La présente invention concerne un procédé et une installation de pilotage d'au moins un compresseur centrifuge cryogénique, ainsi qu'une ligne de compression et une installation de réfrigération correspondantes.

L'invention s'applique par exemple au refroidissement des éléments supraconducteurs d'accélérateurs de particules.

Les pressions dont il est question ici sont des pressions absolues.

Le refroidissement des éléments supraconducteurs d'accélérateurs de particules nécessite l'utilisation d'un fluide en équilibre à basse température et à basse pression, notamment de l'hélium, dont la vaporisation assure les transferts de chaleur nécessaires.

Les installations de réfrigération utilisées dans ces applications comprennent des unités de liquéfaction capables, à partir d'hélium gazeux à la pression atmosphérique, et à la température ambiante, de fournir de l'hélium liquide en équilibre avec sa phase gazeuse à des températures de l'ordre de 2 K et à des pressions de l'ordre de 30 mbar.

La puissance dissipée par les éléments supraconducteurs vaporise de l'hélium, qui doit tre recomprimé pour tre réintroduit dans l'unité de liquéfaction, dont la pression d'entrée est imposée à une valeur de l'ordre de la pression atmosphérique. Le rôle de la ligne de compression est de contrôler sa propre pression d'admission et donc la température de l'hélium liquide.

Actuellement, seules les lignes de compression à compresseurs centrifuges en série permettent de comprimer, au taux de compression souhaité, un débit suffisant pour

obtenir des moyennes ou fortes puissances de réfrigération.

Les compresseurs centrifuges sont alors dimensionnés pour assurer le taux de compression souhaité pour le débit massique nominal en hélium gazeux vaporisé par les éléments supraconducteurs fonctionnant à plein régime.

Lors du démarrage, des périodes d'attente, ou encore d'un fonctionnement des éléments supraconducteurs à régime réduit, les besoins en refroidissement diminuent, ce qui s'accompagne d'une réduction correspondante du débit massique d'hélium gazeux vaporisé et introduit dans la ligne de compression. Cette diminution du débit massique est susceptible d'entraîner un décrochage des compresseurs, qui doivent assurer un taux de compression constant.

Dans le cas de compresseurs fonctionnant à la température ambiante, le problème précité est résolu de façon simple, en adaptant le débit de chaque compresseur. A cet effet, chaque étage de compression est muni d'une ligne de recyclage, permettant d'augmenter le débit massique de chaque compresseur, et donc d'en éviter le décrochage.

Cette solution ne peut cependant pas tre adaptée à des compresseurs cryogéniques montés en série car la solution consistant à recycler du gaz entre chaque étage de compression afin d'adapter le point de fonctionnement de chaque compresseur nécessiterait des refroidissements intermédiaires, s'avèrerait particulièrement complexe à mettre en oeuvre et prélèverait de la puissance frigorifique sur le réfrigérateur.

De tels compresseurs cryogéniques sont également soumis à des contingences spécifiques, qui doivent tre prises en compte en vue de leur pilotage.

Ainsi, étant donné qu'il s'agit d'un système cryogénique, la température de chacun des étages de compression est variable.

En outre, étant donné que le débit traité par les compresseurs est renvoyé vers un réfrigérateur, celui-ci impose une limitation de débit, correspondant au débit qui lui est acceptable.

De plus, le processus de pilotage n'est pas lié au temps. En effet, le débit de gaz à traiter provient de l'évaporation d'une partie du liquide, pour laquelle on provoque une diminution de pression, ce débit étant obtenu en faisant varier de façon judicieuse la pression d'aspiration du premier étage de compression.

Une telle variation est liée aux différents paramètres du liquide, sur lequel s'effectue le pompage, à savoir notamment la quantité, l'état de surchauffe, ou encore la puissance résiduelle dissipée dans ce liquide.

Ceci étant posé, l'invention vise à proposer un procédé assurant un pilotage fiable d'au moins un compresseur cryogénique centrifuge, qui permette en particulier d'amener à tout instant chaque compresseur vers un état stable, qui peut cependant tre différent de son état nominal.

