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Le comportement des turbo-compresseurs pendant la marche peut être caractérisé, selon la Fig 1 des dessins annexés, par des courbes où la pression p est représentée en fonction du débit Q, chaque fois pour une
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vitesse constante nl, n2, n3..... Le débit ne présente une allure constante que jusqu'à la courbe limite b ; par exemple , pour n = const., jusqu'au point de limite de pompage B2. La courbe b réunit les points de limite de pompage B de toutes les caractéristiques n = const. et sera désignée ici par l'expression "limite de pompage-vitesse de rotation".
A gauche de b, au point P par exemple, un débit constant n'est
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possible que lorsqu'au moins la différence Qb entre le débit consommé Q v et le débit limite Q est évacuée par une soupape de décharge ou de sou- lagement, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une turbine à détente.
Pratiquement, et afin de réaliser une marche stable, le début de la déchar-
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ge doit déjà s'amorcer pour un débit légèrement supérieur Q Q, c'est-à-dire , sensiblement au point A2, et l'on doit laisser échapper une quantité légèrement supérieure Q . Li courbe a relie les points A mar- quant le début de la décharge dans toutes les caractéristiques n = const. et sera désignée ici par le terme de "limite de décharge-vitesse de rota- tion". Pour réduire au minimum la puissance absorbée, cette courbe devrait passer aussi près que possible de la courbe b, à droite de celle-ci.
Dans la description qui suit,la courbe a sert à désigner d'une manière générale la limite de sensibilité pour l'intervention d'un réglage appelé à prévenir le pompage pour des vitesses de rotation variables.
La limite de pompage-vitesse de rotation b-et dors la région de débit stable - peut être déplacée vers la gauche, c'est-à-dire, dans le sens des débits limites moindres, en modifiant la position des aubes direc- trices du côté admission ou du côté refoulement des roues mobiles.
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Lorsqu'on réduit l'angle des aubes, par exemple de cx à (X ou à (xii les caractéristiques n 1 à n3 se déplacent respectivement jusque ni n2' , n3 .... ou ni -1 n2rr ..... avec, comme courbes de limite de pompage b' et bd selon la lig. 2. Il s'ensuit qu'ici les courbes b = b max b' et b" constituent les limites de i..: y ,: -vitesse de rotation pour une position chaque fois constante des aubes, soit, respectivement a ou (XI ou ex'r, tandis quoi les courbes cl, c2 et c3 représentent les limites de pompage pour les vitesses de rotation, chaque fois constantes, soit n 1 = nI' = nl"... ou n2 n2' = n2" ..., ou n3 = n3', mais pour positions d'aubes variables (limites de pompage-aubes directrices).
Lorsque le turbo-compresseur selon la Fig 1 fonctionne avec ou- verture constante - totale par exemple - des aubes et à une vitesse de ro- tation variable n, on considère habituellement, entre autres, les possibi- lités de réglage suivantes, selon la Fig 3 par exemple ;
1) Réglage pour une pression finale constante du compresseur 2 :
2) Réglage pour un débit constant.
Le réglage à pression finale constante est plus fréquent. Ici, un régulateur de pression finale 3 agit sur les soupapes de réglage 4 de la turbine 1 de telle façon que, lorsque la consommation diminue - la pression
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de refoulement ou finale ayant alors tendance à augmenter- la soupape à vapeur 4 est étranglée, ce oui réduit la vitesse de rotation dans la mesure requise. L'influence -du régulateur de pression 3 sur la soupape 4 peut être obtenue soit par une action directe, soit en' ajustant la valeur de con- signe du régulateur de vitesse.Dans ce cas,le réglage s'opère par exemple le long de la aligne pde la fig 1.
Lorsque la consommation ayant diminué davantage, le point de fonctionnement atteint la courbe limite de décharge a, le régulât sur de décharge 5 commence à ouvrir la soupape de décharge 6 au point AA. Le régulateur 5 agit dans ce cas comme régulateur de débit limite, sur la base de la mesure du débit to- tal.
Dans la zone de fonctionnement située à gauche de la courbe a et dans laquelle intervient la soupape de décharge, la vitesse de rotation est constante lorsque la pression finale est constante. Lorsque la pression finale p est essentiellement toujours la même pendant la marche, il suffit de mettre au point le régulateur de décharge pour un volume limite Qa.Par contre lorsque la pression finale p doit varier, dans de larges limites, pen- dant la marche, par exemple entre p1 et p2, il faut que la valeur de con- signe du régulateur de débit limite 5 soit ajustée en fonction de la pres- sion,suivant la courbe a, de telle sorte que, pour une pression finale moindre, le seuil de fonctionnement du régulateur de débit limite se dépla- ce vers un débit moindre.
Cet ajustement de la valeur de consigne, en fonc- tion de la pression, est symbolisé dans la Fig 3 par une ligne d'influence allant d'un autre mécanisme de mesure 7, sensible à la pression finale, à la ligne d'impulsions prévue entre le régulateur 5 et la soupape 6. Le signe "plus" signifie, que, lorsque la pression finale croît, la valeur de consigne du régulateur 5 augmente, tandis qu'elle diminue lorsque la pres- sion finale décroît. Cet ajustement de la valeur de consigne du régulateur de débit limite 5, par la pression finale, peut être réalisé par voie mé- canique, hydraulique, pneumatique ou électrique.
