Brevet FR2278958A1 — publié le 19760213

La présente invention est relative à un groupe motocompresseur comportant au moins une roue à aubes et concerne plus particulièrement les compresseurs axiaux avec recyclage partiel, où l'aspiration et le refoulement du fluide à comprimer s'effec- tuent selon un trajet s'étendant sensiblement selon la direction de l'axe du moto-compresseur. L'invention s'applique encore plus particulièrement aux moto-compresseurs pour fluides nocifs etdengereux, à isoler rigoureusement l'atmosphère environnante, notamment du genre de l'hexafluorure d'uranium, et qui comportent pour cette raison un ensemble d'entratnement et un ensemble récepteur réunis par des troyens d'accouplement séparables, agencés de telle sorte que l'ensemble d'entraînement puisse etre écarté de l'ensemble récepteur sans risques de fuites du gaz nocif qui reste confina à l'intérieur de l'-ensemble récepteur, en vue de procéder à des réparations, à un entretien ou à un remplacement de tout ou partie de cet ensemble d'entraînement. A cet effet, le moto-compresseur considéré se caractérise en ce qu'il comporte en combinaison un cartier contenant un premier corps de compresseur constitué d'un stator f.xe et d'un rotor formé d'une roue à aubes, monté mcbile en rotation à l'in- térieur du stator et délimitant avec celui-ci une veine pour un flux principal d'écoulement axial pour le gaz à comorimer, un second corps de compresseur, coaxial au premier, assurant l'écoulement selon un second flux à débit réglable d'une partie du même gai à recycler, ce flux présentant une pression plus élevée qu'à l'entrée dans le premier corps de compresseur, r- r@ue hélicol- dals assurent le mélange des deux @@ux, un diffuseur de sortie de forme torique, muni d'étages redresseurs, commun à l'écoulement du flux printipal et à l'écoulement d@ flux de racyclage après mélange, un moteur d'entraînement monté en pote iux à l'extrémité d'un arbre dont l'autre extrémité équipée d'une garniture dynamique pénètre dans le carter, pour etr accouplée à la roue premier corps de compresseur, et un ensemble d'étanchéité monté entre l'arbre et le carter pour obturer ce carter lors du désaccouplement de l'arbre, le carter comportant en outre des moyens de support extérieurs reposant sur une dalle horizontale, le moteur d'entraînement et 1 arbre de commande étant suspendus en position verticale sous ce carter. Grâce à ces dispositions, l'ensemble du groupe motocompresseur est directement supporté par la dalle horizontale par l'intermédiaire du carter fixe, le moteur et l'arbre d'entraînement, constituant la pivoterie de l'ensemble, pouvant être aisément désaccouplés et retirés par le dessous du carter. La dalle horizontale délimite en outre de part et d'autre de celle-ci, deux régions à températures différentes dont l'une à température plus élevée contient le carter et le fluide à comprimer, tandis que l'autre contient le moteur et la pivoterie maintenus à une température de travail plus basse. D'autres caractéristiques d'un groupe moto-compresseur établi conformément à l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe de la partie du groupe moto-compresseur considéré, - la Fig. 2 est une vue en coupe à plus grande échelle illustrant le detail de la pivoterie du groupe de la Fig. 1 - la Fig. 3 est une vue de détail du dispositif de commande de réglage de la pression pour le flux de recyclage, - la Fig. 4 illustre le montage en série de plusieurs groupes moto-compresseurs. La Fig. t illustre shématiquement un groupe motocompresseur établi conformément à l'invention. Comme on le voit sur cette figure, ce groupe se compose de trois parties principales séparables, caésign8es respectivement par les références A, B et C. La référence A désigne le carter de la machine, destiné à contenir les écoulements d'un gaz dangereux à comprimer, notamment de l'hexafluorure d'uranium. La référence B désigne la pivoterie du groupe permettant d'entraîner èn rotation une roue axiale montée à l'intérieur du carter A, 11 accouplement de la pivoterie B sur la roue dans le carter A s'effectuant après traversée de moyens d'étanchéité dynamiques associés à la pivoterie, tandis que le désaccouplement de cette dernière et son retrait par rapport au carter s'accompagnent de la mise en oeuvre d'un dispositif obturateur fermant le carter et évitant toute fuite du gaz dangereux à l'extérieur.La pivoterie B est par ailleurs associée à son extrémité opposée à celle qui pénètre à l'intérieur du carter à un moteur d'entraînement C dont le détail sera donné plus loin. Le carter A se compose principalement d'une virole cylindrique t en acier munie dans sa surface externe de goussets latéraux 2 aptes à venir reposer sur des portées d'appui 3 ménagées à l'extrémité supérieure de