FR2479436A1 - Appareil de chauffage de fluide, notamment de vaporisation d'azote - Google Patents

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Stanley Bruce Loesch
James Carl St John
Danny Keith Mints
Allen David Burmeister
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Halliburton Co
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Abstract

CETTE UNITE DE VAPORISATION D'AZOTE SANS FLAMME COMPREND UN PREMIER MOTEUR A COMBUSTION INTERNE 22 QUI ENTRAINE UNE POMPE A AZOTE LIQUIDE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN MECANISME DE TRANSMISSION. UN DEUXIEME MOTEUR A COMBUSTION INTERNE 24 ENTRAINE DES POMPES A HUILE HYDRAULIQUE QUI REFOULENT CONTRE UNE CONTRE-PRESSION REGLABLE PERMETTANT D'IMPOSER UNE CHARGE VARIABLE AU DEUXIEME MOTEUR. L'AZOTE LIQUIDE REFOULE PAR LA POMPE A AZOTE PARCOURT UN PREMIER ECHANGEUR OU IL RECOIT LA CHALEUR DES GAZ D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS ET PASSE A L'ETAT GAZEUX. L'AZOTE GAZEUX PASSE ENSUITE DANS UN DEUXIEME ECHANGEUR 44 QUI LE PORTE A LA TEMPERATURE AMBIANTE AU MOYEN DE LA CHALEUR DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT DES MOTEURS, DU MECANISME DE TRANSMISSION, DE L'HUILE REFOULEE PAR LES POMPES DU DEUXIEME MOTEUR, ET DE L'HUILE DE LUBRIFICATION DE LA POMPE A AZOTE. POUR EVITER DE SURREFROIDIR LES MOTEURS, DES CHAMBRES DE MELANGE 46, 48, PERMETTENT DE MELANGER LE FLUIDE DE REFROIDISSEMENT SORTANT DES MOTEURS AU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT ARRIVANT AUX MOTEURS POUR RECHAUFFER CE DERNIER FLUIDE. APPLICATION AU TRAITEMENT DES PUITS DE PETROLE ET DE GAZ.

Description

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux appareils pour le chauffage des fluides et concerne plus particulièrement mais à titre non limitatif un appareil de chauffage sans flamme adapté pour surchauffer l'azote liquide utilisé dans les opérations de fracture au gel dans les puits de pétrole et de gaz en mer.
Dans les puits de pétrole et de gaz, on exécute de nombreuses opérations qui exigent de grands volumes d'azote gazeux. Ces opérations peuvent etre exécutées aussi bien sur les puits à terre que sur les puits en mer. Ces opérations comprennent des opérations de fracture à la mousse, des acidifications, des opérations de projection descendante dans le tubage ou dans ltespace annulaire entre tubage et cuvelage, la formation de coussins d'azote pour les essais de tiges de forage, les essais de pression, ltisolement de ltespace annulaire entre tubage et cuvelage qui est nécessaire pour evi- ter des problèmes tels que la précipitation de paraffines, la formation de jets de gaz propulseurs pour les opérations de perforation et de coupe, la réduction de la densité des fluides de travail des puits, le déplacement des fluides du puits qu'on doit éjecter du tubage pendant les opérations de perforation par explosion, pour éviter qu'un excédent de pression hydrostatique dans le puits ne refoule les débris de perforation dans la formation, la mise en place d'inhibiteurs de corrosion, par formation d'un brouillard inhibiteur au moyen d'azote, l'extinction des incendies de puits, et d'autres opérations. L'invention peut être mise en oeuvre avec chacune de ces opérations.
L' une de ces opérations, à propos de laquelle l'invention sera décrite ci-après, consiste dans la fracture d'une formation souterraine du puits, qui est réalisée en refoulant un fluide sous très haute pression dans cette formation. Le fluide de fracture qui est refoulé dans le puits est fréquemment constitué par un gel mis sous la forme d'une mousse et qu'on produit à l'aide d'azote gazeux.
L'azote utilisé pour l'opération de fracture à la mousse est généralement stocké sous forme liquide à des températures d'environ moins 195 OC. Aux pressions que l'on rencontre dans ces opérations de fracture à la mousse, l'azote passe de l'état liquide à l'état gazeux à une température d'environ moins 130 OC. I1 est donc souhaitable de chauffer l'azote gazeux à un état surchauffé de façon que le fluide de fracture à la mousse qui est refoulé de haut en bas dans le puits se trouve à une température à peu près égale à la température ambiante, ceci en raison des nombreux effets défavorables que la très basse température de la mousse formée à l'azote pourrait autrement exercer sur l'équipement mécanique.
Pour les puits forés à terre, l'équipement de chauffage de l'azote comprend généralement des appareils de chauffage à flamme libre. Toutefois, il se pose un autre problème lorsqu'on exécute les opérations de fracture à la mousse dans des puits forés en mer. Pour des raisons de sécurité et d'environnement, les flammes libres sont généralement interdites sur les plates-formes de forage en mer. I1 est donc nécessaire de réaliser un appareil de chauffage de l'azote qui n'utilise pas de flamme libre.
Dans la technique antérieure, on a déjà réalisé de tels appareils de chauffage de l'azote sans flamme en utilisant la chaleur engendrée par un moteur à combustion interne et par les organes mécaniques entraînés par ce moteur, cette chaleur étant utilisée pour chauffer un fluide de refroidissement qui transmet sa chaleur à l'azote par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote.
tJn dispositif de ce type qui est connu dans la technique antérieure est fabriqué par la Zwick Energy Research Organisation, Inc. de Santa Ana, Californie E.U.A. L'appareil
Zwick comprend un moteur à combustion interne unique qui entraîne une pompe hydraulique, laquelle débite un fluide hydraulique sous pression qui, à son tour, entraîne une pompe à azote à entrainement hydraulique
L'appareil Zwick utilise un seul échangeur de chaleur
luide réfrigérant/azote pour vaporiser l'azote liquide. L'ap- pareil :,icc n'utilise pas de deuxieme échangeur de chaleur nour transmettre directement la chaleur des gaz d'échappement du moteur à l'azote.
