Brevet FR2528127A1 — publié le 19831209

Moto-compresseur centrifuge électrique intégré à grande vitesse La présente invention se rapporte à un compresseur centrifuge capable de tourner à grande vitesse à l'aide d'un moteur électrique intégré au compresseur lui-mare. Un compresseur centrifuge est une machine tournante, comportant au moins une roue servant d'impulseur et au moins une volute d'extraction jouant le rôle de diffuseur, dont la fonction est de comprimer un fluide gazeux tel que le gaz commercialisé sous la Marque "FREON" Si l'on veut obtenir un taux de compression par roue appréciable, de l'ordre de 2,5 par exemple, il est nécessaire de fonctionner à vitesse de rotation très éle- vée, de l'ordre d'une ou plusieurs dizaines de milliers de tours par minu- te. On connatt actuellement des compresseurs centrifuges tournant à grande vitesse dans lesquels un multiplicateur mécanique de vitesse est interposé entre le moteur électrique dtentrainement et l'arbre entrainant la ou les roues du compresseur Dans ces dispositifs connus, un accouple- ment flexible, dit de petite vitesse, est interposé entre le rotor du moteur électrique et la roue d'entrée du multiplicateur, et un autre accouplement flexible, dit à grande vitesse, est interposé entre le pignon de sortie du multiplicateur et le rotor du compresseur. Ces dispositifs connus présentent un certain nombre d'inconvé- nients: le multiplicateur et ses accouplements associés nécessitent un disposi- tif de lubrification coûteux et grand consommateur d'énergie; le problème de vitesse critique est complexe du fait de la multiplicité des parties tournantes; en raison du grand nombre d'organes mécaniques, la fiabilité de l'unité de compression n'est pas excellente; des problèmes de lignage se posent en raison de la présence de plusieurs mobiles; l'unité de compression n'étant pas compacte, les différents composants sont généralement disposés sur des socles et des supports différents, ce qui se répercute sur le coût de l'ensemble. Le compresseur centrifuge de l'invention est un compresseur cen- trifuge intégré, tournant à grande vitesse, et ne présentant pas les in- convénients des dispositifs connus décrits ci-dessus Il est caractérisé en ce qu'il comporte un arbre unique portant au moins une roue de mise en vitesse du fluide à comprimer, en porte-à-faux sur chacune de ses deux extrémités, un moteur électrique à grande vitesse dont le rotor porté par ledit ar- bre est situé dans la partie médiane de ce dernier, au moins deux paliers magnétiques de sustentation dudit arbre et une bu- tée magnétique de réglage de la position axiale de ce dernier, un carter étanche enveloppant au moins ledit moteur électrique, lesdits paliers et ladite butée magnétiques, au moins un premier dispositif d'étanchéité facial situé à une première extrémité du compresseur et réglable par déplacement axial de l'arbre à l'aide de la butée magnétique, au moins un second dispositif d'étanchéité facial situé à l'autre extré- mité du compresseur et réglable par déplacement longitudinal commandé d'une pièce porteuse, au moins un circuit de mise à une pression déterminée de l'espace inté- rieur dudit carter. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description sui- vante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble en coupe longitudinale d'un compres- seur centrifuge à deux étages réalisé selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe de la roue du premier étage et de ses étanchéités associées, la figure 3 est une vue en coupe de la butée magnétique, de la roue du deuxième étage et de ses étanchéités associées. la figure 4 est une vue en coupe d'une variante de réalisation du dispo- sitif de réglage de l'étanchéité faciale associée à la roue du premier étage, la figure 5 est une vue schématique agrandie de l'éjecteur équipant le compresseur de la figure 1. Sur la figure 1, la référence 1 désigne l'arbre du moto-compres- seur intégré L'arbre 1 porte en son centre l'élément rotorique 2 d'un mo- teur électrique à grande vitesse, entouré, comme on le voit sur le dessin, d'un élément statorique 3 Un tel moteur, actuellement disponible sur com- mande chez les constructeurs, est capable de fournir une puissance d'un à plusieurs milliers de kilowatts pour une vitesse de rotation de 10 000 à 15.000 tours par minute. L'arbre 1 porte, en porte-à-faux sur chacune de ses extrémités, une première roue d'aspiration 4 formant l'élément tournant du premier éta- ge de compression et une deuxième roue d'aspiration 5 formant l'élément tournant du deuxième étage de compression La sustentation de larbre 1 est assurée par deux paliers magnétiques 6 et 7, réglés sous contrôle de détec- teurs de position 32, et auxquels est associée une butée magnétique 8 per- mettant le réglage de la position longitudinale de l'arbre 1 On distingue encore sur la figure 1 des roulements d'atterrissage 9 sur lesquels repose l'arbre 1 en l'absence de courant électrique. L'ensemble constitué par le moteur ( 2, 3), les paliers magnéti- ques 6 et 7, et la butée magnétique 8, est placé dans un carter étanche 10. La roue 4 du premier étage est reliée d'une part à la canalisation basse- pression 11, dite canalisation d'aspiration, et d'autre part à la volute 12 de refoulement du premier étage, ou volute d'extraction, qui débouche elle-même dans la tubulure 13 