EP0499504A1 - Machine tournante du type compresseur ou turbine pour la compression ou la détente d'un gaz dangereux - Google Patents
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- EP0499504A1 EP0499504A1 EP92400245A EP92400245A EP0499504A1 EP 0499504 A1 EP0499504 A1 EP 0499504A1 EP 92400245 A EP92400245 A EP 92400245A EP 92400245 A EP92400245 A EP 92400245A EP 0499504 A1 EP0499504 A1 EP 0499504A1
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Definitions
- the invention relates to a rotary machine of the compressor or turbine type for compression or expansion of a dangerous gas, for example toxic or explosive.
- Such machines are used in particular in the chemical industry, for the treatment of natural gas, etc.
- a compressor or a turbine comprises a stator in which is formed an annular gas circulation chamber, a rotor mounted rotating in this chamber, a rotary shaft on which the rotor is fixed and which extends outside the stator through a shaft passage therefrom, and shaft guide and support bearings which are mounted in this stator shaft passage.
- the rotor shaft is connected, outside the stator, to another shaft which is leading in the case of a compressor or driven in the case of a turbine.
- the object of the invention is precisely to solve this problem in a simple, effective and inexpensive manner.
- a rotary machine of the aforementioned type for the compression or the expansion of a dangerous gas, for example toxic or explosive characterized in that it comprises a bell mounted with sealing on the outside of the stator around said shaft passage and delimiting a closed enclosure filled with liquid, means for pressurizing the liquid in this enclosure at a pressure at least equal or slightly higher to the maximum gas in the annular chamber of the stator, liquid sealing means arranged in said shaft passage between the rotor shaft and the stator on the side of said annular gas circulation chamber, these means allowing a very low flow rate of liquid leaking towards the annular chamber of the stator, and means for connecting the rotor shaft to a second shaft outside the stator, these means comprising a rotary magnetic coupling, which may be with permanent magnets, some of which are carried by the rotor shaft inside said bell and the others of which are carried by the second shaft outside the bell.
- a dangerous gas for example toxic or explosive
- the invention therefore makes it possible to ensure the desired seal around the rotor shaft at the crossing of the stator, by countering the leaks of pressurized gas which could occur along this shaft, by a higher pressure of prevailing liquid. outside the stator in a sealed enclosure surrounding the shaft passage.
- the low liquid leakage rate authorized between this shaft passage and the annular gas circulation chamber in the stator prevents rapid wear of the liquid sealing means provided in the shaft passage and guarantees their service life.
- the magnetic coupling ensures torque transmission between the rotor shaft and the shaft outside the stator, without passing through the bell delimiting the sealed enclosure filled with liquid.
- the annular chamber of the stator comprises means for recovering the aforementioned leakage flow rate of the liquid.
- the liquid sealing means comprise a wet mechanical seal, of the type comprising an annular part with a hard surface, integral with the rotor shaft and applied by pressure to a complementary part integral with the stator. .
- Such sealing means are relatively inexpensive and can be used with good efficiency up to rotational speeds of the order of 3000 to 3500 rpm.
- the rotor consists of at least one compressor or peripheral turbine wheel.
- Peripheral compressors and turbines are well known in the art for their high efficiency at medium speed, of the order of 3000 revolutions per minute.
- the machine according to the invention is remarkably homogeneous, its essential components (the magnetic coupling, the wet mechanical seal and the compressor or peripheral impeller) having optimum operating speeds which are of the same order.
- the means for pressurizing the liquid inside said bell comprise a pressure intensifier, one inlet of which is connected by a pressure tap to the annular chamber of the stator, and the outlet of which is connected to the enclosure delimited by said bell.
- This pressure booster can be adjusted to a ratio slightly higher than 1 (for example 1.1), to guarantee that the pressure of the liquid in the bell will always be slightly higher than that of the gas in the annular chamber of the stator, despite possible variations in this gas pressure.
- these means for pressurizing the liquid form part of a closed liquid circuit, comprising a circulation pump, a heat exchanger for cooling the liquid and liquid passages opening respectively inside said bell and in the stator shaft passage.
