Brevet FR2024390A1 — publié le 19700828

Avec le développement de réacteurs à haute température pour donner de grandes puissances, la question se pose de 9a compres- sion d'hélium pur, de même -et surtout que d'hélium non pur, contenant des substances radio-actives, en de grandes quantités et sous de très hautes pressions. Le prix élevé de même que les activités possibles de l'hélium posent la condition d'un refoulement et d'une compression sans perte aussi poussée que possible. Pour cela, les compresseurs à piston connus ne conviennent pas, car ils ne peuvent pas être absolumCht étanches dans les intervalles entre piston et paroi de cylindre d'une part et entre arbre et presse-étoupe d'autre part.En conséquence, on utilisait jusqu'à présent deux principes différents pour combattre efficacement ce défaut : - L'utilisation des compresseurs à diaphragme ou membrane mais dont les puissances sont très limitées en raison de la F,a- tière de la membrane. Les plus grands compresseurs de ce type ont une puissance de refoulement de seulement 80 m3/h à une pression finale d'environ 100 atm. le. montage d'un compresseur à piston usuel et du moteur de commande dans un réceptable ou enveloppe étanches à l'hélium. L'inconvénient de cette solution réside dans la nécessité qu'il faut pour chaque opération d'entretien. séparer supplémentairement le réceptacle, abstraction faite du grand espace également nécessaire. En outre il y a aussi l'inconvénient-que-lespaliers de l'ar- bre du moteur et du compresseur sont balayés par l'hélium. La présente invention supprime ces inconvénients en partant de l'idée que des compresseurs existants peuvent être établis facilement, sauf sur l'arbre, étanche à l'hélium vers l'extérieur, donc avec un taux de fuite inférieur à 10-7 Torr 1/sec. Elle part en outre des constatations que ceci s'applique aussi aux-moteurs électriques. Conformément à l'invention, la solution consiste dans un compresseur ayant un carter qui est relié de façon étanche aux gaz par rapport à l'atmosphère extérieure au carter d'un moteur élec triquez En reliant les carters existants sans cela de préférence directement du moteur et du compresseur, on obtint une étanchéité aux gaz tant du carter du compresseur quégalement du carter du moteur sans que des joints doivent être posés directement sur l'arbre.On dispose naintenant, conformément à l'invention, entre deux éléments non déplacés l'un par rapport à l'autre le joint entre une partie fixe et une partie mobile. En outre, le groupe n'est pratiquement pas limité quant à la quantité de refoulement par unité de temps et il est d'une construction moins coû teuse-par rapport aux solutions connues puis il est bien accessible pour l'entretien. Dans la realisation de l'invention, le carter du moteur est fixé volant sur l'arbre de commande du compresseur. On obtient ainsi impérativenent un carter de moteur ne présentant qu'une traversée d'une partie en mouvement et dans- lequel en outre on vite qu'il y ait un palier balayé par l'hélium. Le joint entre le compresseur et le moteur de commande est établi avantageusement par soudure, dans certains cas particuliers par exemple par une soudure des lèvres. Pour augmenter le moment centrifuge, on peut utiliser avantageusement comme moteur d'entraînement un moteur à rotor extérieur; il peut être avantageux, dans de grands groupes, de faire sortir l'arbre du compresseur des deux côtés du carter de celuici et de relier au carter du compresseur de façon étanche aux gaz un moteur sur les deux côtés de l'arbre. En donnant des diensilons appropriées, le moteur peut servir de volant d'équilibrage centrifuge pour le compresseur, Comme moteur, on utilise de préférence un rotor en courtcircuit. Afin d'empêcher une contamination des pièces du moteur, on peut y amener un petit courant de balayage de gaz pur qui passe en outre dans l'intérieur du carter à manivelle. De là, le gaz peut passer soit pWr l'intervalle entre le piston-et le cylindre dans le fluide de refoulement ou bien il peut être évacué dans un réservoir récepteur ou dans le conduit d'aspiration du compresseur, En ce qui concerne le refoulem.ent ou la comession de gaz actif, l'invention n'est pas li@itée à la compression d'hélium; il a aussi de l'importance dans la compression ou le refoulement d'autres gaz utilisés dans la tehcnique nucléaire comme par exemple le CO2, le N2 etc. Des exemples de realisation de l'invention sont représentés en coupe dans les deux figures des dessins annexés, dans lesquelles les mêmes ruférences désignent les même élements. Un compresseur à trois pistons de construction usuelle (fig 1) présente un carter 1 dans lequel son arbre 2 est supporté. Les pistons sont désignés par 4 et sont logés à chaque fois dans des chemises 5. L'arbre du compresseur dépasse en por te-à-faux les parois axiales 6 et 7 du carter 7 du compresseur;des rotors 10 et Il chacun d'un moteur électrique sont montés sur les extrémités 8 et 9 de cet arbre. Les stators 12 et 13 des moteurs sont reliés aux carters 14 et 15 des moteurs et ceux-ci sont reliés de façon étanche au gaz par soudure au carter 1 du compresseur. L'une des soudures 16 est effectuée directement.A l'autre extrémité 9 de