FR2503279A1 - Groupe turbocompresseur equipe d'un systeme de decharge - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN GROUPE TURBOCOMPRESSEUR EQUIPE D'UN SYSTEME DE DECHARGE. POUR OBTENIR LE PLUS RAPIDEMENT POSSIBLE, DANS LE GROUPE DE COMPRESSION A DONT LES COMPRESSEURS SONT EQUIPES DE CONDUITS DE DERIVATION OBTURABLES 18, 20, 22, UNE PUISSANCE DE RALENTI LA PLUS FAIBLE POSSIBLE AU DEMARRAGE OU LORS DU PASSAGE AU RALENTI, AU MOINS UN COMPRESSEUR 5 DUDIT GROUPE A EST DOTE D'UN CONDUIT DE DECHARGE 24 QUI RENFERME UNE VALVE DE DETENTE 25 DU TYPE OUVERTFERME ET QUI DEBOUCHE EN UN ENDROIT DU SYSTEME DANS LEQUEL REGNE EN SERVICE LA PRESSION LA PLUS BASSE. APPLICATION NOTAMMENT AUX INSTALLATIONS FONCTIONNANT A L'AIR COMPRIME.

Description

La présente invention se rapporte à un groupe turbocompresseur comportant un groupe de compression renfermant au moins un compresseur, un conduit de dérivation, raccordé par l'intermédiaire d'un refroidisseur au coté aspiration dudit compresseur et comportant un organe d'étranglement verrouillable, bifurquant à partir du conduit de service situe côté pression dudit compresseur, un organe d'isolement étant en outre prévu dans le conduit d'aspiration général dudit groupe de compression, en amont du compresseur de plus basse pression.

Il existe dans l'industrie de nombreux procédes nécessitant un besoin en gaz qui, variable ou interrompu par intervalles, est couvert grace à plusieurs compresseurs montés en parallèle, à des groupes de compresseurs ou à des compresseurs radiaux et/ou axiaux de niveaux de pression différents, montés en série et réunis en au moins un groupe.

Par exemple, le courant d'air destiné à une installation comprenant plusieurs hauts fourneaux peut fluctuer dans de larges limites ; de même, l'alimentation en air d'une centrale génératrice d'énergie à accumulation d'air fonctionnant sous charge maximale sera intermittente, étant donné que, dans ce cas, l'absorption d'énergie par introduction d'air comprimé dans une cavité est suivie par une phase de production d'énergie pendant laquelle les compresseurs n'assurent aucune compression.

Pour pouvoir suivre rapidement les fluctuations du besoin en gaz, il est connu de laisser en service lors du fonctionnement au ralenti les compresseurs qui ne sont pas utilisés. Il est ainsi possible de satisfaire rapidement à un accroissement brusque du besoin en gaz ou bien, par exemple dans le cas de la centrale génératrice d'énergie à accumulation d'air fonctionnant sous charge maximale, de passer rapidement d'une absorption à une production d'énergie, ou inversement.

Ce fonctionnement au ralenti d'un ou de plusieurs compresseurs agissant en série est obtenu jusqu'à présent, par exemple pour chaque compresseur, par une mise en circulation du gaz par l'intermédiaire d'un organe d'étranglement verrouillable et à l'aide d'un refroidisseur pour évacuer la puissance de ralenti. Dans ce cas, cette puissance de ralenti continue cependant de correspondre à une part importante de la puissance normale et elle peut, par exemple, atteindre environ 60t de cette puissance.

C'est pourquoi, pour continuer d'abaisser la puissance de ralenti de compresseurs fonctionnant en série, la demande de brevet DAS-2 536 447 a proposé de réduire la pression de sortie de chaque compresseur à l'aide d'une valve d'étranglement dans le conduit de service succédant immédiatement audit compresseur. Dans ce cas, le niveau de la pression à l'entrée du compresseur suivant est considérablement plus bas qu'en fonctionnement normal, d'où il résulte que la puissance absorbée baisse dans la même proportion. Pour diminuer par ailleurs la puissance du compresseur de plus basse pression, un organe d'isolement est logé dans le conduit d'aspiration de ce dernier.

