FR3038665A1

FR3038665A1 -

Info

Publication number: FR3038665A1
Application number: FR1556410A
Authority: FR
Inventors: Patrice Bonnefoi; Nicolas Nouyrigat; Arnaud Daussin
Original assignee: Danfoss Commercial Compressors SA
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-13
Anticipated expiration: 2035-07-07
Also published as: WO2017005477A1; US20180142694A1; CN107850080B; CN107850080A; FR3038665B1; US10619645B2; WO2017005477A8

Abstract

Le compresseur centrifuge comporte un carter hermétique ; un arbre d'entraînement (4) ; des premier et deuxième étages de compression (8, 9) configurés pour comprimer un fluide frigorigène, les premier et deuxième étages de compression (8, 9) comportant respectivement des premier et deuxième rouets (18, 19), les premier et deuxième rouets (18, 19) étant reliés à l'arbre d'entraînement (4) et étant agencés selon une configuration dos-à-dos ; une rainure annulaire radiale (27) formée entre les côtés arrières (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19) ; un agencement d'étanchéité inter-étages (35) prévu entre les premier et deuxième étages de compresseur (8, 9) et dans la rainure annulaire radiale (27) ; un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l'arbre d'entraînement (4) ; et un agencement de palier de butée configuré pour limiter un déplacement axial de l'arbre d'entraînement (4) pendant le fonctionnement. Le diamètre de l'agencement d'étanchéité inter-étages (35) est configuré pour minimiser l'amplitude de la charge axiale appliquée sur l'agencement de palier de butée pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge (2).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un compresseur centrifuge, et en particulier à un compresseur centrifuge à deux étages.

Arrière-plan de l’invention

Le document WO2012124293 décrit un compresseur centrifuge à deux étages comportant notamment : - un carter hermétique, - un arbre d’entraînement agencé de manière rotative à l’intérieur du carter hermétique, - des premier et deuxième étages de compression configurés pour comprimer un fluide frigorigène, les premier et deuxième étages de compression comportant respectivement des premier et deuxième rouets, les premier et deuxième rouets étant reliés à l’arbre d’entraînement et étant agencés selon une configuration dos-à-dos, - une rainure annulaire radiale formée entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets, - un agencement d’étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième étages de compresseur et dans la rainure annulaire radiale, - un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement, et - un agencement de palier de butée configuré pour limiter un déplacement axial de l’arbre d’entraînement pendant le fonctionnement.

Pendant le fonctionnement d’un tel compresseur centrifuge à deux étages, les charges axiales appliquées sur l’agencement de palier de butée sont élevées, ce qui nécessite la fourniture d’un grand agencement de palier de butée pour résister aux charges axiales appliquées sur ce dernier. Il en résulte un compresseur centrifuge ayant une consommation de puissance élevée. Résumé de l’invention

Un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur centrifuge qui peut surmonter les inconvénients rencontrés avec des compresseurs centrifuges classiques.

Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur centrifuge ayant un agencement de palier de butée de taille réduite et ayant donc une faible consommation d’énergie.

Selon l’invention, un tel compresseur centrifuge comporte : - un carter hermétique, - un arbre d’entraînement agencé de manière rotative à l’intérieur du carter hermétique, - des premier et deuxième étages de compression configurés pour comprimer un fluide frigorigène, les premier et deuxième étages de compression comportant respectivement des premier et deuxième rouets, chacun des premier et deuxième rouets ayant un côté avant et un côté arrière, les premier et deuxième rouets étant reliés à l’arbre d’entraînement et étant agencés selon une configuration dos-à-dos, - une rainure annulaire radiale formée entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets, - un agencement d’étanchéité inter-étages circulaire prévu entre les premier et deuxième étages de compresseur et dans la rainure annulaire radiale, - un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement, et - un agencement de palier de butée configuré pour limiter un déplacement axial de l’arbre d’entraînement pendant le fonctionnement, où le diamètre de l’agencement d’étanchéité inter-étages est configuré pour minimiser l’amplitude de la charge axiale appliquée sur l’agencement de palier de butée pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge.

