FR2661217A1

FR2661217A1 - IMPROVEMENT IN A COMPRESSOR OF THE TOROUIDAL REGENERATION CHAMBER TYPE.

Info

Publication number: FR2661217A1
Application number: FR9104977A
Authority: FR
Inventors: Lacitignola Pietro; Corradini Umberto
Original assignee: Nuovopignone Industrie Meccaniche e Fonderia SpA
Current assignee: Nuovo Pignone Holding SpA
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1991-10-25
Anticipated expiration: 2011-04-23
Also published as: GB2243650A; CH681826A5; GB2243650B; GB9108444D0; DE4113394C2; IT9020128A1; BE1005290A3; ES2046918A2; NL9100710A; IT9020128A0; DE4113394C3; DE4113394A1; IT1240003B; ES2046918R; ES2046918B1; FR2661217B1

Abstract

Compresseur du type à chambre de régénération toroïdale dans lequel les aubes (5) du rotor (1) ont un profil aérodynamique, leur courbure étant dans la direction du déplacement du rotor (1) et leur épaisseur étant variable de telle sorte que les distances entre les surfaces se faisant face de deux aubes adjacentes (5), lorsqu'elles sont mesurées perpendiculairement à la ligne centrale du canal d'écoulement vers la sortie défini par lesdites surfaces, soient constantes, le séparateur (18) étant muni sur le côté de succion d'une fente d'entrée (23) de section croissante, et, sur le côté de délivrance du compresseur, de bords inclinés (25, 26) et d'évasements (27, 28) sur les parois (19', 19") de son canal circonférenciel (19).Compressor of the toroidal regeneration chamber type in which the blades (5) of the rotor (1) have an aerodynamic profile, their curvature being in the direction of movement of the rotor (1) and their thickness being variable so that the distances between the surfaces facing two adjacent vanes (5), when measured perpendicular to the center line of the flow channel towards the outlet defined by said surfaces, are constant, the separator (18) being provided on the side of suction of an inlet slot (23) of increasing section, and, on the delivery side of the compressor, inclined edges (25, 26) and flares (27, 28) on the walls (19 ', 19 ") of its circumferential channel (19).

Description

AMELIORATION DANS UN COMPRESSEUR DU TYPE A CHAMBREIMPROVEMENT IN A CHAMBER TYPE COMPRESSOR

TOROIDALE DE REGENERATIONTOROIDAL OF REGENERATION

Cette invention concerne des améliorations à un compresseur du type à chambre de régénération toroïdale, qui, en réduisant de façon considérable la turbulence et en optimisant le chemin de fluide entre les aubes, permet de réduire le bruit du compresseur et d'obtenir une pression manométrique très élevée, tout en conservant au compresseur This invention relates to improvements to a compressor of the toroidal regeneration chamber type, which, by significantly reducing turbulence and optimizing the fluid path between the blades, reduces compressor noise and achieves gauge pressure. very high, while keeping the compressor

de petites dimensions.small dimensions.

Les compresseurs du type à chambre de régénération toroïdale sont connus pour être utilisés lorsque l'on a besoin d'une pression manométrique importante pour un faible débit Ces compresseurs se composent d'un rotor disposé sur leur périphérie circonférencielle avec des lames qui tournent à l'intérieur d'une chambre toroïdale ayant une section supérieure à celle des aubes, et dans laquelle un bloc de séparation avec un canal circonférenciel pour le passage des aubes, connu sous le nom de séparateur, interrompt la continuité de ladite chambre en séparant le côté de succion du côté de délivrance du compresseur, des organes d'étanchéité appropriés étant interposés entre lesdits éléments De cette façon, non seulement le fluide aspiré suit la rotation du rotor, mais il suit également un chemin hélicoïdal à travers ladite chambre toroïdale, du fait qu'il passe plusieurs fois par les aubes de rotor durant son déplacement de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie du compresseur Chaque passage à travers les aubes peut donc être considéré comme une étape de compression classique, avec pour résultat qu'avec un tel compresseur, plusieurs compressions sont obtenues, dans lesquelles le fluide est accéléré plusieurs fois, d'o le nom de "régénération" donné au compresseur, grâce à quoi des augmentations de pression sont obtenues, augmentations qui pourraient autrement être obtenues uniquement par des Compressors of the toroidal regeneration chamber type are known to be used when a high gauge pressure is required for a low flow rate. These compressors consist of a rotor arranged on their circumferential periphery with blades which rotate at inside a toroidal chamber having a cross section greater than that of the blades, and in which a separation block with a circumferential channel for the passage of the blades, known as a separator, interrupts the continuity of said chamber by separating the side suction side of the delivery side of the compressor, suitable sealing members being interposed between said elements In this way, not only does the fluid sucked follow the rotation of the rotor, but it also follows a helical path through said toroidal chamber, thereby that it passes several times through the rotor blades during its movement from the inlet to the o compressor outlet port Each passage through the blades can therefore be considered as a conventional compression step, with the result that with such a compressor, several compressions are obtained, in which the fluid is accelerated several times, hence the name of "regeneration" given to the compressor, thanks to which increases in pressure are obtained, increases which could otherwise be obtained only by

