Brevet FR2108039A1 — publié le 19720512

La présente invention est relative aux installations de réfrigération et concerne plus spécialement une installation de réfrigération comportant plusieurs compresseurs centrifuges et une commande d'équilibrage de charge. On sait qu'un compresseur centrifuge de gaz entraîné par un moteur électri-5 que peut engendrer des surcharges du moteur si ce dernier est libre de fonctionner avec des charges supérieures à celles prévues par le constructeur. Lorsque des compresseurs centrifuges de gaz sont utilisés pour comprimer un gaz réfrigérant, ceux-ci doivent donc être équipés de commandes mobiles de réglage de débit. Une de ces commandes détermine des positions de volets d'admission mobiles à 10 prérotation du compresseur pour faire varier son débit. Un circuit électrique de commande pour le positionnement automatique de ces volets d'admission dans le but d'assurer line commande prédéterminée des paramètres d'une installation de réfrigération ou de conditionnement d'air, comme par exemple la température de l'eau d'avacuation refroidie, est décrite dans une de nos demandes de brevet an-15 térieures. Dans ce circuit, une bobine de détection de courant permet d'actionner un relais de surcharge lorsque le courant supporté par le moteur électrique entraînant les compresseurs dépasse une valeur prédéterminée correspondant à une surcharge. Le fonctionnement des relais de surcharge diminue le débit grâce à un mouvement des volets d'admission du compresseur jusqu'à ce que le courant de 20 surcharge détecté soit ramené à une valeur normale pour laquelle le relais de surcharge concerné retombe à l'état de repos et arrête de ce fait le mouvement des volets d'admission dans une position de moindre débit. Si deux ou plusieurs compresseurs centrifuges de gaz sont raccordés au même circuit de charge de réfrigérant et si chaque compresseur de gaz possède son 25 propre circuit de commande de débit sensible à une condition commune de l'installation, par exemple la température de l'eau refroidie ou à un paramètre semblable, il surgit problème du fait que dans l'installation un des compresseurs tend à fournir un travail plus important que les autres et que par conséquent , il est souhaitable de prévoir une commande de débit équilibrant la charge 30 pour répartir équitablement la charge commune sur tous les compresseurs en activité. Il faut évidemment qu'une telle commande soit simple, sûre et peu coûteuse. Suivant la présente invention, une installation de réfrigération est munie d'au moins deux compresseurs centrifuges de gaz fournissant du gaz réfrigérant 35 sous pression à un unique circuit commun de charge réfrigérant, chaque compresseur étant pourvu d'une commande de débit d'entrée et d'un circuit électrique de commande pour celle-ci. Chaque circuit de commande comporte une valve à solénoï-de qui, à l'état excité, fait diminuer le débit. La source d'alimentation de chaque moteur de compresseur comprend un circuit dans lequel un dispositif sen-liO sible au courant tel qu'une bobine de détection de courant, est raccordé à un GO?"'''' 71 34910 2108039 relais qui est actionné lorsque le courant alimentant le moteur de compresseur correspondant dépasse une valeur prédéterminée. Les bobines de détection de courant de chaque moteur de compresseur sont reliées entr'elles d'une manière telle que le relais correspondant au moteur supportant la partie la plus importante du 5 courant est actionné pour commander la diminution du débit du compresseur jusqu1 à ce que le courant traversant le dit moteur se trouve en équilibre avec les courants supportés des autres moteurs de compresseur. Le raccordement électrique des bobines entr'elles, suivant l'invention, est réalisé d'une manière très simple par tin raccordement particulier de conducteurs et/ou résistances entre les 10 bobines de détection de courant de manière que le courant détecté par une bobine circule à travers une résistance dans le sens opposé à celui du courant