FR3161265A1 - Ensemble moteur-compresseur intégré - Google Patents
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Abstract
L’ensemble moteur-compresseur intégré (1) comprend :
– une entrée de gaz (7),
– un arbre d’entraînement (3),
des paliers magnétiques (9, 10) supportant l’arbre d’entraînement (3),
– une première section de compression (4) en surplomb à une première extrémité de l’arbre d’entraînement et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, et
– une deuxième section de compression (5) à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement.
La première section de compression comprend un ventilateur de refroidissement (12) configuré pour être entraîné par l’arbre d’entraînement pour alimenter une boucle de refroidissement (11) de l’ensemble moteur-compresseur intégré avec une partie du gaz pris à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, la partie du gaz étant un gaz de refroidissement.
Figure pour l’abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne un ensemble moteur-compresseur intégré et concerne en particulier un agencement spécifique d’un ventilateur de refroidissement.
Un ensemble moteur-compresseur intégré peut comprendre un moteur électrique monté sur un arbre d’entraînement pour entraîner ledit arbre. L’arbre d’entraînement est généralement supporté en rotation par deux paliers magnétiques agencés de chaque côté du moteur électrique.
Une section de compression peut être agencée à chaque extrémité de l’arbre d’entraînement.
Le moteur électrique et les paliers magnétiques sont sujets à des pertes générées par exemple par des courants de Foucault.
Pour refroidir le moteur électrique et les paliers magnétiques, l’ensemble moteur-compresseur intégré comprend une boucle de refroidissement comprenant un dispositif de filtrage filtrant une partie d’un gaz comprimé par une première section de compression, la partie de gaz comprimé étant le gaz de refroidissement s’écoulant dans le moteur électrique et les paliers.
Lorsque la pression du gaz comprimé est trop élevée pour alimenter la boucle de refroidissement, une vanne de commande détend le gaz comprimé filtré par le dispositif de filtrage pour réduire la pression du gaz comprimé à une pression prédéterminée.
Néanmoins, pour réduire la pression du gaz de refroidissement, la vanne de commande dissipe une partie d’une énergie utilisée pour entraîner la première section de compression pour comprimer le gaz, ce qui réduit le rendement de l’ensemble moteur-compresseur intégré.
En outre, la vanne de commande est un composant à pression régulée qui peut être défaillant, ce qui réduit la fiabilité de l’ensemble moteur-compresseur intégré.
Il existe un besoin d’éviter au moins certains des inconvénients susmentionnés.
Selon un aspect, un nouvel ensemble moteur-compresseur intégré est proposé.
L’ensemble moteur-compresseur intégré comprend :
- une entrée de gaz,
- un arbre d’entraînement,
- des paliers magnétiques supportant l’arbre d’entraînement,
- une première section de compression en surplomb à une première extrémité de l’arbre d’entraînement et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant au niveau de l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, et
- une deuxième section de compression à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement.
La première section de compression comprend un ventilateur de refroidissement configuré pour être entraîné par l’arbre d’entraînement pour alimenter une boucle de refroidissement de l’ensemble moteur-compresseur intégré avec une partie du gaz pris à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, la partie du gaz étant un gaz de refroidissement.
Avantageusement, la première section de compression comprend une entrée de gaz radiale reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré et un carter, le ventilateur de refroidissement comprenant une roue de compression de ventilateur agencée en surplomb dans le carter à la première extrémité de l’arbre d’entraînement, la roue de compression de ventilateur du ventilateur étant configurée pour être entraînée par l’arbre d’entraînement pour comprimer le gaz de refroidissement.
Préférentiellement, la première section de compression comprend une entrée de gaz radiale reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré et le ventilateur de refroidissement est agencé en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement, le ventilateur de refroidissement comprenant le carter comportant une roue de compression de ventilateur et une entrée de gaz reliée à l’entrée de gaz radiale de la première section de compression.