compresseurs à grande vitesse ou à plusieurs étages. high speed or multistage compressors.

Comme ces compresseurs à chambre de régénération toroïdale connus de la technique existante n'assurent pas un guidage uniforme du fluide durant son déplacement hélicoïdal à l'intérieur de la chambre toroïdale, ils ne sont pas capables d'avoir une efficacité élevée, et, par conséquent, ils ne réalisent pas la pression manométrique pouvant être obtenue en théorie De plus, ledit manque de guidage approprié du fluide produit dans les compresseurs connus une turbulence, turbulence qui est la cause de As these toroidal regeneration chamber compressors known from the prior art do not provide uniform guidance of the fluid during its helical movement inside the toroidal chamber, they are not capable of having a high efficiency, and, by Consequently, they do not realize the manometric pressure which can be obtained in theory. In addition, said lack of appropriate guidance of the fluid produced in known compressors a turbulence, turbulence which is the cause of

bruits ennuyeux et indésirables.annoying and unwanted noises.

Dans certaines constructions connues, on a tenté de réduire lesdits problèmes en utilisant des compresseurs de plus grandes dimensions afin d'obtenir une plus forte pression manométrique, et en utilisant des dispositions de silencieux compliquées et coûteuses afin de réduire le bruit. L'objet de la présente invention est de résoudre lesdits inconvénients en procurant un compresseur du type à chambre de régénération toroïdale, qui, en plus d'être économique, soit hautement efficace, et, en particulier, qui ait de très faibles dimensions, et, de plus, qui fasse un bruit minimal tout en procurant une pression manométrique très importante, de façon à le rendre In some known constructions, attempts have been made to reduce said problems by using larger compressors in order to obtain a higher gauge pressure, and by using complicated and expensive silencer arrangements in order to reduce noise. The object of the present invention is to overcome said drawbacks by providing a compressor of the toroidal regeneration chamber type, which, in addition to being economical, is highly efficient, and, in particular, which is very small, and , moreover, which makes minimal noise while providing a very high gauge pressure, so as to make it

particulièrement approprié pour l'utilisation domestique. particularly suitable for domestic use.

Ceci est substantiellement obtenu en installant sur le rotor des aubes à profil aérodynamique, ayant leur courbure dans le sens du déplacement et ayant une épaisseur variable, de telle sorte que les distances entre les deux surfaces se faisant face de deux aubes adjacentes définissant un canal d'écoulement vers l'extérieur soient constantes lorsqu'elles sont mesurées perpendiculairement à la ligne centrale dudit canal d'écoulement vers l'extérieur. De cette façon, on obtient une entrée correcte et sans turbulence du fluide dans lesdits canaux d'écoulement vers l'extérieur définis par les aubes, grâce aux courbures de celles-ci, le fluide allant ensuite avec un mouvement uniforme à l'intérieur desdits canaux grâce à la façon spécifique dont ils sont construits, et le fluide sortant finalement avec une vitesse maximale possible à cause de la courbure vers l'avant des aubes, le résultat final étant This is substantially achieved by installing aerodynamic profile vanes, having their curvature in the direction of movement and having a variable thickness, so that the distances between the two surfaces facing two adjacent vanes defining a channel the outward flow are constant when measured perpendicular to the center line of said outward flow channel. In this way, a correct and turbulence-free entry of the fluid is obtained in said outward flow channels defined by the blades, thanks to the curvatures of these, the fluid then going with a uniform movement inside said channels thanks to the specific way in which they are constructed, and the fluid finally exiting with a maximum possible speed because of the forward curvature of the blades, the end result being

qu'une pression manométrique très élevée est obtenue. that a very high gauge pressure is obtained.

