Brevet FR2403467A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un dispositif pour comprimer des gaz se liquéfiant facilement, ou/et dont les fuites vers l'extérieur doivent être réduites au minimum (gaz chers, dangeureux, explosifs ...) ou/et dont la température de condensation dans les conditions d'aspiration est supérieure à la température ambiante de telle sorte qu'il y a des risques de condensation du gaz de compression dans la partie lubrifiée du compresseur sur les parois froides, la solubilité de ce gaz dans l'huile (même sans qu'il y ait réaction chimique) entraSnant une dégradation inadmissible des propriétés, notamment lubrifiantes, de cette dernier. En effet, les compresseurs prévus pour ces applications comportent le plus souvent un organe de compression non lubrifié (piston, roue, vis, etc. mobile dans une chambre) relié par un organe de transmission de la puissance mécanique (tige, arbre) à un organe de transformation de la puissance mécanique (manivelle, engrenage mobile dans un boltier) lubrifié actionné par un organe dSentralnement (moteur, turbine, etc.) ; l'organe de compression (non lubrifié) est généralement isolé de l'organe de transformation de la puissance mécanique (partie lubrifiée) par un presse-étoupe entourant la tige ou l'arbre constituant ltorgare de transmission de la puissance mécanique ; de plus, un presse-étoupe sous barrage d'huile isole l'organe d'entraîne- ment de la partie lubrifiee. Salgré les précautions prises, il existe des risques de voir le gaz de compression se dissoudre dans l'huile de lubrification, et également de le voir se condenser dans la partie lubrifée, le liquide résultant de cette condensation se mé~an eant à ladite huile de lubrification. 'l'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et notamment d'éviter, d'une part, que l'huile, par suite de cette introduction de gaz de compression, perde une partie de ses propriétés lubrifiantes, et, d'autre part, -qu'une partie du gaz de compression soit perdue par suite des fuites d1huile de barrage plus ou moins saturée en gaz de compression, à travers le presse-étoupe. A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour comprimer un gaz de compression, du type comportant un compresseur de gaz ayant un organe de compression non lubrifié et une partie lubrifiée, une conduite d'entrée reliée au compresseur pour y amener le gaz à comprimer, et une conduite de sortis pour en évacuer le gaz comprimé, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte également un circuit de balayage recevant d'une part du gaz de compression et contenant d'autre part un gaz neutre ayant une température de condensation inférieure à celle du gaz de compression, relié à la partie lubrifiée pour y introduire un gaz de balayage formé par mélange dudit gaz de compression et du gaz neutre. Be balayage de la partie lubrifiée par un mélange de gaz se composant pour une part du gaz de compression et pour l'autre d'un gaz neutre ayant une température de condensation relativement basse (par exemple l'azote) permet d'abaisser sensiblement la température de condensation du gaz de compression dans la partie lubrifiée. 'le fait que ce mélange de gaz soit recyclé dans un circuit fermé permet d'éviter les pertes vers l'extérieur. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte au moins un séparateur pour abaisser la température du gaz du circuit de balayage, afin de condenser une partie du gaz de compression de façon à obtenir un nouveau mélange ayant une plus faible pression partielle de gaz de compression. I1 en résulte une séparation continue des parties condensables permettant de maintenir une atmosphère sèche dans la partie lubrifiée du compresseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, un accumulateur de gaz de balayage est inséré dans le circuit pour compenser les variations de contenance de gaz de balayage dans la partie lubrifiée. Get accumulateur joue donc le roule d'un 1,poumon" compensant l'effet des variations de température et de pression. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma synoptique d'une première forme de réalisation préférentielle d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente le schéma synoptique d'une seconde forme de réalisation préférentielle d'un dispositif selon l'invention. Dans les deux formes de réalisation, le compresseur comporte un organe de compression Il non lubrifié tel qu'un piston, une roue, une vis etc, mobile dans une chambre, relié par un organe de transmission de la puissance mécanique 12, par exemple une tige ou un arbre, à un organe de transformation de la puissance mécanique 13 (manivelle, engrenage ou autre, mobile dans un boîtier).Cet organe de transformation de la puissance mécanique 13, qui est une partie lubrifiée du compresseur par exemple sous pression ou/et par barbotage dans un bain d1huile 131, est actionné par un organe dtentraînement 14 tel qu'un moteur, une turbins, etc. Be gaz de compression à comprimer est amené au compresseur par une conduite d'entrée 111 reliée à l'organe de compression 11, et le gaz de compression comprimé est évacué du compresseur par une conduite de sortie 112 reliée également à l'organe de compression 11. L'organe de compression il non lubrifié est isolé de la partie lubrifiée, c'est-à-dire de 11 organe de transformation de la puissance mécanique 13 par un ou plusieurs presse-étoupe 15 entourant l'organe de transmission de la puissance mécanique 12 ; de même, l'organe de transformation de la puissance mécanique 19 est isolé de l'organe d'entralnement 14 par un presse-étoupe 16 sous barrage d'huile. Toujours dans les deux formes de réalisation, le dispositif comporte un circuit de balayage de la partie lubrifiée par un mélange de gaz se composant pour une part du gaz de compression et pour l'autre d'un gaz neutre introduit initialement ayant une température de condensation relativement basse (par exemple de l'azote) afin d'abaisser sensiblement la température de condensation du gaz de compression dans la partie lubrifiée, ce mélange étant recyclé en circuit fermé pour éviter des pertes vers l'extérieur.Un circuit de récupération et de réintroduction 17 du gaz de compression est relié au compresseur d'une part entre l'organe de compression Il et la partie lubrifiée 13 pour récupérer à ce niveau au moins une partie du gaz de compression qui peut s'y trouver malgré la présence d'au moins tui presse - étoupe15, et d'autre part à la conduite d'entrée 111 pour y réintroduire le gaz vers l'organe de compression Il il en va évidemment de meAme du gaz de balayage éventuellement présent à ce niveau ; à cet effet, entre l'organe de compression 11 et la partie lubrifiée 13, il est prévu une chambre et deux presse-étoupe 15 de part et d'autre de celle-ci. La forme de réalisation de la figure 1 comporte un compresseur de gaz de balayage 18A, dont l'entrés est également reliée au compresseur entre l'organe de compression 11 et la partie lubrifiée 13, par une chambre isolée de chacun de ces deux organes par un presse-étoupe 15, afin de créer à ce niveau une chante de pression ; dans cette forme de réalisation, se succèdent donc, de l'organe de compression Il à la partie lubrifiée 15, un presse-étoupe 15 supérieur, la chambre à laquelle est branché le circuit de récupération et de réintroduction 17, un presse-étoupe 15 intermédiaire, la chambre à laquelle est branchée l'entrée du compresseur de gaz de balayage 18A, et un presse-étoupe 15 inférieur ; la chute de pression créée axlliveau de cette seconde chambre permet que le gaz de compression qui a pu franchir le presse-étoupe 15 supérieur et qui n'a pas été récupéré dans le circuit de récupération et de réintroduction 17 ne puisse pas pénétrer dans la partie lubrifiée par le presseétoupe 15 inférieur, même en cas de variations (limitées) de la pression d'aspiration du compresseur principal ; le gaz de compression et le gaz de balayage (résultant d'un cycle précédent de recyclage) présents à ce niveau sont alors comprimés avant d'hêtre traités dans le circuit de balayage en vue de former le nouveau gaz de balayage, dont le débit dans la partie lubrifiée 13 y assure une répartition homogène du mélange de gaz. Le- circuit de balayage comporte un séparateur 19 dont l'entrée est reliée à la sortie du compresseur de gaz de balayage 18A, un accumulateur de gaz de balayage 20 dont l'entrée est reliée à la sortie du séparateur 19, et un autre séparateur 21 dont l'entrée est reliée à la sortie de l'accumulateur de gaz de balayage 20. le fonctionnement des séparateurs 19, 21 est basé sur la différence des températures de liquéfaction du gaz de compression et du gaz debalayage ; abaissant la température du mélange, ils permettent de condenser au maximum le gaz de compression (récupérable), de façon à obtenir après séparation un nouveau mélange de gaz avec une pression partielle de gaz de compression plus faible, ce