pieds de support 4 régulièrement disposés autour du carter et assurant l'appui de celui-ci sur une dalle horizontale 5 contre la surface supérieure de laquelle ces pieds4 sont immobilisés par des écrous 6. La partie inférieure du carter A comporte, fixée sous la virole 1, une pièce de fond 7 fermant ce carter et sous laquelle vient s'immobiliser au moyen d'écrous 8 un épaulement latéral 9 d'un boîtier 10 en forme de double cône, constituant le support de la pivoterie B. A l'intérieur de ce boîtier 10 sont montés au voisinage de ses extrémités, deux paliers, respectivement Il et 12, pour la rotation à l'intérieur du boîtier, d'un arbre d'entraînement 13 en acier forgé; Enfin, à l'extrémité inférieure du boîtier 10, le rotor t6 du moteur d'entraînement C est rendu solidaire par des écrous t4 d'une collerette 15, fe stator 17 de ce moteur étant monté dans un bâti t8 immobilisé par une couronne 19 liée à un prolongement cylindrique 20 de la pièce de fond 7 du carter. A l'intérieur du carter A est monté un premier corps de compresseur ou stator 2t monobloc ou en plusieurs parties convenablement assemblées Ce corps 2t en alliage léger par exemple est raccordé à son extrémité supérieure à un déflecteur conique 22 par l'intermédiaire de soufflets d'étanchéité 23. Le corps 21 comporte par ailleurs des aubes fixes 24 en acier, aptes à coopérer avec un rotor 25, monté à l'extrémité 26 de L arbre d'entraînement 13.Au-dessus du rotor 25 est fixée une ogive 27 solidaire du corps 2t, ou le cas écheant, liée au rotor lui-même, ce rotor comportant une série de couronnes d' aubages 28 montées entre les aubes fixes 24 du corps 2:, Entre la surface externe du corps 2t et la virole t du carter est également montée une tôle séparatrice 29. Celle-ci et le déflecteur 22 délimitent plusieurs zones, respectivement une zone d'entrée 30 pour du gaz à basse pression à comprimer dans le groupe moto-compresseur, une seconde zone 31 où le même gaz, mais à une pression plus élevée, est partiellement recyclé et enfin une zone 38 oU le flux de recyclage, après mélange avec le flux comprimé par la roue 25 est évacué hors du carter.Le flux à recycler est introduit dans la zone 3t par une conduite d'admission 32 tandis que des toles 33 et 34 assurent à la fois la séparation des zones 3t et 38 et le positionnement de la tôle 29 à l'intérieur de ce carter. Le flux principal sortant de la roue du compresseur 25 et le flux de recyclage provenant de la région 31 se mélangent dans la région 35 sur une roue hélicoise 60 dont le détail et le fonctionnement seront donnés plus loin, le débit du flux recyclé étant réglé par un aubage à inclinaison variable 63. Le flux résultant est redressé dans un conduit de sortie 36, puis recueilli dans la zone 38 avant évacuation hors du carter par un conduit 39. La Fig. 2 permet de préciser avec plus de détail la réalisation pratique de l'accouplement entre l'arbre d'entraînement 13 et le rotor 25 monté à l'intérieur du carter de la machine. Comme on le voit sur cette figure, l'extrémité supérieure 26 de l'arbre vertical 13 est rendue solidaire d'un moyeu 40 immobilisé par des écrous de fixation 4t sur une collerette transversale interne 42 du rotor 25 dans le corps de compresseur 21, l'accouplement entre le moyeu 40 et l'arbre 13 étant par exemple réalisé au moyen de dentures radiales 43 ménagées dans l'extrémité 26. L'immobilisation de l'arbre est par ailleurs complétée au moyen d'un tirant axial 44, traversant l'arbre 13 selon son axe et venant se visser par une extrémité 45 dans le moyeu 40, tandis que son autre extrémité, à sa partie inférieure, est bloquée par un écrou 46 à l'intérieur d'un évidement conique 47 prévu dans l'embase 4R de l'arbre 13. Cette embase 48 est rendue solidaire par les goujons 14 de la collerette 15 appartenant au rotor 16 du moteur d'entrainement. Afin de permettre d'obturer le carter de la machine pendant les périodes où l'arbre d'entraînement du rotor est désaccouplé de ce dernier, le groupe moto-compresseur considéré est muni d'un dispositif d'obturation temporaire 49 schématiquement représenté sur la Fig. 2 et dont le détail de réalisation peut entre par exemple conforme à celui décrit et revendiqué dans le brevet français n - 2 t84 152. Par ailleurs et en période de fonctionnement normal du groupe, notamment lorsque le rotor 25 est entraîné par l'arbre 13, l'étanchéité à la traversée de cet arbre est obtenue par une garniture dynamique 50, dont le détail de réalisation importe peu à la présente invention, mais qui peut. être notamment conforme aux dispositions décrites et revendiquées dans le brevet français nO 73 03049 déposé au nom du Commissariat à l'Energie. Atomique. Le montage de l'arbre 13 en porte à faux par rapport au carter du groupe étant ainsi réalisé, le