Brevet FR2634828A1 — publié le 19900202

La présente invention se rapporte à des turbo- compresseurs, et notamment à des compresseurs centrigues à réservoir à huile d'étanchéité, destinés au pompage du gaz naturel dans les gazoducs. La particularité essentielle des compresseurs de ce genre réside dans le fait qu'ils sont pourvus, primo, d'organes d'étanchéité installés dans le carter et empêchant les fuites de gaz naturel et, secondo, d'un réservoir à huile d'étanchéité devant alimenter, en huile, les organes d'étanchéité du compresseur en cas de panne, à partir du moment o une panne surgit, par exemple une défaillance provoquant l'arrêt de la pompe à huile à haute pression, Jusqu'à l'arrêt du compresseur. A l'heure actuelle, avec l'augmentation constante du volume de la production des compresseurs, des problèmes concernant la diminution de poids des compresseurs, la réduction de la quantité de travail nécessaire à leur fabrication et l'augmentation de leur fiabilité se posent d'une façon impérieuse aux fabricants de turbocompresseurs. On connait des compresseurs centrifuges à réservoir à huile d'étanchéité, dans lesquels le réservoir est placé sur un support fixé sur un mur de la salle des machines. Le réservoir à huile d'étanchéité est relié, par des lignes hydrauliques, aux organes d'étanchéité installés dans le carter du compresseur. Les lignes hydrauliques sont réalisées comme des conduites assemblées à brides au carter du compresseur et au réservoir (Otraslevoy katalog "TsentrobezhnyJe kompressornyJe mashiny i turbiny dlJa ikh privoda 12-82", page 116, figure 138). En règle générale, un tel emplacement du réservoir est caractéristique des compresseurs de dimensions relativement petites, ou bien ayant un carter démontable suivant l'horizontale. Cependant, de tels compresseurs exigent, pour leur fabrication, une quantité de métal accrue, ce qui s'explique, d'une part, par l'utilisation d'un support spécial pour le réservoir et, d'autre part, par une longueur relativement grande des conduites reliant ce réservoir aux organes d'étanchéité. Du fait de l'augmentation de leur longueur, les lignes hydrauliques du compresseur de cette construction sont caractérisées par une résistance hydraulique importante et exigent l'utilisation de pompes à huile de puissance élevée. En outre, le fait que les lignes hydrauliques soient réalisées comme des conduites assemblées à brides rend les dispositifs d'étanchéité du compresseur plus complexes et moins fiables en service; les.chocs hydrodynamiques, la cavitation, les vibrations des conduites accompagnées ou non de phénomènes de résonance augmentent le risque de défauts possibles d'étanchéité des assemblages à brides et peuvent amener de brusques dégradations des conduites, ce qui réduit la fiabilité du compresseur. Actuellement, l'on n'utilise presque pas de compresseurs de ce genre en raison de leurs médiocres indices techniques et économiques. On connait une conception de compresseur centrifuge à réservoir à huile d'étanchéité qui, de nos Jours, est largement utilisée par plusieurs sociétés produisant des turbocompresseurs, telles que Dressér-Rand E.U.A., Cooper Industries, E.U.A., CKD Praha et d'autres (Nuovo Pignone, IT "Centrifugal Compressors for Pipeline Service", pages 5, 7). Ce compresseur comprend un carter muni de tubulures d'entrée et de sortie du fluide moteur, un réservoir à huile d'étanchéité placé sur le carter, deux organes d'étanchéité installés dans le carter et des lignes hydrauliques reliant le réservoir aux organes d' étanchéité. Le carter du compresseur est constitué d'un cylindre muni de tubulures d'entrée et de sortie du fluide moteur, orientées suivant une tangente. La partie du compresseur qui est délimitée par les tubulures porte des protubérances sur lesquelles s'appuie, par ses supports, le réservoir à huile devant alimenter les organes d'étanchéité en cas d'arrêt imprévu du compresseur. Le réservoir à huile d'étanchéité est conçu sous la forme d'un cylindre soudé dont les faces terminales sont hémisphériques. Dans sa partie supérieure, ce réservoir est pourvu au moins d'une soupape d'arrêt reliée par une conduite à la cavité d'aspiration du compresseur. Les lignes hydrauliques reliant le réservoir aux organes d'étanchéité se présentent comme des conduites disposées du c8té extérieur du carter du compresseur et assemblées à brides au carter de compresseur et au réservoir. Avant le démarrage du compresseur, le réservoir est rempli d'huile d'étanchéité à l'aide d'une pompe à huile à haute