Une telle configuration de l’agencement d’étanchéité inter-étages, et en particulier de son diamètre, permet la fourniture d’un agencement de palier de butée de taille réduite, et donc de réduire la consommation d’énergie du compresseur centrifuge. Ces dispositions permettent donc d’augmenter l’efficacité du compresseur centrifuge.

Le compresseur centrifuge peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre de l’agencement d’étanchéité inter-étages est configuré de sorte que la valeur absolue de la charge de butée axiale se produisant au cours de conditions quelconques de fonctionnement du compresseur centrifuge soit minimale.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages est inférieur à la moitié du diamètre extérieur du premier rouet et est inférieur à la moitié du diamètre extérieur du deuxième rouet.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le rapport entre le diamètre extérieur du premier rouet et le diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages est supérieur à 2,5, et le rapport entre le diamètre extérieur du deuxième rouet et le diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité interétages est supérieur à 2,5.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages est plus petit que le diamètre extérieur de la partie de l’arbre d’entraînement supporté en rotation par l’agencement de palier radial.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur centrifuge comporte en outre un élément de séparation relié au carter hermétique, l’élément de séparation ayant une forme de disque et étant au moins partiellement agencé à l’intérieur de la rainure annulaire radiale, l’agencement d’étanchéité inter-étages étant formé par une surface périphérique intérieure de l'élément de séparation et une surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de séparation a une première surface de paroi axiale et une deuxième surface de paroi axiale opposée à la première surface de paroi axiale, la première surface de paroi axiale et le côté arrière du premier rouet définissant un premier espace axial et la deuxième surface de paroi axiale et le côté arrière du deuxième rouet définissant un deuxième espace axial.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface périphérique intérieure de l’élément de séparation et la surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale définissent un espace radial. La présence d’un certain espace axial (et par conséquent un certain volume) entre l’élément de séparation et les premier et deuxième rouets assure des conditions de pression stables à l’intérieur de la rainure annulaire radiale, surtout si les dimensions absolues sont très petites.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la largeur du premier espace axial est au moins deux fois la largeur de l’espace radial, et la largeur du deuxième espace axial est au moins deux fois la largeur de l’espace radial.

Selon un mode de réalisation de l’invention, chacun des premier et deuxième espaces axiaux peut être entre 1 et 10% du diamètre extérieur du premier rouet, et peut être entre 1 et 10% du diamètre extérieur du deuxième rouet.

Selon un mode de réalisation de l’invention, chacun des premier et deuxième espaces axiaux peut être entre 140 et 150 pm, et est par exemple d’environ 150 pm.

Avantageusement, chacun des premier et deuxième espaces axiaux est plus grand que le déplacement axial maximal permis de l’arbre d’entraînement pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’espace radial peut être entre 0,1 et 2% du diamètre extérieur du premier rouet, et peut être entre 0,1 et 2% du diamètre extérieur du deuxième rouet.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’espace radial peut être compris entre 40 et 50 pm.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter hermétique comporte une chambre basse pression située en amont du premier étage de compression, une chambre haute pression située en aval du deuxième étage de compression, et une chambre de pression intermédiaire prévue entre une sortie de fluide du premier étage de compression et une entrée de fluide du deuxième étage de compression.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement d’étanchéité inter-étages circulaire est configuré pour minimiser ou réguler un écoulement de fluide de la chambre haute pression à la chambre de pression intermédiaire.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier radial et l’agencement de palier de butée sont agencés dans la chambre basse pression.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement d’étanchéité inter-étages circulaire est un agencement d’étanchéité à labyrinthe.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les diamètres extérieurs des premier et deuxième rouets sont sensiblement égaux.

