Dispositif pour assurer l'étanchéité autour d'un arbre rotatif traversant une paroi L'invention a pour objet un dispositif pour assu rer l'étanchéité autour d'un arbre rotatif traversant une paroi d'une enceinte contenant un fluide prin cipal, caractérisé en ce qu'il comporte un premier compartiment entourant ledit arbre, immédiatement à sa sortie de ladite enceinte, et un second compar timent, contigu audit premier compartiment, et entou rant également ledit arbre, en ce que ledit second compartiment est alimenté en un fluide auxiliaire sous pression,
en ce qu'une fuite dudit fluide prin cipal, ménagée autour dudit arbre, est dirigée impé rativement de ladite enceinte dans ledit premier compartiment, en ce qu'une fuite dudit fluide auxi liaire, ménagée autour dudit arbre, est dirigée impé rativement dudit deuxième compartiment dans ledit premier compartiment, en ce que lesdites fuites des deux fluides sont mélangées dans ledit premier compartiment, et en ce que le fluide provenant de ladite fuite du fluide principal est récupéré et réin- jecté dans ladite enceinte.
Suivant une forme d'exécution particulière, pour réaliser la fuite du premier fluide de l'enceinte dans le premier compartiment, on fait régner dans l'en ceinte une pression supérieure à celle qui règne dans le premier compartiment. Une certaine quantité du premier fluide s'écoule alors automatiquement, par le joint de l'arbre, dans le premier compartiment. Dans ce cas des organes (tels qu'une pompe) assurent une circulation forcée du fluide épuré qui sort du premier compartiment pour le réinjecter dans l'en ceinte.
Si l'on utilise comme fluide auxiliaire de l'huile, la séparation des fuites des deux fluides peut être réalisée simplement par un dispositif déshuileur classique.
Suivant une autre forme d'exécution, le fluide auxiliaire est envoyé sous pression dans le deuxième compartiment par une pompe entraînée directement par l'arbre existant. Cette pompe peut être logée avantageusement à l'intérieur du premier comparti ment et l'huile qu'elle refoule sert, non seulement à alimenter le second compartiment, mais aussi à assu rer le graissage des paliers de l'arbre logés également dans le premier compartiment, où la pompe aspire l'huile. Dans le premier compartiment, se rassem blent alors les fuites du deuxième compartiment et les fuites de graissage des paliers de l'arbre.
En variante, on peut établir une circulation en circuit fermé du fluide auxiliaire.
Suivant une autre forme d'exécution, dans le cas où le premier fluide est très chaud, la chaleur transmise à l'arbre, dans le premier compartiment, est évacuée par échange thermique avec le fluide auxiliaire dont le circuit comporte une partie à l'ex térieur du dispositif, susceptible d'être refroidie, par exemple, au moyen d'un échangeur de chaleur conve nable.
On peut améliorer l'efficacité de ce refroidisse ment en munissant l'arbre de disques ou ailettes radiales, à l'intérieur du premier compartiment.
L'une au moins des pompes précitées peut être avantageusement constituée par une pompe à visco sité, au nom de la demanderesse.
Toujours suivant une forme d'exécution pour éviter les fuites du deuxième compartiment vers l'extérieur du dispositif, on munit la paroi externe de ce compartiment, à travers laquelle sort l'arbre de commande, d'un joint étanche au moins au fluide auxiliaire, ce qui est facile lorsque le fluide auxiliaire est de l'huile.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif objet de l'invention. La figure unique de ce dessin est une coupe axiale d'un dispositif d'étanchéité le long d'un axe de commande qui traverse la paroi d'une enceinte et qui est destiné à entrainer le rotor d'un compres seur de gaz chauds disposé à l'intérieur de ladite enceinte.
Le rotor du compresseur, qui est un compresseur centrifuge, est indiqué en 1. Le carter du compres seur est indiqué en 2 ; il comporte un orifice axial d'admission 3 et un orifice latéral de refoulement 4, et il est fixé sur une paroi 5 à travers laquelle passe un arbre rotatif 6 qui porte le rotor 1 du compres seur, à l'une de ses extrémités, tandis que l'autre est entraînée par un dispositif convenable (non re présenté).
