a seal between the intake duct and the compressor outlet and to establish fluid communication between a cavity defined by the facing surfaces and the outlet of the compressor.
- the shaft end sealing means are fixed on the cartridge.
- the assembly constituted by the motor and the or each compressor is mounted in a common envelope to constitute an integrated motor compressor.
- the envelope comprises a first section in which the motor is arranged and a second section in which the compressor is mounted, the first and second sections being separated by a narrowed section bore delimiting said surface. radial of the envelope.
- the output cell comprises, for example, an axial cylindrical extension which fits into said bore, with the interposition of a sealing element.
- FIG. 2 shows a sectional view of a compressor of a compressor unit according to the invention, designated by the general reference numeral 36.
- this compressor 36 is constituted by a compressor multi-stage centrifuge with a vertical joint plane, that is to say closed by an end cap, and is composed of several compression sections arranged in line between an inlet E for supplying the compressor with gas to be compressed and an output S of compressed gas. It is intended to be associated with an electric motor (not shown) driving in rotation a drive shaft driving itself a rotor 38.
- This electric motor can be a fixed or variable speed motor, high speed or not.
- the rotor 38 can also be rotated by a steam turbine or a gas turbine.
- a multiplier or a mechanical speed variator may be interposed, as the case may be between the compressor 36 and the motor means.
- the compressor 36 essentially comprises a casing 40 of generally cylindrical shape inside which are placed a set of compression cells 42, 44, 46 and 48 which each constitute a compression stage. These compression cells 42, 44, 46 and 48 are arranged in line between an input cell 50 in which is formed an intake duct 52 for supplying the compression stages and an output cell 54 delimiting a volute of repression 56.
- the intake duct 52 is arranged coaxially with an orifice 58 formed in the casing 40 to form the gas inlet E.
- the outlet volute 56 opens, meanwhile, into an orifice 60 formed in the casing 40 to form the outlet S of compressed gas.
- Each compression cell 42, 44, 46, and 48 comprises a blade wheel, such as 62, rotated by the rotor 38 and providing, as is conventional, on the one hand, an increase in the static pressure of the gas handled by the compressor and, on the other hand, an increase in kinetic energy.
- a radial diffuser 64 fitted to each compression cell, performs a pressure transformation of the kinetic energy increase downstream of the impeller 62.
- a fuel return channel 66 guides the gas to a next stage or to the output volute 56.
- FIG. 2 also shows that the envelope 40 is provided with a first open end 68 closed by an end cap 70 fastened by means of shear rings 72 or bolted and an opposite end 74 which has a section bore narrowed relative to the remainder of the casing, into which an axial cylindrical extension 76 of the outlet cell 54 is inserted.
- a pivoting 80 having an axial stop 82 and radial bearings 84, maintains the radial and axial positioning of the rotor 38.
- shaft end sealing devices 86 and 88 are arranged, one between the rotor 38 and the input cell 50 and the other between the rotor 38 and the output cell 54, particular between the rotor 38 and the axial cylindrical extension 76.
- the various elements involved in constituting the stator namely the different compression stages as well as the input and output cells 54, are arranged in the envelope with insertion set , so as to allow axial sliding of these elements with respect to the envelope 40.
- the external peripheral surface of the outlet cell 54 delimits, with the external peripheral surface of the axial cylindrical extension 76, an annular surface S1, which bears, during assembly, against a surface corresponding annulus S2, delimited by a first bore 90 or main bore of the casing 40 and a second bore 92 delimiting the passage in which is inserted the axial cylindrical extension 76 of the output cell 54.
- the space delimited by the two facing surfaces S1 and S2 is in fluid communication with the output volute 56 and is therefore at the pressure of the gas in turbocharger outlet.
- first and second annular seal seals 92 and 94 are disposed on either side of the intake duct 52.
- a third annular seal 96 is interposed between the axial cylindrical extension 76 and the casing. 40.
- the axial forces passing through the cartridge at the abutment 82 are much greater than the axial thrust of the rotor under the effect of the compression wheels 62, which contributes to ensuring the axial retention of the stator of the abutment.
- the output cell 54 is directly supported and held against the last compression stage due to the pressure in the cavity between the surfaces S1 and S2. This allows to precisely control the section of the radial diffuser 66 of the last stage which is located between these two elements.