Avantageusement, le rapport entre le diamètre extérieur du premier rouet et le diamètre extérieur du deuxième rouet est compris entre 0,8 et 1,2 ou entre 0,9 et 1,1.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’arbre d’entraînement comporte une première partie d’extrémité axiale, une deuxième partie d’extrémité axiale et une partie intermédiaire agencée entre les première et deuxième parties d’extrémité axiales.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième rouets sont reliés à la première partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur centrifuge comporte en outre un dispositif d’entraînement configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement autour d’un axe de rotation, l’agencement de palier radial et l’agencement de palier de butée étant situés entre le dispositif d’entraînement et le premier étage de compression.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’entraînement est un moteur électrique comportant un stator et un rotor. Avantageusement, le rotor est relié à la deuxième partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’entraînement comporte au moins une pale de turbine.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’entraînement est agencé dans la chambre basse pression.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier de butée peut être prévu sur une partie fixe ou sur une partie rotative du compresseur centrifuge, avec une forme quelconque comportant des chevrons, des patins oscillants, un palier-feuille, des rainures ...

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier de butée comporte un élément de palier de butée agencé sur la surface extérieure de l’arbre d’entraînement, l’élément de palier de butée s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur par rapport à l’arbre d’entraînement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de palier de butée est annulaire.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de palier de butée est formé d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de palier de butée a une première surface de palier de butée et une deuxième surface de palier de butée opposée à la première surface de palier de butée.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la première surface de palier butée de l’élément de palier de butée est configurée pour coopérer avec une première surface de palier de butée définie par un premier élément de palier de butée relié au carter hermétique, et la deuxième surface de palier de butée de l’élément de palier de butée est configurée pour coopérer avec une deuxième surface de palier de butée définie par un deuxième élément de palier de butée relié au carter hermétique.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième éléments de palier de butée sont annulaires.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième rouets sont formés d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième rouets sont prévus sur un élément de rouet fixé à l’arbre d’entraînement, et par exemple à la première partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le côté avant de chacun des premier et deuxième rouets comporte une pluralité d’aubes configurées pour accélérer, pendant la rotation de l’arbre d’entraînement, le fluide frigorigène entrant dans l’étage de compression respectif. Selon un mode de réalisation de l’invention, la pluralité d’aubes de chacun des premier et deuxième rouets sont configurées pour acheminer le fluide frigorigène accéléré vers un diffuseur agencé au niveau du bord extérieur radial du rouet respectif.

Selon un mode de réalisation de l’invention, chacun des premier et deuxième étages de compression comporte une entrée de fluide et une sortie de fluide, la sortie de fluide du premier étage de compression étant raccordée de manière fluidique à l’entrée de fluide du deuxième étage de compression.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier radial est configuré pour coopérer avec une surface extérieure de l’arbre d’entraînement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins l’un de l’agencement de palier radial et de l’agencement de palier de butée comporte un palier à gaz. Par conséquent, un gaz comprimé à une pression intermédiaire ou élevée est acheminé vers un espace prévu entre les surfaces de palier adjacentes correspondantes de l’agencement de palier de butée et/ou de l’agencement de palier radial. Par la présente, l’utilisation d’une huile lubrifiante et les problèmes associés à l’alimentation en huile, la température d’huile ou la circulation d’huile dans la compression de fluide frigorigène peuvent être évités.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier radial est un agencement de palier radial à gaz.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier de butée est un agencement de palier de butée à gaz.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur centrifuge est configuré de sorte qu’au moins une partie du fluide frigorigène comprimé dans les premier et deuxième étages de compression soit utilisée comme fluide de lubrification dans l’agencement de palier radial à gaz et/ou l’agencement de palier de butée à fluide. Selon ledit mode de réalisation de l’invention, le compresseur centrifuge peut être considéré comme un compresseur monofluide. Cette configuration du compresseur centrifuge permet d’éviter une alimentation séparée en fluide de lubrification et réduit ainsi les coûts.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième rouets sont des rouets non-fermés.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre d’entrée du premier rouet est différent du diamètre d’entrée du deuxième rouet.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre d’entrée du premier rouet est supérieur au diamètre d’entrée du deuxième rouet.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre d’entrée du premier rouet est supérieur au diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages, et le diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages est supérieur au diamètre d’entrée du deuxième rouet.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre d’entrée du deuxième rouet est supérieur au diamètre d’entrée du premier rouet.

