FR3161266A1 - INTEGRATED MOTOR-COMPRESSOR ASSEMBLY - Google Patents
INTEGRATED MOTOR-COMPRESSOR ASSEMBLYInfo
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Abstract
Cet ensemble moteur-compresseur intégré (1) comprend : un arbre d’entraînement (3),des paliers magnétiques (9, 10) supportant l’arbre d’entraînement (3),une entrée de gaz (7),une première section de compression (4) en porte-à-faux à une première extrémité de l’arbre d’entraînement (3) et comprenant un carter (4e) comportant une roue de compression (4c) et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant à partir de l’entrée de gaz (7), etune deuxième section de compression (5) à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement, la première section de compression comprenant un ventilateur de refroidissement (12) en porte-à-faux configuré pour fournir une partie du gaz prélevée à l’entrée de gaz (7) à une boucle de refroidissement (11) de l’ensemble moteur-compresseur intégré (1), ladite partie de gaz prélevée étant un gaz de refroidissement, le ventilateur de refroidissement (12) étant placé entre la première section de compression (4) et la deuxième section de compression (5), l’ensemble moteur-compresseur intégré (1) comprenant en outre une conduite d’aspiration (15) configurée pour fournir du gaz de l’entrée de gaz (7) au ventilateur de refroidissement (12). Figure pour l’abrégé : [Fig 1] This integrated motor-compressor assembly (1) comprises: a drive shaft (3), magnetic bearings (9, 10) supporting the drive shaft (3), a gas inlet (7), a first compression section (4) cantilevered at a first end of the drive shaft (3) and comprising a housing (4e) having a compression wheel (4c) and configured to compress a gas flowing from the gas inlet (7), and a second compression section (5) at a second end of the drive shaft, the first compression section comprising a cantilevered cooling fan (12) configured to supply a portion of the gas taken from the gas inlet (7) to a cooling loop (11) of the integrated motor-compressor assembly (1), said portion of the taken gas being a cooling gas, the cooling fan (12) being placed between the first compression section (4) and the second compression section (5), the integrated motor-compressor assembly (1) further comprising a suction line (15) configured to supply gas from the gas inlet (7) to the cooling fan (12). Figure for abstract: [Fig 1]
Description
La présente invention concerne un ensemble moteur-compresseur intégré et porte en particulier sur un agencement spécifique d’un ventilateur de refroidissement.The present invention relates to an integrated motor-compressor assembly and in particular to a specific arrangement of a cooling fan.
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.An integrated motor-compressor assembly may include an electric motor mounted on a drive shaft to drive said shaft. The drive shaft is generally supported against rotation by two magnetic bearings arranged on either side of the electric motor.
Une section de compression peut être agencée à chaque extrémité de l’arbre d’entraînement.A compression section can be arranged at each end of the drive shaft.
Le moteur électrique et les paliers magnétiques sont soumis à des pertes générées, par exemple, par des courants de Foucault.The electric motor and magnetic bearings are subject to losses generated, for example, by eddy currents.
Afin de refroidir le moteur électrique et les paliers magnétiques, l’ensemble moteur-compresseur intégré comprend une boucle de refroidissement comprenant un dispositif de filtration filtrant une partie d’un gaz comprimé au moyen d’une première section de compression, la partie de gaz comprimé étant le gaz de refroidissement s’écoulant dans le moteur électrique et les paliers.To cool the electric motor and magnetic bearings, the integrated motor-compressor assembly includes a cooling loop comprising a filtration device that filters a portion of a compressed gas by means of a first compression section, the portion of compressed gas being the cooling gas flowing into the electric motor and bearings.
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 filtration pour diminuer la pression du gaz comprimé à une pression prédéterminée.When the compressed gas pressure is too high to supply the cooling loop, a control valve reduces the compressed gas filtered by the filtration device to lower the compressed gas pressure to a predetermined pressure.
Cependant, afin de diminuer la pression du gaz de refroidissement, la vanne de commande dissipe une partie de l’énergie servant à entraîner la première section de compression pour comprimer le gaz de telle sorte que le rendement de l’ensemble moteur-compresseur intégré se dégrade.However, in order to reduce the cooling gas pressure, the control valve dissipates some of the energy used to drive the first compression section to compress the gas, so that the efficiency of the integrated engine-compressor assembly degrades.
En outre, la vanne de commande est un composant à régulation de pression qui peut être défectueux, diminuant la fiabilité de l’ensemble moteur-compresseur intégré.In addition, the control valve is a pressure-regulating component that can be faulty, reducing the reliability of the integrated motor-compressor assembly.
La solution actuelle avec deux roues en porte-à-faux disposées symétriquement pour éviter toute concurrence (une de chaque côté du rotor) utilise une vanne de commande pour le refroidissement du moteur avec un travail de compression excessif associé pour faire circuler un écoulement.The current solution with two cantilevered wheels arranged symmetrically to avoid any competition (one on each side of the rotor) uses a control valve for engine cooling with an associated excessive compression work to circulate a flow.
Aucun concept connu ne décrit de solution exploitable utilisant un ventilateur avec une fixation de l’autre côté du rotor.No known concept describes a workable solution using a fan with a mounting on the other side of the rotor.