- the stator comprises an intermediate chamber traversed by the rotor shaft and formed between the annular gas circulation chamber and the aforementioned shaft passage, this intermediate chamber being limited axially by linings dry seals, carried by the rotor shaft, means being provided for bringing a barrier gas under high pressure into this intermediate chamber between the dry seals, and a sweeping gas under low pressure in an annular space formed around the rotor shaft between this intermediate chamber and the aforementioned shaft passage.
- the machine shown by way of example in FIG. 1 is a peripheral compressor, intended for the treatment of a flow of dangerous gases, for example toxic or explosive.
- this compressor comprises a stator 10, in which an annular gas circulation chamber 12 is formed.
- a rotor 14, consisting of a peripheral compressor wheel, comprises vanes 16 rotating in the annular chamber 12 for the speed setting and the compression of the gas.
- a shutter 18 is arranged in the annular chamber 12, between the outlets of a supply pipe and a gas outlet pipe (not shown) formed in the stator.
- the rotor 14 is mounted on one end of a rotation shaft 20, which passes through a shaft passage 22 presented by the stator and which is supported and guided in this shaft passage by means of bearings 24.
- a bell 26, of cylindrical shape with domed bottom 28, is fixed in a sealed manner at its base on the stator, outside of the latter and around the shaft passage 22, so as to delimit a sealed enclosure 30 in which are housed the shaft passage 22, the end of the shaft 20 emerging from this shaft passage, and an annular part 32 integral with the shaft 20 and carrying on its outer peripheral surface permanent magnets 34, which are in the immediate vicinity of the cylindrical wall of the bell 26.
- This part 32 and these permanent magnets 34 form part of a magnetic coupling, comprising, outside the bell 26, an annular part 36 secured to a motor shaft 38 coaxial with the shaft 20 of the rotor, permanent magnets 40 being provided on the internal peripheral surface of the part 36 by being arranged in correspondence with the aforementioned magnets 34 and by being separated from the latter by the cylindrical wall of the bell 26.
- the bell 26 can be made of a metal alloy such as that marketed under the name HASTELLOY, this alloy preferably being non-magnetic and non-conductive, and it can also be made of a composite material, for example carbon fibers, to eliminate the Eddy currents in the magnetic coupling.
- the sealed enclosure 30 delimited by the bell 26 is intended to be filled with a pressurized liquid, one of the functions of which is the lubrication of the bearings 24.
- This liquid can therefore be oil when the bearings 24 are ball bearings or water when hydrodynamic bearings are used, or any other suitable liquid.
- liquid sealing means are arranged between the shaft 20 and the stator.
- these sealing means comprise a wet mechanical seal, comprising an annular part 42 sealingly mounted on the shaft 20 and driven in rotation by the latter, this annular part 22 having a surface hard radial pressure applied to a radial surface of a corresponding part 44 of the stator.
- This type of seal allows a very low flow rate of liquid leakage towards the annular chamber 12 of the stator, when the pressure of the liquid is greater than the pressure of the gases in the stator.
- means for recovering this flow rate of liquid leakage are provided in the stator along the rotor, as indicated in 46, if we want to reduce the traces of liquid present in the treated gas.
- the pressure of the liquid in the enclosure 30 is regulated by pressurization means, comprising in the example shown a pressure intensifier 48, an inlet of which is connected to a pressure tap 50 located just downstream from the wet mechanical seal 42, 44 and the outlet of which is connected to a conduit 52 formed in the stator and opening out inside the bell 26.
- the pressure intensifier 48 is part of a closed liquid circuit, comprising a heat exchanger 54 mounted at the outlet of the pressure intensifier and a sealed circulation pump 56 with magnetic drive.
- the liquid inlet in the pressure intensifier 48 is connected to a conduit 58 opening into the shaft passage 22, upstream of the wet mechanical seal 42.
