Brevet FR3096728A1 — publié le 20201204

Description Titre de l'invention : Cartouche de compresseur, motocompresseur et procédé d'assemblage d'un tel motocompresseur [0001] Les modes de réalisation de la présente invention concernent de manière générale les unités de motocompresseurs, et plus particulièrement le couplage d'un groupe com- presseur et d'un carter de moteur d'un compresseur intégré en ligne (« ICL »). [0002] Les modes de réalisation de la présente invention concernent également un procédé d'assemblage d'une telle unité de motocompresseur. [0003] Généralement, une unité de motocompresseur comprend un groupe compresseur monté dans un carter de compresseur cylindrique et un carter de moteur cylindrique. [0004] Pour assembler l'unité dc motocompresseur, le carter de compresseur et le carter dc moteur sont fixés l'un à l'autre en formant une enceinte hermétique par rapport à un gaz à comprimer. [0005] Ensuite, un dispositif d'accouplement est monté dans l'enceinte pour relier l'un à l'autre un arbre de moteur et un arbre du groupe compresseur. [0006] Lors de la fixation des deux carters, généralement au moins un petit orifice d'accès est prévu dans le carter dc compresseur, cet orifice étant dimensionné de manière à permettre à un opérateur de connecter chaque arbre au dispositif d'accouplement en passant par l'orifice d'accès, et il est dimensionné pour résister aux hautes pressions créées dans l'enceinte dc ICL. [0007] Après l'accouplement des deux arbres, l'orifice d'accès est fermé de manière hermétique avec une trappe afin que le gaz comprimé ne puisse pas s'échapper à l'extérieur du carter de compresseur. [0008] La trappe est massive pour résister aux hautes pressions. [0009] L'orifice d'accès est aussi utilisé pour l'accès de maintenance. [0010] Une solution couramment employée pour étancher la trappe est de doter le carter dc compresseur d'un plan, l'orifice d'accès étant localisé sur le plan afin que les joints d'étanchéité dc la trappe soient plans. [0011] Toutefois, la création d'un plan sur un cylindre réduit le volume du carter de com- presseur. [0012] Pour les unités de compresseur comprenant un carter de compresseur présentant un petit diamètre extérieur, la taille de l'office d'accès peut ne pas être suffisamment grande pour réaliser l'accouplement des deux arbres à travers l'orifice d'accès. [0013] Le document US 2010/0044966 décrit une unité de motocompresseur comprenant un carter de compresseur et un carter de moteur reliés ensemble par un accouplement comportant des orifices d'accès. 2 [0014] L'unité de motocompresseur comprend en outre une protection d'accouplement comprenant des éléments d'étanchéité et montée sur deux glissières, de sorte que la protection d'accouplement coulisse et forme une surface d'étanchéité sur l'accouplement. [0015] Cependant, la protection d'accouplement et les glissières sont des pièces massives et volumineuses. [0016] De plus, le coulissement de la protection d'accouplement détériore les éléments d'étanchéité qui frottent sur le carter de moteur. [0017] Il existe un besoin pour éviter au moins une partie des inconvénients susmentionnés, notamment en supprimant les trappes qui ferment les orifices d'accès de l'accouplement. [0018] Selon un aspect, il est proposé un groupe compresseur pour unité de motocom- presseur. [0019] Le groupe compresseur peut comporter au moins un dispositif de fixation configure pour fixer le groupe compresseur à un carter de moteur de l'unité de motocompresseur, et il peut comporter aussi au moins une ouverture dimensionnée pour permettre d'accoupler un rotor de moteur et un rotor de compresseur à travers ladite au moins une ouverture. [0020] Selon un autre aspect, il est proposé une unité de motocompresseur. [0021] L'unité de motocompresseur peut comprendre : [0022] - un groupe compresseur tel que défini ci-dessus ; et [0023] - un carter de