FR2666383A1 - Compresseur centrifuge. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à la construction des compresseurs. Le compresseur centrifuge comporte, disposés en série à l'intérieur du carter 1, une roue, un diffuseur 3, un espace annulaire 8 situé en aval du diffuseur 3 et une chambre collectrice 4, et une tubulure d'échappement 12, ladite tubulure d'échappement 12 renferme une cloison longitudinale 14 qui divise le volume intérieur de la tubulure 12 de façcon qu'une partie 15 de ce volume intérieur s'étendant d'un côté de la cloison 14 constitue un prolongement de l'espace annulaire 8, alors que la partie 16 de ce volume intérieur qui s'étend de l'autre côté de cette cloison 14 constitue un prolongement de la chambre collectrice annulaire 4. L'invention s'applique à la fabrication de compresseurs centrifuges à régime élevé pour pomper les gaz.

Description

La présente invention se rapporte au domaine de la construction de

compresseurs et a plus spécialement pour

objet un compresseur centrifuge.

La présente invention peut être avantageusement appliquée à des compresseurs centrifuges à régime rapide et vitesses d'écoulement élevées du fluide compressible dans la chambre collectrice annulaire et la tubulure d'échappement De tels compresseurs peuvent servir à pomper du gaz dans les gazoducs, dans des installations technologiques de raffinage de pétrole et de gaz, à amener de l'air pressurisé dans des hauts fourneaux, à refouler de l'air dans des blocs de séparation d'air, ainsi que

dans d'autres branches industrielles.

De nos jours, étant donné l'utilisation croissante de compresseurs dans les technologies classiques comme nouvelles, il est souhaitable de proposer un compresseur centrifuge qui serait économique dans une large gamme de

variations de débit et d'un emploi sur.

Usuellement, un compresseur centrifuge comporte un carter et, disposés en série à l'intérieur de ce carter, une roue, un diffuseur, un espace annulaire en aval du diffuseur et une chambre collectrice annulaire (Otraslevoi katalog "Tsentrobezhnyye kompressornyye mashiny i privodnyye turbiny k nim", Part I, NIIEINFORMENERGOMACH, 1987, (Moscou), Pages 92-94, figures 79-80) L'espace annulaire en aval du diffuseur et la chambre collectrice annulaire sont limités par la surface interne cylindrique de la paroi du carter La chambre collectrice communique avec l'espace annulaire en aval du diffuseur à travers un jeu périphérique Le compresseur est pourvu d'une tubulure d'échappement tangentielle dont le volume intérieur s'étend tangentiellement à la chambre collectrice annulaire et à l'espace annulaire en aval du diffuseur, la surface intérieure de la paroi de tubulure d'échappement et la surface intérieure cylindrique de carter formant une "languette". Dans un tel compresseur la partie majeure du fluide compressible sortant du diffuseur est amenée dans la chambre collectrice à travers le jeu périphérique reliant l'espace annulaire en aval du diffuseur avec cette chambre, pour être dirigée ensuite vers la tubulure d'échappement, alors qu'une partie mineure du fluide compressible ayant passé par le diffuseur et l'espace annulaire en aval du diffuseur est envoyée directement dans la tubulure d'échappement L'avantage de ce système d'évacuation du fluide compressible du compresseur centrifuge réside dans la diminution de l'action dynamique de réaction exercée par l'écoulement de fluide compressible dans la chambre collectrice et la tubulure d'échappement sur le fonctionnement des éléments disposés en amont à savoir: le diffuseur et la roue de compresseur Ceci réduit le risque de défaillances dues à

la fatigue au cours de l'utilisation des machines.

Cependant les avantages de cette structure sont grandement limités par la nature compliquée de l'écoulement du fluide compressible dans la zone de l'ouverture d'entrée de la tubulure de sortie, cette ouverture mettant en communication l'espace en aval du diffuseur et la chambre annulaire avec cette tubulure de sortie Au niveau de cette ouverture, les mouvements des courants dans l'espace en aval du diffuseur à l'intérieur de la chambre collectrice annulaire et dans la tubulure de sortie ne sont pas coordonnés entre eux La vitesse et le sens de déplacement dans un plan radial du flux sortant de l'espace en aval du diffuseur diffèrent considérablement de la vitesse et du sens de déplacement dans un plan radial du flux sortant de la chambre collectrice annulaire au voisinage de l'ouverture d'entrée de la tubulure de sortie En outre, le flux passant à travers le jeu périphérique de l'espace en aval du diffuseur vers la chambre collectrice annulaire possède une composante de vitesse axiale (transversale) qui est dirigée, au voisinage de l'ouverture d'entrée de la tubulure de sortie, perpendiculairement au sens du flux dans la chambre collectrice annulaire Ceci a tout d'abord pour effet des pertes notables d'énergie dues à la formation d'un mouvement tourbillonnaire au voisinage de l'ouverture de la tubulure de sortie, ce qui est néfaste au rendement du compresseur De plus, ce mouvement tourbillonnaire conjointement à la déviation des flux forme des zones de stagnation au voisinage immédiat de la section initiale de la chambre collectrice annulaire, c'est-à-dire à proximité de la section transversale de celle- ci qui présente la "languette" Les zones de stagnation rendent inutiles une partie du volume de la chambre collectrice annulaire et entraînent des pertes supplémentaires dues à l'augmentation de la vitesse moyenne du flux dans la chambre collectrice annulaire et réduisent davantage le rendement du compresseur En outre, les zones de stagnation diminuent les sections de travail de l'espace annulaire en aval du diffuseur, de la chambre collectrice annulaire et de la tubulure de sortie, ce qui perturbe la symétrie du flux par rapport à l'axe de la roue du compresseur, en provoquant ainsi un écart entre les paramètres d'écoulement et les valeurs nominales Ceci restreint la gamme dtutilisation efficace du compresseur ou, en d'autres termes, limite les possibilités de variation du débit avec un fonctionnement efficace, en diminuant le rendement et en provoquant une réaction dynamique sur le fonctionnement de la roue de compresseur et sur le diffuseur Ces réactions sont susceptibles de provoquer des défaillances par fatigue de ces organes et

réduisent la fiabilité du compresseur dans son ensemble.