Il peut aussi être obtenu , dans certaines limites, d'une façon simple qui consiste à raccorder le système démesure de débit 7 pour le régulateur 5 non pas au côté aspiration, mais au côté refoulement du compresseur, ou bien, en un point situé en amont du branchement de la soupape de décharge 6, Dans ce cas, la courbe a pour le seuil de fonctionnement du régulateur 5 se présente dans le diagramme p-Q à peu près comme une parabole du second degré passant par l'origine ; il est vrai qu'elle n'est pas parfaitement équidistante par rapport à la courbe délimite de pompage b, mais seulement avec une approximation suffi- sante, cela dans une zone de fonctionnement suffisamment étendue.
Il est en outre connu de régler la soupape de décharge par une combinaison d'impulsions de pression finale et de vitesse de rotation , par exemple en fonction de la pression finale à, titre primaire, la disposi- tion étant telle que la valeur de consigne de la pression limite, à laquelle la soupape 6 commence à s'ouvrir, est ajustée en fonction de la vitesse de rotation du compresseur, des pressions limites plus élevées correspondant à des vitesses de rotation plus élevées.
Dans le cas de turbo-compresseurs à vitesse de rotation variable comportant des aubes directrices orientables, il était courant à ce jour de modifier la position de ces aubes uniquement à la main et suivant le débit et la pression finale considérés ,par exemple d'après des instructions de service sous la forme de tableaux ou de courbeso Cette méthode est pos- sible et admissible lorsque la zone de fonctionnement ne varie généralement que dans des limites relativement étroites, alors que des variations dans de larges limites se produisant soit seulement pendant des périodes prévisi-
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blés - par exemple la nuit à midi ou pendant la relève des équipes-,soit dans le cas, également prévisible, d'une mise en ou hors circuit d'un ou de plusieurs gros consommateurs,
par exemple, hauts fourneaux, appareils chi- miques ou physiques, etc... Lorsque les aubes du compresseur sont ajustées à la main, il est nécessaire, ou du moins utile que dans la mesure où la cour- be de limite de pompage b est déplacée vers b' ou b", les limites de sen- sibilité a' et a" pour le réglage de la décharge soient également déplacées dans le sens d'un moindre débit limite afin que la soupape de décharge s' ouvre invariablement au moment onportun chaque fois que l'on descend de façon imprévisible au-dessous de la limite considérée de pompage-vitesse de rotation b' ou b".
Cet ajustement de la valeur de consigne du.régulateur de décharge 5, en fonction de la position des aubes, est indiqué dans la Fig 3 par une autre lign d'impulsions qui va du dispositif de manoeuvre 8 des aubes à la ligne d'impulsions aliant du régulateur de débit limite 5 à la soupape de décharge 6.
Ceci suggère naturellement la possibilité d'établir une commande automatique pour les aubes orientables du compresseur, asservie au débit consommé et réalisée de telle façon que, la pression finale tant constante, chaque débit se voit affecter une position d'aubes déterminée Ó, position où un pompage est encore évité avec certitude.
A ce propos il convient de noter que, suivant les Figs 2 et 4, les limites de pompage-aubes c retombent vers la gauche, pour une vitesse de rotation chaque fois constante, c'est-à-dire, à un débit décroissant correspond une pression limite moins élevée.
Lorsqu'on veille à ce que les aubes soient toujours ouvertes le plus largement possible, c'est-à-dire, que leur mouvement de fermeture s'a- morce toujours peu de temps seulement avant que les limites de pompage ne soient atteintes, on obtient, pour une vitesse de rotation chaque fois constante, mais des ouvertures d'aubes variables, les limites d'ouverture d'aubes d1, d2, d3, qui devraient se situer, au-dessous des limites de pôm- page d'aubes c1, c2, c3, aussi près que possible de clles-ci, c'est-à- dire, devraient également retomber vers la gauche.
Dans ce cas, et tout comme montré dans la Fig 2, on obtient des courbes de gouverne a max , a',a" jusque amin, chaque fois pour une ouverture d'aubes constante et une vitesse de rotation variable, courbes qui suivent d'aussi près que possible les courbes de limite de pompage-vitesse de rotation b , b', b" à b .. max min Cependant, la pente des courbes d implique, pour une pression finale cons- ';ante par-exemple, une élévation de la vitesse de rotation lorsque le débit diminue dans la zone de fonctionnement avec aubes étranglées.
Dans la Fig 4, la courbe c1 montre l'allure dela vitesse de rota- tion n lorsque, la pression finale p1, étant constante, les aubes directri- ces sont ajustées, en fonction du débit par exemple, et cela, chaque fois immédiatement avant que la limite de pompage ne soit atteinte, c'est-à-dire sont commandées de telle façon qu'à chaque débit est affectée une position des aubes Ó', Ó",.... suivant l'intersection de la ligne p = oonst. avec les courbes de commande a', a" jusque a . min.
En réalité ,on a déjà essayé d'appliquer uniquement une telle commande des aubes en fonction du débit. L'invention est basée entre autres sur la constatation qu'une telle commande ne peut pas fonctionner de façon
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satisfaisante, car elle est en principe instable. En effet, lorsque, comme montré dans la Fig 4, la consommation dans le réseau, la pression finale étant p1 par exemple, correspond au point p, pour une ouverture d'aubes Ó, une légère baisse du débit entraînerait automatiquement un mouvement de fer- meture des aubes mobiles et donc un déplacement de la caractéristique, par exemple de a' vers Ó".
