Brevet FR2896101A1 — publié le 20070713

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des machines tournantes à paliers magnétiques actifs et plus particulièrement à un dispositif de protection des différents éléments de ces machines vis-à-vis de particules solides contenues dans un gaz de refroidissement des paliers magnétiques actifs ou du moteur qui peut leur être associé. Art antérieur Comme toute machine tournante, les machines tournantes à paliers magnétiques actifs comportent des pertes qu'il est indispensable d'évacuer pour permettre un bon fonctionnement de ces machines. En effet et comme il est connu, les paliers magnétiques génèrent des pertes statoriques, rotoriques et aérodynamiques qu'il convient d'évacuer afin de maintenir les différents éléments de la machine à une température acceptable. Or, la seule conduction thermique vers le stator étant insuffisante, il est nécessaire de faire circuler un gaz de refroidissement à l'intérieur des entrefers des paliers magnétiques ou du moteur et/ou le long des bobines du stator. Ce gaz de refroidissement peut être externe ou dérivé du gaz de process traversant la machine. Dans ce dernier cas, le gaz de process pouvant contenir des particules, par exemple dans les installations sous-marines (compresseurs subsea par exemple) où la présence de sable est possible, il convient de filtrer ce gaz pour éviter que ces particules ne viennent accidentellement endommager et/ou rendre hors d'usage des parties sensibles de la machine comme les La lier, magnétiques actifs, les détecteurs associés, les paliers de secours ou encore 1 Isolai ion des bobinages du moteur de la machine. Une solution classique à ce problème de filtrage des particules est décrite dans le brevet US 6,464,469 et, comme l'illustre la figure 2, consiste à placer un filtre 10 dans le circuit du gaz de process pour assurer le refroidissement des parties sensibles de la machine dont le rotor 12 est maintenu en position par des paliers magnétiques, par exemple le palier radial 14 et son détecteur associé 16. Cette solution est toutefois inadaptée aux applications offshores où les équipements peuvent être installés à plus d'un kilomètre sous le niveau de la mer et où un nettoyage régulier du filtre devient alors une opération particulièrement complexe et coûteuse voire impossible. Objet et définition de l'invention La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients afin de garantir le bon fonctionnement de machines tournantes dont le rotor est supporté par des paliers magnétiques actifs afin de prévenir l'accumulation de particules dans les parties sensibles de la machine. Un but de l'invention est de proposer un dispositif sans maintenance 15 particulièrement adapté aux installations sous marines. Ces but sont atteints par un dispositif de filtrage de particules d'une machine tournante traversée par un gaz chargé de particules solides et dont le rotor est supporté sans contact par au moins un palier magnétique actif, caractérisé en ce que, pour protéger desdites particules solides ledit 20 au moins un palier magnétique actif, il comporte des moyens de filtrage centrifuge solidaires dudit rotor et disposés en amont dudit palier magnétique actif à protéger. Cette protection peut aussi concerner le moteur électrique d'entraînement associé à ce palier magnétique actif. Avec cet agencement particulier, il n'est pas nécessaire de recourir 25 à un filtre externe et les paliers magnétiques de la machine sont protégés contre une accumulation de particules. Toute maintenance est évitée et le fni-,choi.neinent de l machine peut être garanti même dans un en /ircnnement sous cia Un collecteur de particules peut être prévu pour recueillir les 30 particules centrifugées et de préférence un système de labyrinthe est disposé entre un bord périphérique desdits moyens de filtrage centrifuge et une partie annulaire en regard du collecteur de particules. Selon le mode de réalisation envisagé, ledit gaz peut être dérivé du gaz de process de ladite machine tournante ou être un gaz de refroidissement indépendant du gaz de process. Avantageusement, ledit collecteur de particules est balayé par ledit 5 gaz de process ou ledit gaz de refroidissement. Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non 10 limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une machine tournante à paliers magnétiques actifs comportant un dispositif de filtrage de particules selon l'invention, et - la figure 2 une vue schématique d'une machine tournante de l'art 15 antérieur mettant en oeuvre un filtre à particules classique. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 est une vue très schématique d'une machine tournante, par exemple un compresseur, à paliers magnétiques actifs intégrant un 20 dispositif de filtrage de particules selon l'invention. Cette machine montre un arbre central ou rotor 20 dont l'entraînement en rotation est assuré par un moteur électrique d'entraînement 18 et qui est supporté sans contact par au moins un palier magnétique actif radial 22 de cette machine. Un détecteur 24 de la position radiale du rotor 20 par rapport à un support 25 vertical 26 est associé comme il est connu au palier magnétique actif radial 22, Enfin, classiquement un palier de secours radial 28 complète la suspension magf îét iDru : ,-)t-ur Dour supporter ce dernier au repos et en cas de défaillance .