Il est nécessaire d’éviter au moins certains des inconvénients précédemment mentionnés.It is necessary to avoid at least some of the disadvantages mentioned previously.
Selon un aspect, il est proposé un ensemble moteur-compresseur intégré.In one aspect, an integrated engine-compressor assembly is proposed.
L’ensemble moteur-compresseur intégré comprend un arbre d’entraînement, des paliers magnétiques supportant l’arbre d’entraînement, une entrée de gaz, une première section de compression en porte-à-faux à une première extrémité de l’arbre d’entraînement et comprenant un carter comportant une roue de compression et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant à partir de l’entrée de gaz, et une deuxième section de compression à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement, la première section de compression comprenant un ventilateur de refroidissement en porte-à-faux et ayant une roue de compression de ventilateur, le ventilateur de refroidissement étant configuré pour être entraîné par l’arbre d’entraînement afin de fournir une partie du gaz prélevée à l’entrée de gaz à une boucle de refroidissement de l’ensemble moteur-compresseur intégré, ladite partie de gaz prélevée étant un gaz de refroidissement, le ventilateur de refroidissement étant placé entre la première section de compression et la deuxième section de compression et de sorte qu’une partie haute pression de la roue de compression fasse face à une partie basse pression de la roue de compression de ventilateur.The integrated motor-compressor assembly includes a drive shaft, magnetic bearings supporting the drive shaft, a gas inlet, a first compression section cantilevered at one end of the drive shaft and including a housing having a compression wheel and configured to compress a gas flowing from the gas inlet, and a second compression section at a second end of the drive shaft, the first compression section including a cantilevered cooling fan and having a fan compression wheel, the cooling fan being configured to be driven by the drive shaft to supply a portion of the gas taken from the gas inlet to a cooling loop of the integrated motor-compressor assembly, said portion of gas taken being a cooling gas, the cooling fan being placed between the first compression section and the second compression section and such that a high-pressure portion of the compression wheel faces a low-pressure portion of the fan compression wheel.
L’ensemble moteur-compresseur intégré comprend en outre une conduite d’aspiration pour fournir du gaz de l’entrée de gaz au ventilateur de refroidissement.The integrated motor-compressor assembly also includes a suction line to supply gas from the gas inlet to the cooling fan.
De manière avantageuse, l’ensemble moteur-compresseur intégré comprend en outre un moteur électrique monté sur l’arbre d’entraînement, la boucle de refroidissement étant configurée pour refroidir ledit moteur électrique au moyen d’un écoulement du gaz de refroidissement.Advantageously, the integrated motor-compressor assembly further includes an electric motor mounted on the drive shaft, the cooling loop being configured to cool said electric motor by means of a flow of cooling gas.
De préférence, la boucle de refroidissement comporte un dispositif de filtration raccordé au moteur électrique de sorte qu’une première partie du gaz de refroidissement, filtré par ledit dispositif de filtration, s’écoule à travers le moteur électrique pour refroidir ledit moteur électrique.Preferably, the cooling loop includes a filtration device connected to the electric motor so that a first part of the cooling gas, filtered by said filtration device, flows through the electric motor to cool said electric motor.
De manière avantageuse, le dispositif de filtration est en outre raccordé à chaque palier de sorte qu’une deuxième partie du gaz de refroidissement filtré s’écoule à travers les paliers pour les refroidir.Advantageously, the filtration device is also connected to each bearing so that a second part of the filtered cooling gas flows through the bearings to cool them.
De manière avantageuse, le ventilateur de refroidissement est configuré pour comprimer le gaz de refroidissement afin de fournir le gaz de refroidissement comprimé à la boucle de refroidissement de l’ensemble moteur-compresseur intégré et la conduite d’aspiration comprend un canal direct entre l’entrée de gaz et la partie basse pression de la roue de compression de ventilateur du ventilateur de refroidissement, le dispositif de filtration comprenant une entrée raccordée à une sortie de gaz de ventilateur du ventilateur de refroidissement.Advantageously, the cooling fan is configured to compress the cooling gas to supply the compressed cooling gas to the cooling loop of the integrated motor-compressor assembly and the suction line includes a direct channel between the gas inlet and the low pressure part of the fan compression wheel of the cooling fan, the filtration device including an inlet connected to a fan gas outlet of the cooling fan.
De préférence, le ventilateur de refroidissement est configuré pour aspirer le gaz de refroidissement et la conduite d’aspiration comprend un canal direct entre l’entrée de gaz et une entrée du dispositif de filtration de sorte que le ventilateur de refroidissement aspire le gaz de refroidissement filtré chauffé par le moteur électrique.Preferably, the cooling fan is configured to draw in the cooling gas and the suction line includes a direct channel between the gas inlet and an inlet of the filtration device so that the cooling fan draws in the filtered cooling gas heated by the electric motor.