A cet effet, elle a pour objet un procédé de pilotage d'une ligne de compression comprenant au moins un compresseur centrifuge cryogénique, ladite ligne étant notamment apte à comprimer un gaz initialement à basse température et à basse pression, en particulier de l'hélium, provenant d'une capacité, procédé dans lequel on pilote la vitesse de rotation du ou de chaque compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on choisit une courbe prédéterminée, pouvant tre représentée sous forme d'un premier paramètre représentatif de la vitesse de rotation d'un compresseur, en fonction d'un second paramètre, représentatif du débit massique dudit compresseur ;

- on régule la vitesse de rotation du compresseur centrifuge cryogénique disposé le plus en aval de la ligne de compression en fonction des valeurs relatives, d'une part, de la pression instantanée à l'aspiration du compresseur centrifuge cryogénique situé le plus en amont de la ligne de compression et, d'autre part, d'une pression de consigne variable ; et - on régule la pression de consigne variable en fonction de la valeur du rapport entre, d'une part, la valeur instantanée, pour le compresseur aval, du premier paramètre représentatif de la vitesse de rotation du compresseur et, d'autre part, la valeur théorique de ce premier paramètre, située sur ladite courbe prédéterminée, qui correspond à la valeur instantanée, pour ce compresseur aval, du second paramètre représentatif du débit massique.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention : -le paramètre représentatif de la vitesse de rotation est la vitesse réduite-réduite.

-le paramètre représentatif du débit massique est le débit réduit-réduit.

- dans une représentation faisant intervenir le taux de compression en fonction du débit réduit-réduit, la courbe prédéterminée définit une seconde courbe prédéterminée qui se situe à droite d'une courbe de décrochage du compresseur.

- la seconde courbe prédéterminée passe par le point de fonctionnement nominal.

- la distance séparant, pour un taux de compression donné, la seconde courbe prédéterminée et la courbe de décrochage est proportionnelle à la valeur du taux de compression.

- on régule la pression de consigne variable en régulant un coefficient d'atténuation, et en multipliant ce

coefficient d'atténuation par une valeur fixe, afin d'obtenir ladite pression de consigne variable.

- la valeur fixe est égale à une valeur de pression désirée à l'aspiration du compresseur amont, notamment 30 mbar.

- on augmente la pression de consigne variable lorsque la valeur instantanée, pour le compresseur aval, du paramètre représentatif de la vitesse de rotation est inférieure à la valeur théorique.

- on augmente la vitesse de rotation du compresseur centrifuge cryogénique aval, lorsque la pression instantanée à l'aspiration du compresseur centrifuge cryogénique amont est supérieure à la pression de consigne variable.

- il est prévu un compresseur aval et au moins un autre compresseur et on affecte, au ou à chaque autre compresseur, une vitesse de rotation correspondant à la valeur théorique, pour chaque autre compresseur, du premier paramètre représentatif de la vitesse de rotation, cette valeur étant située sur la courbe prédéterminée et correspondant à la valeur instantanée du second paramètre, représentatif du débit massique.

- il est prévu un compresseur aval et au moins un autre compresseur et on affecte, au ou à chaque autre compresseur aval, au moins pendant une phase de démarrage de celui-ci, une vitesse de rotation correspondant au produit de la vitesse de rotation du compresseur aval, par un coefficient prédéterminé.

- après que le ou chaque compresseur centrifuge cryogénique a atteint son régime nominal, on fournit de l'énergie, notamment électrique, dans la capacité, lorsque la distance entre un point de fonctionnement instantané et la courbe de décrochage devient inférieure à une valeur minimale prédéterminée.

- on recycle une fraction de gaz de l'aval vers l'amont de la ligne de compression, par un conduit de recyclage, on mesure le débit effectivement envoyé en aval de ce conduit, en particulier vers une unité de liquéfaction de ce gaz, et on régule l'écoulement de gaz dans le conduit de recyclage en fonction des valeurs relatives, d'une part, du débit effectivement envoyé en aval de la ligne de compression et, d'autre part, d'un débit seuil, qui correspond en particulier à un débit acceptable par cette unité de liquéfaction.

- on injecte du gaz d'appoint à une température sensiblement plus élevée que celle du gaz circulant dans la ligne de compression, en particulier à la température ambiante, et on régule l'injection de ce gaz d'appoint en fonction des valeurs relatives, d'une part, du débit de gaz circulant en aval de la ligne de compression et, d'autre part, d'un débit seuil, correspondant en particulier à un débit acceptable par une unité de liquéfaction de ce gaz.