Ces avantages et d’autres apparaîtront à la lecture de la description qui suit en vue du dessin qui lui est attaché représentant, à titre d’exemples non limitatifs, des modes de réalisation du compresseur frigorifique centrifuge selon l’invention.

Brève description des dessins

La description détaillée suivante de plusieurs modes de réalisation de l’invention sera mieux comprise lorsqu’elle est lue conjointement avec les dessins annexés, étant entendu, cependant, que l’invention ne se limite pas au mode de réalisation spécifique décrit.

La Figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d’un compresseur centrifuge selon l’invention.

Les Figures 2 à 5 sont des vues en coupe agrandies de détails du compresseur centrifuge de la Figure 1.

Description détaillée de l’invention

Les Figures 1 à 5 représentent un compresseur centrifuge 2, en particulier un compresseur frigorifique centrifuge à deux étages.

Le compresseur centrifuge 2 comporte un carter hermétique 3, et un arbre d’entraînement 4 agencé de manière rotative dans le carter hermétique 3 et s’étendant le long d’un axe longitudinal A. L’arbre d’entraînement 4 comporte une première partie d’extrémité axiale 5, une deuxième partie d’extrémité axiale 6 opposée à la première partie d’extrémité axiale 5, et une partie intermédiaire 7 agencée entre les première et deuxième parties d’extrémité axiales 5, 6. L’arbre d’entraînement 4 peut être réalisé en acier à haute résistance, en matériaux céramiques, ou en combinaisons de ceux-ci.

Le compresseur centrifuge 2 comporte en outre un premier étage de compression 8 et un deuxième étage de compression 9 configurés pour comprimer un fluide frigorigène. Le premier étage de compression 8 comporte une entrée de fluide 11 et une sortie de fluide 12, tandis que le deuxième étage de compression 9 comporte une entrée de fluide 13 et une sortie de fluide 14, la sortie de fluide 12 du premier étage de compression 8 étant raccordée de manière fluidique à l’entrée de fluide 13 du deuxième étage de compression 9.

Le carter hermétique 3 comporte donc une chambre basse pression 15 située en amont du premier étage de compression 8, une chambre haute pression 16 située en aval du deuxième étage de compression 9, et une chambre de pression intermédiaire 17 prévue entre la sortie de fluide 12 du premier étage de compression 8 et l’entrée de fluide 13 du deuxième étage de compression 9.

Les premier et deuxième étages de compression 8, 9 comportent respectivement un premier rouet 18 et un deuxième rouet 19. Les premier et deuxième rouets 18, 19 sont reliés à la première partie d’extrémité axiale 5 de l’arbre d’entraînement 4. Selon le mode de réalisation montré sur les figures, les premier et deuxième rouets 18, 19 sont prévus sur un élément de rouet 20 fixé à la première partie d’extrémité axiale 5 de l’arbre d’entraînement 4. Cependant, selon un autre mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième rouets 18, 19 peuvent être formés d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement 4.

Les premier et deuxième rouets 18, 19 sont agencés selon une configuration dos-à-dos, de sorte que les directions d’écoulement de fluide au niveau de l’entrée de flux 11, 13 des premier et deuxième étages de compression 8, 9 soient opposées l’une à l’autre.

Chacun des premier et deuxième rouets 18, 19 comporte un côté avant équipé d’une pluralité d’aubes 23, 24 configurées pour accélérer, pendant la rotation de l’arbre d’entraînement 4, le fluide frigorigène entrant dans l’étage respectif parmi les premier et deuxième étages de compression 8, 9, et pour acheminer le fluide frigorigène accéléré vers un diffuseur agencé au niveau du bord extérieur radial du rouet respectif parmi les premier et deuxième rouets 18, 19. Chacun des premier et deuxième rouets 18, 19 comporte également un côté arrière 25, 26 s’étendant avantageusement de manière sensiblement perpendiculaire à l’arbre d’entraînement 4.

Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, les diamètres extérieurs D01, D02 des premier et deuxième rouets 18, 19 sont sensiblement égaux. Il convient de noter que les diamètres extérieurs D01, D02 correspondent respectivement aux diamètres de sortie des premier et deuxième rouets 18, 19, c’est-à-dire les diamètres extérieurs maximaux des premier et deuxième rouets 18, 19.

En outre, selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le diamètre d’entrée DU du premier rouet 18 est supérieur au diamètre d’entrée DI2 du deuxième rouet 19. Il est à noter que le diamètre d’entrée DM correspond au diamètre de pied d’aube au niveau des extrémités avant des aubes 23, et ainsi au diamètre de moyeu au niveau des extrémités avant des aubes 23. Il convient également de noter que le diamètre d’entrée DI2 correspond au diamètre de pied d’aube au niveau des extrémités avant des aubes 24, et ainsi au diamètre de moyeu au niveau des extrémités avant des aubes 24.

Le compresseur centrifuge 2 comporte également une rainure annulaire radiale 27 formée entre les côtés arrière 25, 26 des premier et deuxième rouets 18,19. Selon le mode de réalisation montré sur les figures, la rainure annulaire radiale 27 est prévue sur l’élément de rouet 20.

Le compresseur centrifuge 2 comporte un élément de séparation 28 relié au carter hermétique 3, et ayant une forme de disque. L’élément de séparation 28 est au moins partiellement agencé à l’intérieur de la rainure annulaire radiale 27, et s’étend de manière sensiblement perpendiculaire à l’arbre d’entraînement 4. L’élément de séparation 28 a une surface périphérique intérieure 29, une surface périphérique extérieure 31, une première surface de paroi axiale 32 et une deuxième surface de paroi axiale 33 opposée à la première surface de paroi axiale 32.

La première surface de paroi axiale 32 et le côté arrière 25 du premier rouet 18 définissent un premier espace axial GA1 et la deuxième surface de paroi axiale 33 et le côté arrière 26 du deuxième rouet 19 définissent un deuxième espace axial GA2. La surface périphérique intérieure 29 de l’élément de séparation 28 et une surface de fond circonférentielle 34 de la rainure annulaire radiale 27 définissent un espace radial GR.

Avantageusement, la largeur du premier espace axial GA1 est au moins deux fois la largeur de l’espace radial GR, et la largeur du deuxième espace axial GA2 est au moins deux fois la largeur de l’espace radial GR. Selon un mode de réalisation de l’invention, chacun des premier et deuxième espaces axiaux GA1, GA2 peut être compris entre 140 et 150 pm, et est par exemple d’environ 150 pm. Avantageusement, chacun des premier et deuxième espaces axiaux GA1, GA2 est plus grand que le déplacement axial maximal permis de l’arbre d’entraînement 4 pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’espace radial GR peut être compris entre 40 et 50 pm.

Le compresseur centrifuge 2 comporte un agencement d’étanchéité inter-étages circulaire 35 prévu entre les premier et deuxième étages de compresseur 8, 9 et dans la rainure radiale annulaire 27. L’agencement d’étanchéité inter-étages circulaire 35 est configuré pour réduire au minimum ou réguler un écoulement de fluide de la chambre haute pression 16 à la chambre de pression intermédiaire 17. L’agencement d’étanchéité inter-étages 35 est formé par la surface périphérique intérieure 29 de l’élément de séparation 28 et la surface de fond circonférentielle 34 de la rainure annulaire radiale 27.

Le diamètre minimal Ds de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35 est avantageusement inférieur à la moitié du diamètre extérieur D01 du premier rouet 18 et est avantageusement inférieur à la moitié du diamètre extérieur D02 du deuxième rouet 19.