détecté par l'autre bobine et ainsi de suite. Par un choix judicieux des valeurs des résistances , des bobines de détection et des relais, on peut obtenir pour chaque moteur électrique de compresseur une commande de répartition de charge ainsi 15 qu'une protection contre les surcharges. L'invention a pour objet également des circuits comportant des résistances et des contacteurs, sensibles à l'alimentation de chaque moteur de compresseur, pour court-circuiter la bobine de détection de courant et le relais y associé lorsque le dit moteur de compresseur n'est pas alimenté et qu'il ne fonctionne 20 pas. Le système de commande de débit d'un ensemble "moteur-compresseur" en fonctionnement dans l'installation, reste ainsi toujours capable d'agir. Une réalisation préférée de l'invention est décrite ci-après, à titre d' exemple seulement, en se référant aux dessins annexés. Sur ces dessins : 25 - La figure 1 est une représentation schématique d'une installation de réfrigération pourvue de deux compresseurs et comportant un circuit d'équilibrage de charge suivant l'invention. - La figure 2 est une vue schématique et partiellement en coupe d'un mécanisme destiné au réglage d'un volet de commande de débit d'un des compresseurs cen- 30 trifuges de gaz montrés à la figure 1 des dessins. - La figure 3 est une vue à grande échelle des deux bobines de la figure 2, raccordées entr'elles et réglées à des valeurs données, les pistons des valves étant représentés dans la position qu'ils occupent lorsque les bobines des deux valves ne sont pas alimentées. 35 - La figure h est une vue semblable à celle de la figure 3, sauf que la bobine de gauche est alimentée. - La figure 5 est une vue semblable à celle de la figure 3, sauf que la bobine de droite est alimentée. - La figure 6 est un schéma de circuit du système de commande de débit équi-1*0 librant la charge suivant l'invention, pouvant être utilisé avec trois 71 34910 3 2108039 compresseurs entraînés par moteurs électriques. Comme indiqué à la figure 1 des dessins, un compresseur centrifuge de gaz entraîné par un moteur électrique 2 et un compresseur centrifuge de gaz 3 entraîné par un moteur électrique U sont raccordés en parallèle dans un circuit 5 de réfrigération comportant des conduites de gaz comprimé 5 et 6 reliées à un condens— eur 7- Le condensaeur 7 est raccordé, par l'intermédiaire d'une valve de détente 8, à un évaporateur ou refroidisseur 9 pourvu d'une sortie d'eau refroidie 10. Le gaz du réfrigérant évaporé venant du refroidisseur 9 est amené par des conduites 11 et 12 disposées en parallèle, vers les tubulures d'entrée 10 des compresseurs centrifuges de gaz respectifs 1 et 3- Chacun des compresseurs centrifuges de gaz 1 et 3» est muni de volets d'admission qui sont mobiles de manière à faire-varier le débit du compresseur, ces volets d'admission étant des types à prérotation bien connus, et décrits en détail ci-après en se référant à la figure 2 des dessins. Il est bien entendu que cette invention peut s' 15 appliquer à tous les systèmes de réfrigération à deux compresseurs ou plus, refroidissant en commun une même charge, peu importe si cette charge comporte un circuit de gaz de réfrigération commun ou non. En d'autres mots, plusieurs circuits de gaz de réfrigération peuvent être raccordés pour refroidir une charge d'eau commune. 20 Comme indiqué précédemment, lorsqu'une installation de circuits de réfri gération refroidissant en commun une charge, telle que celle qui a été décrite, comprend deux compresseurs centrifuges de gaz ou plus, il y a un des compresseurs centrifuges qui tend à supporter une fraction plus importante de la charge que l'autre et de ce fait, il est souhaitable de prévoir des circuits automati-25 ques pour le réglage des débits des compresseurs centrifuges de manière à répartir équitablement la charge entre tous les compresseurs en fonctionnement. Le moteur électrique 2 est alimenté en courant par des conducteurs 15 et 16 tandis que le moteur électrique 