- the pressure in this diffuser results in a separation of the last compression stage and the output cell 54, and therefore the appearance of instability aerodynamic in the gas flow at the outlet of the diffuser generating rotating forces on the rotor and significant vibrations in the latter, no variation in section appears within the diffuser of the last stage.
- shaft end sealing devices 86 and 88 as well as the radial bearings 78 and 84 are not subjected to any axial force and can therefore be fixed to the stator elements that are mounted in the envelope 40. to form a cartridge formed of a one-piece and rigid assembly, without the need for overdimensions. Such a cartridge can thus form a unitary assembly that can be easily inserted into the envelope without requiring a separate assembly of each element.
- FIG. 1 Another embodiment of a compressor compressor according to the invention will now be described with reference to FIG.
- elements identical to those described with reference to Figure 2 bear the same reference numerals.
- This embodiment is suitable for producing an integrated motor compressor, that is to say a compressor unit in which the motor and the compressor are arranged in the same common envelope.
- This figure shows the envelope 40, in which the input 50 and output 54 cells are arranged, as well as the compression cells 42, 44, 46 and 48 between a gas inlet E and an outlet S.
- the envelope 40 has a first section 98 in which is disposed the compressor 36, and a second section 100, in which is arranged the electric motor of the compressor unit (not shown), these two sections 98 and 100 being separated by an intermediate portion 102 of narrowed section defining an axial cylindrical passage and comprising, on the side facing the first section 98, an annular surface S2 intended to cooperate with the annular surface S1 of the output cell 54.
- this section 98 is also closed by an end cap 70 supporting the pivoting element 80.
- the radial bearings 78 are supported by the axial cylindrical extension 76 of the outlet cell 54.
- the invention which has just been described makes it possible to keep all the compressor parts in contact with each other because of the forces generated by the pressure of the gas filling the cavity between the surfaces S1 and S2 of the outlet cavity, on the one hand, and the envelope, on the other hand.
- the mounting of the volute on the last diffuser can control the section of this diffuser, thus avoiding any risk of aerodynamic instability at low flow.
- the invention makes it possible to greatly facilitate the assembly of the compressor and to reduce the intervention time of the maintenance personnel.
Description
L'invention concerne un groupe compresseur centrifuge ou groupe moto-compresseur. Plus particulièrement, l'invention concerne un groupe compresseur centrifuge à plan de joint vertical, c'est-à-dire un groupe compresseur dont le compresseur est fermé par deux couvercles d'extrémité et composé d'une ou de plusieurs sections de compression placées en ligne.The invention relates to a centrifugal compressor group or motor-compressor unit. More particularly, the invention relates to a centrifugal compressor group with vertical joint plane, that is to say a compressor unit whose compressor is closed by two end caps and composed of one or more compression sections placed online.
Une application particulièrement intéressante d'un tel groupe compresseur concerne la réalisation d'un groupe compresseur intégré, c'est-à-dire un groupe compresseur qui comporte un moteur électrique entraînant un rotor et un compresseur comprenant un ensemble d'au moins une roue à aubes de compression disposée sur un arbre mené entraîné par le rotor, l'ensemble étant monté dans un carter commun étanche au gaz manipulé par le groupe compresseur.A particularly advantageous application of such a compressor unit concerns the production of an integrated compressor unit, that is to say a compressor unit which comprises an electric motor driving a rotor and a compressor comprising a set of at least one wheel with compression vanes disposed on a driven shaft driven by the rotor, the assembly being mounted in a gas-tight common housing handled by the compressor unit.
Cependant, l'invention s'applique de manière générale à tout compresseur pouvant être constitué d'une cartouche comprenant un rotor supporté par des paliers et un stator aérodynamique pourvu de moyens d'étanchéité de bout d'arbre montés dans une enveloppe, ces différents composants pouvant ou non baigner dans le gaz manipulé par le compresseur.However, the invention generally applies to any compressor which may consist of a cartridge comprising a rotor supported by bearings and an aerodynamic stator provided with shaft end sealing means mounted in an envelope, these different components that may or may not bathe in the gas handled by the compressor.
