Brevet FR3082569A1 — publié le 20191220

MOTOCOMPRESSEUR INTEGRE COMPORTANT UN CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT ET UN SYSTEME DE DEPRESSURISATION CONFIGURE POUR REDUIRE LA PRESSION DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT Le domaine de l'invention concerne les groupes motocompresseurs intégrés pour le traitement d'un fluide de travail et plus particulièrement un groupe motocompresseur intégré comprenant un circuit de refroidissement. Globalement, un groupe motocompresseur comporte un compresseur centrifuge et un moteur intégrés dans un carter commun. Un compresseur centrifuge à multiples étages de compression comprend globalement une pluralité d'ailettes supportées par un arbre mené accouplé avec un rotor entraîné par un moteur ou une turbine afin de générer un flux de gaz de travail comprimé. Il faut que l'arbre servant à entraîner directement un tel compresseur centrifuge tourne à des vitesses relativement grandes pour qu'il produise de la chaleur. En outre, le fonctionnement à grande vitesse du motocompresseur accroît les pertes par frottement de tourbillonnement résultant du fonctionnement d'organes dans du gaz sous pression. Si cette chaleur n'est pas convenablement dissipée, elle risque de nuire aux performances du moteur, ainsi que d'endommager l'isolation électrique du stator. Des températures accrues risquent également de nuire aux systèmes de paliers de rotor du compresseur et du moteur, ce qui conduit à un endommagement et/ou une défaillance de paliers. Dans le but de réguler la chaleur et de refroidir un tel groupe motocompresseur intégré, une solution connue consiste à utiliser un circuit de refroidissement qui peut être un circuit de refroidissement en boucle ouverte ou un circuit de refroidissement en boucle quasi fermée dans lequel un gaz est extrait du courant de process à un certain stade 2 du processus de compression. Le gaz de process est ensuite amené à circuler dans le moteur et les paliers pour absorber de la chaleur. Par exemple, seule une petite quantité de gaz de process est introduite dans le circuit de refroidissement à partir du courant de 5 process. Le gaz de refroidissement peut être entraîné par une différence de pression entre la source du gaz de refroidissement et l'endroit jusqu'auquel le gaz peut passer. Selon une autre possibilité, une solution connue consiste à utiliser une soufflerie située en amont de la boucle de refroidissement 10 pour faire circuler le gaz de refroidissement dans ledit circuit de refroidissement et ainsi améliorer le rendement de compression de la soufflante. Cependant, cette solution amplifie fortement les pertes par tourbillonnement, surtout si la machine fonctionne à haute pression. On pourra consulter le document US-9 200 643 - B2 qui décrit 15 un système pour refroidir un motocompresseur à circuit de refroidissement en boucle fermée. Cependant, le moteur est isolé du gaz de compresseur traité par un joint à gaz secs ou des bagues de carbone afin d'éviter une contamination, ce qui accroît l'entretien des joints. 20 Un avantage offert par des formes de réalisation du groupe motocompresseur intégré décrit ici consiste en une réduction des pertes par tourbillonnement. En effet, le moteur à grande vitesse, les accouplements et les paliers magnétiques étant immergés dans le gaz de travail, les pertes 25 par tourbillonnement peuvent être très élevées, surtout pour des compresseurs à forte pression d'aspiration. Par conséquent, il est proposé un système dépressurisation pour un groupe motocompresseur intégré comportant un moteur et un compresseur. Le système de dépressurisation est configuré pour 30 dépressuriser le moteur. Il est également proposé un groupe motocompresseur intégré pour le traitement d'un fluide de travail, par exemple tel qu'un gaz, comportant un moteur et un compresseur accouplés avec ledit moteur par l'intermédiaire d'un arbre rotatif et montés dans un unique carter commun, un fluide de refroidissement étant amené à circuler dans l'ensemble dudit carter dans un circuit de refroidissement. Le groupe motocompresseur intégré comporte un système de dépressurisation configuré pour dépressuriser le moteur. 5 Le système de dépressurisation est donc configuré pour réduire la pression du fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement. Un tel système de dépressurisation crée une forte chute de pression, d'au moins 10 bars. Ainsi, le rendement du moteur est lo nettement amélioré. Selon une forme de réalisation, le système de dépressurisation comprend un dispositif de détente, par exemple en amont du circuit de refroidissement, et un compresseur auxiliaire, par exemple en aval du circuit de refroidissement, configuré pour rétablir la pression 15 d'aspiration. Le dispositif de détente peut, par exemple, être une vanne de détente configurée pour recevoir le fluide de travail via une entrée d'aspiration de compresseur principal du compresseur et transmettre au circuit de refroidissement le fluide détendu, et le compresseur zo auxiliaire peut être configuré pour recevoir le fluide de refroidissement après avoir refroidi notablement le moteur et/ou les paliers et pour comprimer le fluide de refroidissement. Selon une autre forme de réalisation, le dispositif de détente est une roue de détente. 