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La présente invention a pour objet un -procédé et un dispositif permettant d'assurer l'étanchéité quasi absolue d'une enceinte dont au moins une paroi est traversée par un arbre rotatif à travers un joint tel qu'un presse-étoupe, en parti- culier d'une enceinte contenant un fluide corrosif, nocif et/ou précieux, tel que l'hexafluorure d'uranium.
L'invention s'applique spécialement aux moto-compres- seurs rotatifs assurant la compression des fluides corrosifs, nocifs et/ou précieux.
On sait en effet que dans les industries chimiques ou nucléaires, la compression de certains gaz corrosifs, nocifs (par exemple radio-actifs) et/ou précieux présente de nombreuses difficultés.
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En effet, les propriétés particulières des gaz corrosifs et/ou nocifs font oue toute fuite à l'extérieur doit être condamnée en raison des dangers qu'elle présente- rait pour la santé du personnel ainsi que pour la bonne tenue des matériaux de construction; en outre, les pertes,qui se produiraient dans le cas d'un fluide précieux, peuvent devenir absolument prohibitives.
On a déjà proposé de mettre en oeuvre, pour réaliser la compression de tels fluides, des grou- pes moto-compresseurs entièrement étanches, dans les- quels les organes du compresseur, le rotor du moteur, ainsi que les paliers du ou des arbres rotatifs sont contenus dans une enceinte fermée, réalisée en parti- culier en une tôle amagnétique de faible épaisseur disposée entre les parties fixes et mobiles du moteur électrique. Mais de tels groupes moto-compresseurs ne donnent pas entière satisfaction car la lubrifica- tion des parties frottantes introduit, même dans les cas les plus favorables, une quantité inacceptable d'impuretés dans les circuits; or, de nombreux gaz corrosifs, en particulier l'hexafluorure d'uranium, réagissent avec des traces de vapeur ou d'impureté.
On a également proposé d'avoir recours, pour réaliser des compresseurs rotatifs étanches (brevet français No. 633.255 demandé le 23 avril 1927 par la Société Brown, Boveri & Cie ) à un joint ou botte étanche pour paliers caractérisée par le fait que l'on prévoit dans le palier une première et une seconde chambres annulaires,la première communiquant avec l'ex- térieur par une canalisation tandis que la seconde re-
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çoit un fluide, tel que l'air, sous pression ; la pression dans la première chambre est maintenue légèrement infé- rieure à celle qui existe dans la portion adjacente du compresseur, tandis que la pression dans la seconde cham- bre annulaire est suffisamment élevée pour qu'il y ait un écoulement depuis cette chambre vers la première chambre annulaire:
par conséquente il s'échappe par ladite cana- lisation la somme des deux fuites de ladite portion du compresseur et de la deuxièmechambre annulaire vers la première chambre annulaire, ces fuites étant complétées par une fuite de la deuxième chambre annulaire vers l'extérieur..
Un tel dispositif admet, de l'aveu môme de la Société déposante, une fuite importante vers l'extérieur par ladite canalisation ce qui est inacceptable dans le cas de certains fluides corrosifs, dangereux ou précieux, à moins de prévoir une installation de récupération dont le prix de construction et le fonctionnement sont très onéreux.
Uns autre disposition est décrite dans le brevet français No. 1.127.684, demandé le 15 juillet 1955 par la Compagnie Electro-Mécanique. Dans ce dernier dis- positif on prévoit, de chaque côté d'un compresseur ou soufflante, généralement deux chambres de barrage, à savoir une première chambre, voisine du compresseur, alimentée avec le même fluide que celui qui est traité dans le com- presseur, et une seconde chambre, plus externe, alimentée en air de barrage, la pression dans la première chambre étant supérieure à celle qui règne dans la seconde chambre et à celle dans l'espace adjacent du compresseur, de manière à réaliser des fuites de la première chambre vers le com-
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presseur et vers la deuxième chambre, et ceci à travers des chicanes ;
en outre, des fuites existent obligatoi- rement de la deuxième chambre vers l'extérieur.. Dans le dispositif prévu au brevet français No. 1.127.684, l'alimentation en fluide traité et on air de barrage est sous le contrôle d'un dispositif régulateur différentiel qui se trouve sous la dépendance de la différence entre la pression à l'entrée du compresseur et la pression do refoulement de celui-ci.