Le circuit de refroidissement de l'appareil Zwick fait circuler le fluide de refroidissement tout d'abord à travers un échangeur de chaleur huile hydraulique/fluide de refroidissement, dans lequel la chaleur du circuit hydraulique du moteur et des organes entraînés par ce moteur est transmise au fluide de refroidissement. Ensuite, le courant de fluide de refroidissement se divise en deux circuits partiels parallèles dont l'un passe dans le bloc-moteur pour absorber la chaleur du moteur tandis que l'autre circule dans un collecteur qui entoure le circuit dEéchaDpement du moteur pour absorber la chaleur des gaz åtéchappement du moteur et la transmettre au fluide de refroidissement.Lorsque les deux courants ont parcouru le Dloc-moteur et le collecteur de refroidissement des gaz d'échappement, ils se reunissent e un courant unique qui est envoyé a' à 1'évaporateur servant à transmettre la chaleur entre le fluide de refroidissement et l'azote. De l'évaporateur, le fluide revient au refroidisseur d'huile hydraulique pour fermer ainsi la boucle.
Dans le cas du circuit d'azote de l'appareil Zwick, l'azote circule de la pompe å azote à travers l'échangeur fluide de refroidissement/azote et, de là, à la tette du puits.
Une dérivation contourne ltéchangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote et, au moyen de cette dérivation, on peut faire passer l'azote liquide en dérivation par rapport à l'é- changeur de chaleur fluide de refroidissement/azote pour contribuer à régler la température de l'azote gazeux injecté dans le puits.
On peut faire varier la charge imposée à l'unique moteur à combustion interne de l'appareil Zwick en faisant varier la contre-pression contre laquelle travaille la pompe hydraulique entraînée par le moteur.
Un autre appareil de chauffage sans flamme de l'azote connu dans la technique antérieure est celui fabriqué par la Airco Cryogeni,cs, division de la firme Airco, Inc, de Irvine, Californie; E.U.A.
Le dispositif Airco utilise également un seul moteur à combustion interne qui entraîne une pompe hydraulique, laquelle débite un fluide hydraulique sous pression servant a' entraîneur une pompe a' azote liquide.
Le dispositif Airco utilise l'air comme milieu d'échan ge.de chaleur pour transmettre la chaleur à l'azote liquide et vaporiser ce dernier. Ceci s'effectue de la facon suivante. Le dispositif comprend une grande chambre collectrice dans laquelle on aspire de l'air ambiant. A l'intérieur de la chambre collectrice, le dispositif comprend un changeur de chaleur huile hydraulique/air, qui est en contact d'échange de chaleur avec l'air qui circule dans cette chambre et le fluide hydraulique chauffé par le moteur et par ses divers organes circule dans 1' échangeur de chaleur huile hydraulique/air pour chauffer l'air.
Un échangeur de chaleur fluide de refroidissement du moteur/air, c'est-à-dire le radiateur du moteur, est également dispos dans la chambre collectrice pour transmettre l'é- nergie thermique du circuit de fluide de refroidissement du moteur à l'air qui circule dans ladite chambre collectrice.
En supplément, les gaz d'échappement produits par le moteur à combustion interne sont directement déverses dans la chambre collectrice pour se mélanger avec l'air qui circule dans cette chambre.
Après avoir été chauffé par le refroidisseur huile hydraulique/air et par le radiateur du moteur et après avoir été mélangé avec les gaz d'échappement du moteur. l'air traversant la chambre collectrice passe sur un échangeur de chaleur air/azote dans lequel de l'enerqie thermique est transmet se de l'air chaud à l'azote liquide pour vaporiser ce dernier.
On peut faire varier la charge imposée au moteur à combustion interne du dispositif Airco en faisant varier la pression régnant dans la conduite de sortie de l'azote vaporisé de maniere à élever la pression contre laquelle la pompe à azote travaille et à augmenter par ce moyen la charge imposée à la pompe hydraulique entrainée par le moteur à combustion interne, cet accroissement de la charge accroissant à son tour la charge du moteur à combustion interne.
(k se heurte à de nombreux problèmes dans l'utilisation du dispositif du type Airco, principalement en raison de l'utilisation de l'air comme milieu de transmission de la chaleur.
En effet, il est connu que l'air est un mauvais milieu de transmission de la chaleur, comparativement aux liquides, et le fait qu'on utilise l'air ambiant a pour effet que le bon fonctionnement de l'installation dépend considérablement des conditions ambiantes. En outre, en raison des grandes dimensions qu'il est nécessaire de donner à la chambre collectrice pour pouvoir utiliser l'air comme milieu de transmission de la chaleur, le dispositif Airco est de dimensions très supérieures à celles d'une installation suivant l'invention qui possède la meme capacité.
La technique antérieure reconnaît donc le besoin de disposer d'un vaporiseur d'azote sans flamme. Malheureusement, les dispositifs de ce type qui étaient connus dans la technique antérieure présentent de nombreux inconvénients, notamment en ce qui concerne leur aptitude à fournir une quantité de chaleur suffisante pour vaporiser de grands volumes d' azo- te et, en particulier en ce qui concerne leur aptitude à régler avec précision la quantité de chaleur transmise à l'azo- te et à régler la température de ce gaz à son entre dans la tete du puits.