L'invention a également pour objet une installation de pilotage d'une ligne de compression comprenant au moins un compresseur centrifuge cryogénique, pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend : - des premiers moyens de régulation, aptes à réguler la vitesse de rotation du compresseur centrifuge cryogénique disposé en aval de la ligne de compression, en fonction des valeurs relatives, d'une part, de la pression instantanée à l'aspiration du compresseur centrifuge cryogénique situé en amont de la ligne de compression et, d'autre part, d'une pression de consigne variable ; et - des seconds moyens de régulation, aptes à réguler la pression de consigne variable en fonction de la valeur du rapport entre, d'une part, la valeur instantanée, pour le compresseur aval, du premier paramètre de la courbe

prédéterminée, représentatif de la vitesse de rotation du compresseur et, d'autre part, la valeur théorique de ce premier paramètre, située sur cette courbe prédéterminée, qui correspond à la valeur instantanée, pour le compresseur aval, du second paramètre de cette courbe prédéterminée, représentatif du débit massique du compresseur.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les moyens de régulation de la vitesse comprennent une première boucle de régulation qui possède une consigne égale à la pression de consigne variable, une mesure égale à la pression à l'aspiration du compresseur centrifuge cryogénique amont, ainsi qu'une sortie apte à réguler la vitesse du compresseur centrifuge cryogénique aval.

- les moyens de régulation de la pression de consigne variable comprennent une seconde boucle de régulation, possédant une consigne égale à 1, une mesure égale au rapport entre les valeurs instantanée et théorique du premier paramètre, ainsi qu'une sortie apte à modifier la valeur de cette pression de consigne variable.

- la sortie de la seconde boucle de régulation débouche dans un module de multiplication, apte à multiplier la valeur de cette sortie par une valeur fixe.

- cette valeur fixe est égale à une valeur de pression désirée à l'aspiration du compresseur amont, notamment 30 mbar.

- l'installation comprend en outre au moins un module de calcul apte à calculer à chaque instant, pour le ou chaque compresseur, les valeurs instantanée et théorique du-premier paramètre, représentatif de la vitesse de rotation, ainsi que la valeur instantanée du second paramètre, représentatif du débit massique.

- l'installation comprend des moyens aptes à fournir de l'énergie, notamment électrique, à la capacité,

lorsque la distance entre le point de fonctionnement et la courbe de décrochage devient inférieure à une valeur minimale prédéterminée.

- l'installation comprend une boucle de régulation de l'énergie, possédant une consigne égale à ladite valeur minimale prédéterminée, une mesure mise en relation avec un autre module de calcul, apte à calculer à chaque instant la distance entre le point de fonctionnement et la courbe de décrochage, ainsi qu'une sortie en relation avec les moyens de fourniture d'énergie.

- l'installation comprend un conduit de recyclage, apte à recycler une fraction de gaz de l'aval vers l'amont de la ligne de compression, ainsi que des moyens de régulation de débit, aptes à réguler l'écoulement de gaz dans ce conduit de recyclage en fonction des valeurs relatives, d'une part, du débit effectivement envoyé en aval de la ligne de compression et, d'autre part, d'un débit seuil.

- les moyens de régulation de débit comprennent une boucle de régulation du débit recyclé possédant une consigne égale au débit seuil, une mesure correspondant à la valeur instantanée du débit effectivement envoyé en aval de la ligne de compression, ainsi qu'une sortie mise en communication avec un organe d'ouverture-fermeture, en particulier une vanne, dont est muni le conduit de recyclage.

- l'installation comprend un conduit d'injection d'un gaz d'appoint à une température sensiblement plus élevée que celle du gaz circulant dans la ligne de compression, en particulier à la température ambiante, ainsi que des moyens de régulation de l'injection, aptes à réguler l'injection de ce gaz d'appoint en fonction des valeurs relatives, d'une part, du débit de gaz circulant en

aval de la ligne de compression et, d'autre part, d'un débit seuil.

- les moyens de régulation de l'injection comprennent une boucle de régulation de l'injection possédant une consigne égale à la valeur du débit seuil, une mesure égale à la valeur instantanée du débit de gaz circulant en aval de la ligne de compression, ainsi qu'une sortie mise en relation avec un organe d'ouverture- fermeture, en particulier une vanne, dont est muni le conduit d'injection.

L'invention a également pour objet une ligne de compression, comprenant au moins un compresseur cryogénique centrifuge, ainsi qu'une installation de pilotage du ou de chaque compresseur, caractérisée en ce que cette installation de pilotage est telle que définie ci-dessus.

L'invention a enfin pour objet une installation de réfrigération par vaporisation d'un gaz liquéfié à basse pression et basse température, notamment d'hélium, comprenant une capacité contenant le fluide diphasique à basse température et à basse pression, une unité de liquéfaction dudit gaz, une ligne d'alimentation en fluide diphasique à basse température et à basse pression, munie de moyens de détente de ce gaz liquéfié, reliant l'unité de liquéfaction à la capacité, et une ligne de compression de la phase gazeuse reliant la capacité à l'unité de liquéfaction, caractérisée en ce que la ligne de compression est telle que définie ci-dessus.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, illustrant un train de compresseurs centrifuges cryogéniques ;

- la figure 2 est un graphe représentant le champ de compression d'un de ces compresseurs centrifuges cryogéniques ; - la figure 3 est un graphe illustrant un comportement optimal, au sens de l'invention, d'un compresseur centrifuge cryogénique ; - la figure 4 est une vue schématique représentant une installation, conforme à l'invention, permettant le pilotage du train de compresseurs illustré à la figure 1 ; - les figures 5 à 8 sont des vues schématiques analogues à celles de la figure 4, représentant des variantes de réalisation de l'installation de pilotage conforme à l'invention ; et - la figure 9 est une vue schématique, analogue à la figure 1, illustrant une variante supplémentaire de réalisation de l'invention.

