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L'invention concerne un appareil de pompage comprenant des machines à fluide et un organe de collecte de fuites d'une machine vers une autre. Il s'agit en particulier de machines à fluide volumétriques (pompe, compresseur) pour un fluide cryogénique. Le fluide considéré peut être de l'hydrogène.
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L'invention concerne également un compresseur ou une pompe comprenant un tel appareil de pompage.
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Une machine à fluide comprend par exemple un piston tubulaire, un guide fixe situé à l'intérieur du piston tubulaire, une chambre délimitée par le piston et le guide, et un ensemble de joint(s) disposés entre le piston et le guide. Le piston et le guide sont configurés pour être en mouvement de va-et-vient relatif entre une configuration d'admission du fluide dans la chambre et une configuration de compression du fluide dans la chambre.
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Malgré les récents progrès réalisés ces dernières années dans la conception des machines à fluide, l'étanchéité de la chambre délimitée par le piston et le guide reste difficile à garantir, notamment en phase de compression du fluide dans la chambre. En particulier, avec l'usure des joints, un chemin ou passage se crée entre ceux-ci et le piston, entraînant un écoulement de fuites depuis la chambre.
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Ce flux de fuites peut être mis à l'évent ou renvoyé dans une source qui alimente la machine à fluide (dans le cas d'un compresseur ou une pompe). Ce flux de fuites constitue donc une perte de matière qui affecte l'efficacité volumétrique de la machine à fluide et par conséquent le débit de décharge. Par ailleurs, lorsque le flux de fuites est renvoyé dans la source qui alimente la machine à fluide, ce flux se détend et génère de la chaleur dans la source. Il s'ensuit une évaporation (de l'anglais Boil of Gas - BOG) du fluide dans la source.
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Qu'il soit mis à l'évent ou renvoyé dans la source d'alimentation de la machine à fluide, le flux de fuite n'est pas suffisamment valorisé. Un but de l'invention est de remédier à cet inconvénient.
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A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne un appareil de pompage.
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L'appareil de pompage comprend une première machine à fluide et une deuxième machine à fluide comprenant chacune un piston et un guide délimitant une première chambre de compression et de détente d'un fluide. Le piston et le guide sont mobiles relativement l'un par rapport à l'autre pour la compression et la détente du fluide dans la première chambre. La première machine à fluide et la deuxième machine à fluide comprennent également chacune un dispositif d'étanchéité disposé entre le piston et le guide.
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Selon ce premier aspect de l'invention, l'appareil de pompage comprend un organe de collecte configuré pour collecter au moins une partie des fuites ayant migré au travers du dispositif d'étanchéité de l'une des machines à fluide et diriger ces fuites collectées dans la première chambre de l'autre des machines à fluide.
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Des modes de réalisation selon le premier aspect de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
- la première machine à fluide et la deuxième machine à fluide sont configurées pour fonctionner selon un mode antagoniste, c'est-à-dire une configuration de détente dans la première machine à fluide coïncide avec une configuration de compression dans la deuxième machine à fluide, et vice versa,
- la première machine à fluide et la deuxième machine à fluide comprennent chacune au moins un chemin de fuites entre le dispositif d'étanchéité et le piston,
- l'organe de collecte présente une première extrémité en communication fluidique avec le chemin de fuites de l'une des machines à fluide et une seconde extrémité en communication avec la première chambre de compression de l'autre des machines à fluide,
- l'organe de collecte comprend en outre au niveau de l'une des machines à fluide un premier clapet anti-retour configuré pour contrôler la circulation fluidique entre l'organe de collecte et le chemin de fuites de ladite machine,
- l'organe de collecte comprend également au niveau de l'autre des machines à fluide un deuxième clapet anti-retour configuré pour contrôler la circulation fluidique entre l'organe de collecte et la première chambre de compression de ladite machine à fluide,
- l'appareil comprend un conduit de mise à l'évent relié à l'organe de collecte et configuré pour évacuer une partie du flux de fuites collectées en dehors des machines à fluide,
- le dispositif d'étanchéité comprend un ensemble de joints toriques disposés dans des logements prévus entre le piston et le guide,
- chaque machine à fluide comprend un système d'admission du fluide dans la première chambre,
- chaque machine à fluide comprend un système de décharge du fluide comprimé hors de la première chambre de détente et de compression,
- l'une au moins des machines à fluide comprend une seconde chambre de détente et de compression délimitée par le piston et/ou le guide et un cylindre,
- la seconde chambre est en communication avec la première chambre via un système de transfert,
- la machine à fluide est du type à deux étages de compression, c'est-à-dire que le fluide est admis d'abord dans la seconde chambre où il est compressé une première fois puis transféré dans la première chambre via le système de transfert pour y être compressé une seconde fois,
- le piston ou le guide est configuré pour être en mouvement relatif alternatif par rapport au cylindre,
- l'organe de collecte est configuré pour transférer au moins une partie des fuites ayant migré au travers du dispositif d'étanchéité de l'une des machines à fluide vers la première chambre de compression de l'autre des machines à fluide,
- l'organe de collecte est configuré pour transférer au moins une partie des fuites ayant migré au travers du dispositif d'étanchéité de l'une des machines à fluide vers la seconde chambre de l'autre des machines à fluide.