Selon l'invention, sur le côté de succion du compresseur, ledit bloc de séparation ou séparateur est disposé, pour l'introduction de fluide dans les canaux définis par les aubes, avec une fente d'entrée de section croissante pour que le fluide entrant puisse graduellement s'écouler dans lesdits canaux sans aucun impact violent contre les aubes de rotor, et, par conséquent, sans turbulence. Du côté de délivrance du compresseur, ledit séparateur est muni de bords inclinés et d'évasements sur les parois de son canal, de façon à former une entrée graduelle pour l'entrée sur les aubes dans ledit canal de séparation Ceci n'empêche pas seulement la génération de phénomènes de tourbillon, mais empêche également la constriction soudaine provoquée par le séparateur de produire un bruit important par arrêt de l'écoulement du According to the invention, on the suction side of the compressor, said separation block or separator is arranged, for the introduction of fluid into the channels defined by the blades, with an inlet slot of increasing section so that the incoming fluid can gradually flow in said channels without any violent impact against the rotor blades, and therefore without turbulence. On the delivery side of the compressor, said separator is provided with inclined edges and flares on the walls of its channel, so as to form a gradual entry for entry on the blades into said separation channel. This does not only prevent the generation of vortex phenomena, but also prevents the sudden constriction caused by the separator from producing significant noise by stopping the flow of the

fluide.fluid.