De manière avantageuse, le moteur-compresseur intégré comprend une conduite de retour et le ventilateur de refroidissement comprend une sortie de gaz de ventilateur, la conduite de retour raccordant la sortie de gaz de ventilateur du ventilateur de refroidissement et l’entrée de gaz axiale de la roue de compression de la première section de compression.Advantageously, the integrated motor-compressor includes a return line and the cooling fan includes a fan gas outlet, the return line connecting the fan gas outlet of the cooling fan and the axial gas inlet of the compression wheel of the first compression section.
De préférence, la conduite de retour raccorde directement la sortie de gaz de ventilateur du ventilateur de refroidissement et l’entrée de gaz axiale de la roue de compression de la première section de compression.Preferably, the return line directly connects the fan gas outlet of the cooling fan and the axial gas inlet of the compression wheel of the first compression section.
De préférence, la roue de compression de ventilateur est agencée dans le carter de la première section de compression et est configurée pour être entraînée par l’arbre d’entraînement.Preferably, the fan compression wheel is arranged in the housing of the first compression section and is configured to be driven by the drive shaft.
De préférence, la roue de compression de ventilateur est agencée dans une configuration en porte-à-faux.Preferably, the fan compression wheel is arranged in a cantilevered configuration.
De préférence, dans un mode de réalisation plus particulier, la deuxième section de compression est en porte-à-faux à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement.Preferably, in a more particular embodiment, the second compression section is cantilevered at the second end of the drive shaft.
L’ensemble moteur-compresseur intégré peut comprendre en outre des labyrinthes de décompression avec des moyens d’étanchéité intégrés accouplés à au moins l’une des sections de compression et configurés pour empêcher que du gaz s’échappe vers le moteur électrique à partir de ladite section de compression.The integrated motor-compressor assembly may further include decompression labyrinths with integrated sealing means coupled to at least one of the compression sections and configured to prevent gas from escaping to the electric motor from said compression section.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée des modes de réalisation, ceci n’étant nullement restrictif, et des dessins annexés dans lesquels :Other advantages and features of the invention will become apparent upon examination of the detailed description of the embodiments, this being in no way restrictive, and of the accompanying drawings in which:
la
la
Il est fait référence à la
- un arbre d’entraînement 3,
- une entrée de gaz 7,
- des paliers magnétiques 9, 10 supportant l’arbre d’entraînement 3,
- une première section de compression 4 en porte-à-faux à une première extrémité de l’arbre d’entraînement 3 comprenant un carter 4e comportant une roue de compression 4c et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant à partir de l’entrée de gaz 7, et
- une deuxième section de compression 5 à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement.
- a drive shaft 3,
- a gas inlet 7,
- magnetic bearings 9, 10 supporting the drive shaft 3,
- a first compression section 4 cantilevered from a first end of the drive shaft 3 comprising a housing 4e having a compression wheel 4c and configured to compress a gas flowing from the gas inlet 7, and
- a second compression section 5 at a second end of the drive shaft.
La première section de compression comprend un ventilateur de refroidissement 12 en porte-à-faux ayant une roue de compression de ventilateur 12a et étant configuré pour être entraîné par l’arbre d’entraînement 3 pour fournir une partie du gaz prélevée à l’entrée de gaz 7 à une boucle de refroidissement 11 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1, ladite partie de gaz prélevée étant un gaz de refroidissement.The first compression section includes a cantilevered cooling fan 12 having a fan compression wheel 12a and being configured to be driven by the drive shaft 3 to supply a portion of the gas taken from the gas inlet 7 to a cooling loop 11 of the integrated motor-compressor assembly 1, said portion of gas taken being a cooling gas.
Le ventilateur de refroidissement 12 est placé entre la première section de compression 4 et la deuxième section de compression 5 et de sorte qu’une partie haute pression de la roue de compression 4c fasse face à une partie basse pression de la roue de compression de ventilateur 12a.The cooling fan 12 is placed between the first compression section 4 and the second compression section 5 and so that a high pressure part of the compression wheel 4c faces a low pressure part of the fan compression wheel 12a.
Un gaz destiné à être comprimé par une roue de compression entre par la partie basse pression de la roue de compression et ressort par la partie haute pression de la roue de compression. La pression du gaz dans la partie haute pression de la roue de compression est supérieure à la pression dudit gaz dans la partie basse pression de la roue de compression.A gas intended to be compressed by a compression wheel enters through the low-pressure side of the compression wheel and exits through the high-pressure side. The gas pressure in the high-pressure side of the compression wheel is greater than the gas pressure in the low-pressure side of the compression wheel.
Le ventilateur de refroidissement 12 est monté sur l’arbre d’entraînement pour fournir une partie du gaz prélevée à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 à la boucle de refroidissement 11, ladite partie du gaz prélevée à l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 étant nommée gaz de refroidissement.The cooling fan 12 is mounted on the drive shaft to supply a portion of the gas taken from the gas inlet 7 of the integrated motor-compressor assembly 1 to the cooling loop 11, said portion of the gas taken from the gas inlet 7 of the integrated motor-compressor assembly 1 being referred to as cooling gas.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend en outre une conduite d’aspiration 15 pour fournir du gaz de l’entrée de gaz 7 au ventilateur de refroidissement 12. De préférence, le gaz peut être fourni lorsque le ventilateur de refroidissement 12 est activé.The integrated motor-compressor assembly 1 further includes a suction line 15 to supply gas from the gas inlet 7 to the cooling fan 12. Preferably, the gas can be supplied when the cooling fan 12 is activated.