Le vaporiseur d'azote sans flamme suivant l'invention apporte un grand perfectionnement comparativement aux dispositifs de la technique antérieure en utilisant un deuxième moteur à combustion interne ayant pour unique fonction de fournir une quantité de chaleur additionnelle pour la vaporisation de l'azote. Ce deuxième moteur à combustion interne et son circuit de transmission de chaleur sont interconnectés avec un premier moteur à combustion interne et avec le circuit de transmission de chaleur de ce premier moteur de telle manière que le premier moteur à combustion interne puisse être utilisé seul pour produire de l'azote à des débits auxquels un seul moteur est capable de développer une quantité de chaleur suffisante pour vaporiser cet azote, tandis que, pour les débits plus élevés, on peut mettre en action le deuxième moteur à combustion interne.A ce moment, le circuit de transmission de chaleur de ce deuxième moteur, en travaillant en combinaison avec celui du premier moteur à combustion interne, assure une transmission de chaleur totale suffisante pour vaporiser 11 azote à ce débit plus élevé et pour surchauffer l'azote de manière à le porter à peu près à la température ambiante. L'invention a encore pour objet de nombreux perfectionnements apportés au dispositif de réglage de la charge et au dispositif de reglage de la température qui sont combinés à chacun des deux moteurs à combustion interne.
L'unité de vaporisation d'azote sans flamme suivant l'invention comprend un premier moteur à combustion interne qui entraîne une pompe à azote par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission. A ce mécanisme de transmission est relié un ralentisseur qui permet de faire varier la charge du premier moteur à combustion interne en faisant varier le niveau du fluide hydraulique contenu dans ce ralentisseur. Un deuxième moteur à combustion interne entraîne trois pompes à huile hydraulique refoulant contre une contre-pression variable, ce qui permet d'imposer au deuxième moteur une charge variable.
L'azote liquide est refoulé par la pompe à azote entraîne née par le premier moteur dans un premier échangeur de chaleur, dans lequel la chaleur est transmise des gaz d'échappement du premier et du deuxième moteurs à combustion interne à l'azote liquide pour faire passer l'azote a' ltétat gazeux.
ensuite, l'azote gazeux est envoyé à un deuxième échangeur de chaleur, dans lequel il est surchauffé par un fluide de refroidissement des moteurs et ainsi porté â peu pres à la température ambiante. L'azote surchauffé est ensuite injecté dans le puits.
Le fluide de refroidIssement des moteurs circule dans un circuit de circulation du fluide de refroidissement, dans lequel il reçoit de la chaleur fournie par différentes sources. De la chaleur est transmise directement des moteurs a' combustion interne au fluide de refroidissement. De la chaleur est transmise au fluide de refroidissement par le fluide de transmIssion qui circule dans le mecanisme de transmission du premier moteur à combustion interne et dans son ralentisseur. De la chaleur est également transmise au fluide de refroidissement par l'huile de lubrification refoulée par trois pompes accouplées au deuxième moteur à combustion interne.
Dans une variante de réalIsation, ces trois pompes et ltéchan- geur de chaleur luileffluide de refroidissement correspondant sont remplacés par un dynamomctre frein à eau qui pompe le fluide de refroidissement Le circuit de circulation du fluide de refroidissement comprend une chambre de mélange servant à mélanger le fluide de refroidissement chaud qui circule des moteurs à combustion interne vers l'échangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote wxrs le fluide de refroidissement plus froid qui s'écoule de l'échanceur de chaleur fluide de refroidissement/azote vers les moteurs à combustion Interne.
Ceci contribue à permettre de récoler les températures des moteurs à combustion interne pour éviter un refroidissement excessif de ces moteurs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple,
- la Fig. 1 est une vue de dessus de l'unité de vaporisation d'azote sans flamme suivant l'invention
- la Fig. 2 est une vue en élévation du côté gauche de l'appareil de la Fig. 1
- la Fiç. 3 est une représentation schématique du circuit de circulation de l'azote ;;
- la Fig. 4 est une représentation schématique du circuit de circulation du fluide de refroidissement,
- la Fig. 5 est une représentation schématique de la circulation de lrhuile de lubrification ae la pompe à azote jusqu'aux échangeurs de chaleur huile de lubrification/fluide de refroidissement, de la circulation du fluide de la boite de vitesses ou mécanisme de transmission de celle-ci ou de oelui-ci à 1 'edian- geur fluide de transmission/fluide de refroidîssement,et de la circulation de l'huile hydraulique entre les trois pompes accouplées au deuxième moteur à combustion interne et les échangeurs de chaleur huile hydraulique/fluide de refroidissement
- la Fig. 6 est une vue en coupe du collecteur de sortie du vaporiseur d'azote qui montre la liaison entre une conduite de dérivation et ce collecteur, conduite qui sert à faire passer l'azote liquide en dérivation par rapport a l;;échan- geur de chaleur gaz d' échappement/azote et à 1' échangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote
- la Fig. 7 est une vue en élévation de l'une des chambres de mélange du fluide de refroIdissement
- la Fig. 8 est une vue en élévation et en coupe prise suivant la ligne 8-8 de la Fig. 7
- la Fig. 9 est une coupe horizontale prise suivant la ligne 9-9 de la Fig. 8
- la Fi. 10 est une représentation schématique analogue à la Fig. 4 et qui montre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le deuxième moteur entraîne un dynamomètre frein a' eau.
Sur les dessins et en particulier sur les Fig. i et 2, l'unité de vaporisation d'azote sans flamme suivant l'invention est désignée dans son ensemble par la référence 10. Cette unité 10 peut etre considérée comme un appareil servant à chauffer un premier fluide, ce fluide étant l'azote liquide.
L'appareil 10 comprend un châssis 12 de forme générale rectangulaire, transportable, équipé de patins, qui comprend un premier ou un deuxième côtés opposés 14 et 16, et un troisième et un quatrième côtés opposés 18 et 20. Le premier et le deuxième côtés opposés 14 et 16 definissent la largeur du châssis 12, laquelle est d'environ 2,40 m dans une forme préférée de réalisation. Le troisième et le quatrième côtés, 18 et 20, définissent la longueur du cassis 12, qui est environ 4,27 m dans une forme préférée de réalisation.
