FR3063777A1 - Agencement de rouet a double etage pour un turbocompresseur centrifuge a double etage - Google Patents

Agencement de rouet a double etage pour un turbocompresseur centrifuge a double etage Download PDF

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Yves Rosson
Julien Cote
Clement Martignago
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Abstract

L'agencement de rouet à double étage (17) comporte un premier rouet (18) et un deuxième rouet (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 configurés pour être reliés à un arbre d'entraînement (4) du turbocompresseur centrifuge à double étage (2) et étant agencés dans une configuration dos-à-dos ; une rainure annulaire radiale formée entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19) ; et un dispositif d'étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième rouets (18, 19). Le deuxième rouet (19) est distinct et séparé du premier rouet (18) de manière à permettre un ajustement d'une distance axiale entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19), et le dispositif d'étanchéité inter-étages comporte un élément d'étanchéité monobloc (32) présentant une forme de disque annulaire et étant au moins partiellement agencé à l'intérieur de la rainure annulaire radiale.

Description

(57) L'agencement de rouet à double étage (17) comporte un premier rouet (18) et un deuxième rouet (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 configurés pour être reliés à un arbre d'entraînement (4) du turbocompresseur centrifuge à double étage (2) et étant agencés dans une configuration dos-à-dos; une rainure annulaire radiale formée entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19) ; et un dispositif d'étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième rouets (18,19). Le deuxième rouet (19) est distinct et séparé du premier rouet (18) de manière à permettre un ajustement d'une distance axiale entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19), et le dispositif d'étanchéité inter-étages comporte un élément d'étanchéité monobloc (32) présentant une forme de disque annulaire et étant au moins partiellement agencé à l'intérieur de la rainure annulaire radiale.
Figure FR3063777A1_D0001
Figure FR3063777A1_D0002
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un agencement de rouet à double étage pour un turbocompresseur centrifuge à double étage, et à un turbocompresseur centrifuge à double étage comportant un tel agencement de rouet à double étage.
Arrière-plan de l’invention
Comme cela est connu, un turbocompresseur centrifuge à double étage comporte :
- un carter,
- un arbre d’entraînement agencé en rotation à l’intérieur du carter et s’étendant le long d’un axe longitudinal,
- un agencement de rouet à double étage comportant :
- un élément de rouet monobloc relié à l’arbre d’entraînement et comportant un premier rouet et un deuxième rouet, chacun des premier et deuxième rouets ayant un côté avant et un côté arrière, les premier et deuxième rouets étant agencés dans une configuration dos-à-dos,
- une rainure annulaire radiale formée entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets, et
- un dispositif d’étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième rouets, le dispositif d’étanchéité inter-étages comportant deux éléments d’étanchéité séparés présentant chacun une forme de demi-disque et étant au moins partiellement agencés à l’intérieur de la rainure annulaire radiale.
Une telle configuration du dispositif d’étanchéité inter-étages peut conduire à une fuite de fluide indésirable en particulier entre les éléments d’étanchéité. Par conséquent, la fabrication du dispositif d’étanchéité interétages susmentionné nécessite un haut niveau de précision d’usinage afin de limiter ladite fuite de fluide indésirable. De toute façon, le contrôle de l’étanchéité entre les deux étages du turbocompresseur centrifuge à double étage susmentionné est difficile en raison de ladite configuration du dispositif d’étanchéité inter-étages.
En outre, une telle configuration du dispositif d’étanchéité inter-étages nécessite un ré-usinage des éléments d’étanchéité en fonction des intervalles axiaux nécessaires entre les deux étages du turbocompresseur centrifuge, et en particulier entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets et les éléments d’étanchéité. Ainsi, une telle configuration du dispositif d’étanchéité inter-étages complique la fabrication de l’agencement de rouet à double étage, et augmente le coût de fabrication de l’agencement de rouet à double étage.
De plus, la configuration de l’élément de rouet monobloc et du dispositif d’étanchéité inter-étages complique l’assemblage du turbocompresseur centrifuge à double étage. En particulier, le positionnement des deux éléments d’étanchéité séparés à l’intérieur de la rainure annulaire radiale nécessite l’utilisation d’un outil spécifique. Un tel outil spécifique est également utilisé pour maintenir les deux éléments d’étanchéité séparés concentriques à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement jusqu’à fixation desdits éléments d’étanchéité à une partie fixe du turbocompresseur centrifuge à double étage.
Résumé de l’invention
Un objet de la présente invention consiste à fournir un agencement de rouet à double étage amélioré qui peut surmonter les inconvénients rencontrés dans un agencement de rouet à double étage classique.
Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un agencement de rouet à double étage robuste, efficace et facile à fabriquer.