De tels compresseurs peuvent être entraînés par tous types de moyens moteurs, par exemple des moyens moteurs électriques à vitesse fixe ou variable, à grande vitesse ou non, ou par une turbine à vapeur, une turbine à gaz,...un multiplicateur de vitesse ou un variateur mécanique de vitesse pouvant être placé si nécessaire entre l'entraîneur et le compresseur.Such compressors can be driven by all types of motor means, for example electric motor means fixed or variable speed, high speed or not, or by a steam turbine, a gas turbine, ... a speed multiplier or a mechanical speed variator that can be placed if necessary between the trainer and the compressor.
En se référant à la figure 1, un compresseur d'un groupe moto-compresseur à plan de joint vertical conventionnel comporte classiquement une enveloppe 10 généralement cylindrique, pourvue d'un fond 12 à l'intérieur duquel sont montées les différentes parties du compresseur, à savoir le rotor 14, le stator 16 de la partie aérodynamique du compresseur, les moyens d'étanchéités de bout d'arbre 18 et 20, des paliers radiaux, tels que 21, ainsi qu'une pivoterie 22 assurant le guidage axial du rotor 14 et constituant une butée limitant le déplacement axial du rotor lors du fonctionnement du compresseur.Referring to FIG. 1, a compressor of a conventional vertical gasket compressor unit conventionally comprises a generally
L'ensemble est fermé par un couvercle 24 fixé sur l'enveloppe 10 par exemple par vissage ou au moyen d'un anneau de cisaillement 26.The assembly is closed by a
En ce qui concerne les éléments statoriques 16, ceux-ci comportent une cellule d'entrée 28 délimitant un conduit d'admission 30 destiné à l'alimentation du compresseur en gaz, et un ou plusieurs diaphragmes 29 destinés à collecter le gaz à la sortie de chaque roue à aubes, tel que 30, pour le ralentir dans un diffuseur radial 31 puis à le guider vers la roue suivante par un canal de retour 32. Enfin, une cellule de sortie 34, qui comporte une volute de refoulement, assure la collecte du gaz en sortie de la dernière roue à aubes du compresseur et le guide vers une tubulure de refoulement.As regards the
Pour assurer l'étanchéité de l'ensemble, des dispositifs d'étanchéité de bout d'arbre 18 et 20 sont montés respectivement dans le fond 12 de l'enveloppe 10 et dans le couvercle 24.To ensure the tightness of the assembly, shaft
Dans cette disposition, les forces axiales générées par la répartition de pression à l'intérieur du compresseur, dues à la mise en oeuvre des roues à aubes, mettent sous contrainte de traction les systèmes de fixation du stator de la partie aérodynamique du turbocompresseur. En effet, l'élévation de pression au sein de chaque cellule de compression provoque l'apparition d'efforts au sein du diffuseur radial et du canal de retour, tendant à écarter les cellules. Ceci est en particulier le cas au niveau de la volute et de certains éléments du stator, mais de tels efforts s'appliquent de manière accrue sur les dispositifs d'étanchéité de bout d'arbre et sur la pivoterie 22.In this arrangement, the axial forces generated by the pressure distribution inside the compressor, due to the implementation of the paddle wheels, put under tensile stress the stator fastening systems of the aerodynamic portion of the turbocharger. Indeed, the increase in pressure within each compression cell causes the appearance of forces within the radial diffuser and the return channel, tending to separate the cells. This is particularly the case with the volute and certain stator elements, but such forces are more and more applicable to the shaft end sealing devices and to the
On pourra également se référer au document DE-A-196 54 840 qui décrit un groupe compresseur comprenant un rotor entraîné en rotation par des moyens moteurs dans un stator et plusieurs étages de compression comprenant chacun une roue à aubes entraînée par le rotor. L'ensemble est monté en cartouche dans une enveloppe.Reference may also be made to DE-A-196 54 840, which describes a compressor unit comprising a rotor driven in rotation by motor means in a stator and several stages of compression each comprising a paddle wheel driven by the rotor. The assembly is mounted in a cartridge in an envelope.