Selon le mode de réalisation montré sur les figures, l’agencement d’étanchéité inter-étages circulaire 35 est un agencement d’étanchéité à labyrinthe. A cette fin, l’élément de rouet 20 comporte une saillie circonférentielle 36 s’étendant à partir de la surface de fond circonférentielle 34 de la rainure annulaire radiale 27, la saillie circonférentielle 36 étant reçue dans un évidement annulaire 37 prévu dans la surface périphérique intérieure 29 de l’élément de séparation 28.

Le compresseur centrifuge 2 comporte un moteur électrique 38 configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement 4 autour de l’axe longitudinal A. Le moteur électrique 38 comporte un stator 39 et un rotor 41. Le moteur électrique 38 est avantageusement agencé dans la chambre basse pression 15 définie par le carter hermétique 3.

Le rotor 41 est relié à la deuxième partie d’extrémité axiale 6 de l’arbre d’entraînement 4. A cette fin, la deuxième partie d’extrémité axiale 6 de l’arbre d’entraînement 4 peut comporter un alésage axial central 42 à l’intérieur duquel est agencé le rotor 41. Le rotor 41 peut par exemple être fermement ajusté, tel qu’ajusté avec serrage, à l’intérieur de l’alésage axial central 42.

Le compresseur centrifuge 2 comporte un agencement de palier radial agencé dans la chambre basse pression 15 et configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement 4. L’agencement de palier radial comporte un palier radial 43 entourant l’arbre d’entraînement 4 et configuré pour coopérer avec la surface extérieure de l’arbre d’entraînement 4. Le palier radial 43 peut être un palier radial à fluide, et par exemple un palier radial à gaz. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le palier radial 43 s’étend le long de la deuxième partie d’extrémité axiale 6 et le long d’une partie de la partie intermédiaire 7 de l’arbre d’entraînement 4. Avantageusement, le diamètre minimal Ds de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35 est plus petit que le diamètre extérieur D3 de la partie de l’arbre d’entraînement 4 supporté en rotation par l’agencement de palier radial.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier radial peut comporter une pluralité de paliers radiaux répartis sur la longueur axiale de l’arbre d’entraînement 4.

Le compresseur centrifuge 2 comporte en outre un agencement de palier de butée agencé dans la chambre basse pression 15 et configuré pour limiter un déplacement axial de l’arbre d’entraînement 4 pendant le fonctionnement. L’agencement de palier de butée peut être un agencement de palier de butée à fluide, et par exemple un agencement de palier de butée à gaz. L’agencement de palier de butée comporte un élément de palier de butée annulaire 44 agencé sur la surface extérieure de la partie intermédiaire 7 de l’arbre d’entraînement 7, et situé entre le moteur électrique 38 et le premier étage de compression 8. L’élément de palier de butée 44 peut être formé d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement 4, ou peut être fixé à ce dernier. L’élément de palier de butée 44 s’étend radialement vers l’extérieur par rapport à la partie intermédiaire 7 de l’arbre d’entraînement 4, et a une première surface de palier de butée 45 et une deuxième surface de palier de butée 46 opposée à la première surface de palier de butée 45. La première surface de palier de butée 45 de l’élément de palier de butée 44 est configurée pour coopérer avec une première surface de palier de butée définie par un premier élément de palier de butée annulaire 47 relié au carter hermétique 3, tandis que la deuxième surface de palier de butée 46 de l’élément de palier de butée 44 est configurée pour coopérer avec une deuxième surface de palier de butée annulaire définie par un deuxième élément de palier de butée 48 relié au carter hermétique 3.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur centrifuge 2 est configuré de sorte qu’une partie du fluide frigorigène comprimé par les premier et deuxième étages de compression 8, 9 soit utilisée comme fluide de lubrification dans l’agencement de palier radial à fluide et l’agencement de palier de butée à fluide.