L'ensemble du dispositif d'étanchéité comporte, autour de l'arbre 6, immédiatement à sa sortie de la paroi 5, un premier compartiment 11, puis un deuxième compartiment 12, contigu au premier et entourant également ledit arbre.
Le compartiment 11 est constitué par une pièce de forme générale cylindrique 13 venue de fonderie avec la paroi 5, et par une autre pièce de forme générale cylindrique 14, fixée en bout de la pièce 13, par l'intermédiaire d'un support de palier 15, au moyen de boulons représentés schématiquement sur le dessin, par leurs axes 16 et 17.
Une légère fuite est créée entre le carter du compresseur et le premier compartiment 11 par une pompe consistant en quelques filets de vis 18 taillés directement sur l'arbre. Le sens de l'inclinaison de ces filets par rapport au sens de rotation de l'arbre est tel que les gaz se trouvent aspirés par la pompe ainsi formée, du carter du compresseur, dans le premier compartiment 11.
Dans le deuxième compartiment 12, on envoie de l'huile sous pression, par une conduite 19, au moyen d'une pompe 28. Dans ce compartiment, l'arbre est entouré d'un dispositif d'étanchéité, com portant une pièce annulaire 21 et deux pièces an nulaires 22, 23, qui s'opposent à toute sortie d'huile vers l'extérieur autour de l'extrémité de l'arbre qui sort de ce deuxième compartiment (du côté droit sur le dessin). Par contre, une fuite d'huile peut passer autour de l'arbre, du deuxième compartiment 12 dans le premier compartiment 11, où règne une pression plus faible que dans le deuxième comparti ment.
Les fuites de gaz provenant du compresseur et les fuites d'huile provenant du deuxième comparti ment se mélangent donc dans le premier comparti ment. La surpression créée par la pompe à vis 18 permet de refouler, vers l'aspiration 3 du compres seur, par une conduite 25, sur le trajet de laquelle se trouve un déshuileur 26, les fuites de gaz par venues dans le premier compartiment et qui se sont débarrassées des fuites d'huile en passant dans ce déshuileur.
Une seconde pompe 28, constituée également par des filets de vis taillés sur l'arbre et qui coopèrent avec un alésage 29 du support de palier 15 relié par un conduit 31 à un bac 32 contenant de l'huile, refoule l'huile dans une chambre 33, d'où elle est conduite dans le deuxième compartiment 12, par une conduite 19. Les fuites d'huile, qui passent du deuxième compartiment dans le premier, retournent au bac 32, par une conduite 35 reliée au premier compartiment 11. L'huile peut passer de la partie droite du premier compartiment, située dans la pièce 14, dans l'autre partie de ce compartiment, située dans la pièce 13, à travers des trous longi tudinaux 37 pratiqués à travers la pièce 15 de sup port des paliers.
L'un des paliers 38 est monté directement dans la pièce 15, l'autre palier 41 est monté dans une pièce intermédiaire 44 solidaire de la pièce 15. Les réactions longitudinales de l'arbre 6, notamment sous l'effet du rotor 1 du compresseur, sont absorbées par une pièce de butée 45 fixée sur la pièce 44. Un disque 46, solidaire de l'arbre, porte contre l'une des faces de la pièce de butée 45, garnie de métal antifriction.
Contre l'autre face de la pièce de butée 45, qui présente une forme sphérique concave, porte une pièce annulaire 47 dont une face, sphérique convexe, porte contre la face sphérique de la pièce 45, et dont l'autre face, qui est plane et également garnie de métal antifriction, sert de surface d'appui à une pièce annulaire 48 enfilée sur l'arbre 6 et rendue solidaire de celui-ci, en rotation, par des clavettes 49. Un écrou 51, vissé sur l'extrémité filetée de l'arbre, bloque la pièce 48 contre une bague entre toise 52 qui porte contre le disque de butée 46.
Les pièces 45 et 47 sont rendues solidaires l'une de l'autre, en rotation, par des ergots (non représentés) montés avec un léger jeu pour permettre l'alignement des surfaces sphériques en contact.
L'extrémité de commande de l'arbre est consti tuée par une pièce rapportée 10, fixée sur la pièce 48. La pompe à huile 28 assure le graissage sous pression du palier 38 qui se trouve immédiatement contre la chambre de refoulement 33 et du palier 41, ainsi que des surfaces de portée des pièces de bu tée 45 et 47, au moyen de conduits 43 reliant ladite chambre de refoulement 33 à ce deuxième palier et à ces surfaces de butée.