L'architecture du groupe compresseur décrite dans ce document ne permet pas non plus de compenser efficacement les efforts axiaux engendrés par la mise en rotation des roues à aubes.The architecture of the compressor unit described in this document also does not allow to effectively compensate the axial forces generated by the rotation of the paddle wheels.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique et de fournir un groupe compresseur notamment de type à plan de joint permettant d'éviter l'apparition d'efforts sur les éléments de montage des différentes parties constitutives du compresseur et facilitant en outre l'assemblage et la maintenance d'un tel compresseur.The object of the invention is to overcome the drawbacks of the state of the art and to provide a compressor unit, particularly of the type with a joint plane. to avoid the occurrence of forces on the mounting elements of the various components of the compressor and further facilitating the assembly and maintenance of such a compressor.
Selon l'invention, il est donc proposé un groupe compresseur, comprenant un moteur électrique entraînant un rotor, au moins un compresseur comprenant un stator comportant, montés en cartouche dans une enveloppe, au moins une cellule d'entrée délimitant un conduit d'admission d'alimentation du groupe compresseur en gaz, une cellule de sortie délimitant une volute de refoulement et au moins une cellule de compression disposée entre le conduit d'admission et la volute de sortie et équipées chacune d'une roue à aube de compression montée sur un arbre mené entraîné par le rotor, une pivoterie de centrage radial formant butée pour le rotor et des moyens d'étanchéité de bout d'arbre.According to the invention, it is therefore proposed a compressor unit, comprising an electric motor driving a rotor, at least one compressor comprising a stator comprising, mounted in a cartridge in an envelope, at least one input cell delimiting an admission duct supply of the gas compressor unit, an outlet cell delimiting a discharge volute and at least one compression cell disposed between the intake duct and the outlet volute and each equipped with a compressor blade wheel mounted on a driven shaft driven by the rotor, a radial centering pivot forming a stop for the rotor and shaft end sealing means.
Ce groupe compresseur comporte en outre des moyens d'étanchéité de bout d'arbre interposés entre le rotor et la cellule de sortie.This compressor unit further comprises shaft end sealing means interposed between the rotor and the output cell.
Ainsi, le positionnement des moyens d'étanchéité de bout d'arbre entre la cellule de sortie et le rotor permet d'établir une communication fluidique entre la face d'extrémité de la cellule de sortie et la tubulure de refoulement, engendrant ainsi des efforts sur cette face s'opposant aux efforts engendrés sous l'effet de la pression du gaz dans chaque cellule de compression.Thus, the positioning of the shaft end sealing means between the output cell and the rotor makes it possible to establish fluid communication between the end face of the output cell and the discharge pipe, thus generating forces on this face opposing the forces generated under the effect of the pressure of the gas in each compression cell.
Selon un mode de réalisation, la cellule de sortie et une extrémité correspondante de l'enveloppe comportent deux surfaces radiale en regard par lesquelles la cartouche prend appui contre l'enveloppe avec jeu, lesdits alésages étant pratiqués de manière à être en communication fluidique avec la sortie de la cellule de sortie.According to one embodiment, the output cell and a corresponding end of the casing comprise two facing radial surfaces through which the cartridge bears against the casing with clearance, said bores being made to be in fluid communication with the casing. output of the output cell.
Par exemple, lesdites surfaces radiales en regard de la cellule de sortie et de l'enveloppe sont délimitées chacune par deux alésages d'extrémité pratiqués dans la cellule de sortie, d'une part, et dans ladite extrémité correspondante de l'enveloppe, d'autre part.For example, said radial surfaces opposite the exit cell and the envelope are each delimited by two end bores made in the output cell, on the one hand, and in said corresponding end of the envelope, 'somewhere else.
Selon une autre caractéristique du groupe compresseur selon l'invention, celui-ci comporte des éléments d'étanchéité adaptés pour réaliser une étanchéité entre la cartouche et l'enveloppe dans une zone englobant la sortie de la cellule de sortie et lesdites surfaces radiales.According to another characteristic of the compressor unit according to the invention, the latter comprises sealing elements adapted to achieve a seal between the cartridge and the envelope in an area encompassing the output of the output cell and said radial surfaces.
Les éléments d'étanchéité peuvent être disposés de manière à établir une étanchéité entre le conduit d'admission et la sortie du compresseur et à établir une communication fluidique entre une cavité délimitée par les surfaces en regard et la sortie du compresseur.The sealing elements may be arranged to provide a seal between the intake duct and the compressor outlet and to establish fluid communication between a cavity defined by the facing surfaces and the outlet of the compressor.
