Brevet FR2569780A1 — publié le 19860307

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ETANCHEITE ET DE PRESSURISATION POUR SORTIES D'ARBRES DE COMPRESSEUR D'AIR EXEMPT D'UUILE. L'invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'assurer l'étanchéité et la pressurisation des sorties d'arbres de compresseurs d'air exempt d'huile. Le procédé et le dispositif s'appliquent à des compresseurs à vis... ou autres machines pouvant comporter les mêmes caractéristiques. Il permet, en plus d'une réduction des pertes volumétriques des machines, d'éviter la pollution de l'air délivré par le compresseur pouvant provenir du lubrifiant des roulements ou des paliers supportant les rotors du compresseur . En outre, il est possible de limiter à une valeur acceptable l'entrée éventuelle de l'air dans les enceintes où sont loges les roulements ou les palliers du compresseur, enceintes généralement en liaison avec un réservoir d'huile sous simple pression atmosphérique. Ce type de machines peut fonctionner à deux régimes différents ; le premier correspond aux périodes d'utilisation pendant lesquelles le compresseur délivre de l'air comprimé, utilisé ou stocké, le second, souvent imposé par des soucis d'économie d'énergie, correspond aux périodes durant lesquelles le compresseur continu d'être entraîné sans fournir d'air comprimé dans le circuit d'utilisation. La chute de puissance absorbée pendant ce régime est obtenue en abaissant le niveau de pression interne du compresseur par l'obturation partielle ou totale de l'aspiration. En certains points, la pression interne chute de ce fait nettement en dessous de la pression atmosphérique. Ces conditions se présentent également tran sitoirement lors des démarrages. C'est essentiellement pendant cesecond régime de fonctionnnement décrit ci-dessus que le dispositif présente tout son intérêt. Par ailleurs, I'aspiration de tout compresseur simple ou du premier étage d'un compresseur multi-étagé se trouve toujours en légère dépression pendant les périodes de marche en charge du compresseur c'est-à-dire quand celui-ci fournit de l'air comprimé. Il en résulte couramment, au niveau indiqué ci-dessus, des aspirations du lubrifiant dans l'air polluant celui-ci si l'on ne prévoit pas des moyens d'éviter ce phénomène. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont également utiles pour y remédier. Le procédé selon l'invention pour réaliser l'étanchéité et la pressurisation tant du côté de l'aspiration que du refoulement des arbres des rotors d'un compresseur de tout type, à air comprimé que l'on doit mettre à l'abri des risques de pollution pouvant provenir de l'huile de lubrification des roulements et paliers supportant les arbres des rotors, est tel que l'on crée une pression air rèlativement peu élevée entre la fin de la partie active des rotors et les roulements ou paliers des arbres des rotors, provoquant un débit d'air vers les roulements ou paliers de rnanière à refouler les remontées d'huile ou les brouillards d'huile de lubrification des paliers ou roulements, et à les empêcher de remonter vers l'air comprimé, ou à comprimer, délivré par le compresseur et que l'on évacue le complément formant la surpression. De préférence, on prévoit de pouvoir régler et limiter la surpression d'air. Le dispositif pour réaliser ce procédé consiste en deux chambres successives entourant tous les arbres des rotors entre la partie active de ces rotors, enceinte d'air, et l'enceinte du roulement ou palier de ces arbres, chambres situées chacune entre, au moins, deux joints d'étanchéité entourant les arbres des rotors en cet endroit. Les chambres situées en aval de la partie active du rotor, étant interconnectées entre elles par un premier collecteur de même que toutes les chambres situées en amont de la partie active du rotor, c'est-à-dire également en aval du roulement ou palier, sont interconnectées entre elles par un deuxième collecteur. Chacun des deux collecteurs comporte une sortie vers l'air atmosphérique, le premier collecteur étant, en outre, connecté au circuit d'air comprimé, une valve pouvant fermer cette connection.De préférence, la sortie de chaque collecteur vers l'atmosphère comporte un orifice de sortie calibré de manier à pouvoir régler la surpression. Le premier collecteur comporte une vanne permettant de fermer cette sortie. On peut ainsi créer un débit d'air dans les chambres du premier collecteur vers les chambres du second collecteur et une surpression dans ces dernières, ce qui provoque un débit d'air vers l'enceinte du roulement ou palier qui a pour effet de refouler huile ou le brouillard d'huile pouvant régner entre ces dites chambresdu deuxième collecteur et l'enceinte du roulement ou palier. Les autres caractéristiques de l'invention seront bien comprises grâce à la description qui suit, en se référant au dessin annexé dans lequel, la figure 1 est une vue Ahématique, en coupe verticale, d'une seule sortie d'un arbre de rotor; la figure 2 est un schéma des connections des chambres des différentes sorties d'arbres ainsi que de leur connection aux organes annexes du compresseur. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, une première chambre 1 et une deuxième chambre 2 qui entourent toutes les deux, la partie d'un arbre 3 d'un rotor 4 situé entre l'enceinte 5 du rotor 4 et l'enceinte 6 du palier ou roulement de l'arbre 3 du rotor 4, enceinte 6 reliée au réservoir d'huile (non représenté). La chambre 1 est située du côté de l'enceinte 5 dans laquelle passe l'air qui va être délivré par le compresseur et qu'il y a lieu de préserver de toute pollution, alors que la chambre 2 se trouve du côté de I'enccinte 6 d'où peuvent provenir des remontées d'huile ou du brouillard d'huile. La chambre 1 comme la chambre 2, entoure entièrement l'arbre 3 et est prévue entre deux joints d'étanchéité 7. Le principe général de l'invention consiste à créer un débit d'air dans le sens de la flèche 8, c'est-à-dire vers l'enceinte 6 et à refouler l'huile ou le brouillard d'huile pouvant provenir de l'enceinte 6 et remontant suivant le sens de la flèche 9, ce que !'on réalise en assurant un débit d'air provenant de la chambre 1 vers la chambre 2, ce qui provoque une surpression permanente dans la chambre 2. Cette surpression doit rester cependant relativement faible afin de limiter l'apport d'air dans l'enceinte 6 reliée à un réservoir d'huile sous pression atmosphérique. En se référant au schéma, la figure 2, d'un compresseur à vis bi-étagé 10, 11, on voit que toutes les chambres 1 des diverses sorties d'arbres sont interconnectées par un circuit collecteur 12, les chambres 2 des diverses sorties d'arbres sont interconnectées par un circuit collecteur 13; le raccordement des chambres 2 au circuit 13 étant placé de préférence aux points bas 14 (voir figure 1) de ces chambres 2, de manière à pouvoir drainer, par gravité, au démarrage du compresseur les quelques traces d'huile pouvant stagner éventuellement à l'arrêt du compresseur au bas des chambres 2. Le collecteur 13 est seulement raccordé à l'atmosphère ou à un égout, flèche de sortie 15, alors que le collecteur 12 est raccordé, d'une part, à l'atmosphère, flèche de sortie 16, et, d'autre part, au circuit de refoulement 17 d'air comprimé vers la sortie d'utilisation, flèche 18; une vanne 19 permet de couper la liaison du collecteur 12 au circuit de refoulement 17. De préférence, la sortie du collecteur 12 à l'atmosphère, flèche 16, est munie d'une vanne 20. De même, tant cette sortie, flèche 16, du collecteur 12 à l'atmosphère que la sortie, flèche 15, du collecteur 13 est munie d'un orifice calibré, respectivement 21 et 22, permettant de régler la surpression respective dans les collecteurs 12 et 13. Au schéma, figure 2, sont encore représentés le circuit d'aspiration 23, un échangeur 24, un séparateur 25. Par souci de simplification, les autres éléments et connections habituels d'un compresseur n'ont pas été représentés. Comme déjà indiqué, le compresseur peut être de tout type axial, centrifuge comme à vis. Les roulements radiaux à rouleaux cylindriques utilisés et lubrifiés par jet d'huile sous pression peuvent être remplacés par tout autre type de roulement ou palier. Les joints d'étanchéité formés d'anneaux de carbone frettés, lement remplacés par des joints de forme et de conception diverses, comme labyrinthes, bagues métalliques, etc... Le nombre de joints peut varier d'une d'arbre à une autre en fonction du niveau de la pression interne et du débit de fuite admis. A l'aide du schéma, figure 2, on va maintenant expliquer le fonctionnement du procédé en tenant compte que la vanne 19 est seulement ouverte lorsque le compresseur ne débite pas d'air comprimé vers le circuit d'utilisation, et que la vanne 20 est seulement ouverte lorsque le compresseur débite de l'air comprime. La surpression des chambres 1 supérieure à celle règnant dans les chambres 2 et qui assure un débit d'air dans le sens de la flèche 8 est obtenue, selon les deux cas considérés, (marche en charge du compresseur et marche à vide), de la façon décrite ci-après: Dans le cas de la marche en charge, le compresseur débite de l'air comprimé vers la sortie d'utilisation, flèche 18, et pour l'ensemble des sorties d'arbres, à l'exception des sorties côté aspiration d'un compresseur mono-étagé ou côté aspiration du premier étage d'un compresseur multi-étage. La surpression dans les chambres 1 est assurée naturellement par le débit d'air de fuite provenant de l'enceinte 5 vers les chambres I et va provoquer le débit d'air vers les chambres 2.Comme toutes les chambres 1 sont interconnectées, les surpressions de chaque chambre 1 tendent à s'uniformiser et il en est de même dans toutes les chambres 2, également interconnectées. En ce qui concerne les sorties d'arbres, côté d'aspiration, d'un compresseur mono-étagé ou du premier étage d'un compresseur multi-étagé, la surpression dans le collecteur 12 alimente les chambres 1 de ces sorties d'arbres, créant, uniquement dans ces endroits, un débit de fuite vers l'enceinte 5 en dépression, en plus d'un débit d'air vers les chambres 2. Pendant ce mode de fonctionnement du compresseur, la vanne 19 du collecteur 12 est fermée tandis que la vanne 20 est ouverte. L'excédent d'air de fuite est envoyé à l'atmosphère, L'orifice calibré 21 permettant de régler le niveau de la surpression, le