L'appareil vaporiseur 10 est entoure d'une cage protectrice 21 qui, dans une forme préférée de réalisation, a une hauteur de 2,43 m. Sur la Fig. 1, on a omis de représenter la cage protectrice 21 de manière à permettre de montrer plus clairement les autres organes du dispositif.
Sur le châssis 12 sont montés un premier et un deuxième moteurs à combustion interne, 22 et 24 respectivement, qui peuvent egalement eAtre qualifies de première et deuxième sources d'énergie. Dans une forme préférée de réalisation, les moteurs 22 et 24 sont des moteurs diesel du type 6V-92T fabriqués par General Motors. Les moteurs 22 et 24 sont orientés sur le châssis 12 dentelle manière que les axes de rotation 26 et 28 de leurs vilebrequins soient orientés a peu près parallèlement aux troisième et quatrième côtés 18 et 2G du chassis 12.
il est prévu sur l'appareil 10 un circuit d'air comprimé comprenant un compresseur d'air entraîné par le premier moteur 22 et qui est relié à un réservoir d'air comprimé destiné à être utilisé avec les démarreurs à air comprimé des moteurs 22 et 24.
Une pompe à azote 30, que l'on peut également-appeler la pompe principale, est montée sur le chassies 12 entre le premier moteur 22 et le deuxième côté 16 du châssis, Dans une forme préférée de réalisation, la pompe 30 est de préférence une pompe à déplacement positif du type Halliburton HT-150 équipée de raccords de fluide Linde HP-BO.
La pompe à azote 30 est accouplée au premier moteur 22 pour la transmission du mouvement par un mécanisme de transmission ou bote de vitesses 32 et par un réducteur à engrenages 31. Dans une forme de réalisation préférée, le mécanisme de transmission 32 est un mécanisme Allison HT-750 et le réducteur 31 introduit une démultiplication de rapport 5 à 1 entre le mécanisme de transmission 32 et la pompe 30.
Le mécanisme de transmission 32 est équipé d'un ralentisseur hydraulique 33 d'un type de construction bien connu de l'homme de l'art, qui travaille de façon analogue à un convertisseur de couple, la charge exercée sur le mécanisme de transmission par le ralentisseur étant fonction du niveau réglable du fluide de transmission présent dans le ralentisseur. Plus le niveau du fluide contenu dans le ralentisseur est élevé, plus la charge exercée par ce ralentisseur est grande.
Le deuxième moteur 24 porte un appareil d'entraînement de pompes triple 34, monté à son extrémité arrière, auquel sont accouplées pour la transmission du mouvement une première, une deuxième et une troisième pompes hydrauliques 36, 38 et 40, dont deux sont visibles sur la Fig. 1.
Les circuits d'échappement des moteurs 22 et 24 sont reliés à un échangeur de chaleur gaz d'échappement/azote 42 qui est placé entre les moteurs 22 et 24 et au-dessus du niveau de ces derniers, comme on l'a indiqué sur les Fig. 1 et 2. L'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 42 est un élément destiné à transmettre directement énergie thermique des gaz d'échappement produits par les moteurs 22 et 24 à l'azote qui circule dans le côté tubes de l'échangeur 42. Le terme "directement" est utilisé ici pour indiquer que l'entre gie thermique n'est pas transmise des gaz d'echappement à l'azote par un fluide formant un milieu intermédiaire de transmission de la chaleur.
Un échangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote 44 est placé derrière le deuxieme moteur 24, à proximité du quatrième côté 20 du châssis, et sert à transmettre directement la chaleur du fluide de refroidissement à l'azote.
Une première et une deuxième chambres de mélange de fluide de refroidissement, 46 et 48, sont placées respectivement à proximité du troisième et du quatrième côtés 18 et 20 du cassis 12, juste en arrière du premier et du deuxième moteurs 22 et 24 respectivement.
Au-dessus du mécanisme de transmission 32 sont placés plusieurs échangeurs ae chaleur destines a transmettre l'é- nergie thermique de diverses sources de chaleur comprises dans l'appareil 10 au fluide de refroidissement des moteurs qui circule dans les circuits de refroidissement des moteurs 22 et 24. Ces échangeurs de chaleur comprennent les organes suivants.
Un premier et un deuxième refroidisseurs de circuits hydrauliques 50 et 52 respectivement sont prévus pour transmettre au fluide de refroidissement de l'énergie thermique fournie par un fluide hydraulique refoulé par les pompes 36, 38 et 40. Les refroidisseurs de circuits hydrauliques 50 et 52 peuvent également notre qualifiés d'échangeurs de chaleur fluide hydraulique/fluide de refroidissement.
Un refroidisseur de mécanisme de transmission 54 est prévu pour transmettre au fluide de refroidissement énergie thermique prélevée sur le fluide de transmission qui circule dans le mécanisme de transmission 32 et dans le ralentisseur correspondant 33.
Un premier et un deuxieme refroidisseurs de pompe a azote 56 et 58 sont prévus pour transmettre au fluide de refroidissement l'énergie thermique prélevée sur un fluide lubrifiant qui circule dans la pompe à azote 30. Les refroidisseurs de pompe à azote 56 et 58 peuvent également etre qualifiés d' échangeurs de chaleur fluide lubrifiant de pompe à azote/fluide de refroidissement.
La Fia. 3 est un diagramme schématique de la circulation du circuit d'azote de l'appareil de chauffage d'azote 10. La pompe a' azote 30 prélève de l'azote liquide dans une source d'azote liquide 60 qui, dans une forme préférée de réalisation, possède une capacité d'environ 7500 litres. Cette source d'azote liquide 60 ntest pas montée sur le châssis 12. Une conduite de refoulement 62 relie le refoulement de la pompe à azote 30 au coté tubes de l'échangeur de chaleur a' gaz d'échappement 42.