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Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un compresseur ou pompe, notamment pour fluide cryogénique tel que l'hydrogène, le compresseur ou la pompe comprenant un appareil de pompage selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus.
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D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures suivantes dans lesquelles :
- [Fig. 1] est une vue schématique illustrant une pompe selon un premier mode de réalisation de l'invention, la pompe comprenant un appareil de pompage comportant une première machine à fluide, une deuxième machine à fluide, et un organe de collecte pour collecter des fuites d'une machine vers l'autre, chaque machine comprenant un piston et un guide délimitant une première chambre.
- [Fig. 2] est une vue de coupe schématique illustrant la pompe de la [Fig. 1] dans une deuxième configuration.
- [Fig. 3] est une vue de coupe schématique illustrant la pompe de la [Fig. 1] dans une troisième configuration.
- [Fig. 4] est une vue de coupe schématique illustrant la pompe de la [Fig. 1] dans une quatrième configuration.
- [Fig. 5] est une vue schématique illustrant une pompe selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel chaque machine à fluide comprend en outre un cylindre contenant le piston, le cylindre et le piston délimitant une deuxième chambre.
- [Fig. 6] est une vue schématique de la pompe de la [Fig. 5] dans une deuxième configuration.
- [Fig. 7] est une vue schématique de la pompe de la [Fig. 5] dans une troisième configuration.
- [Fig. 8] est une vue schématique de la pompe de la [Fig. 5] dans une quatrième configuration.
- [Fig. 9] est une vue schématique d'une variante de la pompe illustrée à la [Fig. 5], l'appareil de pompage comprenant un premier organe de collecte reliant la première chambre de la première machine à fluide à la deuxième chambre de la deuxième machine à fluide, et un deuxième organe de collecte reliant la première chambre de la deuxième machine à fluide à la deuxième chambre de la première machine à fluide.
- [Fig. 10] est une vue schématique de la pompe de la [Fig. 9] dans une deuxième configuration.
- [Fig. 11] est une vue schématique de la pompe de la [Fig. 9] dans une troisième configuration.
- [Fig. 12] est une vue schématique de la pompe de la [Fig. 9] dans une quatrième configuration.
- [Fig. 13] illustre des exemples d'arrangement entre des orifices de décharge et des orifices de transfert dans l'une des machines à fluide illustrée à la [Fig. 1].
- Les [Fig. 1] à [Fig. 12] illustrent une pompe ou un compresseur 100 destiné à alimenter un système (non illustré) en fluide cryogénique sous pression.
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La pompe 100 comprend un réservoir 1 de stockage d'un fluide 2 et un appareil 3 de pompage comprenant une pluralité de machines 3A, 3B à fluide disposées dans le réservoir 1. Les machines 3A, 3B à fluide sont en immersion dans le fluide 2 pour pomper celui-ci en vue de sa compression. Le réservoir 1 peut être isolé thermiquement, notamment dans le cas où il contient un fluide cryogénique liquéfié.
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Dans les exemples illustrés, le compresseur ou la pompe 100 comprend deux machines à fluide : une première machine 3A à fluide et une deuxième machine 3B à fluide.
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Chaque machine 3A, 3B à fluide comprend un piston 4, un guide 5 disposé à l'intérieur du piston 4, une première chambre 61 délimitée par le piston 4 et le guide 5, et un dispositif 7 d'étanchéité disposé entre le piston 4 et le guide 5. En particulier, le piston 4 et le guide 5 sont configurés pour être en mouvement de translation l'un par rapport à l'autre entre une configuration d'admission du fluide dans la première chambre 61 et une configuration de compression du fluide dans la première chambre 61. Comme représenté dans les figures, le piston 4 est tubulaire et est enfilé sur le guide 5.
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La première machine 3A à fluide et la deuxième machine 3B sont distinctes et indépendantes, telles que représentées. C'est-à-dire que la première machine 3A à fluide et la deuxième machine 3B à fluide comprennent chacune un ensemble guide-piston respectif distinct et peuvent chacune être actionnée indépendamment. Par exemple, les mouvements alternatifs des pistons sont indépendants et asservis l'un à l'autre.
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Dans l'exemple illustré, la première machine 3A à fluide et la deuxième machine 3B à fluide sont configurées pour fonctionner selon un mode antagoniste (décalé ou déphasé), c'est-à-dire la configuration d'admission dans la première machine 3A à fluide coïncide avec la configuration de décharge dans la deuxième machine 3B à fluide et vice versa.
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Par ailleurs, le piston 4 et le guide 5 sont de forme cylindrique. Plus en détail, le piston 4 peut comprendre un pourtour 41, une première base 42 et une deuxième base 43 opposée à la première base 42 par rapport au pourtour 41. De même, le guide 5 comprend une périphérie 51, une première extrémité 52 et une deuxième extrémité 53 opposée à la première extrémité 52 par rapport à la périphérie 51. La première extrémité 52 du guide 5 est en regard avec la première base 42 du piston 4.