Cependant, dans cette installation, la puissance minimale de- ralenti ne se règle qu'après une longue période car, à cet effet, une certaine quantité de gaz qui se trouve dans le conduit de service entre l'organe d'isolement fermé et le clapet anti-retour également fermé doit s'échapper du volume du groupe de compression pour permettre la baisse escomptée du niveau de pression. La rapidité avec laquelle le niveau de pression ( donc la puissance de ralenti ) du groupe compresseur baisse dépend des défauts d'étanchéité des presse étoupes à labyrinthes des compresseurs individuels.

Dans un autre groupe de compression connu ( demande de brevet DOS-2 450 710), les compresseurs partiels hormis le dernier sont équipés, pour réduire leur puissance de ralenti, de conduits de dérivation qui, pouvant être isolés et étranglés et renfermant un refroidisseur, débouchent dans le conduit d'aspiration de l'installation entre un organe d'étranglement d'aspiration et le compresseur partiel de plus basse pression de surcroit, dans le conduit de pression du dernier compresseur partiel qui n'est pas doté d'un conduit de dérivation associé à un refroidisseur et à une valve d'étranglement verrouillable, se trouve une soupape d'évacuation.Une diminution de la puissance de ralenti jusqu'à une valeur minimale n'est pas possible dans cette installation, étant donné que, même lorsqu'elle fonctionne au ralenti, elle doit être parcourue en permanence par une quantité minimale de gaz devant être délivrée par le compresseur partiel de plus basse pression, afin d'empecher dans le dernier compresseur partiel un écoulement de rupture connu et appelé " pompage
La présente invention a par conséquent pour objet de réduire considérablement, dans une installation du type mentionné en premier lieu ( demande de brevet DA-25 36 447) dans laquelle les compresseurs individuels sont équipés de conduits de dérivation, la durée nécessaire pour atteindre le niveau de pression le plus bas dans les compresseurs individuels ou dans tous les groupes de compression lors du démarrage et/ou du fonctionnement au ralenti. Selon les caractéristiques essentielles du groupe turbocompresseur de l'invention, un conduit de décharge équipé d'une valve de détente part du conduit de service, situé côté pression, d'au moins un compresseur du groupe de compression qui est muni d'un conduit de dérivation associé à un refroidis seur, et il débouche en un endroit du groupe de compression dans lequel règne en service la pression de niveau le plus bas.

Les compresseurs ou le groupe de copressio réalisés conformément à l'invention forment lors du fonctionnement au ralenti des systèmes fernès dans lesquels une quantité minimale de gaz est mise en circulation. La quantité de gaz détendue dans les compresseurs considérés ou dans le groupe de compression est ainsi réintroduite dans le système d'aspiration de l' rstalla- tion par l'intermédiaire du conduit de décharge. Ln mère temps, la valve de détente ouverte dans ce conduit de décharge provoque une détermination précise de la pression de sortie du compresseur ou de tout le groupe de compression à la valeur de la pression la plus basse dans l'installation.