Les gaz dtéchappement des-moteurs 22 et 24 sont envoyés dans le côté enveloppe de l'échangeur 42, comme indiqué par les fleches 64 et 66
L'azote liquide refoulé par la pompe 30 pénètre dans 11 échangeur de chaleur à gaz d'échappement 42 à une température d'environ - 195 OC, La chaleur fournie par l'échangeur de chaleur à gaz d'échappement 42 est à peurs suffisante pour vaporiser l'azote, et l'azote vaporisé sort de l'échan- geur de chaleur à gaz d'échappement 42 par une conduite 68 à une température d'environ - 130 OC.
La conduite 68 envoie l'azote vaporisé au côté tubes de l'échangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote 44.
Le fluide de refroidissement chaud sortant du circuit représenté dans son ensemble sur la Fig. 4 est envoyé à travers le côté enveloppe de l'échangeur 44, comme indiqué par les flèches 70 et 72. La chaleur transmise du fluide de refroidissement à l'azote vaporisé dans l'échangeur de chaleur à fluide de refroidissement 44 surchauffe l'azote vaporisé à des températures approximativement égales à la température ambiante, de 21 OC + Il OC, dans la conduite 73 qui sort de l'échangeur 44.
Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig.3, l'échangeur de chaleur 42 à gaz d'échappement et l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement sont agencés, relativement au sens de l'écoulement de l'azote, de telle manière que l'échan- geur de chaleur 42 soit placé en amont de l'échangeur de chaleur à fluide de refroidissement 44.
Un premier conduit de dérivation 74 est prévu pour faire passer l'azote liquide en dérivation par rapport à l'é- changeur de chaleur à gaz d'échappement 42. Dans le premier conduit de dérivation 74 est intercalé un robinet de réglage 76 actionné manuellement qui constitue un moyen permettant de régler la quantité d'azote liquide qui est envoyé en dérivation par rapport à l'échangeur de chaleur 42 à gaz d'échappement, de sorte qu'on peut ainsi faire passer en dérivation une fraction réglée du courant d'azote.
Une deuxième conduite de dérivation 78 donne le moyen de faire passer l'azote liquide en dérivation par rapport à l'échangeur de chaleur 42 à gaz d'échappement et par rapport à l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement.Dans la deuxième conduite de dérivation 78 est intercalé un robinet de réglage 80 actionné manuellement, qui est constitué par un robinet à pointeau et au moyen duquel on peut régler la quantité d'azote liquide qui passe par la deuxième conduite de dérivation 78.
La première et la deuxième conduites de dérivation 74 et 78 sont connectées en parallèle, de sorte quton peut faire travailler la deuxième conduite de dérivation 78 indépendamment de la première conduite de dérivation 74 en laissant passer l'azote liquide par une ou chacune des dérivations.
La conduite de décharge 73 de l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement et la deuxième conduite de dérivation 78 sont toutes deux connectées à un collecteur de dé charge 82.
Le collecteur de sortie 82 est représenté en coupe sur la Fig. 6. Ce collecteur de décharge 82 comprend une première entrée 84 à laquelle est relié le conduit 73 et une deuxième entrée 86 à laquelle est reliée la conduite de dérivation 78.
Un puits de thermomètre 88 est agencé dans le collecteur 82 de manière qu'on puisse y connecter un indicateur de température (non représenté) pour mesurer la température de l'azote surchauffé qui est déchargé du collecteur 82 à travers une sortie 90 de ce collecteur. La sortie 90 est reliée à une conduite de sortie d'azote 92 qui envoie les vapeurs d'azote surchauffé à une unité 96 de formation de mousse dans laquelle l'azote gazeux est utilisé pour produire la solution de gel de fracture qui est à son tour envoyée par une conduite 98 à la tête 100 du puits au'il su agit de traiter.
A la conduite 73 sont connectées une soupape de décharge de sûreté 102, située entre l'échangeur 44 à fluide de refroidissement et le collecteur de décharge 82, et une bride d'accès 104, qui est adjacente à un robinet d'accès 106.
On se reportera maintenant à la Fig.4, qui constitue un diagramme de circulation schématique du fluide de refroidissement qui circule dans le côté enveloppe de l'échangeur de chaleur 4 du fluide de refroidissement comme on l'a indiqué par les flèches 70 et 72 sur la Fig.3.
Sur la Fig. 4, l'échangeur de chaleur fluide de refroidissement/azote 44 est représenté schématiquement de la même façon que sur la Fig.3. Les conduites qui mènent au côté enveloppe de 1' échangeur 44 et qui en partent sont désignées respectivement par les références 70 et 72, ce qui correspond aux flèches 70 et 72 de la Fig.3 Le fluide de refroidissement chaud pénètre dans ltéchangeur de chaleur 44 par la conduite 70 et, dans cet échangeur 44, il transmet de la chaleur à l'azote qui circule dans le côté tubes de l'échangeur 44, ainsi qu'on l'a indiqué par les flèches 68 et 73 tracées en traits interrompus, et un fluide de refroidissement plus froid sort de l'échangeur 44 par la conduite 72.
L'autre côté de la conduite 72 est relié à l'entrée 108 côté tubes d'un refroidisseur de fluide hydraulique 50.
La sortie 110 du côté tubes du refroidisseur de fluide hydraulique 50 est reliée à l'entrée côté tubes 112 d'un deuxième refroidisseur de fluide hydraulique 52 par une conduite 114.
La sortie côté tubes 116 du deuxième refroidisseur de fluide hydraulique 52 est reliée à une entrée côté tubes 118 d1un refroidisseur de mécanisme de transmission 58 par une conduite 120. La sortie 122 côté tubes du refroidisseur de fluide de transmission 54 est reliée à une conduite 124 qui, à son tour, est reliée à des conduits 126 et 128 oui sont en parallèle au point de vue hydraulique et qui mènent respectivement aux entrées côté tubes 130 et 132 du premier et du deuxième refroidisseurs de pompe à azote 56 et 58 respectivement.