1+ est alimenté en courant par des conducteurs 17 et 18. Le compresseur 1 est muni d'un mécanisme de commande de débit comprenant une 30 sonde 19 pour la mesure de la température de l'eau refroidie, raccordé à ion thermostat 20 pour actionner un interrupteur 21 ou un interrupteur 22 suivant la température d'eau refroidie. De même, le compresseur centrifuge de gaz 3 est muni d'un mécanisme de commande de débit comprenant une sonde 23 pour la mesure de la température d'eau refroidie raccordé à tin thermostat 21+ pour actionner 35 soit un interrupteur 25 soit un interrupteur 2.6 afin de maintenir une température voulue d'eau refroidie. Les thermostats 20 et 2l+ ne sont pas décrits ici en détail du fait que leurs particularités ne sont pas nécessaires à la compréhension de la présente invention. Il faut cependant noter que si la température de l'eau refroidie est plus basse que celle désirée, les thermostats 20 et 2l+ 1+0 réagiront pour fermer les interrupteurs 21 et 25 de manière à alimenter les 71 34910 * 2108039 bobines 27 et 28 des valves de réduction de débit. De même, si la température de l'eau refroidie est plus élevée que celle souhaitée, les thermostats 20 et 2k réagiront pour fermer les interrupteurs 22 et 26 de manière à alimenter les bobines 29 et 30 des valves d'augmentation de débit. Lorsque l'une ou l'autre 5 des bobines 27 ou 28 est alimentée, le volet d'admission du compresseur centrifuge de gaz 1 ou du compresseur de gaz 3, se déplace pour diminuer le débit. D' autre part, lorsque l'une ou l'autre des bobines 29 ou 30 est alimentée, le volet d'admission du compresseur de gaz 1 ou du compresseur de gaz 3, suivant la bobine excitée, se déplace pour augmenter le débit. Lorsqu'aucune deà bobines 10 de valve 27, 28, 29 ou 30 n'est alimentée, c'est-à-dire si l'eau refroidie est à la température souhaitée, les volets d'admission des compresseurs de gaz respectifs 1 et 3 sont maintenus dans les positions de réglage atteintes qui maintiennent le débit voulu et fournissent la température souhaitée de l'eau refroidie. 15 Afin de mieux comprendre les circuits hydrauliques et le rôle des volets d'admission destiné à la commande du débit des compresseurs auxquels ils sont associés, il y a lieu de se référer aux figures de 2 à 5 des dessins annexés. Un système de fluide sous pression destiné à actionner ou faire fonctionner une commande de débit de compresseur centrifuge, tel que celui prévu pour chacun 20 des compresseurs 1 et 3, est décrit ci-dessous d'une manière assez générale, mais si on désire avoir plus de détails sur ceux-ci, il y a lieu de se référer au brevet US. 3 350 897. Chacun des compresseurs centrifuges est pourvu d'un cône d'admission 1+0 muni de plusieurs volets mobiles tournant à prérotation 1+1 et il est bien entendu que l'angle de rotation du volet 1+1 pivotant autour de 25 son axe 1+2 fait varier le débit du compresseur centrifuge d'une manière bien connue des spécialistes. Un piston H 3 se déplace à l'intérieur d'un cylindre présentant une partie 1+1+ et une partie 1+5. Lorsque du fluide sous pression est envoyé dans la partie 1+1+ du cylindre et retiré de la partie H5 du cylindre, le piston 1+3 est déplacé vers la droite de manière à faire pivoter le volet 1+1 dans 30 le sens de l'ouverture de l'admission et d'une augmentation de débit du compresseur. Au contraire, si du fluide sous pression est envoyé dans la partie de cylindre 1+5 et retiré de la partie de cylindre 1+1+, le piston se déplace vers la gauche du dessin et sa liaison mécanique au volet 1+1 fait pivoter les volets vers une position de fermeture de l'admission et de diminution de débit du com-35 presseur. Lorsque le fluide sous pression est également fourni aux deux parties du cylindre 1+1+ et 1+5, le piston de commande de débit 1+3 reste dans une position donnée correspondant à un débit donné du compresseur. Des valves actionnées par bobines, comme par exemple les valves VA et VB sont à double effet, comme indiqué plus en détail aux