Il convient de noter que, pendant l’utilisation, le volume délimité entre le côté arrière 26 du deuxième rouet 19 et la deuxième surface de paroi axiale 33 de l’élément de séparation 28 est à haute pression (P2), tandis que le volume · délimité entre le côté arrière 25 du premier rouet 18 et la première surface de paroi axiale 32 de l’élément de séparation 28 est à pression intermédiaire (Pi). Comme les diamètres extérieurs D01, D02 des premier et deuxième rouets 18, 19 sont à peu près égaux, la force de gaz agissant sur le côté arrière 26 du deuxième rouet 19 (en raison du volume à haute pression) dépasse la force agissant sur le côté arrière 25 du premier rouet 18 (en raison du volume de pression intermédiaire). Ainsi la force résultante Fs agissant sur l’unité arbre/rouet en raison de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35 agit dans une première direction loin du moteur électrique 38. La force résultante Fs est calculée en utilisant la formule suivante :

Fs = P2 * π/4 * (D022 - Ds2) - Pi * tt/4 * (D012 - Ds2), où D01 est le diamètre extérieur du premier rouet 18 ; D02 est le diamètre extérieur du deuxième rouet 19 ; et

Ds est le diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35.

En outre, des forces de gaz Fi1 agissant sur le côté avant 21 du premier rouet 18 et des forces de gaz Fm agissant sur une face d’extrémité axiale du rotor 42 agissent également dans la première direction.

Les forces agissant dans une deuxième direction opposée à la première direction, c’est-à-dire vers le moteur électrique 38, sont les forces de gaz Fi2 agissant sur le côté avant 22 du deuxième rouet 19 et les forces de gaz Fr agissant sur d’autres surfaces axiales de l’arbre d’entraînement 4 se dirigeant vers le moteur électrique 38.

Pour chaque point de fonctionnement du compresseur centrifuge 2, la force de butée Ft agissant sur les surfaces de palier de butée 45, 46 de l’élément de palier de butée 44 peut être calculée par :

Ft = Fs + Fi1 + Fm - Fi2 - Fr.

La force de butée Ft peut agir dans deux directions axiales, en fonction des conditions de pression à différents points de la carte de fonctionnement du compresseur centrifuge.

Comme la force de butée Ft peut être calculée sur la base de la force résultante Fs qui peut être calculée sur la base du diamètre minimal de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35, le Demandeur a identifié que, en optimisant le diamètre minimal Ds de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35, il est possible de réduire au minimum l’amplitude de la charge axiale appliquée sur l’agencement de palier de butée pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge 2. Une telle optimisation du diamètre minimal Ds de l’agencement d’étanchéité inter-étages 35 permet de réduire la taille de l’élément de palier de butée 44, et donc la consommation d’énergie du compresseur centrifuge 2.

Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d’exemples non limitatifs, mais au contraire elle englobe tous les modes de réalisation correspondants.

