Brevet FR2941017A1 — publié le 20100716

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande d'au moins deux turbocompresseurs ayant chacun un dispositif de commande pour maintenir un écart par rapport à la courbe de limite de pompage de chaque turbocompresseur. L'invention concerne également un système de commande ainsi qu'un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique Le champ de caractéristiques d'un turbocompresseur est divisé en une zone stable et une zone instable par la courbe de limite de pompage. Le pompage se produit lorsque le point de fonctionnement du turbocompresseur passe dans le domaine instable du champ de caractéristiques par réduction de la quantité débitée ou par la montée en pression. Cela se traduit par une alternance cyclique entre le refoulement et le pompage du milieu comprimé, souvent accompagné par de fortes vibrations, des chocs de pression ainsi qu'une montée rapide de la température du turbocompresseur. Comme conséquence prévisible, il y a par exemple des dommages au niveau du palier, des frottements, des dommages du rotor ou des pales risquant d'entraîner la défaillance totale du turbocompresseur. Pour éviter de telles situations, il est connu d'utiliser des dispositifs de commande permettant de maintenir un écart fixe ou prédéfini par rapport à la courbe de limite de pompage de façon à commander le point de fonctionnement du turbocompresseur, par exemple, sa vitesse de rotation en la modifiant de manière correspondante ou en ouvrant une soupape de décharge. Dans la suite de la description, on appellera commande de la régulation, une commande fondée sur des valeurs réelles obtenues en retour et leur comparaison à des valeurs de consigne. Lorsque plusieurs turbocompresseurs sont ainsi groupés pour débiter un fluide en commun, il est prévu de manière générale, un dispositif de commande par compresseur pour respecter l'écart par rapport à sa courbe de limite de pompage puisqu'en priorité, il faut éviter le pompage. 2 Sans coordonnées de tels dispositifs de commande, on peut avoir une répartition irrégulière de la charge entre les différents turbocompresseurs et arriver à une instabilité de l'ensemble du système sous l'effet des dispositifs de commande fonctionnant en sens opposé. C'est pourquoi, selon une pratique interne à l'entreprise de la demanderesse, il est connu de réguler la répartition de la charge choisie suivant les différents points de fonctionnement des turbocompresseurs pour que tous les compresseurs se trouvent pratiquement à la même distance de leur courbe de limite de pompage respective. Cette régulation de la répartition de charge fonctionne sans régulateur central ou principal et repose sur l'intercommunication des différents dispositifs de commande des divers compresseurs. Contrairement à cela, le document US 6 602 057 B2 propose une commande centrale répartissant la charge en fonction des coefficients des débits volumiques des différents compresseurs. Le document US 5 743 714, propose de répartir la charge des compresseurs combinés, en minimisant le travail total. Le document US 6 233 954 B1, propose de choisir un compresseur prioritaire et de fixer ensuite les points de fonctionnement des différents compresseurs en fonction de celui-ci. De tels concepts prennent en compte la distance par rapport à la courbe de limite de pompage pour la répartition de la charge. Dans le cas de la régulation de la répartition de charge décrite ci-dessus, connue par la pratique interne à l'entreprise, il est prévu un déréglage manuel des différents dispositifs de commande pour permettre de modifier la distance à respecter par rapport à la courbe de limite de pompage en prévoyant une distance pratiquement égale appliquée à tous les compresseurs. L'expression "déréglage" signifie ici un décalage de l'écart à la courbe de limite de pompage qu'un dispositif de commande tente de respecter pour un turbocompresseur. Un tel déréglage, permet de décaler le point de fonctionnement des différents turbocompresseurs, c'est-à-dire commander de manière prioritaire, manuellement dans une certaine mesure, la régulation de la répartition de charge pour, par exemple, solliciter ou libérer plus fortement de 3 manière intentionnelle, certains compresseurs, c'est-à-dire de les faire fonctionner plus ou moins loin de leur limite de pompage. Selon la pratique connue de manière interne à l'entreprise, la régulation de la répartition de charge choisit pratiquement le même écart par rapport à la courbe de limite de pompage respective pour tous les turbocompresseurs, de sorte que les compresseurs combinés présentent