La figure 1 représente une installation de réfrigération par l'hélium liquide, utilisée par exemple pour le refroidissement d'éléments supraconducteurs d'accélérateurs de particules.

Cette installation comprend une unité 1 de liquéfaction d'hélium, ou réfrigérateur, comprenant des compresseurs, des échangeurs de chaleur et des moyens de détente, non représentés. Il est par ailleurs prévu une première capacité 3 de stockage de l'hélium liquide en équilibre avec sa phase gazeuse, et une deuxième capacité 5 de stockage de l'hélium liquide en équilibre avec sa phase gazeuse, qui assure les échanges de chaleur avec l'élément E à réfrigérer.

L'unité 1 de liquéfaction d'hélium délivre, après détente dans une vanne de détente 7, de l'hélium liquide en équilibre avec sa phase gazeuse dans la première capacité

3. En fonctionnement, l'hélium est alors à une température d'environ 4,4 K et à une pression d'environ 1,2 bar.

Le liquide de la première capacité 3 est extrait par une ligne 9, refroidi dans un échangeur de chaleur 11, puis détendu dans une vanne de détente 13 avant d'tre introduit en équilibre avec sa phase gazeuse dans la deuxième capacité 5. En fonctionnement, l'hélium doit tre, dans cette capacité, à une température d'environ 2 K et à une pression d'environ 31,3 mbar (ou hPa).

Le ciel gazeux de la deuxième capacité 5 est aspiré, après chauffage à contre-courant dans l'échangeur 11, dans une ligne de compression 15 qui restitue l'hélium gazeux à l'unité 1 de liquéfaction.

La pression de refoulement de la ligne de compression est imposée par l'unité 1 de liquéfaction à une valeur d'environ 1,15 bar. La ligne de compression permet, en fonctionnement, d'abaisser la pression d'équilibre et donc la température d'équilibre de l'hélium dans la deuxième capacité 5 à la valeur désirée.

Une telle installation de réfrigération est décrite dans les documents FR-A-2 679 635 et US-A-5 499 505.

La ligne de compression illustrée sur la figure 1, comporte quatre compresseurs centrifuges cryogéniques montés en série, qui sont affectés des références CCC1 à CCC4.

Pour décrire plus facilement le fonctionnement des compresseurs, les paramètres suivants seront utilisés : - le débit « réduit » d'un compresseur : Y = D * T/P - la vitesse « réduite » d'un compresseur : n = N/T où D est le débit massique traversant le compresseur, T la température d'admission du compresseur, P

la pression d'admission du compresseur et N la vitesse de rotation du compresseur, - le débit « réduit-réduit », ou « réduit- normé », d'un compresseur : X = Y/YN - et la vitesse « réduite-réduite », ou « réduite-normée », d'un compresseur : NU = n/nN où YN est le débit « réduit » nominal du compresseur, c'est-à-dire dans des conditions de fonctionnement correspondant à celles de son dimensionnement, et nN est la vitesse « réduite » nominale du compresseur, c'est-à-dire dans des conditions de fonctionnement correspondant à celles de son dimensionnement.

Le graphe de la figure 2 représente le champ de compression d'un compresseur centrifuge dans un plan débit « réduit-réduit »/taux de compression.

La courbe CDEC de décrochage dans les aubes de roue, représentée en traits pleins, sépare le champ de compression du compresseur en une zone de fonctionnement stable à droite de la courbe de décrochage, et en une zone de fonctionnement instable à gauche de la courbe de décrochage.

Grâce à l'utilisation des variables « réduites- réduites », cette courbe CDEC permet d'une part d'étudier le fonctionnement d'un compresseur dans des conditions autres que celles définies pour le régime nominal, et d'autre part de comparer le fonctionnement de compresseurs différents, qui n'ont pas nécessairement des champs identiques.

En référence au graphe de la figure 2, on définit un chemin optimal, que chaque compresseur est censé suivre, grâce au procédé de pilotage de l'invention.

Ce chemin optimal COPT, qui est illustré en traits pointillés, se situe à droite de la courbe de décrochage.