En fonction du ou des rapports de pression de ce compresseur ou de toute la partie du groupe de compression située en amont de ce dernier et constituée par les compresseurs individuels de basse pression raccords en série, la pression d'aspiration baisse jusqu'à atteindre la proportion de la pression normale d'aspiration corrcs- pondant à ces rapports de pression. Une fois détendue, de la manière décrite ci-dessus, la quantité excedentaire de gaz renfermée dans le volume formant le système fermé ( donc déjà peu de temps après le début du fonctionne- ment au ralenti ), aucune quantité de gaz jouant un rôle important ne s'écoule plus par le conduit de déciiar- ge ; c'est pour cette raison que les bruits engendrés par cette installation nouvelle sont pratiquement réduits à zéro,comparés à ceux d'installations de compression d'air comportant un conduit d'évacuation qui dzouene dans l'atmosphère libre. I1 est en général judicieux que le conduit de décharge débouche dans le conduit d'aspiration du groupe de compression en amont de l'orga ne d'isolement ; cependant, dans des installations d'aspiration et de compression de l'air provenant de l'atmosphère, ce conduit de décharge peut, d'une manière particulièrement avantageuse, déboucher tout simplement dans l'atmosphère qui, dans des installations de ce type, constitue la zone dans laquelle règne en service la pression de niveau le plus bas. Lorsque, au sein de plusieurs compresseurs d'un groupe, il convient de faire fonctionner seulement l'un d'entre eux au ralenti cependant que les autres restent en service normal, il est judicieux de disposer, dans le conduit d'aspiration du compresseur équipé du conduit de décharge, un organe d'isolement situé en amont de l'embouchure du conduit de dérivation.Un tel système selon l'invention ne peut pas être appliqué à l'installation connue mentionnée ci-avant en second lieu (demande de brevet D0S-2 450 710), étant donné que la dernière machine de cette installation ne comporte pas de conduit de dérivation associé à un refroidisseur.

L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels
la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de réalisation de l'invention, appliqué à un groupe de compression comprenant trois compresseurs montés en série et pouvant être amenés conjointement au ralenti ;
la figure 2 illustre schématiquement une deuxième installation dans laquelle le compresseur de haute pression du groupe de compression de la figure l peut être isolé dans certains cas et fonctionner seul au ralenti et
la figure 3 représente schématiquement une autre installation dans laquelle, le cas échéant, seul le compresseur de basse pression peut fonctionner au ralenti.

Un moteur d'entrainement 1 ( figure 1 ) est relié au moyen d'un accouplement 2 a un groupe de compression
A qui comprend, se succédant, raccordés mutuellement en série pour permettre une circulation, un compresseur 3 de basse pression (BP), un compresseur 4 de moyenne pression (MP) et un compresseur 5 de haute pression (HP).

Dans un conduit d'aspiration 5 du groupe A, une valve 7 constitue un organe d'isolement. Un conduit de sortie 8 partant de l'extrémité du compresseur 3 de basse pression aboutit dans un refroidisseur intermédiaire 9 d'où le gaz comprimé part pour atteindre un conduit d'aspiration 10 du compresseur 4 de moyenne pression. Un conduit de sortie 11 de ce dernier débouche dans un refroidisseur intermédiaire 12 qui communique avec le compresseur 5 de haute pression par l'intermédiaire d'un conduit d'aspiration 13. Un conduit de service 14, partant dudit compresseur 5, aboutit à un clapet anti-retour 15 et se poursuit au-delà de ce dernier vers un appareil utilisateur non représenté.

Une condition à satisfaire dans une installation du type proposé par l'invention est qu'un conduit de dérivation 18 relie le refroidisseur 9 et le conduit d'aspiration 6 du compresseur 3 de basse pression par l'intermédiaire d'une valve d'étranglement obturable 19 ce conduit de dérivation débouche en aval de la valve 7 dans ledit conduit d'aspiration 6. De même, un conduit de dérivation 20 raccorde par l'intermédiaire d'une valve d'étranglement obturable 21 le refroidisseur 12 ( donc la sortie du compresseur 4 de moyenne pression ) au refroidisseur 9, cependant que le conduit de service 14 communique avec ledit refroidisseur 12 grâce à un conduit de dérivation 22, par l'intermédiaire d'une valve analogue 23.