- the drive shaft 38 driven in rotation about its axis transmits a drive torque to the shaft 20 of the rotor by means of the magnetic coupling constituted by the parts 32 and 36 and the permanent magnets 34 and 40.
- the shaft 20 driven in rotation rotates the blades 16 of the rotor in the annular chamber 12 of the stator, for the speed setting and the compression of the gas in this chamber.
- the gas pressure applied to the pressure intensifier 48 determines a slightly higher liquid pressure in the bell 26. This higher liquid pressure prevents any penetration of gas into the shaft passage 22 and causes a very low leakage rate liquid through the wet mechanical seal 42 to the annular chamber 12, this leakage rate being for example of the order of 0.5 to 1 cm 3 per hour. Optionally, this leak rate can be recovered at 46 before it enters the annular gas circulation chamber 12.
- the maximum rotational speeds of the magnetic coupling, of the wet mechanical seal 42 and of the peripheral compressor wheel are well adapted to each other (of the order of 3000 to 4000 rpm maximum) and guarantee optimal operation. from the whole.
- the heat exchanger 54 keeps the liquid in the enclosure 30 at a temperature of the order of 50 to 60 ° C maximum.
- the pressure of the liquid is for example 20 bars, when the gas pressure is approximately 18 bars in the annular enclosure 12.
- the compressor of FIG. 2 comprises the same elements as that of FIG. 1, namely a stator 10 with an annular chamber 12 for gas circulation, in which rotates a rotor 14 made up of a peripheral compressor wheel, mounted on a shaft. 20 guided and supported by bearings 24 housed in a shaft passage 22 presented by the stator.
- the shaft passage 22 is surrounded externally by a bell (not shown) delimiting a sealed enclosure filled with pressurized fluid, and a magnetic coupling (not shown) allows transmission to the shaft 20 of a motor torque.
- a wet mechanical seal 42 similar to that shown in FIG. 1, is provided between the shaft 20 and the stator, at the outlet of the shaft passage 22 oriented towards the annular chamber 12.
- an intermediate chamber 60 is provided in the stator 10 between this outlet from the shaft passage 22 and the annular chamber 12 for gas circulation.
- This intermediate chamber 60 is limited axially by fittings dry sealing 62 carried by the shaft 20 and cooperating with corresponding radial surfaces 64 of the stator 10.
- a conduit 66 formed in the stator 10 allows to bring into this intermediate chamber 60 a barrier gas under relatively high pressure, higher at the pressure of the gas in the annular chamber 12, this barrier gas being compatible with the gas circulating in the stator and being able to be itself dangerous.
- another conduit 68 formed in the stator 10 makes it possible to bring a sweeping gas under relatively low pressure, into the annular space 70 formed in the stator around the shaft 20, between the intermediate chamber 60 and the corresponding end of the shaft passage 22 where the wet mechanical seal 42 is located.
- the intermediate chamber 60 and this annular space 70 are connected to the outside of the stator by gas outlet conduits 72 and 74 respectively.
- outlet conduits 72 and 74 are connected to gas recovery means, leading for example to combustion means, such as a flare or the like.
- the relatively high pressure barrier gas which is brought into the intermediate chamber 60 by the conduit 66, can leak on one side towards the annular gas circulation chamber 12 and on the other side in space annular 70 surrounding the end of the shaft passage 22 and the wet mechanical seal 42.
- the sweeping gas brought into this annular space 70 by the conduit 68 makes it possible to evacuate, through the outlet conduit 74, the leakage rate of barrier gas and the leakage rate of liquid arriving in this annular space 70.
- the gases leaving the intermediate chamber 60 by the conduit 72 and the annular space 70 by the conduit 74 are then, for example, led to a flare or other suitable means of combustion.
- a defect in the wet mechanical seal 42 does not affect the operation of the compressor, the barrier gas supplied to the intermediate chamber 60 being opposed to any passage of liquid towards the annular chamber 12 for gas circulation.
- the barrier gas outlet 72 can be eliminated, the barrier gas then leaking on one side towards the annular chamber 12 and on the other side towards the annular space 70.