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Ainsi, dans chaque machine 3A, 3B à fluide, la première chambre 61 est délimitée par la première extrémité 52 du guide 5 ainsi que par le pourtour 41 et la première base 42 du piston 4.
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La première chambre 61 ainsi délimitée est en communication fluidique avec le volume du réservoir 1 de la pompe 100 à travers un premier système d'admission. En outre, la première chambre 61 est en communication fluidique avec l'extérieur de la pompe 100 (par exemple, un système destiné à être alimenté par le compresseur ou la pompe 100) à travers un premier système de décharge.
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Autrement dit, le premier système d'admission de chaque pompe 100 est configuré pour mettre en communication fluidique chaque première chambre 61 avec le volume du réservoir 1 de la pompe 100. Ainsi, chaque première chambre est configurée pour être alimentée avec du fluide à la même pression, ici égale à la pression qui règne dans le réservoir 1 de la pompe 100.
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Le premier système d'admission comprend au moins un premier orifice 44 d'admission. Celui-ci est muni d'un premier clapet 44a d'admission destiné à relier fluidiquement la première chambre 61 et le volume du réservoir 1 de la pompe 100. Dans l'exemple illustré, le ou les premiers orifices 44 d'admission sont formés au niveau de la première base 42 du piston 4.
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Le premier système de décharge comprend au moins un premier orifice 54 de décharge qui permet d'évacuer hors de la chambre 61 le fluide comprimé dans celle-ci. Le ou les premiers orifices 54 de décharge sont munis chacun d'un premier clapet 54a de décharge. Dans l'exemple illustré, le ou les premiers orifices 54 de décharge sont formés au niveau de la première extrémité 52 du guide 5.
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Afin d'acheminer le fluide comprimé vers l'extérieur de la pompe 100, le premier système de décharge de chaque machine 3A, 3B à fluide comprend de préférence au moins un conduit 55 de décharge.
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Dans chaque machine 3A, 3B à fluide, le ou les conduits 55 de décharge s'étendent chacun à l'intérieur du guide 5 depuis le premier orifice 54 de décharge. En outre, le ou les conduits 55 de décharge débouchent de la machine 3A, 3B à travers la deuxième extrémité 53 du guide 5.
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Dans l'exemple illustré, chaque machine 3A, 3B à fluide comprend un seul conduit 55 de décharge qui s'étend depuis le premier orifice 54 de décharge formé au niveau de la première extrémité 52 du guide 5.
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Dans une variante non illustrée, chaque machine 3A, 3B à fluide comprend deux conduits 55 de décharge qui s'étendent respectivement depuis deux premiers orifices 54 de décharge formés au niveau de la première extrémité 52 du guide 5. Ces deux conduits 55 de décharge se joignent en seul conduit à l'extérieur de la machine 3A, 3B à fluide.
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Le dispositif 7 d'étanchéité comprend une pluralité de joints d'étanchéité. Afin de permettre le montage de ces joints 7 d'étanchéité au niveau de chaque machine 3A, 3B à fluide, la périphérie 51 du guide 5 peut comprendre des créneaux qui forment des gorges annulaires. Les joints 7 d'étanchéité sont ainsi disposés dans ces gorges et sont configurés pour venir en contact radialement avec une face interne du pourtour 41 du piston 4.
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Du fait du mouvement relatif entre le piston 4 et le guide 5, les joints 7 montés sur le guide 5 sont également en mouvement relatif par rapport au piston 4. Les joints 7 sont dits joints d'étanchéité dynamique.
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Dans l'exemple illustré, les joints 7 d'étanchéité sont répartis en deux séries longitudinales : une première série située à proximité de la première extrémité 52 du guide 5 (en bas lorsque la machine 3A, 3B est disposée verticalement en configuration d'utilisation), et une deuxième série située à proximité de la deuxième extrémité 53 du guide 5 (en haut lorsque la machine 3A, 3B est disposée verticalement en configuration d'utilisation).
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De façon avantageuse, les joints 7 de la première série présentent un coefficient de dilatation thermique différent de celui des joints 7 de la deuxième série.
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Au cours du cycle de vie de la pompe 100, les joints 7 d'étanchéité et la paroi interne du pourtour 41 du piston 4 ne sont pas toujours agencés selon un ajustement serré. De plus, avec l'usure de joints 7 d'étanchéité, on observe la formation d'au moins un chemin ou passage entre ces joints 7 d'étanchéité et la face interne du pourtour 41 du piston 4. Une partie du fluide admis puis comprimé dans la première chambre 61 peut alors s'échapper de cette première chambre 61 via l'un de ces chemins.
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Cette partie du fluide perdue est désignée par la suite par "fuites" ou "flux de fuites". Le chemin formé par les joints 7 d'étanchéité et la face interne du pourtour 41 du piston 4, et par lequel passent les fuites est désigné par la suite par "chemin de fuites".