Selon l’invention, un tel agencement de rouet à double étage comporte :
- un premier rouet et un deuxième rouet, chacun des premier et deuxième rouets ayant un côté avant et un côté arrière, les premier et deuxième rouets étant configurés pour être reliés à un arbre d’entraînement du turbocompresseur centrifuge à double étage et étant agencés dans une configuration dos-à-dos,
- une rainure annulaire radiale formée entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets, et
- un dispositif d’étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième rouets, caractérisé en ce que le deuxième rouet est distinct et séparé du premier rouet de manière à permettre un ajustement d’une distance axiale entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets, et en ce que le dispositif d’étanchéité inter-étages comporte un élément d’étanchéité monobloc présentant une forme de disque annulaire et étant au moins partiellement agencé à l’intérieur de la rainure annulaire radiale. En d’autres termes, les premier et deuxième rouets sont réalisés en deux pièces séparées et distinctes.
Une telle configuration du dispositif d’étanchéité inter-étages, et en particulier le fait qu’il soit réalisé en une seule pièce, simplifie sa fabrication et réduit le niveau de précision d’usinage qui est nécessaire pour sa fabrication, tout en réduisant sensiblement la fuite de fluide indésirable à travers le dispositif d’étanchéité inter-étages et facilitant ainsi le contrôle de l’étanchéité entre les deux étages d’un turbocompresseur centrifuge à double étage comportant l’agencement de rouet à double étage selon la présente invention. Une telle configuration du dispositif d’étanchéité inter-étages réduit également le coût de fabrication de l’agencement de rouet à double étage.
En outre, le fait que les premier et deuxième rouets soient réalisés en deux pièces séparées et distinctes permet un ajustement de la distance axiale entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets pendant l’assemblage de l’agencement de rouet à double étage, et donc des intervalles axiaux nécessaires entre les côtés arrière des premier et deuxième rouets et l’élément d’étanchéité monobloc, sans nécessiter le ré-usinage de l’élément d’étanchéité.
De plus, deux rouets à étage unique sont plus faciles à usiner qu’un rouet à double étage monobloc. En outre, une meilleure finition peut être obtenue particulièrement sur les côtés arrière des premier et deuxième rouets lorsque ces derniers sont fabriqués séparément. Par conséquent, une telle configuration des premier et deuxième rouets améliore la précision de l’agencement de rouet à double étage selon la présente invention et réduit également le coût de fabrication de ce dernier.
En outre, en raison du fait que le dispositif d’étanchéité inter-étages soit réalisé en une seule pièce et que les premier et deuxième rouets soient réalisés en deux pièces séparées et distinctes, de nouvelles conceptions d’étanchéité peuvent être maintenant obtenues pour fournir un joint à labyrinthe entre la surface périphérique interne de l’élément d’étanchéité et une surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale, et entre les surfaces de paroi axiales de l’élément d’étanchéité monobloc et les côtés arrière des premier et deuxième rouets.
L’agencement de rouet à double étage peut également inclure une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les premier et deuxième rouets sont configurés pour être séparément et/ou indépendamment reliés à l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément d’étanchéité monobloc comprend une partie d’étanchéité annulaire centrale ayant 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 intervalle axial et la deuxième surface de paroi axiale et le côté arrière du deuxième rouet définissant un deuxième intervalle axial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément d’étanchéité monobloc comprend en outre une partie d’étanchéité annulaire externe, la partie d’étanchéité annulaire externe ayant une épaisseur supérieure à une épaisseur de la partie d’étanchéité annulaire centrale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de rouet à double étage comporte en outre un joint à labyrinthe configuré pour minimiser ou contrôler l’écoulement de fluide à travers le joint à labyrinthe, le joint à labyrinthe étant au moins partiellement formé par une surface périphérique interne de l’élément d’étanchéité monobloc et une surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le joint à labyrinthe comporte au moins une rainure d’étanchéité annulaire configurée pour s’étendre essentiellement de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement et prévue sur une surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc ou sur le côté arrière de l’un des premier et deuxième rouets, et au moins une nervure d’étanchéité annulaire prévue sur le côté arrière de l’un des premier et deuxième rouets ou sur ladite surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc, l’au moins une rainure d’étanchéité annulaire étant configurée pour coopérer avec l’au moins une nervure d’étanchéité annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le joint à labyrinthe comporte :
- au moins une première rainure d’étanchéité annulaire configurée pour s’étendre essentiellement de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement et prévue sur une première surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc ou sur le côté arrière du premier rouet, et au moins une première nervure d’étanchéité annulaire prévue sur le côté arrière du premier rouet ou sur ladite première surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc, l’au moins une première rainure d’étanchéité annulaire étant configurée pour coopérer avec l’au moins une première nervure d’étanchéité annulaire, et/ou