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Abstract
Description
- L'invention concerne une machine tournante du type compresseur ou turbine pour la compression ou la détente d'un gaz dangereux, par exemple toxique ou explosif.
- De telles machines sont utilisées notamment dans l'industrie chimique, pour le traitement du gaz naturel, etc...
- Comme cela est bien connu dans la technique, un compresseur ou une turbine comprend un stator dans lequel est formée une chambre annulaire de circulation de gaz, un rotor monté tournant dans cette chambre, un arbre rotatif sur lequel est fixé le rotor et qui s'étend à l'extérieur du stator à travers un passage d'arbre de celui-ci, et des paliers de guidage et de support de l'arbre qui sont montés dans ce passage d'arbre du stator.
- L'arbre du rotor est relié, à l'extérieur du stator, à un autre arbre qui est menant dans le cas d'un compresseur ou mené dans le cas d'une turbine.
- Lorsqu'une telle machine est utilisée pour le traitement d'un gaz dangereux, il est essentiel d'assurer et de maintenir dans le temps une étanchéité parfaite au gaz, visant notamment à interdire les fuites de gaz vers l'extérieur qui peuvent se produire le long de l'arbre du rotor.
- L'invention a précisément pour but de résoudre ce problème de façon simple, efficace et peu coûteuse.
- Elle propose, à cet effet, une machine tournante du type précité pour la compression ou la détente d'un gaz dangereux, par exemple toxique ou explosif, caractérisée en ce qu'elle comprend une cloche montée à étanchéité sur l'extérieur du stator autour dudit passage d'arbre et délimitant une enceinte fermée remplie de liquide, des moyens de pressurisation du liquide dans cette enceinte à une pression au moins égale ou légèrement supérieure à celle maximale du gaz dans la chambre annulaire du stator, des moyens d'étanchéité au liquide agencés dans ledit passage d'arbre entre l'arbre du rotor et le stator du côté de ladite chambre annulaire de circulation des gaz, ces moyens autorisant un très faible débit de fuite du liquide vers la chambre annulaire du stator, et des moyens de liaison de l'arbre du rotor à un deuxième arbre extérieur au stator, ces moyens comprenant un accouplement magnétique rotatif, qui peut être à aimants permanents dont les uns sont portés par l'arbre du rotor à l'intérieur de ladite cloche et dont les autres sont portés par le deuxième arbre à l'extérieur de la cloche.
- L'invention permet donc d'assurer l'étanchéité voulue autour de l'arbre du rotor à la traversée du stator, en contrariant les fuites de gaz sous pression qui pourraient se produire le long de cet arbre, par une pression supérieure de liquide régnant à l'extérieur du stator dans une enceinte étanche entourant le passage d'arbre. Le faible débit de fuite de liquide autorisé entre ce passage d'arbre et la chambre annulaire de circulation de gaz dans le stator évite une usure rapide des moyens d'étanchéité au liquide prévus dans le passage d'arbre et garantit leur durée de vie. Par ailleurs, l'accouplement magnétique assure une transmission de couple entre l'arbre du rotor et l'arbre extérieur au stator, sans traversée de la cloche délimitant l'enceinte étanche remplie de liquide.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre annulaire du stator comporte des moyens de récupération du débit de fuite précité du liquide.
- On évite ainsi que les gaz sortant de la machine selon l'invention comprennent des traces de liquide.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'étanchéité au liquide comprennent un joint mécanique humide, du type comprenant une pièce annulaire à surface dure, solidaire de l'arbre du rotor et appliquée à pression sur une pièce complémentaire solidaire du stator.
- De tels moyens d'étanchéité sont relativement peu coûteux et utilisables avec une bonne efficacité jusqu'à des vitesses de rotation de l'ordre de 3000 à 3500 t/mn.
- Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le rotor est constitué d'au moins une roue de compresseur ou de turbine périphérique.
- Les compresseurs et turbines périphériques sont bien connus dans la technique pour leur rendement élevé à vitesse de rotation moyenne, de l'ordre de 3000 tours par minute.