Conformément à l'invention, un conduit de décharge 24, bifurquant du conduit de service 14 avant le clapet anti-retour 15, est doté d'une valve de détente 25 de type ouvert/fermé et il peut être directement raccordé à l'atmosphère ( si l'on admet que l'installation fonctionne à l'air comprimé
Dans l'installation décrite ci-avant, le démarrage à partir de l'arrêt absolu et l'utilisation de ladite installation au ralenti, par exemple dans une centrale du type précité génératrice d'énergie à air comprimé, ont lieu de la façon suivante : lors du démarrage à partir de l'arrêt absolu, la valve 7 logée dans le conduit d'aspiration 6 est fermée et la valve de détente 25 est entièrement ouverte ; les valves d'étranglement obturables 19, 21 et 23 des conduits respectifs de dérivation 18, 20 et 22 ont été, en revanche, préalablement ouvertes (dans la mesure nécessaire à un fonctionnement sans pompage ), afin de faire circuler dans les refroidisseurs 12 et 9 la quantité débitée par les compresseurs et de provoquer la dissipation de la chaleur de compression. Au démarrage, la pression chute après la valve fermée 7, jusqu'à ce que, une fois atteinte la vitesse angulaire normale, le rapport total et normal de pression s'établisse automatiquement pour tout le groupe de compression A.Du fait de cette baisse de pression dans l'installation, une quantité correspondante de gaz est évacuée par le conduit de décharge 24, jusqu'à ce que le rapport définitif de pression se soit établi. Lorsque ce rapport est, par exemple, de 20 : 1, la pression baisse par conséquent à l'entrée du compresseur 3 de basse pression pour atteindre environ 50 millibars et la puissance est ainsi réduite à 1/20.

Lorsqu'il convient de faire passer le groupe de compression d'un fonctionnement de compression normal au ralenti avec une puissance minimale de ralenti, les valves d'étranglement 19, 21 et 23 sont tout d'abord ouvertes de nouveau pour provoquer un écoulement de circulation et le clapet anti-retour 15 se ferme alors automatiquement ; ensuite, la valve 7 est fermée et la valve de détente 25 est ouverte, de manière à évacuer rapidement une partie de la quantité de gaz en circulation d'une manière correspondant à la baisse de pression dans l'installation. Les conditions de fonctionnement ainsi obtenues correspondent à celles qui caractérisent l'achèvement du processus de démarrage.

Lorsqu'on comprime un gaz précieux ou nocif qui ne doit pas parvenir dans l'atmosphère, le conduit de décharge 24 est avantageusement relié au conduit d'aspiration 6 en amont de la valve 7 ( figure 3 ), ou bien à n'importe quel autre endroit du système avant ladite valve 7, là où règne une pression plus basse encore.

Dans ce dernier cas, la puissance absorbée est encore réduite davantage, étant donné qu'un volume supplémentaire de gaz correspondant à la baisse supplémentaire de pression est évacué.

Les flèches de la figure 1, représentant schématiquement la circulation du gaz, indiquent les trajets parcourus par ce gaz lorsque le groupe de compression fonctionne au ralenti.

Dans l'installation selon la figure 2, il est possible, outre l'ensemble du groupe A, de faire fonctionner sélectivement au ralenti seulement un compresseur 5' de haute pression ( HP ), cependant que les autres compresseurs 3 et 4 fonctionnent dans des conditions normales ; un tel mode de fonctionnement se rencontre lorsque l'installation doit délivrer du gaz à deux niveaux différents de pression P1 et P2.Lorsque I'appa- reil utilisateur n'a pas besoin de gaz de haut niveau de pression P2 alors qu'un autre appareil utilisateur doit etre alimenté en gaz de bas-niveau de pression P1, il est important de passer le plus rapidement possible au fonctionnement de ralenti alors que le compresseur 5' de haute pression continue de fonctionner
Jusqu'au conduit de sortie 11 du compresseur 4 de moyenne pression, l'installation de la figure 2 correspond à celle de la figure 1. Pour couvrir le besoin, décrit ci-dessus, en gaz de niveau moyen de pression P1, un conduit supplémentaire d'alimentation 32, bifurquant du refroidisseur 12, aboutit à un appareil utilisateur non représenté par l'intermédiaire d'un organe antiretour 33.