25 La roue de détente peut être montée à l'extrémité de l'arbre de moteur et le compresseur auxiliaire peut être monté à l'extrémité de l'arbre de compresseur. Selon une autre possibilité, la roue de détente peut être montée à l'extrémité de l'arbre de compresseur, entre des paliers ou sur un 31) turbodétendeur spécifique. Selon une autre possibilité, le compresseur auxiliaire peut être monté à l'extrémité de l'arbre de moteur, entre des paliers, sur un turbodétendeur spécifique ou sur un compresseur spécifique. Selon une autre forme de réalisation, la détente du fluide de travail est provoquée par des fuites intentionnelles depuis le compresseur, lesquelles sont comprimées par le compresseur auxiliaire. Autrement dit, des fuites de gaz calibrées à l'extrémité du 5 compresseur servent à générer le flux de refroidissement. Le système de dépressurisation peut également comprendre un refroidisseur monté sur le circuit de refroidissement. Le compresseur auxiliaire peut être monté à l'extrémité de l'arbre de moteur. 10 Selon une autre forme de réalisation, le système de dépressurisation comprend un dispositif de soufflerie monté en amont du compresseur et configuré pour faire circuler le fluide de refroidissement dans un circuit de refroidissement en boucle fermée. Par exemple, le système de dépressurisation comprend en outre 15 un compresseur auxiliaire de dépressurisation configuré pour compenser les fuites de gaz du compresseur. Le système de dépressurisation peut également comprendre un refroidisseur monté sur le circuit de refroidissement en amont ou en aval du dispositif de soufflerie. 20 Par exemple, l'arbre rotatif est supporté à chaque extrémité par au moins un palier. L'arbre rotatif peut comprendre une section motrice et la section menée respectivement supportées à chaque extrémité par un ou plusieurs paliers radiaux. 25 A titre d'exemple nullement limitatif, quatre jeux de paliers radiaux sont prévus. Les paliers peuvent être supportés directement ou indirectement par le carter. Par exemple, l'arbre s'étend sur sensiblement toute la longueur du carter et comprend une section motrice accouplée avec le moteur et 30 une section menée accouplée avec le compresseur. La section motrice et la section menée de l'arbre rotatif peuvent être reliées par l'intermédiaire d'un accouplement comme, par exemple, un accouplement flexible ou rigide. 5 Le moteur peut être un moteur électrique tel qu'un moteur électrique à aimants permanents ayant des aimants permanents montés sur le rotor et un stator. Selon une autre possibilité, d'autres types de moteurs électriques comme, par exemple, des moteurs à courant 5 continu synchrones, à induction, à balais, etc. peuvent être utilisés. Le compresseur peut être un compresseur centrifuge multi-étagé avec un ou plusieurs étages d'ailettes de compresseur. Dans un mode de fonctionnement du groupe motocompresseur intégré, le moteur fait tourner l'arbre et, de ce fait, entraîne le 10 compresseur. Un gaz de process à comprimer est introduit via une entrée principale d'aspiration du compresseur ménagée dans le carter. Ensuite, le compresseur comprime le gaz de process passant par des étages successifs d'ailettes pour ainsi produire un gaz de process comprimé. Ensuite, le gaz de process comprimé sort du compresseur 15 par une sortie de refoulement de gaz de process ménagée dans le carter. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : la Figure 1 représente très schématiquement un groupe 20 motocompresseur intégré selon une première forme de réalisation de l'invention ; la Figure 2 représente très schématiquement un groupe motocompresseur intégré selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ; 25 la Figure 3 représente très schématiquement un groupe motocompresseur intégré selon une troisième forme de réalisation de l'invention ; et la Figure 4 représente très schématiquement un groupe motocompresseur intégré selon une quatrième forme de réalisation de 30 l'invention. Les Figures représentent très schématiquement un groupe motocompresseur intégré 10 configuré pour traiter un fluide de travail tel qu'un gaz. Le groupe motocompresseur intégré 10 comporte un moteur 12 et un compresseur 14 accouplé avec ledit moteur 12 par 6 l'intermédiaire d'un arbre rotatif 16, montés dans un unique carter commun 18 configuré pour faire circuler un fluide de refroidissement dans un circuit de refroidissement 27. Le groupe motocompresseur intégré 10 comprend en outre un 5 système de dépressurisation 30 configuré pour dé-pressurer le moteur 12 and ainsi réduire la pression du fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement 27. Un tel système de dépressurisation 30 crée une chute de pression