Avantageusement,
– la première section de compression comprend une entrée de gaz axiale reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, un capot et une turbine fermée en surplomb agencée dans le capot avec un espacement,
– la turbine fermée comprenant une partie intermédiaire comportant une première partie et une deuxième partie, la première partie étant reliée à la deuxième partie et la deuxième partie reliant la première partie à l’arbre d’entraînement, la turbine fermée comprenant en outre une partie à pales agencée sur la deuxième partie et un couvercle entourant la première partie et la partie à pales, le couvercle comprenant une ouverture de couvercle faisant face à la première partie, une roue de compression de ventilateur étant insérée dans l’ouverture de couvercle et s’étendant à l’extérieur de la turbine fermée, un canal d’alimentation en gaz étant formé entre la première partie et le couvercle et configuré pour alimenter la roue de compression de ventilateur et la partie à pales avec un gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale de la première section de compression,
– le capot comprend une ouverture de capot faisant face à la roue de compression de ventilateur et configurée pour être reliée à la boucle de refroidissement et un agencement de scellement de ventilateur agencé dans l’espacement de chaque côté de l’ouverture de capot selon une direction axiale de la turbine fermée,
– l’ouverture de capot du capot, les agencements de scellement de ventilateur et la roue de compression de ventilateur formant le ventilateur de refroidissement.
Avantageusement, la première section de compression comprend une entrée de gaz axiale reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, une turbine en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement est configurée pour comprimer le gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale de la première section de compression, un carter entourant partiellement la turbine avec un espacement et des dispositifs de scellement agencés dans l’espacement pour former une chambre scellée configurée pour alimenter la boucle de refroidissement avec le gaz de refroidissement, la turbine comprend en outre une ogive à l’extrémité libre de la turbine et un canal à l’intérieur de la turbine, l’ogive comprenant en outre une ouverture reliée à une première extrémité du canal pour alimenter le canal avec le gaz de refroidissement, une deuxième extrémité du canal s’ouvrant dans la chambre scellée, la turbine, le canal et la chambre scellée formant le ventilateur de refroidissement.
Préférentiellement, le canal s’étend selon une ligne oblique par rapport à l’axe de rotation de la turbine de sorte que le gaz de refroidissement soit comprimé dans le canal.
Avantageusement, la turbine comprend un éjecteur pour comprimer le gaz de refroidissement s’écoulant dans le canal, l’éjecteur étant agencé dans le carter.
Préférentiellement, l’ogive comprend un injecteur.
Avantageusement, l’ensemble moteur-compresseur intégré comprend en outre :
– un moteur électrique monté sur l’arbre d’entraînement configuré pour entraîner l’arbre d’entraînement, et
– une boucle de refroidissement comportant un dispositif de filtrage,
– le dispositif de filtrage étant relié au ventilateur de refroidissement et au moteur électrique de sorte qu’une première partie d’un gaz de refroidissement comprimé, filtré par le dispositif de filtrage, s’écoule à travers le moteur électrique pour refroidir le moteur électrique.
Préférentiellement, le dispositif de filtrage est en outre relié à chaque palier magnétique de sorte qu’une deuxième partie du gaz de refroidissement filtré s’écoule à travers les paliers magnétiques pour refroidir les paliers magnétiques.
Préférentiellement, dans un mode de réalisation particulier, la deuxième section de compression est en surplomb à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention vont apparaître à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation, en aucun cas restrictifs, et des dessins annexés sur lesquels :
laFIG. 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un ensemble moteur-compresseur intégré selon l’invention ;
laFIG. 2 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d’une première section de compression de l’ensemble moteur-compresseur intégré selon l’invention ;
laFIG. 3 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation de la première section de compression selon l’invention ;
laFIG. 4 illustre schématiquement un quatrième mode de réalisation de la première section de compression selon l’invention ; et
laFIG. 5 illustre schématiquement un cinquième mode de réalisation de la première section de compression selon l’invention.
Il est fait référence ci-après à laFIG. 1 qui représente schématiquement un premier mode de réalisation d’un ensemble moteur-compresseur intégré 1.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comporte un moteur électrique 2 monté sur un arbre d’entraînement 3, deux sections de compression 4, 5 et un carter étanche à l’eau 6.
Le moteur électrique 2 et les deux sections de compression 4, 5 sont agencées dans le carter étanche à l’eau 6.
Une première section de compression 4 est en surplomb à une première extrémité de l’arbre d’entraînement 3 et la deuxième section de compression 5 est à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement 3.
Chaque section de compression 4, 5 comporte une entrée de gaz 4a, 5a et une sortie de gaz 4b, 5b.
Dans un premier mode de réalisation de la première section de compression 4 représentée sur laFIG. 1 , l’entrée de gaz 4a est une entrée de gaz radiale.