figures de 3 à 5 des dessins, afin de fournir du fluide 1+0 sous pression soit à l'une, soit à l'autre des parties du cylindre ou 71 34910 5 2108039 simultanément aux deux, et d'évacuer du fluide sous pression de l'une ou de 1' autre des parties de cylindre W et 1+5- Comme représentées à la figure 3 des dessins, les deux valves VA et VB sont désexcitées, les bobines 29 et 27 n'étant pas raccordées à une source de 5 tension d'alimentation. Lorsque les valves VA et VB sont désexcitées, comme dans le cas représenté à la figure 3, le fluide sous pression se trouvant dans la conduite 52 est amené à travers des valves à pointeau 53 et 5^ et à travers les conduites 50 et 51 vers les parties cylindriques 1+1+ et 1+5, équilibrant ainsi le piston 43 de commande de débit dans une position déterminée. 10 Comme montré à la figure 1+ des dessins, si la bobine 29 est alimentée, la valve VA qui lui est associée est manoeuvrée de manière à permettre au fluide sous pression dans la partie cylindrique 1+1+ de s'écouler par la conduite 50 dans la conduite d'évacuation 60, permettant ainsi au fluide sous pression dans la partie de cylindre 1+5 de contre-balancer le fluide sous pression dans la partie 15 1+1+ du cylindre et de faire déplacer le piston 1+3 vers la gauche de façon à diminuer le débit ou de fermer l'admission. Comme indiqué à la figure 5 des dessins, lorsque la bobine 27 est alimentée, la valve VB est manoeuvrée pour permettre au fluide sous pression dans la partie 1+5 du cylindre de s'écouler via la conduite 5» dans la conduite 60 de re-20 tour du fluide sous pression, permettant ainsi au fluide sous pression dans la partie 1+1+ du cylindre de contre-balancer la pression du fluide dans la partie 1+5 du cylindre et au piston 1+3 de se déplacer vers la droite pour augmenter le débit ou pour ouvrir la valve d'admission. Revenant à nouveau à la figure 1 des dessins, il n'a pas été estimé néces-25 saire de décrire d'une manière détaillée les systèmes de commande de débit pouvant être utilisés avec les circuits d'équilibrage de charge suivant l'invention. Une bobine de détection de courant 70 est couplée inductivement avec le conducteur 15 fournissant le courant au moteur électrique 2 du compresseur de gaz 1. De même, une bobine de détection de courant 71 est couplée inductivement 30 avec le conducteur 18 fournissant le courant de fonctionnement au moteur électrique 1+ du compresseur de gaz 3. Un relais de surcharge 72 est raccordé aux bornes de la bobine de détection de courant 70, de même qu'un relais de surcharge 73 est raccordé aux bornes de la bobine de détection de courant 71• Si le courant supporté par l'un ou l'autre des moteurs électriques 2 ou 1+, dépasse une valeur 35 maximum déterminée représentant un état de surcharge, la tension induite dans la bobine 70 ou dans la bobine 71 excite le relais de surcharge correspondant 72 ou 73. Par exemple, si le relais de surcharge 72 est mis en action par un é-tat de surcharge du moteur électrique 2 et du compresseur de gaz 1, le contact 72 se ferme afin d'alimenter la bobine 27, faisant ainsi mouvoir les volets d' 1+0 entrée du compresseur de gaz 1 pour diminuer le débit. Aussitôt que le débit du 71 34910 6 2108039 compresseur de gaz 1 est réduit jusqu'à une valeur normale, sans surcharge, le courant supporté par le moteur électrique 2 y associé est ramené à une valeur telle que le relais de surcharge 72 est désexcité, désexcitant ainsi la bobine 27. De même, lorsque le relais de surcharge 73 est excité, son contact 73 se fer-5 me de manière à alimenter la bobine 28. Suivant l'invention, la bobine de détection de courant JO est raccordée à la bobine de détection de courant 71 à travers des résistances 75, 76 et 77» le raccordement des bobines est réalisé avec une polarité telle qu'il en résulte des courants circulants en sens opposés dans la résistance 76, un des courants 10 circulant dans un sens étant le courant induit dans la bobine de détection 70 et l'autre courant circulant dans