Il passe par le point (TauxNOM ; 1), matérialisé par un cercle qui correspond à un point de fonctionnement nominal, par exemple défini par l'opérateur.

Ce chemin optimal est le lieu, passant par le point (TauxNOM ; 1) précité, des points de fonctionnement situés à une distance « analogue », ou « proportionnelle », de la courbe de décrochage. Ceci signifie que la distance entre le point de fonctionnement du compresseur et la courbe de décrochage, qui est proportionnelle au taux de compression, est définie par le mme rapport (X-Xs)/Xs sur le champ de chaque compresseur, ce rapport étant encore appelé coefficient de distance.

Dans ces conditions, étant donné que la sensibilité au décrochage augmente avec le taux de compression, la distance séparant la courbe de décrochage du chemin optimal, à taux de compression constant, est définie ainsi : ( (X-Xs)/Xs) x (Taux/TauxNoM).

Cette distance varie de 0 pour un taux de compression de 1, à sa valeur maximale dNoM, correspondant au taux de compression nominal TauxNOM. En se référant à la figure 2, elle est ainsi égale à di = (Xl-Xs/Xs) * (Tauxl/TauxNOM), ainsi qu'à d2 = (X2-Xs/Xs) * (Taux2/TauxNOM), pour des points respectifs Xi et X2 donnés.

Comme le montre la figure 3, le chemin optimal COPT de la figure 2 peut tre illustré sous la forme d'un autre graphe. Sur ce dernier, le débit réduit-réduit X est porté en abscisses, alors que la vitesse réduite-réduite NU est portée en ordonnées.

Ce chemin optimal C'OPT, dans sa forme NU = f (X), varie du point (0 ; 0) correspondant à un compresseur au repos, au point (1 ; 1) qui correspond au fonctionnement nominal de ce compresseur.

La figure 4 illustre une installation de pilotage du train de compresseurs cryogéniques centrifuges représenté sur la figure 1.

Cette installation comprend une boucle de régulation de la pression BRP. Cette boucle reçoit, par la ligne ml, la mesure de la pression d'aspiration du premier compresseur cryogénique CCC1.

Par ailleurs, la consigne affectée à cette boucle de régulation, qui est matérialisée par la ligne cl, sera décrite plus en détail dans ce qui suit. Enfin, la sortie s de cette boucle BRP est reliée au compresseur aval CCC4, de manière à pouvoir en faire varier la vitesse de rotation.

Il est par ailleurs prévu une boucle de régulation de la vitesse BRV. Trois lignes, affectées respectivement des références m2, c2 et s2, représentent la mesure, la consigne, et la sortie de cette seconde boucle de régulation.

L'installation comprend, de plus, quatre modules de calcul MC1, MC2, MC3 et MC4, dont chacun est relié à un compresseur correspondant CCC1 à CCC4.

Le module MC1 est relié à des capteurs de la pression P1 et de la température T1 d'admission du compresseur C1, par une ligne L1. De façon analogue, les modules MC2, MC3 et MC4 sont reliés à des capteurs de la pression P2 à P4 et de la température T2 à T4 d'admission des compresseurs CCC2 à CCC4, par des lignes L2 à L4.

Un capteur du débit massique D du gaz circulant dans la ligne de compression est relié à chacun des modules de calcul MC1 à MC4, par une ligne LD. Ces différents modules de calcul comprennent chacun des moyens de calcul et de stockage de données.

Le module MC4 calcule, à chaque instant, les coordonnées X4 (inst) et NU4 (inst) à partir des valeurs

mesurées par les différents capteurs associés, relatifs au débit, à la température et à la pression.

Ce module MC4 calcule également, pour ce X4 (inst) donné, la valeur théorique NU4 (th), située sur le chemin optimal C'OPT de la figure 3.

Les valeurs de X4 (inst), NU4 (inst) et NU4 (th) sont portées sur la figure 3.

Le module MC4 effectue également le rapport <BR> <BR> NU4 (inst) /NU4 (th), puis dirige le résultat correspondant vers la boucle de régulation BRV, par la ligne m2.

Par ailleurs, la boucle de régulation BRV compare cette mesure m2 à la consigne c2, qui est en l'occurrence égale à 1. La valeur de la sortie s2, qui constitue un coefficient d'atténuation, est alors modulée de façon correspondante.

Cette sortie s2 est dirigée vers un module de calcul supplémentaire mc4, qui effectue la multiplication entre ce coefficient d'atténuation s2 et une consigne fixe de pression, matérialisée par la ligne cp. Cette consigne fixe correspond à la pression visée en amont du premier compresseur CCC1, à savoir par exemple 30 mbar.