Toutefois, - et ceci est essentiel - et vu qu'en raison du pouvoir d'accumulation du réseau de refoulement, la pression p1 est momentanément constante, - ce mouvement de fermeture des aubes entra - nerait momentanément une nouvelle baisse du débit et, par conséquent, une nouvelle impulsion dans le sens de ]a fermeture des aubes, jusqu'à ce que celles-ci se ferment complètement, si possible. Inversement, un léger accrois- sement de la consommation au point p aurait pour effet l'émission d'une impulsion instable par la commande asservie au débit, cela jusqu'à l'ouver- ture totale des aubes. Il est vrai que l'on peut stabiliser le processus de commande en utilisant des impulsions interrompues ou en appliquant une du- rée de fermeture des aubes mobiles particulièrement longue par rapport à la constante de temps du réseau.
Toutefois, lorsque, dans ce cas, la con- sommation du réseau subit les fluctuations rapides et importantes, la ma- noeuvre des aubes peut dans certaines conditions s'effectuer trop tard, de sorte que la soupape de décharge devrait toujours s'ouvrir temporairement à cette occasion, cela sous la gouverne du débit, de lapression finale et de la position des aubes. Ceci est malaisé et compliqué. D'autre part, un ajustement automatique des aubes est précisément désirable en particulier lorsque, pour des raisons d'exploitation, la consommation varie de façon imprévisible et dans de larges limites, tant en grandeur qu'en direction, de sorte qu'il ne serait pas possible de réaliser une commande manuelle satisfaisante capable d'intervenir en temps opportun ; deplus, une telle commande serait même anti-économique.
Ceci vaut à plus forte raison lorsque, par suite des conditions d'exploitation, des fluctuations rapides, dans des limites étendues, caractérisent non seulement le débit, mais aussi la valeur de consigne de la pression finale, comme par exemple dans les soufflantes pour aciéries, en particulier lorsque plusieurs convertisseurs sont en ser- vice et que leurs périodes de soufflage varient indépendamment les unes des autres, en ce sens que tantôt elles se chevauchent et tantôt elles se relayent.
La présente invention vise à résoudre de façon satisfaisante le problème qui consiste - dans des conditions d'exploitation sujettes à des . fluctuations rapides - à adapter le plus rapidement possible, et dans de très larges limites, la pression etle débit à la consommation, par un ajus- tement combiné et automatique de la vitesse de rotation et de l'angle des aubes, tout en évitant des coups de pompage. Le principe fondamental de l'invention réside¯ dans le fait que le champ d'action du compresseur est subdivisé en trois régions ou zones principales, qui se distinguent entre elles par les particularités suivantes, d'après la Fig 5:
I) La zone de travail BI où le réglage concerne uniquement la vitesse de rotation, avec ouverture totale des aubes, cette zone étant si- tuée à droite de la courbe f.
Dans cette zone, et lorsqu'il s'agit d'une commande par turbine par exemple, le seul organe de réglage actionné en vue d'adapter la pression au débit est la soupape d'admission de vapeur 4. Selon l'invention, cette zone de fonctionnement à réglage par la seule vitesse de rotation ne s* 4- tend pas jusqu'à la limite de pompage-vitesse de rotation b max pour une plei- ne ouverture des aubes,mais seulement jusqu'à une courbe limite f située à droite de a max et dont le rôle sera expliqué dans la suite.
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II) La zone de travail BII à réglage uniquement par s aubes, cette zone étant située entre les courbes f et la limite de pompage-vitesse de rotation b . ou a .
, qui correspond à la plus petite ouverture cons-
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min min tante Ó des aubes. min
Dans cette zone, le compresseur fonctionne , selon l'invention, avec une vitesse de rotation qui est à peu près constante pour chaque pres- sion finale, tandis que le système d'ajustement des aubes en fonction de la pression représente le seul organe de réglage actionné en vue d'adapter la pression à l'utilisation momentanée du débit.
III) La zone de travail BIII où intervient la soupape de déchar-
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ge 6, cette zone étant située à gauc e par rapport à la courbe limite la plus basse bzz ou de la, courbe limite de décharge a ..
Dans cette zone, la position des aubes est constante = Ó min, la vitesse de rotation affectée à la pression finale étant constante et l'adaptation du compresseur à la demande de débit étant assurée par l'action- nement, gouverné par la pression, de la soupape de décharge 6.
La courbe limite f qui marque le passage entre le réglage par le
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seul ajustement de la vitesse de rotation (B i) et le réglage par ajustement des aubes (EII) est déterminée, au point D par exemple, sur la caractéristique p-Q relative à l'ouverture totale des aubes et affectée à une vitesse de rotation déterminée nl, n 2e ou n3, par la pression à laquelle les limi- tes d'ouverture d'aubes dl' d 2 d3 prur la vitesse de rotation considérée coupent la limite de décharge a . pour l'ouverture minimum des aubes, par exemples au point A, Fig 5.
Grâce à ce principe du champ d'action subdivisé en réglage par la vitesse de rotation, réglage par¯les aubes et réglage par la décharge, avec. chaque fois, un seul organe de réglage, on obtient, un fonctionne- ment précis et rapide du réglage, sans que les divers organes de réglage se gênent mutuellement.
Les Figs 6 à 9 montrent des exemples pour l'application pratique de ce principe.
La Fig 6 montre le réglage d'un turbo-compresseur 2 commandé par une turbine à vapeur 1 et destiné à une installation de convertisseurs d'une aciérie. Dans ce cas, la tâche du réglage consiste à ajuster la pression finale pE dans une conduite à vent pour trois convertisseurs par exemple
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suivant une pression de consigne PE,s' cette dernière étant déterminée à partir de la plate-forme des convertisseurs . Ici, la pression de consigne déterminante sera représentée par la plus élevée des trois pressions de consigne à régler.