guidage de cet arbre est-assMré à l'intérieur du boîtier 10 en double cône par les paliers tt et 12 déjà mentionnés, la Fig. 2 permettant de préciser le détail de la réalisation du palier supérieur 11 formant également butée pour l'arbre d'entraînement. Comme on le voit sur cette figure, ce palier-butée 11 se compose principalement d'un palier à coussinets 51, maintenus entre deux portées 52 et 53 de l'arbre 13. Ce palier est msnti dans un boîtier extérieur 54 immobilisé avec le boîtier 10 au moyen de goujons 55. Le flux principal du gaz à comprimer dans le groupe, notamment entre le cors 2t et le rotor 25 à travers les aubages respectivement fixes et mobiles 24 et 28, d'une part, et le flux de gaz recyclé provenant de la région 3t, sont mélangés dans l'appareil dans la région 36 après traversée d'une roue hélicoïde 60, comportant dans sa surface externe une série d'ailettes inclinées 61 convenabJement réparties sur la périphérie de cette roue.,A la sortie de cette dernière, le flux mélangé est redressé par une s érie de déflecteurs fixes 62 convenablement orientés et rendus solidaires de la paroi de fond 7 du carter, le flux mélangé étant ensuite évacué hors de la machine à travers ia zone 38 et le conduit de sortie 39. Afin d'assurer un réglage convenable du débit du flux de gaz recyclé provenant de la zone 31 , à son entrée dans la région 36, c'est-à-dire avant traversée de la roue hélicoide 60, on prévoit avantageusement d'ajuster ce débit dans la zone 31 par une autre série d'aubages mobiles 63, dont l'inclinaison par rapport au sens d'écoulement du flux peut être réglée depuis l'extérieur du carter de la machine, le détail de la réalisation du dispositif utilisé étant plus spécialement illustré sur la Fig. 3. Comme on le voit sur cette figure et dans un mode de réalisation particulier nullement exclusif, le réglage de débit s'effectue par une série d'aubes inclinables 63, traversant la paroi du carter par un élément transversal 64 se terminant en équerre par une rotule 65 en prise avec une couronne dentée 66. Cette dernière engrène avec un pignon de commande 67 fixé à l'extrémité d'un arbre de commande 68 traversant la paroi du carter par un dispositif d'étanchéité (non représenté) de manière à pouvoir être actionné par l'extérieur de ce carter, notamment au moyen d'un motoréducteur 69 fixé sous la paroi de fond 7 du carter. Grâce à ces dispositions, données à titre purement indicatif, tout autre dispositif de commande des aubes 63 pouvant être envisagé, on voit qu'il est possible à tout instant de régler l'inclinaison de ces aubes sur le sens général d'écoulement du flux de gaz à recycler et par ce moyen d'ajuster le débit de ce flux, de telle sorte que son mélange avec le flux principal comprimé entre le rotor 25 et le corps de stator 2t se produise dans des conditions optimales avant écoulement dans la région 36. La Fig. 4 montre comment peut être réalisé le montage de plusieurs groupes moto-compresseurs établis conformément à l'invention, de manière à produire, de l'un à l'autre, le mélange d'un flux principal et d'un flux de recyclage à contre-courant et à obtenir au niveau de chacun d'entre eux une cascade où le flux en aval est de plus en plus riche et le flux amont de plus en plus pauvre. A cet effet et comme on le voit sur cette figure, chaque groupe moto-compresseur comporte à l'intérieur de la virole cylindrique de son carter et au-dessus du groupe motocompresseur, un système de filtration 70 d'un type particulier, notamment du genre dit à barrières poreuses et dont le détail de réalisation n'est pas directement concerné par la présence invention.Dans ce montage, le flux sortant d'un moto-compresseur situé en amont, si sur le dessin de la Fig. 4 le sens allant de l'amont vers l'aval est par convention celui qui va de la gauche vers la droite, qui s'écoule par le conduit de sortie 39, est amené à l'intérieur du système à barrières 70 du second moto-compresseur, situé en aval par rapport au premier. Une partie de ce flux traverse le système à barrières et est ramenée par un conduit 7t à l'entrée du compresseur d'où il s'échappe à haute pression par le conduit 39. En revanche, le flux qui n'a pas traversé le système à barrières 70 est repris par le conduit 32 pour être envoyé vers le moto-compresseur situé en amont, c'est-à-dire pour constituer dans celui-ci le flux de recyclage destiné à être mélangé avec le flux principal amené par le conduit 71. Les particularités essentielles du groupe motocompresseur ainsi réalisé résultent notamment des caractéristiques suivantes : en premier lieu, chaque groupe moto-compresseur réalise l'intégration de deux veines de compression selon un flux principal et un flux de recyclage dans un même corps de machine, ce qui permet, grâce en outre à