Brevet FR2685392A1 — publié le 19930625

DISPOSITIF POUR ASSURER L'ETANCHEITE AU LUBRIFIANT DE MACHINES DE TRANSFERT DE GAZ La présente invention concerne un dispositif pour assurer l'étanchéité au lubrifiant de machines de transfert de gaz du type comportant au moins une chambre de compression dite "sèche", en liaison mécanique, par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement, avec un carter contenant des organes mécaniques à lubrifier et une charge de lubrifiant liquide. Les machines destinées au transfert de gaz, telles que les pompes à vide et les compresseurs, sont généralement équipées d'éléments mécaniques nécessitant une lubrification à l'huile. Dans les machines modernes, dites "sèches", il est impératif que tout contact entre le gaz pompé et l'huile de lubrification soit empêché afin d'éviter le risque de pollution par rétrodiffusion et, en conséquence, une dégradation du procédé. L'huile est toutefois indispensable pour sa fonction d'origine, c.à.d. pour la lubrification des éléments mécaniques hors de la partie de compression de la machine, tels que les roulements, pignons d'engrenage et, éventuellement, les joints d'étanchéité. II s'agit par conséquent d'assurer, autour des passages de l'arbre d'entraînement, un barrage efficace à la migration de l'huile, sous forme liquide ou gazeuse, depuis le carter d'huile d'un côté, vers les chambres de compression de l'autre. Un barrage parfait n'étant pas réalisable, quelque soit le principe d'étanchéité retenu, un écoulement minimum d'huile, plus ou moins régulier et plus ou moins important, est inévitable. On a ainsi été amené à équiper la machine d'un dispositif tampon situé entre les parties lubrifiée et sèche, ce dispositif étant appelé piège à huile. II comporte un volume tampon recueillant le flux d'huile de fuite, qui est généralement faible mais relativement imprévisible, sa valeur pouvant parfois varier rapidement de manière importante.De plus, la dispersion entre les niveaux d'écoulement peut être grande entre les éléments d'une même série de machines produites. II faut, par conséquent, prévoir la vidange du volume tampon avant que la quantité d'huile recueillie ne dépasse une valeur limite définie par le niveau maximal acceptable dans le volume tampon, correspondant en général à la hauteur du passage de l'arbre, par la diminution autorisée de la charge d'huile dans le carter, compte tenu des contraintes de lubrification des différents éléments afin d'éviter des risques de grippage mécanique, et, par ailleurs, par les contraintes de production et de maintenance de la machine. La présente invention vise à fournir, dans un dispositif du type mentionné au début, une solution au problème de la surveillance du niveau de lubrifiant dans le volume tampon qui assure une autonomie, sans limitation dans le temps de la fonction étanchéité. A cet effet, le dispositif selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif agencé pour recueillir le flux de fuite de lubrifiant entre ledit carter et ladite chambre de compression dans un volume tampon, ce volume étant relié audit carter par l'intermédiaire d'un dispositif de transfert de lubrifiant depuis le volume tampon vers ledit carter. Le dispositif de transfert de lubrifiant peut être agencé pour être actionné de façon périodique, et il peut par exemple être piloté par un dispositif de temporisation ou par l'action d'un détecteur de niveau de lubrifiant dans le volume tampon. Selon une première forme d'exécution, le dispositif de transfert peut comporter un dispositif de pompage relié, par l'intermédiaire de dispositifs anti-retour, respectivement au volume tampon et audit cartier. Ce dispositif de pompage est, de préférence, un dispositif à piston plongeant, et les dispositifs anti-retour sont agencés de façon que, lors du mouvement du piston dans un sens, une certaine quantité de lubrifiant provenant du volume tampon est aspirée vers le dispositif de pompage et, lors du mouvement du piston dans le sens opposé, ce lubrifiant est refoulé et injecté dans ledit carter. Le piston plongeant peut être actionné, dans un sens, par un gaz ou un liquide moteur, et, dans le sens opposé, par un ressort de rappel. II peut également, selon une variante d'exécution, être actionné par un dispositif à électro-aimant. Selon une autre forme d'exécution, le dispositif de transfert comporte un dispositif d'injection de gaz comprimé dans une conduite reliant une partie inférieure du volume tampon à une partie supérieure dudit carter, de manière à transporter le lubrifiant de fuite en mélange avec le flux de ce gaz vers une partie du carter située au-dessus du niveau de la charge d'huile qu'il contient. Ce dispositif de transfert comporte, de préférence, un dispositif de filtration disposé à la partie supérieure du carter pour filtrer le gaz ayant servi au transport. II peut comporter une canalisation reliant la sortie du dispositif de filtration, à laquelle apparaît le gaz de transport, à une conduite de refoulement de la machine. Le dispositif de filtration peut être muni d'une soupape de tarage agencée pour s'ouvrir en cas de surpression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description suivante de deux formes de réalisation du dispositif selon l'invention, exposées à titre d'exemples et illustrées par les dessins annexés, dans