Cet ensemble moteur-compresseur intégré 1 permet de réaliser un ensemble moteur-compresseur intégré à double porte-à-faux combiné avec un ventilateur 12 plutôt qu’avec une vanne de commande connue dans l’art antérieur qui génère une chute de pression et une baisse de débit importantes dans l’ensemble.This integrated motor-compressor assembly 1 makes it possible to create an integrated double cantilever motor-compressor assembly combined with a fan 12 rather than with a control valve known in the prior art which generates a significant pressure drop and flow rate decrease in the assembly.
En effet, l’utilisation connue d’une vanne de commande disposée après un filtre à gaz pénalise la pression d’écoulement et le rendement, et n’est pas connue avec une configuration symétrique à double porte-à-faux, mais seulement pour les ensembles moteurs-compresseurs intégrés avec des extrémités d’arbre libres.Indeed, the known use of a control valve located after a gas filter penalizes flow pressure and efficiency, and is not known with a symmetrical double cantilever configuration, but only for integrated motor-compressor assemblies with free shaft ends.
De manière avantageuse, l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend un moteur électrique 2 monté sur l’arbre d’entraînement 3, la boucle de refroidissement 11 étant configurée pour refroidir ledit moteur électrique 2 au moyen d’un écoulement du gaz de refroidissement.Advantageously, the integrated motor-compressor assembly 1 includes an electric motor 2 mounted on the drive shaft 3, the cooling loop 11 being configured to cool said electric motor 2 by means of a flow of cooling gas.
Cette solution permet de disposer d’une entrée de gaz axiale 7, qui est la solution la plus compacte, et permet à l’écoulement de circuler à partir de l’entrée de gaz 7 et axialement à travers la première section de compression 4 et à travers le ventilateur de refroidissement 12, ce qui réduit au minimum l’admission de gaz et l’effet sur la pression de l’écoulement pour la fonction de refroidissement des éléments de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.This solution allows for an axial gas inlet 7, which is the most compact solution, and allows the flow to circulate from the gas inlet 7 and axially through the first compression section 4 and through the cooling fan 12, which minimizes the gas intake and the effect on the pressure of the flow for the cooling function of the elements of the integrated engine-compressor assembly 1.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend un carter étanche 6 dans lequel sont placés le moteur électrique 2, l’arbre d’entraînement 3 et les deux sections de compression 4, 5.The integrated motor-compressor assembly 1 includes a sealed housing 6 in which are placed the electric motor 2, the drive shaft 3 and the two compression sections 4, 5.
La première section de compression 4 est en porte-à-faux à une première extrémité de l’arbre d’entraînement 3 et la deuxième section de compression 5 est en porte-à-faux à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement 3.The first compression section 4 is cantilevered at one end of the drive shaft 3 and the second compression section 5 is cantilevered at the second end of the drive shaft 3.
Chaque section de compression 4, 5 comporte une entrée de gaz 4a, 5a et une sortie de gaz 4b, 5b.Each compression section 4, 5 has a gas inlet 4a, 5a and a gas outlet 4b, 5b.
L’entrée de gaz 4a est une entrée de gaz axiale, et l’entrée de gaz 5a de la deuxième section de compression 5 est une entrée de gaz axiale.Gas inlet 4a is an axial gas inlet, and gas inlet 5a of the second compression section 5 is an axial gas inlet.
L’entrée de gaz axiale 4a de la première section de compression 4 est raccordée à une entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1, l’entrée de gaz axiale 5a de la deuxième section de compression 5 est raccordée 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 raccordée à une sortie de gaz 8 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.The axial gas inlet 4a of the first compression section 4 is connected to a gas inlet 7 of the integrated motor-compressor assembly 1, the axial gas inlet 5a of the second compression section 5 is connected to the gas outlet 4b of the first compression section 4 and the gas outlet 5b of the second compression section 5 is connected to a gas outlet 8 of the integrated motor-compressor assembly 1.
Chaque section de compression 4, 5 peut comprendre une roue de compression 4c, 5c.Each 4, 5 compression section can include a 4c, 5c compression wheel.
Chaque section de compression 4, 5 comprend des dispositifs d’étanchéité 4d, 5d pour empêcher le gaz de s’échapper dans le carter étanche 6 à partir de ladite section de compression 4, 5.Each compression section 4, 5 includes sealing devices 4d, 5d to prevent gas from escaping into the sealed housing 6 from said compression section 4, 5.
Les dispositifs d’étanchéité 4d, 5d peuvent comprendre des moyens de décompression, tels que des labyrinthes, pour éviter des fuites imprévues d’écoulement de gaz, en particulier d’écoulement de gaz pollué vers le moteur électrique 2 et/ou les paliers 9, 10.The 4d, 5d sealing devices may include decompression means, such as labyrinths, to prevent unforeseen leaks of gas flow, in particular of contaminated gas flow towards the electric motor 2 and/or the bearings 9, 10.