pression. En même temps, un fluide moteur, par exemple du gaz se trouvant dans le réservoir, est chassé hors de celui-ci, à travers la soupape. Une lois que le réservoir est rempli d'huile, la soupape se ferme. Lorsque le compresseur est en fonctionnement normal et stable, la montée de pression dans la cavité à huile des organes d'étanchéité, créée par la pompe à huile haute pression, empêche l'huile d'être évacuée du réservoir. Dans ce cas, la pression de service maintenue dans la cavité à huile de chacun des organes d'étanchéité est supérieure à celle du fluide moteur à étanchéifier. Dans la majorité des cas, la différence entre ces deux pressions (pression différentielle "huile-gaz") est comprise entre 0,1 et 0,3 MPa. En cours d'utilisation du compresseur, si la pression différentielle disparaît, une situation susceptible d'une panne peut survenir, par exemple dans le cas de l'arrêt de la pompe à huile haute pression ou dans le cas d'une défaillance d'un organe d'étanchéité quand, par exemple, une des surfaces de frottement est détruite par des impuretés mécaniques ayant pénétré dans la zone de frottement, par des surcharges dynamiques ou bien pour d'autres raisons. Si la pression différentielle "huile-gaz" tombe au-dessous de la valeur prescrite, une pompe à huile haute pression de secours se met en marche. Dans le cas o la pompe de secours ne réussit pas à créer la pression différentielle de service "huile-gaz", le signal d'arrêt d'urgence est donné et l'huile est envoyée du réservoir aux organes d'étanchéité pour qu'ils puissent fonctionner lorsque le compresseur n'est plus en marche. Le temps écoulé entre le moment o le signal d'arrêt est donné et le moment d'arrêt du compresseur étant assez long et correspondant, d'après les données d'exploitation, à 5-10 minutes, il est très important que, pendant ce temps, la sécurité du fonctionnement du compresseur soit assurée. La construction décrite ci-dessus, ainsi que celle du brevet correspondant décrit plus haut, exige, pour sa fabrication, une relativement grande quantité de métal du fait que le carter du compresseur présente des protubérances et des supports pour le réservoir et que les lignes hydrauliques sont réalisées comme des conduites assemblées à brides. En plus de cela, lors du fonctionnement d'un tel compresseur, des contraintes élevées dues à la pression intérieure du fluide moteur apparaissent dans la paroi du carter du compresseur. Cependant, dans les zones o sont disposées les tubulures, les contraintes dues à la pression intérieure du fluide moteur sont moins considérables que celles agissant dans la partie cylindrique de la paroi du carter du compresseur, entre les tubulures. L'apparition de contraintes élevées nécessite une augmentation de l'épaisseur de la partie cylindrique de la paroi, ce qui exige plus de métal pour la fabrication du compresseur. En outre, de même que dans la construction faisant l'objet du brevet correspondant décrit ci-dessus, l'exécution des lignes hydrauliques sous la forme de conduites assemblées à brides rend le compresseur moins fiable en service. Dans le cas d'une panne de l'un des organes d'étanchéité, l'huile envoyée par la pompe à huile haute pression au dispositif d'étanchéité est évacuée via l'organe d'étanchéité défectueux, dans la partie d'écoulement du compresseur, en provoquant une diminution de la pression différentielle "huile-gaz". Alors, le signal d'arrêt d'urgence du compresseur est donné et la pompe à huile de secours se met en marche afin de maintenir la pression différentielle "huile-gaz" pendant toute la période entre le moment o le signal d'arrêt est donné et l'arrêt du compresseur. Néanmoins, l'huile étant évacuée via l'organe défectueux, même le fonctionnement simultané des deux pompes à huile, c'est-à-dire la pompe principale et la pompe de réserve, ne suffit pas à assurer la pression différentielle "huile-gaz" et, en règle générale, toute l'huile du réservoir est également envoyée via l'ensemble défectueux, à la partie d'écoulement du compresseur, avant l'arrêt de celui-ci, ce qui perturbe l'alimentation en huile de l'organe d'étanchéité, jusqu'ici en bon état de fonctionnement. Ainsi, par suite du fonctionnement simultané de la pompe à huile principale et de la pompe à huile de secours pendant le temps entre le moment o le signal d'arrêt est donné et l'arrêt du compresseur, une grande quantité d'huile est évacuée dans la partie d'écoulement du compresseur, le rendant moins fiable en service. De plus, lorsque surviennent de tels arrêts