globalement la grandeur globale souhaitée pour le procédé, par exemple, un débit total et des conditions de pression, totales. Mais un déréglage manuel de certains dispositifs de commande ne tenant pas compte des autres turbocompresseurs se traduit par une modification non souhaitable de telles grandeurs de procédé. Si par exemple, dans le cas d'une combinaison de deux turbocompresseurs, on réduit uniquement l'écart de la limite de pompage de l'un des compresseurs, les conditions de pression restant les mêmes, cela se traduit par une réduction de son débit et ainsi par une réduction non souhaitable du débit total de cette combinaison. Le document US 5 347 467 propose de respecter la grandeur totale du procédé par un régulateur central qui règle globalement les régulateurs locaux de limite de pompage. Ce document ne prévoit pas de déréglage ciblé de certains dispositifs de commande. But de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer la régulation de la répartition de charge décrite ci-dessus, connue par la pratique interne de l'entreprise. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que on détermine pour chaque turbocompresseur, un premier écart par rapport à sa courbe de limite de pompage, et dans les dispositifs de commande, on dérègle l'écart à respecter vis-à-vis de ce premier écart, caractérisé en ce qu' on dérègle l'écart à respecter d'un dispositif de commande par rapport à son premier écart sur la base du déréglage d'un autre dispositif de 4 commande de façon à laisser pratiquement constante une grandeur globale de procédé. L'invention concerne également un système pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'un produit programme d'ordinateur ou un support de données avec un code programme correspondant pour la mise en oeuvre de ce procédé. On peut réunir deux ou plusieurs turbocompresseurs en une combinaison pour obtenir une grandeur globale de procédé (ou paramètre global de procédé). C'est ainsi que l'on peut, par exemple, brancher en parallèle deux ou plusieurs lignes de turbocompresseurs et régler en commun un rapport global de pressions entre la pression d'aspiration et la pression de refoulement, ainsi qu'un débit global. Une ou plusieurs de ces lignes de turbocompresseur peuvent comporter elles-mêmes en série, deux ou plusieurs lignes de turbocompresseurs. Au moins deux de ces turbocompresseurs, ont chacun une courbe de commande pour respecter un écart de préférence prédéfini ou qui s'établit, par rapport à la courbe de ligne de pompage du turbocompresseur respectif. Ces dispositifs de commande permettront par exemple de modifier la vitesse de rotation du turbocompresseur respectif et/ou d'ouvrir une soupape de décharge. Pour de tels turbocompresseurs, on détermine un premier écart par rapport à leur courbe de limite de pompage. Ce premier écart peut alors être, de préférence, pratiquement le même pour tous les dispositifs de commande, pour optimiser la répartition de la puissance entre les différents compresseurs combinés. On peut dérégler ce premier écart à respecter dans les différents dispositifs de commande. Cela signifie que l'on peut influencer le dispositif de commande pour qu'il cherche à respecter l'écart déréglé à la place du premier écart. Une telle régulation de la répartition de la charge avec les dispositifs de commande que l'on peut dérégler, est déjà connue selon la pratique interne à l'entreprise. Mais, selon l'invention, il est proposé de dérégler l'écart à respecter par au moins un dispositif de commande par rapport à son premier écart sur la base du déréglage des autres dispositifs de commande de façon que la grandeur totale de procédé reste pratiquement constante. En tenant compte du déréglage des autres dispositifs de commande, on peut ainsi éviter une variation non voulue et négative d'une grandeur globale de procédé, par exemple d'un débit global, d'un débit volumique global, d'une pression globale d'aspiration 5 et/ou de refoulement et/ou d'un rapport global de pression, par le déréglage d'un dispositif de commande. Dans le cas au moins trois turbocompresseurs sont combinés, par exemple trois compresseurs débitant en parallèle ou deux compresseurs branchés en série et eux-mêmes en parallèle avec un troisième compresseur, une telle combinaison offre plus de degrés de liberté. C'est ainsi que dans ce cas, on peut dérégler un ou plusieurs dispositifs de commande. Si, selon l'invention, les dispositifs de commande résiduels sont déréglés en fonction du déréglage du dispositif de commande déréglé, on peut éviter toute autre variation non voulue d'une grandeur globale