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Pour valoriser avantageusement les fuites produites par les machines 3A, 3B à fluide, l'invention introduit un organe 8 de collecte configuré pour récupérer un flux de fuites provenant de l'une quelconque de ces machines 3A, 3B à fluide et transférer ledit flux vers l'autre quelconque de ces machines 3A, 3B à fluide.
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Plus spécifiquement, l'organe 8 de collecte est configuré pour récupérer un flux de fuites depuis un ou plusieurs chemins de fuite présents dans l'une quelconque des machine 3A, 3B à fluide et transférer ce flux de fuite vers la première chambre 61 de l'autre quelconque des machine 3A, 3B à fluide. Autrement dit, l'organe 8 de collecte présente une première extrémité en communication fluidique avec le chemin de fuites de l'une des machines 3A, 3B à fluide et une seconde extrémité en communication fluidique avec la première chambre 61 de compression de l'autre des machines 3A, 3B à fluide.
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L'organe de collecte 8 est donc configuré pour récupérer un flux de fuites produit à la sortie ou au niveau de la première chambre 61 de l'une quelconque des machines 3A, 3B à fluide et le transférer dans la première chambre 61 de l'autre quelconque des machines 3A, 3B à fluide. C'est-à-dire que le flux de fuites est transféré dans une première chambre 61 travaillant à la même pression d'admission que l'autre première chambre 61.
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Grâce à l'organe 8 de collecte, et le recyclage intégral ou partiel des fuites qu'il permet, l'invention augmente de manière significative l'efficacité de la pompe 100, et réduit le coût d'exploitation de celle-ci. De plus, grâce à l'organe 8 de collecte, le débit de décharge de la pompe 100 reste relativement stable, même en cas d'usure des joints 7, tant qu'il reste possible de récupérer et de recycler les fuites. Enfin, grâce à l'organe 8 de collecte, l'invention permet de baisser ou de maintenir à un faible niveau les BOG, réduisant ainsi la fréquence des opérations de maintenance sur la pompe 100.
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Dans l'exemple illustré, l'organe 8 de collecte est configuré pour récupérer un premier flux de fuites provenant du ou des chemins de fuite de la première machine 3A à fluide et transférer ce premier flux vers la première chambre 61 de la deuxième machine 3B à fluide. De même, l'organe 8 de collecte est configuré pour récupérer un deuxième flux de fuites provenant du ou des chemins de fuite de la deuxième machine 3B à fluide et transférer ce deuxième flux vers la première chambre 61 de la première machine 3A à fluide.
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Pour ce faire, l'organe 8 de collecte comprend un conduit 81 principal qui s'étend entre la première machine 3A à fluide et la deuxième machine 3B à fluide. En particulier, le conduit 81 principal s'étend entre la première chambre de l'une des machines 3A, 3B à fluide et la première chambre de l'autre des machines 3A, 3B à fluide.
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De plus, l'organe 8 de collecte comprend au niveau de chaque machine 3A, 3B à fluide au moins un conduit 82 secondaire qui présente une première extrémité reliée au conduit 81 principal et une deuxième extrémité disposée à travers une ouverture 57 latérale (interstice, volume ou autre) formée entre le piston 4 et le guide 5.
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Cette ouverture 57 latérale est formée par exemple au niveau d'un créneau de la périphérie 51 du guide 5, de préférence entre les deux séries de joints 7 d'étanchéité. De plus, cette ouverture 57 latérale forme un point par lequel le ou les chemins de fuites de la machine 3A, 3B à fluide débouchent dans l'organe 8 de collecte. Enfin, cette ouverture 57 latérale est munie de préférence d'un clapet 57a de collecte destiné à relier ou isoler fluidiquement l'organe 8 de collecte par rapport au(x) chemin(s) de fuites de la machine 3A, 3B à fluide. De façon avantageuse, ce clapet 57 de collecte peut être un clapet anti-retour unidirectionnel.
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Au niveau de chaque machine 3A, 3B à fluide, le conduit principal 81 débouche dans la première chambre 61 à travers un orifice 56 d'injection. Celui-ci est pourvu de préférence d'un clapet 56a, par exemple un clapet anti-retour, destiné à relier fluidiquement et de manière unidirectionnelle l'organe 8 de collecte et la première chambre 61 de la machine 3A, 3B concernée.
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De façon avantageuse, l'orifice 56 d'injection de chaque machine 3A, 3B à fluide est formé au niveau de la première extrémité 52 du guide 5, laquelle délimite la première chambre 61 de la machine 3A, 3B à fluide considérée.
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Il convient de noter que le conduit 81 principal comporte au niveau de chaque machine 3A, 3B à fluide une portion qui s'étend à l'intérieur de ladite machine 3A, 3B à fluide, et une portion qui s'étend à l'extérieur des machines 3A, 3B à fluide. Afin de limiter une évaporation d'un flux de fuites à travers la portion du conduit 81 principal qui s'étend à l'extérieur des machines 3A, 3B à fluide, l'organe 8 de collecte est pourvu de façon avantageuse d'un système de refroidissement (non illustré).