d'urgence par suite de la perturbation de l'alimentation en huile de l'organe d'étanchéité en bon état, ce dernier peut également être mis hors service, ce qui rend le compresseur encore moins fiable. En plus de cela, la vitesse de changement du niveau d'huile au cours du remplissage et de l'évacuation du réservoir est variable, ce qui dérègle le fonctionnement des soupapes du réservoir, provoquant des effets tels que tremblement, coincement de la soupape, retard de son ouverture ou de sa fermeture et cela rend donc le compresseur encore moins fiable. La présente invention a pour but de créer un compresseur centrifuge à réservoir à huile d'étanchéité, dont le réservoir à huile d'étanchéité serait relié au carter du compresseur de manière à recevoir, en partie, les contraintes agissant sur le carter du côté du fluide moteur, permettant de diminuer l'épaisseur admissible de la paroi du carter du compresseur pour réduire ainsi la quantité de métal nécessaire à sa fabrication. Le but posé est atteint par le fait que, dans un compresseur centrifuge à réservoir à huile d'étanchéité comprenant un carter, un réservoir à huile d'étanchéité placé sur le carter, deux ensembles d'étanchéité installés dans le carter et des lignes hydrauliques reliant le réservoir aux ensembles d'étanchéité, selon l'invention, le réservoir à huile d'étanchéité fait corps avec le carter du compresseur, ayant avec lui une paroi en commun. L'exécution du réservoir faisant corps avec le carter du compresseur a pour effet que les parois du réservoir font partie de la même structure subissant les déformations et les contraintes du compresseur, dues à la pression intérieure du fluide moteur. Une telle conception du compresseur à réservoir à huile d'étanchéité a pour effet d'augmenter le couple de réaction des sections subissant des contraintes ce qui permet, étant donné que les contraintes agissant sur la paroi du carter du compresseur restent les mêmes, de diminuer l'épaisseur de cette paroi et, de ce fait, de réduire la quantité de métal nécessaire à la fabrication du compresseur. Le fait que la paroi du réservoir soit commune au carter du compresseur permet d'augmenter les couples de réaction des sections aux endroits de Jonction du réservoir et du carter en permettant de diminuer les valeurs des moments de flexion existant dans ces sections. Les contraintes provoquées par des forces agissant dans la paroi du carter du compresseur diminuent alors, ce qui permet de réduire l'épaisseur de cetter paroi et donc, la quantité de métal nécessaire à sa fabrication. Comme cette paroi commune reçoit une charge égale à la pression différentielle "huile-gaz", elle peut être réalisée de manière que son épaisseur soit plus petite que celle de l'autre partie de la paroi du carter du compresseur, ce qui réduit encore plus la quantité de métal nécessaire à la fabrication du compresseur. En plus de cela, une telle conception du compresseur à réservoir à huile d'étanchéité permet de se passer des protubérances sur le carter du compresseur et des supports pour la fixation du réservoir sur ce dernier, ce qui réduit encore la quantité du métal nécessaire à la fabrication du compresseur. Il est utile de diviser l'intérieur du réservoir à huile d'étanchéité en deux cavités par une cloison et de relier celles-ci par des lignes hydrauliques à différents ensembles d'étanchéité. La division de l'intérieur du réservoir en deux cavités reliées par des lignes hydrauliques à différents ensembles d'étanchéité permet d'assurer l'alimentation autonome en huile de chacun des ensembles d'étanchéité. En cas de panne de l'un des ensembles d'étanchéité, entre le moment o le signal d'arrêt est donné et celui de l'arrêt du compresseur, par suite de l'alimentation autonome de ces ensembles, l'huile envoyée de la cavité correspondante à l'ensemble d'étanchéité en bon état peut alimenter cet ensemble en huile nécessaire pour son bon fonctionnement, ce qui exclut sa panne et rend le compresseur plus fiable en service. Une telle alimentation autonome en huile permet d'actionner les pompes à huile principale et de réserve, en même temps que la formation du signal d'arrêt, et d'empêcher l'évacuation de grandes quantités d'huile dans la partie d'écoulement du compresseur, ce qui améliore- davantage la fiabilité du compresseur. Il est également rationnel que les lignes hydrauliques soient constituées de canaux aménagés dans la paroi du carter de-compresseur. Une telle conception constructive des lignes hydrauliques exclut la nécessité