Brevet FR2476236A1 — publié le 19810821

1. L'invention concerne un compresseur à pistons pour la compression de gaz présentant un danger d'incendie, notamment de l'oxygène, comportant au moins un cylindre sous forme d'une chemise, dans laquelle se déplace un piston à simple effet et qui est logée de manière étanche dans un bloc- cylindre contenant de l'eau de refroidissement, un compar- t iment collecteur pour le gaz de fuite étant prévu à l'extrémité de la chemise du cylindre opposée à la chambre de compression. Sur les compresseurs à pistons de ce genre connus à ce jour, l'eau de refroidissement contenue dans le bloc- cylindre arrose la surface extérieure de la chemise du cylindre. C'est pourquoi un joint est disposé entre la paroi du bloc-cylindre et la chemise à proximité de l'extrémité inférieure de cette dernière. Ce joint est problématique pour les compresseurs à pistons munis d'un compartiment collecteur du gaz de fuite, car il peut être détérioré par l'action corrosive de l'eau. Du gaz de fuite risque alors de s'échapper du compartiment collecteur et de pénétrer dans la cavité du bloc-cylindre contenant de l'eau, ou de l'eau risque de passer du bloc-cylindre dans le compartiment collecteur du gaz de fuite, ce qui provoquerait alors d'autres corrosions sur la chemise et également sur le bloc-cylindre, d'o une diminution sensible de la durée de vie du compresseur. L'invention se propose de perfectionner un compresseur à pistons du type décrit précédemment de manière à éviter un risque de corrosion au niveau du joint de la chemise entre le compartiment collecteur et le bloccylindre et à assurer simultanément un bon refroidissement direct de la chemise du cylindre. L'invention permet d'atteindre cet objectif par le fait que la chemise comporte une double paroi et l'espace formé par les deux parois de la chemise est muni d'un refroi- dissement forcé, et qu'un espace annulaire s'étendant à partir du joint d'étanchéité à proximité du compartiment collecteur du gaz de Fuite entre la chemise et le bloc-cylindre est disposé entre la chemise et le bloccylindre et sépare la chemise de l'eau de refroidissement contenue dans le bloc- cylindre. destiné à comprimer de l'oxygène. Un piston 3 muni de joints à labyrinthes effectue un mouvement de va-et-vient vertical sans contact dans la chemise 2, l'oxygène étant comprimé dans la chambre de compression 4 pendant le mouvement ascendant. La chambre de compression 4 est formée entre le piston 3 d'une part et l'extrémité supérieure de la chemise 2 qui l'entoure ainsi qu'un évidement ménagé dans le couvercle 5 du cylindre, d'autre part. Les soupapes d'admission et d'échappement ne sont pas représentées sur la figure. En raison du mouvement sans contact du piston 3 dans la chemise 2, un peu de gaz s'échappe le long du piston à chaque course montante et parvient comme gaz de fuite dans un compartiment 6 disposé à l'extrémité inférieure de la chemise 2 dans le bloc-cylindre. Du compar- timent collecteur 6, le gaz de fuite peut être ramené vers le côté aspiration du compresseur par l'intermédiaire d'une conduite non représentée. Un joint non représenté est prévu pour la tige de piston audessous de la chemise 2 sur la figure 1 dans un évidement 7 du bloccylindre 1 et empêche le gaz de fuite de pénétrer dans le carter de vilebrequin du compresseur. La chemise 2 est du type à double paroi, la paroi du cylindre proprement dite étant entourée d'une deuxième paroi cylindrique 8 qui est soudée de manière étanche à ses extrémités inférieure et supérieure aux surépaisseurs 19 et 19' en forme de bride de la chemise du cylindre. Deux éléments en forme d'hélice, qui sont en saillie sur la paroi propre- ment dite du cylindre, sont disposés dans la chambre 9 ainsi formée entre les deux parois de la chemise 2. Deux conduits hélicoïdaux sont ainsi formés entre les éléments 10. Un fluide de refroidissement, à savoir de l'eau, s'écoule vers le bas à travers l'un des conduits jusque dans la zone de la surépais- seur inférieure 19 en forme de bride. Le fluide de refroidissement est alors refoulé vers le haut à travers l'autre conduit. Deux cloisons de séparation radiales 11 et 12 sont soudées à cet effet dans la chambre 9 au-dessus des deux éléments 10, formant ainsi un compartiment d'alimentation 13 et un compartiment d'évacuation 14 pour le fluide de refroidissement. Une - conduite d'alimentation 15 et une 3. L'aménagementc de l'espace annulaire empêche le gaz de fuite s'échappant du compartiment collecteur d'entrer en contact avec le fluide du système de refroidissement forcé ou du bloc-cylindre, de sorte que tout risque de corrosion est ainsi écarté, et ce même si le joint d'étanchéité devenait défectueuse au niveau du compartiment collecteur du gaz de fuite. En dépit de la présence de l'espace annulaire, le refroidissement forcé de la chemise à double paroi assure une bonne dissipation de la chaleur de compression adaptable aux