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Il convient de noter également que dans chaque machine 3A, 3B à fluide, la première extrémité 52 du guide 5 porte à la fois le ou les orifices 54 de décharge ainsi que le ou les orifices 56 d'injection. Il est possible d'envisager au niveau de la première extrémité 52 du guide 5 différents arrangements entre orifices 56 d'injection et orifices 54 de décharge en fonction de leurs nombres respectifs. La [Fig. 13] illustre quelques exemples d'arrangements entre orifices 54 de décharge et orifices 56 d'injection au niveau de la première extrémité 52 du guide 5.
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Dans un premier exemple (a), la première extrémité 52 du guide 5 porte un seul premier orifice 54 de décharge et un seul orifice 56 d'injection. Les deux orifices 54, 56 sont situés le long d'un diamètre de la première extrémité 52 du guide 5. Les deux orifices 54, 56 sont situés à égale distance du centre de la première extrémité 52 du guide 5.
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Dans un deuxième exemple (b), la première extrémité 52 du guide 5 porte un seul orifice 56 d'injection et deux orifices 54 de décharge. L'orifice 56 d'injection est disposé au centre de l'extrémité 52 du guide 5 entre les deux orifices 54 de décharge.
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Dans un troisième exemple (c), la première extrémité 52 du guide 5 porte un seul orifice 56 d'injection et trois orifices 54 de décharge. L'orifice 56 d'injection est situé au centre de l'extrémité 52 du guide 5. Les orifices 54 de décharge sont disposés autour de l'orifice 56 d'injection selon un intervalle régulier.
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De façon avantageuse, l'appareil 3 de pompage comprend un conduit 83 d'évacuation relié à l'organe 8 de collecte. Le conduit 83 d'évacuation est configuré pour évacuer une partie du flux de fuites collectées par l'organe 8 de collecte en dehors des machines 3A, 3B à fluide, notamment lorsque le débit de fuites collectées est très important. Le conduit 83 d'évacuation peut être équipé d'un débitmètre dont la mesure peut renseigner sur l'état d'usure des joints 7.
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Les [Fig. 1] à [Fig. 4] illustrent un cycle de fonctionnement de la pompe 100.
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Dans une configuration illustrée à la [Fig. 1], la première machine 3A à fluide est en de fin d'admission d'un flux du fluide 2 contenu dans le réservoir 1 tandis que la deuxième machine 3B à fluide est en fin de compression du fluide, en fin de décharge du fluide comprimé vers l'extérieur, et en fin de transfert de fuites vers la première chambre 61 de la première machine 3A.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le premier clapet 44a d'admission et le clapet 56a d'injection sont ouverts tandis que les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge sont fermés. Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, le premier clapet 44a d'admission et le clapet 56a d'injection sont fermés, tandis que les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge sont ouverts.
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Dans une configuration illustrée à la [Fig. 2], la première machine 3A à fluide est en phase de compression, et l'organe 8 collecte alors les fuites provenant de la première machine 3A à fluide pour les transférer vers la première chambre 61 de la deuxième machine 3B à fluide. La deuxième machine 3B à fluide est en fin d'admission d'un flux du fluide 2 contenu dans le réservoir 1.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le premier clapet 44a d'admission, le clapet d'injection 56a et le clapets 54a de décharge sont fermés, tandis que les clapets 57a de collecte sont ouverts. Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge sont fermés, tandis que le clapet 56a d'injection est ouvert.
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Dans une configuration illustrée à [Fig. 3], la première machine 3A à fluide est en phase de compression et de décharge du fluide. L'organe 8 collecte un flux des fuites issues de la première machine 3A pour les transférer vers la deuxième machine 3B. La deuxième machine 3B à fluide est en phase d'admission d'un flux du fluide 2 provenant du réservoir 1 et en phase de mélange de ce flux avec le flux de fuites reçues de l'organe 8 de collecte.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le premier clapet 44a d'admission et le clapet 56a d'injection restent fermés, tandis que les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge sont ouverts. Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, le clapet 56a d'injection et le premier clapet 44a d'admission restent ouverts, tandis que les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge restent fermés.
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Enfin, dans une configuration illustrée à la [Fig. 4], la première machine 3A à fluide est en phase de fin compression et en fin de décharge du fluide comprimé vers l'extérieur. L'organe 8 collecte un flux des fuites de la première machine 3A vers la deuxième machine 3B à fluide. La deuxième machine 3B à fluide est en fin d'admission d'un flux du fluide 2 depuis le réservoir 1, et en fin de mélange de ce flux avec le flux de fuites reçues de l'organe 8 de collecte.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le premier clapet 44a d'admission et le clapet 56a d'injection restent fermés, tandis que les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge restent ouverts. Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, le clapet 56a d'injection et le premier clapet 44a d'admission restent ouverts. Les clapets 57a de collecte et le clapet 54a de décharge restent fermés.