Ce dispositif exige un double circuit dont l'un assurant la circulation du fluide traité, donc cor- rosif, nocif ou précieux, des organes de régulation compliqués et surtout une admission vers le compresseur d'un gaz qui peut être pollué du fait de son recyclage.
Enfin, dans le cas de la compression de cer- tains fluides tols que l'hexafluorure d'uranium (par exemple en vue de la séparation des isotopes de l'ura- nium U235 et U238, la séparation ayant lieu par diffu- sion gazeuse, centrifugation ou tout autre procédé),il existe des difficultés supplémentaires dûes au fait que les quantités de gaz neutre..¯.. pouvant former écran entre l'atmosphère et l'enceinte de compression, et par suite susceptibles d'être introduites dans les circuits doivent être extrêmement faibles ; en effet, pour des raisons de dimensionnement des usines envisagées, on est conduit à des débits de l'ordre de quelques grammes par mois.
Or, aucun des procédés et dispositifs anté- riours ne permet de satisfaire à tous ces desiderata.
La présente invention a pour objet de pallier
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les inconvénients précités en permettant de réaliser une étanchétié quasi-absolue, en particulier dans les groupes moto-compresseurs, les fuites étant de l'ordre de 0,002 litre, mesuré sous 1 micron de mercure par seconde, ce qui équivaut aux meilleures soudurese
L'invention a donc pour objet :
- un procédé pour assurer l'étanchéité quasi-absolue d'une enceinte dans laquelle est présent un fluide corrosif, nocif et/ou précieux, et dont au moins une paroi est traversée par un arbre rotatif à travers un joint, ledit arbre étant porté, à l'extérieur de ladite enceinte de l'autre côté de ladite paroi, par au moins un palier, caractérisé en ce que l'on réalise le balayage dudit palier au moyen d'un débit faible et sensiblement constant d'un gaz neutre sous une pression très légèrement supérieure à celle qui règne dans ladite enceinte au voisinage de ladite paroi;
- un dispositif, pour la mise en oeuvre du procédé susvisé, consistant à assurer une étanchéité quasi-absolue d'une telle enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend un cartel sensiblement étanche coiffant chaque portion de l'arbre à l'extérieur de ladite enceinte et portant le ou lesdits paliers, des moyens débitant dans une première portion dudit carter située entre ladite enceinte et le ou lesdits paliers, un débit faible et sensiblement constant d'un gaz neutre et des moyens pour maintenir dans une seconde por- tion dudit carter, située de l'autre côté du ou des paliers une pression très légèrement supérieure à la pression qui règne dans ladite enceinte au voisinage de ladite paroi.
On évite ainsi, par le balayage des paliers, toute remontée d'huile ou autres impuretés dans l'enceinte dans laquelle se trouve le fluide, ce qui empêche toute réaction
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entre ledit fluide et l'huile ou les impuretés et ,, permet de traiter des fluides tels que l'hexafluorure d'uranium.
On va décrire maintenant, en se référant aux dessins schématiques annexés,deux modes de réalisation, donnés à titre d'exemple non limitatifs, d'un dispositif selon l'invention dans le cas d'un groupe moto-compresseur Sun les dessins : la fig. 1 représente schématiquement un pre- mier mode de réalisation selon l'invention et la fig. 2 représente un ensemble,selon un deuxième mode de réalisation,comportant un certain nombre de circuits annexes de régulation.
Sur les deux figures,on a représenté seule- ment les éléments strictement nécessaires à la compréhen-- sion, les éléments correspondant de ces deux figures por.- tant des nombres de référence identiques.
Sur los fig. 1 et 2, on a représenté un groupe comportant un compresseur 1, par exemple du type rotatif, et un moteur électrique 2 dont l'enveloppe 17 est parfaitement étanche; pour éviter les pertes rotori- ques, qu'il serait difficile d'évacuer dans l'exemple considéré d'une enceinte sous pression truite, le rotor 18 du moteur 2 est constitué par un aimant porma- nent ou bien le moteur 2 est du type synchrone sans cage; du moteur les portos du stator/2 sont facilement évacuées à l'exté- rieur par des moyens connus.