- au moins une deuxième rainure d’étanchéité annulaire configurée pour s’étendre essentiellement de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement et prévue sur une deuxième surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc ou sur le côté arrière du deuxième rouet, et au moins une deuxième nervure d’étanchéité annulaire prévue sur le côté arrière du deuxième rouet ou sur ladite deuxième surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc, l’au moins une deuxième rainure d’étanchéité annulaire étant configurée pour coopérer avec l’au moins une deuxième nervure d’étanchéité annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier rouet comporte un alésage axial configuré pour recevoir fermement une partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement du turbocompresseur centrifuge à double étage.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’alésage axial s’étend sur toute la longueur axiale du premier rouet. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’alésage axial s’étend sur une partie de la longueur axiale du premier rouet, et est donc un alésage axial borgne.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’un des premier et deuxième rouets comporte une partie de montage axiale et l’autre des premier et deuxième rouets comporte un trou de réception axial débouchant dans le côté arrière dudit autre rouet parmi les premier et deuxième rouets, la partie de montage axiale s’étendant au moins partiellement à l’intérieur du trou de réception axial et étant fermement montée dans le trou de réception axial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale est définie par la partie de montage axiale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie de montage axiale définit partiellement l’alésage axial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier rouet comporte la partie de montage axiale et le deuxième rouet comporte le trou de réception axial, la partie de montage axiale comportant un trou longitudinal ayant une première extrémité de trou débouchant dans l’alésage axial du premier rouet et une deuxième extrémité de trou débouchant dans le trou de réception axial. Selon un mode de réalisation de l’invention, le trou longitudinal est configuré pour s’étendre de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement. La fourniture du trou longitudinal assure une fixation sûre du deuxième rouet au premier rouet, et en particulier un meilleur ajustement par contraction entre les premier et deuxième rouets, tout en limitant la déformation de surfaces fonctionnelles (géométrie d’étanchéité et d’aube) du deuxième rouet. En effet, pendant l’assemblage de la partie de montage axiale à l’intérieur du trou de réception axial du deuxième rouet, le trou longitudinal permet la déformation de la partie de montage axiale du premier rouet vers son axe longitudinal et limite ainsi la dilatation du diamètre externe du deuxième rouet.
En outre, un tel trou longitudinal assure une évacuation de l’air qui est confiné entre la partie d’extrémité de l’arbre d’entraînement et l’alésage axial du premier rouet pendant le montage de la partie d’extrémité de l’arbre d’entraînement dans ledit alésage axial, et facilite ainsi la fixation du premier rouet à l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le deuxième rouet est fermement relié à la partie de montage axiale du premier rouet, par exemple par ajustement avec serrage ou par ajustement par contraction, et avantageusement par ajustement par contraction à chaud, c’est-à-dire par thermorétraction.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le trou de réception axial s’étend sur toute la longueur axiale du deuxième rouet
Selon un mode de réalisation de l’invention, une partie d’extrémité de la partie de montage axiale fait saillie à partir d’une extrémité avant du deuxième rouet. Avantageusement, la partie d’extrémité de la partie de montage axiale est arrondie.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le deuxième rouet comporte une partie tubulaire axiale s’étendant à partir du côté arrière du deuxième rouet et autour de la partie de montage axiale prévue sur le premier rouet.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire axiale définit partiellement le trou de réception axial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale est définie par la partie tubulaire axiale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier rouet comporte une rainure annulaire axiale débouchant dans le côté arrière du premier rouet, la partie tubulaire axiale du deuxième rouet s’étendant partiellement dans la rainure annulaire axiale.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le premier rouet comporte le trou de réception axial et le deùxième rouet comporte la partie de montage axiale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le deuxième rouet comporte une partie de montage tubulaire configurée pour être fermement et directement reliée à l’arbre d’entraînement, par exemple par ajustement avec serrage ou par ajustement par contraction.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie de montage tubulaire du deuxième rouet est configurée pour être fermement et directement reliée à la partie d’extrémité de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie de montage tubulaire du deuxième rouet s’étend axialement à partir du côté arrière du deuxième rouet.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface de fond circonférentielle de la rainure annulaire radiale est définie par la partie de montage tubulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier rouet définit au moins partiellement une rainure annulaire axiale débouchant dans le côté arrière du premier rouet, la partie de montage tubulaire du deuxième rouet s’étendant partiellement dans ladite rainure annulaire axiale.