Par ailleurs, suite à l'augmentation des vitesses moyennes d'écoulement dans l'espace annulaire en aval du diffuseur et dans la chambre collectrice annulaire, les pertes par choc du flux contre la "languette" s'accroissent et, réduisent également le rendement du compresseur en

limitant sa gamme d'utilisation économique.

Enfin, dans un tel compresseur une partie du flux

récircule dans la chambre collectrice annulaire.

L'intensité du flux récirculant et la masse du fluide en récirculation dépendent beaucoup des zones tourbillonnaires se situant au voisinage de l'ouverture de la tubulure de sortie Les zones tourbillonaires empêchent une partie de l'écoulement venant de la chambre collectrice annulaire de pénétrer dans la tubulure de sortie, en forçant cette partie de l'écoulement" à faire un mouvement de retour circulaire dans la chambre collectrice, autour de la roue de compresseur De ce fait, la gamme d'utilisation économique du compresseur est

limitée et son rendement est réduit.

On a essayé d'élever le rendement du compresseur, d'étendre sa gamme d'utilisation économique et d'éviter l'action dynamique de réaction de la chambre collectrice annulaire sur le fonctionnement de la roue et du diffuseur en créant un compresseur centrifuge dont la chambre collectrice annulaire est munie d'une nervure disposée dans un plan tangent à la "languette" et à la surface cylindrique qui détermine le diamètre interne de la chambre collectrice annulaire Cette nervure sépare la partie amont de la chambre collectrice de sa partie aval (V.F Ris, "Tsentrobezhnyye kompressornyye mashiny", 1981,

Mashinostroenie (Léningrad), page 205, figures 3 87).

Pôur le reste, ce compresseur est analogue à celui décrit

plus haut.

Grâce à cette nervure, il devient possible d'abaisser notablement l'intensité de la récirculation et la masse du flux en circulation dans la chambre collectrice annulaire, ce qui réduit les pertes d'énergie dues à la récirculation, c'est-à-dire au mouvement rotatif

d'une partie du flux dans la chambre.

Cependant, l'avantage de cette conception de compresseur n'est pas complètement utilisé étant donné qu'une telle nervure rend plus compliqué l'écoulement du fluide compressible au voisinage de l'ouverture de la tubulure de sortie les zones d'écoulement les plus affectéessont précisément disposées en amont et en aval de la nervure suivant le sens d'écoulement dans la chambre collectrice Dans ces zones, les flux du diffuseur, de l'espace annulaire en aval du diffuseur, de la chambre collectrice et de la tubulure de sortie diffèrent considérablement en vitesse et en direction La vitesse et la direction du flux sortant du diffuseur et de l'espace en aval du diffuseur vers la chambre collectrice annulaire et la tubulure de sortie diffèrent beaucoup plus considérablement comparées à la vitesse et à la direction du flux sortant de la chambre collectrice vers la tubulure de sortie dans un compresseur muni de la nervure précitée

que dans le compresseur ne possedant pas cette nervure.

Qui plus est, dans ce compresseur une composante axiale du flux passant de l'espace en aval du diffuseur dans la chambre collectrice annulaire via le jeu périphérique agit dans la zone au voisinage de l'ouverture de la tubulure de sortie dans un sens perpendiculaire à l'écoulement dans la chambre collectrice annulaire Cela provoque des pertes importantes d'énergie dues à la production d'un

tourbillonnement, ce qui nuit au rendement du compresseur.

En outre, la nervure forme une zone stable de stagnation dite "d'ombre" se situant en aval de la nervure en suivant le sens d'écoulement dans la chambre collectrice annulaire, ce qui rend inactive la partie amont de la chambre collectrice annulaire en créant des pertes additionnelles dues à l'augmentation de la vitesse moyenne d'écoulement dans la chambre collectrice et dans l'espace annulaire en aval du diffuseur Dans les compresseurs à régime rapide, les zones de stagnation que cette nervure fait apparaître réduisent très fortement la section efficace de l'espace annulaire en aval du diffuseur et de la chambre collectrice annulaire, ce qui perturbe la symétrie du flux venant du diffuseur par rapport à l'axe de la roue, en provoquant un écart entre les paramètres du flux et les paramètres nominaux Tous ces facteurs conditionnés par la présence de la nervure réduisent davantage le rendement du compresseur, limitent sa gamme d'utilisation économique et exercent une action dynamique de réaction sur la roue de compresseur et les éléments du diffuseur, capable d'entraîner des défaillances des pièces

par fatigue.