Le produit ainsi réalisé, s2*cp, constitue la consigne cl de la boucle de régulation de la pression BRP. Il convient ainsi de noter que cette consigne cl est variable, ou « flottante ».

Par ailleurs, chacun des modules de calcul MC1 à MC3 calcule, à chaque instant, les coordonnées des points (Xi (inst) ; NUi (inst) ), i variant de 1 à 3, pour chaque compresseur CCC1 à CCC3. Ces modules effectuent également, de manière analogue à ce qui a été décrit ci-dessus pour MC4, le calcul des valeurs de NUi (th), qui correspondent aux valeurs de NU situées sur le chemin optimal, pour chacun des Xi (inst).

Le pilotage du train de compresseurs de la figure 1 va maintenant tre explicité, en référence aux figures 3 et 4.

On suppose que, à un instant donné, les coordonnées du point de fonctionnement du compresseur aval CCC4 sont (X4 (inst)) ; NU4 (inst)), comme représenté sur le graphe de la figure 3.

Dans ces conditions, NU4 (inst) est inférieur à NU4 (th), situé sur le chemin optimal C'opt. Par conséquent, le rapport NU4 (inst)/NU4 (th), qui constitue la mesure m2, est inférieur à 1.

Cette mesure m2 de la boucle de régulation de vitesse BRV est donc inférieure à sa consigne C2, qui est égale à 1, de sorte que le signal de sortie s2 est augmenté. Ceci contribue alors à augmenter la valeur de consigne cl de la boucle de régulation de pression BRP.

La vitesse de rotation N4 du compresseur CCC4 est alors augmentée de façon correspondante, par l'intermédiaire du signal de sortie sl. Le débit volumique de gaz traité par ce compresseur CCC4 se trouve également augmenté, de mme que son taux de compression.

Ceci s'accompagne alors d'une diminution correspondante de la pression d'aspiration P4 du compresseur aval CCC4, accompagnée d'une augmentation de la température du gaz refoulé.

Finalement, la valeur du débit réduit-réduit X4 augmente. Cette augmentation du débit réduit-réduit, ainsi que celle de la vitesse réduite-réduite NU4, est matérialisée sur le graphe de la figure 3 par le point de <BR> <BR> fonctionnement suivant (X'4 (inst) ; NU'4 (inst) ), situé en haut et à droite du point de fonctionnement précédent (X4 (inst) NU4 (inst) ), à savoir plus près du chemin optimal.

Etant donné que les différentes boucles de régulation BRP et BRV agissent de façon continue, la courbe X4 = f (NU4) va se rapprocher progressivement du chemin optimal

C'OPT, jusclu'à l'atteindre en un point (X''4 ; NU''4), représenté sur la figure 3.

Dès que la courbe de fonctionnement rejoint le chemin optimal, il y a égalité entre la valeur mesurée de NU4 et la valeur théorique de NU4, de sorte que la boucle de régulation de la vitesse BRV n'intervient plus. La consigne cl de la boucle de régulation de la pression BRP se trouve donc maintenue à une valeur constante.

Par ailleurs, si la mesure ml de cette boucle, à savoir la pression d'aspiration P1 du compresseur CCC1, ne varie pas, le débit massique traité par le compresseur diminue, de mme que le débit réduit-réduit X4. Ainsi, la courbe NU4 = f (X4) va rejoindre le point de fonctionnement (1 ; 1), sensiblement selon le tronçon de courbe plus épais, situé à la partie supérieure du chemin optimal C'OPT à la figure 3.

Ceci signifie que la vitesse de rotation du compresseur C4 va augmenter jusqu'à atteindre la vitesse nominale, ce qui correspond alors à une pression P1 de 30 mbar. Il y a alors lieu de procéder à une mise en régime, pour ces conditions nominales, qui sera explicitée dans ce qui suit.

On reviendra maintenant à l'action des boucles de régulation BRV et BRP, sur les compresseurs amont CCC1 à CCC3.

On a vu que, d'une part, le compresseur aval CCC4 définit, à chaque instant, le débit massique qui lui permet de fonctionner correctement.

On a en outre vu que les calculateurs MC1, MC2 et MC3 calculent à chaque instant les valeurs de NU permettant de se situer sur le chemin optimal C'opt, pour chaque compresseur. Il s'agit en l'occurrence de NUi (th), NU2 (th) et NU3 (th).

Dans ces conditions, chaque module de calcul MC1 à MC3 pilote un compresseur correspondant CCC1 à CCC3, en lui

affectant les vitesses NI (th) à N3 (th), qui correspondent aux valeurs théoriques de NU présentées immédiatement ci- dessus. Ceci est assuré par les lignes de commande LC1 à LC3.