Dans un mode de réalisation du groupe compresseur selon l'invention, les moyens d'étanchéité de bout d'arbre sont fixés sur la cartouche.In one embodiment of the compressor unit according to the invention, the shaft end sealing means are fixed on the cartridge.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble constitué par le moteur et le ou chaque compresseur est monté dans une enveloppe commune pour constituer un moto-compresseur intégré.According to another characteristic of the invention, the assembly constituted by the motor and the or each compressor is mounted in a common envelope to constitute an integrated motor compressor.
Dans ce cas, dans un mode de réalisation, l'enveloppe comprend une première section dans laquelle est disposé le moteur et une deuxième section dans laquelle est monté le compresseur, les première et deuxième sections étant séparées par un alésage de section rétréci délimitant ladite surface radiale de l'enveloppe.In this case, in one embodiment, the envelope comprises a first section in which the motor is arranged and a second section in which the compressor is mounted, the first and second sections being separated by a narrowed section bore delimiting said surface. radial of the envelope.
La cellule de sortie comporte, par exemple, un prolongement cylindrique axial qui s'insère dans ledit alésage, avec interposition d'un élément d'étanchéité.The output cell comprises, for example, an axial cylindrical extension which fits into said bore, with the interposition of a sealing element.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre la structure générale d'un ensemble turbocompresseur selon l'état de la technique ;
- la figure 2 est une vue en coupe d'un compresseur de groupe compresseur conforme à l'invention ;et
- la figure 3 illustre un autre exemple de réalisation d'un compresseur de groupe compresseur conforme à l'invention.
- Figure 1, which has already been mentioned, illustrates the general structure of a turbocharger assembly according to the state of the art;
- FIG. 2 is a sectional view of a compressor unit compressor according to the invention, and
- FIG. 3 illustrates another embodiment of a compressor unit compressor according to the invention.
Sur la figure 2, on a représenté une vue en coupe d'un compresseur d'un groupe compresseur conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 36. Comme on le voit sur cette figure, ce compresseur 36 est constitué par compresseur centrifuge multi-étagé à plan de joint vertical, c'est-à-dire fermé par un couvercle d'extrémité, et est composé de plusieurs sections de compression disposées en ligne entre une entrée E d'alimentation du compresseur en gaz à compresser et une sortie S de gaz compressé. Il est destiné à être associé à un moteur électrique (non représenté) entraînant en rotation un arbre menant entraînant lui-même un rotor 38. Ce moteur électrique peut être un moteur à vitesse fixe ou variable, à grande vitesse ou non. Le rotor 38 peut également être entraîné en rotation par une turbine à vapeur ou une turbine à gaz. On notera également qu'un multiplicateur ou un variateur mécanique de vitesse peut être interposé, le cas échéant entre le compresseur 36 et le moyen moteur.FIG. 2 shows a sectional view of a compressor of a compressor unit according to the invention, designated by the
Comme on le voit sur cette figure 2, le compresseur 36 comporte essentiellement une enveloppe 40 de forme généralement cylindrique à l'intérieur de laquelle sont placées un ensemble de cellules de compression 42, 44, 46 et 48 qui constituent chacune un étage de compression. Ces cellules de compression 42, 44, 46 et 48 sont disposées en ligne entre une cellule d'entrée 50 dans laquelle est ménagé un conduit d'admission 52 pour l'alimentation des étages de compression et une cellule de sortie 54 délimitant une volute de refoulement 56.As seen in this Figure 2, the
Le conduit d'admission 52 est disposé de manière coaxiale à un orifice 58 ménagé dans l'enveloppe 40 pour constituer l'entrée E de gaz. La volute de sortie 56 débouche, quant à elle, dans un orifice 60 ménagé dans l'enveloppe 40 pour constituer la sortie S de gaz comprimé. Chaque cellule de compression 42, 44, 46, et 48 comporte une roue à aube, telle que 62, entraînée en rotation par le rotor 38 et assurant, comme cela est classique, d'une part, un accroissement de la pression statique du gaz manipulé par le compresseur et, d'autre part, un accroissement de l'énergie cinétique. Un diffuseur radial 64, équipant chaque cellule de compression, réalise une transformation en pression de l'accroissement d'énergie cinétique en aval des roues à aube 62. Un canal de retour de carburant 66 assure le guidage du gaz vers un étage suivant ou vers la volute de sortie 56.The