Ceci peut être obtenu par exemple en raccordant, à une conduite de pression auxiliaire, à pression d'air constante pHi, par l'en-
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tremise de trois diaphragmes B à Bu trois soupapes à main H1..0. dont l'actionnement sur la plate-forme des convertisseurs permet d'ajuster la pression de consigne requise pour chacun des' trois convertisseurs, cet ajustement pouvant être lu sur les manomètres Mo Grâce aux trois soupapes de retenue R1,on obtient que seule la pression de consigne la plus élevée
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des trois pressions de consigne ajustées règne dans la conduite p9s
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Cette pression de consigne est appliquée par exemple sur une face de la membrane du régulateur depression principal 3, la face opposée de cette membrane étant soumise à la pression finale réelle pE.
Le régulateur 3 actionne une soupape à huile qui règle la pression d'huile de commande pd, comme il est connu en soi, de telle façon que cette
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pression décroît selon la Fig 7 lorsque l'écart de réglage p- - pE augmen- te, ou bien , de façon générale, lorsque la pression finale diminueo La
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pression de commande pd agit comme indiqué dans les Figs 6 et 7 - où l'on a supposé d'abord que le régulateur 3 était à action proportionnelle - en s'échelonnant sur les éléments de commande suivants qui correspondent aux
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zones de fonctionnement BI à BIII' exposées plus haut.
I - Un transformateur de pression à inversion 13 qui commande, par l'entremise d'un piston lesté d'un ressort, une soupape de commande 13a, qui, lorsque la pression de commande pd augmente (par exemple, pour
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0 pd 1,5 atm. eff.), abaisse la pression d'huile d'appoint pz ( par exemple, de 5 atm. eff. à 0 atm. effo) ( zone de fonctionnement BI);
II - Un piston 8a lesté d'un ressort et destiné au système de ma- noeuvre 8 des aubes du compresseur.
Lorsque la pression d'huile de commande Pd s'élève davantage (par exemple , 1,5 <. pd < 3 atmo effo) le piston 8a déplace (avec intercalation d'un multiplicateur de puissance, non repré- senté) les aubes vers la position de fermeture, jusqu'au plus petit degré
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d'ouverture oc min'(zone de fonctionnement B#);
III - La soupape de décharge 6, dont la levée h6 augmente à partir de la pression de fermeture, lorsque la pression de commande p9d continue à s'élever ( par exemple 3,0 < pd < 4,5 atm. effa ) (zone de fonctionnement
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BIrr);
L'admission de vapeur vive à la turbine est réglée moyennant l'actionnement de la soupape à vapeur vive 4 par fluide hydraulique et res- sort à partir du régulateur de vitesse 10 qui, lorsque la vitesse augmente, abaisse la pression d'huile de commande p,comme il est connu en soi, en ouvrant l'orifice d'évacuation d'huile prévu en aval d'un diaphragme. La valeur nominale de 11. vitesse de rotation peut être modifiée, comme il est connu en soi, à l'aide d'une boite de réglage, la disposition étant telle qu'une vitesse approximativement constante correspond à chaque position de la bofte 11.
Selon l'invention, la botte 11 est munie d'un piston diffé- rentiel qui présente deux surfaces actives sur lesquelles agissent séparé- ment deux pressions d'huile, à rencontre de la puissance du ressort an-
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tagoniste, à savoir, la pression d'huile p n$s,g pour l'ajustement initial de la valeur de consigne de la vitesse n et de plus, la pression d'huile d'appoint pz.
La pression p n,s,g est ajustée à l'aide d'un transformateur de pression-répartiteur de telle façon qu'une vitesse de consigne fondamentale
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déterminée n s,g est affectée à chaque valeur de consigne p Eeso aussi long- temps que la pression d'huile d'appoint pz = 00 Cette affectation s'opère à l'aide du transformateur de pression de commande 12 et du ressort prévu sous la boîte 11, en tenant compte de la caractéristique de levée du régula-
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teur de vitesse 10, la dispositiônn étant telle que, en considérant la Fig 5
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par exemple,
une pression pE'a = p1 se voit justement affecter en substan- ce la vitesse de consigne fondamentale n1 à laquelle - pour le degré d'ou- verture minimum Ó min des aubes - la pression p1 peut encore être atteinte min tout juste avec la certitude d'une absence de pompage. Ceci est par exemple le cas au point A de la Fig 5, qui est situé au voisinage immédiat de l'in- tersection de la limite de pompage-vitesse de rotation b min ou à l'intersec- tion de la courbe a . du plus petit degré d'ouverture Ó min des aubes, avec min min la ligne p1= oonst.
La pression d'huile d'appoint p ,qui agit sur l'autre surface active de la boite 11, est abaissée, comme décrit sous I, dans le transform- mateur de pression à inversion 13, par exemple de 5 atm. eff. à environ 0 atm. eff., cela lorsque la pression de commande pd croît simultanément, par exemple, de 0 à 1,5 atm. eff.
Le dispositif selon l'invention fonctionne désormais comme suit, Lorsque tous les trois convertisseurs travaillent à plein régime, le compres- seur fonctionne au point C, fig. 5, avec ouverture totale Ó des aubes directrices et une vitesse de rotation maximum n max > n1, qui peut être ajustée en limitant la course descendante de la boîte de réglage 11. Dans ce cas, pd # 0, pz # pmax (zone BI).