qui évite ensuite, dans le boi- tier du compresseur, la condensation et la solubilité dans l'huile.Pour ce faire, les séparateurs sont par exemple parcourus par un fluide de refroidissement circulant dans des circuits de refroidissement respectifs 191, 2-11, et le condensat de gaz de compression est recueilli par des canalisations respectives 192, 212. L'accummulateur de gaz de balayage 20, auquel aboutit une canalisation provenant de la sortie du séparateur 19, et dloù part une canalisation aboutissant à l'en- trée du séparateur 21, permet d'une part de compenser les variations de contenance de gaz de balayage dans la partie lubrifiée 13, provoquées par exemple par des variations de pression dans cette partie lubrifiée ou par des variations de débit du gaz de balayage recyclé, et d'autre part d'assurer une certaine réserve de gaz de balayage pour compenser des fuites éventuelles. les deux séparateurs 19, 21 permettent, en faisant varier la répartition de la séparation sur ces deux appareils, de modifier la composition du mélange de gaz dans l'accumulateur 20, et d'accumuler plus ou moins de gaz de balayage dans celui-ci. Le fluide de refroidissement peut être de l'eau ; les séparateurs peuvent également être refroidis par évaporation du gaz de compression condensé. le circuit de balayage comporte également, à la sortie du séparateur 21, une vanne de réglage 22 dont la sortie est reliée au boltier de la partie lubrifiée 13 pour régler le débit de gaz de balayage introduit, afin d'assurer dans la partie lubrifiée 13 une pression suffisamment élevée pour éviter toute entrée de gaz de compression par le presse-étoupe 15 inférieur, même en cas de variations de pression d'aspiration du compresseur du gaz de compression. Be sens de circulation des différents fluides est montré par des flèches ; le gaz de compression traverse l'organe de compression 11, pour être ensuite utilisé, par les conduites 111, 112 ; une partie du gaz qui a traversé de manière indésirable le presse-étoupe ;5 supérieur est réintroduite à l'entrée par le circuit de récupération et de réintroduction 17 ; le reste de ce gaz est aspiré au niveau du compresseur 18A, et mélangé au gaz neutre, (introduit initialement dans le circuit de balayage), l'ensemble étant réintroduit, après traitement, dans le bolier de la partie lubrifiée 13, et aspiré à nouveau par le compresseur 18A, le cycle se répétant de manière continue. La figure 2 représente une forme de réalisation autorisant une légère fuite de gaz de balayage en direction de l'utilisation, la récupération de cette fuite étant obtenue grâce à un condenseur 183 dont l'entrée est reliée à la sortie de l'organe de compression 11 par l'intermédiaire de la conduite de sortie 112, et dont uns sortie (prévus pour la partie du gaz qui n'a pas pu être liquéfiée) est reliée à l'entrés du sapara- teur 19, lequel est relié comme dans le cas de la figure 1 à l'accumulateur 20 relié lul-meme au séparateur 21 branché à la vanne de réglage 22 reliée au boîtier de la partie lubrifiée 13 ; une seconde sortie d condenseur 183 est evndemnent prévue pour la partie du gaz de compression qui a été liquéfiée; dans le dispositif de cette figure 2, il n'existe aucun compresseur de gaz de balayage, et aucune prise de gaz entre l'organe de compression 11 et la partie lubrifiée 13, à part celle du circuit de récupération et de réirtroduction 17 (une chambre entre deux presse-étoupe 15). On remarquera que sur les deux figures, les memes numéros de référence sont affectés aux organes cor respondants. 'là encore, le sens de circulation des différents fluides est montré par des lèches ; le gaz de compression traverse l'organe de compression 11, et au moins une partie du gaz qui a traversé le presse-étoupe 15 supérieur est réin oduite à l'entrée par le circuit de récupération et de réintroduction 17. La partie du gaz sortant de l'organe de compression 11 et qui n'a pas été liquéfiés dans le condenseur 183 est prélevée de ce dernier et réintroduite, après traitement, dans le boitier de la partie lubrifiée 17 ; puis ce gaz de balayage (mélange de gaz de compression avec le gaz neutre introduit initialement dans le circuit de balayage) est réintroduit dans l'organe de compression par le circuit de récupération et de réintroduction 17 après prélèvement au niveau de la chambre prévue entre les deux presse-étoupe 15 assurant l'étanchéité de l'organe de transmission mécanique 12 entre l'organe de compression