La figure 5 illustre une variante de l'installation de la figure 4. Cette variante comprend tous les éléments de la figure 4, ainsi que des moyens additionnels concernant le pilotage des compresseurs amont CCC1 à CCC3.

Sur cette figure 5, les modules de calcul MC1 à MC3 reçoivent, de façon analogue à ce qui a été décrit précédemment, des informations leur permettant de calculer les valeurs instantanées de X1 à X3, ainsi que les valeurs respectivement instantanées et théoriques de NUi à NU3.

Il est par ailleurs prévu une ligne supplémentaire de commande LS, reliant la sortie de la boucle de régulation de pression BRP à chacun des modules de calcul MC1 à MC3.

Cette ligne LS est munie de dérivations ldl à ld3, dont chacune est dirigée vers un module multiplicateur correspondant M1 à M3.

Chaque module Ml à M3 assure la multiplication, par un coefficient donné al, a2 ou a3, du signal véhiculé par la ligne LS, à savoir la vitesse de rotation N4 qui est impartie au compresseur aval CCC4. Dans ces conditions, les lignes lad'1 à ld'3, situées en aval des modules Ml à M3, transmettent des signaux représentatifs des produits (N4 * ai), (N4 * a2) et (N4 * a3)- Par ailleurs, des lignes LS'1 à LS'3 partent de chaque module de calcul MC1 à MC3. Ces lignes assurent la transmission des produits suivants, pour i = 1 à 3 : Ni (th) / (ai * N4).

Comme cela a été explicité précédemment, les valeurs de Ni (th) sont situées sur le chemin optimal de la figure 3.

Les lignes ldl à ld3, ainsi que LS'1 à LS'3, débouchent deux à deux dans des modules supplémentaires de

multiplication M'1 à M'3. Chacun de ces modules assure la multiplication entre les informations transportées par les différentes lignes, soit, pour i = 1 à 3 : (N4 * ai) * Ni (th) /N4 * ai.

Le produit correspondant, qui est égal à Ni (th), est alors dirigé vers les compresseurs Ci à C3, par des lignes de commande respectives LC'1 à LC'3.

L'utilisation de ces différents modules de multiplication Ml à M3, ainsi que M'1 à M'3 est avantageuse, en ce sens que les temps de calcul d'adaptation par les modules MC1, MC2 et MC3, qui peuvent tre longs en fonction de la rapidité du processeur, ont alors une influence réduite sur la qualité du pilotage.

La figure 6 illustre une variante de la figure 5.

Cette variante comprend tous les moyens de la figure 5, ainsi que des moyens additionnels correspondant au fonctionnement des compresseurs aux conditions nominales.

Lorsque la pression P1 atteint la valeur visée, par exemple 30 mbar comme on l'a vu précédemment, les vitesses des différents compresseurs tendent vers des valeurs fixes.

Par conséquent, en l'absence de mesure supplémentaire, il y a réduction du débit massique de gaz transporté par les compresseurs, de sorte que les points de fonctionnement ont tendance à se rapprocher de la courbe de décrochage CDEC, illustrée sur la figure 2.

En outre, il ne peut pas tre envisagé d'accélérer les différents compresseurs. En effet, si tel était le cas, la pression P1 deviendrait inférieure à la valeur objectif précitée.

La solution à ce problème est fournie par l'installation de la figure 6.

Il y est représenté une boucle de régulation d'énergie BRE, dont la ligne de mesure m3 provient d'un calculateur MCD. Celui-ci calcule, en permanence, la distance existant

entre le point de fonctionnement instantané, et la courbe de décrochage, pour l'un quelconque des compresseurs du train, par exemple, comme représenté, le compresseur CCC1.

En faisant à nouveau référence à la figure 2, cette distance instantanée d (inst) correspond à la valeur : ( (X (inst)-Xs)/Xs) * (Taux (inst)/TauxNOM).

Par ailleurs, la consigne C3 de la boucle BRE correspond à une distance minimale, dite de sécurité, au- delà de laquelle tout point de fonctionnement doit se situer. Cette distance minimale, matérialisée par la référence dMIN sur la figure 2, est par exemple égale à 50% de la distance entre la courbe de décrochage CDEC et le chemin optimal CoPT.

Enfin, la sortie S3 de la boucle de régulation BRE est dirigée vers un moyen de fourniture d'énergie électrique disposé dans le bain 5. Il s'agit par exemple d'une résistance R, étant entendu que tout moyen de fourniture d'énergie, autre qu'électrique, peut tre envisagé.