de procédé. En particulier, dans un tel cas, il peut être avantageux que les dispositifs de commande se transmettent leur déréglage, de façon à dérégler l'écart à respecter par un dispositif de commande vis-à-vis de son premier écart en fonction du déréglage transmis par les autres dispositifs de commande. Cela permet par exemple de régler les déréglages par une itération consistant prédéfinir d'abord le déréglage d'un premier dispositif de commande et de le transmettre aux autres dispositifs de commande. Ceux-ci seront déréglés à leur tour pour compenser le déréglage du premier dispositif de commande. Ces déréglages des autres dispositifs de commande, sont transmis au premier dispositif de commande. Comme les déréglages des autres dispositifs de commande, compensent précisément le déréglage initial, prédéfini du premier dispositif de commande, il n'y aura plus d'autres déréglages du premier dispositif de commande. Dans les mêmes conditions, on définit en commun le déréglage de tous les dispositifs de commande. En particulier, si tous les déréglages prédéfinis ne peuvent se faire en même temps sans modifier la grandeur globale de procédé, un mode de réalisation préférentiel prévoit de dérégler les écarts à respecter dans les dispositifs de commande, vis-à-vis de leur 6 premier écart en fonction des déréglages des autres dispositifs de commande, de façon à ce que d'une part, la grandeur globale de procédé reste pratiquement constante et que d'autre part, le rapport ou la différence des déréglages des divers dispositifs de commande séparément, correspondent entre eux ou les uns par rapport aux autres pratiquement au rapport des déréglages prédéfinis. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - le premier écart est pratiquement le même pour tous les dispositifs de commande, - la grandeur globale de procédé représente un débit global, un débit volumique global, une pression globale d'aspiration, une pression globale de refoulement et/ou un rapport global de pression, - on applique à la commande de trois ou plusieurs compresseurs, l'écart à respecter par un dispositif de commande vis-à-vis de son premier écart, déréglé en fonction des déréglages des autres dispositifs de commande pour qu'une grandeur globale de procédé reste pratiquement constante, - les écarts à respecter dans les dispositifs de commande par rapport à un premier écart fondé sur le déréglage des autres dispositifs de commande sont déréglés pour que le rapport ou la différence des déréglages des différents dispositifs de commande entre eux ou les uns par rapport aux autres, correspondent pratiquement aux rapports ou différences des déréglages prédéfinis des dispositifs de commande entre eux ou les uns par rapport aux autres, - les dispositifs de commande échangent entre eux leurs déréglages, et l'écart à respecter par un dispositif de commande sera déréglé par rapport à son premier écart en fonction du déréglage transmis par les autres dispositifs de commande. Enfin, l'invention concerne un système de commande d'au moins deux turbocompresseurs mettant en oeuvre le procédé tel que défini ci-dessus ou un produit programme d'ordinateur avec un code programme pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation de l'invention présenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre une combinaison de deux turbocompresseurs et d'un système de commande selon la présente invention, - la figure 2 montre les champs de caractéristiques des deux turbocompresseurs de la figure 1. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une combinaison de deux turbocompresseurs 1.1, 2.1 branchés en parallèle. Chaque turbocompresseur comporte un dispositif de commande 1.2, 2.2 pour maintenir l'écart par rapport à une courbe de limite de pompage P1 ou P2 (figure 2). Pour respecter cet écart, le dispositif de commande modifie par exemple la vitesse de rotation de chaque compresseur et/ou ouvre une soupape de décharge 1.3 ou 2.3. Comme indiqué par la double flèche de la figure 1, les deux dispositifs de commande 1.2, 2.2 communiquent entre eux et s'échangent notamment les écarts à respecter par rapport à la courbe de limite de pompage. Un procédé selon l'invention pour la commande de cette combinaison de compresseurs, sera décrite à l'aide de la figure 2. La figure 2 montre les champs de caractéristiques des deux turbocompresseurs 1.1, 2.1 sous la forme du rapport de pressions Ap en fonction du débit volumique dV/dt. Pour les deux compresseurs, on a représenté chaque courbe de limite de pompage P1, P2, ainsi que quelques lignes de vitesse de rotation constante nl.1, nl.2 