Brevet FR2465261A1 — publié le 19810320

1. La présente invention concerne des dispositifs de refroidissement de liquide centrifuges entraînés par onduleur et, plus spécifiquement, un système de commande de la capa- cité d'un compresseur centrifuge entraîné par onduleur. Plus spécifiquement, et sans que cela limite le domaine représenté et décrit, la présente invention con- cerne un circuit de commande réglable de pompage et de capa- cité d'un dispositif de refroidissement à liquide basé sur un compresseur centrifuge entraîné par onduleur, o le circuit de commande de la présente invention permet l'adaptation du système de commande de capacité à l'équipement existant dont les caractéristiques de pompage sont inconnues. Dans le fonctionnement des dispositifs de refroi- dissement à liquide utilisant des compresseurs centrifuges entraînés par onduleur, il est avantageux, pour obtenir un fonctionnement efficace et économique, de réguler la capaci- té du système par réglage de la position des aubes directri- ces ainsi que de la vitesse du moteur du compresseur. Dans de tels dispositifs de refroidissement, il est souhaitable que les réglages de la vitesse du moteur et de la position des aubes directrices soient faits pendant une durée impor- tante sans qu'il y ait pompage du compresseur. Le pompage pose un problème important lorsque les aubes de pré-rotation sont presque fermées, à la suite de quoi de petites varia- 2. tions de leur position a un effet très important sur la ca- pacité du compresseur et peut entraîner un pompage néfaste de celui-ci. Un système de commande de capacité qui est parti- culièrement efficace dans le contrôle de la capacité par réglage de la position des aubes directrices et de la vites- se du moteur du compresseur, tout en évitant le pompage, est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.151.725 au nom de Kountz et autres. Dans le système de commande décrit dans ce brevet, un circuit est prévu dans le- quel la valeur de réglage de la vitesse du compresseur est fonction de la position des aubes de pré-rotation. Par régu- lation de la vitesse du compresseur et de l'ouverture des aubes de pré-rotation d'une manière qui suit la fonction ma- thématique développée pour un système ayant des caractéris- tiques connues, un système de commande, qui évite le pompage et donne un fonctionnement au rendement élevé, est décrit dans ce brevet. Bien que le circuit décrit dans le brevet des Etats-Unis d'mérique. no 4.151.725 permette d'obtenir un fonc- tionnement efficace d'un dispositif de refroidissement, son système de commande n'est pas facilement adaptable à la com- mande d'un dispositif de refroidissement liquide à compres- seur centrifuge entraîné par onduleur ayant des caractéris- tiques de pompage inconnues. Ainsi, une fonction,établie en usine, qui est décrite dans le brevet Kountz ne permet pas d'obtenir sur place une certaine souplesse dans les relations entre entrée et sortie. En l'absence d'une telle adaptabili- té, il est possible qu'un dispositif de refroidissement cen- trifuge ayant des caractéristiques de pompage indéterminées se mettrait à pomper ou à fonctionner de façon inefficace dans certaines conditions de fonctionnement. Un système de commande de machines de refroidisse- ment centrifuges à liquide faisant appel à des composants réglables de circuit est décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n0 3.780.532 au nom de Norbeck et autres. Le système de commande de ce brevet a également pour objet 3. d'éliminer "l'affaissement" lié à la commande proportionnelle de position. La présente invention a,par conséquent,pour objet d'augmenter le rendement d'un dispositif de refroidissement centrifuge à liquide,tout en en évitant le pompage. Un autre objet de la présente invention est de permettre la mise au point d'un système de commande de capacité d'un dispositif de refroidis- sement liquide particulier dont le compresseur a des caractéristiques de pompage inconnues. Un autre objet de la présente invention est de permettre l'adap- tation de la commande de capacité à un système de refroidissement particu- lier grâce à l'utilisation d'un circuit perfectionné. Un autre objet de la présente invention est de permet- tre la mise au point d'un système de commande de capacité d'un système de refroidissement pour que son fonctionnement soit efficace et sans pompage pour toutes les valeurs possibles de la charge et du rapport entre pres- sion de refoulement et pression d'aspiration. Les objets précédents ainsi que d'autres objets sont réalisés selon la présente invention dans un système qui pré- voit un circuit réglable de commande de pompage et de capacité pour des dispositifs de refroidissement liquides comportant un compresseur centrifuge entraîné par un onduleur,o le circuit d'un système de commande peut être réglé de façon à permettre un fonctionnement efficace en conjonction avec une variété de dispositifs de refroidissement centrifuges ayant des caractéris- tiques de pompage inconnues.Les composants réglables du circuit selon la présente invention possèdent deux degrés d'adaptation pour assurer un fonctionnement efficace du système et exempt de poapage pour toutes les valeurs possibles de la charge et du rapport entre pression de refoulement et pression d'aspiration du compresseur. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est une courbe de la vitesse du compres- seur en fonction de la position des aubes de pré-rotation,pour une valeur fixe du rapport entre pressions de refoulement et d'aspiration; La figure 2 est un schéma sous forme de blocs re- présentant une partie du circuit d'un système de commande de 4. la capacité d'un compresseur centrifuge incorporant le circuit réglable de commande de pompage et de capacité selon la présente invention; La figure 3 est un schéma représentant les détails du circuit réglable de commande de pompage et de capacité de la figure 2; et La figure 4 est une courbe permettant de compren- dre le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Dans la figure 1, on a représenté deux courbes de la variation de la vitesse du compresseur en fonction de l'ouverture des aubes de prérotation pour une valeur fixe du rapport pression de refoulement/pression d'aspiration du com- presseur dans des dispositifs de refroidissement liquides comprenant un compresseur centrifuge entraîné par un onduleur, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4.151.725 supposé ici connu. La courbe 1 représente une cour- be de pompage établie à partir des données réelles de pompage d'un dispositif de refroidissement centrifuge à eau, o le fonctionnement dans la partie inférieure gauche de la courbe - se traduirait par un pompage du compresseur. Pour éviter ce pompage, une courbe de fonctionnement réel 2 a été établie, représentant une fonction mathématique permettant de réguler le fonctionnement du système de commande décrit dans le bre- vet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.151.725. Par régulation de la vitesse du moteur du compresseur et de l'ouverture des aubes de pré-rotation du système décrit dans ce brevet, de façon à suivre la fonction 2, non seulement le pompage est évité, mais encore le système est exploité de la façon la plus efficace. La régulation effectuée en suivant la cour- be 2 par le système de commande est due en partie à la déri- vation effective dans le système de commande du brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.151.725 du nombre de Mach minimum Mo, obtenu à partir des températures de condensation et d'évaporation. Ensuite, le nombre Mach minimum, ou système indicateur du rapport entre pression de refoulement et pres- sion d'aspiration du compresseur, est transmis au circuit du côté sortie. Le signal dérivé du potentiomètre de posi- 5. tion des aubes de pré-rotation, comme indiqué dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 4.151.725, est modifié par un circuit approprié de façon à produire un signal modifié ou signal de fonction, destiné à être combiné au signal repré- sentant le nombre Mach minimum. La combinaison des signaux produit un signal qui est alors combiné dans le dispositif breveté de façon à produire un signal de "point de réglage" de la variation de vitesse pour la partie de commande de vi- tesse de l'onduleur du système de commande. L'expression "variation de vitesse" concerne la correction de vitesse du moteur à induction entraînant le compresseur par prise en considération du nombre Mo, du signal de fonction du côté sortie du circuit, et du signal de vitesse réelle du moteur comme cela est décrit dans le brevet de Kountz et autres. Le signal de variation de vitesse résultant donne une valeur de correction pour une régulation optimum de la vitesse du mo- teur à induction. La courbe 2 utilisée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.151.725 a été tirée d'un système de refroidissement centrifuge particulier ayant des caracté- ristiques de pompage connues. Mais la fonction particulière représentée en figure 1 n'existe pas nécessairement pour les autres types de systèmes de refroidissement à compresseur centrifuge, dont les caractéristiques de pompage sont incon- nues avant leur incorporation dans des dispositifs de refroi- dissement existants ou dans dés dispositifs de refroidisse- ment de conception et de fabrication différentes. En liaison avec la figure 2, on a représenté une partie du circuit de commande de capacité décrit dans le bre- vet des Etats-Unis d'Amérique n0 4,151.725 incorporant le cir- cuit réglable de commande de pompage et de capacité de la