le sens opposé étant le courant induit dans la bobine de détection 71* Par un choix judicieux des valeurs de résistances 75» 76 et 77 en fonction des paramètres des bobines 70 et 71 et des relais de surcharge 72 et 73, l'un et l'autre de ces derniers peut être amené à fonctionner 15 lorsque le courant supporté par le moteur électrique 2 ou par le moteur électrique b diffère sensiblement du courant supporté par l'autre de ces moteurs électriques. Les connexions sont telles que si le moteur électrique 2, par exemple, supporte plus de courant que le moteur électrique 4, ce qui indique que le compresseur de gaz 1 fonctionne avec un débit supérieur à celui du compresseur de 20 gaz 3, le relais de surcharge 72 est alimenté afin de fermer son contact 72 et d'alimenter la bobine 27 pour régler les volets d'entrée du compresseur de gaz 1 dans un sens déterminant la réduction de son débit jusqu'à ce qu'il soit proche de celui du compresseur de gaz 3, ce qui se marque par une circulation de courant dans le conducteur 13 approximativement égale à la circulation de cou-25 rant dans le conducteur 18. En d'autres ternies, lorsque les courants circulant dans les conducteurs 15 et 18 sont égaux, les courants de sens opposés circulant dans la résistance 76 s'équilibrent, de sorte qu'aucune tension en plus ou en moins ne détermine une manoeuvre de 1'un ou de l'autre relais de surcharge 72 ou 73» lesquels sont prévus pour intervenir en cas de déséquilibre entre les char-30 ges des deux moteurs électriques 2 et 4 et compresseurs de gaz 1 et 3. L'invention a aussi pour objet des contacts de court-circuitâge 80 et 81 pour les bobines de détection de courant 70 et 71» Le contact de court-circuita-ge 80 est normalement ouvert; il se ferme quand le courant manque pour faire fonctionner le moteur électrique 2 et exciter la bobine 82 du contact de court-35 circuitage. De même le contact de court-circuitage 81 est normalement ouvert; il se ferme quand le courant ne circule pas dans la bobine 83 et dans le moteur é-lectrique U. Donc, si soit le moteur 2 ou soit le moteur électrique 4 n'est pas alimenté et ne fonctionne donc pas, la bobine 70 ou la bobine 71 de détection de surcharge est court-circuitée. Cependant, comme des résistances 75 et 77 sont 1+0 prévues, la commande de débit reste intacte et le circuit de protection contre 71 34910 7 2108039 les surcharges pour celui des moteurs électriques 2 ou lf qui continue à fonctionner, même si l'autre est désexcité et que sa bobine de détection de surcharge est court-circuitée. La figure 6 des dessins représente un schéma de câblage montrant des rac-5 cordements supplémentaires de résistances pour un système suivant l'invention, prévus pour trois moteurs électriques entraînant des compresseurs de gaz. Une bobine de détection 90 est couplée inductivement avec les conducteurs de courant du moteur électrique d'un premier compresseur de gaz non représenté. De même, une bobine de détection 91 est couplée avec les conducteurs de courant d' 10 un moteur électrique entraînant un second compresseur centrifuge de gaz tandis qu'une bobine de détection de courant 92 est couplée avec les conducteurs de courant d'un troisième moteur électrique entraînant un troisième compresseur centrifuge de gaz non représenté. Des résistances 9^» 95» 96, 97 et 98 sont raccordées de la manière représentée au dessin pour obtenir les raccordements vou-15 lus de circuits en pont afin que des courants opposés circulent à travers les résistances 9^, 96 et 98 associées respectivement aux bobines de détection 90, 91 et 92. Les bobines de détection 90, 91 et 92 ont une polarité telle que représentée, de manière à obtenir des courants désirés de sens contraire circulant dans les résistances 9^» 96 et 98 de la façon déjà décrite. Chaque relais 20 de surcharge commandant la valve de diminution y associée est raccordé aux bornes des bobines de détection respectives 90, 91 et 92 comme indiqué en 100, 101, 102, 103 et 10l+, 105. Un contact de