Il et la partie lubrifiée 13;à la sortie,le gaz de balayage est à nouveau récupéré dans le condenseur 18E, et le cycle se répète de manière continue ; bien entendu le gaz de compression qui, étant liquéfié, n'a pas à être réintroduit dans la partie lubrifiée 13, est évacué par la seconde sortie du condenseur 18B. Ces deux formes de réalisation, et plus généralement le dispositif de l'invention, peuvent être appliquées à la-compression de fluides à l'état gazeux dans les installations frigorifiques à très grande puissance dont les pertes d'huile provoquent une perte importante et coûteuse du fluide frigorigène (solubilité dans l'huile), dans les pompes à chaleur avec température d'évaporation supérieure à la température ambiante (risque de formation de condensats dans la partie lubrifiée), dans les pompes à chaleur fonctionnant avec un fluide frigorigène relativement soluble dans l'huile (risque de mauvaise lubrification du fait de la dégradation des caractéristiques de l'huile), ou analogues. Bien entendu, la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels, et on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDIGATIONS 1. Dispositif pour comprimer un gaz de compression, du type comportant un compresseur de gaz ayant un organe de compression non lubrifié et une partie lubrifiés, une conduite d'entrée reliée au compresseur pour y amener le gaz à comprimer, et une conduite de sortie pour en évacuer le gaz comprimé, dispositif caractérisé en ee qu'il comporte également un circuit de balayage recevant dtune part du gaz de compression et contenant d'autre part un gaz neutre ayant une température de condensation inférieure à celle du gaz de compression, relié à la partie lubrifiée pour y introduire un gaz de balayage formé par mélange dudit gaz de compression et du gaz neutre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de récupération et de. réintro- duction du gaz de compression, relié au compresseur entre l'organe de compression et la partie lubrifiée pour récupérer à ce niveau au moins une partie du gaz de compression qui s'y trouve, et à la conduite d'entrée pour y réintroduire ce gaz de compression. 3. Dispositif selon l'uns quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un compresseur de gaz de balayage relié au compresseur entre l'organe de compression et la partie lubrifiée pour récupérer à ce niveau au moins une partie du gaz de compression et du gaz de balayage qui s'y trouvent afin de les comprimer avant qu'ils soient traités en vue de reformer du gaz de balayage. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de balayage comporte un séparateur dont l'en- triée est reliés à la sortie du compresseur de gaz de balayage pour abaisser la température du gaz sortant dudit compresseur de gaz de balayage, afin de condenser une partie du gaz de compression de façon à obtenir, après séparation, un nouveau mélange ayant une plus faible pression partielle de gaz de compression. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur, ayant une entrée reliée au compresseur par la conduite de sortie de celui-ci, et deux sorties, le circuit de balayage étant-relié à l'une de ces sorties. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de balayage comporte un séparateur dont l'entrée est reliée à une sortie du condenseur pour abaisser la température du gaz sortant de ce condenseur, afin de condenser une partie du gaz de compression de façon à obtenir, après séparation, un mélange ayant une plus faible pression partielle de gaz de compression. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un accumulateur de gaz de balayage pour compenser les variations de contenance de gaz de balayage dans la partie lubrifiée, et assurer une réserve de gaz de balayage. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit de balayage comporte deux séparateurs pour abaisser la température du gaz de balayage afin de condenser une partis du gaz de compression de façon à obtenir, après séparation, un mélange ayant une plus faible pression partielle de gaz de compression, et un accumulateur de gaz de balayage inséré dans le circuit entre les deux séparateurs pour compenser les variations de contenance de gaz de balayage dans la partie lubrifiés, et assurer une réserve de gaz de balayage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit de balayage comporte une vanne de réglage reliée à la -- partie lubrifiée pour régler le débit de gaz de balayage introduit.