La présente invention a pour but de fournir un compresseur centrifuge qui permettrait de réduire brusquement la formation des tourbillons dans la zone proche de l'ouverture d'entrée de la tubulure de sortie et d'éviter la formation de zones de stagnation au voisinage de cette ouverture d'entrée en améliorant ainsi le rendement du compresseur, en étendant sa gamme d'utilisation efficace et en élevant sa fiabilité en service. A cet effet, dans un compresseur centrifuge comportant un carter, une tubulure de sortie et, disposés successivement à l'intérieur du carter, une roue, un diffuseur, un espace annulaire en aval du diffuseur limité par la surface intérieure cylindrique de la paroi du carter et une chambre collectrice annulaire limitée par la surface intérieure cylindrique de la paroi du carter et communiquant avec l'espace annulaire en aval du diffuseur par un jeu périphérique, le volume intérieur de la tubulure de sortie s'étendant tangentiellement à la chambre collectrice annulaire et à l'espace annulaire en aval du diffuseur et la surface intérieure de la paroi de 7, la tubulure de sortie ensemble avec la surface cylindrique intérieure de la paroi du carter formant une partie en saillie en languette appelée ci-après "languette", conformément à l'invention le volume intérieur de la tubulure de sortie reçoit une cloison longitudinale dont une partie s'étend au jeu périphérique entre l'espace annulaire en aval du diffuseur et la chambre collectrice annulaire pour séparer ceux-ci l'un de l'autre dans la zone o ils sont conjugués à la tubulure de sortie, une partie du volume intérieur de la tubulure de sortie qui se trouve d'un côté de la cloison longitudinale constituant un prolongement de l'espace annulaire en aval du diffuseur, alors que la partie du volume intérieur de la tubulure de sortie qui se trouve de l'autre côté de la cloison longitudinale constitue un prolongement de la

chambre collectrice annulaire.

Un tel agencement du compresseur permet d'augmenter à tous débits le rendement du compresseur, du débit minimal au débit maximal, d'élargir sa gamme de fonctionnement économique et de réduire notablement l'effet dynamique de réaction exercé par le flux dans la zone de l'ouverture d'entrée de la tubulure sur le fonctionnement de la roue de compresseur et du diffuseur,

ce qui améliore la fiabilité en service du compresseur.

L'amélioration du rendement du compresseur est obtenue grâce à une brusque diminution de l'intensité du tourbillonnement au voisinage de l'ouverture d'entrée de la tubulure, ce qui est rendu possible par la séparation à l'aide de la cloison, de l'espace annulaire en aval du diffuseur d'avec la chambre collectrice annulaire dans la zone de leur jonction à la tubulure de sortie Du coup, de bonnes conditions d'écoulement sont assurées de sorte que les différences de vitesse et de direction d'écoulement de part et d'autre de la cloison n'influent pas sur les caractéristiques de l'écoulement au voisinage de l'ouverture d'entrée de la tubulure de sortie, puisque les flux des deux côtés de la cloison ne se mélangent plus et n'exercent par conséquent pas d'influence l'un sur l'autre La zone de déplacement est déportée ici en aval du bord de la cloison du côté de la section de sortie de la tubulure, à un emplacement o les flux ont de part et d'autre de la cloison des vitesses et les directions identiques, ces vitesses étant beaucoup moins importantes que celles d'un écoulement dans l'espace annulaire en aval

du diffuseur et dans la chambre collectrice annulaire.

Par ailleurs, une augmentation additionnelle du rendement est obtenue aussi bien grâce à la suppression des zones de stagnation dues au tourbillonnement et à la déviation des flux dans la zone de la section amont de la chambre collectrice annulaire c'est-à-dire dans le plan de la section transversale de la chambre à proximité de la "languette" que grâce à la suppression des zones de stagnation dues, dans le compresseur connu et décrit plus haut, à la présence dtune nervure dans la section amont de la chambre collectrice annulaire La suppression des zones de stagnation permet de maintenir une aire maximale de la section "efficace" de la chambre dans la zone de sa section transversale à proximité de la "languette" et d'éviter l'augmentation de la vitesse moyenne d'écoulement dans la chambre collectrice annulaire Une réduction brusque de l'intensité de tourbillonnement et la suppression des zones de stagnation contribue à la symétrie du flux sortant du diffuseur par rapport à la roue de compresseur en éliminant les causes d'écart entre les paramètres du flux et les valeurs nominales Ceci permet d'augmenter davantage le rendement du compresseur, d'élargir la gamme de débits o son fonctionnement reste économique et évite l'effet dynamique de réaction sur la roue et sur le diffuseur à aubes, ce qui améliore la

fiabilité du compresseur.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les extrémités opposées de la cloison longitudinale dans sa partie s'étendant dans le jeu périphérique qui met en communication l'espace annulaire en aval du diffuseur avec la chambre collectrice annulaire, sont munies de chanfreins, l'extrémité se trouvant du côté de la "languette" étant chanfreinée du côté de l'espace annulaire en aval du diffuseur et l'extrémité opposée étant quant à elle chanfreinée du côté

de la chambre collectrice annulaire.

Un tel agencement du compresseur permet, tout d'abord d'assurer une jonction douce, sans pertes aux arêtes par tourbillonnement, du flux quittant l'espace annulaire en aval du diffuseur dans la zone de la "languette" avec le flux récirculant dans la chambre collectrice, puisque le bord de la cloison s'amincit progressivement suivant le sens de l'écoulement De plus, un tel agencement permet d'exclure les pertes par choc lors de l'arrivée du flux sortant de l'espace annulaire en aval du diffuseur dans la chambre collectrice annulaire, étant donné que l'épaisseur du bord de la cloison croît progressivement suivant le sens de mouvement du flux qui l'attaque De ce fait, le rendement du compresseur s'accroît, sa gamme d'utilisation économique s'élargit, l'effet de réaction du flux sur la roue et sur le diffuseur à aubes est supprimé, ce qui améliore par

conséquent la fiabilité de compresseur.

Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'extrémité de la cloison du côté de la section de sortie de la tubulure d'échappement est disposée de manière qu'à l'emplacement de cette extrémité, la surface de la section transversale de la partie du volume intérieur de la tubulure qui constitue le prolongement de la chambre collectrice annulaire soit de 3 à 6 fois supérieure à la surface de la section transversale de la partie du volume intérieur de la tubulure d'échappement qui constitue le prolongement de

l'espace annulaire en aval du diffuseur.

Une telle conception du compresseur permet d'assurer l'égalité des vitesses des flux sortant de l'espace annulaire en aval du diffuseur et de la chambre collectrice annulaire dans le plan de la section transversale de la tubulure dans lequel se situe l'arête

de sortie de la cloison.

De ce fait il devient possible de réduire les pertes par turbulence dans la zone de la section de sortie de la tubulure, d'o il résulte une augmentation

additionnelle du rendement du compresseur.

Il convient de noter ici qu'une partie de la surface intérieure de la paroi de la tubulure déchappement formant un ensemble avec la surface cylindrique intérieure de la paroi du carter la partie de la "languette" qui est disposée en face de l'espace annulaire en aval du diffuseur, est avantageusement disposée suivant une tangente à la trajectoire de déplacement du fluide compressible sur le tronçon entre le diffuseur et cette partie de la "languette" Une telle réalisation de la "languette" permet un glissement doux le long de la "languette" du flux venant de l'espace annulaire en aval du diffuseur Ceci a pour effet de supprimer les pertes d'énergie par choc, de réduire l'intensité des turbulences et d'exclure les zones de stagnation au voisinage de la "languette", ce qui contribue également à élever le rendement du compresseur, à élargir sa gamme de fonctionnement économique, et à diminuer l'action dynamique de réaction provoquée par la "languette" sur la

roue et sur le diffuseur à aubes.

De plus, le diffuseur conforme à l'invention est un diffuseur à aubes; la partie de la surface intérieure de la paroi de la tubulure déchappement formant 1 1 conjointement avec la surface cylindrique intérieure de la paroi du carter la partie de la "languette" qui se situe au regard de l'espace annulaire en aval du diffuseur se trouve avantageusement dans un plan formant un angle égal à celui de la sortie des aubes du diffuseur, par rapport à un plan passant en tangente à la surface cylindrique qui détermine le diamètre extérieur du diffuseur par la ligne d'intersection de cette surface cylindrique avec le plan dans lequel se situe ladite partie de la surface

intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement.

Un tel agencement du compresseur permet à la languette" de recevoir en souplesse l'écoulement venant de l'espace annulaire en aval du diffuseur lorsque ce dernier est doté d'aubes orientées suivant un angle

déterminé pour former les canaux de diffuseur.

Ceci supprime les pertes d'énergie par choc et par turbulence au voisinage de la "languette, ce qui améliore le rendement du compresseur, étend sa gamme d'utilisation économique et diminue l'effet de réaction sur le fonctionnement du diffuseur à aubes en augmentant ainsi la

fiabilité du compresseur.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la partie de la surface intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement et la partie de la surface cylindrique de la paroi du carter qui forment la partie de la "languette" faisant face à la chambre collectrice annulaire sont jointes l'une à l'autre suivant une courbe qui présente un rayon de courbure égal à /0,2 à o, 4/ 1 V-S, o S est la surface de la

section de sortie de la tubulure d'échappement.

Une telle réalisation du compresseur permet d'amortir l'arrivée de l'écoulement venant de la chambre collectrice annulaire sur la "languette" et de réduire la quantité de flux en récirculation Ceci évite les pertes d'énergie par choc et par turbulence à proximité de la partie de la "languette" qui fait face à la chambre collectrice annulaire, et réduit la quantité d'énergie utilisée par la récirculation du courant dans la chambre collectrice annulaire, ce qui élève davantage le rendement du compresseur, élartit sa gamme d'utilisation économique

et augmente sa fiabilité en exploitation.

Les autres objectifs et les avantages ressortiront

plus clairement à la lecture de la description d'un

exemple de réalisation qui suit et se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue compresseur centrifuge conforme à longitudinale partielle; la figure 2 est une vue ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue ligne III-III de la figure 1 la figure 4 est une vue ligne IV-IV de la figure 2; la figure 5 est une vue la figure 2; la figure 6 est une vue la coupe de la figure 3; la figure 7 est une vue ligne VII-VII de la figure 6 la figure 8 est une vue partie de la coupe de la figure 3 la figure 9 est une vue

ligne IX-IX de la figure 8.