La présente invention se rapporte également à un turbocompresseur centrifuge à double étage comportant un arbre d’entraînement et un agencement de rouet à double étage selon l’invention, les premier et deuxième rouets étant reliés à l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge à double étage comporte en outre un agencement de palier de butée configuré pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement pendant le fonctionnement Le turbocompresseur centrifuge à double étage peut inclure en outre un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le turbocompresseur centrifuge à double étage 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 de butée étant situé entre le dispositif d’entraînement et le premier rouet. Avantageusement, l’agencement de palier radial est également situé entre le dispositif d’entraînement et le premier rouet.
La présente invention se rapporte en outre à un procédé d’assemblage d’un turbocompresseur centrifuge à double étage comportant les étapes suivantes :
- relier un premier rouet à une partie d’extrémité axiale d’un arbre d’entraînement du turbocompresseur centrifuge à double étage,
- positionner axialement un élément d’étanchéité monobloc présentant une forme de disque annulaire de manière à faire face à un côté arrière du premier rouet, et
- relier un deuxième rouet à la partie d’extrémité axiale de l’arbre d’entraînement ou au premier rouet de sorte qu’un côté arrière du deuxième rouet soit tourné vers l’élément d’étanchéité monobloc et de sorte que les premier et deuxième rouets forment une rainure annulaire radiale dans laquelle l’élément d’étanchéité monobloc est au moins partiellement agencé.
La présente invention se rapporte également à un procédé d’assemblage d’un turbocompresseur centrifuge à double étage comportant les étapes suivantes :
- positionner axialement un élément d’étanchéité monobloc présentant une forme de disque annulaire sur un premier rouet de manière à faire face à un côté arrière du premier rouet,
- relier, par exemple par ajustement par contraction et notamment par ajustement par contraction à chaud, un deuxième rouet au premier rouet de sorte qu’un côté arrière du deuxième rouet soit tourné vers l’élément d’étanchéité monobloc et de sorte que les premier et deuxième rouets forment une rainure annulaire radiale dans laquelle l’élément d’étanchéité monobloc est au moins partiellement agencé,
- relier le premier rouet à une partie d’extrémité axiale d’un arbre d’entraînement du turbocompresseur centrifuge à double étage.
Ces avantages ainsi que d’autres apparaîtront à la lecture de la description qui suit compte tenu des dessins ci-joints qui représentent, à titre d’exemples non limitatifs, des modes de réalisation d’un turbocompresseur centrifuge à double étage 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 aux modes de réalisation spécifiques divulgués.
La Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale agrandie du turbocompresseur centrifuge à double étage de la figure 1.
La Figure 3 est une vue en perspective éclatée partielle du turbocompresseur centrifuge à double étage de la figure 1.
La Figure 4 est une vue en coupe longitudinale agrandie des détails du turbocompresseur centrifuge à double étage de la figure 1.
La Figure 5 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La Figure 6 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
La Figure 7 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.
La Figure 8 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un cinquième mode de réalisation de l’invention.
La Figure 9 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un sixième mode de réalisation de l’invention.
Les Figures 10 et 11 sont des vues partielles en coupe longitudinale montrant diverses étapes pour assembler le turbocompresseur centrifuge à double étage selon le sixième mode de réalisation de l’invention.
La Figure 12 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un septième mode de réalisation de l’invention.
La Figure 13 est une vue partielle en coupe longitudinale d’un turbocompresseur centrifuge à double étage selon un huitième mode de réalisation de l’invention.
ίο
Description détaillée de l’invention
Les figures 1 à 4 représentent un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le turbocompresseur centrifuge à double étage 2 comporte un carter 3, et un arbre d’entraînement 4 agencé en rotation à l’intérieur du carter 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 opposée à la première partie d’extrémité axiale 5, et une partie intermédiaire agencée entre les première et deuxième parties axiales d’extrémité 5, 6.
Le turbocompresseur centrifuge à double étage 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 reliée de manière fluidique à l’entrée de fluide 13 du deuxième étage de compression 9.
Les premier et deuxième étages de compression 8, 9 sont partiellement définis par un agencement de rouet à double étage 17. L’agencement de rouet à double étage 17 comporte un premier rouet 18 et un deuxième rouet 19 qui sont reliés à la première partie d’extrémité axiale 5 de l’arbre d’entraînement 4 et qui s’étendent de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement 4. En particulier, le premier rouet 18 comporte un alésage axial 20 débouchant dans l’extrémité avant du premier rouet 18 et configuré pour recevoir fermement la première partie d’extrémité axiale 5 de l’arbre d’entraînement 4. Selon le premier mode de réalisation de l’invention, l’alésage axial 20 du premier rouet 18 s’étend sur toute la longueur axiale du premier rouet 18.