Dans le premier mode do réalisation (fig. 1), 10 compresseur 1 et le rotor du moteur électrique 2 sont montés sur un arbre commun 3 porté par doux paliers 4 et 5
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à roulements à billes. Les garnitures d'étanchéité prin- garnitures ou ipales du compresseur 1 sont constituées par des/joints A labyrinthe 6 et 7. On prévoit une chambre 10 oui est mise sous la même pression, du côté du compresseur 1, que la garniture 6 et ceci au moyen d'une tuyauterie d'équilibrage 9 reliant ladite chambre 10 au môme côté dr compresseur que la garniture 6 et d'une garniture 8 sépa- rant la chambre 10 du côté adjacent du compresseur 1.
Le palier 4., d'une part, et l'ensemble du moteur électrique et du palier 5,d'autre part, sont ba- layés par une quantité déterminée faible d'un gaz neutre débité par une bouteille sous pression 11. Un détendour 12 maintient une pression sensiblement constante en amont d'une membrane poreuse 13, formant un diaphragme,à porte do charge très élevée. Cette membrane peut être réalisé..) en une matière poreuse telle que le verre fritté (par exemple à 200 -800 C. sous une atmosphère contrôlée) ou une autre substance frittée convenable. Grâce à cotte membrane poreuse 13 formant diaphragme on assure le bala.- yage dos paliers 4 et 5 par une quantité faible et déter-. minéo du gaz neutre contenu dans la bouteille 11.
Du fait que la différence do pression entre los deux faces de.la membrane poreuse 13 est élovéq la quantité do gaz neutre introduite dans le circuit de balayage no dépend pratiquement que de la pression en amont, maintenue sen- siblement constante par le détendeur 12. Une telle membrane poreuse est fabriquée par la société allemande "Deutscho Gold und Silber Scheideanstalt"' par exemple.
La majeure partie du gaz neutre introduit dans le circuit de balayage des paliers 4 et 5 on est
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extraite à l'aide d'une pompe à vide 14 qui maintient dans uno capacité 15, au moyen d'un détendeur 16, uno pression légèrement supérieure à'colle qui règle en amont dos garnitures 6 et 7 c'est-à-dire dans le compresseur 1 du coté do la garniture 6.
Il y a lieu de noter eue les entrées de gaz neutre dans le compresseur 1, par les garnitures 6 et 7, dépendent do la finesse du réglage de la pression dans la capacité 15.
En définitive, le débit de gaz est règlé par le détendeur 12 tandis que les fuites de gaz vers le compresseur sont déterminées par le détendeur 16.
Dans le mode de réalisation de la fig. 2 en 25 l'arbre 19 du compresseur 1 est accouplé/à l'arbre 20 du moteur 2 et l'ensemble de ces deux arbres est porté par trois roulements à billes 21,22 et 23.
Comme dans le mode de réalisation de la fig. 1 les deux garnitures principales 6 et 7 sont sou- mises, du côté du compresseur 1, à la même pression du fait de l'existence des deux chambres 10 et 24 (la cham- bre 10 étant séparée du compresseur 1 par la garniture auxiliaire 8) reliées par la tuyauterie d'équilibrage 9.
Le compresseur 1 aspire pcr l'ouverture 26 et refoule par l'ouverture 27 ; mais, sans sortir pour cela du domaine de l'invention, on pourrait prévoir que
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le compresseur 1 présente deux flux on parallèle, avec doux tubuluros d'aspiration et une tubuluro centrale do refoulement (ce qui rond inutile le dispositif d'équi- librage constitué par los éléments 8, 9, 10 et 24) ou qu'il comporte une ou plusieurs aspirations intermédi- aires ainsi Que un ou plusieurs refoulements intormé- diaires, les chambres amont des garnitures pouvant âtre liées .= un point quelconque au début, à la fin ou en cours do compression.