schématique d'un l'invention, en coupe en coupe suivant la en coupe suivant la en coupe suivant la suivant la flèche C de agrandie d'une partie de en coupe suivant la agrandie d'une autre et en coupe suivant la Comme on le voit sur les figures 1 à 6, un compresseur centrifuge conforme à l'invention comporte un corps 1 et, disposés en série l'un après l'autre à l'intérieur du carter, une roue 2, un diffuseur à aubes 3 et une chambre collectrice 4 Le diffuseur 3 comporte une pluralité d'aubes 5 (figure 2) espacées par des intervalles réguliers et s'étendant entre une surface cylindrique 6 qui détermine le diamètre intérieur du diffuseur 3 et une surface cylindrique 7 qui détermine son diamètre extérieur Les surfaces 6 et 7 sont représentées sur la figure 2 en trait interrompu mixte A l'extérieur du diffuseur 3 (figures 1 6) est ménagé un espace annulaire 8 La chambre collectrice annulaire 4 et l'espace annulaire 8 sont limités par la surface intérieure cylindrique 9 de la paroi du carter 1 La chambre collectrice annulaire 4 est séparée du diffuseur 3 et, en partie de l'espace annulaire 8, par une cloison radiale annulaire 10 L'espace annulaire 8 est mis en communication avec la chambre 4 par un jeu annulaire 11, s'étendant entre l'extrémité extérieure 1 Oa de la cloison

10 et la surface 9.

Le compresseur est doté d'une tubulure d'échappement 12 venue de matière avec le carter 1 Le volume intérieur de la tubulure 12 communique avec la chambre collectrice annulaire 4 et l'espace annulaire 8 en aval du diffuseur 3 et s'étend dans leur prolongement suivant un sens longitudinal La surface intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement 12 et la surface intérieure cylindrique 9 de la paroi du carter 1 forment une "languette" présentant deux parties de formes différentes, à savoir une partie 13 a disposée face à l'espace annulaire 8, et une partie 13 b faisant face à la

chambre collectrice annulaire 4.

Le volume intérieur de la tubulure 12 comporte une cloison longitudinale 14 Une partie de la cloison 14 s'étend à l'intérieur du jeu annulaire 11 entre l'espace annulaire 8 et la chambre 4 en séparant l'espace 8 et la chambre 4 à l'endroit de leur jonction avec la tubulure 12 La cloison 14 est disposée de façon que la partie 15 du volume intérieur de la tubulure 12 qui se trouve d'un côté de la cloison 14 constitue un prolongement dans une direction tangente à l'espace annulaire 8, tandis que l'autre partie 16 qui se trouve de l'autre côté de la cloison 14 constitue un prolongement, dans un sens

tangentiel, de la chambre collectrice annulaire 4.

La partie de la cloison 14 s'étendant dans le jeu annulaire 11 possède une extrémité étendue 14 a passant le long de l'extrémité 1 ia de la cloison radiale 10 et deux extrémités courtes 14 b et 14 c adjacentes à l'extrémité 14 a des côtés opposés, l'extrémité 14 b se trouvant du même côté que la "languette" 13 a, 13 b, l'extrémité 14 c, se trouvant quant à elle du côté opposé à celle-ci Entre l'extrémité 14 a de la cloison 14 et l'extrémité 1 Oa de la cloison 10 est placé un joint d'étanchéité 17 réalisé en

caoutchouc, par exemple.

L'extrémité 14 d de la cloison 14 du côté de la section de sortie 18 de la tubulure 12 est disposée de manière qu'à l'emplacement de l'extrémité 14 d, la superficie de la section transversale de la partie 16 du volume intérieur de la tubulure 12 soit de 3 à 6 fois supérieur à la superficie de la section transversale de la partie 15 de son volume intérieur A cet effet la cloison 14 est recourbée en direction de la partie 15 du volume intérieur de la cloison 12 On notera qu'une forme réelle particulière de la cloison 14 dépend de la forme de la tubulure d'échappement 12 En d'autres termes, pour obtenir le rapport indiqué plus haut entre les surfaces en sections transversales des parties 15 et 16, la cloison 14 peut être soit plane, soit recourbée en direction de la

partie 16.

La partie de la surface intérieure 12, formant un ensemble avec la surface intérieure 9 de la paroi du corps 1 la partie 13 a de la "languette", se trouve dans un plan P (figure 2) dont la position est déterminée par un angle 4 de sortie des aubes 5 du diffuseur 3 Le plan P est situé de sorte que l'angle entre ce plan et un plan Q passant suivant une tangente à la surface cylindrique 7 par la ligne d'intersection de cette surface avec le plan P soit égal l'angleo L 4 de sortie des aubes 5 Une partie 13 a de la "languette" est pointue, tandis qu'une partie 13 b (figures 3 et 6) de la "languette" est arrondie Le rayon de courbure de la partie 13 b de la "languette", c'est-à-dire le rayon R de la courbe de jonction entre une partie de la surface intérieure de la paroi de la tubulure 12 et une partie de la surface interne 9 de la paroi du carter 1 est choisi d'après la relation R = 0,2 0,4 V-7,1 o S est la superficie de la section de sortie 18 de la tubulure 12 La partie arrondie 13 de la "languette"

est représentée à plus grande échelle sur la figure 6.

Comme visible sur la figures 6 à 9, les extrémités 14 b et 14 c de la cloison 14 ont des chanfreins 19 et 20, respectivement Le chanfrein 19 de l'extrémité 14 b est réalisé du côté de l'espace annulaire 8 et le chanfrein 20 de l'extrémité 14 c est réalisé du côté de la chambre

collectrice annulaire 4.

Pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge, la roue 2 est entrainée en rotation pour refouler des gaz comprimés dans le diffuseur 3 Les gaz passent entre les aubes 5 du diffuseur 3 de la surface 6 vers la surface 7 et pénètrent dans le jeu 8 en aval du diffuseur 3 L'angle déchappement du courant gazeux à chaque point de la surface 7 est égal à l'angle OC 4 de

sortie des aubes 5 du diffuseur 3.

Issue de l'espace annulaire 8, une portion relativement faible des gaz arrive directement au volume intérieur de la tubulure de sortie 12 La majeure partie des gaz issue de l'espace 8 via le jeu annulaire 11 accède dans la chambre 4 D'habitude, le volume de la portion des gaz pénétrantdans la chambre 4 est de 3 à 6 fois supérieur au volume des gaz arrivant dans la tubulure 12 directement de l'espace annulaire 8 A partir de la chambre 4, la majeure partie des gaz passe dans le volume intérieur de la tubulure 12 Une petite partie des gaz de la chambre 4 passe au-dessus de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12 sans s'y engager, en restant dans la chambre 4

et en formant un courant dit de récirculation.

Grâce à la présence de la cloison longitudinale 14 séparant l'espace annulaire 8 de la chambre 4 à l'endroit o il rejoint la tubulure 12, les gaz sont amenés à la tubulure 12 en deux courants A et B (figure 4) Le courant A passe à l'espace annulaire 8 dans la partie 15 du volume intérieur de la tubulure 12 La structure du courant A est illustrée par les lignes conventionnelles d'écoulement "a-a" de la figure 2 Le courant passant de l'espace annulaire 8 b à la chambre 4 à l'endroit de disposition de la "languette" 13 a, 13 b est représenté par la ligne d'écoulement "a-b" Le courant B passe de la chambre 4 vers la partie 16 du volume intérieur de la tubulure 12 La structure du courant B est illustrée par les lignes conventionnelles d'écoulement "b-b" de la figure 3 Le courant de récirculation, à l'emplacement de la "languette" 13 b est représenté par la

ligne d'écoulement "b-c".

Les caractéristiques de mouvement du courant A sont déterminées par la position des aubes 5 du diffuseur 3, alors que l'allure du courant B est déterminée par la

rotation du courant dans des plans méridiens et radiaux.

De ce fait, les vitesses et les directions des composantes formant les courants A et B à proximité de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12 à travers laquelle cette dernière communique avec l'espace annulaire 8 et la chambre annulaire 4, diffèrent considérablement Puisque les courants A et B sont séparés l'un de l'autre par la cloison 14, ils ne se mélangent pas et n'agissent pas l'un sur l'autre Ceci permet de réduire rapidement les turbulences à proximité de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12, celles-ci étant provoquées dans les constructions connues,par l'interaction des courants pénétrant dans la tubulure de sortie depuis l'espace en

aval du diffuseur et la chambre collectrice annulaire.

Avec le compresseur conforme à l'invention, l'interaction des courants A et B arrivant dafis la tubulure d'échappement 12 et issus de l'espace 8 en aval du diffuseur 3 et de la chambre collectrice annulaire 4, a lieu en aval du bord 14 d de la cloison 14 qui est disposé du côté de la section d'échappement 18 de la tubulure 12 A cet endroit les courants A et B se joignent l'un à l'autre et présentent des vitesses et des directions identiques Ici les vitesses sont beaucoup moins importantes que dans l'espace annulaire 8 et la chambre collectrice annulaire 4, ce qui évite le tourbillonnement dans la zone d'interaction des courants A et B. En outre, la cloison longitudinale 14 évite l'apparition, au voisinage de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12, d'un courant transversal à travers le jeu

annulaire 11.

Du même coup, on évite de repousser le courant "b-b", sous l'action du courant transversal, depuis la cloison radiale 10 à l'intérieur de la chambre 4 et d'augmenter la vitesse moyenne des courants "lb-c" ce qui

pourrait entraîner des pertes supplémentaires d'énergie.

La suppression de l'interaction des courants A et B à proximité de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12 et le fait d'avoir empêché l'apparition de courants transversaux a permis de réduire brusquement l'intensité des turbulences à proximité de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12 et ainsi de réduire les pertes d'énergie de

manière à augmenter le rendement du compresseur.

En outre, une diminution brutale des turbulences et la suppression des courants transversaux à proximité de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12 empêchent l'apparition de zones de stagnation au voisinage de la section amont de la chambre collectrice annulaire 4, c'est-à-dire en amont de la section transversale de cette chambre à proximité de la partie 13 b de la "languette" La section amont transversale de la chambre 4 correspond à peu près au plan IV-IV de la figure 2 La suppression des zones de stagnation évite les diminution des sections efficaces de la chambre collectrice annulaire 4 dans la zone de sa section amont, tout en limitant l'augmentation de la vitesse moyenne des courants A et B dans l'espace annulaire 8 et dans la chambre 4 On augmente ainsi davantage le rendement du compresseur, en maintenant la symétrie des courants dans l'espace 8 et dans la chambre 4, par rapport à la roue à aubes 2 De ce fait, on assure une bonne correspondance entre les paramètres nominaux et réels des courants dans la roue 2, le diffuseur 3 et la chambre 4, ce qui étend la gamme de fonctionnement économique du compresseur et exclut l'effet dynamique de réaction sur la roue 2 et sur le diffuseur 3, en améliorant ainsi la fiabilité du compresseur pendant son utilisation On notera ici que contrairement à la nervure utilisée dans le compresseur connu et décrit plus haut, la cloison 14 ne produit pas de zones " 1 d'ombre"l qui affecteraient notablement le fonctionnement du compresseur. Comme cela a été indiqué plus haut, à l'emplacement de l'extrémité 14 d de la cloison 14, la superficie de la section transversale de la partie 16 du volume intérieur de la tubulure 12 est de 3 à 6 fois supérieure à celle de la section transversale de la partie 15 du volume intérieur de la tubulure 12 Un tel arrangement de la cloison 14 permet d'équilibrer, dans le plan de la section de sortie 18 de la tubulure 12, les vitesses des courants A et B sortant de la l'espace 8 et de la chambre 4 et de réduire au minimum les pertes par turbulences lors du mélange des courants A et B Ceci est dû au fait que seule une faible portion des gaz provenant de l'espace annulaire 8 pénètre dans la partie 15 du volume intérieur de la tubulure 12 Cette quantité de gaz est fonction du nombre de canaux entre les aubes 5 du diffuseur 3 s'ouvrant sur la partie 15 du volume intérieur 12 Habituellement ils sont de 3 à 5 Les autres canaux entre les aubes 5 du diffuseur 3 dirigent les gaz vers la