L’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5 est une entrée de gaz axiale.
L’entrée de gaz 4a de la première section de compression 4 est reliée à une entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1, l’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5 est reliée à la sortie de gaz 4b de la première section de compression 4 et la sortie de gaz 5b de la deuxième section de compression 5 est reliée à une sortie de gaz 8 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
Chaque section de compression 4, 5 peut comprendre une roue de compression 4c, 5c.
Chaque section de compression 4, 5 comprend des dispositifs de scellement 4d, 5d pour empêcher toute fuite de gaz dans le carter étanche à l’eau 6 depuis la section de compression 4, 5.
Le moteur électrique 2 est destiné à entraîner les sections de compression 4, 5 de sorte que la première section de compression 4 comprime un gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 et distribue le gaz comprimé à l’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5.
Le moteur électrique 2 est en outre destiné à entraîner la deuxième section de compression 5 pour comprimer davantage le gaz comprimé distribué par la première section de compression 4, la deuxième section de compression distribuant le gaz comprimé à la sortie de gaz 8 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
L’arbre d’entraînement 3 est supporté par deux paliers 9, 10 dans le carter étanche à l’eau 6.
Chaque palier 9, 10 comprend un palier radial et/ou un palier axial.
Préférentiellement, dans un mode de réalisation particulier, la deuxième section de compression 5 est en surplomb à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement 3.
Les paliers 9, 10 peuvent comprendre des paliers de gaz ou de préférence des paliers magnétiques.
On suppose ci-après que les paliers 9, 10 sont des paliers magnétiques, chaque palier magnétique 9, 10 comprenant un palier magnétique radial et/ou un palier magnétique axial.
Un premier palier 9 est agencé entre la première section de compression 4 et le moteur électrique 2, et le deuxième palier 10 est agencé entre la deuxième section de compression 5 et le moteur électrique 2.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend en outre une boucle de refroidissement 11.
La première section de compression 4 comprend en outre un ventilateur de refroidissement 12 monté en surplomb sur l’arbre d’entraînement pour alimenter la boucle de refroidissement 11 avec une partie du gaz pris à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 permet de réaliser un ensemble moteur-compresseur intégré en surplomb double combiné avec un ventilateur 12 à la place d’une vanne de commande connue dans l’art antérieur qui génère une grande baisse de pression et une grande baisse de débit dans l’ensemble moteur-compresseur intégré.
La partie du gaz pris à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 est appelée gaz de refroidissement.
Dans un premier mode de réalisation de la première section de compression 4, la première section de compression 4 comprend un carter 4e comportant la roue de compression 4c, l’entrée de gaz 4a de la première section de compression 4, la sortie de gaz 4b de la première section de compression 4 et le ventilateur de refroidissement 12 comportant une roue de compression de ventilateur 12a.
L’entrée de gaz 7 de la première section de compression 4 conduit à la partie de basse pression de la roue de compression 4c de la première section de compression 4 et à la partie de basse pression de la roue de compression de ventilateur 12a.
La partie de basse pression de la roue de compression 4c de la première section de compression 4 fait face à la partie de basse pression de la roue de compression de ventilateur 12a du ventilateur de refroidissement 12.
Un gaz destiné à être comprimé par une roue de compression entre dans la partie de basse pression de la roue de compression et sort de la partie de haute pression de la roue de compression. La pression du gaz dans la partie de haute pression de la roue de compression est supérieure à la pression dudit gaz dans la partie de basse pression de la roue de compression. Le carter 4e de la première section de compression 4 comprend en outre une sortie de gaz de ventilateur 12b évacuant le gaz de refroidissement comprimé par la roue de compression de ventilateur 12a.
L’agencement du ventilateur de refroidissement 12 dans le carter 4e de la première section 4 simplifie l’alimentation de la roue de compression de ventilateur 12a.
La boucle de refroidissement 11 comprend en outre un dispositif de filtrage 13 comprenant une entrée 13a reliée à la sortie de gaz 12b du ventilateur de refroidissement 12, et une sortie 13b reliée au moteur électrique 2 et aux paliers magnétiques 9, 10.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend en outre un conduit d’évacuation 14 reliant l’intérieur du carter étanche à l’eau 6 à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
Lorsque le moteur électrique 2 entraîne l’arbre d’entraînement 3, le ventilateur de refroidissement 12 comprime le gaz de refroidissement pour alimenter la boucle de refroidissement 11 en gaz de refroidissement comprimé et le dispositif de filtrage 13 filtre le gaz de refroidissement comprimé. Le gaz de refroidissement comprimé s’écoule dans le moteur électrique 2 et les paliers magnétiques 9, 10.