En service, lorsque le point de fonctionnement du compresseur CCC1 se rapproche de manière trop sensible de la courbe de décrochage CDEC, la boucle de régulation BRE injecte de la puissance dans le bain d'hélium 5. Ceci induit alors la vaporisation d'une quantité d'hélium correspondante, permettant une augmentation du débit massique de gaz circulant dans les compresseurs, ce qui garantit que le point de fonctionnement s'éloigne de la courbe de décrochage.

La figure 7 illustre une variante de la figure 6, relative à la phase de descente en pression du gaz.

Lors d'une telle descente en pression, les compresseurs traitent un débit maximal de gaz, qui est supérieur à la valeur du débit nominal. Dans ces conditions, un tel débit est parfois supérieur à une valeur

limite acceptable par le réfrigérateur 1, vers lequel est envoyé cet hélium gazeux.

Comme le montre la figure 7, on prévoit une ligne de recyclage LR, pourvue d'une vanne V qui s'étend depuis l'aval du compresseur CCC4 vers l'amont du compresseur CCC1.

Un module de calcul MCR reçoit, par des lignes respectives LD'et LR', des informations relatives, d'une part, au débit D s'écoulant immédiatement en aval du compresseur CCC4 et, d'autre part, au débit de recyclage DR s'écoulant par la ligne LR.

Ce module de calcul MCR transmet un signal représentatif de la différence entre les deux débits, qui correspond au débit envoyé au réfrigérateur, par une ligne mR, vers une boucle de régulation supplémentaire, affectée de la référence BRR.

La consigne CR de cette boucle de régulation correspond au débit maximal que peut accepter le réfrigérateur. Enfin, la sortie SR de cette boucle BRR permet de commander la vanne de recyclage V.

En service, lorsque le débit envoyé au réfrigérateur, qui est égal à la différence (D-DR) entre le débit de sortie de CCC4 et l'éventuel débit de recyclage, atteint la valeur maximale CR, la boucle de régulation BRR commande l'ouverture de la vanne V. Ceci permet alors d'augmenter le débit de recyclage, et donc de réduire le débit effectivement dirigé vers le réfrigérateur, de manière à garantir l'intégrité de ce dernier.

Il convient de noter que cette opération de recyclage contribue à augmenter, de deux manières, le débit réduit- réduit. En effet, ce recyclage induit une augmentation, non seulement du débit massique, mais encore de la température du gaz envoyé à l'unité 1, étant donné qu'est recyclé du gaz présentant une température plus élevée.

La figure 8 illustre une variante de réalisation de l'installation de la figure 7.

Dans l'installation de cette figure 8, la ligne de recyclage est remplacée par une ligne LA, véhiculant du gaz à la température ambiante, par exemple voisine de 300K.

Dans ces conditions, la mesure m'R de la boucle de régulation BRR'correspond au débit de gaz circulant en aval du compresseur CCC4.

En service, lorsque ce débit mesuré atteint la valeur de consigne c'R, qui correspond toujours à la valeur maximale de débit acceptable par le réfrigérateur, la boucle BRR'commande l'ouverture de la vanne de recyclage V', par la sortie s'R, ce qui induit l'injection de gaz en amont du compresseur CCC1.

Cette injection de gaz à la température ambiante assure une augmentation de la température du mélange résultant. Ceci provoque alors une augmentation du débit réduit-réduit X, ce qui permet d'éloigner les points de fonctionnement des courbes de décrochage, tout en maintenant le débit à une valeur acceptable par le réfrigérateur.

La figure 9 illustre une autre variante de réalisation de l'invention.

La compression y est assurée de façon mixte, en combinant trois compresseurs CCC1 à CCC3 fonctionnant à température cryogénique, ainsi qu'un compresseur CCA, fonctionnant à la température ambiante. Il doit tre entendu que le nombre de compresseurs fonctionnant à température cryogénique ou à températures ambiante, peut tre quelconque, à titre de variante.

Dans ces conditions, seuls les compresseurs cryogéniques CCC sont pilotés de façon conforme à l'invention.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.

Ainsi, le procédé de l'invention trouve également son application au pilotage d'un unique compresseur.

Dans cette optique, la mesure ml de la boucle de régulation de pression BRP correspond à la pression d'aspiration de cet unique compresseur.

Par ailleurs, le procédé de pilotage explicité précédemment s'applique également à une phase de démarrage, aussi bien d'un train de compresseurs que d'un compresseur unique.

Enfin, le chemin optimal peut tre différent de celui illustré à la figure 2. En particulier, la distance entre ce chemin optimal et la courbe de décrochage peut ne pas tre proportionnelle à la valeur du taux de compression.