On voit également sur la figure 2 que l'enveloppe 40 est pourvue d'une première extrémité ouverte 68 obturée par un couvercle d'extrémité 70 fixé par l'intermédiaire d'anneaux de cisaillement 72 ou boulonné et une extrémité opposée 74 qui comporte un alésage de section rétréci par rapport au reste de l'enveloppe, dans lequel s'insère un prolongement cylindrique axial 76 de la cellule de sortie 54.FIG. 2 also shows that the
Du côté de l'extrémité 74, qui est tournée vers le moyen moteur, le rotor 38 est guidé radialement au moyen de paliers radiaux 78. Du côté opposé, c'est-à-dire du côté de l'extrémité ouverte, une pivoterie 80 comportant une butée axiale 82 et des paliers radiaux 84, assure le maintien du positionnement radial et axial du rotor 38.On the side of the
Enfin, des dispositifs d'étanchéité de bout d'arbre 86 et 88 sont disposés, l'un, entre le rotor 38 et la cellule d'entrée 50 et l'autre, entre le rotor 38 et la cellule de sortie 54, en particulier entre le rotor 38 et le prolongement cylindrique axial 76.Finally, shaft
Conformément à une caractéristique de l'invention, les différents éléments entrant dans la constitution du stator, à savoir les différents étages de compression ainsi que les cellules d'entrée 50 et de sortie 54, sont disposées dans l'enveloppe avec jeu d'insertion, de manière à autoriser un coulissement axial de ces éléments par rapport à l'enveloppe 40.According to one characteristic of the invention, the various elements involved in constituting the stator, namely the different compression stages as well as the input and
Comme on le voit sur la figure 2, la surface périphérique externe de la cellule de sortie 54 délimite avec la surface périphérique externe du prolongement cylindrique axial 76, une surface annulaire S1, laquelle vient en appui, lors de l'assemblage, contre une surface annulaire correspondante S2, délimitée par un premier alésage 90 ou alésage principal de l'enveloppe 40 et un deuxième alésage 92 délimitant le passage dans lequel est inséré le prolongement cylindrique axial 76 de la cellule de sortie 54.As can be seen in FIG. 2, the external peripheral surface of the
Notamment en raison du jeu d'insertion des éléments de stator dans l'enveloppe 40, l'espace délimité par les deux surfaces en regard S1 et S2 est en communication fluidique avec la volute de sortie 56 et est donc à la pression du gaz en sortie du turbocompresseur.In particular, because of the set of insertion of the stator elements in the
Par ailleurs, des premier et deuxième joints annulaires d'étanchéité 92 et 94 sont disposés de part et d'autre du conduit d'admission 52. Un troisième joint annulaire d'étanchéité 96 est interposé entre le prolongement cylindrique axial 76 et l'enveloppe 40. Dès lors, le gaz en sortie du turbocompresseur est confiné entre le deuxième et le troisième joint.Furthermore, first and second
Comme on le conçoit, en raison de la pression régnant dans la cavité délimitée par les surfaces en regard S1 et S2, la différence de pression entre le refoulement S et l'aspiration E du compresseur engendre un effort sur la surface S1 dirigé selon la flèche F, c'est-à-dire dirigé vers la butée 82. Un tel effort permet un maintien de tous les éléments internes et statiques du compresseur entre eux.As it is conceivable, because of the pressure in the cavity defined by the facing surfaces S1 and S2, the pressure difference between the discharge S and the suction E of the compressor generates a force on the surface S1 directed according to the arrow F, that is to say directed towards the
De plus, les efforts axiaux transitant dans la cartouche au niveau de la butée 82 sont très supérieurs à la poussée axiale du rotor sous l'effet des roues de compression 62, ce qui contribue à assurer le maintien axial du stator de la butée.In addition, the axial forces passing through the cartridge at the
On notera que la cellule de sortie 54 est directement appuyée et maintenue contre le dernier étage de compression grâce à la pression régnant dans la cavité entre les surfaces S1 et S2. Ceci permet de contrôler avec précision la section du diffuseur radial 66 du dernier étage qui est situé entre ces deux éléments. Ainsi, contrairement à l'état de la technique dans lequel la pression régnant dans ce diffuseur a pour conséquence un écartement du dernier étage de compression et de la cellule de sortie 54, et donc l'apparition de l'instabilité aérodynamique dans l'écoulement de gaz en sortie du diffuseur générant des forces tournantes sur le rotor et des vibrations importantes dans ce dernier, aucune variation de section n'apparaît au sein du diffuseur du dernier étage.Note that the