L'huile qui s'écoule du palier 38 retombe direc tement dans le compartiment 11, et celle qui s'écoule du palier 41, retombe en partie dans ce comparti ment, par un orifice 55, et en partie dans le conduit d'aspiration 31 de la pompe à huile, par un trou 56.
Si le compresseur refoule des gaz très chauds ; il en résulte un échauffement correspondant de l'ar bre 6. En vue de favoriser le refroidissement de cet arbre, celui-ci comporte un disque 57 en forme de tronc de cône, mais qui pourrait aussi présenter une autre forme, telle qu'une forme plane par exem ple. Ce disque reçoit des jets d'huile sous pression provenant de la chambre de refoulement 33 et pro jetés par des canaux longitudinaux 58 ménagés dans la pièce 15 porte-paliers.
L'huile qui circule en circuit fermé entre le pre mier compartiment 11, le bac 32 et le deuxième compartiment 12, est refroidie dans un dispositif échangeur de chaleur constitué par un serpentin 59 parcouru par de l'eau froide, logé dans le bac 32. En outre, l'eau froide est également admise dans une chambre annulaire 61 qui entoure l'arbre 6, dès sa sortie du carter du compresseur. L'eau est évacuée de cette chambre par un conduit indiqué en 62.
Dans le cas particulier d'une commande de com presseur, pour que les gaz sortent de la pompe 18 à faible vitesse, le premier compartiment 11 étant relié à la conduite 3 d'aspiration du compresseur, l'admission de cette pompe est placée à la même pression que celle qui règne dans la conduite 3, dans laquelle refoule la pompe 18. D'autre part un joint 63 est disposé entre la pompe à vis 18 et la face adjacente du carter du compresseur, et une conduite 65 relie l'aspiration de la pompe 18 à la conduite d'aspiration 3 du compresseur. Le joint 63 dont l'étanchéité n'est pas parfaite ne s'oppose pas au passage des gaz aspirés par la pompe 18 du carter du compresseur vers le premier compartiment 11.
En variante, au lieu de relier l'entrée et la sortie de la pompe 18, toutes les deux à l'aspiration 3 du compresseur, on peut les relier, toutes les deux, au refoulement 4 dudit compresseur.
Le fonctionnement de ce dispositif est le sui vant: Quand l'arbre tourne, le rotor du compresseur 1 aspire des gaz dans le conduit 3 et les refoule dans la conduite de refoulement 4. Une faible fuite de gaz longe l'arbre 6, traverse le joint 63, est aspirée par la pompe 18 et refoulée par celle-ci dans le premier compartiment 11, - où elle se mélange aux fuites d'huile provenant du deuxième compartiment. Le mélange des fuites de gaz et des fuites d'huile passe ensuite dans le déshuileur 26, et les gaz, ainsi épurés, retournent, par la conduite 25, à l'aspira tion 3 du compresseur, tandis que l'huile récupérée dans le déshuileur retombe dans le premier compar timent.
L'huile contenue dans le premier compartiment ne peut pas pénétrer dans le compresseur, étant donné que la circulation de gaz autour de l'arbre, créée par la pompe 18 se fait en sens inverse et s'y oppose. Pour une raison analogue, les gaz qui peu vent se trouver dans le premier compartiment 11 ne peuvent pas s'échapper autour de l'arbre 10, vers l'extérieur du dispositif, -car il faudrait, pour cela, qu'ils pénètrent d'abord dans le deuxième comparti ment, or la circulation forcée d'huile, qui fuit de ce deuxième compartiment dans le premier, s'y oppose.
Un circuit de fuites de gaz recyclées après épu ration est ainsi créé entre le compresseur et le pre mier compartiment et un circuit de fuites d'huile recyclées se forme entre le premier et le second compartiment.
Lorsque le dispositif est à l'arrêt, les pressions sont les mêmes dans l'enceinte et dans le premier compartiment, de sorte que l'huile contenue dans ce compartiment s'écoule par gravité et ne cherche pas à fuir vers le carter du compresseur le long de l'arbre 6 et encore moins par la conduite 25.