présente invention- qui permet l'adaptation du circuit de com- mande de capacité à un système de refroidissement donné ayant des caractéristiques de pompage inconnues. Le circuit régla- ge de commande de pompage et de capacité décrit ici permet la mise en forme de la fonction 2 pour avoir l'assurance que le système ne pompera pas à certains points de fonctionnement. Le schéma de circuit de la figure 2 est tiré du schéma re- 6. présenté en figure 6A dans le brevet n0 4.151.725, qui, avec les figures 6B et 6C de ce brevet, représente les détails du circuit du système de commande de capacité dans lequel- le circuit réglable de commande de pompage et de ca- pacité de la présente invention, représenté généralement par la référence 20, est incorporé pour remplacer certains com- posants. La thermistance 63 et ses éléments du circuit asso- cié pour la détection de la température de sortie de l'eau refroidie n'ont pas besoin d'être davantage décrits pour la compréhension de la présente invention, et il est fait réfé- rence au brevet n0 4.151.725 pour trouver de plus amples dé- tails sur le détecteur de température d'eau refroidie du circuit de commande de capacité. En figure 2, la température de condensation du fluide réfrigérant du dispositif de refroidissement est détectée par une thermistance 56 et un signal est produit sur une ligne 55, alors que la température d'évaporation du fluide réfrigérant est détectée par une thermistance 58 avec application d'un autre signal sur une ligne 57. Ces deux signaux sont combinés dans un amplificateur différentiel 59 pour fournir sur des lignes 88 et 89 un signal lié au nombre Mach minimum Mo pour des aubes de pré-rotation largement ou- vertes. Le signal résultant est lié seulement au rapport entre pression de refoulement et pression d'aspiration du compresseur, et ne comprend aucun facteur concernant la position des aubes. Le signal de position des aubes est prélevé à un potentiomètre 61 (figure 2) et est transmis par une ligne à l'entrée négative d'étages amplificateurs 101, 102 et 103 représentés en figure 3. En figure 2, le curseur du po- tentiomètre 61 est accouplé mécaniquement aux aubes, ou à la sortie du moteur d'entraînement des aubes. Ainsi, le signal électrique de la'ligne 100 indique continuellement la position physique (ouverture totale, ouverture aux trois- quarts, etc...) des aubes d'entrée. Le signal indiquant la position des aubes est transmis à l'entrée négative de l'am- plificateur 101 par l'intermédiaire d'une paire de résistan- 7. ces et d'un potentiomètre réglable 104 qui permet l'adjonc- tion d'une valeur variable de tension linéaire à la fonction dans une plage de tension représentant la position des aubes comprise entre 2 volts et 6 volts. Le curseur du potentiomè- tre 61 se trouve à une position (supérieure) correspondant à une résistance nulle lorsque les aubes sont largement ouver- tes. Le signal fourni aux entrées des amplificateurs 102 et 103 par la ligne 100 est également appliqué à leur entrée négative par l'intermédiaire de résistances sélectionnées, comme indiqué en figure 3. Les tensions représentant les va- leurs indiquées dans le dessin, obtenues à partir d'une source de courant continu de 12 volts par l'intermédiaire de résistances sélectionnées, sont appliquées par une ligne 105 à l'entrée positive de l'étage amplificateur 101, par une ligne 106 à l'entrée positive de l'amplificateur 102 et par une ligne 107 à l'entrée positive de l'amplificateur 103. Les sorties des amplificateurs 101, 102 et 103 sont combinées et appliquées à l'entrée positive d'un amplifica- teur 110 par une ligne 111. La sortie de l'amplificateur 110, provenant des sorties différentielles des amplificateurs 101, 102 et 103, représente un signal indiquant l'écart de vites- se par rapport au nombre Mach minimum, basé sur la position réelle des aubes. Ce signal est transmis par une ligne 90 et est combiné avec la sortie de la ligne 88 comme indiqué en figure 2, qui représente un signal lié au nombre Mach minimum Mo pour des aubes largement ouvertes. La ligne 90 reçoit ain- si un signal d'entrée positif qui est une fonction composite du signal de variation de vitesse et du nombre Mach minimum Mo qui peut être appliqué au circuit logique du système de commande de capacité, tel qu'il est décrit, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'amérique n0 4.151.725. Un potentiomètre 120 a pour fonction de traduire sélectivement la fonction d'augmentation ou de diminution lors de l'adaptation du circuit de commande de capacité à un dispositif de refroidissement particulier ayant des carac- téristiques de pompage inconnues. Le signal du potentiomètre est dirigé par une ligne 62 vers un circuit logique com- 8. me cela est représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que