Une première partie du gaz de refroidissement comprimé filtré par le dispositif de filtrage 13 peut s’écouler à travers le moteur électrique 2 pour refroidir le moteur électrique 2 et une deuxième partie du gaz de refroidissement comprimé filtré par le dispositif de filtrage 13 peut s’écouler à travers les paliers magnétiques 9, 10 pour refroidir les paliers magnétiques 9, 10.
La première partie du gaz de refroidissement comprimé chauffé par le moteur électrique 2 et la deuxième partie du gaz de refroidissement comprimé chauffé par les paliers magnétiques 9, 10 sont libérées à l’intérieur du carter étanche à l’eau 6.
Le gaz de refroidissement chauffé libéré dans le carter étanche à l’eau 6 est déchargé à travers l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 via le conduit d’évacuation 14.
Le ventilateur de refroidissement 12 peut être conçu de sorte que la pression à la sortie de gaz 12b soit égale à une pression déterminée qui est déterminée en fonction de l’écoulement de gaz de refroidissement circulant dans le moteur électrique 2 et les paliers 9, 10, et en fonction de la baisse de pression dans la boucle de refroidissement 11.
Tel que représenté, le dispositif de filtrage 13 peut être agencé à l’extérieur du carter étanche à l’eau 6.
En variante, le dispositif de filtrage 13 peut être agencé à l’intérieur du carter étanche à l’eau 6.
Un gaz non filtré peut comporter des particules susceptibles d’endommager des composants à l’intérieur du carter étanche à l’eau 6, par exemple d’endommager les paliers 9, 10 et le moteur électrique 2.
Les particules peuvent être un produit de corrosion d’une tuyauterie de traitement, de la rouille, des gouttelettes d’eau portées par un flux de traitement ou des particules solides dans le gaz traité s’écoulant dans l’entrée de gaz 7.
Le dispositif de filtrage 13 est conçu pour enlever ces particules du gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
LaFIG. 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de la première section de compression 4.
Les mêmes références désignent les mêmes éléments précédemment référencés dans le mode de réalisation de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 représenté sur laFIG. 1 .
Contrairement au premier mode de réalisation de la première section de compression 4, le ventilateur de refroidissement 12 comprend un carter 12c indépendant du carter 4e de la première section de compression 4.
Le ventilateur de refroidissement 12 est agencé en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement 3.
La partie de basse pression de la roue de compression 4c de la première section de compression 4 fait face à la partie de haute pression de la roue de compression de ventilateur 12a du ventilateur de refroidissement 12.
Un gaz destiné à être comprimé par une roue de compression entre dans la partie de basse pression de la roue de compression et sort de la partie de haute pression de la roue de compression. La pression du gaz dans la partie de haute pression de la roue de compression est supérieure à la pression dudit gaz dans la partie de basse pression de la roue de compression. Le ventilateur de refroidissement comprend une entrée de gaz 12d reliée à l’entrée de gaz radiale 4a de la première section de compression 4 et une sortie de gaz 12e reliée à l’entrée 13a du dispositif de filtrage 13.
LaFIG. 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation de la première section de compression 4.
Dans le présent mode de réalisation, la première section de compression 4 comprend une entrée de gaz axiale 20 reliée à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 et une sortie de gaz 21 reliée à l’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5.
La première section de compression 4 comprend un capot 22 et une turbine fermée 23 en surplomb agencée dans le capot avec un espacement Gp.
La turbine fermée 23 est reliée à l’arbre d’entraînement 3 pour comprimer le gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale 20.
La turbine fermée 23 comprend une ogive 24 à l’extrémité libre de la turbine fermée 23 et une partie intermédiaire 25 reliant l’ogive 24 à l’arbre d’entraînement 3.
L’ogive 24 et la partie intermédiaire 25 peuvent être d’un seul tenant.
La partie intermédiaire 25 comprend une première partie 26 et une deuxième partie 27, la première partie 26 reliant l’ogive 24 à la deuxième partie 27 et la deuxième partie 27 reliant la première partie 26 à l’arbre d’entraînement 3.