- Comme les accouplements magnétiques ont également pour caractéristique d'assurer une bonne transmission jusqu'à des vitesses maximales de rotation de l'ordre de 3 à 4000 tours par minute, on constate que la machine selon l'invention est remarquablement homogène, ses composants essentiels (l'accouplement magnétique, le joint mécanique humide et la roue de compresseur ou de turbine périphérique) ayant des vitesses optimales de fonctionnement qui sont du même ordre.
- Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de pressurisation du liquide à l'intérieur de ladite cloche comprennent un multiplicateur de pression, dont une entrée est raccordée par une prise de pression à la chambre annulaire du stator, et dont la sortie est reliée à l'enceinte délimitée par ladite cloche.
- Ce multiplicateur de pression peut être réglé à un rapport légèrement supérieur à 1 (par exemple 1,1), pour garantir que la pression du liquide dans la cloche sera toujours légèrement supérieure à celle du gaz dans la chambre annulaire du stator, en dépit d'éventuelles variations de cette pression de gaz.
- Avantageusement, ces moyens de pressurisation du liquide font partie d'un circuit fermé de liquide, comprenant une pompe de circulation, un échangeur de chaleur pour le refroidissement du liquide et des passages de liquide débouchant respectivement à l'intérieur de ladite cloche et dans le passage d'arbre du stator.
- Cela permet notamment de maintenir la température du liquide à une valeur relativement constante.
- Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le stator comprend une chambre intermédiaire traversée par l'arbre du rotor et ménagée entre la chambre annulaire de circulation de gaz et le passage d'arbre précité, cette chambre intermédiaire étant limitée axialement par des garnitures sèches d'étanchéité, portées par l'arbre du rotor, des moyens étant prévus pour amener un gaz de barrage sous pression élevée dans cette chambre intermédiaire entre les garnitures sèches d'étanchéité, et un gaz de balayage sous faible pression dans un espace annulaire formé autour de l'arbre du rotor entre cette chambre intermédiaire et le passage d'arbre précité.
- On assure ainsi l'étanchéité au liquide de la machine selon l'invention, et on évite tout mélange du liquide et du gaz circulant dans le stator, même en cas de défaut du joint mécanique humide.
- L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une machine selon l'invention;
- la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale, à plus petite échelle, d'une variante de réalisation de cette machine.
- La machine représentée à titre d'exemple en figure 1 est un compresseur périphérique, destiné au traitement d'un débit de gaz dangereux, par exemple toxique ou explosif.
- De façon classique, ce compresseur comprend un stator 10, dans lequel est ménagée une chambre annulaire 12 de circulation de gaz. Un rotor 14, constitué d'une roue de compresseur périphérique, comporte des aubes 16 tournant dans la chambre annulaire 12 pour la mise en vitesse et la compression du gaz.
- De façon classique dans un compresseur périphérique, un obturateur 18 est agencé dans la chambre annulaire 12, entre les débouchés d'un conduit d'amenée et d'un conduit de sortie de gaz (non représentés) formés dans le stator.
- Le rotor 14 est monté sur une extrémité d'un arbre de rotation 20, qui traverse un passage d'arbre 22 présenté par le stator et qui est supporté et guidé dans ce passage d'arbre au moyen de paliers 24.
- Une cloche 26, de forme cylindrique à fond bombé 28, est fixée de façon étanche à sa base sur le stator, à l'extérieur de celui-ci et autour du passage d'arbre 22, de façon à délimiter une enceinte étanche 30 dans laquelle sont logés le passage d'arbre 22, l'extrémité de l'arbre 20 sortant de ce passage d'arbre, et une pièce annulaire 32 solidaire de l'arbre 20 et portant sur sa surface périphérique extérieure des aimants permanents 34, qui sont au voisinage immédiat de la paroi cylindrique de la cloche 26.