On notera également que les dispositifs d'étanchéité de bout d'arbre 86 et 88 ainsi que les paliers radiaux 78 et 84 ne sont soumis à aucune force axiale et peuvent dès lors être fixés aux éléments de stator venant se monter dans l'enveloppe 40 pour constituer une cartouche formée d'un ensemble monobloc et rigide, sans nécessiter de dispositifs de fixation surdiménsionnés. Une telle cartouche peut ainsi former un ensemble unitaire pouvant être inséré aisément dans l'enveloppe sans nécessiter un montage séparé de chaque élément.It will also be noted that the shaft
Tel est également le cas des moyens de fixation utilisés pour le montage de différents éléments de stator, qui ne nécessitent pas de surdimensionnement particulier et qui ont dès lors comme principale fonction de maintenir ces éléments pour créer un ensemble unitaire sous forme de cartouche homogène destinée à être montée dans l'enveloppe 40, au cours d'une unique opération d'assemblage.This is also the case of the fastening means used for mounting different stator elements, which do not require any particular oversizing and which therefore have as their main function to maintain these elements to create a unitary unit in the form of a homogeneous cartridge for be mounted in the
On va maintenant décrire en référence à la figure 3 un autre mode de réalisation d'un compresseur de groupe compresseur conforme à l'invention. Sur cette figure, des éléments identiques à ceux décrits en référence à la figure 2 portent les mêmes références numériques.Another embodiment of a compressor compressor according to the invention will now be described with reference to FIG. In this figure, elements identical to those described with reference to Figure 2 bear the same reference numerals.
Ce mode de réalisation est adapté pour la réalisation d'un moto-compresseur intégré, c'est-à-dire un groupe compresseur dans lequel le moteur et le compresseur sont disposés dans une même enveloppe commune.This embodiment is suitable for producing an integrated motor compressor, that is to say a compressor unit in which the motor and the compressor are arranged in the same common envelope.
On reconnaît sur cette figure l'enveloppe 40, dans laquelle sont disposées les cellules d'entrée 50 et de sortie 54, ainsi que les cellules de compression 42, 44, 46 et 48 entre une entrée E de gaz et une sortie S.This figure shows the
Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure 3, l'enveloppe 40 comporte une première section 98 dans laquelle est disposé le compresseur 36, et une deuxième section 100, dans laquelle est disposé le moteur électrique du groupe compresseur (non représenté), ces deux sections 98 et 100 étant séparées par une partie intermédiaire 102 de section rétrécie délimitant un passage cylindrique axial et comportant, du côté tourné vers la première section 98, une surface annulaire S2 destinée à coopérer avec la surface annulaire S1 de la cellule de sortie 54.In the embodiment shown in this FIG. 3, the
Comme cela ressort de cette figure 3, la construction et l'assemblage du compresseur 36 sont identiques à ceux décrits précédemment en référence à la figure 2. Ainsi, cette section 98 est également obturée par un couvercle d'extrémité 70 supportant la pivoterie 80. De même, du côté opposé, les paliers radiaux 78 sont supportés par le prolongement cylindrique axial 76 de la cellule de sortie 54. Comme dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, cet agencement permet de créer entre l'aspiration et le refoulement, et en particulier entre l'aspiration et la cavité délimitée par les surfaces en regard S1 et S2 une différence de pression permettant un maintien de tous les éléments internes du compresseur entre eux et de limiter en conséquence les efforts sur les dispositifs d'étanchéité et sur les paliers et pivoterie équipant le compresseur.As is apparent from this FIG. 3, the construction and assembly of the
On notera que ce type de configuration est applicable aussi bien à un compresseur comportant une butée axiale du côté du moyen d'entraînement que du côté opposé.Note that this type of configuration is applicable to both a compressor having an axial stop on the side of the drive means on the opposite side.
Elle s'applique de même à un compresseur ayant plusieurs sections en ligne.It also applies to a compressor having several sections in line.