moteur, ledit au moins un dispositif de fixation fixant le groupe com- presseur et le carter moteur l'un à l'autre. [0024] De manière avantageuse, ledit au moins un dispositif de fixation est au moins un dispositif de fixation amovible. [0025] L'unité de motocompresseur peut comprendre en outre un carter de compresseur, le groupe compresseur étant monté dans le carter de compresseur fixé au carter de moteur, le carter de moteur et le carter de compresseur formant une enceinte étanche par rapport à un gaz à comprimer. [0026] De manière avantageuse, le groupe compresseur est fixé dans le carter de com- presseur par au moins un dispositif de fixation amovible. [0027] Selon un aspect, il est proposé un procédé d'assemblage d'une unité de motocom- presseur. [0028] Le procédé peut comprendre les étapes suivantes : [0029] - fixer un groupe compresseur à un carter de moteur ; et [0030] - accoupler à travers au moins une ouverture du groupe compresseur un rotor de moteur et un rotor de groupe compresseur. [0031] Un dispositif d'accouplement peut être connecté à un rotor parmi le rotor de moteur 3 et le rotor de compresseur, l'étape d'accouplement comprenant la connexion du dispositif d'accouplement sur l'autre rotor. [0032] Le procédé peut comprendre en outre les étapes suivantes : [0033] - insérer le groupe compresseur dans un carter de compresseur ; et [0034] - fixer le groupe compresseur dans le carter de compresseur, le carter de moteur et le carter de compresseur formant une enceinte étanche par rapport à un gaz à comprimer. [0035] Le groupe compresseur et le carter de moteur peuvent être fixés l'un à l'autre par au moins un dispositif de fixation amovible. [0036] Le groupe compresseur peut en outre être fixé dans le carter de compresseur par au moins un dispositif de fixation amovible. [0037] Le procédé peut en outre comprendre la réalisation d'au moins une connexion électrique ou mécanique à travers ladite au moins une ouverture. [0038] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes dc réalisation, en aucun cas restrictive, et des dessins annexés dans lesquels : [0039] [fig.1] représente un mode de réalisation d'une unité de motocompresseur ; [0040] [fig.2] représente l'unité de motocornpresscur sans le carter de compresseur ; [0041] [fig.3] est une vue du groupe compresseur ; [0042] [fig.4] représente une coupe longitudinale dc l'unité de motocompresseur ; et [0043] [fig.5] représente un exemple d'un procédé d'assemblage de l'unité de motocom- presseur. [0044] Les modes de réalisation décrits dans la présente sont destinés à fixer une unité de groupe compresseur et un carter de moteur de telle manière que la connexion d'un rotor de moteur et d'un rotor de groupe compresseur est réalisée avant l'insertion de l'unité de groupe compresseur dans un carter de compresseur, le carter de moteur, l'unité de groupe compresseur et le carter de moteur formant le motocompresseur. [0045] Les orifices d'accès et les trappes habituellement utilisés pour relier le rotor de moteur et le rotor de groupe compresseur sont supprimés, ce qui réduit le poids de l'unité de motocompresseur, améliore l'intégrité d'étanchéité de l'enceinte de moto-compresseur et évite la réduction du volume intérieur de l'enceinte. [0046] En outre, l'utilisation de dispositifs de fixation amovibles pour fixer le groupe com- presseur sur le carter de compresseur et pour fixer le carter de moteur sur le carter de compresseur permet d'extraire facilement le groupe compresseur du carter de compresseur. [0047] De plus, l'utilisation de dispositifs de fixation amovibles pour fixer le groupe com- presseur sur le carter de compresseur permet de démonter facilement le groupe compresseur et le carter de moteur quand le groupe compresseur se trouve à l'extérieur du carter de compresseur. [0048] En référence à la figure 1, un mode de réalisation d'une unité de motocompresseur 