Lorsqu'un convertisseur est arrêté ou modéré, la pression de con- signe PE,s'' demeurant toutefois constante, l'élévation, d'abord peu impor- @, s tante,de la pression réelle pE s'accompagne d'une élévation de la pression d'huile pd, à l'intervention du régulateur dépression 3, à partir de la va- leur 0 (Figs 6 et 7). ¯Par suite , le transformateur de pression à inversion 13 réduit la pression pz, et la boîte 11 se déplace dans le sens d'une dimi- nution de la vitesse de rotation, jusqu'au moment où, lorsque pz = 0, la vitesse de consigne fondamentale (par exemple n s,g, = nI) est atteinte (voir point D, Fig 5).
La vitesse de consigne fondamentale est ajustée par la pression p n,s,g , qui agit sur l'autre surface active de la boite 11 et qui est elle- même gouvernée, comme exposé plus haut, par l'entremise du transformateur de pression-répartiteur 12 par la pression de consigne ajustée pE,s Lors- que, par suite de la modération ou de l'arrêt du second convertisseur, la consommation d'air diminue davantage, cependant que la pression de consigne pE,s demeure constante, le piston moteur 8a- dont le ressort est soumis à une tension initiale appropriée - réduit, sous l'influence de la pression de commande pd > 1,5 atm.
eff., laquelle croît avec la pression finale pE' l'angle d'ouverture des aubes directrices 8, à partir de la valeur ma- ximum max cela dans la mesure nécessaire pour maintenir la pression finale pE (zone de fonctionnement BII).
Dans le cas limite, les aubes sont déplacées non pas à fond, mais seulement jusqu'à une valeur minimum Ómin,laquelle peut être déterminée en limitant la course du piston 8a par exemple. Cette valeur est atteinte, par exemple, au point " A""' selon la Fig 5. Lorsque, la consommation d'air
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ayant baissé davantage, la pression finale pE- et donc aussi la pression d'huile de commande pd- subit une nouvelle augmentation (par exemple, pd > 3,0 atm. eff., zone de fonctionnement BIII), la soupape de décharge 6 s'ouvre, compte tenu de la tension initiale et de la caractéristique du ressort de son piston moteur.
La course h6 atteint sa valeur maximum lors- que pmax 4,5 atm. eff., par exemple , Lorsque la soupape 6 est dimension- née de telle façon que dans la position de pleine levée - la pression étant p1- elle laisse passer au moins le débit d'après le point A, l'installa- tion peut fonctionner à la pleine pression pE, avec suppression automatique du pompage, jusqu'à une consommation d'air 0.
Même en cas de modification de la valeur de consigne pE,s (suppo- sée constante jusqu'ici), le réglage ci-dessus fonctionne correctement, dans le sens indiqué.
Lorsque cette valeur est brusquement diminuée depuis la plate- forme des convertisseurs, par exemple, il en résulte en premier lieu une pression réelle pE trop élevée ; lerégulateur 3 élève alors la pression pd' et la vitesse de rotation descend jusqu'à la valeur n-,affectée à la nouvelle valeur pE,s2. Il peut arriver passagèrement à cette occasion que les aubes 8 se ferment et que la soupape de décharge 6 s'ouvre, ce qui est opportun, dans le sens indiqué, en assurant une diminution rapide de p.
Lorsque la nouvelle pression de consigne PE,s2 est atteinte dans le réseau, la soupape 6 se ferme et les aubes 8 s'ouvrent et, éventuellement, la vites- se de rotation s'élève légèrement, lorsque le nouveau point de fonctionne- ment est situé dans la zone de fonctionnement BI. Inversement, si la pression de consigne pE,s augmente rapidement , la vitesse de rotation croît forte- ment de façon passagère, éventuellement jusqu'à la valeur limite nmax, , avec , simultanément, ouverture maximum des aubes. Ainsi, le réseau est très rapidement rechargé jusqu'à la pression de consigne accrue, le temps de réglage étant maintenu à une valeur réduite en conséquence.
On a constaté que ce réglage - dont l'exécution de détail peut varier à volonté, par exemple en remplaçant les moyens de commande hydrau- liques par des moyens pneumatiques ou électriques - permet de remplir de façon parfaite les conditions visant à un fonctionnement exempt de pompage, alors que la consommation d'air et la pression de consigne varient très rapidement.
Selon une autre caractéristique de linvention, on peut obtenir que dans la région BIII- où, conformément à ce qui a été exposé jusqu'ici, les aubes directrices sont, en substance ,seules utilisées en qualité d'or- gane à position variable, pour le réglage - la vitesse de rotation ne soit plus maintenue exactement constante à la valeur de la vitesse de consigne fondamentale n s,g .
Dans une faible mesure, la vitesse de rotation augmente de toute façon - même en bloquant la boîte de voilage de vitesse de rota- tion 11 - lorsque la consommation d'air diminue, ceci perce @ue cette dimi- nution s'accompagne d'une moindre absorption de puissance. Comme le régula- tour de vitesse est habituellement établi sous la forme d'un régulateur à action proportionnelle, la vitesse de rotation augmente, à la suite d'une
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diminution de la charge, compte tenu du degré de non-uniformité du régula- teur de vitesse 10.
Cet objectif doit être poursuivi, en considérant le fait, mention- né plus haut, à savoir que, dans les Figs 2, 4 et 5, les limites de pom- page-aubes c1, c2 et c3' pour vitesses de rotation n1' n2 et n3 chaque fois constantes, descendent à gauche. Il est donc indiqué que, dans la zone BII de l'ajustement des aubes, la vitesse de rotation soit légèrement au- gmentée,à mesure que le débit diminue.