La sortie côté tubes 134 du premier refroidisseur de pompe à azote 56 es-t reliée à une première entre 137 de la première chambre de mélasse 46 par une conduite 136. La sortie 138 côté tubes du deuxième refroidisseur 58 de pompe à azote est reliée à une première entrée 141 de la deuxième chambre de mélange 45 par une conduite 140.
Les détails de la construction des chambres de mélange 46 et 48 sont représentés sur les Fig. 7 à 9.
Le fluide de refroidissement sort de la première sortie 142 de la première chambre 46 par une conduite 144. L'autre extrémité de la conduite 144 est reliée à une entrée 146 de la chemise d'eau du premier moteur 22. Le fluide de refroidissement circule ensuite dans la chemise d'eau du moteur 22 et sort de cette chemise d'eau par des sorties 148 et 150.
Une conduite 152 est reliée, à une première extrémité, aux sorties 148 et 150 et, a' l'autre extrémité, à un robinet à trois voies 154 commandé par voie thermostatique.
Une première sortie 156 du robinet 154 est reliée à une conduite 158 pour envoyer le fluide de refroidissement a' un radiateur-lO̲. Une deuxieme sortie 162 du robinet 154 est reliée à une conduite 164 pour envoyer le fluide de refroidissement à une deuxième entrée 166 de la première chambre de mélange 46.
Suivant la température du fluide de refroidissement qui pénètre dans le robinet 154 à commande thermostatique, ce fluide de refroidissement est dirigé vers l'une ou l'autre des première et deuxième sorties 156 et 162. Si le fluide de refroidissement est trop chaud, il est envoyé à la première sortie 156 et au radiateur classique 160, dans lequel ce fluide de refroidissement est refroidi par échange de chaleur avec l'air qui circule sur la face externe du radiateur 160.
Dans le cas contraire, le fluide de refroidissement est envoyé à la deuxième sortie 162 et dirigé vers la deuxième entrée 166 de la première chambre de mélange 46.
Le fluide de refroidissement qui est envoyé par la conduite 168 au radiateur 16-O pénètre dans 12 côté tubes du radiateur 160 par des entrées 170 et 172.
Ce fluide de refroidissement sort ensuite par une sortie côté tubes 174 du radiateur 160 et est dirigé vers ltentrée 146 de la chemise d'eau du premier moteur 22 par une conduite 176.
Une conduite de trop-plein 178 est reliée à une sortie de trop-plein 180 du radiateur 160 et à une sortie de tropplein 182 de la première chambre de mélange 46. La conduite de trop-plein 178 est reliée à un Premier réservoir ou vase d'expansion 184 d'où une conduite 186 de rétablissement de niveau du fluide de refroidissement envoie le fluide de refroidissement à une entrée 188 de rétablissement de niveau du premier radiateur 160. Le réservoir d'expansion 184 sert à dégazer le fluide de refroidissement et à fournir le fluide de rétablissement du niveau.
La totalité du fluide de refroidissement qui est envoyée de la première chambre de mélange 46 au moteur 22 par la conduite 144 ou qui est recyclée à travors le radiateur 160 et envoyée de 1à au moteur 22 revient finalement par la conduite 164 à la deuxième entrée 166 de la chambre de mélange 46 de la façon qui a été décrite précédemment. Le fluide de refroidissement qui entre par la deuxième entrée 166 et qui vient d'être chauffé par le premier moteur 22 est me langé ou brassé avec le fluide de refroidissement plus froid qui pénètre dans la chambre de mélange 46 par la première entrée 137.
Une partie de ce fluide de refroidissement mélange sort par ce qu'on a appelé précédemment la première sortie 142 de la chambre de mélange 46. Une deuxieme partie du fluide de refroidissement mélangé contenue dans la chambre 46 sort par une deuxième sortie 190 de la chambre de nelande deet passe de la dans une conduite 192.
Dans une forme de réalisation préférée, la température du fluide de refroidissement entrant par la première entrée 137 est d'environ 71 OC à 77 OC, La température du fluide de refroidissement qui pénètre par la deuxième entrée 166 est d'environ 88 OC. La température du fluide de refroidissement sortant par la première et la deuxième sorties 142 et 190 est d'environ 82 0C à chacune de ces deux sorties.
La chambre de mélange 46 a pour fonction d'élever la température du fluide de refroidissement envoyé au circuit de refroidissement du premier moteur 22 à un niveau supérieur à celui qu'il prendrait si la chambre de mélange 46 était supprimée et si la conduite 136 était reliée directement à la conduite 144. Ceci contribue â éviter un sur-refroidissement du premier moteur 22 et à éviter les problèmes mécaniques qui pourraient se poser par conséquence naturelle d'un sur-refroidissement d'un moteur à combustion interne.
L'ensemble du circuit représenté sur la Fig.4 peut être appelé d'une façon générale circuit du fluide de refroidissement.
Les diverses conduites qui renvoient le fluide de refroidissement des moteurs 22 et 24 à l'échangeur de chaleur 44 peuvent être qualifiées de premier réseau de fluide de re froidissement, et les diverses conduites qui envoient le fluide de refroidissement de l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement au premier moteur et au deuxième moteur 22 et 24 peuvent être appelés le deuxième réseau de fluide de refroidissement.
On peut dire que tous les divers échangeurs de chaleur, chambres de mélange, radiateurs, réservoirs d'expansion, pompes et autres organes représentés sur la Fig. 4 sont interca lés dans l'un de ces premier et deuxième réseaux de fluide de refroidissement.