1 est représenté, comprenant un carter de compresseur 2, un carter de moteur 3 et un axe central A qui se confond avec un axe de rotation de l'unité de motocompresscur. [0049] Les carters 2 et 3 sont cylindriques. [0050] Dans un autre mode de réalisation, les carters 2 et 3 peuvent avoir une autre forme, par exemple une forme carrée. [0051] Le carter de compresseur 2 peut comprendre une première bride 4 et une deuxième bride 5, qui sont configurées pour être connectées à un moyen de traitement de gaz (non représenté). [0052] De manière illustrative, la figure 1 représente la première bride 4 connectée à un tuyau d'arrivée de gaz et la deuxième bride 5 connectée à un tuyau de sortie de gaz. [0053] Le tuyau d'arrivée de gaz fournit un gaz destiné à être comprimé par l'unité de moto- compresseur 1. [0054] Les brides 4 et 5 sont disposées perpendiculairement à l'axe A. [0055] Dans un autre mode de réalisation, le carter de compresseur 2 peut avoir plus de deux brides, par exemple le carter de compresseur 2 peut avoir une bride d'entrée et deux brides de sortie. [0056] Un groupe compresseur 6 est monté dans le carter de compresseur 2. [0057] Le groupe compresseur 6 peut être fixé dans le carter de compresseur 2 par au moins un premier dispositif de fixation amovible 40, par exemple un ensemble à vis et filet, de sorte que le groupe compresseur 6 peut être facilement démonté du carter de compresseur 2. [0058] Dans un autre mode de réalisation, le groupe compresseur 6 est fixé dans le carter de compresseur 2 sans utiliser de dispositif de fixation amovible. Par exemple, les deux carters peuvent être soudés l'un à l'autre. [0059] Des deuxièmes dispositifs de fixation 7 fixent le carter de compresseur 2 et un carter de moteur 3 l'un à l'autre. [0060] Les deuxièmes dispositifs de fixation 7 sont par exemple des dispositifs de fixation amovibles comprenant des vis 8 montées dans des filets 9 situés dans le carter de compresseur 2. [0061] Le carter de moteur et le carter de compresseur forment une enceinte étanche par rapport au gaz à comprimer. [0062] La figure 2 représente l'unité de motocompresseur 1 quand le carter de compresseur 2 est démonté. [0063] Le groupe compresseur 6 comprend en outre une entrée de groupe compresseur 10 et une sortie de groupe compresseur 11 qui coopèrent respectivement avec la première bride 4 et la deuxième bride 5 de telle manière que le gaz circule dans le groupe compresseur 6. [0064] Des troisièmes dispositifs de fixation 12 fixent le carter de moteur 3 et le groupe compresseur 6 l'un à l'autre. [0065] Les troisièmes dispositifs de fixation 12 sont des dispositifs de fixation amovibles comprenant par exemple des ensembles à vis et filet. [0066] Dans un autre mode de réalisation, les troisièmes dispositifs de fixation 12 ne com- prennent pas de moyen de fixation amovible. Par exemple, le carter de moteur 3 et le groupe compresseur 6 sont soudés l'un à l'autre. [0067] Le groupe compresseur comprend en outre des ouvertures 13 dimensionnées pour réaliser l'accouplement d'un rotor de moteur 14 du carter de moteur 3 et d'un rotor de compresseur 15 du groupe compresseur 6 à travers les ouvertures 13. [0068] Un dispositif d'accouplement 16 relie les deux rotors 14 et 15 l'un à l'autre. [0069] Le dispositif d'accouplement 16 peut être un dispositif d'accouplement flexible pour désaccoupler les deux rotors 14 et 15. [0070] Les ouvertures 13 sont en outre utilisées pour réaliser des connexions électriques ou mécaniques à travers les ouvertures 11, par exemple pour raccorder des fils électriques 17, 18 et 19 à un circuit de commande 20 (représenté sur la figure 4). [0071] La figure 3 représente une vue du groupe compresseur 6 suivant la direction III-HI de la figure 2. [0072] Le groupe compresseur 6 comprend trois ouvertures 13 disposées de façon régulière sur une périphérie extérieure du groupe compresseur 