- Cette pièce 32 et ces aimants permanents 34 font partie d'une accouplement magnétique, comprenant, à l'extérieur de la cloche 26, une pièce annulaire 36 solidaire d'un arbre moteur 38 coaxial à l'arbre 20 du rotor, des aimants permanents 40 étant prévus sur la surface périphérique interne de la pièce 36 en étant disposés en correspondance des aimants précités 34 et en étant séparés de ces derniers par la paroi cylindrique de la cloche 26.
- La cloche 26 peut être réalisé en un alliage métallique tel que celui commercialisé sous la dénomination HASTELLOY, cet alliage étant de préférence amagnétique et non conducteur, et elle peut aussi être réalisée en un matériau composite, par exemple en fibres de carbone, pour éliminer les courants de Foucault dans l'accouplement magnétique.
- L'enceinte étanche 30 délimitée par la cloche 26 est destinée à être remplie d'un liquide sous pression, dont l'une des fonctions est la lubrification des paliers 24. Ce liquide peut donc être de l'huile lorsque les paliers 24 sont des roulements à billes ou de l'eau lorsqu'on utilise des paliers 24 hydrodynamiques, ou tout autre liquide approprié.
- A l'extrémité du passage d'arbre 22 située du côté de la chambre annulaire 12 de circulation de gaz, des moyens d'étanchéité au liquide sont agencés entre l'arbre 20 et le stator. Comme cela a été schématiquement représenté en figure 1, ces moyens d'étanchéité comprennent un joint mécanique humide, comportant une pièce annulaire 42 montée à étanchéité sur l'arbre 20 et entraînée en rotation par celui-ci, cette pièce annulaire 22 présentant une surface radiale dure appliquée à pression sur une surface radiale d'une pièce correspondante 44 du stator. Ce type de joint autorise un très faible débit de fuite de liquide en direction de la chambre annulaire 12 du stator, lorsque la pression du liquide est supérieure à la pression des gaz dans le stator. Eventuellement, des moyens de récupération de ce débit de fuite de liquide sont prévus dans le stator le long du rotor, comme indiqué en 46, si l'on veut réduire les traces de liquide présentes dans le gaz traité.
- La pression du liquide dans l'enceinte 30 est régulée par des moyens de pressurisation, comprenant dans l'exemple représenté un multiplicateur de pression 48 dont une entrée est reliée à une prise de pression 50 située juste en aval du joint mécanique humide 42, 44 et dont la sortie est reliée à un conduit 52 formé dans le stator et débouchant à l'intérieur de la cloche 26. De préférence, le multiplicateur de pression 48 fait partie d'un circuit fermé de liquide, comprenant un échangeur de chaleur 54 monté en sortie du multiplicateur de pression et une pompe étanche 56 de circulation à entraînement magnétique.
- L'entrée de liquide dans le multiplicateur de pression 48 est reliée à un conduit 58 débouchant dans le passage d'arbre 22, en amont du joint mécanique humide 42.
- Le fonctionnement de ce compresseur découle à l'évidence de ce qui précède.
- L'arbre moteur 38 entraîné en rotation autour de son axe transmet un couple moteur à l'arbre 20 du rotor par l'intermédiaire de l'accouplement magnétique constitué par les pièces 32 et 36 et les aimants permanents 34 et 40. L'arbre 20 entraîné en rotation fait tourner les aubes 16 du rotor dans la chambre annulaire 12 du stator, pour la mise en vitesse et la compression du gaz dans cette chambre. La pression de gaz appliquée au multiplicateur de pression 48 détermine une pression de liquide légèrement supérieure dans la cloche 26. Cette pression supérieure de liquide s'oppose à toute pénétration de gaz dans le passage d'arbre 22 et provoque un très faible débit de fuite de liquide par le joint mécanique humide 42 vers la chambre annulaire 12, ce débit de fuite étant par exemple de l'ordre de 0,5 à 1cm3 par heure. Eventuellement, ce débit de fuite peut être récupéré en 46 avant sa pénétration dans la chambre annulaire 12 de circulation du gaz.