La première partie 26 comprend une première extrémité 26a reliée à l’ogive 24 et une deuxième extrémité 26b opposée à la première extrémité 26a.
La deuxième extrémité 26b de la première partie 26 est reliée à une première extrémité 27a de la deuxième partie 27.
La deuxième partie 27 comprend une deuxième extrémité 27b opposée à la première extrémité 27a de la deuxième partie 27 et reliée à l’arbre d’entraînement 3.
La turbine fermée 23 comprend en outre une partie à pales 28 agencée sur la deuxième partie 27 et un couvercle 29 entourant la première partie 26 et la partie à pales 28.
La partie à pales 28 comprend des ailettes pour comprimer un gaz.
Puisque la partie à pales 28 n’est pas agencée sur la première partie 26, aucune ailette n’est fixée sur la première partie 26 de sorte qu’un canal d’alimentation en gaz 30 soit formé entre la première partie 26 et le couvercle 29.
Le couvercle 29 comprend une ouverture du couvercle 31 faisant face à la première partie 26.
Une roue de compression de ventilateur 32 est insérée dans l’ouverture du couvercle 31 et s’étend à l’extérieur de la turbine fermée 23.
La roue de compression de ventilateur 32 peut être intégrée dans le couvercle 29, le couvercle 29 et la roue de compression de ventilateur 32 étant par exemple moulés.
En variante, la roue de compression 32 est insérée dans le couvercle 29, par exemple les pales de la roue de compression 32 sont vissées ou soudées ou brasées sur le couvercle 29.
Le capot 22 comprend une ouverture de capot 33 faisant face à la roue de compression 32 de la turbine fermée 23 et reliée à l’entrée 13a du dispositif de filtrage 13 à travers un conduit 34.
Un agencement de scellement de ventilateur 35 est agencé dans l’espacement Gp de chaque côté de l’ouverture de capot 33 en fonction d’une direction axiale de la turbine fermée 23.
Chaque agencement de scellement de ventilateur 35 peut comprendre un labyrinthe.
L’ouverture de capot 33 du capot 22, les agencements de scellement de ventilateur 35 et la roue de compression de ventilateur 32 forment le ventilateur de refroidissement.
Le canal d’alimentation en gaz 30 alimente la partie à pales 28 et la roue de compression de ventilateur 32 en gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale 20 de la première section de compression 4.
Lorsque l’arbre d’entraînement 3 entraîne la turbine fermée 23, la roue de compression de ventilateur 32 comprime une première partie du gaz (gaz de refroidissement) alimenté par le canal d’alimentation 30, la partie du gaz comprimé (gaz de refroidissement) s’écoulant dans l’entrée 13a du dispositif de filtrage 13 à travers l’ouverture de capot 33. La partie à pales 29 comprime une deuxième partie du gaz alimenté par le canal d’alimentation 30, la deuxième partie étant égale au gaz alimenté par le canal d’alimentation 30 moins la première partie du gaz, la deuxième partie du gaz comprimé par la partie à pales 29 étant déchargée de la première section de compression 4 à travers la sortie de gaz 21.
La première section de compression 4 comprend en outre un dispositif de scellement 36 pour éviter toute fuite de gaz comprimé à l’intérieur du carter étanche à l’eau 6, le dispositif de scellement 36 étant agencé entre le capot 22 et l’arbre d’entraînement 3. Le dispositif de scellement 36 peut comprendre un labyrinthe.
LaFIG. 4 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation de la première section de compression 4.
Dans le présent mode de réalisation, la première section de compression 4 comprend une entrée de gaz axiale 40 reliée à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 et une sortie de gaz 41 reliée à l’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5.
La première section de compression 4 comprend un capot 42 et une turbine 43 en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement 3.
La turbine 43 est agencée dans le capot 42.
Un carter 44 entoure partiellement la turbine 43 avec un espacement.
Des dispositifs de scellement 45 sont agencés dans l’espacement pour former une chambre scellée 44a.
Le carter 44 comprend en outre une sortie 46 reliée à l’entrée 13a du dispositif de filtrage 13.
Chaque dispositif de scellement 45 peut comprendre un labyrinthe.
La turbine 43 comprend en outre une ogive 47 à l’extrémité libre de la turbine 43 et un canal 49 à l’intérieur de la turbine 43.