Chaque palier 9, 10 comprend un palier radial et/ou un palier axial.Each bearing 9, 10 comprises a radial bearing and/or an axial bearing.
De préférence, dans un mode de réalisation plus particulier, la deuxième section de compression 5 est en porte-à-faux à la deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement 3.Preferably, in a more particular embodiment, the second compression section 5 is cantilevered at the second end of the drive shaft 3.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 peut, par exemple, comprendre en outre des labyrinthes de décompression avec des moyens d’étanchéité intégrés 4d, 5d accouplés à au moins l’une des sections de compression 4, 5 et configurés pour empêcher que du gaz s’échappe vers le moteur électrique 2 à partir desdites sections de compression 4, 5.The integrated motor-compressor assembly 1 may, for example, further include decompression labyrinths with integrated sealing means 4d, 5d coupled to at least one of the compression sections 4, 5 and configured to prevent gas from escaping to the electric motor 2 from said compression sections 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.The electric motor 2 is intended to drive the compression sections 4, 5 so that the first compression section 4 compresses a gas flowing into the gas inlet 7 of the integrated motor-compressor assembly 1 and distributes the compressed gas to the gas inlet 5a of the second compression section 5.
Le moteur électrique 2 est destiné en outre 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.The electric motor 2 is also intended to drive the second compression section 5 to further compress the compressed gas distributed by the first compression section 4, the second compression section distributing the compressed gas to the gas outlet 8 of the integrated motor-compressor assembly 1.
La première section de compression 4 peut également comprendre un palier à gaz axial (non illustré) configuré pour être maintenu axialement grâce à une enveloppe, et ce palier axial pourrait également être refroidi par la boucle de refroidissement 11.The first compression section 4 may also include an axial gas bearing (not shown) configured to be held axially by means of a casing, and this axial bearing could also be cooled by the cooling loop 11.
L’arbre d’entraînement 3 est supporté par les paliers 9, 10 dans le carter étanche 6.The drive shaft 3 is supported by the bearings 9, 10 in the sealed housing 6.
Les paliers 9, 10 peuvent comprendre des paliers à gaz ou, de préférence, des paliers magnétiques.Bearings 9, 10 may include gas bearings or, preferably, magnetic bearings.
Il est supposé ci-après que les paliers 9, 10 sont des paliers magnétiques. Chaque palier magnétique 9, 10 comprend un palier magnétique radial et/ou un palier magnétique axial.It is assumed hereafter that bearings 9 and 10 are magnetic bearings. Each magnetic bearing 9 and 10 comprises a radial magnetic bearing and/or an axial magnetic bearing.
Un premier palier 9 est agencé entre la première section de compression 4 et le moteur électrique 2, et un deuxième palier 10 est agencé entre la deuxième section de compression 5 et le moteur électrique 2.A first bearing 9 is arranged between the first compression section 4 and the electric motor 2, and a second bearing 10 is arranged between the second compression section 5 and the electric motor 2.
Le terme « en porte-à-faux » signifie qu’un composant de l’ensemble moteur-compresseur intégré tel que le ventilateur de refroidissement 12, 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.The term "cantilevered" means that a component of the integrated engine-compressor assembly such as the cooling fan 12, the first compression section 4 or the second compression section 5 is not located between the first and second bearings 9, 10.
Ledit composant est positionné en porte-à-faux par rapport aux premier et deuxième paliers 9, 10.The said component is positioned in cantilever relative to the first and second bearings 9, 10.
Par exemple, la boucle de refroidissement 11 comporte un dispositif de filtration 13 raccordé au ventilateur de refroidissement 12 et au moteur électrique 2 de sorte qu’une première partie d’un gaz de refroidissement comprimé, filtré par ledit dispositif de filtration 13, s’écoule à travers ledit moteur électrique 2. Dans un mode de réalisation particulier, le gaz peut être fourni pour refroidir ledit moteur électrique 2.For example, the cooling loop 11 includes a filtration device 13 connected to the cooling fan 12 and the electric motor 2 such that a first part of a compressed cooling gas, filtered by said filtration device 13, flows through said electric motor 2. In a particular embodiment, the gas can be supplied to cool said electric motor 2.
Cette configuration permet un rendement global optimal du ventilateur de refroidissement 12 combiné avec la solution à double porte-à-faux permettant d’obtenir une dynamique de rotor simple et efficace.This configuration allows for optimal overall performance of the 12 cooling fan combined with the double cantilever solution, resulting in simple and efficient rotor dynamics.
Dans les deux modes de réalisation, tel que représenté, le dispositif de filtration 13 peut être agencé à l’extérieur du carter étanche 6.In both embodiments, as shown, the filtration device 13 can be arranged outside the sealed housing 6.
En variante, le dispositif de filtration 13 peut être agencé à l’intérieur du carter étanche 6.Alternatively, the filtration device 13 can be arranged inside the sealed housing 6.
Du gaz non filtré peut comporter des particules susceptibles d’endommager des composants à l’intérieur du carter étanche 6, par exemple, susceptibles d’endommager les paliers magnétiques 9, 10, le moteur électrique 2.Unfiltered gas may contain particles that could damage components inside the sealed housing 6, for example, could damage the magnetic bearings 9, 10, the electric motor 2.