En outre, dans cette zone de fonctionnement, on peut appliquer encore une autre impulsion de correction à la vitesse de rotation, qui consis- terait par exemple à faire en sorte que, à partir d'un angle déterminé Ó"- compte tenu d'une pression de commande pd" y affectée - le mouvement de fermeture ultérieur des aubes s'accompagne d'une nouvelle élévation de la vitesse de rotation.
Ceci peut être obtenu, par exemple, comme montré dans la Fig 6, par le fait de combiner avec le transformateur de pression de commande 13, en plus de la soupape d'évacuation normale 13a, dont 1 arête de travail s'ouvre à mesure que la pression de commande pd augmente, une deuxième soupape d'évacuation 13b, que l'on situe en amont ou en aval de la soupape 13a et dont l'arête de travail intervient, lorsque la pres- sion réglable pd"est dépassée, de façon à arrêter l'écoulement d'huile hors du système de pression d'appoint p , en conformité avec un angle d' z ouverture d'aubes Ó", de sorte que ladite arête détermine une nouvelle élé- vation de la pression en question et de la vitesse de rotation.
Grâce au système de limitation réglable 13c de la course ascendante du transforma- teur de pression 13, on peut obtenir que cette élévation de la vitesse de rotation ne se produise que dans un secteur partiel de la zone de fonction- nement BII et qu'elle cesse après le passage à la zone de fonctionnement Brrr. Grâce à cette élévation supplémentaire de la vitesse de rotation dans la région des faibles ouvertures d'aubes, on peut obtenir un nouveau dépla- cement du domaine de fonctionnement Brrr' qui intéresse le réglage par aubes, vers la gauche (Fig. 5) ce qui améliore l'économie. On peut alors affecter une pression de consigne p1, plus élevée à la vitessse de rotation n1 par exemple, ce qui permet à son tour d'améliorer le rendement dans la région des grandes et moyennes ouvertures d'aubes.
Cette action supplémentaire sur la vitesse de rotation dans le domaine des petites ouvertures d'aubes peut aussi être obtenue d'une autre façon, par exemple au moyen d'une soupape de commande spéciale, munie d'un piston à huile lesté d'un ressort, soupape qui, sous la gouverne de la pression d'huile de commande pd, agit sur la pression d'huile d'appoint pz ou sur la pression d'huile pn,s,g, dans la région de fonctionnement décrite plus haut, dans le sens d'une relévation de la vitesse de rotation.
En outre, la valeur de consigne de la pression finale pE,s peut
E, s être d'un autre ordre de grandeur que la pression nominale pE. Dans ce cas,
E les surfaces actives du régulateur 3 - ou bien, lorsqu'on emploie les régu- lateurs à tubes d'acier par exemple, les bras de leviers pour la valeur de consigne et la valeur effective - doivent être adaptés en conséquence, La grandeur qui fournit la valeur de consigne p peut d'ailleurs être une E, s pression d'huile ou une grandeur électrique, par exemple.
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De plus, la valeur de consigne pE,s peut être utilisée comme grandeur de départ pour un autre régulateur, par exemple pour le réglage mentionné oi-dessus et visant un débit utile constant. Un exemple d'un tel réglage a été représenté dans la Fig 6b à titre de variante pour la Fig 6. Ioi, la pression de consigne pE,s,est raccordée au système à huile principal par l'entremise d'une membrane et est ou bien ajustée cha- que fois à la main à l'aide de la soupape à commande¯manuelle 16a (ce qui correspondrait au mode de fonctionnement décrit précédemment), lorsque la soupape 16b est fermée, ou bien, la soupape 16b étant ouverte, ladite pres- sion est réglée en tant que grandeur de départ pour un régulateur de débit 15.
Ce dernier est représenté dans la Fig 6b, à titre d'exemple, comme ré- gulateur dépression différentielle raccordé à une boite de mesure 14 interca- lée dans la conduite à air d'utilisation et influencé par la pression diffé- rentielle A p Q qui, de son côté, varie avec le carré du débit utile Qn et en proportion inverse de pE. L'influence de la pression finale pE peut être au besoin compensée par des ressorts antagonistes d'une rigidité convenable, prévus dans le régulateur 15, ou à l'aide d'autres moyens con- nus, de sorte que le réglage dans le diagramme p-Q d'après la Fig 8 s'effec- tue approximativement le long de la verticale q1, en conformité avec la valeur de consigne ajustée Q1. Cette valeur de consigne peut être mise au point en ajustant les ressorts du régulateur 15.
Lorsque le débit Q et donc aussi ,(1 p Q diminue, le régulateur 15 ferme la soupape à huile qui lui est accouplée et élève ainsi la pression d'huile de consigne pE,s'laquelle élève de son côté la vitesse de rotation de consigne,de la manière décrite plus haut.
La Fig 8 représente le fonctionnement d'une soufflante de haut four- neau, par exemple, avec réglage à débit constant le long de la ligne q1.
Les régions de fonctionnement BI, BII et BIII se rapportent à la présente description, comme indiqué par les hachures, tout comme dans la Fig 4.
On supposera d'abord qu'un point de fonctionnement p3 se situe dans la région de fonctionnement BI, sur la caractéristique p-Q correspondant à l'ouverture totale des aubes et à la vitesse de rotation ne. Ce point de fonctionnement correspond à une allure très faible du four, c'est-à-dire, aux grandes sections de passage du four et de sa charge. Lorsque l'allure du four devient plus forte, c'est-à-dire, lorsque les sections de passage se rétrécissent, la pression finale pE devrait être augmentée jusqu'au point P 2 par exemple, le débit Q restant inchangé. Dans ce cas, la pression différentielle ¯ PQ diminue d'abord légèrement.