- Les vitesses de rotation maximales de l'accouplement magnétique, du joint mécanique humide 42 et de la roue de compresseur périphérique sont bien adaptées les unes aux autres ( de l'ordre de 3000 à 4000 t/mn au maximum) et garantissent un fonctionnement optimal de l'ensemble.
- L'échangeur de chaleur 54 permet de maintenir le liquide dans l'enceinte 30 à une température de l'ordre de 50 à 60°C au maximum. La pression du liquide est par exemple de 20 bars, lorsque la pression de gaz est de 18 bars environ dans l'enceinte annulaire 12.
- Une variante de réalisation de ce compresseur a été représentée de façon partielle en figure 2.
- Le compresseur de la figure 2 comprend les mêmes éléments que celui de la figure 1, à savoir un stator 10 à chambre annulaire 12 de circulation de gaz, dans laquelle tourne un rotor 14 constitué d'une roue de compresseur périphérique, monté sur un arbre 20 guidé et supporté par des paliers 24 logés dans un passage d'arbre 22 présenté par le stator. Comme dans le mode de réalisation précédent, le passage d'arbre 22 est entouré extérieurement par une cloche (non représentée) délimitant une enceinte étanche remplie de fluide sous pression, et un accouplement magnétique (non représenté) permet la transmission à l'arbre 20 d'un couple moteur. Un joint mécanique humide 42, semblable à celui représenté en figure 1, est prévu entre l'arbre 20 et le stator, à la sortie du passage d'arbre 22 orientée vers la chambre annulaire 12.
- Dans cette variante de réalisation, une chambre intermédiaire 60 est ménagée dans le stator 10 entre cette sortie du passage d'arbre 22 et la chambre annulaire 12 de circulation de gaz. Cette chambre intermédiaire 60 est limitée axialement par des garnitures d'étanchéité sèches 62 portées par l'arbre 20 et coopérant avec des surfaces radiales correspondantes 64 du stator 10. Un conduit 66 formé dans le stator 10 permet d'amener dans cette chambre intermédiaire 60 un gaz de barrage sous pression relativement élevée, supérieure à la pression du gaz dans la chambre annulaire 12, ce gaz de barrage étant compatible avec le gaz circulant dans le stator et pouvant être lui-même dangereux.
- Par ailleurs, un autre conduit 68 formé dans le stator 10 permet d'amener un gaz de balayage sous pression relativement faible, dans l'espace annulaire 70 ménagé dans le stator autour de l'arbre 20, entre la chambre intermédiaire 60 et l'extrémité correspondante du passage d'arbre 22 où se trouve situé le joint mécanique humide 42.
- La chambre intermédiaire 60 et cet espace annulaire 70 sont reliés à l'extérieur du stator par des conduits de sortie de gaz 72 et 74 respectivement.
- Ces conduits de sortie 72 et 74 sont reliés à des moyens de reprise de gaz, menant par exemple à des moyens de combustion, tels qu'une torchère ou analogue.
- En fonctionnement, le gaz de barrage sous pression relativement élevé, qui est amené dans la chambre intermédiaire 60 par le conduit 66, peut fuir d'un côté vers la chambre annulaire 12 de circulation de gaz et de l'autre côté dans l'espace annulaire 70 entourant l'extrémité du passage d'arbre 22 et le joint mécanique humide 42. Le gaz de balayage amené dans cet espace annulaire 70 par le conduit 68 permet d'évacuer, par le conduit de sortie 74, le débit de fuite de gaz de barrage et le débit de fuite de liquide arrivant dans cet espace annulaire 70. Les gaz sortant de la chambre intermédiaire 60 par le conduit 72 et de l'espace annulaire 70 par le conduit 74 sont ensuite, par exemple, conduits à une torchère ou autre moyen de combustion approprié.
- Dans cette variante de réalisation de la figure 2, un défaut du joint mécanique humide 42 n'a pas d'incidence sur le fonctionnement du compresseur, le gaz de barrage amené dans la chambre intermédiaire 60 s'opposant à tout passage de liquide vers la chambre annulaire 12 de circulation de gaz.