L'installation représentée, qui peut compor- ter un ou plusieurs compresseurs tels que 1, comprend. une bouteillu 11 renfermant sous haute pression un gaz neutre et alimentant une capacité 29 délimitée par une cloche plongeante 30. Dana sa position haute, un ta- quet 31 porté par la cloche 30 ferme le robinet 32 au moyen du contact 28 de fin de course; inversement ce taquet ouvre le robinet 32 dans sa position basse par l'intermédiaire du contact 33, les circuits do commande électrique du robinet 32 ayant été représentés symboli- quomont en traits interrompus sur la fig. 2.
Comme dans un gazomètre, l'étanchéité autour do la cloche 30 peut être obtenue au moyen d'un joint hydraulique 34.
Cotte cloche est suivie par des moyens d'é- puration et de retenue (ou piégeage) 35 enlevant les traces d'humidité et les impuretés introduites dans la capacité 29 en particulier par le joint hydraulique.
Dans certains cas (particulièrement dans le cas dos fluides réagissant avec la moindre traco de vapeur ,par exemple pour l'hexafluorure d'uranium), le piège 35
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disposé on aval de l'enceinte 29 doit être particulière.- mont efficace; il pout 8tre par exemple du type à con- densation, la capacité intérieure 52 dudit piège conte- nant un fluide réfrigérant tel que l'air liquide.
L'ensemble de la cloche 30 et du système d'épuration 35 pourrait être éventuellement remplacé par un dispositif d'alimentation fonctionnant avec une perte de charge asservie à la pression de sortie du dispositif d'alimentation et fournissant du gaz neutro (tel oue l'azote) non pollué, à partir do une ou plu- sieurs bouteilles de gaz comprimé telles que 11.
Le gaz neutre traverse ensuite la mombrane poreuse 13 dont la perméabilité et les dimensions sont convenablement choisies pour les débits désirés compte tenu des pressions en jeu. Cette membrane est par exemple réalisée en verre fritté comme dans le mode do réalisation de la fig. 1.
Le flux de gaz neutre qui traverse la mem- brane 13 dessert d'une part le palier 21 et d'autre part les paliers 22 et 23.
Toutefois,pour le démarrage et l'installa- tion,on prévoit avantageusement un détendeur 53 dis- posé en parallèle avec la membrane 13, ce détendeur 53, règlé à une pression légèrement supérieure à la pression maximum que peut atteindre le circuit de balayage, ali- mentant directement los paliers 21,22 et 23 en gaz neuf: par l'intermédiaire d'une clectro-vanno 54 qui est ou- verte lorsque le motcur 2 est arrêté et se ferme auto- matiquement lorsque le moteur 2 a atteint sa vitesse de régime.
Grâce à cotte organisation los paliers 21, 22
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et 23 sont maintenus constamment à la pression convena- ble, leur alimentation uniquemont à travers la membrane
13 pouvant provoquer d'importants retards à 1'établisse- ment du sur-équilibre do pression nécessaire (comme exposé ci-après) au moment du démarrage de l'installa- tion.
A partir de l'extrémité dos paliers 21 et 25, le système d'extraction comporte deux séparateurs 36 et 37 munis chacun d'un dispositif de purge 38 destiné à éli iner du gaz neutre les impuretés (graisse et va- peurs par exemple) qui pourraient résulter du balayage des paliers; los deux séparateurs 36 et 37 sont reliés à un tube plongeur 39.
D'autre part une pompe à vide 14 maintient dans une enceinte 15 une pression de réglage H en pom- pant à travers un détendeur 16 ou un autre élément analogue assurant une perte do charge réglable. Le réservoir 15 est relié d'une part à l'enceinte 41 conte- nant la cloche 30 et d'autre part à une chambre 42 dis- posée au-dessus d'un joint hydraulique 43 dans lequel plongo le tube 39. Etant donné le vide partiel créé par la pompe 14, on dispose pour règler la pression dans la capacité 29 de la modification des charges 44 formant lest disposées au-dessus'de la cloche 30.
Pour régler la pression d'extraction des paliers 21,22 et 23, qui correspond également à la pression en amont dos garnitures 6 et 7, on a la possi- bilité d'agir sur le niveau du liquide contenu dans la joint hydraulique 43 situé à la partie inférieure de la chambre 42. La cote h définit la hauteur do ce liquide
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dans le joint 43 tandis que la cote h' définit la charge sur l'extrémité finale du tube 39; on voit qu'il est possible de faire varier le niveau h et par suite la différence h' en modifiant le volume do la capacité 43 contenant le liquide d'étanchéité.