Par conséquent, le régulateur 15 élève la pression d'huile de consigne pE,s et, simultanément le transformateur de pression de commande-répartiteur 12 élève, sous la gouverne de la pression de consigne pE,s'' la pression p n,s,g pour la mise au point de la vitesse de consigne fondamentale ns,g, par exemple jusque pn,s,g,2 Or, la pression de consigne croissante pE,s' provoque simultané- ment, par l'entremise du régulateur de pression principal 3, une diminution de la pression d'huile de commande pd Pour cette raison, et conformément aux Figs 6 et 7, la pression d'huile d'appoint pz est d'abord élevée à 1'
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intervention du transformateur de pression à inversion 13, de sorte que le régulateur de vitesse 10 est soumis, par l'entremise de sa boîte de réglage 11,
à une influence supplémentaire dans le sens de l'élévation de la vites- se ; or, les aubes 8 sont simultanément et passagèrement ouvertes plus large- ment, ou maintenues totalement ouvertes, par le piston 8a.
Ces mouvements sont de prime abord judicieux, dans le sens visé, étant donné qu'ils accélèrent l'élévation désirée de la vitesse de rota- tion et de la pression effective pE' le réseau de pression étant alors rapi- dement rechargé. Or, après l'élévation de la vitesse de rotation jusqu'à la valeur requise n2, et avec une ouverture totale Ó des aubes, le point d' intersection de la caractéristique n2 du diagramme p-Q avec la ligne de ré- glage Q1 se situerait trop haut, c'est-à-dire , au-dessus du point P 2. Ceci est désormais empêché par le régulateur principal 3, qui élève la pression de commande pd, lorsque la pression pE a suffisamment augmenté.
Ceci a d'a- bord pour effet d'abaisser à nouveau la pression d'appoint pz à l'aide du transformateur de pression à inversion 13 (éventuellement jusque 0), de sorte que la valeur de consigne de la vitesse de rotation n'est plus dé- terminée que par le transformateur de commande-répartiteur 12 et la pres- sion p n,s,g . Toutefois ensuite, lorsque la pression de commande pd augmen- te ,les aubes directrices 8 se ferment partiellement par l'action du piston moteur 8a, jusqu'à ce que la pression correcte p2' requise pour maintenir le débit Q, soit atteinte pour la vitesse n2. Si l'allure du fourneau se durcit davantage, le point de fonctionnement peut se déplacer, par exemple, jusqu'au point p , et même plus haut.
La Fig 8 montre que, à mesure que l'allure du fourneau se durcit et que, par conséquent, la pression pE doit être plus élevée, il faut que la vitesse de rotation s'élève de plus en plus, mais que l'angle a des aubes aille en diminuant d'autant dans la zone bII. Lorsque les sections de passa- ge du fourneau augmentent à nouveau, le processus se déroule en sens inverse, de façon correspondante, Dans le cas d'actions de réglage très rapides, par exemple lorsque la contre-pression baisse rapidement, le débit demeurant in- changé, on peut fermer temporairement les aubes 8 jusqu'à la butée et ouvrir la soupape de décharge 10, ce qui est également judicieux dans le sens de l'obtention de temps de réglage aussi courts que possible.
L'exemple selon la Fig 6b montre d'une façon tout à fait générale la possibilité d'utiliser une autre grandeur en tant que grandeur de réglage principale, en superposant un autre régulateur 15 au régulateur de pression principal 3. La Fig 9 représente une autre possibilité d'utilisation, dans le sens visé, des principes ' de la, présente invention, l'objectif étant supposé le même que celui de la Fig. 6bo Toutefois, contrairement à cette dernière Fig, le régulateur de débit 15 de la Fig 9 n'est pas superposé au régulateur de pression 3, mais est branché facultativement en parallèle, côté huile de commande , par les soupapes à commande manuelle 16a et 16b.
Lorsqu'on effectue le réglage en vue d'obtenir une cession finale pE cons- tante, le réglage est opéré par le régulateur principal 3, la soupape à main 16a étant ouverte, la valeur de consigne de ce régulateur étant dans ce cas mise au point en imprimant une tension initiale à un ressort antagoniste au moyen du volant à main 3a. La boite de réglage 11 pour la vitesse de ro- tation, affectée au régulateur de vitesse 10, possède dans ce cas un piston
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de commande à une seule surface active, sur lanuelle est amenée à agir la pression p n,s pour l'ajustement de.la vitesse de rotation de consigne.
Cette pression d'huile pn,sest commandée de façon connue en soi par la soupape à huile du régulateur de pression principal 3, de sorte que, lorsque la pression finale pE devient trop élevée, la pression pn,s'et donc aussi la vitesse de rotation n, diminuent. A titre de variante, le régulateur de pression 3 peut agir directement, dans le même sens, sur le système de commande à huile p des soupapes à vapeur vive 4, le régulateur de vitesse 10 étant dans ce cas ajùsté comme régulateur de limite supérieure. La tâche fondamentale, qui consiste à affecter dans la zone de fonctionnement BII selon la Fig 5 ou 8, une vitesse de rotation approximativement constante à la pression finale PE du compreseur, est dévolue, dans le système selon la Fig 9, au régulateur de pression-répartiteur 16, ainsi qu'au dispositif tachymétrique 17.