Le deuxième réseau de fluide de refroidissement, qui envoie le fluide de 11 échangeur 44 aux moteurs 22 et 24, divise le courant en deux courants parallèles au niveau du té 125. Les deux courants parallèles se recombinent au té 204 du premier réseau de fluide de refroidissement. Le premier et le deuxième moteurs 22 et 24 peuvent donc être considérés comme intercalés en parallèle entre le premier et le deuxième réseaux fluide de refreidissement, de sorte que le fluide de refroidissement qui s1 écoule du deuxieme réseau de refroidissement au premier réseau de fluide de refroidissement est divisé en un premier et un deuxième courants de fluide de refroidissement qui passent respectivement dans le premier et le deuxième moteurs à combustion interne 22 et 24 respectivement.
Les chambres de mélange 46 et 48 peuvent être qualifiées d'une façon générale de moyens de transfert, qui sont reliés au premier et au deuxième réseaux de fluide de refroidissement entre les moteurs 22 et 24 et ltéchangeur de chaleur 44, pour transmettre l'énergie thermique du fluide de refroidissement circulant dans le premier réseau de fluide de refroidissement au fluide de refroidissement circulant dans le deuxième réseau de fluide de refroidissement.
La chambre de mélange 46 pourrait etre remplacée par un échangeur de chaleur plus classique qui ne mélange pas le fluide envoyé au moteur 22 avec le fluide provenant de ce moteur 22 mais, étant donné que les fluides sont identiques et que la différence de température est faible, on préfère utiliser la chambre de mélange parce qu' elle assure un échange de chaleur beaucoup plus intense que celui qui serait produit par un échangeur classique du type à enveloppe et â tubes-et de dimensions matérielles analogues.
Les conduites qui relient la deuxième chambre de mélange 48 au deuxième moteur 24 sont analogues à celles qui vien nuent å' être décrites et qui relient la première chambre de mélange 46 au premier moteur 22.
La deuxième chambre de mélange 48 comporte une première entrée 141 et une deuxième entrée 194. Elle comporte éga- lement une première et une deuxième sorties 196 et 198. La deuxième sortie 198 est reliée à une conduite 200.
Les conduites 192 et 200 qui ramènent le fluide de refroidissement en provenance des chambres de mélange 46 et 48 sont toutes deux reliées à une conduite de retour commune 202 à l'emplacement du té 204.
La conduite de retour 202 est reliée au côté aspiration d'une pompe à fluide de refroidissement 206. Le côté refoulement de la pompe à fluide de refroidissement 206 est reliée à la conduite 70 dont on a dit précédemment qu'elle était reliée à l'entrée du côté enveloppe de l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement. La pompe 206 est une pompe à entraînement hydraulique qui est entraîne par un moteur hydraulique.
Bien que ceci ne soit pas représenté sur la Fig.4, il est souhaitable de faire passer une petite fraction du débit du fluide de refroidissement chaud du refoulement de la pompe 206 dans une chemise de chauffage oui entoure l'extrémité côté fluide de la pompe à azote 30 pour chauffer cette extrémité.
Les détails de la construction de la chambre de mélange 46 sont représentés sur les Fig. 7 à 9. La deuxième chambre de mélange 48 est de construction analogue. La Fig. 7 est une VU2 extérieure en élévation de la chambre de mélange 46.
La chambre de mélange 46 comprend un corps cylindrique 20ô orienté verticalement auauel sont reliées des entrées 137 et 166 et des sorties 142 et 190.
Un chapeau 210 est fixé à l'extrémité supérieure du corps 208 par un collier de blocage 212. La sortie de tropplein 182 est fixée au chapeau 210.
La Fig. 8 est une vue en élévation et en coupe prise suivant la ligne 8-8 de la rig. 7. Une plaque de base 214 ferme l'extrémité inférieure du corps cylindrique 208 Une première et une deuxième ferrures de montage 216 et 218 sont fixées à la surface extérieure du corps 208 pour fixer ce corps au châssis 12 de l'unité 10 de vaporisation d'azote sans flamme.
A lsintérieur du corps 208 sont disposées une première, une deuxième et une troisième chIcanes 220, 222 et 224.
Comme on peut mieux ie voir sur la Fig. 9, qui est une coupe horizontale prise suivant la ligne 9-9 de la Fig.8, les chicanes sont fixées à deux branches supports parallèles centrales 226 et 228 orientées verticalement qui s'ajustent dans des encoches rectangulaires découpes dans les cnicanes.
Les chicanes sont fixées aux branches supports 226 et 228 par soudage ou par d'autres moyens appropriés.
Le fonctionnement de la chambre de mélange 46 est le suivant. Le fluide de refroidissement plus froid penètre par la première entrée 137 et le fluide de refroidissement plus chaud pénètre par la deuxième entrée 166 ; les deux courants de fluide commencent à se mélanger entre eux au-dessus de la première chicane 220. Pendant que le fluide mélangé descend dans la chambre de mélange 46, vers les sorties 142 et 190, la direction d'écoulement du fluide est déviée deux fois tar la deuxième et la troisième chicanes 222 et 224, ces changements de direction ayant pour effet de brasser et de mélanger parfaitement les deux courants de liquide, de sorte que le liquide qui sort par les deux sorties 142 et 190 est pratiquement à la meme température aux deux sorties.
La Fig. 5 est un diagramme schématique de circulation correspondant aux fluides circulant dans les côtés enveloppe des refroidisseurs à fluide hydraulique 50 et 52, du refroidisseur 54 a' fluide de transmission et des refroidisseurs 56 et 58 de la pompe à azote. La circulation du fluide de refroidissement dans les cStes tubes de ces échangeurs est représenté en traits interrompus de la même façon que sur la
Fig. 4, pour faciliter la mise en corrélation de ces deux figures.