Telle que représentée, l’ogive 47 peut être conique.
Une ouverture 48 est reliée à une première extrémité du canal 49 et une deuxième extrémité du canal 49 s’ouvre dans la chambre scellée 44a.
Une partie du gaz s’écoulant dans la première section de compression 4 s’écoule dans le canal 49, la partie du gaz s’écoulant dans le canal 49 étant le gaz de refroidissement.
La turbine 43, la chambre scellée 44a et le canal 49 forment le ventilateur de refroidissement.
La turbine 43 peut en outre comprendre un éjecteur 50 agencé dans le carter 44 pour comprimer le gaz de refroidissement s’écoulant dans le canal 49.
Lorsque l’arbre d’entraînement 3 entraîne la turbine 43, la turbine 43 comprime le gaz et le gaz de refroidissement s’écoule à travers le canal 49 dans la chambre scellée 44a. L’éjecteur 50 entraîné par l’arbre d’entraînement 3 comprime le gaz de refroidissement dans la chambre scellée 44a.
Le gaz de refroidissement comprimé s’écoule à travers la sortie 46 de la chambre scellée 44a pour alimenter le dispositif de filtrage 13.
LaFIG. 5 représente schématiquement un cinquième mode de réalisation de la première section de compression 4.
Dans le présent mode de réalisation, la première section de compression 4 comprend une entrée de gaz axiale 55 reliée à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 et une sortie de gaz 56 reliée à l’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5.
La première section de compression 4 comprend un capot 57 et une turbine 58 en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement 3.
La turbine 58 est agencée dans le capot 57.
Un carter 59 entoure partiellement la turbine 58 avec un espacement.
Des dispositifs de scellement 60 sont agencés dans l’espacement pour former une chambre scellée 59a.
Le carter 59 comprend en outre une sortie 61 reliée à l’entrée 13a du dispositif de filtrage 13.
Chaque dispositif de scellement 60 peut comprendre un labyrinthe.
La turbine 58 comprend en outre une ogive 62 à l’extrémité libre de la turbine et un canal 63 à l’intérieur de la turbine.
Une ouverture 64 est reliée à une première extrémité du canal 63 et une deuxième extrémité du canal 63 s’ouvre dans la chambre scellée 59a.
La turbine 58, la chambre scellée 59a et le canal 63 forment le ventilateur de refroidissement.
L’ogive 62 peut comprendre un injecteur 62a.
Le canal 63 s’étend selon une ligne oblique par rapport à un axe de rotation de la turbine 58 de sorte que le gaz de refroidissement soit comprimé dans le canal 63.
Dans une autre variante, l’ogive 62 ne comprend pas l’injecteur 62a et peut être conique.
L’injecteur 62a réduit la baisse de pression dans la première section de compression 4 pour économiser l’énergie pour comprimer le gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale 55.
La première section de compression 4 peut comprendre l’éjecteur 50 tel que représenté sur laFIG. 4 dans le quatrième mode de réalisation de la première section de compression 4.
Il va de soi que la turbine 43 dans le quatrième mode de réalisation de la première section de compression 4 peut comprendre l’injecteur 62a.
Une partie du gaz s’écoulant dans la première section de compression 4 s’écoule dans le canal 63, la partie du gaz s’écoulant dans le canal 63 étant le gaz de refroidissement.
Lorsque l’arbre d’entraînement 3 entraîne la turbine 58, la turbine 58 comprime le gaz et le gaz de refroidissement s’écoule à travers le canal 63 dans la chambre scellée 59a. L’injecteur 62a entraîné par l’arbre d’entraînement 3 comprend le gaz de refroidissement s’écoulant dans le canal 63 de sorte que le gaz de refroidissement soit comprimé avant d’entrer dans le canal 63.
L’orientation du canal 63 selon une ligne oblique permet de comprimer davantage le gaz de refroidissement entrant dans le canal 63.
Le gaz de refroidissement comprimé s’écoule à travers la sortie 61 de la chambre scellée 59a pour alimenter le dispositif de filtrage 13.