l'adjonction d'un mode de réglage du débit du flux recyclé par des aubages à orientations réglables, d'économiser une part notable de l'énergie de compression, par comparaison notamment avec le mode de réglage classique utilisant des systèmes de vannes pour régler ce débit. Par ailleurs, une autre caractéristique intéressante du groupe moto-compresseur considéré résulte de la séparation totale réalisée entre' lue carter contenant le gaz à comprimer dans la machine et son dispositif d'entraînement, ce qui permet de supprimer toute sortie du gaz vers l'atmosphère en même temps que toute entrée de cette dernière vers le circuit du gaz. L'étanchéité est réalisée en cours de fonctionnement par un système à garniture dynamique et en cas de désaccouplement entre le carter et le système d'entraînement par un système obturateur automatiquement mis en place. Grâce à cette séparation entre le carter contenant le gaz à entraîner d'une part, et le dispositif d'entraînement d'autre part, l'interchangeabilité des différentes parties du groupe peut être aisément réalisée, notamment en ce qui concerne l'ensemble de la pivoterie de la machine et le moteur d'entraînement proprement dit. Le montage de ces différents ensembles les uns dans les autres peut s'effectuer facilement, sans visibilité, en respectant l'équilibrage global des parties mobiles à partir d'un équilibrage séparé de chacun des sousensembles utilisés. Il en résulte une très grande souplesse de fonctionnement et une endurance largement améliorée. Le montage du compresseur en porte à faux par rapport à l'arbre d'entraînement lui-même présente par ailleurs l'avantage de ne nécessiter qu'un seul ensemble à garniture d'étanchéité dynamique et deux paliers sur l'arbre, dont l'un forme également butée pour ce dernier. La conception de l'ensemble permet enfin grâce à la dalle support sur laquelle repose le dispositif d'entraînement par l'intermédiaire du carter lui-même, de séparer de part et d'autre de celle-ci deux régions à des températures différentes, dont l'une à température plus élevée contient le carter et le gaz à comprimer, tandis que a seconde à une température plus basse contient l'ensemble des moyens d'entraî- nement. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ci-dessus ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Groupe moto-compresseur, notamment pour gaz dangereux caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un carter contenant un premier corps de compresseur constitué d'un stator fixe et d'un rotor formé d'une roue à aubes, monté mobile en rotation à l'intérieur du stator etdélimitant avec celui-ci une veine pour un flux principal d'écoulement axial pour le gaz à comprimer, un second corps de compresseur, coaxial au premier, assurant I'écouleme't selon un second flux à débit réglable d'une a partie du même gaz/Becycler,ce flux présentant une pression plus élevée qu'à l'entrée dans le premier corps de compresseur, une roue hélicoide assurant le mélange des deux flux, un diffuseur de sortie de forme torique, muni d'étages redresseurs, commun à l'écoulement du flux principal et à l'écoulement du flux de recyclage après mélange, un moteur d'entraînement monté en porte à faux à l'extrémité d'uh arbre dont l'autre extrémité équipée d'une garniture dynamique pénètre dans le carter pour etre accouplée à la roue du premier corps de compresseur, et un ensemble d'étanchéité monté entre l'arbre et le carter pour obturer ce carter lors du désaccouplement de l'arbre, le carter comportant en outre des moyens de support extérieurs reposant sur une dalle horizontale, le moteur d'entraînement et l'arbre de commande étant suspendus en position verticale sous ce carter. 2. Groupe moto-compresseur selon la revendication t, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de l'arbre d'entraînement est accouplée à la roue du compresseur par une série de cannelures radialescpopérant avec un moyeu transversal fixé sur une collerette de la roue, 1' arbre étant bloqué sur le moyeu par un tirant traversant l'arbre selon son axe et immobilisé à son extrémité inférieure par un écrou sur une embase de fixation à l'arbre du rotor du moteur d'entraînement. 3. Groupe moto-compresseur selon la revendication t, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement est guidé par deux paliers, dont l'un forme butée axiale, ces paliers étant montés dans un boîtier support en forme de double cône lui-même fixé par un épaulement latéral sous le fond du carter. 4. Groupe moto-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de la veine principale et de la veine de recyclage est réalisé au moyen d'une roue hélicoide après réglage du débit du flux de recyclage par un dispositif à aubes orientables commandées par un mécanisme extérieur au carter.