l'arbre 2 du compresseur le joint est établi sous fortune de soudure des lèvres 17. il serait possible sans plus d'utiliser à la place des joints à soudure, par exemple des joints à vis. Le joint soudé à lèvres 17 est constitué par la bride 18 du compresseur et la bride 19 du moteur 15 avec lesquelles le moteur est centré par rapport au compresseur. Les deux moteurs électriques 14 et 15 sont deux moteurs à rotor en court-circuit, dont les rotors en cage d'écureuil 10 et 11 sont montés en porte-à-faux sur les extrémités 8 et 9 de l'arbre 2 du compresseur. Les carters 14 et 15 des moteurs sont de leur côté étanches au gaz, exactement comme le carter 1 du compresseur est également étanche au gaz. Les paliers du compresseur reçoivent les forces produites par les forces de traction magnetique ainsi que par le poids du rotor. Un joint n'est pas nécessaire entre le carter t du compresseur et les carters 14 et 15 des moteurs. Etant donné que du gaz entre à travers l'assemblage entre le compresseur et les moteurs dans les chambres de ceux-ci, le carter des moteurs, la bride de fixation et le contre-écran sont construits pour les surpressions qui se produisent. Afin de réduire au minimum l'action sur les pie ces du moteur par les propriétés radio-actives du gaz, il est nécessaire de maintenir faible la concentration dans le carter 14 et 15. À cet reflet, le carter des moteurs est balayé d'une manière non représentée par un gaz d'arrêt non-actif. La fig. 2 représente ltun des côtés de fermeture du c--r- ter 1 du compresseur sur lequel un moteur électrique d'une construction différente et relié de façon étanche au gaz. il s'agit ici également d'un moteur à induit en court-circuit et en fait d'un rotor extérieur. Cette construction du moteur présente un moment d'inertie particulièrement élevé, ce qui est très avantageux pour obtenir une marche plus tranquille du compresseur. Le rptor il du moteur à rotor extérieur est constitué en forme de cloche en atteignant un grand diamètre. Le stator 13 du moteur se trouve à l'intérieur du rotor et est relié par des consoles 20 au carter 15 du moteur. La chaleur de perte se produisant dans le moteur doit être évacuée du carter extérieur 15 de celui-ci. Le refroidissement extérieur du carter peut être produit soit par des ailettes rapportés par soudage, soit dans le cas de grandes machines au moyen de tubes de refroidissement soudés. Tant l'air quéga- liement l'eau peuvent autre utilisés comme fluide refroidisseur. Il est essentiel qu'il se produise une ventilation séparée. Dans le cas du refroidissement à l'air pour le refroidissement des tubes il est par conséquent nécessaire d'utiliser un ventilateur qui est accouplé à un moteur à entraSnement séparé. Il est avantageux de prévoir les tubes pour le refroidissement à l'air, car dans ce cas on peut supprimer un ventilateur supplémentaire. Le refroidissement dans l'intérieur du moteur peut se faire suivant des procédés connus avec des ventilateurs intérieurs qui sont avantageusement constitués par des ailettes de la cage d'écureuil en cotwt-circuit. Dans ce cas on peut prévoir tant une ventilation dite uniîatéraîe qu'aussi une ventilation bilatérale. Pour être collet, on signale encore qu'en particulier avec de grandes puissances l'arbre du compresseur peut être muni d'une extrémité à bride. Le rotor du moteur électrique doit alors être réalisé avec un arbre à bride ou des constructions analogues. L'amenée de courant à l'enroulement du stator doit être effectuée à travers une boite de serrage étanche au gaz, avantageusement au moyen de traversés étanches au gaz. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Compresseur, de préférence pour le refoulement d'ur. gaz contenant une substance radio-active comportant un carter qui est relié de façon étanche au gaz par rapport à l'atmosphère extérieure avec le carter d'un moteur électrique. 2 - Compresseur suivent la revendication 1 comportant un rotor volant fixé sur son arbre. 3 - Compresseur suivant ltune des revendications 1 et 2 comportant un moteur à induit en court-circuit.- 4 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 9 comportant un moteur à rotor extérieur. 5 - Compresseur suivant l'une~des revendications 1 à 4 comportant un moteur posé sur lui par l'intermédiaire d'une bride. 6 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 5 constitué comme compresseur à piston. 7 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le joint entre lui et le carter des moteurs est établi par- soudage. 8 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé-en ce que le joint entre lui et le carter des moteurs est établi par une soudure à lèvres. 9 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en-ce quelle rotor- des-roteurs constitue un élément d'équilibrage d'inertie pour le compresseur. 10 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce@qu'un moteur ést.monté a' chacune des deux extrémités de son arbre. il - Compresseur suivant l'une des-revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le carter des moteurs est balayé par le gaz d'arrêt non actif, 12 - Compresseur suivant l'une des revendications 1 à Il comportant@un moteur à refroidissement separé.