chambre 4 par l'intermédiaire du jeu annulaire 11.

D'ordinaire ces canaux sont au nombre de 15 à 18 Or, la quantité des gaz provenant de l'espace 8 à la chambre 4 peut, en fonction de la construction particulière du compresseur, être de 3 à 6 fois supérieure à la quantité de gaz provenant de l'espace 8 directement dans la

tubulure 12.

Les lignes "a-a" d'écoulement du courant A arrivant dans la tubulure 12 depuis l'espace annulaire 8, ont, à proximité de l'ouverture d'entrée de la tubulure 12, des directions strictement déterminées, prescrites par les aubes 5 du diffuseur 3 Ces directions sont déterminées par l'angle d'échappement des gaz du diffuseur

3 qui est égal à l'angle Y 4 des aubes 5.

Ainsi, la-ligne "a-a" d'écoulement du courant A s'étendant au voisinage de la surface de la partie 13 a de la "languette", formée par la surface interne de la tubulure 12, est au fond parallèle au plan P dans lequel se situe ladite surface de la partie 13 a de la "languette" En résultat, on obtient un contournement en douceur de la partie 13 a de la "languette" par le courant en provenance de l'espace annulaire 8 qui s'y heurte Cela permet d'éviter les pertes d'énergie par choc, de réduire les turbulences et de supprimer les zones de stagnation au voisinage de la partie 13 a de la "languette", ce qui augmente le rendement du compresseur, élargit sa gamme de fonctionnement économique et diminue l'action dynamique de réaction de la partie 13 a de la "languette" sur le

fonctionnement de la roue 2 et du diffuseur 3.

Par contre, il est en effet impossible, à proximité de la partie 13 b de la "languette" de trouver par calcul les directions des lignes "b-b" d'écoulement du courant B arrivant dans le volume intérieur de la tubulure 12 de la chambre collectrice annulaire 4, la position du point critique K pour le courant se heurtant à la partie 13 b de la "languette" étant inconnue Pour cette raison, la forme arrondie de la partie 13 b de la "languette" reste optimale, puisque, dans ce cas la position du point critique K influe très peu sur la nature de l'écoulement sur la partie 13 b de la "languette" du courant provenant

de la chambre 4.

Il est avantageux de choisir le rayon de courbure R de la partie 13 b de la "languette" d'autant plus grand que la vitesse du courant arrivant sur cette partie est plus petite, puisque les pertes dues au choc du courant contre la surface de la partie 13 b de la "languette'

décroissent avec la diminution de la vitesse du courant.

La vitesse du courant heurtant la partie 13 b de la "languette" est d'autant plus grande que la surface de la section de sortie 18 de la tubulure 12 est petite On a établi par expérience que les pertes d'énergie sont minimales lorsque le rayon de courbure R de la partie 13 b de la 'languette" est égal à 0,2 = à 0,4 Y-S, avec S qui représente la surface de la section 18 de la tubulure 12 Si le rayon R est inférieur à 0,2 W =, on enregistre de grandes pertes par turbulence, si le rayon R est supérieur à 0,4 V'= des pertes importantes apparaissent, dues à l'impact du courant sur la surface de la partie 13 b

de la "languette"'.

Le courant gazeux passant de l'espace annulaire 8 à la chambre 4 via le jeu annulaire 11 présente deux composantes: l'une est dirigée circonférentiellement, l'autre, perpendiculairement au plan de la cloison radiale Le vecteur vitesse résultant du courant passant à travers le jeu annulaire 11 fait donc un angle par rapport au plan de la cloison radiale 10 Le courant s'écoule suivant une hélice dont la direction est telle qu'il se heurte à l'extrémité 14 c de la partie de la cloison 14 qui s'étend dans le jeu annulaire 11 lorsqu'il passe du côté de l'espace annulaire 8 vers la chambre 4, et qu'il descend de l'extrémité 14 b de la même partie de la cloison 14 en se déplaçant également du côté de l'espace annulaire

8 vers la chambre 4.

Ainsi, le chanfrein 20 réalisé sur l'extrémité 14 c du côté de la chambre 4 se situe le long de la direction d'arrivée du courant, alors que le chanfrein 19 réalisé sur l'extrémité 14 b du côté de l'espace annulaire 8 est aligné sur le sens d'échappement du courant De ce fait un contournement plus doux des extrémités 14 b et 14 c se trouve assuré par les courants d'arrivée et d'échappement respectivement, ce qui réduit les pertes dues aux chocs sur l'extrémité 14 c et les pertes aux arêtes de

l'extrémité 14.