de refoulement du premier étage. Le fluide comprimé sortant en 13 est amené par une canalisation 14 jusqu'au manchon d'aspiration 15 du second étage de compression compor- tant la deuxième roue 5 Ce deuxième étage comporte, comme le premier, une volute d'extraction 16 et une tubulure de refoulement 17 connectée à la tuyauterie d'extraction 18 fournissant le fluide comprimé de sortie. Conformément à l'invention, les étages de compression sont munis tous deux non seulement d'une étanchéité axiale 19 à labyrinthe sur les couvercles des roues centrifuges 4 et 5, mais encore d'étanchéités ( 20, 21) faciales, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe 22 de l'arbre 1, ces étan- chéités étant des étanchéités à labyrinthe s'appuyant sur une face lisse abradable, et réglables par déplacement axial de ladite face abradable com- me il sera explicité plus en détail ci-après. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la par- tie interne du carter 10 est maintenue à une pression déterminée Cette pression peut être par exemple la pression atmosphérique ou la pression d'aspiration régnant dans la canalisation d'alimentation Il mais elle peut être aussi avantageusement, comme c'est le cas dans l'exemple considéré, une pression nettement inférieure à la pression d'alimentation de l'ensem- ble. La mise en dépression de l'espace intérieur du carter 10 est ré- alisée en reliant cet espace à la canalisation d'aspiration 11 par une tu- bulure 23 comportant un circuit de mise en dépression 24 figuré à plus grande échelle sur la figure 5, et constitué très simplement par un éjec- teur dont le col 25 est associé à une buse d'injection 26 reliée à la tu- bulure de refoulement 18 du second étage du compresseur On obtient de la sorte une pression dans le carter 10 égale environ au tiers de la pression d'aspiration dans la tuyauterie 11. Pour appliquer, en variante, à l'espace intérieur du carter 10, la pression d'aspiration, il suffit de ne pas alimenter la buse 26 de l'in- jecteur 24. Le dispositif de réglage des étanchéités faciales 20 et 21 sera maintenant décrit à l'aide également des figures 2 et 3. En se reportant tout d'abord à la figure 3 la butée magnétique 8 est associée à deux éléments statoriques ( 27, 28) et à un détecteur de po- sition axiale 29 Le détecteur 29 et les éléments statoriques ( 27, 28) sont reliés à un ensemble de commande qui permet de régler la position longitu- dinale de la butée 8, donc de l'arbre 1, pour obtenir un jeu minimum entre l'élément abradable 30 de l'étanchéité faciale 21 et le labyrinthe 31 qui lui fait face. En se reportant maintenant à la figure 2, l'étanchéité faciale comporte également un labyrinthe 33 faisant face à une partie lisse et abradable 34, mais cette partie abradable 34 est portée par Mne pièce ma- gnétisable 35 qui est mobile sous l'action du courant passant dans des bo- bines de magnétisation 36, et sous commande d'un détecteur de position 37 relié à la centrale électronique de commande du compresseur Les courants passant dans les bobines 27, 28 et 36, sont réglés par la centrale élec- tronique de manière à obtenir un jeu minimum aussi bien entre les éléments 30 et 31 de l'étanchéité faciale 21 qu'entre les éléments 33 et 34 de l'é- tanchéité faciale 20. La figure 4 est une variante du dispositif de réglage de l'étan- chéité facile 20 dans laquelle la pièce portante 35 n'est pas déplaçable par action électromagnétique, mais peut se dilater plus ou moins à l'aide d'une résistance chauffante 38 alimentée par un courant dont l'intensité est commandée à partir du détecteur de position 37. REVENDICATIONS 1. Compresseur centrifuge intégré et capable de tourner à grande vitesse, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre unique ( 1) portant au moins une roue ( 4, 5) de mise en vitesse du fluide à comprimer, en porte-à- faux sur chacune de ses deux extrémités, un moteur électrique ( 2, 3) à grande vitesse dont le rotor ( 2), porté par ledit arbre, est situé dans la partie médiane de ce dernier, au moins deux paliers magnétiques ( 6, 7) de sustentation dudit arbre et une butée magnétique ( 8) de réglage de la position axiale de ce dernier, un carter étanche ( 10) enveloppant au moins ledit moteur électrique, lesdits paliers et ladite butée magnétiques, au moins un premier dispositif d'étanchéité facial ( 21) situé à une pre- mière extrémité du compresseur et réglable par déplacement axial de l'arbre à l'aide de la butée magnétique, au moins un second dispositif d'étanchéité facial ( 20) situé à l'autre extrémité du compresseur et réglable par déplacement longitudinal commandé d'une pièce porteuse ( 35), au moins un circuit de mise à une pression déterminée de l'espace inté- rieur dudit carter. 2. Compresseur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de mise à pression du carter est cons- titué d'une ou plusieurs canalisations ( 23) reliant ledit carter à la cana- lisation d'aspiration ( 11) du compresseur. 3 Compresseur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de mise à pression du carter comporte un dispositif ( 24) de mise en dépression par aspiration. 4, Compresseur centrifuge selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de mise en dépression par aspiration comporte au moins un injecteur ( 24) alimenté à partir d'une des conduites ( 18) de refoulement 4 u compresseur.