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La première machine 3A à fluide et la deuxième machine 3B à fluide peuvent donc être configurées pour travailler en opposition de phase, et l'organe de collecte de fuites 8 est configuré pour récupérer les fuites produites par l'une des machines 3A, 3B, qui se trouve alors en phase de compression, et les injecter dans l'autre machine à fluide 3A, 3B, qui se trouve alors en phase d'admission.
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En référence aux [Fig. 5] à [Fig. 12], on décrit à présent un deuxième mode de réalisation de l'invention.
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Ce deuxième mode reprend les caractéristiques du premier mode décrit ci-dessus. Une différence ici réside dans le fait que chaque machine 3A, 3B à fluide est du type à deux étages de compression. Une autre différence réside dans le fait que chaque machine 3A, 3B à fluide comprend en outre un cylindre 9 contenant le piston 4.
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En particulier, le cylindre 9 et le piston 4 délimitent une deuxième chambre 62. En outre, le piston 4 et le cylindre 9 sont mobiles relativement l'un par rapport à l'autre pour la compression et la détente du fluide dans la deuxième chambre 62.
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Pour le fonctionnement de la pompe 100 selon ce deuxième mode de réalisation, le fluide 2 est admis d'abord dans la seconde chambre 62 où il est compressé une première fois puis transféré dans la première chambre 61 via un système de transfert pour y être compressé une seconde fois, avant d'être déchargé vers l'extérieur via le premier système de décharge décrit précédemment.
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La deuxième chambre 62 communique avec le réservoir 1 de la pompe 100 au moyen d'un deuxième système d'admission et au moyen d'un deuxième système de décharge. En particulier, le deuxième système d'admission est configuré pour mettre en communication fluidique la deuxième chambre 62 de chaque machine à fluide 3A, 3B avec le réservoir 1 de la pompe 100. C'est-à-dire que chaque deuxième chambre 62 est configurée pour être alimentée avec du fluide à la même pression, ici égale à la pression qui règne dans le réservoir 1 de la pompe 100.
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Le deuxième système d'admission comprend au moins une lumière 94 et au moins un deuxième orifice 95 d'admission qui peut être équipé d'un deuxième clapet 95a d'admission. Le deuxième système de décharge comprend au moins un deuxième orifice 96 de décharge équipé d'un deuxième clapet 96a de décharge.
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Dans l'exemple illustré, le cylindre 9 comprend une paroi latérale 91, un premier fond 92 et un deuxième fond 93 opposé au premier fond 92 par rapport à la paroi latérale 91. La lumière 94 est formée au niveau de la paroi latérale 91. Le deuxième orifice 95 d'admission est formé au niveau du premier fond 92 du cylindre 9. De même, le deuxième orifice 96 de décharge est formé également au niveau du premier fond 92 du cylindre 9.
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Le système de transfert entre la deuxième chambre 62 et la première chambre 61 comprend au moins un orifice de transfert qui est équipé d'un clapet de transfert. L'orifice de transfert peut également être équipé d'un diffuseur.
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En particulier, le clapet de transfert est conçu pour faire passer le fluide de la deuxième chambre 62 vers la première chambre 61 avec le moins de restrictions possible tout en supportant une pression importante lors de la compression du fluide dans la première chambre 61. Le diffuseur est destiné à favoriser un mélange entre un flux du fluide 2 provenant du réservoir 1 de la pompe 100 et un flux de fuites récupérées par l'organe 8 de collecte.
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De façon avantageuse, le ou les orifices de transfert sont constitués par le ou les premiers orifices 44 d'admission formés au niveau de la première base 42 du piston 4. De même, le ou les clapets de transfert sont également constitués par le ou les premiers clapets 44a d'admission prévus au niveau de la première base 42 du piston 4.
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Afin de rendre étanche la deuxième chambre 62, des joints sont prévus entre le pourtour 41 du piston 4 et la paroi latérale 91 de l'enveloppe. Aux fins de montage de ces joints, le pourtour 41 du piston 4 peut être muni de créneaux formant des gorges de réception. Les joints prévus entre le piston 4 et le cylindre 9 peuvent être de même nature que les joints 7 prévus entre le guide 5 et le piston 4.
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Dans la suite, la deuxième chambre 62 sera également désignée par les termes "premier étage de compression". La première chambre 61 sera également désignée par les termes "deuxième étage de compression".
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Dans une première variante de ce deuxième mode de réalisation illustrée aux [Fig. 5] à [Fig. 8], l'organe 8 de collecte est configuré pour récupérer un premier flux de fuites provenant de la première chambre 61 de la première machine 3A à fluide et transférer ledit premier flux dans la première chambre 61 de la deuxième machine 3B à fluide. De même, l'organe 8 de collecte est configuré pour récupérer un deuxième flux de fuites provenant de la première chambre 61 de la deuxième machine 3B à fluide et transférer ledit deuxième flux de fuites dans la première chambre 61 de la première machine 3A à fluide.