Le dispositif de filtration 13 est conçu pour éliminer ces particules du gaz s’écoulant dans l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.The filtration device 13 is designed to remove these particles from the gas flowing into the gas inlet 7 of the integrated motor-compressor assembly 1.
Le dispositif de filtration 13 peut être en outre raccordé à chaque palier 9, 10 de sorte qu’une deuxième partie du gaz de refroidissement filtré s’écoule à travers les paliers 9, 10 pour les refroidir.The filtration device 13 can also be connected to each bearing 9, 10 so that a second part of the filtered cooling gas flows through the bearings 9, 10 to cool them.
La première section de compression 4 peut comprendre un carter 4e comportant la roue de compression 4c, l’entrée de gaz axiale 4a de la première section de compression 4, la sortie de gaz 4b de la première section de compression 4.The first compression section 4 may include a housing 4e comprising the compression wheel 4c, the axial gas inlet 4a of the first compression section 4, the gas outlet 4b of the first compression section 4.
Le ventilateur de refroidissement 12 peut être agencé en porte-à-faux dans le carter 4e de la première section de compression 4.The cooling fan 12 can be cantilevered into the 4th housing of the first compression section 4.
L’entrée de gaz 7 de la première section de compression 4 débouche sur une partie basse pression de la roue de compression 4c de la première section de compression 4.The gas inlet 7 of the first compression section 4 opens into a low pressure part of the compression wheel 4c of the first compression section 4.
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 et une entrée de gaz de ventilateur 12c raccordée à l’entrée de gaz 7 pour fournir du gaz à la partie basse pression du ventilateur de refroidissement 12.The casing 4e of the first compression section 4 further includes a fan gas outlet 12b evacuating the cooling gas compressed by the fan compression wheel 12a and a fan gas inlet 12c connected to the gas inlet 7 to supply gas to the low pressure part of the cooling fan 12.
Dans le premier mode de réalisation décrit sur la
Le canal direct 15 peut comprendre un tuyau.The direct channel 15 may include a pipe.
Dans ce premier mode de réalisation, lorsque le moteur électrique 2 entraîne l’arbre d’entraînement 3, le ventilateur de refroidissement 12 comprime le gaz de refroidissement pour fournir à la boucle de refroidissement 11 du gaz de refroidissement comprimé qui entre dans le dispositif de filtration 13 en passant par son entrée 13a, et ledit dispositif de filtration 13 filtre le gaz de refroidissement comprimé.In this first embodiment, when the electric motor 2 drives the drive shaft 3, the cooling fan 12 compresses the cooling gas to supply the cooling loop 11 with compressed cooling gas which enters the filtration device 13 through its inlet 13a, and said filtration device 13 filters the compressed cooling gas.
Une sortie 13b du dispositif de filtration 13 est raccordée au moteur électrique 2 et aux paliers 9, 10.An output 13b of the filtration device 13 is connected to the electric motor 2 and to the bearings 9, 10.
De plus, dans ce mode de réalisation le plus simple, le ventilateur de refroidissement 12 est installé en porte-à-faux sur la roue de compression 4c de la première section de compression 4, aspire l’air pollué provenant de l’entrée de gaz 7 et pousse ce gaz dans l’entrée 13a du dispositif de filtration 13, ce qui maximise l’efficacité d’écoulement d’air et permet d’incorporer un ventilateur sur la première roue comprise dans la première section de compression 4.Furthermore, in this simplest embodiment, the cooling fan 12 is cantilevered over the compression wheel 4c of the first compression section 4, draws in polluted air from the gas inlet 7 and pushes this gas into the inlet 13a of the filtration device 13, which maximizes the airflow efficiency and allows a fan to be incorporated on the first wheel included in the first compression section 4.
Le gaz de refroidissement filtré et comprimé s’écoule ensuite dans le moteur électrique 2 et les paliers magnétiques 9, 10.The filtered and compressed cooling gas then flows into the electric motor 2 and the magnetic bearings 9, 10.
Une première partie du gaz de refroidissement comprimé filtré par le dispositif de filtration 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 filtration 13 peut s’écouler à travers les paliers magnétiques 9, 10 pour refroidir les paliers magnétiques 9, 10.A first part of the compressed cooling gas filtered by the filtration device 13 can flow through the electric motor 2 to cool the electric motor 2 and a second part of the compressed cooling gas filtered by the filtration device 13 can flow through the magnetic bearings 9, 10 to cool the magnetic bearings 9, 10.
La première partie du gaz de refroidissement comprimé chauffée par le moteur électrique 2 et la deuxième partie du gaz de refroidissement comprimé chauffée par les paliers magnétiques 9, 10 s’écoulent vers l’entrée de gaz 7 de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 à travers un conduit d’échappement 14 raccordant l’entrée de gaz 7 du moteur électrique 2 et les paliers 9, 10.The first part of the compressed cooling gas heated by the electric motor 2 and the second part of the compressed cooling gas heated by the magnetic bearings 9, 10 flow towards the gas inlet 7 of the integrated motor-compressor assembly 1 through an exhaust duct 14 connecting the gas inlet 7 of the electric motor 2 and the bearings 9, 10.
