Brevet FR2442357A1 — publié le 19800620

La présente invention concerne un compresseur centrifuge et une installation frigorifique utilisant un tel compresseur Dans les installations frigorifiques, lorsque l'on veut utiliser un cycle thermodynamique à compression bi-étagée avec refroidissement intermédiaire, afin d'améliorer le rendement thermodynamique par rapport au simple cycle de Rankine on est obligé d'utiliser deux étages de compression. En effet, avec les compresseurs connus actuellement, on ne peut pas envisager de réaliser un cycle à compression bi-étagée en réalisant une réinjection intermédiaire dans une roue unique car s'il s'agit d'un compresseur centrifuge à ailes en arrière, la vitesse périphérique est limitée à cause des contraintes de flexion très importantes que subissent les aubages et il en résulte une pression limitée insuffisante pour assurer la compression dans une roue unique, et s'il s'agit d'un compresseur centrifuge radial, on sait qu'il atteint son rendement maximal à proximité du pompage et d'autre part pour les grands rapports de compression, sa courbe de fonctionnement débit-pression est très étroite, le débit ne pouvant pas varier sans qu'il apparaisse des phénoménes d'instabilité.Il n'est donc pas judicieux de créer de nouvelles causes d'instabilité en implantant une réinjection. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et a pour objet un compresseur centrifuge comportant une roue comprenant un rouet muni d'aubes, la trace des aubes, sur un plan quelconque coupant la roue perpendiculairement à son axe, étant rayonnante, caractérisé en ce que le rouet comporte une surface de révolution dont la méridienne est une courbe concave entraînant entre l'entrée et la sortie du rouet un changement de direction inférieur à 900, les aubes étant faiblement courbée et leur ligne de raccordement avec la surface de révolution du rouet faisant avec la bordure extérieure du rouet un angle ss aigu, en ce que l'extrémité de sortie des aubes fait un angle aigu ) avec la surface du rouet à sa sortie qui est conique et en ce que, en suivant le sens de l'écoulement du fluide dans la roue, les aubes subissent à une certaine distance de l'entrée, une brusque augmentation de largeur permettant une injection intermédiaire. Avantageusement, l'angle / est de l'ordre de 70 , l'angle L'invention a aussi pour objet une installation frigorifique fonctionnant selon un cycle de compression et de détente étagées comprenant un évaporateur, un condenseur, deux organes de détente, un ballon flash, des conduites reliant ces divers appareils, caractérisée en ce quelle comporte en outre un compresseur centrifuge à roue unique avec injection intermédiaire conforme au compresseur décrit ci-dessus, l'entrée de l'injection intermédiaire étant reliée audit ballon-flash. Un tel compresseur convient bien en effet pour être utilisé comme compres seur'unique avec recyclage dans une installation fonctionnant selon un cycle de compression étagée. En effet au point de vue aérodynamique un tel compresseur s'apparente aux compresseurs à ailes en arrière et donc bénéficie des qualités de stabilité de ces compresseurs favorables à une réinjection, et au point de vue des contraintes mécaniques, il s'apparente aux compresseurs radiaux puisque tous les efforts sont alignés sur l'axe, il est donc exempt de flexion et est donc capable des mêmes vitesses périphérique qu'un compresseur radial classique. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description faite ciaprès d'un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin-annexé dans lequel La figure 1 est une vue en perspective d'une roue de compresseur centrifuge selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation coupe dcun compresseur centrifuge selon l'invention montrant l'injection intermédiaire. La figure 3 est une représentation schématique d'une installation frigorifique selon l'invention. La figure 4 est un diagramme du cycle thermodynamique réalisé par l'installation de la figure 3. En se reportant à la figure 1, on voit en perspective une roue de compresseur centrifuge selon l'invention, qui comprend un rouet 1 comportant des aubes 2. On voit que les aubes 2 sont sensiblement plates et inclinées sur le rouet 1 de telle manière que l'angle ss à la sortie de la roue, entre la ligne de raccordement 3des aubes 2 à la surface du rouet 1 et la tangente 4 à la bordure extérieure de la roue, soit un angle-aigu de l'ordre de 700. De même, à la sortie de la roue l'arrente arrière 5 des aubes 2 fait un angle aigu Afin de permettre une injection intermédiaire, les aubes 2 subissent en 6 une brusque augmentation de largeur. Sur la figure 2 le flux principal entre en 7 selon les flèches 8 et le flux secondaire ou de réinjeotion entre en 9 selon la flèche 10. En se reportant maintenant à la figure 3, l'installation frigorifique comprend un évaporateur 11, un compresseur centrifuge 12 conforme à celui représenté figure 1 et 2, un condenseur 13, une vanne de détente 14, un ballon flash 15 et une vanne de détente 16. Les divers appareils sont reliés par des conduites 17 le fluide circulant dans le sens des flèches 18, et une conduite supplémentaire 19 relie le ballon flash 15 à l'entrée 9 de l'injection intermédiaire du compresseur centrifuge 12. La figure 4 donne le diagramme du cycle thermodynamique réalisé, avec les enthalpies : H en abscisses et les pressions P en ordonnées. La courbe C représente la courbe de saturation. On entre dans le compresseur à la pression P1, la pression de sortie est P2 et la pression au point d'injection intermédiaire 9 et dans le ballon flash 15 est P'1. Le pallier inférieur représente-l'évaporation et le pallier supérieur la condensation, les deux parties verticales 20 et 21 respectivent les détentes dues aux vannes 14 et 16, le pallier 22 la chute enthalpique dans le ballon 15. La compression est représentée par les deux obliques 23 et 24 avec une chute enthalpique 25 au point d'injection intermédiaire 9. Cette installation frigorifique fonctionnant selon un cycle thermodynamique de production de froid à compression bi-étagée avec l'utilisation d'un compresseur mono-roue selon l'invention peut, bien entendu, être utilisé comme cycle moteur de pompe à chaleur sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Compresseur centrifuge comportant une roue comprenant un rouet muni d'aubes, la trace des aubes sur un plan quelconque coupant la roue perpendiculairement à son axe étant rayonnante, caractérisé en ce que le rouet comporte une surface de révolution dont la méridienne est une courbe concave entraînant entre l'entrée et la sortie du rouet un changement de direction inférieur à 900, les aubes étant faiblement courbées et leur ligne de raccordement avec la surface de révolution du rouet faisant avec la bordure extérieure du rouet un angle '?aigu, en ce que l'extrémité de sortie des aubes fait un angle o aigu avec la surface du rouet à sa sortie qui est conique et en ce que, en suivant le sens de l'écoulement du fluide dans la roue, les aubes subissent à une certaine distance de l'entrée, une brusque augmentation de largeur permettant une injection intermédiaire. 2/ Compresseur centrifuge selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'an gle.flest de l'ordre de 700. 3/ Compresseur centrifuge selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle 450. 4/ Compresseur centrifuge selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angles au sommet du cône de sortie du rouet est de l'ordre de 130 à 1400. 5/ Installation frigorifique fonctionnant selon un cycle de compression et de détente étagées comprenant un évaporateur, un condenseur, deux organes de détente, un ballon-flash, des conduites reliant ces divers appareils, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un compresseur centrifuge à roue unique avec injection intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 4, l'entrée de l'injection intermédiaire étant reliée audit ballon-flash.