Claims

REVENDICATIONS

1. Compresseur centrifuge (2) comportant : - un carter hermétique (3), - un arbre d’entraînement (4) agencé de manière rotative à l’intérieur du carter hermétique (3), - des premier et deuxième étages de compression (8, 9) configurés pour comprimer un fluide frigorigène, les premier et deuxième étages de compression (8, 9) comportant respectivement des premier et deuxième rouets (18, 19), chacun des premier et deuxième rouets (18, 19) ayant un côté avant (21, 22) et un côté arrière (25, 26), les premier et deuxième rouets (18, 19) étant reliés à l’arbre d’entraînement (4) et étant agencés selon une configuration dos-à-dos, - une rainure annulaire radiale (27) formée entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18,19), - un agencement d’étanchéité inter-étages circulaire (35) prévu entre les premier et deuxième étages de compresseur (8, 9) et dans la rainure annulaire radiale (27), - un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement (4), et - un agencement de palier de butée configuré pour limiter un déplacement axial de l’arbre d’entraînement (4) pendant le fonctionnement, dans lequel le diamètre de l’agencement d’étanchéité inter-étages (35) est configuré pour minimiser l’amplitude de la charge axiale appliquée sur l’agencement de palier de butée pendant le fonctionnement du compresseur centrifuge (2).
2. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 1, dans lequel le diamètre minimal (Ds) de l’agencement d’étanchéité inter-étages (35) est inférieur à la moitié du diamètre extérieur (D01) du premier rouet (18) et est inférieur à la moitié du diamètre extérieur (D02) du deuxième rouet (19).
3. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le diamètre minimal (Ds) de l’agencement d’étanchéité inter-étages (35) est plus petit que le diamètre extérieur (D3) de la partie de l’arbre d’entraînement (4) supporté en rotation par l’agencement de palier radial.
4. Compresseur centrifuge selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre un élément de séparation (28) relié au carter hermétique (3), l’élément de séparation (28) ayant une forme de disque et étant au moins partiellement agencé à l’intérieur de la rainure radiale annulaire (27), l’agencement d’étanchéité inter-étages (35) étant formé par une surface périphérique intérieure (29) de l’élément de séparation (28) et une surface de fond circonférentielle (34) de la rainure annulaire radiale (27).
5. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 4, dans lequel l’élément de séparation (28) a une première surface de paroi axiale (32) et une deuxième surface de paroi axiale (33) opposée à la première surface de paroi axiale (32), la première surface de paroi axiale (32) et le côté arrière (25) du premier rouet (18) définissant un premier espace axial (GA1) et la deuxième surface de paroi axiale (33) et le côté arrière (26) du deuxième rouet (19) définissant un deuxième espace axial (GA2).
6. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la surface périphérique intérieure (29) de l’élément de séparation (28) et la surface de fond circonférentielle (34) de la rainure annulaire radiale (27) définissent un espace radial (GR).
7. Compresseur centrifuge (2) selon les revendications 5 et 6, dans lequel la largeur du premier espace axial (GA1) est au moins deux fois la largeur de l’espace radial (GR), et la largeur du deuxième espace axial (GA2) est au moins deux fois la largeur de l’espace radial (GR).
8. Compresseur centrifuge selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le carter hermétique (3) comporte une chambre basse pression (15) située en amont du premier étage de compression (8), une chambre haute pression (16) située en aval du deuxième étage de compression (9), et une chambre de pression intermédiaire (17) prévue entre une sortie de fluide (12) du premier étage de compression (8) et une entrée de fluide (13) du deuxième étage de compression (9).
9. Compresseur centrifuge selon la revendication 8, dans lequel l’agencement d’étanchéité inter-étages circulaire (35) est configuré pour minimiser ou réguler un écoulement de fluide de la chambre haute pression (16) à la chambre de pression intermédiaire (17).
10. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l’agencement de palier radial et l’agencement de palier de butée sont agencés dans la chambre basse pression (15).
11. Compresseur centrifuge selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l’agencement d’étanchéité inter-étages circulaire (35) est un agencement d’étanchéité à labyrinthe.
12. Compresseur centrifuge selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les diamètres extérieurs (D01, D02) des premier et deuxième rouets (18, 19) sont sensiblement égaux.
13. Compresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comportant en outre un dispositif d’entraînement (38) configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement (4) autour d’un axe de rotation, l’agencement de palier radial et l’agencement de palier de butée étant situés entre le dispositif d’entraînement (38) et le premier étage de compression (8).
14. Compresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l’agencement de palier de butée comporte un élément de palier de butée (44) agencé sur la surface extérieure de l’arbre d’entraînement (4), l’élément de palier de butée (44) s’étendant sensiblement radialement vers l’extérieur par rapport à l’arbre d’entraînement (4).
15. Compresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel au moins l’un de l’agencement de palier radial et de l’agencement de palier de butée comporte un palier à gaz.
16. Compresseur centrifuge (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le diamètre d’entrée (DM) du premier rouet (18) est supérieur au diamètre d’entrée (DI2) du deuxième rouet (19).