significative d'au moins 10 bars. L'efficacité du moteur 12 est 10 ainsi significativement améliorée. L'arbre s'étend sur sensiblement toute la longueur du carter 18 et comprend une section motrice 17 accouplée avec le moteur 12 et une section menée 19 accouplée avec le compresseur 14. La section motrice 17 et la section menée 19 de l'arbre rotatif 16 sont reliées, par 15 exemple, par un accouplement flexible ou rigide 20. Tel qu'illustré, la section motrice 17 et la section menée 19 sont respectivement supportées à chaque extrémité par un ou plusieurs paliers radiaux 22. A titre d'exemple nullement limitatif, quatre jeux de paliers radiaux 22 sont représentés. Les paliers 22 peuvent être 20 supportés directement ou indirectement par le carter 18. Le moteur 12 peut être un moteur électrique tel qu'un moteur à aimants permanents ayant des aimants permanents montés sur le rotor (non représentés sur la figure) et un stator (non représenté sur la Figure). Selon d'autres possibilités, d'autres types de moteurs 25 électriques comme, par exemple, des moteurs à courant continu synchrones, à induction, à balais, etc. peuvent être utilisés. Le compresseur 14 peut être un compresseur centrifuge multiétagé avec un ou plusieurs étages d'ailettes de compresseur (non représentés). 30 Afin de refroidir ou de réguler d'une autre manière la température du moteur 12 et des paliers 22, un gaz de refroidissement est amené à circuler dans l'ensemble du carter 18 dans le circuit de refroidissement 27 ayant des conduites de refroidissement 28 et des conduites chaudes 29. Le système de dépressurisation 30 comprend un dispositif de détente 32 en amont du circuit de refroidissement 27 et un compresseur auxiliaire en aval du circuit de refroidissement 27, configuré pour rétablir la pression d'aspiration. 5 Selon un premier mode de réalisation du système de dépressurisation 30 est représentée sur la Figure 1. Dans cette forme de réalisation, le dispositif de détente 32 est un détendeur pour refroidissement recevant du gaz de process via l'entrée d'aspiration 24 du compresseur principal et transmettant au circuit de refroidissement 10 27 le gaz de process détendu refroidi. Le compresseur auxiliaire 34 reçoit le fluide de refroidissement après avoir refroidi les paliers 22 et le moteur 12 et comprime celui-ci avant de le transmettre à l'entrée d'aspiration 24 du compresseur principal. Le mode de réalisation de la Figure 2, sur laquelle les éléments 15 identiques sont désignés par les mêmes repères, diffère de la forme de réalisation de la Figure 1 par la structure du dispositif de détente 32. Dans la présente forme de réalisation, le dispositif de détente 32 est une roue de détente montée à l'extrémité de l'arbre de moteur. Selon une autre possibilité, la roue de détente peut être montée à l'extrémité 20 de l'arbre de compresseur, entre des paliers ou sur un turbodétendeur spécifique. Dans la présente forme de réalisation, le compresseur auxiliaire 34 est monté à l'extrémité de l'arbre de compresseur. Selon une autre possibilité, le compresseur auxiliaire 34 peut être monté à l'extrémité de l'arbre de moteur, entre des paliers, sur un 25 turbodétendeur spécifique ou sur un compresseur spécifique. Le mode de réalisation de la Figure 3, sur laquelle les éléments identiques sont désignés par les mêmes repères, diffère de la forme de réalisation de la Figure 1 par la structure du dispositif de détente 32. Dans la présente forme de réalisation, la détente est créée par des 30 fuites intentionnelles du compresseur 14 qui sont comprimées par le compresseur auxiliaire 34. Autrement dit, des fuites de gaz calibrées à l'extrémité du compresseur 14 servent à générer le flux de refroidissement. Dans la présente forme de réalisation, et à titre 8 d'exemple nullement limitatif, le compresseur auxiliaire 34 est monté à l'extrémité de l'arbre de moteur. Le mode de réalisation de la Figure 4, sur laquelle les éléments identiques sont désignés par les mêmes repères, diffère de la forme de 5 réalisation de la Figure 1 par la structure du dispositif de dépressurisation 30. Dans la présente forme de réalisation, le système de dépressurisation 30 comprend un dispositif de soufflerie 36 monté en amont du compresseur 14 et configuré pour faire circuler le fluide de refroidissement dans un circuit de refroidissement en boucle fermée 10 27. Le système de dépressurisation 30 comprend en outre un compresseur auxiliaire de dépressurisation 34 configuré pour compenser les fuites de gaz du compresseur principal. Le système de dépressurisation 30 comprend aussi un refroidisseur 38 monté sur le circuit de refroidissement 27 en aval du dispositif de soufflerie 36. 