Un autre organe d'isolement 31 est prévu dans le conduit d'aspiration du compresseur 5' de haute pression qui, dans l'installation concernée, n'est conçu que pour assurer un débit partiel du gaz comprimé dans les compresseurs 3 et 4. En outre, ledit compresseur 5' de haute pression est équipé d'un refroidisseur individuel 29 qui est monté sur un conduit de dérivation 27 doté d'une valve d'étranglement obturable 28.

Cette installation fonctionne de la façon suivante : en fonctionnement normal, la valve 7 dans le conduit d'aspiration 6 et l'organe ou valve d'isolement 31 sont ouverts. Les valves 19, 21, 25 et 28 sont fermées. Le gaz est distribué, d'une part, à l'appareil consommateur " de moyenne pression " par le conduit 32 et l'organe ou clapet anti-retour 33 et, d'autre part, à l'appareil utilisateur " de haute pression " par le conduit 14 et le clapet anti-retour 15, la quantité totale de ce gaz se répartissant en fonction des résistances rencontrées dans les deux embranchements d'appareils consommateurs.

Lorsque l'appareil consommateur " de haute pression " n 1a pas besoin de gaz, la valve 28 dans le conduit de dérivation 27 est ouverte, après quoi le clapet anti-retour 15 se ferme automatiquement. Ensuite, la valve d'isolement 31 est fermée et la valve de détente 25 selon l'invention est ouverte dans le conduit de décharge 24, de sorte que, par l'intermédiaire du compresseur 5', une quantité minimale de gaz circule dans le circuit fermé et dissipe l'énergie de ralenti dudit compresseur 5' grâce au refroidisseur 29. Le conduit 24 est relié à son tour au côté de la pression la plus basse de l'installation, c'est-à-dire avantageusement avec l'atmosphère dans le cas d'un compresseur d'air ; cependant, ce conduit 24 peut aussi être raccordé au conduit d'aspiration 6 avant la valve 7.Au cas où la quantité n'étant plus à présent aspirée par le compresseur 5' n'est pas prélevée par l'appareil consommateur de pression de niveau P1, il convient alors d'ouvrir partiellement les valves d'étranglement 19 et 21 pour empêcher un pompage. De même, il conviendrait de mettre en circulation une partie de la quantité de gaz aspirée par les compresseurs 3 et 4 lorsqu'est seulement engendre une haute pression de niveau P2.

Les flèches illustrent schématiquement les trajets parcourus par le gaz lorsque le compresseur 5' de haute pression fonctionne au ralenti et que les compresseurs 3 et 4 fonctionnent simultanément dans des conditions normales.

Mis à part le retour, dans le conduit d'aspiration 6, du volume de gaz prélevé au ralenti du groupe de compression A ou d'un compresseur 5, l'installation illustrée sur la figure 3 se distingue de celles précédemment décrites du fait que, dans cette installation, il peut se produire aussi bien l'aspiration d'une pression de niveau P0, par l'intermédiaire du conduit d'aspiration 6 et du compresseur 3 de basse pression (BP), que d'une pression d'un autre niveau P3, par l'intermédiaire d'un conduit d'aspiration 36 débouchant dans le conduit d'as piration 10 du compresseur 4 de moyenne pression ( MP ), ledit conduit 36 logeant une valve 37 correspondant à la valve 7 ; un organe ou valve d'isolement 38 se trouve dans un conduit de jonction 39 reliant le refroidisseur 9 au compresseur 4 de moyenne pression ou au conduit d'aspiration 10 de ce dernier, afin d'assurer la séparation du compresseur 3 de basse pression lors de l'aspiration de la pression de niveau P3.

Pour permettre une détente individuelle du gaz dans le compresseur 3 de basse pression, ce dernier est équipé d'un conduit propre de décharge 44 qui, bifurquant du conduit de service 8 ( relié au refroidisseur 9 ) de ce compresseur, peut être isolé par une valve de détente 45 de type ouvert/fermé.