court-circuitage 110 est associé à la bobine de détection de courant 90 de même qu'un contact de court-circuit âge 111 est associé à la bobine de détection 91 et qu'un contact de court-circuitage 112 est 25 associé à la bobine de détection 92. Chacun des contacts de court-circuitage de 110 à 112 est actionné par des bobines de contacteurs semblables aux bobines 82 ou 83 décrites précédemment en corrélation avec la figure 1 des dessins. L'utilisation des contacts 110, 111 et 112 permet à l'un quelconque des compresseurs entraînés électriquement, respectivement associés aux bobines de détection de 30 courant 90, 91 et 92, d'être débranché et de ne pas fonctionner alors que les autres compresseurs qui sont raccordés en parallèle dans le système commun de réfrigération restent en fonctionnement, et l'agencement est tel que la charge à répartir pourrait être équitablement divisée entre tous les compresseurs indépendamment du nombre de compresseurs qui ne sont pas alimentés pour l'une ou 1' 35 autre raison. Il est bien entendu que le circuit en chaîne de la figure 6 peut se prolonger indéfiniment de manière à comporter autant de compresseurs centrifuges entraînés par moteurs électriques que l'on désire pour un système de réfrigération donné. Bien que le circuit de répartition de charge suivant l'invention ait été 1+0 décrit en fonction d'un type particulier de commande de débit prévu pour 71 34910 8 2108039 manoeuvrer des volets de commande de débit à prérotation pour compresseurs centrifuges, il est évident que le dit circuit de répartition de charge peut être utilisé avec d'autres types de commande de débit et de compresseurs centrifuges. Diverses modifications peuvent être apportées par des spécialistes sans sortir du cadre de l'invention. 71 34910 9 2108039 REVENDICATIONS. 1. Installation de réfrigération, caractérisée en ce qu'elle comporte une charge de réfrigération, au moins deux compresseurs de gaz entraînés par moteurs électriques raccordés en parallèle à la dite charge, chacun d'eux possédant des 5 moyens de commande de débit variable, des moyens de commande électriques devant être excités pour faire déplacer les moyens de commande de débit de chaque compresseur dans le sens d'une diminution de débit, des moyens de commande électriques influencés par le courant supporté par le moteur électrique de chaque compresseur pour exciter les moyens de commande électriques afin de réduire le dé-10 bit du compresseur y associé et des moyens raccordant électriquement le circuit électrique de chaque compresseur afin de diminuer le débit d'un compresseur déterminé lorsque le courant de son moteur électrique tend à augmenter jusqu'à une valeur dépassant le courant supporté par les autres moteurs électriques entraînant les autres compresseurs raccordés à la charge de réfrigération afin d' 15 obtenir une répartition équitable de la charge entre tous les compresseurs. 2. Installation de la réfrigération suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des dits circuits électriques est influencé par une surcharge afin d'exciter le moyen de commande correspondant lorsque le courant électrique supporté par le moteur de compression associé dépasse une valeur prédéterminée. 20 3. Installation de réfrigération suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens raccordant électriquement le circuit électrique est constitué d'au moins une résistance parcourue par le courant électrique en sens opposé correspondant aux courants supportés par un moteur électrique associé à un compresseur et par un autre moteur électrique associé à un autre com-25 prèsseur. U. Installation de réfrigération suivant la revendication 1, la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que le dit circuit électrique comporte une bobine de détection de courant associée a un conducteur d'alimentation du moteur électrique associé et en ce qu'il est pour-vu d'un moyen pour court-30 circuiter la bobine concernée lorsque le moteur électrique n'est pas alimenté.