-)u surcharge du palier magnétique actif radial, les bagues rotoriques de ce palier de secours étant séparées du rotor par un 30 jeu radial dont la valeur est en général de l'ordre de la moitié de celle de l'entrefer des paliers magnétiques radiaux. Bien que non représenté, le maintien vertical du rotor est bien entendu assuré classiquement par des paliers magnétiques axiaux associé à un ou plusieurs détecteurs axiaux et un palier de secours axial auquel la même protection peu être appliquée. Dans certaines applications, notamment sous marines, un gaz corrosif ou chargé de particules solides circule entre le support vertical 26 et le rotor 20 et notamment dans l'entrefer du palier magnétique actif 22 de sorte qu'il peut en résulter un endommagement du palier du fait d'une accumulation ou projection de particules provenant du gaz circulant entre le support vertical et le rotor. Une telle accumulation ou projection de particules peut aussi endommager le détecteur 24 voire le palier de secours 28 et détruire leur fonctionnalité. Plus particulièrement, une telle accumulation ou projection de particules concerne aussi l'intérieur des entrefers du moteur et/ou le long des bobines du stator. Selon l'invention, pour protéger le palier radial 22, le détecteur 24 et le palier auxiliaire 28 des particules véhiculées par le gaz 30 ainsi que le 15 moteur électrique d'entraînement 18 associé à ce palier, il est prévu des moyens de filtrage centrifuge comportant au moins un déflecteur tournant 32 solidaire du rotor 20 et disposé en amont de ces différents éléments par rapport au sens de circulation du gaz (donc coté haute pression des éléments à protéger). Ce détecteur peut avoir une forme variée, 20 dépendant de la vitesse de rotation de la machine, de la nature des particules et du résultat de filtrage souhaité, que l'homme du métier pourra choisir aisément sans faire preuve d'activité inventive. Les particules solides plus lourdes que le gaz et véhiculées par celui-ci sont centrifugées vers l'extérieur par le déflecteur 32 et recueillies 25 dans un collecteur 34, pour être réinjectées dans le gaz de process 36 ou simplement évacuées à l'extérieur de la machine. Dans ce dernier cas, on a avantageusemen' débit de gaz pa-ailMe balayant le collecteur >11ecteur ventilé). Le gaz épuré 38, après passage au travers d'un système de labyrinthe 40 disposé entre un bord périphérique 32A du 30 déflecteur et une partie annulaire en regard du collecteur 34, peut alors pénétrer sans risque dans les éléments sensibles de la machine pour en assurer le refroidissement. Ainsi, avec l'invention, le gaz est filtré à l'intérieur même de la machine. En outre, le recours à ce déflecteur centrifuge augmente la pression en amont de l'élément protégé et facilite ainsi l'écoulement du gaz 30. On notera que si la description se réfère essentiellement à un refroidissement obtenu par dérivation du gaz de process, il est bien entendu que l'invention s'applique également avec un gaz de refroidissement en circuit ouvert, c'est-à-dire indépendant du gaz de process et évacué à l'extérieur. Par exemple, en cas d'utilisation sur un compresseur centrifuge, le gaz de refroidissement peut être dérivé sur un étage de compression intermédiaire puis réinjecté à l'entrée du process auquel cas les particules collectées sont aussi réinjectées à l'entrée du process pour finalement être évacuées par le débit principal du compresseur. 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtrage de particules d'une machine tournante traversée par un gaz (30) chargé de particules solides et dont le rotor (20) est supporté sans contact par au moins un palier magnétique actif (22), caractérisé en ce que, pour protéger desdites particules solides ledit au moins un palier magnétique actif, il comporte des moyens de filtrage centrifuge (32) solidaires dudit rotor et disposés en amont dudit palier magnétique actif à protéger. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtrage centrifuge sont disposés en amont du moteur électrique d'entraînement (18) associé au dit palier magnétique actif. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un collecteur de particules (34) pour recueillir les particules centrifugées. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de labyrinthe (40) disposé entre un bord périphérique (32A) desdits moyens de filtrage centrifuge et une partie annulaire en regard du collecteur de particules. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit gaz est dérivé du gaz de process de ladite machine tournante. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit gaz est un gaz de refroidissement indépendant 25 du gaz de process. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que ledit collecteur de par'*:L, es est vé )ar ledit gaz de process ou ledit gaz de refroidissement.