6. [0073] Selon un autre mode de réalisation, le groupe compresseur 6 comprend au moins une ouverture ou plus d'ouvertures disposées de manière irrégulière sur une périphérie extérieure du groupe compresseur 6, les ouvertures ayant la même forme ou des formes différentes. [0074] La figure 4 représente une coupe longitudinale de l'unité de motocompresseur 1. [0075] Le carter de moteur 3 comporte un moteur 21 qui comprend le rotor 14. [0076] Le moteur 21 peut être un moteur électrique comme un moteur à aimants permanents ayant des aimants permanents montés sur le rotor et un stator. En variante, d'autres types de moteurs électriques peuvent être utilisés, comme par exemple des moteurs synchrones, à induction, ou à courant continu à balais. [0077] Le fil 18 relie le moteur 21 au circuit de commande 20. [0078] Le rotor de moteur 14 comprend un arbre de moteur 14a supporté à rotation dans le carter de moteur 3 par deux paliers 22, 23. [0079] Le groupe compresseur 6 comprend une section de compression comprenant quatre roues de compression 24, 25, 26, 27 montées sur un arbre de compresseur 15a, les roues de compression et l'arbre de compresseur 15a formant le rotor 15. [0080] L'arbre de compresseur 15a est supporté à rotation dans le groupe compresseur 6 par deux paliers 28, 29. 6 [0081] Les paliers 22, 23, 28 et 29 sont des paliers magnétiques actifs, les paliers 22 et 23 étant reliés au circuit de commande 20 par le fil 19 et les paliers 28 et 29 étant reliés au circuit de commande 20 par le fil 17. [0082] Le circuit de commande 20 est configure pour commander les paliers 22, 23, 28 et 29, et le moteur 21. Le circuit de commande 20 comprend par exemple un microprocesseur. [0083] En variante, les paliers 22, 23, 28 et 29 peuvent être des paliers hydrodynamiques. [0084] Dans un autre mode de réalisation, le groupe compresseur 6 peut comprendre plus d'une section de compression, chaque section comprenant au moins une roue de compression. [0085] Dans un autre mode de réalisation, le carter de moteur 3 et le groupe compresseur 6 comprennent plus ou moins de deux paliers. [0086] En référence maintenant aux figures 1, 2, 3 et 4, un cycle de fonctionnement complet du compresseur est décrit. [0087] Dans un mode de fonctionnement de l'unité de motocompresseur 1, le moteur 21 met en rotation le rotor de moteur 14 et entraîne ainsi l'arbre de compresseur 15a. Un gaz de processus à comprimer est introduit via la première bride 4 placée dans le carter de compresseur 2. L'unité de motocompresseur 1 comprime ensuite le gaz de processus à travers les roues de compression 24, 25, 26, 27 pour produire de ce fait un gaz de processus comprimé. Le gaz de processus comprimé sort ensuite de l'unité de moto-compresseur 1 via la deuxième bride 5 placée dans le carter de compresseur 2. [0088] La figure 5 représente un exemple d'un procédé d'assemblage de l'unité de moto- compresseur 1. [0089] On suppose qu'une première extrémité du dispositif d'accouplement 16 est connectée à l'arbre de moteur 14a et qu'une extrémité des fils 18, 17 et 19 est reliée au moteur 21, aux paliers 22 et 23, et aux paliers 28 et 29. [0090] A l'étape 30, le carter de moteur 3 et le groupe compresseur 6 sont fixés l'un à l'autre en utilisant les troisièmes dispositifs de fixation 12. [0091] Ensuite, à l'étape 31, on accouple le rotor de moteur 14 et le rotor de compresseur 15 l'un à l'autre. La deuxième extrémité du dispositif d'accouplement 16 est connectée à l'arbre de compresseur 15a, un axe central de l'axe 14 et 15 étant aligné avec l'axe A de l'unité de motocompresseur 1. [0092] L'accouplement est réalisé à travers les ouvertures 13. [0093] En outre, l'extrémité libre des fils 17, 18 et 19 est reliée au circuit de commande 20. La connexion des fils 17, 18 et 19 est réalisée à travers les ouvertures 13. [0094] D'autres connexions électriques peuvent être exécutées à travers les ouvertures, par exemple en reliant des capteurs au circuit de commande 20. Des connexions mécaniques peuvent aussi être réalisées à travers les ouvertures 13 à l'étape 32. 