Chacun des premier et deuxième rouets 18, 19 comporte un côté avant 21, 22 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 des premier et deuxième étages de compression 8, 9 et pour délivrer le fluide frigorigène accéléré vers un diffuseur agencé au niveau du bord externe radial du rouet respectif des premier et deuxième rouets 18, 19. Chacun des premier et deuxième rouets 18, 19 comporte également un côté arrière 25, 26 s’étendant essentiellement perpendiculairement à l’arbre d’entraînement 4.
Les premier et deuxième rouets 18, 19 sont agencés dans une configuration dos-à-dos, de sorte que les directions d’écoulement de fluide à l’entrée de flux 11, 13 des premier et deuxième étages de compression 8, 9 soient opposées les unes aux autres.
Avantageusement, le deuxième rouet 19 est distinct et séparé du premier rouet 18 de manière à permettre notamment un ajustement de la distance axiale entre les côtés arrière 25, 26 des premier et deuxième rouets 18, 19 pendant l’assemblage de l’agencement de rouet à double étage 17. Selon le premier mode de réalisation de l’invention représenté sur les figures 1 à 4, le deuxième rouet 19 comporte une partie de montage tubulaire 27 s’étendant axialement à partir du côté arrière 26 du deuxième rouet 19 et étant fermement et directement reliée à la première partie d’extrémité 5 de l’arbre d’entraînement 4, par exemple par ajustement avec serrage ou par ajustement par contraction. En outre, selon le premier mode de réalisation de l’invention, le premier rouet 18 et l’arbre d’entraînement 4 définissent une rainure annulaire axiale 28 débouchant dans le côté arrière 25 du premier rouet 18, et la partie de montage tubulaire 27 s’étend partiellement dans la rainure annulaire axiale 28.
L’agencement de rouet à double étage 17 comporte également une rainure annulaire radiale 29 formée entre les côtés arrière 25, 26 des premier et deuxième rouets 18, 19. Selon le premier mode de réalisation de l’invention, la surface de fond circonférentielle 30 de la rainure annulaire radiale 29 est définie par la partie de montage tubulaire 27.
L’agencement de rouet à double étage 17 comporte en outre un dispositif d’étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième rouets 18, 19. Le dispositif d’étanchéité inter-étages comporte un élément d’étanchéité monobloc 32 s’étendant essentiellement perpendiculairement à l’arbre d’entraînement 4 et au moins partiellement agencé à l’intérieur de la rainure annulaire radiale 29. L’élément d’étanchéité monobloc 32 est fixe et présente une forme de disque annulaire. L’élément d’étanchéité monobloc 32 a une surface périphérique interne 33 et une surface périphérique externe 34.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, l’élément d’étanchéité monobloc 32 comprend une partie d’étanchéité annulaire centrale 32.1 agencée à l’intérieur de la rainure annulaire radiale 29 et une partie d’étanchéité annulaire externe 32.2 s’étendant à l’extérieur de la rainure annulaire radiale 29. La partie d’étanchéité annulaire externe 32.2 peut avoir une épaisseur supérieure à l’épaisseur de la partie d’étanchéité annulaire centrale 32.1. La partie d’étanchéité annulaire centrale 32.1 a une première surface de paroi axiale 35 et une deuxième surface de paroi axiale 36 opposée à la première surface de paroi axiale 35. Avantageusement, la première surface de paroi axiale 35 et le côté arrière 25 du premier rouet 18 définissent un premier intervalle axial et la deuxième surface de paroi axiale 36 et le côté arrière 26 du deuxième rouet 19 définissent un deuxième intervalle axial.
L’agencement de rouet à double étage 17 comporte en outre un joint à labyrinthe 37 prévu entre les premier et deuxième étages de compresseur 8, 9 et dans la rainure annulaire radiale 29. Le joint à labyrinthe 37 est configuré pour minimiser ou contrôler l’écoulement de fluide à travers le joint à labyrinthe 37, et en particulier à partir du deuxième étage de compression 9 au premier étage de compression 8. Le joint à labyrinthe 37 est avantageusement formé par la surface périphérique interne 33 de l’élément d’étanchéité monobloc 32 et la surface de fond circonférentielle 30 de la rainure annulaire radiale 29.
Le joint à labyrinthe 37 peut être formé, par exemple, par une succession de gradins annulaires fixes formés sur la surface périphérique interne 33 de l’élément d’étanchéité monobloc 32, et par une succession de gradins annulaires rotatifs formés sur la surface de fond circonférentielle 30 de la rainure annulaire radiale 29. Le joint à labyrinthe 37 peut également être formé par une saillie circonférentielle s’étendant à partir de la surface de fond circonférentielle 30 de la rainure annulaire radiale 29, et par un évidement annulaire prévu dans la surface périphérique interne 33 de l’élément d’étanchéité monobloc 32 et recevant la saillie circonférentielle.