lesquels: La Fig. 1 est une coupe axiale partielle d'une pompe à vide munie d'un dispositif d'étanchéité selon une première forme d'exécution de l'invention; La Fig. 2 est une vue en coupe similaire à celle de la Fig. 1, illustrant une seconde forme d'exécution du dispositif selon l'invention; La Fig. 3 montre un détail du dispositif de transfert utilisé dans le cadre de l'exemple de la Fig. 2; et La Fig. 4 montre un autre détail du dispositif de l'exemple de la Fig. 2. Dans la machine représentée à la Fig. 1, on distingue un carter 1 dans lequel un pignon 2 est monté sur un arbre d'entrainement 3. Ce carter contient une charge d'huile, non représentée, dont le niveau atteint la partie inférieure du pignon 2. Un roulement 4, supportant l'arbre 3, communique également avec l'intérieur du carter 1. Le fond du carter comporte une conduite de sortie 5 fermée par un bouchon de vidange 6. Un dispositif pour recueillir un flux de fuite d'huile, dit "piège à huile", 7 comporte un volume tampon 8, dans lequel s'accumule l'huile de fuite provenant de la partie lubrifiée de la machine. II peut être avantageux de prévoir un refroidissement de ce volume pour obtenir la condensation des vapeurs d'huile et augmenter ainsi l'efficacité du piège. Le volume 8 comporte une conduite de sortie usuelle 9 fermée par un bouchon 10. La Fig. 1 montre, en outre, la partie 1 1 de compression de la machine qui doit être totalement "sèche", c'est-à-dire n'avoir aucun contact avec l'huile de lubrification. Entre le volume tampon 8 et le carter 1 se trouve un dispositif de transfert de lubrifiant de fuite 12 qui comporte un cylindre plongeant 13, soumis à l'action d'un ressort de rappel 14 et déplaçable dans un cylindre 15. Ce cylindre communique par des conduites respectives 16 et 17, et par l'intermédiaire de dispositifs anti-retour correspondants 18 et 19, avec les conduites de sortie 5 et 9 du carter 1 et du volume tampon 8. Le cylindre 15 est relié à son extrémité inférieure, par l'intermédiaire d'une connexion 20, à une source de gaz comprimé tel que, par exemple, de l'air. Le dispositif anti-retour 18, formé par un clapet équipé d'un ressort de tarage, et le dispositif anti-retour 19, comportant une lamelle déformable, sont agencés de façon à ne permettre le passage de l'huile que dans le sens du volume 8 vers le carter 1. A l'état de repos du dispositif de transfert, le piston plongeant 13 se trouve, sous l'action du ressort 14, dans la position basse représentée à la Fig. 1, la pression du gaz au niveau de la connexion 20 étant faible. Au début de la phase active, le dispositif d'alimentation en gaz comprimé, non représenté, comportant par exemple une électrovanne à trois voies, fournit une pression élevée, de sorte que le piston 13 remonte et refoule l'huile contenue dans le cylindre 15 vers le carter 1, le dispositif anti-retour 18 autorisant le passage du liquide dans ce sens. Puis la pression du gaz est ramenée à son niveau bas de sorte que le piston 13 se déplace vers le bas sous l'action du ressort de rappel 14 et aspire une certaine quantité de l'huile récupérée dans le volume 8.On alimente ensuite le cylindre 15 à nouveau en gaz sous pression pour répéter l'opération de transfert de l'huile depuis le cylindre 15 vers le carter 1. La commande du dispositif de transfert 12 s'effectue, de préférence, de manière périodique, la périodicité de cette opération pouvant être pilotée par une temporisation électrique ou pneumatique commandant l'ensemble du cycle de transfert. Le transfert peut également être déclenché par un détecteur, non représenté, surveillant le niveau d'huile dans le piège à huile. La durée de l'opération de transfert est déterminée en fonction de la capacité du piège à huile et du débit du dispositif de transfert. Le piston du dispositif de transfert peut, bien entendu, être actionné, au lieu d'un gaz, par un liquide de travail, ou encore par un dispositif à électroaimant agissant sur le piston. Les Figures 2 et 3 montrent une autre forme d'exécution du dispositif de transfert dans une machine de même type que celle de la Fig. 1. Dans cette forme de réalisation, le volume tampon 8 présente une conduite de sortie 21, qui débouche sur un dispositif de transfert d'huile 22 (Fig. 3) dans lequel on réalise un mélange de l'huile récupérée avec un gaz de transport. A cet effet, un gaz comprimé, tel que l'air ou l'azote, est amené par une conduite 23 dans une tuyère d'accélération 24. Autour de l'extrémité de cette tuyère se produit une dépression qui aspire l'huile collectée par gravité à la partie inférieure du piège à huile et amenée par la conduite 21 vers le dispositif de transfert. Celui-ci est relié par une canalisation de sortie 25 à un orifice d'entrée 26 situé dans la partie supérieure du carter 1.Lors d'une opération de transfert, le mélange air/huile mis en vitesse dans la conduite 25, est ainsi amené dans le carter 1, au dessus du niveau de l'huile contenue dans celui-ci, de sorte que des gouttelettes d'huile de fuite se séparent du flux gazeux ayant servi au transport de cette huile. La séparation gaz/huile se fait par détente brutale dans le carter, mais peut aussi être assurée par un dispositif faisant appel à l'inertie, tel qu'un mini-cyclone ou un dispositif à chicanes. La Fig. 4 montre un dispositif de filtration 27 qui est monté