Le ventilateur de refroidissement 12 peut être conçu de sorte que la pression au niveau de la sortie de gaz de ventilateur 12b soit égale à une pression prédéterminée déterminée selon l’écoulement de gaz de refroidissement circulant dans le moteur électrique 2 et dans les paliers magnétiques 9, 10, et selon la chute de pression dans la boucle de refroidissement 11.The cooling fan 12 can be designed so that the pressure at the fan gas outlet 12b is equal to a predetermined pressure determined according to the flow of cooling gas circulating in the electric motor 2 and in the magnetic bearings 9, 10, and according to the pressure drop in the cooling loop 11.
La
Les mêmes références désignent les mêmes éléments que ceux précédemment référencés dans le premier mode de réalisation de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 représenté sur la
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend le moteur électrique 2, l’arbre d’entraînement 3, les première et deuxième sections de compression 4, 5, le carter étanche 6, l’entrée de gaz 7, la sortie de gaz 8 et les paliers 9, 10 agencés comme décrit ci-dessus dans le premier mode de réalisation de l’ensemble moteur-compresseur intégré 1.The integrated motor-compressor assembly 1 includes the electric motor 2, the drive shaft 3, the first and second compression sections 4, 5, the sealed housing 6, the gas inlet 7, the gas outlet 8 and the bearings 9, 10 arranged as described above in the first embodiment of the integrated motor-compressor assembly 1.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend en outre le ventilateur de refroidissement 12 en porte-à-faux et le dispositif de filtration 13 agencé dans l’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comme décrit ci-dessus.The integrated motor-compressor assembly 1 further includes the cantilevered cooling fan 12 and the filtration device 13 arranged in the integrated motor-compressor assembly 1 as described above.
Comme exposé ci-après, dans le deuxième mode de réalisation, le ventilateur de refroidissement 12 est destiné à aspirer du gaz de refroidissement.As explained below, in the second embodiment, the cooling fan 12 is intended to draw in cooling gas.
L’entrée de gaz de ventilateur 12c du ventilateur de refroidissement 12 est agencée dans le carter étanche 6 pour aspirer du gaz dans le carter étanche 6.The fan gas inlet 12c of the cooling fan 12 is arranged in the sealed housing 6 to draw gas into the sealed housing 6.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend en outre la conduite d’aspiration, comprenant un canal direct 16 entre l’entrée de gaz 7 et une entrée 13a du dispositif de filtration 13 de sorte que le ventilateur de refroidissement 12 aspire le gaz de refroidissement filtré chauffé par le moteur électrique 2.The integrated motor-compressor assembly 1 further includes the suction line, comprising a direct channel 16 between the gas inlet 7 and an inlet 13a of the filtration device 13 so that the cooling fan 12 draws in the filtered cooling gas heated by the electric motor 2.
Le canal direct 16 peut comprendre un tuyau.The direct channel 16 may include a pipe.
L’ensemble moteur-compresseur intégré 1 comprend en outre une conduite de retour 17 raccordant la sortie de gaz de ventilateur 12b du ventilateur de refroidissement 12 et l’entrée de gaz axiale 4a de la roue de compression 4c de la première section de compression 4.The integrated motor-compressor assembly 1 further includes a return line 17 connecting the fan gas outlet 12b of the cooling fan 12 and the axial gas inlet 4a of the compression wheel 4c of the first compression section 4.
La conduite de retour 17 peut raccorder directement la sortie de gaz de ventilateur 12b du ventilateur de refroidissement 12 et l’entrée de gaz axiale 4a de la roue de compression de la première section de compression 4 de sorte qu’aucun autre élément ne soit agencé sur la conduite de retour 17. De préférence, la conduite de retour raccorde directement la sortie de gaz de ventilateur 12b du ventilateur de refroidissement 12 et l’entrée de gaz axiale 4a de la roue de compression de la première section de compression 4.The return line 17 can directly connect the fan gas outlet 12b of the cooling fan 12 and the axial gas inlet 4a of the compression wheel of the first compression section 4 so that no other element is arranged on the return line 17. Preferably, the return line directly connects the fan gas outlet 12b of the cooling fan 12 and the axial gas inlet 4a of the compression wheel of the first compression section 4.
Dans ce deuxième mode de réalisation, lorsque le moteur électrique 2 entraîne l’arbre d’entraînement 3, le ventilateur de refroidissement 12 aspire le gaz de refroidissement provenant de l’entrée 7 à travers le moteur électrique 2, les paliers 9,10 et le dispositif de filtration 13, pour fournir à la boucle de refroidissement 11 du gaz de refroidissement comprimé qui entre d’abord dans le dispositif de filtration 13 en passant par son entrée 13a, qui filtre le gaz de refroidissement comprimé directement avant qu’il n’entre en contact avec le ventilateur 12, contrairement au premier mode de réalisation.In this second embodiment, when the electric motor 2 drives the drive shaft 3, the cooling fan 12 draws the cooling gas from the inlet 7 through the electric motor 2, the bearings 9, 10 and the filtration device 13, to supply the cooling loop 11 with compressed cooling gas which first enters the filtration device 13 through its inlet 13a, which filters the compressed cooling gas directly before it comes into contact with the fan 12, unlike the first embodiment.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le ventilateur de refroidissement 12 aspire du gaz filtré provenant de la sortie 13b du dispositif de filtration 13 à travers le moteur électrique 2 au lieu de le pousser comme dans le premier mode de réalisation, puis le repousse vers l’entrée de gaz axiale 4a de la première section de compression 4.In this second embodiment, the cooling fan 12 draws filtered gas from the outlet 13b of the filtration device 13 through the electric motor 2 instead of pushing it as in the first embodiment, and then pushes it back towards the axial gas inlet 4a of the first compression section 4.