Les dispositifs de scellement 4d, 5d, 36, 45, 60 peuvent comprendre des labyrinthes et peuvent en outre comprendre des conduites de liaison intermédiaires (non représentées) vers l’entrée de gaz 7 et la sortie de gaz 13b. Un agencement des labyrinthes et des différentes conduites de liaison est établi de sorte qu’aucun gaz non filtré ne puisse entrer dans les éléments de palier et de compresseur, comme le palier 9, 10 et le moteur électrique 2.
Chaque conduite de liaison peut comprendre un tuyau.
Les dispositifs de scellement 4d, 5d, 36, 45, 60 évitent que ce gaz non filtré ne s’écoule à l’intérieur des paliers internes 9, 10 et du moteur électrique 2.
« Surplomb » désigne qu’un composant de l’ensemble moteur-compresseur intégré, comme la roue de compression de ventilateur 12a, le ventilateur de refroidissement 12, la turbine 43, 58, la turbine fermée 23, la première section de compression 4 ou la deuxième section de compression 5, n’est pas situé entre les premier et deuxième paliers 9, 10.
Ledit composant est positionné en surplomb par rapport au premier ou deuxième palier 9, 10.
Dans les premier et deuxième modes de réalisation de la première section de compression 4, le gaz de refroidissement destiné à refroidir le moteur électrique 2 et les paliers 9, 10 est pris à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 de sorte que le gaz de refroidissement ne soit pas comprimé par une section de compression 4, 5 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
Le gaz de refroidissement est alimenté dans la boucle de refroidissement par la rotation du ventilateur de refroidissement pour refroidir des composants à l’intérieur du carter étanche à l’eau 6, par exemple le moteur électrique 2 et les paliers 9, 10.
Puisque l’énergie consommée par le ventilateur de refroidissement pour alimenter la boucle de refroidissement en gaz de refroidissement est inférieure à l’énergie consommée pour comprimer le gaz de refroidissement dans la première section de compression, l’énergie consommée par l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 est réduite par comparaison avec un ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprenant une boucle de refroidissement connue dans l’art antérieur.
En outre, dans les premier au cinquième modes de réalisation de la première section de compression 4, le ventilateur de refroidissement est intégré dans la première section de compression et la boucle de refroidissement ne comprend pas de vanne de commande configurée pour détendre un gaz de refroidissement comprimé (destruction d’énergie).
Puisqu’il n’est pas détruit d’énergie par la détente d’un gaz de refroidissement comprimé, le rendement de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 est augmenté en comparaison avec un ensemble moteur-compresseur comprenant une boucle de refroidissement comportant une vanne de commande connue dans l’art antérieur.
En outre, la fiabilité du ventilateur de refroidissement est supérieure à la fiabilité d’une vanne de commande régulée détendant un gaz à une pression prédéterminée connue dans l’art antérieur, ce qui permet d’augmenter la fiabilité de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.
Claims (11)
- Ensemble moteur-compresseur intégré (1) comprenant :
- une entrée de gaz (7),
- un arbre d’entraînement (3),
- des paliers magnétiques (9, 10) supportant l’arbre d’entraînement (3),
- une première section de compression (4) en surplomb à une première extrémité de l’arbre d’entraînement et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, et
- une deuxième section de compression (5) à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement,
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 1, dans lequel la première section de compression (4) comprend une entrée de gaz radiale (4a) reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré et un carter (4e), le ventilateur de refroidissement (12) comprenant une roue de compression de ventilateur (12a) agencée en surplomb dans le carter à la première extrémité de l’arbre d’entraînement (3), la roue de compression de ventilateur du ventilateur étant configurée pour être entraînée par l’arbre d’entraînement pour comprimer le gaz de refroidissement.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 1, dans lequel la première section de compression (4) comprend une entrée de gaz radiale (4a) reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré et le ventilateur de refroidissement (12) est agencé en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement (3), le ventilateur de refroidissement comprenant un carter (12c) comportant une roue de compression de ventilateur (12a) et une entrée de gaz (12d) reliée à l’entrée de gaz radiale (4a) de la première section de compression.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 1, dans lequel :
- la première section de compression (4) comprend une entrée de gaz axiale (20) reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, un capot (22) et une turbine fermée (23) en surplomb agencée dans le capot avec un espacement (Gp),