Le compresseur centrifuge conforme à la présente invention est prévu pour pomper du gaz naturel dans les gazoducs, a un un régime optimal de 4800 t/min, et un débit de 235 m 3/min sous une pression initiale de gaz de 5 M Pa et à une température initiale de gaz de 150 C La pression des gaz à la sortie de la tubulure est de 7,7 M Pa, la puissance consommée est de 9600 k W et le rendement polytropique atteint 86 % On signalera ici que le compresseur conforme à l'invention présente une large gamme d'utilisation économique et une fiabilité

d'exploitation élevée.

Claims (5)

R E V E N D I C A T I O N S

1 Compreseur centrifuge comportant un carter ( 1), une tubulure d'échappement ( 12) et, disposés en série à l'intérieur du carter ( 1), une roue ( 2), un diffuseur ( 3) un espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3) défini par la surface intérieure cylindrique ( 9) de la paroi du carter ( 1), et une chambre collectrice annulaire ( 4) définie par la surface intérieure cylindrique ( 9) de la paroi du carter ( 1) et mise en communication avec l'espace annulaire ( 8) situé en aval du diffuseur ( 3) par l'intermédiaire d'un jeu annulaire ( 11), le volume intérieur de la tubulure d'échappement ( 12) constituant un prolongement de la chambre collectrice annulaire ( 4) et de l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3) dans une direction tangente, tandis que la surface intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement ( 12) conjointement avec la surface intérieure cylindrique ( 9) de la paroi du carter ( 1) forment une "languette" ( 13 a, 13 b), caractérisé en ce que le volume intérieur de la tubulure d'échappement ( 12) comporte une cloison longitudinale ( 14) dont une partie s'étend dans le jeu annulaire ( 11) entre l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3) et la chambre collectrice annulaire ( 4) et sépare ceux- ci l'un de l'autre à l'emplacement de leur jonction avec la tubulure d'échappement ( 12), une partie ( 15) du volume intérieur de la tubulure d'échappement ( 12) disposée d'un côté de la cloison longitudinale ( 14) constituant un prolongement de l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3), et la partie ( 16) du volume intérieur de la tubulure d'échappement ( 12) disposée de l'autre côté de la cloison longitudinale ( 14) constituant un prolongement de la

chambre collectrice annulaire ( 4).

2 Compresseur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité ( 14 d) de la cloison longitudinale du côté de la section de sortie ( 18) de la tubulure d'échappement ( 12) est disposée de façon qu'à l'emplacement de cette extrémité ( 14 d) l'aire de la section transversale de la partie ( 16) du volume intérieur de la tubulure d'échappement ( 12) qui constitue un prolongement de la chambre collectrice annulaire ( 4) est de 3 à 6 fois supérieure à l'aire de la section transversale de la partie ( 15) du volume intérieur de la tubulure d'échappement ( 12) qui constitue un prolongement

de l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3).

3 Compresseur centrifugre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie de la surface intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement ( 12) qui forme conjointement avec la surface cylindrique intérieure ( 9) de la paroi du carter ( 1) une partie ( 13 a) de la "languette" qui fait face à l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3), est tangente au trajet de déplacement du fluide compressible dans le secteur compris entre le diffuseur ( 3) et la partie ( 13 a) de la "languette".

4 Compresseur centrifuge selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diffuseur ( 3) est un diffuseur à aubes, et la partie de la surface intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement ( 12) qui forme conjointement avec la surface cylindrique intérieure ( 9) de la paroi du carter ( 1) la partie ( 13 a) de la "languette" faisant face à l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3), se situe dans un plan (P) faisant un angle égal à l'angle ( 4) de sortie des aubes ( 5) du diffuseur ( 3) par rapport à un plan (Q) tangent à la surface cylindrique ( 7), définissant le diamètre extérieur du diffuseur ( 3), par la ligne d'intersection de cette surface cylindrique ( 7) avec le plan P dans lequel se situe ladite partie de la surface

intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement ( 12).

Compresseur centrifuge selon l'une quelconque

des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie

de la surface intérieure de la paroi de la tubulure d'échappement ( 12) et une partie de la surface cylindrique intérieure ( 9) de la paroi du carter ( 1) qui forme conjointement la partie ( 13 b) de la "languette" disposée en regard de la chambre collectrice annulaire ( 4) sont conjuguées suivant une courbe dont le rayon (R) de courbure est égal à ( 0,2 à 0,4) V'7, avec S qui représente la surface de la section de sortie ( 18) de la

tubulure d'échappement ( 12).

6 Compresseur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités opposées ( 14 b, 14 c) de la cloison longitudinale ( 14), sur sa partie s'étendant dans le jeu annulaire ( 11) mettant en communication l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3) avec la chambre collectrice annulaire ( 4), sont munies de chanfreins ( 19, 20), l'extrémité ( 14 b) se trouvant du c Sté de la "languette" ( 13 a, 13 b) ayant un chanfrein ( 19) du c 8 té de l'espace annulaire ( 8) en aval du diffuseur ( 3), et l'extrémité ( 14 c) se trouvant du c Sté opposé ayant un chanfrein ( 20) du côté de la chambre annulaire

collectrice ( 4).