L’air filtré (le gaz de refroidissement) distribué s’écoulant à partir de la sortie 13b du dispositif de filtration 13 s’écoule à travers le moteur électrique 2 et les paliers magnétiques 9, 10, à la suite de la dépression créée par le ventilateur de refroidissement 12, et est chauffé par le moteur électrique 2 et les paliers magnétiques 9, 10.The filtered air (cooling gas) distributed flowing from outlet 13b of the filtration device 13 flows through the electric motor 2 and the magnetic bearings 9, 10, as a result of the depression created by the cooling fan 12, and is heated by the electric motor 2 and the magnetic bearings 9, 10.
Le gaz de refroidissement chauffé est aspiré par l’entrée de gaz de ventilateur 12c du ventilateur de refroidissement 12 et transporté par le ventilateur de refroidissement 12 dans la conduite de retour 17 raccordant la sortie de gaz de ventilateur 12b du ventilateur de refroidissement 12 à l’entrée de gaz axiale 4a de la première section de compression 4.The heated cooling gas is drawn in through the fan gas inlet 12c of the cooling fan 12 and carried by the cooling fan 12 into the return line 17 connecting the fan gas outlet 12b of the cooling fan 12 to the axial gas inlet 4a of the first compression section 4.
Ce mode de réalisation permet à la fonction de ventilateur d’être intégrée dans la première section de compression 4 ou d’être installée en tant que composant séparé entre la première section de compression 4 et le moteur électrique 2, et de fonctionner par aspiration plutôt que par compression, permettant ainsi à l’écoulement de gaz de refroidissement d’être filtré directement au début de la boucle de refroidissement 11, ce qui empêche la détérioration prématurée de composants.This embodiment allows the fan function to be integrated into the first compression section 4 or to be installed as a separate component between the first compression section 4 and the electric motor 2, and to operate by suction rather than by compression, thus allowing the flow of cooling gas to be filtered directly at the beginning of the cooling loop 11, which prevents premature deterioration of components.
Les deux architectures proposées décrites ci-dessus permettent d’agencer un ventilateur de refroidissement dans un ensemble moteur-compresseur intégré à double porte-à-faux entre les deux sections de compression de l’ensemble moteur-compresseur intégré.The two proposed architectures described above allow a cooling fan to be arranged in an integrated motor-compressor assembly with a double cantilever between the two compression sections of the integrated motor-compressor assembly.
Claims (12)
- un arbre d’entraînement (3),
- des paliers magnétiques (9, 10) supportant l’arbre d’entraînement (3),
- une entrée de gaz (7),
- une première section de compression (4) en porte-à-faux à une première extrémité de l’arbre d’entraînement (3) et comprenant un carter (4e) comportant une roue de compression (4c) et configurée pour comprimer un gaz s’écoulant à partir de l’entrée de gaz (7), et
- une deuxième section de compression (5) à une deuxième extrémité de l’arbre d’entraînement,
l’ensemble moteur-compresseur intégré (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre une conduite d’aspiration (15, 16) pour fournir du gaz de l’entrée de gaz (7) au ventilateur de refroidissement (12).Integrated motor-compressor assembly (1) comprising:
- a drive shaft (3),
- magnetic bearings (9, 10) supporting the drive shaft (3),
- a gas inlet (7),
- a first compression section (4) cantilevered from a first end of the drive shaft (3) and comprising a housing (4e) having a compression wheel (4c) and configured to compress a gas flowing from the gas inlet (7), and
- a second compression section (5) at a second end of the drive shaft,
the integrated motor-compressor assembly (1) being characterized in that it further comprises a suction line (15, 16) to supply gas from the gas inlet (7) to the cooling fan (12).
Priority Applications (4)
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| FR2403810A FR3161266A1 (en) | 2024-04-12 | 2024-04-12 | INTEGRATED MOTOR-COMPRESSOR ASSEMBLY |
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Citations (4)
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| JPS5135110A (en) * | 1974-09-20 | 1976-03-25 | Hitachi Ltd | PATSUKEEJIGATATAABORYUTAIKIKAI |
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| CN117108526A (en) * | 2023-08-25 | 2023-11-24 | 雷茨智能装备(广东)有限公司 | Magnetic suspension centrifugal compressor with efficient heat dissipation |
-
2024
- 2024-04-12 FR FR2403810A patent/FR3161266A1/en active Pending
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