Le turbocompresseur centrifuge à double étage 2 comporte en outre un moteur électrique 38 configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement 4 autour de l’axe longitudinal A.
Le turbocompresseur centrifuge à double étage 2 comporte en outre un agencement de palier de butée 39, également appelé agencement de palier axial, configuré pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement 4 pendant le fonctionnement. L’agencement de palier de butée 39 peut être un agencement de palier fluide de butée, et par exemple un agencement de palier à gaz de butée. L’agencement de palier de butée 39 peut inclure un élément de palier de butée annulaire 40 agencé sur la surface externe de la partie intermédiaire 7 de l’arbre d’entraînement 4, et situé entre le moteur électrique et le premier étage de compression 8. L’élément de palier de butée 40 peut être formé d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement 4, ou peut être fixé à ce dernier.
Le turbocompresseur centrifuge à double étage 2 peut également inclure un agencement de palier radial configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement 4. L’agencement de palier radial peut inclure un palier radial entourant l’arbre d’entraînement 4 et étant configuré pour coopérer avec la surface externe de l’arbre d’entraînement 4. Le palier radial peut être un palier radial fluide, et par exemple un palier radial à gaz. Selon un mode de réalisation de l’invention, le palier radial peut s’étendre le long d’une partie de la partie intermédiaire 7 de l’arbre d’entraînement 4. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier radial peut inclure une pluralité de paliers radiaux répartis sur la longueur axiale de l’arbre d’entraînement 4.
La figure 5 représente un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention qui diffère du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, notamment en ce que le deuxième rouet 19 comporte un trou de réception axial 41, qui peut être borgne, débouchant dans le côté arrière 26 du deuxième rouet 19 et en ce que le premier rouet 18 comporte une partie de montage axiale 42 s’étendant au moins partiellement à l’intérieur du trou de réception axial 41 et étant fermement montée dans le trou de réception axial 41. Selon ledit deuxième mode de réalisation, le deuxième rouet 19 est fermement relié à la partie de montage axiale 42 du premier rouet 18, par exemple par ajustement avec serrage ou par ajustement par contraction.
Avantageusement, selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, la partie de montage axiale 42 comporte un trou longitudinal 43 ayant une première extrémité de trou 43.1 débouchant dans l’alésage axial 20 du premier rouet 18 et une deuxième extrémité de trou 43.2 débouchant dans le trou de réception axial 41. Avantageusement, le trou longitudinal 43 s’étend de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement 4.
En outre, selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, la surface de fond circonférentielle 30 de la rainure annulaire radiale 29 est définie par la partie de montage axiale 42, et l’alésage axial 20 du premier rouet 18 est borgne et ne s’étend donc que sur une partie de la longueur axiale du premier rouet 18. De plus, la partie de montage axiale 42 peut définir partiellement l’alésage axial 20.
La figure 6 représente un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un troisième mode de réalisation de l’invention qui diffère du deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 5, notamment en ce que le trou de réception axial 41 s’étend sur toute la longueur axiale du deuxième rouet 19 et en ce qu’une partie d’extrémité de la partie de montage axiale 42 fait saillie à partir d’une extrémité avant 42.1 du deuxième rouet 19.
La figure 7 représente un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un quatrième mode de réalisation de l’invention qui diffère du deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 5, notamment en ce que le deuxième rouet 19 comporte une partie tubulaire axiale 44 s’étendant à partir du côté arrière 26 du deuxième rouet 19 et autour de la partie de montage axiale 42 du premier rouet 18. Selon le quatrième mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire axiale 44 définit partiellement le trou de réception axial 41, et la surface de fond circonférentielle 30 de la rainure annulaire radiale 29 est définie par la partie tubulaire axiale 44.
La figure 8 représente un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un cinquième mode de réalisation de l’invention qui diffère du quatrième mode de réalisation représenté sur la figure 7 en ce que le premier rouet 18 comporte une rainure annulaire axiale 45 débouchant dans le côté arrière 25 du premier rouet 18 et en ce que la partie tubulaire axiale 44 du deuxième rouet 19 s’étend partiellement dans la rainure annulaire axiale 45.
Les figures 9 à 11 représentent un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un sixième mode de réalisation de l’invention qui diffère du deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 5, notamment en ce que le deuxième rouet 19 comporte la partie de montage axiale 42 et en ce que le premier rouet 18 comporte le trou de réception axial 41. Selon ledit mode de réalisation, le trou de réception axial 41 est formé par l’alésage axial 20.