- La sortie 72 de gaz de barrage peut être supprimée, le gaz de barrage fuyant alors d'un côté vers la chambre annulaire 12 et de l'autre côté vers l'espace annulaire 70.
Claims (11)
- Machine tournante du type compresseur ou turbine pour la compression ou la détente d'un gaz dangereux, par exemple toxique ou explosif, comprenant un stator (10) dans lequel est formée une chambre annulaire (12) de circulation du gaz, un rotor (14) monté tournant dans ladite chambre, un arbre rotatif (20) sur lequel est fixé le rotor et qui s'étend à l'extérieur du stator à travers un passage d'arbre (22) de celui-ci, des paliers (24) de guidage et de support de l'arbre, montés dans ledit passage d'arbre du stator, et des moyens de liaison de l'arbre (20) à un deuxième arbre (38), extérieur au stator et qui est menant dans le cas d'un compresseur ou mené dans le cas d'une turbine, caractérisée en ce qu'elle comprend une cloche (26) montée à étanchéité sur l'extérieur du stator (10) autour dudit passage d'arbre (22) et délimitant une enceinte fermée (30) remplie de liquide, des moyens (48) de pressurisation du liquide dans l'enceinte (30) à une pression au moins égale ou légèrement supérieure à la pression maximum du gaz dans la chambre annulaire (12) du stator, des moyens (42) d'étanchéité au liquide, agencés dans ledit passage d'arbre (22) entre l'arbre du rotor et le stator du côté de ladite chambre annulaire (12) de circulation du gaz et autorisant un très faible débit de fuite du liquide vers la chambre annulaire (12), les moyens de liaison précités comprenant un accouplement magnétique rotatif.
- Machine selon la revendication 1, caractérisée ce que l'accouplement magnétique est à aimants permanents dont les uns (34) sont portés par l'arbre du rotor à l'intérieur de ladite cloche (26) et dont les autres (40) sont portés par le deuxième arbre (38) à l'extérieur de la cloche (26).
- Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le stator comprend des moyens (46) de récupération du débit de fuite de liquide.
- Machine selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdits moyens d'étanchéité au liquide comprennent un joint mécanique humide du type comprenant une pièce annulaire (42) à surface dure solidaire de l'arbre (20) et appliquée à pression sur une pièce complémentaire (44) solidaire du stator.
- Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rotor comporte au moins une roue de compresseur ou de turbine périphérique.
- Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa vitesse de rotation est limitée à une valeur maximale de l'ordre de 3000 à 3500 t/mn.
- Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite cloche (26) est réalisée en alliage amagnétique et non conducteur ou en matériau composite par exemple à fibres de carbone.
- Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de pressurisation du liquide comprennent un multiplicateur de pression (48) dont une entrée est raccordée par une prise de pression (50) à la chambre annulaire (12) du stator et dont la sortie est reliée à l'enceinte (30) délimitée par ladite cloche.
- Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (48) de pressurisation du liquide font partie d'un circuit fermé de liquide, comprenant une pompe de circulation (56), un échangeur de chaleur (54) pour le refroidissement du liquide, et des passages de liquide (52, 58) débouchant à l'intérieur de ladite cloche (26) et dans le passage d'arbre (22) respectivement.
- Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (10) comprend une chambre intermédiaire (60) traversée par l'arbre (20) du rotor et ménagée entre la chambre annulaire (12) de circulation de gaz et le passage d'arbre (22) précité, cette chambre intermédiaire (60) étant limitée axialement par des garnitures sèches d'étanchéité (62) portées par l'arbre (20) du rotor, des moyens étant prévus pour amener un gaz de barrage sous pression relativement élevée dans cette chambre annulaire (60) entre lesdites garnitures sèches d'étanchéité, et un gaz de balayage sous pression relativement faible dans un espace annulaire (70) formé autour de l'arbre (20) du rotor entre ladite chambre intermédiaire (60) et le passage d'arbre (22).
- Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que cet espace annulaire (70) est relié par un conduit (74) de sortie de gaz à des moyens de reprise de gaz, menant par exemple à des moyens de combustion.
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