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C'est-à-dire, dans cette configuration, que l'organe de collecte 8 est configuré pour récupérer un flux de fuites produit par le deuxième étage de compression de l'une quelconque des machines 3A, 3B à fluide et le transférer dans le deuxième étage de compression de l'autre quelconque des machines 3A, 3B à fluide. C'est-à-dire que le flux de fuites est transféré dans une première chambre 61 correspondant au même deuxième étage de compression que l'autre première chambre 61.
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Dans une première configuration illustrée à la [Fig. 5], la première machine 3A à fluide est en fin d'admission tandis que la deuxième machine 3B à fluide est en fin de compression.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le deuxième clapet 95a d'admission, les lumières 94, le premier clapet 54a de décharge, et les clapets 57a de collecte sont fermés. En revanche, le clapet 56a d'injection, le clapet 44a de transfert, et le deuxième clapet 96a de décharge sont ouverts.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les deuxièmes clapets 95a d'admission, le premier clapet 54a de décharge, les clapets 57a de collecte et les lumières 94 sont ouverts. En revanche, le clapet 56a d'injection, et le clapet 44a de transfert sont fermés.
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Dans une deuxième configuration illustrée à la [Fig. 6], la première machine 3A à fluide est en compression et en admission. L'organe 8 collecte un flux de fuites provenant de la première machine 3A à fluide pour le transférer vers la deuxième machine 3B à fluide. La deuxième machine 3B à fluide est en fin d'admission d'un flux du fluide 2 contenu dans le réservoir 1.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le clapet 56a d'injection, le clapet 44a de transfert et le deuxième clapet 96a de décharge sont maintenant fermés. Les lumières 94 restent fermées. En revanche, les deuxièmes clapets 95a d'admission, les clapets 57a de collecte et le premier clapet 54a de décharge sont ouverts.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 95a d'admission et le premier clapet 54 de décharge sont maintenant fermés. Le clapet 44a de transfert reste fermé et les lumières 94 restent ouvertes. En revanche, le clapet 56a d'injection est à présent ouvert.
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Dans une troisième configuration illustrée à la [Fig. 7], la première machine 3A à fluide est en phase de compression et de décharge. L'organe 8 collecte un flux de fuites provenant de la première machine 3A à fluide. La deuxième machine 3B à fluide est en état de mélange du flux de fuites provenant de l'organe 8 de collecte et du flux de fluide admis précédemment depuis le réservoir 1.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le clapet 56a d'injection, le clapet 44a de transfert et le deuxième clapet 96a de décharge restent fermés. Les premiers clapets 95a d'admission et les clapets 57a de collecte restent ouverts. Le premier clapet 54a de décharge et les lumières 94 sont à présent ouverts.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les deuxièmes clapets 95a d'admission, les deuxièmes clapets 96a de décharge, le premier clapet 54 de décharge, les clapets 57a de collecte et les lumières 94 sont fermés. En revanche, le clapet 56a d'injection et le clapet 44a de transfert sont à présent ouverts.
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Enfin, dans une quatrième configuration illustrée à la [Fig. 8], la première machine 3A à fluide est en fin de compression. L'organe 8 est en fin de collecte. La deuxième machine 3B à fluide est en fin d'admission et en fin de récupération du flux de fuites collectées par l'organe 8.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, le clapet 56a d'injection, le clapet 44a de transfert et le deuxième clapet 96a de décharge restent fermés. Le premier clapet 54a de décharge, les clapets 57a de collecte et les lumières 94 restent ouverts. Les deuxièmes clapets 95a d'admission sont désormais fermés.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 95a d'admission, le premier clapet 54 de décharge, les clapets 57a de collecte et les lumières 94 restent fermés. Le clapet 56a d'injection reste ouvert. En revanche, le clapet 44a de transfert est à présent fermé.
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Dans une deuxième variante de ce deuxième mode de réalisation illustrée aux [Fig. 9] à [Fig. 12], deux organes 8 de collecte de fuites sont prévus. Un premier organe 8A de collecte est configuré pour récupérer un premier flux de fuites provenant de la première chambre 61 de la première machine 3A à fluide et transférer ledit premier flux dans la deuxième chambre 62 de la deuxième machine 3B à fluide. Un deuxième organe 8B de collecte est configuré pour récupérer un deuxième flux provenant de la première chambre 61 de la deuxième machine 3B à fluide et transférer ledit deuxième flux dans la deuxième chambre 62 de la première machine 3A à fluide.
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Pour ce faire, suivant cette variante de l'invention, dans chaque machine 3A, 3B à fluide un deuxième orifice 97 d'injection est formé au niveau du premier fond 92 du cylindre 9. Le deuxième orifice 97 d'injection est pourvu d'un deuxième clapet 97a d'injection.
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Le fonctionnement de la pompe 100 suivant cette variante de l'invention est décrit en relation avec les figures [Fig. 9] à [Fig. 12].