Selon une telle configuration des premier et deuxième rouets, au lieu de relier successivement le premier rouet 18 à la première partie d’extrémité 5 de l’arbre d’entraînement 4, de positionner l’élément d’étanchéité monobloc 32 de manière à faire face au côté arrière 25 du premier rouet 18 et de relier le deuxième rouet 19 à la première partie d’extrémité 5 de l’arbre d’entraînement 4 ou au premier rouet 18, il est possible :
- de pré-assembler les premier et deuxième rouets 18, 19, par exemple par ajustement par contraction à chaud (le premier rouet 18 étant chauffé et le deuxième rouet 19, à température ambiante, étant inséré dans le trou de réception axial 41 du premier rouet 18), avec l’élément d’étanchéité monobloc 32 en place entre les premier et deuxième rouets 18, 19 ;
- d’assembler, par exemple par ajustement par contraction, les premier et deuxième rouets 18, 19 et l’élément d’étanchéité monobloc 32 sur la première partie d’extrémité de l’arbre d’entraînement 4.
Par exemple, le procédé d’assemblage du turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon le sixième mode de réalisation de l’invention comporte les étapes suivantes qui consistent :
- à positionner axialement l’élément d’étanchéité monobloc 32 sur le premier rouet 18 de manière à faire face au côté arrière 25 du premier rouet 18 (voir figure 10),
- à relier le deuxième rouet 19, par exemple par ajustement par contraction et notamment par ajustement par contraction à chaud, au premier rouet 18 de sorte que le côté arrière 26 du deuxième rouet 19 soit tourné vers l’élément d’étanchéité monobloc 32 et de sorte que les premier et deuxième rouets 18, 19 forment la rainure annulaire radiale 29 dans laquelle l’élément d’étanchéité monobloc 32 est au moins partiellement agencé (voir figure 11), et
- à relier le premier rouet 18 à la partie d’extrémité axiale 5 de l’arbre d’entraînement 4 du turbocompresseur centrifuge à double étage 2 (voir figure 9).
En particulier, une telle étape de pré-assemblage évite l’utilisation d’un procédé d’ajustement par contraction à froid, qui est un procédé d’assemblage difficile et coûteux, pour insérer le deuxième rouet 19 dans le premier rouet 18.
La figure 12 représente un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un septième mode de réalisation de l’invention qui diffère du premier mode de réalisation, notamment en ce que le joint à labyrinthe 37 est formé par une pluralité de rainures d’étanchéité annulaires concentriques 46, 47 respectivement formées sur les première et deuxième surfaces de paroi axiales 35, 36 de l’élément d’étanchéité monobloc 32, et par une succession de nervures d’étanchéité annulaires concentriques 48, 49 respectivement formées sur les côtés arrière 25, 26 des premier et deuxième rouets 18, 19.
La figure 13 représente un turbocompresseur centrifuge à double étage 2 selon un huitième mode de réalisation de l’invention qui diffère du premier mode de réalisation, notamment en ce que le joint à labyrinthe 37 est formé par deux rainures d’étanchéité annulaires concentriques 51, 52 respectivement formées sur les côtés arrière 25, 26 des premier et deuxième rouets 18, 19, et par deux nervures d’étanchéité annulaires concentriques 53, 54 respectivement formées sur les première et deuxième surfaces de paroi axiales 35, 36 de l’élément d’étanchéité monobloc 32.
Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation 5 décrits ci-dessus à titre d’exemples non limitatifs, mais au contraire elle englobe tous les modes de réalisation correspondants.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Agencement de rouet à double étage (17) pour un turbocompresseur centrifuge à double étage (2), l’agencement de rouet à double étage (17) comportant :
    - un premier rouet (18) et un deuxième rouet (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 configurés pour être reliés à un arbre d’entraînement (4) du turbocompresseur centrifuge à double étage (2) et étant agencés dans une configuration dos-à-dos,
    - une rainure annulaire radiale (29) formée entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19), et
    - un dispositif d’étanchéité inter-étages prévu entre les premier et deuxième rouets (18, 19), caractérisé en ce que le deuxième rouet (19) est distinct et séparé du premier rouet (18) de manière à permettre un ajustement d’une distance axiale entre les côtés arrière (25, 26) des premier et deuxième rouets (18, 19), et en ce que le dispositif d’étanchéité inter-étages comporte un élément d’étanchéité monobloc (32) présentant une forme de disque annulaire et étant au moins partiellement agencé à l’intérieur de la rainure annulaire radiale (29).
  2. 2. Agencement de rouet à double étage (17) selon la revendication 1, comportant en outre un joint à labyrinthe (37) configuré pour minimiser ou contrôler l’écoulement de fluide à travers le joint à labyrinthe (37), le joint à labyrinthe (37) étant au moins partiellement formé par une surface périphérique interne (33) de l’élément d’étanchéité monobloc (32) et une surface de fond circonférentielle (30) de la rainure annulaire radiale (29).