Par conséquent, le compresseur du type à chambre de régénération toroïdale, comportant un rotor muni sur sa périphérie circonférencielle d'aubes qui définissent entre elles des canaux d'écoulement pour le fluide à comprimer, et qui tournent à l'intérieur d'une chambre toroïdale ayant une section supérieure à celle des aubes, et dans lequel un bloc de séparation avec un canal circonférenciel pour le passage des aubes, désigné sous le nom de séparateur, interrompt la continuité de ladite chambre en séparant le côté de succion du côté de délivrance du compresseur, des organes d'étanchéité appropriés étant interposés entre lesdits éléments, est caractérisé, selon la présente invention, en ce que lesdites aubes sont formées avec un profil aérodynamique, leur courbure étant dans la direction du déplacement et leur épaisseur étant variable de telle sorte que les distances entre les deux surfaces se faisant face de deux aubes adjacentes définissant un canal d'écoulement vers l'extérieur soient constantes lorsqu'elles sont mesurées perpendiculairement à la ligne centrale dudit canal d'écoulement vers l'extérieur, ledit séparateur étant muni sur le côté de succion du compresseur d'une fente d'entrée de section croissante pour l'introduction du fluide dans lesdits canaux d'écoulement vers l'extérieur définis par les aubes, et, sur le côté de délivrance du compresseur, de bords inclinés et d'évasement sur les parois dudit canal, de façon à former une entrée graduelle pour l'entrée sur les aubes dans ledit canal du séparateur. Selon une réalisation préférée de la présente invention, lesdits organes d'étanchéité se composent d'un certain nombre de filetages concentriques disposés sur les deux côtés du rotor, de façon à former des joints à labyrinthe. Selon une autre réalisation préférée de la présente invention, ledit rotor est construit d'une seule pièce, par exemple par moulage sous pression, par moulage, etc, y compris ses aubes d'épaisseurs variables, et ses joints à labyrinthe. Selon une autre réalisation préférée de la présente invention, ledit compresseur est construit entièrement en matière plastique L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant aux dessins joints, qui montrent une réalisation préférée de celle-ci à titre d'exemple non limitatif du fait que des modifications techniques et structurales peuvent être faites à celle-ci, mais sans s'écarter de l'étendue de l'applicabilité de la présente invention. Dans lesdits dessins: la figure 1 est une vue en perspective en coupe partielle d'un compresseur à chambre de régénération toroïdale construit selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe de face du compresseur de l'invention à une échelle réduite, effectuée le long de la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle de dessus d'une partie du compresseur sans le rotor afin de mieux illustrer les caractéristiques de son séparateur; la figure 4 est une vue partielle de la face munie d'aubes du rotor de compresseur de régénération selon l'invention. Dans les figures, le numéro de référence 1 indique le rotor de compresseur qui pivote avec son moyeu 2 dans une cavité appropriée 3 pratiquée dans le boîtier intérieur 4 du compresseur, et comporte sur la périphérie circonférencielle de sa face inférieure une série d'aubes 5, plus trois filets concentriques 6, de façon à former un joint à labyrinthe contre ledit boîtier intérieur 4 Ledit rotor 1, et, par conséquent, ses aubes 5, tournent dans la direction de la flèche 7 à l'intérieur d'une chambre toroïdale 8 qui a une section plus grande que celle des aubes, et est délimitée par le boîtier intérieur 4 et le boîtier extérieur 9 du compresseur, qui comporte un conduit de délivrance 11 et un trou pour le passage de l'arbre 10 qui connecte le rotor à un moteur d'entraînement Sur la face supérieure du rotor 1 sont également disposés trois filets concentriques 12 pour former un joint à labyrinthe contre ledit boîtier extérieur 9 Lesdites aubes 5, qui définissent entre elles des canaux d'écoulement vers l'extérieur 13 (voir en figure 4), ont un profil aérodynamique avec leur courbure dans la direction de déplacement 7 du rotor et leur épaisseur variable de telle sorte que les distances 14 entre les deux surfaces se faisant face 15 et 16 de deux aubes adjacentes soient constantes lorsqu'elles sont mesurées perpendiculairement à la ligne centrale 17 du canal d'écoulement vers l'extérieur défini par lesdites surfaces Ladit chambre toroïdale 8 est interrompue par un bloc de séparation (voir figures 1 à 3) ou séparateur 18 comportant un canal circonférenciel 19 pour le passage des aubes 5, celui-ci séparant le côté de succion du compresseur composé d'un trou 20 dans le boîtier intérieur 4 à travers lequel entre le fluide dans la direction de la flèche 21, du côté de délivrance du compresseur composé dudit conduit il à travers lequel le fluide est expulsé dans la direction de la flèche 22 Ledit séparateur 18 comporte, dans une position correspondant à celle du trou 20, et, par conséquent, sur son côté de succion, une fente d'entrée 23 ayant une section qui augmente dans la direction de la flèche 7 (voir figures 1 et 3) pour convoyer en le guidant le fluide dans les canaux d'écoulement vers l'extérieur 13 définis par les aubes 5, Consequently, the compressor of the toroidal regeneration chamber type, comprising a rotor provided on its circumferential periphery with blades which define between them flow channels for the fluid to be compressed, and which rotate inside a chamber toroidal having a section greater than that of the blades, and in which a separation block with a circumferential channel for the passage of the blades, designated by the name of separator, interrupts the continuity of said chamber by separating the suction side from the delivery side of the compressor, suitable sealing members being interposed between said elements, is characterized, according to the present invention, in that said blades are formed with an aerodynamic profile, their curvature being in the direction of movement and their thickness being variable such that so that the distances between the two facing surfaces from two adjacent vanes defining t an outward flow channel are constant when measured perpendicular to the center line of said outward flow channel, said separator being provided on the suction side of the compressor with an inlet slot of increasing section for the introduction of the fluid into said outward flow channels defined by the vanes, and, on the delivery side of the compressor, with inclined edges and flaring on the walls of said channel, so as to forming a gradual entry for entry on the vanes into said separator channel. According to a preferred embodiment of the present invention, said sealing members consist of a number of concentric threads disposed on both sides of the rotor, so as to form labyrinth seals. According to another preferred embodiment of the present invention, said rotor is constructed in one piece, for example by pressure molding, by molding, etc., including its blades of variable thicknesses, and its labyrinth seals. According to another preferred embodiment of the present invention, said compressor is constructed entirely of plastic material The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show a preferred embodiment thereof by way of example not limiting in that technical and structural modifications can be made thereto, but without departing from the scope of the applicability of the present invention. In said drawings: FIG. 1 is a perspective view in partial section of a compressor with a toroidal regeneration chamber constructed according to the invention; Figure 2 is a front sectional view of the compressor of the invention on a reduced scale, taken along the line A-A of Figure 1; Figure 3 is a partial top view of a portion of the compressor without the rotor to better illustrate the characteristics of its separator; Figure 4 is a partial view of the face provided with blades of the regeneration compressor rotor according to the invention. In the figures, the reference number 1 indicates the compressor rotor which pivots with its hub 2 in a suitable cavity 3 formed in the inner housing 4 of the compressor, and comprises on the circumferential periphery of its lower face a series of blades 5 , plus three concentric threads 6, so as to form a labyrinth seal against said inner housing 4 Said rotor 1, and, consequently, its blades 5, rotate in the direction of arrow 7 inside a toroidal chamber 8 which has a larger section than that of the blades, and is delimited by the inner box 4 and the outer box 9 of the compressor, which has a delivery duct 11 and a hole for the passage of the shaft 10 which connects the rotor to a drive motor On the upper face of the rotor 1 are also arranged three concentric threads 12 to form a labyrinth seal against said outer casing 9 Said blades 5, which d between them, outward flow channels 13 (see in FIG. 4) have an aerodynamic profile with their curvature in the direction of movement 7 of the rotor and their variable thickness so that the distances 14 between the two surfaces facing each other 15 and 16 of two adjacent vanes are constant when they are measured perpendicular to the center line 17 of the outward flow channel defined by said surfaces Said toroidal chamber 8 is interrupted by a separation block (see figures 1 to 3) or separator 18 comprising a circumferential channel 19 for the passage of the vanes 5, this separating the suction side of the compressor composed of a hole 20 in the inner housing 4 through which enters the fluid in the direction of arrow 21, on the delivery side of the compressor composed of said conduit 11 through which the fluid is expelled in the direction of arrow 22 Said separator 18 comprises, in a position corresponding to that of the hole 20, and, consequently, on its suction side, an entry slit 23 having a section which increases in the direction of the arrow 7 (see FIGS. 1 and 3) for conveying by guiding the fluid in the outward flow channels 13 defined by the vanes 5,