- la turbine fermée (23) comprenant une partie intermédiaire (25) comportant une première partie (26) et une deuxième partie (27), la première partie (26) étant reliée à la deuxième partie (27) et la deuxième partie (27) reliant la première partie (26) à l’arbre d’entraînement (3), la turbine fermée (23) comprenant en outre une partie à pales (28) agencée sur la deuxième partie (27) et un couvercle (29) entourant la première partie (26) et la partie à pales (28), le couvercle (29) comprenant une ouverture de couvercle (31) faisant face à la première partie, une roue de compression de ventilateur (32) étant insérée dans l’ouverture de couvercle et s’étendant à l’extérieur de la turbine fermée (23), un canal d’alimentation en gaz (30) étant formé entre la première partie et le couvercle et configuré pour alimenter la roue de compression de ventilateur et la partie à pales en gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale de la première section de compression,
- le capot (22) comprenant une ouverture de capot (33) faisant face à la roue de compression de ventilateur (32) et configuré pour être relié à la boucle de refroidissement (11) et un agencement de scellement de ventilateur (35) agencé dans l’espacement de chaque côté de l’ouverture de capot selon une direction axiale de la turbine fermée,
- l’ouverture de capot (33) du capot (22), les agencements de scellement de ventilateur (35) et la roue de compression de ventilateur (32) formant le ventilateur de refroidissement.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 1, dans lequel la première section de compression (4) comprend une entrée de gaz axiale (40, 55) reliée à l’entrée de gaz de l’ensemble moteur-compresseur intégré, une turbine (43, 58) en surplomb à la première extrémité de l’arbre d’entraînement (3) et configurée pour comprimer le gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz axiale de la première section de compression, un carter (44, 59) entourant partiellement la turbine avec un espacement et des dispositifs de scellement (45, 60) agencés dans l’espacement pour former une chambre scellée (44a, 59a) configurée pour alimenter la boucle de refroidissement (11) en gaz de refroidissement, la turbine comprend en outre une ogive (47, 62) à l’extrémité libre de la turbine et un canal (49, 63) à l’intérieur de la turbine, l’ogive comprenant en outre une ouverture (48, 64) reliée à une première extrémité du canal pour alimenter le canal en gaz de refroidissement, une deuxième extrémité du canal s’ouvrant dans la chambre scellée, la turbine, le canal et la chambre scellée formant le ventilateur de refroidissement.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 5, dans lequel le canal (63) s’étend selon une ligne oblique par rapport à un axe de rotation de la turbine (58) de sorte que le gaz de refroidissement soit comprimé dans le canal.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la turbine (43) comprend un éjecteur (50) pour comprimer le gaz de refroidissement s’écoulant dans le canal, l’éjecteur étant agencé dans le carter (44).
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l’ogive (62) comprend un injecteur (62a).
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre :
- un moteur électrique monté sur l’arbre d’entraînement configuré pour entraîner l’arbre d’entraînement, et
- une boucle de refroidissement (11) comportant un dispositif de filtrage (13),
- le dispositif de filtrage étant relié au ventilateur de refroidissement (12) et au moteur électrique (2) de sorte qu’une première partie d’un gaz de refroidissement comprimé, filtré par le dispositif de filtrage, s’écoule à travers le moteur électrique pour refroidir le moteur électrique.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de filtrage (13) est en outre relié à chaque palier magnétique de sorte qu’une deuxième partie du gaz de refroidissement filtré s’écoule à travers les paliers magnétiques pour refroidir les paliers magnétiques.
- Ensemble moteur-compresseur intégré selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième section de compression (5) est en surplomb à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement (3).
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2403809 | 2024-04-12 | ||
| FR2403809A FR3161265A1 (fr) | 2024-04-12 | 2024-04-12 | Ensemble moteur-compresseur intégré |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3161265A1 true FR3161265A1 (fr) | 2025-10-17 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2403809A Pending FR3161265A1 (fr) | 2024-04-12 | 2024-04-12 | Ensemble moteur-compresseur intégré |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| FR2923085A1 (fr) * | 2007-10-25 | 2009-05-01 | Airtechnologies | Appareil d'alimentation en gaz pour pile a combustible, notamment pour vehicule automobile |
| WO2017015729A1 (fr) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap | Compresseur centrifuge électrique muni de canaux dans le moyeu de roue pour purger l'air et refroidir le moteur et les paliers |
| US20230323896A1 (en) * | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Compressor with motor cooling impeller |
-
2024
- 2024-04-12 FR FR2403809A patent/FR3161265A1/fr active Pending
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