Ce dernier peut être, par exemple une pompe centrifuge ou un peigne tournant dans un anneau d'huile, ou encore, une capsule à huile prévue sur l'arbre du compresseur, ces dispositifs engendrant une pression d'huile pn,réelle' qui varie approximativement comme le carré de la vitesse n,ree e de rotation. Cette pression est par exemple amenée à agir sur la face infé- rieure du piston à huile dans le répartiteur 19, dont la face supérieure, qui présente une surface active convenablement réduite, reçoit, à travers un diaphramme, la pression finale pE du compresseur . Le répartiteur 19 actionne une soupape à huile dans le conduit d'écoulement du système à huile de commandepd.
La pression de commande pd augmente, par exemple, lorsque la vitesse de rotation n et donc la pression d'huile pn,réelle deviennent n,ree e trop petites par rapport à pE. La pression pd, qui croît de la même manière que dans la Fig 6, produit d'abord un mouvement de fermeture des aubes di- rectrices 8 par l'entremise du piston moteur 8a, lesté d'un ressort ( par exemple 0,5 < pd < 2,5 atmo eff.) (zone de fonctionnement B II ); lorsque cette augmentation se poursuit ( par exemple 2,5<pd < 4,5 atm.eff.), la soupape de décharge 6 s'ouvre (zone de fonctionnement BIII).
Il s'ensuit que le répartiteur 19 et la pression pd n'interviennent ici que dans les deux zones de fonctionnement BII et Brrr'leur seuil d'intervention le long de la courbe f dans les Figs 5 et 8 étant déterminé par le fait que la pres- sion d'huile pn,réelle agissant sous le piston à huile du répartiteur 19 n,ree e s'équilibre exactement avec la pression finale pE agissant au-dessus du piston ou de la membrane supérieure.
En graduant convenablement les deux surfaces actives du réparti- teur 19 pour pn,réelle et PE et, au besoin, en modifiant convenablement la n,ree e valeur PE' par exemple à l'aide d'un diaphramme et d'une soupape d'évacua- tion intercalée dans la conduite à impulsions allant à la membrane affectée à la pression finale, on peut faire en sorte que l'affectation de la pres- sion PE à pn,réelle et à la vitesse de rotation n,pour le seuil de sensiE-n, reelle bilité du répartiteur 19, soit ajustée de telle façon que les paires des valeurs de pE et de n affectées mutuellement soient approximativement les mêmes le long de la courbe f que le long de la limite de décharge-vitesse de rotation a ,
pour l'ouverture d'aubes minimum Ó min De telle façon on min
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peut obtenir le même effet de réglage et de commande que dans la Fig 6.
D'autre part, lorsque, dans la zone de fonctionnement BI on opère le régla- ge en vue d'une pression finale p E constante, seule la vitesse de rotation est ajustée par le régulateur de pression principal 3, par l'entremise du piston moteur 11 et du régulateur de vitesse 10 ou par une action directe sur les soupapes de vapeur vive 4. Aussitôt que, par suite d'une diminution du débit consommé et d'une légère augmentation de la pression finale p , la vitesse de rotation a diminué dans une mesure telle que le seuil de sensibilité du répartiteur 19 est atteint, en conformité avec la courbe ajus- tée f, ce répartiteur , agissant désormais comme régulateur de pression lin- mite, commence d'abord à ouvrir les aubes directrices 8 et - si la consom- mation continue à diminuer - à ouvrir la soupape de décharge 6.
Dans ce cas, le répartiteur 19 remplace le régulateur de pression principal 3 ou antici- pe sur l'action de celui-ci, de sorte que ce dernier n'est pas amené à modi- fier la pression pE,sou pE et donc la vitesse de rotation n. Au contraire, cette dernière demeure essentiellement constante dans la zone de fonctionne- ment du répartiteur 16.
Afin d'empêcher une intervention simultanée ou dé- phasée du régulateur de pression 3 et du répartiteur 19 - et donc aussi les fluctuations qui peuvent en résulter - il est indiqué d'établir le régula- teur principal 3 en tant que régulateur à action proportionnelle ou régula- teur à action proportionnelle et intégrale, doté d'un champ d'action propor- tionnelle étendu, et d'établir par contre le régulateur 19 comme régulateur à action intégrale ou à action proportionnelle et intégrale avec un champ d'action proportionnelle moins étendu et des temps de réglage plus courts.
A titre d'alternative au régulateur de pression 3, le régulateur de débit 15 peut être chargé du réglage principal, si l'on ferme la soupape à main 16a et que l'on ouvre la soupape 16b. Le mode de fonctionnement qui en résulte correspond à la description relative aux Figs 6b et 9. La soupa- pe à main 16c de la Fig 9 permet une marche 'avec le seul réglage de la vites- se de rotation, avec une valeur de consigne ajustable.
La description ci-dessus ne donne que quelques exemples des pos- sibilités d'application de l'invention. Lorsque les compresseurs sont ac- tionnés par des moteurs électriques, l'organe de réglage appelé à modifier la vitesse de rotation de la machine motrice peut être une résistance varia- ble, intercalée par exemple dans le circuit du rotor d'un moteur asynchrone ou dans le circuit d'excitation d'un moteur à courant continu. De même, et comme mentionné plus haut, le système hydraulique décrit ici peut être rem- placé en tout ou partie par des systèmes pneumatiques ou électriques.
En particulier, l'invention n'est pas limitée à la possibilité d'ajustement des aubes directrices dans la seconde région de fonctionnement, mais couvre également la possibilité d'un ajustement complémentaire éventuel des aubes mobiles, principalement dans les compresseurs axiaux.
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