Dans cet exemple, le conduit de décharge 44 retourne, tout comme le conduit 24, à la partie du conduit d'aspiration 6 de l'installation située en amont de la valve 7.

En fonctionnement normal, les valves 7 et 38 sont ouvertes, cependant que les valves 19, 21, 23, 25, 37 et 45 sont fermées.

Pour assurer le passage au fonctionnement de ralenti du compresseur 3 de basse pression, on ouvre tout d'abord les valves d'étranglement 19, 21 et 23 dans les conduits respectifs de dérivation 18, 20 et 22, ainsi que la valve 37 du conduit d'aspiration 36. Simulta nément ou consécutivement, la circulation entre les compresseurs 3 et 4 est interdite par une fermeture de la valve 38. A présent, tous les compresseurs fonctionnent en dérivation. Le clapet anti-retour 15 est fermé.

Après la fermeture des valves d'étranglement réglables 21 et 23, l'installation formée par les compresseurs 4 et 5 refoule par l'intermédiaire du conduit 14.

Par suite de l'ouverture dus la valve de détente 45, la pression baisse à la sortie du compresseur 3 jusqu'à atteindre le niveau P0 lorsque la valve 7 est fermée, et une quantité correspondante de gaz passe par le conduit de décharge 44 pour rejoindre le conduit 6.

Une pression abaissée correspondant au rapport de pression du compresseur 3 s'établit à nouveau automatiquement à l'entrée de ce dernier et la puissance de circulation diminue de manière correspondante.

Lorsqu'on souhaite faire passer intégralement le groupe de compression A au fonctionnement de ralenti dans les installations selon les figures 2 et 3, on procède de la même manière que pour l'installation décrite en regard de la figure 1.

En regle générale, lorsqu'on souhaite faire passer des compresseurs individuels d'un groupe de compression au fonctionnement de ralenti, on ouvre tout d'abord les conduits de dérivation de chaque compresseur considéré avant de l'empêcher d'aspirer et avant qu'une certaine quantité de gaz soit évacuée par un conduit de décharge correspondant.

I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au groupe turbocompresseur decrit et représente, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Groupe turbocompresseur équipé d'un groupe de compression renfermant au moins un compresseur, un conduit de dérivation, raccordé par l'intermédiaire d'un refroidisseur au côte aspiration dudit compresseur et comportant un organe d'étranglement obturable, bifurquant à partir du conduit de service situé côté pression dudit compresseur , un organe d'isolement étant en outre prévu dans le conduit général d'aspiration dudit groupe de compression, en amont du compresseur de plus basse pression, groupe turbocompresseur caractérisé par le fait qu'un conduit de décharge (24 ; 44) équipé d'une valve de détente (25 ; 45) part du conduit de service (14 ; 8), situé côté pression, d'au moins un compresseur (5 ; 3) du groupe de compression (A) qui est muni d'un conduit de dérivation (22 ; 27 ; 20 ; 18) associé à un refroidisseur, et débouche en un endroit dudit groupe de compression (A) dans lequel règne en service la pression de niveau le plus bas.

2. Groupe turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit de décharge (24 ; 44) débouche dans le conduit d'aspiration (6) du groupe de compression, en amont de l'organe ou valve d'isolement (7).

3. Groupe turbocompresseur selon la revendication 1 pour la compression d'air provenant de l'atmosphère, caractérisé par le fait que le conduit de décharge (24) débouche dans l'atmosphère.

4. Groupe turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un organe ou valve d'isolement (31) se trouve dans le conduit d'aspiration du compresseur (5) équipé du conduit de décharge (24), en amont de l'embouchure du conduit de dérivation (27).

5. Groupe turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un organe ou valve d1isole- ment (38) se trouve dans le conduit de jonction (39) du compresseur (3) équipé du conduit de décharge (44).