7 [0095] Ensuite, à l'étape 32, on insère le groupe compresseur 6 fixé au carter de moteur 3 dans le carter de compresseur 2 et on le fixe dans le carter de compresseur 2 au moyen du premier dispositif de fixation 40. [0096] Le carter de compresseur 2 et le carter de moteur 3 sont ensuite fixés l'un à l'autre au moyen des deuxièmes dispositifs de fixation 7 (étape 33). [0097] La fixation du groupe compresseur 6 au carter de moteur 3, et le fait de doter le groupe compresseur 6 d'au moins une ouverture 13 permettent d'accoupler le rotor de moteur 14 et le rotor de compresseur 15, et de réaliser des connexions électriques ou mécaniques sans utiliser d'orifices d'accès ou de trappes. [0098] La suppression des orifices d'accès et des trappes réduit la niasse du motocom- presseur 1 et améliore l'intégrité d'étanchéité de l'enceinte de motocompresseur. [0099] En outre, le volume intérieur de l'enceinte n'est pas réduit, aucune surface plane n'est nécessaire sur l'enceinte. [0100] L'invention est parfaitement adaptée aux motocompresseurs ayant un petit diamètre extérieur. [0101] Par ailleurs, l'utilisation de premiers 40 et deuxièmes 7 dispositifs de fixation amovibles permet d'extraire facilement le groupe compresseur 6 du carter de compresseur 2, par exemple pour des opérations de maintenance, sans démonter les première et deuxième brides 4, 5 disposées perpendiculairement à l'axe A du moto-compresseur 1. [0102] De plus, l'emploi de troisièmes dispositifs de fixation amovibles 12 permet de démonter facilement le groupe compresseur 6 et le carter de moteur 3 quand le groupe compresseur 6 se trouve à l'extérieur du carter de moteur 4 afin de faciliter les opérations de maintenance. [0103] Différents aspects inventifs de l'invention sont exposés dans les clauses qui suivent, qui peuvent être combinés de n'importe quelle façon appropriée, sauf mention contraire : [0104] A. Groupe compresseur (6) pour unité de motocompresseur (1), le groupe com- presseur comprend au moins un dispositif de fixation (12) configuré pour fixer le groupe compresseur sur un carter de moteur (3) de l'unité de motocompresseur, et comprend aussi au moins une ouverture (13) dimensionnée pour accoupler un rotor de moteur (14) et un rotor de compresseur (15) à travers ladite au moins une ouverture. [0105] B. Unité de motocompresseur (1) comprenant : [0106] - un groupe compresseur (6) selon A ; et [0107] - un carter de moteur (3), ledit au moins un dispositif de fixation (12) fixant le groupe compresseur et le carter de moteur l'un à l'autre. [0108] C. Unité de motocompresseur selon B, dans laquelle ledit au moins un dispositif de fixation (12) est au moins un dispositif de fixation amovible. 8 [0109] D. Unité de motocompresseur selon B ou C, comprenant en outre un carter de com- presseur (2), le groupe compresseur (6) étant monté dans le carter de compresseur fixé au carter de moteur, le carter de moteur et le carter de compresseur formant une enceinte étanche par rapport à un gaz à comprimer. [0110] E. Unité de motocompresscur selon D, dans laquelle le groupe compresseur (6) est fixé dans le carter de compresseur (2) au moyen d'au moins un dispositif de fixation amovible (40). [0111] F. Procédé d'assemblage d'une unité de motocompresseur (1), le procédé comprenant les étapes suivantes : [0112] - fixer un groupe compresseur (6) à un carter de moteur (3) ; et [0113] - accoupler à travers au moins une ouverture (13) du groupe compresseur un rotor de moteur (14) et un rotor de groupe compresseur (15). [0114] G. Procédé selon F, dans lequel un dispositif d'accouplement (16) est connecté à un rotor parmi le rotor de moteur (14) et le rotor de compresseur (15), l'étape d'accouplement comprenant la connexion