et comporte également sur son côté de délivrance, c'est-à- and also has on its delivery side, that is

dire au niveau du conduit 11, des bords inclinés 25 et 26 (voir figures 1 et 3) et des évasements 27 et 28 des parois 19 ' et 19 " dudit canal 19 de façon à former une entrée graduelle pour l'entrée du gaz aspiré par les aubes say at the level of the conduit 11, inclined edges 25 and 26 (see FIGS. 1 and 3) and flares 27 and 28 of the walls 19 ′ and 19 "of said channel 19 so as to form a gradual entry for the entry of the aspirated gas by dawn

tournantes 5 à l'intérieur dudit canal 19 du séparateur 18. rotating 5 inside said channel 19 of separator 18.

Claims

1 Compressor of the toroidal regeneration chamber type, comprising a rotor (1) provided on its circumferential periphery, with blades (5) which define between them outward flow channels (13) for the fluid to be compressed , and which rotate inside a toroidal chamber (8) having a cross section greater than that of the blades (5), and in which a separation block, or separator (18), with a circumferential channel (19) for the passage of the blades, interrupts the continuity of said chamber (8) by separating the suction side from the delivery side of the compressor, suitable sealing members being interposed between said elements, characterized in that said blades (5) are formed with an aerodynamic profile, their curvature being in the direction of movement and their thickness being variable so that the distances between two surfaces facing two adjacent vanes defining a c outflow anal are constant when measured perpendicular to the center line of said flow channel, said separator (18) being provided on the suction side of the compressor with an inlet slot (23) of increasing cross section for the introduction of the fluid into the outward flow channels (13) defined by the blades (5), and, on the delivery side of the compressor, inclined edges (25, 26) and d '' flares (27, 28) on the walls (19 ', 19 ") of said channel (19), so as to form a gradual entry for the entry

vanes in said channel (19) of the separator (18).

2 compressor of the toroidal regeneration chamber type according to claim 1, characterized in that said sealing elements consist of a number of concentric threads (6) arranged on both sides of the rotor (1), so as to form labyrinth seals.

3 Regeneration chamber type compressor

toroidal according to any one of the claims

above, characterized in that said rotor (1) is constructed in one piece, comprising its blades (5) of

variable section and its labytinth joints.

4 Compressor of the toroidal regeneration chamber type according to claim 1, characterized by the fact

that it is made entirely of plastic.