Comme on le conçoit, l'invention qui vient d'être décrite permet de maintenir en contact toutes les pièces du compresseur les unes sur les autres en raison des efforts engendrés par la pression du gaz emplissant la cavité entre les surfaces S1 et S2 de la cavité de sortie, d'une part, et de l'enveloppe, d'autre part.As it is conceivable, the invention which has just been described makes it possible to keep all the compressor parts in contact with each other because of the forces generated by the pressure of the gas filling the cavity between the surfaces S1 and S2 of the outlet cavity, on the one hand, and the envelope, on the other hand.
En outre, comme indiqué précédemment, le montage de la volute sur le dernier diffuseur permet de maîtriser la section de ce diffuseur, évitant ainsi tout risque d'instabilité aérodynamique à petit débit.In addition, as indicated above, the mounting of the volute on the last diffuser can control the section of this diffuser, thus avoiding any risk of aerodynamic instability at low flow.
De surcroît, aucune vis, goujon ou boulon ou autre moyen de liaison n'est soumis à des sollicitations de traction pour maintenir les pièces entre elles lorsque la machine est en fonctionnement. Un tel avantage est particulièrement bénéfique lorsque le turbocompresseur manipule un gaz humide ou corrosif, ce qui permet d'améliorer considérablement sa fiabilité. L'agencement selon l'invention permet de plus de garantir une grande rigidité de la cartouche, d'autant plus que la pression à l'intérieur du compresseur est élevée.In addition, no screw, stud or bolt or other connecting means is subjected to tensile stresses to maintain the parts together when the machine is in operation. Such an advantage is particularly beneficial when the turbocharger manipulates a wet or corrosive gas, which greatly improves its reliability. The arrangement according to the invention also ensures a high rigidity of the cartridge, especially as the pressure inside the compressor is high.
Enfin, l'invention permet de faciliter grandement le montage du compresseur et de diminuer le temps d'intervention du personnel de maintenance.Finally, the invention makes it possible to greatly facilitate the assembly of the compressor and to reduce the intervention time of the maintenance personnel.
Claims (8)
- Compressor unit comprising an electric motor driving a rotor (38), at least one compressor (36) comprising a stator including, mounted in a cartridge within a casing, at least one inlet cell (50) delimiting an intake duct (52) for supplying the suppressor unit with gas, one outlet cell (54) delimiting a delivery volute and at least one compression cell (42, 44, 46, 48) positioned between the intake duct and the delivery volute and each equipped with a compression impeller (62) mounted on a driven shaft driven by the rotor, a set of supports (80) for radial centring, forming a thrust bearing for the rotor and shaft end sealing means (86, 88) inserted between the rotor (38) and the outlet cell (54), characterized in that the outlet cell and a corresponding end of the casing comprise two radial surfaces (S1, S2) facing each other and by which the cartridge bears against the casing with clearance, the said bores being made in such a way as to be in fluidic communication with the outlet (S) of the outlet cell.
- Compressor unit according to Claim 1, characterized in that the said radial surfaces (S1, S2) facing each other belonging to the outlet cell and to the casing are each delimited by two end bores made in the outlet cell, on the one hand, and in the said corresponding end of the casing, on the other hand.
- Compressor unit according to one of Claims 1 and 2, characterized in that it comprises sealing elements (94, 96) designed to perform sealing between the cartridge and the casing in a zone encompassing the outlet of the outlet cell and the said radial surfaces.
- Compressor unit according to Claim 3, characterized in that the sealing elements are positioned in such a way as to establish sealing between the intake duct and the outlet of the compressor and as to establish fluidic communication between a cavity delimited by the facing surfaces (S1, S2) and the outlet of the compressor.
- Compressor unit according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the shaft end sealing means are fixed to the cartridge.
- Compressor unit according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the assembly made up of the motor and the or each compressor is mounted in a common casing (40).
- Compressor unit according to Claim 6 dependent on Claim 1, characterized in that the casing comprises a first section (98) in which the motor is positioned and a second section (100) in which the compressor is mounted, the first and second sections being separated by a bore (102) of narrowed cross section delimiting the said radial surface of the casing.
- Compressor unit according to Claim 7, characterized in that the outlet cell comprises an axial cylindrical extension (76) which can be inserted in the said bore with the interposition of a sealing element.
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