Cette modification de volume peut être réalisée : - tout d'abord au moyen d'un règlage volontaire, repré- senté schématiquement comme étant réalisé grâce à une capsule 45 sur laquelle on agit au moyen d'un dispositif à vis 46a et écrou fixe 46b soit actionné par une mini- velle 46 (comme représenté) soit commandé à distance mécaniquement, électriquement ou par tout autre moyen; - un réglage automatique asscrvi à la pression qui règle dans la tuyauterie d'équilibrago 9; ce dernier réglage comprend une capsule 47 analogue à la capsule 45 ot une capsule pneumatique 48 sur laquelle agit la pression de la tuyauterie d'équilibrage 9, ces deux car- sulos 47 et 48 étant reliées par un levier 49 qui agit sur deux tiges 55 guidées verticalement dans des alésa- ges 56 ;
l'axe d'oscillation 50 de ce levier 49 formant palonnier peut être déplacé grâce à un dispositif à vis 51 ot écrou 50a (ce dernier portant un galet qui roule sur le levior 49 le long'de l'axe d'oscillation mo- bile 50) la commande du dispositif pouvant soit se faire sur place au moyen d'une manivelle 51a (comme représen- té) soit être reporté à.distance.
En outre, on peut prévoir avantageusement, pour isoler le compresseur en cas d'avarie des organes et de sécurité/un second système d'asservissement sans joint liquido 43.
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Les pressions dans les différentes enceintes, capacités ou chambres sont repérées sur la fig. 2 par les lettres majuscules indiquées ci-après : A = pression d'aspiration on 26 du compresseur 1.
B = pression de refoulement en 27 du compresseur 1.
C = pression dans le tuyau d'équilibrage 9 et dans la . capsule 48 (cette pression étant, dans l'exemple représenté, pratiquement égale à A) .
D = pression en aval de la membrane 13 et à l'alimenta- tion des paliers 21,22 et 23.
E = pression dans le tube 39 (pratiquement égale à D).
F = pression de la bouteille 11 d'alimentation du gaz neutre.
G = pression dans la capacité 29.
H = pression dans le réservoir 15 et, par suite, dans les enceintes 41 et 42.
Los pressions A et B étant imposées par les caractéristiques du cycle industriel, les autres pressions sont déterminées comme suit :
H est choisie nettement inférieure à A et G nettement supérieure à A (par exemple A = 50 H et G = 50 A). D'autre part (D-A) représente la différence de pression que doivent maintenir les garnitures principa- les 6 et 7, cette différence de pression étant choisie aussi faible que possible pour diminuer les entrées de gaz noutre dans le circuit principal, en tenant compte, toutefois, do la sensibilité du système de correction pour que la valeur (D-A) ne devienne négative en aucun cas : une valeur do (D-A) = 1 cm de mercure peut être réalisée avec l'ensemble do la fig. 2.
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La différence de niveaux h' représente (E-H), c'est-à-dire sensiblement D, puisque H est relativement très petit et que E D. Bien entendu, cette différence h' varie avec le niveau absolu h et, par exemple, si A augmente d'une certaine valeur, l'ensemble 47 à 51 agit sur ce niveau h de telle sorte que D reste supérieure à A dans tous les cas.
Le débit total de gaz neutre consommé est naturellement fonction de la différence de pression (G-D), ainsi que de la perméabilité de la membrane poreuse 13.
Ainsi dans le mode de réalisation de la fig. 2 on assure le balayage des paliers 21, 22 et 23 au moyen d'un débit faible et sensiblement constant d'un gaz neutre sous une pression très légèrement supé- rieure à celle qui règle dans les chambres 10 et 24 et on réalise une excellente étanchéité de l'enceinte dans laquelle est disposé le compresseur 1.
Il est bien entendu qu'on peut apporter aux modes de réalisation décrits et représentés diffé- rents modifications ou perfectionnements ou y remplacer des éléments par des éléments équivalents sans sortir pour cela du domaine d'application de l'invention.