d'employer des conduites assemblées à brides, ce qui permet non seulement de réduire la quantité de métal nécessaire à la fabrication mais également de rendre le compresseur plus fiable en service en évitant les pannes des lignes hydrauliques provoquées par des chocs hydro- dynamiques, la cavitation, les vibrations, des phénomènes de résonance et d'autres causes pareilles. Il est avantageux d'exécuter le réservoir à huile d'étanchéité de sorte que la surface des sections horizontale soit la même suivant toute la hauteur du réservoir. Une telle construction du réservoir assurera une vitesse constante de changement du niveau d'huile lors du remplissage et de l'évacuation du réservoir, excluant l'apparition, dans le réservoir, de phénomènes dynamiques affectant la fiabilité des soupapes et, par conséquent, cela rend le compresseur plus fiable. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un compresseur centrifuge à réservoir à huile d'étanchéité selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe faite suivant la ligne III-III de la figure 1. Comme le montre la figure 1, un compresseur centrifuge à réservoir à huile d'étanchéité comprend un carter 1 ayant la forme d'un cylindre muni d'une tubulure d'entrée 2 et d'une tubulure de sortie 3 du fluide moteur. Sur la partie cylindrique du carter 1, entre les tubulures 2 et 3, est placé un réservoir 4 à huile d'étanchéité, faisant corps avec le carter 1 et ayant avec lui une paroi commune 5. Le carter 1 et le réservoir 4 sont moulés en une seule pièce. On peut employer d'autres formes d'exécution du carter 1 faisant corps avec le réservoir 4, par exemple ce dernier peut être fabriqué séparément puis être soudé au carter 1 du compresseur. La surface des sections horizontales du réservoir 4 est constante sur toute la hauteur du réservoir ayant la forme d'un cylindre dont la base est constituée par la paroi 5 qui est commune au carter 1 et au réservoir 4. D'autres modes de réalisation du réservoir 4 peuvent être proposés, par exemple il peut avoir une section horizontale rectangulaire ou elliptique. Le réservoir 4 est fermé en haut par un couvercle 6 doté d'une soupape d'arrêt 7. Le réservoir 4 est divisé par une cloison verticale 8 (figure 2), fixée sur la paroi commune 5, en deux cavités 9 et 10 qui sont reliées par des lignes hydrauliques 11 à des ensembles d'étanchéité 12 et 13 (figure 3), respectivement, qui sont installés dans le carter 1 du compresseur. Le volume de chaque cavité est déterminé par celui de l'huile assurant le régime de fonctionnement normal de chacun des ensembles d'étanchéité 12 et 13 lors de l'arrêt du compresseur après que le signal d'arrêt ait été donné. Les lignes hydrauliques 11 sont constituées de canaux aménagés dans la paroi du carter 1 du compresseur. Le compresseur fonctionne de la manière suivante. Avant la mise en marche du compresseur, le réservoir 4 (figure 1) est rempli d'huile d'étanchéité à l'aide de la pompe à huile haute pression (qui n'est pas représentée sur les figures pour ne pas compliquer le dessin). En même temps, le fluide moteur se trouvant dans le réservoir 4 est déplacé hors de celui- ci via la soupape d'arrêt 7. La surface des sections horizontales du réservoir 4 restant constante suivant toute la hauteur, la vitesse de changement du niveau lors du remplissage et de l'évacuation du réservoir 4 sera constante, excluant l'apparition possible de phénomènes dynamiques dans le réservoir et, de ce fait, rendant la soupape 7, et donc le compresseur, plus fiable en service. Le compresseur étant en régime de fonctionnement stable, la retenue de pression créée par la pompe à huile empêche l'huile d'être évacuée du réservoir 4. Une pression différentielle de service est ainsi maintenue dans les cavités à huile (qui ne sont pas représentées sur les figures pour ne pas compliquer le dessin) des ensembles d'étanchéité 12 et 13 montrés à la figure 3. Quand le compresseur fonctionne, des contraintes élevées dues à la pression intérieure du fluide moteur apparaissent dans la paroi de son carter. L'exécution du réservoir 4 faisant corps avec le carter 1 du compresseur conduit à l'augmentation du moment résistant des sections en charge du carter 1, ce qui permet de diminuer l'épaisseur de la paroi de ce dernier, les contraintes restant à un niveau admissible. Le fait que le réservoir 4 et le carter 1 du compresseur aient une paroi commune 5 permet d'augmenter les couples de réaction des sections aux endroits de Jonction du réservoir 4 au carter 1 du compresseur, rendant