15 Le compresseur auxiliaire de dépressurisation 34 peut être un compresseur basse pression ou un équipement spécifique. Selon un mode de fonctionnement du groupe motocompresseur intégré 10, le moteur 12 entraine en rotation l'arbre 16 et entraîne ainsi le compresseur 14. Un gaz de travail à comprimer est introduit via une 20 entrée d'aspiration 24 du compresseur principal ménagée dans le carter commun 18. Le compresseur 14 comprime ensuite le gaz de travail passant par des étages successifs d'ailettes pour produire de la sorte un gaz de travail comprimé. Le gaz de travail comprimé sort ensuite du compresseur 14 via une sortie de refoulement 26 ménagée dans le 25 carter 18. Grâce au système de dépressurisation selon l'invention, les pertes par frottement de tourbillonnement sont réduites dans le groupe motocompresseur intégré, en, particulier dans des compresseurs à forte pression d'aspiration. REVENDICATIONS1. Système de dépressurisation (30) pour un groupe motocompresseur intégré (10) comprenant un moteur (12) et un compresseur (14) accouplé avec ledit moteur (12), dans lequel le système de dépressurisation (30) est configuré pour dépressuriser le moteur (12). 2. Système de dépressurisation (30) selon la revendication 1, comprenant un dispositif de détente (32) et un compresseur auxiliaire (34) configuré pour rétablir la pression d'aspiration. 3. Système de dépressurisation (30) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de détente (32) est une vanne de détente configurée pour recevoir le fluide de travail via une entrée d'aspiration (24) de compresseur principal du compresseur (14) et pour transmettre au circuit de refroidissement (27) le fluide détendu, et dans lequel le compresseur auxiliaire (34) est configuré pour recevoir le fluide de refroidissement après avoir refroidi le moteur (12) et pour comprimer le fluide de refroidissement. 4. Système de dépressurisation (30) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de détente (32) est une roue de détente. 5. Système de dépressurisation (30) selon la revendication 2, comprenant un refroidisseur monté sur le circuit de refroidissement (27). 6. Système de dépressurisation (30) selon la revendication 1, comprenant un dispositif de soufflerie (36). 7. Système de dépressurisation (30) selon la revendication 6, comprenant un compresseur auxiliaire de dépressurisation (34) configuré pour compenser les fuites de gaz du compresseur. 8. Groupe motocompresseur intégré (10) comportant un moteur (12) et un compresseur (14) accouplé avec ledit moteur (12) par l'intermédiaire d'un arbre rotatif (16), montés dans un unique carter commun (18) configuré pour faire circuler un fluide de refroidissement dans un circuit de refroidissement (27), le groupe motocompresseur 10 intégré (10) comprenant un système de dépressurisation (30) configuré pour dépressuriser le moteur (12). 9. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 8, dans lequel le système de dépressurisation (30) comprend un 5 dispositif de détente (32) et un compresseur auxiliaire (34) configuré pour rétablir la pression d'aspiration. 10. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de détente (32) est une vanne de détente configurée pour recevoir le fluide de travail via une entrée 10 d'aspiration (24) de compresseur principal du compresseur (14) et pour transmettre au circuit de refroidissement (27) le fluide détendu, et dans lequel le compresseur auxiliaire (34) est configuré pour recevoir le fluide de refroidissement après avoir refroidi le moteur (12) et pour comprimer le fluide de refroidissement. 15 11. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de détente (32) est une roue de détente. 12. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 11, dans lequel la roue de détente (32) est montée à 20 l'extrémité de l'arbre de moteur et le compresseur auxiliaire (34) est monté à l'extrémité de l'arbre de compresseur. 13. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 9, dans lequel la détente du fluide de travail est créée par des fuites intentionnelles du compresseur (14) qui sont comprimées par 25 le compresseur auxiliaire (34). 14. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 13, dans lequel le système de dépressurisation (30) comprend en outre un refroidisseur monté sur le circuit de refroidissement (27). 30 15. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 8, dans lequel le système de dépressurisation (30) comprend un dispositif de soufflerie (36) monté en amont du compresseur (14) et configuré pour faire circuler le fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement (27) en boucle fermée. 16. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 15, dans lequel le système de dépressurisation (30) 5 comprend en outre un compresseur auxiliaire de dépressurisation (34) configuré pour compenser les fuites de gaz du compresseur. 17. Groupe motocompresseur intégré (10) selon la revendication 15 ou 16, dans lequel le système de dépressurisation (30) comprend aussi un refroidisseur (38) monté sur le circuit de refroidissement (27) en aval ou en amont du dispositif de soufflerie (36). 18. Groupe motocompresseur intégré (10) selon l'une quelconque des revendications 8 à 17, dans lequel l'arbre rotatif (16) est supporté à chaque extrémité par au moins un palier (22). 10 15