du dispositif d'accouplement sur l'autre rotor. [0115] H. Procédé selon F ou G, comprenant en outre les étapes suivantes : [0116] - insérer le groupe compresseur (6) dans un carter de compresseur (2) ; et [0117] - fixer le groupe compresseur dans le carter de compresseur, le carter de moteur (3) et le carter de compresseur formant une enceinte étanche par rapport à un gaz à comprimer. [0118] I. Procédé selon l'une quelconque des clauses F, G et H, dans lequel le groupe com- presseur (6) et le carter de moteur (3) sont fixés l'un à l'autre par au moins un dispositif de fixation amovible (12). [0119] J. Procédé selon l'une quelconque des clauses F, G, H et I, dans lequel le groupe compresseur (6) est fixé dans le carter de compresseur (2) par au moins un dispositif de fixation amovible (40). [0120] K. Procédé selon l'une quelconque des clauses F, G, H, I et J, comprenant en outre la réalisation d'au moins une connexion électrique ou mécanique à travers ladite au moins une ouverture (13). 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] REVENDICATIONSGroupe compresseur (6) pour unité de motocompresseur (1), caractérisé en cc que le groupe compresseur comprend au moins un dispositif de fixation (12) configure pour fixer le groupe compresseur sur un carter de moteur (3) de l'unité de motocompresseur, et comprend aussi au moins une ouverture (13) dimensionnée pour accoupler un rotor de moteur (14) et un rotor de compresseur (15) à travers ladite au moins une ouverture. Unité de motocompresseur (1) comprenant : - un groupe compresseur (6) selon la revendication 1 ; et - un carter de moteur (3), ledit au moins un dispositif de fixation (12) fixant le groupe compresseur et le carter de moteur l'un à l'autre. Unité de motocompresseur selon la revendication 2, dans laquelle ledit au moins un dispositif de fixation (12) est au moins un dispositif de fixation amovible. Unité de motocompresseur selon la revendication 2 ou 3, comprenant en outre un carter de compresseur (2), le groupe compresseur (6) étant monté dans le carter de compresseur fixé au carter de moteur, le carter de moteur et le carter de compresseur formant une enceinte étanche par rapport à un gaz à comprimer. Unité de motocompresseur selon la revendication 4, dans laquelle le groupe compresseur (6) est fixé dans le carter de compresseur (2) au moyen d'au moins un dispositif de fixation amovible (40). Procédé d'assemblage d'une unité de motocompresseur (1), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - fixer un groupe compresseur (6) à un carter de moteur (3) ; et - accoupler à travers au moins une ouverture (13) du groupe compresseur un rotor de moteur (14) et un rotor de groupe compresseur (15). Procédé selon la revendication 6, dans lequel un dispositif d'accouplement (16) est connecté à un rotor parmi le rotor de moteur (14) et le rotor de compresseur (15), l'étape d'accouplement comprenant la connexion du dispositif (l'accouplement sur l'autre rotor. Procédé selon la revendication 6 ou 7, comprenant en outre les étapes suivantes : - insérer le groupe compresseur (6) dans un carter de compresseur (2) ; et - fixer le groupe compresseur dans le carter de compresseur, le carter de moteur (3) et le carter de compresseur formant une enceinte étanche par 10 [Revendication 9] rapport à un gaz à comprimer. [Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le groupe compresseur (6) et le carter de moteur (3) sont fixés l'un à l'autre par au moins un dispositif de fixation amovible (12). [Revendication 11] Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le groupe compresseur (6) est fixé dans le carter de compresseur (2) par au moins un dispositif de fixation amovible (40). Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, comprenant en outre la réalisation d'au moins une connexion électrique ou mécanique à travers ladite au moins une ouverture (13).