n' 4.151.725. Le signal de la ligne 62,provenant du potentiomètre 120 du circuit réglable de commande de pompage et de capacité 20 est un signal de variation ajouté par l'in- termédiaire d'un amplificateur lOla pour être combiné au si- gnal de nombre Mach minimum pour aubes largement ouvertes provenant de la ligne 88, de façon à constituer un nouveau si- gnal de commutation sur une ligne 89 pour la commande d'un amplificateur 103a. En liaison maintenant avec la figure 4, on a repré- senté graphiquement un exemple de formation dune fonction appropriée selon la présente invention. Dans le graphique, l'ouverture des aubes de pré-rotation se trouve dans une plage comprise entre 2 et 7 volts obtenue pendant les essais d'un système donné représentant 25,35 A M, sortie présente -sur la ligne 90, en fonction de l'ouverture des aubes. Le circuit 20 peut être réglé de façon à donner la fonction représentée en figure 4 au moyen d'une technique permettant d'adapter un circuit de commande de capacité aux caractéristiques du dispositif de refroidissement dans lequel le système de commande de capacité doit être incorporé. Une procédure d'installation sur place, qui s'est avérée appro- priée, sera maintenant décrite. Cependant, il apparaîtra à l'homme de l'art que-d'autres techniques permettant le régla- ge des composants du circuit de la présente invention pour obtenir une fonction peuvent être utilisées. En général, le système de commande de la présente invention peut être incor- poré dans un dispositif de refroidissement à compresseur cen- trifuge ayant des caractéristiques de pompage inconnues. L'étalonnage du circuit de commande dans l'exemple suivant concerne des aubes de pré-rotation entraînées par un moteur électrique avec un signal de réaction de 2 à 10 volts,en- tre la position fermée et la position d'ouverture totale. Lors de l'installation du système pour la commande de capaci- té d'un dispositif de refroidissement donné, les potentiomè- tres 104 et 120 peuvent être réglés à l'origine en usine à une valeur de base suggérée pour le dispositif de refroidis- 9. sement. L'organe de commande de température de l'eau re- froidie du dispositif de refroidissement est réglé à 6,50C et le système est alors actionné avec une charge élevée dans le circuit d'eau refroidie. Après que le système donne une température de 6,50C pour l'eau refroidie, l'installateur peut déterminer la différence entre la température de l'eau refroidie et la température de l'eau d'entrée dans le conden- sateur. Ensuite, se référant à des données appropriées, l'ins- tallateur détermine si l'eau refroidie de sortie a une tempé- rature comprise entre le minimum et le maximum alloués. Si- non, le bouton de contrôle de température du dispositif de refroidissement est alors réglé pour amener la température de l'eau refroidie de sortie dans les limites. La charge du système est alors modifiée par tout moyen approprié, par exemple par coupure des ventilateurs d'air et analogues, jus- qu'à ce que la tension des aubes de pré-réglage se trouve dans la plage 6-7 volts. De nouveau, par référence à des don- nées appropriées, on détermine si l'eau refroidie se trouve entre le maximum et le minimum alloués et des ajustements appropriés peuvent être faits s'il n'en est pas ainsi. Après que le système se soit stabilisé à la suite des étapes précédentes dans la gamme 6-7 volts, le disposi- tif de refroidissement est placé dans le mode "maintien". L'installateur surveille alors la tension obtenue après une certaine rotation du potentiomètre 120 jusqu'à ce qu'il y ait pompage du système. Par exemple, le potentiomètre 120 peut être tourné de -0,25 volt toutes les quatre minutes pour agir sur la fonction jusqu'à ce qu'il y ait pompage. Pendant ce processus, l'installateur se maintient dans les limites de température de l'eau refroidie provenant de données appropriées. La répétition de la création d'une charge ayant une tension comprise entre 6 et 7 volts peut être nécessaire de la manière effectuée précédemment. Au point de pompage, la tension fonctionnelle peut être déter- minée et la tension supplémentaire ajoutée du potentiomètre avoir une valeur suffisante, c'est-à-dire 1 volt, jusqu'à ce que la fonction corresponde aux valeurs calculées. 246526 1 10. Le système est alors ramené au mode de fonctionnement automa- tique et les étapes précédentes sont répétées pour les ten- sions d'aubes dans la plage 3-4 volts, déterminant de nou- veau si la température de l'eau refroidie de sortie est com- prise entre les valeurs minimum et maximum allouées. La position du potentiomètre 104 est alors réglée d'une valeur prédéterminée jusqu'à ce que le pompage se produise, par exemple par rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec un effet sur la fonction de -0,50 volt toutes les quatre minutes. Au point de pompage, la tension fonction- nelle peut être lue et une tension supplémentaire, c'est-à- dire un volt, ajoutée pour régler le potentiomètre 104 jus- qu'à ce que la fonction atteint la valeur calculée. Ainsi, le système doit être étalonné pour tous les points de fonction- nement attendus. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles pro- viennent de la conversion d'unités anulo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 11. REVENDICATIONS 1 - Système réglable de commande de pompage et de capacité pour la commande du fonctionnement d'un système de réfrigération à compresseur centrifuge entraîné par onduleur, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen pour détecter (61) la position des aubes d'entrée réglables d'un compresseur centrifuge d'un système de réfrigération; - un moyen de circuit (20) couplé au moyen de dé- tection pour fournir une première sortie indiquant la posi- tion des aubes et une seconde sortie indiquant l'écart de vi- tesse du compresseur par rapport au nombre Mach minimum basé sur la position des aubes; et - un moyen de circuit comportant des moyens régla- bles (104, 120) pour régler les première et seconde sorties afin de commander le fonctionnement d'un compresseur centri- fuge sans pompage pour tous les points de fonctionnement attendus. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réglables comprennent un potentiomètre (104) pour régler la première sortie. 3 - Système selon la revendication l,caractérisé en ce que les moyens réglables comprennent un potentiomètre (120) pour régler la seconde sortie. 4 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réglables comprennent un premier et un second potentiomètre (104, 120) respectivement, pour régler les première et seconde sorties. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen permettant de détecter la position des au- bes d'entrée réglables est un potentiomètre (61) comportant un curseur prévu pour être physiquement accouplé aux aubes d'entrée. 6 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de circuit comprend une pluralité de moyens d'amplificateur (101, 102, 103) couplés au moyen de dé- tection de la position des aubes. 12. 7 - Système selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que la pluralité de moyens d'amplificateur comprend une pluralité d'étages d'amplificateur (101, 102, 103) ayant une entrée respective couplée au moyen de détection de la position des aubes. 8 - Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pluralité d'étages d'amplificateur reçoit des tensions différentes respectives à ses autres entrées. 9 - Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de circuit comprend en outre un moyen pour combiner (110) les sorties des étages d'amplificateur. - Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'amplificateur sup- plémentaire (110) comportant une entrée couplée au moyen pour combiner les sorties de la pluralité d'étages d'amplificateur et former la première sortie. 11 - Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen réglable permettant de régler la première sortie comprend un potentiomètre (120) couplé à la sortie de la pluralité d'étages d'amplificateur. 12 - Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen réglable comprend un potentiomètre (104) couplé entre le moyen de détection de la position des aubes et une entrée de l'un des étages d'amplificateur. 13 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour créer (56, 58, 59) une sortie représentant un nombre Mach minimum. 14 - Système selon la revendication 13, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour combiner (lOla) la seconde sortie à la sortie représentant le nombre Mach minimum. - Procédé de commande du pontage et de la capa- cité d'un système de réfrigération à compresseur centrifuge entraîné par onduleur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - la dérivation d'un signal indiquant la position des aubes d'entrée réglables d'un compresseur centrifuge 13. d'un système de réfrigération; - la formulation d'une première sortie à partir du signal en fonction de la position des aubes; - la formulation d'une seconde sortie à partir du- dit signal en fonction d'un écart de vitesse du compres- seur par rapport à un nombre Mach minimum basé sur la posi- tion des aubes; et - le réglage des première et seconde sorties pour commander le fonctionnement d'un compresseur centrifuge ayant des caractéristiques de pompage inconnues et éviter le pompage pour tous les points de fonctionnement attendus. 16 - Procédé selon la revendication 15, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: - la dérivation d'une troisième sortie indiquant le nombre Mach minimum; et - la combinaison des seconde et troisième sorties.