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Dans une première configuration illustrée à la [Fig. 9], la première machine 3A à fluide est en fin d'admission. La deuxième machine 3B à fluide est en fin de compression. Seul le deuxième organe 8B de collecte récupère les fuites depuis la première chambre 61 de la deuxième machine 3B à fluide pour les transférer vers la deuxième chambre 62 de la première machine 3A à fluide.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, les clapets 57a de collecte, le premier clapet 54a de décharge, et les deuxièmes clapets 95a d'admission sont fermés. De même, les lumières 94 sont fermées. En revanche, le deuxième clapet 97a d'injection et le deuxième clapet 96a de décharge sont ouverts.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 57a de collecte, le premier clapet 54a de décharge et les deuxièmes clapets 95a d'admission sont ouverts. De même, les lumières 94 sont découvertes. En revanche, le clapet 44a de transfert, le deuxième clapet 97a d'injection et le deuxième clapet 96a de décharge sont fermés.
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Dans une configuration illustrée à la [Fig. 10], la première machine 3A à fluide est en phase de compression. Seul le premier organe 8A de collecte de fuites est en service. La deuxième machine 3B à fluide est en phase de récupération d'un flux de fuites provenant du premier organe 8A de collecte.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, les clapets 57a de collecte, les deuxièmes clapets 95a d'admission sont à présent ouverts. Les lumières 94 et le premier clapet 54a de décharge restent fermés. Le clapet 44a de transfert, le deuxième clapet 97a d'injection et le deuxième clapet 96a de décharge sont désormais fermés.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 57a de collecte, le premier clapet 54a de décharge, les deuxièmes clapets 95a d'admission, et le deuxième clapet 96a de décharge sont désormais fermés. En revanche, le deuxième clapet 97a d'injection est à présent ouvert. Les lumières 94 restent découvertes.
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Dans une configuration illustrée à la [Fig. 11], la première machine 3A à fluide est en phase de compression et de décharge du fluide comprimé vers l'extérieur. Le premier l'organe 8A de collecte reste en service. La deuxième machine 3B à fluide est en configuration de mélange d'un flux de fuites reçues du premier organe 8A de collecte avec un flux de fluide précédemment admis depuis le réservoir 1.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, les clapets 57a de collecte et les deuxièmes clapets 95a d'admission restent ouverts. Le premier clapet 54a de décharge et les lumières 94 sont à présent ouverts. Le clapet 44a de transfert, le deuxième clapet 97a d'injection et le deuxième clapet 96a de décharge restent fermés.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 57a de collecte, le premier clapet 54a de décharge, les deuxièmes clapets 95a d'admission, et le deuxième clapet 96a de décharge restent fermés, tandis que le deuxième clapet 97a d'injection et le clapet 44a de transfert reste ouverts. Les lumières 94 sont à présent fermées.
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Dans une configuration illustrée à la [Fig. 12], la première machine 3A à fluide est en fin de compression. Le premier organe 8A de collecte reste en service. La deuxième machine 3B à fluide est en fin d'admission.
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Au niveau de la première machine 3A à fluide, les clapets 57a de collecte et le premier clapet 54a de décharge et les lumières 94 restent ouverts; tandis que le clapet 44a de transfert, le deuxième clapet 97a d'injection et le deuxième clapet 96a de décharge restent fermés. Les deuxièmes clapets 95a d'admission sont à présent fermés.
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Au niveau de la deuxième machine 3B à fluide, les clapets 57a de collecte, le premier clapet 54a de décharge, les deuxièmes clapets 95a d'admission et les lumières 94 restent fermés; tandis que le deuxième clapet 97a d'injection reste ouvert. Par ailleurs, le deuxième clapet 96a de décharge est désormais ouvert.
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Dans tous les modes de réalisations décrits, l'organe de collecte 8 est configuré pour récupérer un flux de fuites produit à la sortie ou au niveau d'un étage de compression d'une première machine 3A à fluide, ici la première chambre 61 de la machine 3A, et le transférer dans l'étage de compression correspondant d'une deuxième machine à fluide, ici la première chambre 61 de la machine 3B, et vice-versa.
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Autrement dit, les deux machines à fluide 3A, 3B ont une structure identique ou similaire et chaque machine à fluide 3A, 3B a le même nombre d'étages de compression. L'organe de collecte 8 est configuré pour récupérer et transférer un flux de fuites entre des étages correspondants des machines à fluides 3A, 3B.
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L'invention pourrait également s'appliquer à deux machines à fluide ayant un nombre différent d'étages de compression, dès lors que l'organe de collecte 8 est configuré pour récupérer et transférer un flux de fuites entre des étages travaillant à la même pression ou à des pressions similaires.
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Avantageusement, les deux machines 3A, 3B à fluide peuvent être configurées pour travailler en opposition de phase : la première chambre 61 de l'une des machines 3A, 3B à fluide est configurée pour être en phase de compression pendant que la première chambre 61 de l'autre machine 3A, 3B à fluide est en phase d'admission. L'organe de collecte 8 est alors configuré pour transférer les fuites produites à la sortie ou au niveau de la première chambre 61 qui se trouve en phase de compression, vers l'autre première chambre 61 qui se trouve en phase d'admission.
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La première chambre 61 de la première machine 3A à fluide et la première chambre 61 de la deuxième machine 3B peuvent être configurées pour être alimentées en fluide à la même pression.