conditions de service respectives. L'espace annulaire et l'eau de refroidissement contenue dans le bloc-cylindre constituent en outre une excellente protection contre l'incendie du compresseur et de ses alentours, au cas o le feu prendrait dans la chambre de compression. Dans un cas de ce genre, la chemise pourrait éventuellement être fondue, sans que le bloc- cylindre en soit sérieusement endommagé, car l'espace annulaire interromprait la poursuite de cette fusion. Plutôt que d'être obligé de remettre en état le bloc-cylindre, voire le remplacer, il serait possible de réparer les dommages d'une manière relativement rapide et à moindre coût en remplaçant simplement la chemise. D'autre part, les dimensions du bloc- cylindre sont maintenues essentiellement constantes, du fait que l'eau est contenue dans le bloc-cylindre, ce qui est particulièrement avantageux lorsque plusieurs cylindres sont disposés dans le même bloc-cylindre. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide de deux exemples de réalisation en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure î est une coupe axiale d'un bloc-cylindre d'un compresseur à pistons selon l'invention; - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure I; - la figure 3 est une coupe axiale d'une variante de bloc- cylindre, et n5 - la figure A est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. Selon la figure 1, une chemise de cylindre 2 est iontée dans un bloccylindre 1 d'un compresseur à pistons 2. et 31 en saillie dans la chambre 9 entre la paroi cylindrique 8 et la paroi proprement dite du cylindre qui sont diamétra- lement opposés l'un à l'autre et parallèles à l'axe du cylindre. Plusieurs trous oblongs 32 servant au passage du fluide de refroidissement sont répartis le long des tubes 30 et 31. Une conduite d'alimentation 33 du fluide de refroidis- sement, qui est boulonnée à la surépaisseur supérieure 19' en forme de bride, est raccordée à l'extrémité supérieure du tube 30. Une conduite d'évacuation 34 est reliée de la même manière avec la chemise 2. De même dans cet exemple de réalisation, un compartiment collecteur 6, à travers lequel s'étend le piston 3, est prévu dans la zone de l'extrémité inférieure de la chemise 2. La deuxième paroi cylindrique 8 de la chemise 2 est également entourée par une chambre annulaire 21 contenant de l'air et qui sépare l'eau contenue dans la chambre 23 du bloc- cylindre 1 du joint d'étanchéité 20. Aucun gaz de fuite s'échappant du compartiment 6 ne peut ainsi entrer en contact avec l'eau dans les chambres 23 ou 9 par l'intermédiaire du joint d'étanchéité 20 pendant la marche du compresseur. L'eau de refroidissement à circu- lation forcée entre à l'extrémité supérieure du tube 30 par l'intermédiaire de la conduite 33 et se répartit par les ouvertures de passage 32 dans la chambre intermédiaire 9 de la chemise 2 à double paroi. Ces courants partiels du fluide de refroidissement traversent la demipériphérie de la chambre 9 et s'écoulent alors par les ouvertures 32 du tube 31 dans la conduite d'évacuation 34. Un indicateur de pression peut être branché sur la chambre circulaire 21, par exemple par l'intermédiaire de la conduite 24 sur la figure 1, ce qui permet de contrôler la pression de l'air dans cette chambre. L'indicateur de pression pourrait être en liaison active avec le moteur de commande du compresseur, de sorte que le moteur d'entraînement pourrait automatiquement être arrêté en cas de différence de pression par rapport à la normale dans la chambre 21. Cela serait particulièrement utile en cas d'incendie dans la chambre de compression. En complément à ou en lieu et place de l'arrêt du 5. conduite d'évacuation 16 du fluide de refroidissement sont respectivement raccordées au compartiment 13 et au compar- timent 14, chacune étant fixée à l'extrémité supérieure 19', munie d'une surépaisseur en forme de bride, de la chemise 2. L'extrémité inférieure de la chemise 2 pénètre par une ouverture 17 du bloc-cylindre 1 dans le compartiment collecteur 6. Pour rendre cette extrémité étanche, un joint d'étanchéité 20 est monté au point de transition vers la surépaisseur inférieure 19 en forme de bride de la chemise 2 et appliqué contre le bloc-cylindre par la chemise 2, lorsque le couvercle 5 est serré sur le bloc-cylindre 1; il en est de même pour le joint d'étanchéité 18 sur la bride 19'. La paroi cylindrique 8 de la chemise 2 est entourée par une chambre annulaire 21 au-dessus du joint 20, cette chambre étant limitée vers l'extérieur par une paroi circulaire 22 du bloc-cylindre 1. La chambre 21, qui contient de l'air, s'étend sur toute la hauteur de la paroi cylindrique 8 et communique à son extrémité supérieure avec un conduit d'aération 24. Une chambre 23 qui est traversée par l'eau de refroidissement est prévue dans le bloc-cylindre 1 en dehors de la paroi circulaire 22. Pendant la marche du compresseur, l'oxygène comprimé est évacué de la chambre de compression 4, par l'intermédiaire d'une conduite de refoulement non repré- sentée, dans le couvercle 5 du cylindre. Le gaz de fuite s'échappant de la chambre de compression 4 le long du piston 3 s'accumule dans le compartiment 6. La chambre 21 remplie d'air constitue une mesure efficace qui, en cas de fuites sur le joint d'étanchéité 20, empêche l'oxygène d'entrer en contact avec l'eau de refroidissement dans la chambre 23 et/ou dans la chambre 9. La chemise 2 est malgré tout refroidie suffisamment grâce au refroidissement forcé dans la chambre 9 de la chemise de cylindre à double paroi. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la chemise 2 comporte de mieme une double paroi et, à son extrémité inférieure, elle est rendue étanche dans le bloc-cylindre 1 au moyen du Joint d'étanchéité 20. Le refroi- dissement forcé de la chemise 2 est assuré par deux tubes 30 4. REVENDICATIONS 1. - Compresseur à pistons pour la compression de gaz présentant un danger d'incendie, notamment de l'oxygène, comportant au moins un cylindre sous forme d'une chemise, dans laquelle se déplace un piston à simple effet et qui est logé de manière étanche dans un bloc-cylindre contenant de l'eau de refroidissement, un -compartiment collecteur pour le gaz de fuite étant prévu à l'extrémité de la chemise du cylindre opposée à la chambre de compression, caractérisé en ce que la chemise (2) du cylindre comporte une double paroi et que l'espace (9) formé entre les parois de la chemise est pourvu d'un refroidissement forcé, et qu'un espace annulaire (21) s'étendant à partir du joint d'étanchéité à proximité du compartiment (6) collecteur des gaz de fuite entre la chemise (2) et le bloc-cylindre (1) est ménagé entre la chemise (2) et le bloc-cylindre (1) et sépare la chemise (2) de l'eau de refroidissement contenue dans le bloc-cylindre (1). 2. - Compresseur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, pour la constitution de la double paroi, la chemise (2) de cylindre est entourée d'une paroi cylindrique disposée de manière concentrique à l'axe du cylindre, qui est reliée de manière étanche par ses faces frontales à des surépaisseurs en forme de bride de la chemise. 3. - Compresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux hélices (10) s'étendant autour de l'axe du cylindre sont disposées dans l'espace constitué par les deux parois du cylindre, et forment ainsi un conduit hélicoïdal ascendant et un conduit hélicoïdal descendant pour le fluide de refroidissement, dont l'un est raccordé à une conduite d'alimentation et l'autre à une conduite d'évacuation du fluide de refroidissement. 4. - Compresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux tubes (30, 31) parallèles à l'axe du cylindre sont disposés sur le pourtour de la chemise (2) dans l'espace formé par les deux parois de cette dernière, ces tubes (30, 31)_ comportant plusieurs ouvertures réparties sur toute la longueur pour le passage du fluide de refroidis- sement, dont l'un est raccor.dé à une conduite d'alimentation 7. moteur d'entrainement, un dispositif de décharge raccordé à la chambre de compression 4 pourrait être actionné en fonction de la pression dans la chambre 21! On peut également remplir la chambre 21 avec un gaz inerte, par exemple de l'azote, ce qui permet de surveil- ler la fonction des joints, par exemple en contrôlant la pression de l'azote et/ou la composition du gaz dans la chambre 21. Pour pouvoir adapter le débit du fluide de refroi- dissement s'écoulant dans la chambre 9 aux différentes conditions de service du compresseur, les conduites d'alimen- tation 15 et 33 peuvent être munies de robinets. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, les hélices 10 peuvent être des éléments constitutifs indépendants de la chemise 2 qui sont mécano-soudés sur la chemise et/ou la paroi cylindrique 8 ou sont constitués par soudage par rechargement. En dehors de l'oxygène, le chlore, qui est un autre ezemple de gaz comportant un risque d'incendie, peut être 2 comiprimié dans le conpresseur selon l'invention. LTes fluides de -eúroidissement dans les chambres 9 et 23 peuvent provenir de la même source, ils peuvent 6galement être de même nature, mais de qualité différente. Finaleoiente ils peuven;t tre de nature différente. et l'autre à une conduite d'évacuation du fluide de refroidis- sement. 5. - Compresseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les hélices s'étendent jusqu'à la paroi cylindrique extérieure. 6. - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre annulaire communique avec une aspiration. 7. - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un indicateur de pression est raccordé à la chambre annulaire (21). 8. - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre annulaire (21) est remplie d'un gaz inerte. 9. - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le piston est un piston se déplaçant sans contact dans la chemise de cylindre. 8.