ou n2.1, 2.2. On détermine tout d'abord le débit volumique souhaité dV/dt et le rapport de pressions global Ap d'une régulation de distribution de charge connue selon la pratique interne entre les deux turbocompresseurs pour avoir le même premier écart A1.1 = A2.1, vis-à-vis de la courbe de limite de pompage respective P1, P2. A la figure 2, les courbes en trait interrompu représentent l'écart respectif par rapport aux deux courbes de limite de pompage P1, P2. Lorsque les dispositifs de commande ne sont pas déréglés, les points de 7 8 fonctionnement B1.1 et B2.1 des deux turbocompresseurs, se situent sur les courbes en pointillés. Puis, on dérègle manuellement l'écart à respecter par rapport au premier écart A1.1 dans le premier dispositif de commande 1.2 ; pour cela, l'opérateur prédéfinit l'écart A1.2 plus faible qu'il faut respecter. Le point de fonctionnement du premier turbocompresseur 1.1 se déplace ainsi vers le point B1.2 et son débit volumique diminue de A(dV.dt). Le déréglage faisant passer le point A1.1 vers le point A1.2, est transmis par le premier dispositif de commande 1.2 au second dispositif de commande 2.2. Ce dernier dérègle l'écart à respecter A2.2 par rapport à son premier écart A2.1 sur la base du déréglage A1.1 vers A1.2 de façon que le débit volumique total dV/dt reste pratiquement constant. 20 NOMENCLATURE 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 A1.1, A2.1 lo A1.2, A2.2 B1.1, B2.1 B1.2, B2.2 dV/dt Ap 15 P1, P2 premier turbocompresseur premier dispositif de commande première vanne de décharge second turbocompresseur second dispositif de commande seconde vanne de décharge premier écart écart à respecter point de fonctionnement point de fonctionnement déréglé débit volumique total rapport total de pressions première, seconde courbe de limite de pompage. REVENDICATIONS1 °) Procédé de commande d'au moins deux turbocompresseurs (1.1, 2.1) ayant chacun un dispositif de commande (1.2, 2.2) pour maintenir un écart par rapport à la courbe de limite de pompage (Pl, P2) de chaque turbocompresseur, selon lequel on détermine pour chaque turbocompresseur, un premier écart (A1.1, A2.1) par rapport à sa courbe de limite de pompage, et dans les dispositifs de commande, on dérègle l'écart à respecter vis-à-vis de ce premier écart, caractérisé en ce qu' on dérègle l'écart à respecter (A2.2) d'un dispositif de commande (2.2) par rapport à son premier écart (A2.1) sur la base du déréglage (A1.1 -* A1.2) d'un autre dispositif de commande (1.2) de façon à laisser 15 pratiquement constante une grandeur globale de procédé (dV/dt). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier écart est pratiquement le même pour tous les dispositifs de 20 commande. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur globale de procédé représente un débit global, un débit 25 volumique global (dV/dt), une pression globale d'aspiration, une pression globale de refoulement et/ou un rapport global de pression (Ap). 4°) Procédé selon la revendication 1, 30 caractérisé en ce qu' on applique à la commande de trois ou plusieurs compresseurs, l'écart à respecter par un dispositif de commande vis-à-vis de son premier écart, déréglé en fonction des déréglages des autres dispositifs de commande pour qu'une grandeur globale de procédé reste pratiquement 35 constante. 11 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les écarts à respecter dans les dispositifs de commande par rapport à un premier écart fondé sur le déréglage des autres dispositifs de commande sont déréglés pour que le rapport ou la différence des déréglages des différents dispositifs de commande entre eux ou les uns par rapport aux autres, correspondent pratiquement aux rapports ou différences des déréglages prédéfinis des dispositifs de commande entre eux ou les uns par rapport aux autres. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de commande échangent entre eux leurs déréglages, et l'écart à respecter par un dispositif de commande sera déréglé par rapport à son premier écart en fonction du déréglage transmis par les autres dispositifs de commande. 7°) Système de commande d'au moins deux turbocompresseurs (1.1, 2.1) avec des dispositifs de commande (1.2, 2.2) pour maintenir des écarts par rapport aux courbes de pompage des différents turbocompresseurs, caractérisé en ce que les dispositifs de commande mettent en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8°) Produit programme d'ordinateur comportant un code programme pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6 précédentes, lorsque le produit programme est exécuté par un ordinateur.30