  3. 3. Agencement de rouet à double étage (17) selon la revendication 2, dans lequel le joint à labyrinthe (37) comporte au moins une rainure d’étanchéité annulaire (46, 47, 51, 52) configurée pour s’étendre essentiellement de manière coaxiale avec l’arbre d’entraînement (4) et prévue sur une surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc (32) ou sur le côté arrière de l’un des premier et deuxième rouets (18, 19), et au moins une nervure d’étanchéité annulaire (48, 49, 53, 54) prévue sur le côté arrière de l’un des premier et deuxième rouets (18, 19) ou sur ladite surface de paroi axiale de l’élément d’étanchéité monobloc (32), l’au moins une rainure d’étanchéité annulaire (46, 47, 51, 52) étant configurée pour coopérer avec l’au moins une nervure d’étanchéité annulaire (48, 49, 53, 54).
  4. 4. Agencement de rouet à double étage (17) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le premier rouet (18) comporte un alésage axial (20) configuré pour recevoir fermement une partie d’extrémité axiale (5) de l’arbre d’entraînement (4) du turbocompresseur centrifuge à double étage (2).
  5. 5. Agencement de rouet à double étage (17) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’un des premier et deuxième rouets (18, 19) comporte une partie de montage axiale (42) et l’autre des premier et deuxième rouets (18, 19) comporte un trou de réception axial (41) débouchant dans le côté arrière dudit autre rouet parmi les premier et deuxième rouets (18, 19), la partie de montage axiale (42) s’étendant au moins partiellement à l’intérieur du trou de réception axial (41) et étant fermement montée dans le trou de réception axial (41).
  6. 6. Agencement de rouet à double étage (17) selon les revendications 4 et 5, dans lequel le premier rouet (18) comporte la partie de montage axiale (42) et le deuxième rouet (19) comporte le trou de réception axial (41), la partie de montage axiale (42) comportant un trou longitudinal (43) ayant une première extrémité de trou (43.1) débouchant dans l’alésage axial (20) du premier rouet (18) et une deuxième extrémité de trou (43.2) débouchant dans le trou de réception axial (41).
  7. 7. Agencement de rouet à double étage (17) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le deuxième rouet (19) comporte une partie de montage tubulaire (27) configurée pour être fermement et directement reliée à l’arbre d’entraînement (4).
  8. 8. Turbocompresseur centrifuge à double étage (2) comportant un arbre d’entraînement (4) et un agencement de rouet à double étage (17) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, les premier et deuxième rouets (18, 19) étant reliés à l’arbre d’entraînement (4).
  9. 9. Turbocompresseur centrifuge à double étage (2) selon la revendication 8, comportant en outre un agencement de palier de butée configuré pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement (4) pendant le fonctionnement
  10. 10. Turbocompresseur centrifuge à double étage (2) selon la revendication 9, comportant en outre un dispositif d’entraînement configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement (4) autour d’un axe de rotation, l’agencement de palier de butée étant situé entre le dispositif d’entraînement et le premier rouet (18).
  11. 11. Procédé d’assemblage d’un turbocompresseur centrifuge à double étage (2) comportant les étapes suivantes :
    - relier un premier rouet (18) à une partie d’extrémité axiale (5) d’un arbre d’entraînement (4) du turbocompresseur centrifuge à double étage (2),
    - positionner axialement un élément d’étanchéité monobloc (32) présentant une forme de disque annulaire de manière à faire face à un côté arrière (25) du premier rouet (18), et
    - relier un deuxième rouet (19) à la partie d’extrémité axiale (5) de l’arbre d’entraînement (4) ou au premier rouet de sorte qu’un côté arrière (26) du deuxième rouet (19) soit tourné vers l’élément d’étanchéité monobloc (32) et de sorte que les premier et deuxième rouets (18, 19) forment une rainure annulaire radiale (29) dans laquelle l’élément d’étanchéité monobloc (32) est au moins partiellement agencé.
  12. 12. Procédé d’assemblage d’un turbocompresseur centrifuge à double étage (2) comportant les étapes suivantes :
    - positionner axialement un élément d’étanchéité monobloc (32) présentant une forme de disque annulaire sur un premier rouet (18) de manière à faire face à un côté arrière (25) du premier rouet (18),
    - relier un deuxième rouet (19) au premier rouet (18) de sorte qu’un côté arrière (26) du deuxième rouet (19) soit tourné vers l’élément d’étanchéité monobloc (32) et de sorte que les premier et deuxième rouets (18, 19) forment une rainure annulaire radiale (29) dans laquelle l’élément d’étanchéité monobloc (32) est au moins partiellement agencé,
    - relier le premier rouet (18) à une partie d’extrémité axiale (5) d’un arbre d’entraînement (4) du turbocompresseur centrifuge à double étage (2).
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