possible la diminution des valeurs des moments de flexion dans ces sections et par suite la réduction des contraintes provoquées par la forces agissant dans la paroi du carter 1. Cela permet de diminuer encore son épaisseur. La paroi commune 5 entre le carter 1 et le réservoir 4 ne subissant que la charge due à la pression différentielle "huile-gaz" pouvant atteindre 1,0 MPa, l'épaisseur de cette paroi 5 peut être moins grande que celle de l'autre partie de la paroi du carter i du compresseur. Au cours de l'utilisation du compresseur, des situations d'avarie peuvent survenir lorsque la pression différentielle "huile-gaz" tombe en dessous des valeurs admissibles ou bien disparaît. Si la pression différentielle "huile-gaz" tombe en dessous de la valeur prescrite, le signal de mise en marche de la pompe à huile haute pression de réserve est alors délivré (ce qui n'est pas représenté sur les figures pour ne pas encombrer le dessin). Cependant, dans le cas o la mise en marche de la pompe à huile de réserve n'assure pas la pression différentielle de service "huile-gaz", le signal d'arrêt du compresseur est délivré et l'huile est envoyée du réservoir 4 aux ensembles d'étanchéité 12 et 13 (figures 3) par des lignes hydrauliques pour maintenir une alimentation normale en huile des ensembles d'étanchéité 12 et 13 pendant le temps entre le moment o le signal d'arrêt est donné et l'arrêt du compresseur. Alors, l'huile de la cavité 9 du réservoir 4 est envoyée à l'ensemble d'étanchéité 12 tandis que l'huile de la cavité 10 est envoyée à l'ensemble 13. Lors du passage de l'huile du réservoir 4 aux ensembles d'étanchéité 12 et 13 par les lignes hydrauliques 11, des effets dynamiques, tels que des chocs hydrodynamiques, une cavitation, des vibrations, des phénomènes de résonance et d'autres, peuvent avoir lieu. Le fait que les lignes hydrauliques 11 soient constituées de canaux aménagés dans la paroi du carter 1 du compresseur permet d'éviter les pannes possibles des lignes hydrauliques, tout en excluant la nécessité d'utiliser des conduites et des assemblages à brides, ce qui rend le compresseur plus fiable en service. L'un des ensembles d'étanchéité, par exemple, l'ensemble 12, étant en panne, la pompe à huile est actionnée en même temps que la formation du signal d'arrêt, l'huile de la cavité 9 du réservoir 4 s'évacuant vite par les lignes hydrauliques 11 via l'ensemble défectueux 12 tandis que l'ensemble 13 reçoit l'alimentation en huile de la cavité 10 du réservoir 4. Comme le volume d'huile dans la cavité 10 du.réservoir 4 suffit à assurer l'alimentation en huile de l'ensemble d'étanchéité 13 en bon état, ce dernier fonctionne en régime normal entre le moment o le signal d'arrêt est donné et l'arrêt du compresseur. Ainsi, l'un des ensembles d'étanchéité, par exemple l'ensemble 12, étant en panne, la panne de 20.l'ensemble 13 est exclue et, de ce fait, la fiabilité du compresseur est assurée. En plus de cela, l'alimentation autonome en huile de chacun des ensembles d'étanchéité 12 et 13 permet d'actionner la pompe à huile haute pression principale en même temps que la formation du signal d'arrêt, en évitant l'évacuation de grandes quantités d'huile dans la partie d'écoulement du compresseur lors de situations d'avarie dues à la mise de l'ensemble d'étanchéité hors service et par conséquent, d'augmenter encore la fiabilité du compresseur. Le dispositif faisant l'objet de la présente invention peut s'appliquer très avantageusement aux compresseurs destinés au pompage du gaz naturel dans les gazoducs. REVENDICATIONS 1. Compresseur centrifuge à réservoir à huile d'étanchéité du type comprenant un carter, un réservoir à huile d'étanchéité placé sur le carter, deux ensembles *5 d'étanchéité installés dans le carter et des lignes hydrauliques reliant le réservoir aux ensembles d'étanchéités caractérisé en ce que le réservoir (4) à huile d'étanchéité fait corps avec le carter (1) du compresseur, ayant avec lui une paroi commune (5). 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir à huile d'étanchéité (4) est divisé par une cloison verticale (8) en deux cavités (9) et (10), qui sont reliées par des lignes hydrauliques (11) à différents ensembles d'.étanchéité (12) et (13). 3. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes hydrauliques (11) sont constituées de canaux aménagés dans la paroi du carter (1). 4. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ceque la surface des sections horizontales du réservoir (4) est constante suivant toute sa hauteur.