sur la partie supérieure du carter 1, au-dessus d'un orifice de sortie 28 de celui-ci. Ce dispositif de filtration comporte un élément filtrant 29, à travers lequel passe le gaz de transport pour être ensuite canalisé, depuis un orifice de sortie 30, vers la conduite de refoulement principale de la machine ou tout autre système de récupération. Si le gaz utilisé est de l'air, il peut aussi être rejeté à l'atmosphère après avoir été filtré par le dispositif 27. Le dispositif 27 est, de préférence, équipé d'une soupape de tarage 31 appliquée par un ressort montré schématiquement sous la référence 32. Cette soupape est agencée pour s'ouvrir automatiquement en cas de surpression due, par exemple, à un colmatage de l'élément filtrant. Le chemin du gaz de transport dans la partie de la machine représentée à la Fig. 2 est indiqué schématiquement par une ligne pointillée 33. Le processus de recirculation de l'huile récupérée dans le volume tampon peut être soit continu, soit discontinu. II est à noter que, pratiquement, I'écoulement d'huile de fuite vers ce volume est très faible, soit d'un ordre de grandeur ne dépassant pas quelques dizaines de cm3 par an en fonctionnement continu. Dans le cas d'un processus continu, le débit de gaz est donc le plus réduit possible, de même que le diamètre des orifices concernés et de la conduite 25. Dans le cas d'un processus discontinu, qui est préférable en raison de la faible quantité d'huile récupérée dans le piège, la commande peut être effectuée par un dispositif de temporisation ou par un détecteur de niveau d'huile dans le piège 8. La durée de chaque période de réinjection peut être très brève. II est même possible de n'utiliser que des impulsions périodiques, étant entendu qu'il faut éviter une mise en pression du carter d'huile. Le dispositif de transfert décrit en rapport avec la Fig. 2 peut être aisément intégré dans la machine en prévoyant dans la fonderie notamment la conduite de liaison pour le transfert de l'huile récupérée dans le piège à huile vers la partie supérieure du carter. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour assurer l'étanchéité au lubrifiant de machines de transfert de gaz du type comportant au moins une chambre de compression dite sèche (11), en liaison mécanique, par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement (3), avec un carter (1) contenant des organes mécaniques (2) à lubrifier et une charge de lubrifiant liquide, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (7) agencé pour recueillir le flux de fuite de lubrifiant entre ledit carter et ladite chambre de compression dans un volume tampon (8), ce volume étant relié audit carter (1) par l'intermédiaire d'un dispositif de transfert de lubrifiant (12,22) depuis le volume tampon vers ledit carter. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de transfert de lubrifiant (12, 22) est agencé pour être actionné de façon périodique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (12, 22) est piloté par un dispositif de temporisation. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (12, 22) est piloté par l'action d'un détecteur de niveau de lubrifiant dans le volume tampon. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (12) comporte un dispositif de pompage (13-15) relié, par l'intermédiaire de dispositifs anti-retour (19, 18) , respectivement au volume tampon (8) et audit carter (1). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de pompage (13-15) est un dispositif à piston plongeant (13) et les dispositifs anti-retour (18, 19) sont agencés de façon que, lors du mouvement du piston (13) dans un premier sens, une certaine quantité de lubrifiant provenant du volume tampon (8) est aspirée vers le dispositif de pompage (13-15) et que lors du mouvement du piston (13) dans le sens opposé, ce lubrifiant est refoulé et injecté dans ledit carter (1). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston plongeant (13) est actionné, dans un sens, par un gaz ou un liquide moteur (via 20) et, dans le sens opposé, par un ressort de rappel (14). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston plongeant (13) est actionné par un dispositif à électro-aimant. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (22) comporte un dispositif d'injection (24) de gaz comprimé dans une conduite (25) reliant une partie inférieure (21) du volume tampon à une partie supérieure dudit carter (1), de manière à transporter le lubrifiant de fuite en mélange avec le flux de ce gaz vers une partie (26) du carter située au dessus du niveau de la charge d'huile qu'il contient. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de filtration (27) disposé à la partie supérieure du carter pour filtrer le gaz ayant servi au transport. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une canalisation reliant la sortie (30) du dispositif de filtration (27) à une conduite de refoulement de la machine. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de filtration (27) est muni d'une soupape de tarage (31, 32) agencée pour s'ouvrir en cas de surpression. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume tampon (8) est refroidi de façon à obtenir une condensation des vapeurs d'huile. 14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de transfert de lubrifiant est intégré dans la machine.