complément étant évacué.Le niveau souhaité de surpression dans le collecteur 12 est d'une valeur voisine à celle de la pression de refoulement du compresseur lorsqu'il fonctionne en marche à vide, une description est donnée ci-après. I1 y a lieu de noter que, si les fuites d'air sont relativement faibles, on pourrait prévoir de pouvoir mettre toutes les chambres 1 interconnectées en boucle fermée. Dans le cas de la marche à vide, le compresseur ne débite pas d'air comprimé à la sortie d'utilisation, flèche 18, il fonctionne à débit réduit en circuit fermé (non représenté). Le refoulement du compresseur est renvoyé à l'aspiration, la vanne 19 est ouverte alors que la vanne 20 est fermée, comme la pression du refoulement du compresseur est légèrement supérieure à la pression atmosphérique, il règne une surpression dans le collecteur 12 et donc dans les chambres 1. Un débit d'air des chambres 1 s'écoule vers les chambres 2 ainsi que vers les enceintes 5 en dépression. La surpression des chambres 2 est assurée même si, en marche à vide, la dépression est différente selon les sorties d'arbres des enceintes 5, par exemple maximum à l'aspiration d'un compresseur mono-étagé ou au premier étage d'un compresseur multi-étage, étant donné l'interconnection des chambres 1 entre elles et 2 entre elles qui permet de réaliser l'uniformisation de la surpression. Un débit d'air permanent de chaque chambre I vers chaque chambre 2 de chaque sortie d'arbre quelque soit le régime de fonctionnement du compresseur est assuré, et interdit toutes les remontées d'huile vers les enceintes 5. Une sécurité complémentaire peut être envisagée en dimensionnant la vanne 19 ou en créant une restriction à l'endroit de l'un de ses orifices afin de former un laminage naturel et de limiter la surpression. On peut prévoir de placer un manostat 26 (figure 2) sur le collecteur 12 qui permettra de déceler une chute possible de la surpression dans les chambres 1, pendant la marche à vide, chute consécutive à une usure anormale des- joints d'étanchéité placés entre les chambres 1 et l'enceinte 5, joints les plus sollicités à la pression; cette usure n'est cependant pas préjudiciable en période de marche en charge car elle n'aug- mente pas les possibilités des remontées d'huile, mais elle ne peut qu'entrai- ner une suppression dans les chambres 1 par l'augmentation du débit des fuites d'air. Revendications 1. Procédé pour réaliser l'étanchéité et la pressurisation tant du côté de l'aspiration que du refoulement des arbres des rotors d'un compresseur de tout type, à air comprimé que l'on doit mettre à l'abri des risques de pollution pouvant provenir de l'huile de lubrification des roulements ou paliers supportant les arbres des rotors, se caractérise en ce que l'on crée une pression d'air relativement peu élevée entre la fin de la partie active des rotors et les roulements ou paliers des arbres des rotors, provoquant un débit d'air vers les roulements ou paliers de manière à refouler les remontées d'huile ou les brouillards d'huile de lubrification des paliers ou roulements, et à les empêcher de remonter vers l'air comprimé, ou à comprimer, délivré par le compresseur et que l'on évacue le complément formant la surpression. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on règle et que l'on limite la surpression. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est constitué par deux chambres successives( 1,2 entourant tous les arbres( 3 des rotors(4) entre la partie active de ces rotors, enceinte( 5) d'air, et l'enceinte 6) du roulement ou palier de ces arbres( , chambres (1,2) situées chacune entre, au moins, deux joints d'étanchéité ( 7) entourant les arbres( 3) des rotors( 4) en cet endroit, les chambres situées en aval de la partie active du rotor(4, étant interconnectées entre elles par un premier collecteur( 121 de même que toutes les chambres (2) situées en amont de la partie active du rotor (, c'est-à-dire également en aval du roulement ou palier, sont interconnectées entre elles par un deuxième collecteur (13 chacun des deux collecteurs( 12,13 comportent une sortie (16,15) vers l'air atmosphérique, le premier collecteur( 12) étant, en outre, connecté au circuit(14 d'air comprirné, une valve( 19)pouvant fermer cette connection. 4. Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la sortie(l6), (15) de chaque collecteur (12,13) vers l'atmosphère comporte un orifice de sortie calibré(21,22) de manière à pouvoir régler la surpression et le premier collecteur( lit) comporte une vanne( 20) permettant de fermer cette sortie(21). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caracté risé en ce que le raccordement des chambres(2)au circuit collecteur(13) est placé aux droits et aux points les plus bas( 14) de ces chambres(2). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caracté risé en ce que la vanne (19) est pourvue d'une restriction à l'endroit d'un de ses orifices. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caracté risé en ce que l'on place un manostat(26) sur le collecteur(12) afin de déceler une chute possible de la surpression dans les chambres (I) lors du fonctionnement en marche à vide.