Dans la partie inférieure de la Fig.5, on a représenté les trois pompes hydrauliques 36, 38 et 40 qui sont entraîne nées par le deuxième moteur 22. Les côtés refoulement 226, 228 et 230 des pompes 36, 38 et 40 respectivement sont reliés à une conduite de refoulement commune 232. Dans la conduite de sortie 232 est intercalée une soupape de décharge pilotée 234 qui permet de régler et de modifier la pression de sortie régnant dans la conduite de sortie 232. La soupape de décharge pilotee 234 comprend une soupape de décharge qui peut être tarée à la contre-pression de service désirée pour la conduite de sortie 232.Cette soupape de décharge reste fermée pendant une très brève période apres que les pompes a' déplacement positif 226, 228 et 230 ont commencé a' travailler, jusqu'a ce que la pression régnant dans la sortie 232 ait at- teint la valeur préreglee a laquelle on a fixé le taraye dtou- verture de la soupape de décharge. A ce stade, la soupape de décharge s'ouvre et maintient ensuite une contre-pression constante d'un niveau préréglé contre laquelle les pompes 226, 228 et 230 devront travailler.
Dans une console de commande (non représentée) supportée par le châssis 12 de l'unité de chauffage d'azote sans flamme 10, est placée une soupape de décharge prépondérante ou prioritaire qui est interconnectée avec la soupape 234 de manière que le reglage de la soupape 234 puisse etre modi- fié par la manoeuvre de la soupape de décharge placée dans la console de commande.
De la chaleur est dégagée et transmise au fluide hydraulique lorsque ce fluide est refoulé-par les pompes 36, 38 et 40 et lorsque ce fluide se détend en traversant ltétranglement formé dans la soupape de décharge 234.
Les pompes 36, 38 et 40, en combinaison avec la soupape de décharge 234, constituent une charge variable accouplée au deuxième moteur å combustion interne 24 et qui sert à imposer une charge variable à ce deuxième moteur à combustion interne 24, de manière que la quantité d'énergie thermique transmise du moteur 24 au fluide de refroidissement dans le circuit représenté sur la Fig. 4 et, ensuite, du fluide de refroidissement à l'azote liquide dans l'échangeur de chaleur 44 du fluide de refroidissement, croisse lorsquton fait croî- tre la charge imposée au deuxième moteur à-combustion interne 24 en élevant la contre-pression réglée par la soupape de décharge 234.
Une conduite 236 relie la soupape de décharge pilotée à une entrée côté enveloppe 238 du deuxième refroidisseur à fluide hydraulique 52. Une conduite 240 relie une sortie côté enveloppe 242 du deuxième refroidisseur à fluide hydraulique 252 à une entrée côté enveloppe du premier refroidisseur à fluide hydraulique 50. Une sortie 246.côté enveloppe du premier refroidisseur à fluide hydraulique 50 est reliée à une conduite 248.
La conduite 248 est reliée à deux conduites parallèles 250 et 252 qui sont reliées à un premier et à un deuxième filtres 254 et 256.
Les sorties des filtres 254 et 256 sont reliées à des conduites 258 et 260 qui sont reliées à une conduite de retour commune 262.
Les côtés aspiration 264, 266 et 268 des pompes 36, 38 et 40 respectivement sont tous reliés à la conduite de retour 262, ce qui complète le circuit de circulation du fluide hydraulique dans le côté enveloppe des refroidisseurs de fluide hydraulique 50 et 52
La conduite de retour 262 est reliée à un réservoir d'huile hydraulique 263 par une conduite 265 et un clapet anti-retour de contre-pression 267. Une autre conduite de retour de fluide hydraulique 269, qui prend naissance sur un moteur hydraulique (non représenté) qui entraîne la pompe de fluide de refroidissement 206 (voir Fig.4), est reliée à la conduite 265 en un point situé entre le clapet anti-retour 267 et la conduite 262.
Le clapet anti-retour de contre-pression 267 maintient dans les conduites 265 et 269 une contre-pression constante de 1,55 ka/cm . Ceci fournit une alimentation de fluide hydraulique à pression constante aux côtés aspiration des pompes 36, 38 et 40.
On se reportera maintenant à la partie centrale de la
Fig. 5, sur laquelle on a représenté schématiquement le premier moteur à combustion Interne 22, le mécanisme de transmission 32 et le ralentisseur 33.
La sortie 270 du mécanisme de transmission 32 et du ralentisseur 33 est reliée au côté aspiration de la pompe 272 du fluide de transmission par une conduite 274. Le refoulement de la pompe 272 est relié à l'entrée 276 côté enveloppe du refroidisseur 54 du mécanisme de transmission par une conduite 278. La sortie 280 du côté enveloppe du refroidisseur 54 est reliée à une conduite 282 dont l'autre extrémité est reliée a' un filtre 284. La sortie du filtre 284 est reliée a une conduite de retour 286 qui est reliée à une entrée 288 du mecanisme de transmission 32 et du ralentisseur 33.Le luide de transmission est chauié par le frottement qutil subit dans le mécanisme de transmission 32 et dans le ralentisseur 33, et cette chaleur est transmise au fluide de refroidissement au moyen du refroidisseur 54 du mécanisme de transmission.
On se reportera maintenant à la partie supérieure de la
Fig. 5, sur laquelle on a représenté le circuit de lubrification dans lequel circule 11 huile lubrifiante servant à lubrifier la pompe à azote 30. Un collecteur d'huile lubrifiante, qui distribue l'huile lubrifiante aux divers éléments en mouvement de la pompe à azote, est représenté schématiquement par le collecteur de-lubrification 290 de la pompe à azote.
L'huile lubrifiante s'échauffe en circulant dans le collecteur 290. L'huile sortant du collecteur 290 est envoyée par une conduite 292 au réducteur 31 qui a été décrit plus haut en regard de la Fig. 1. Le réducteur 31 accouple ie mécanisme de transmission 32 à la pompe à azote 30.L'huile de lubrification est ensuite envoyée du réducteur 31 à un réservoir d'huile lubrifiante 296 par une conduite. 294.
Une pompe à huile lubrifiante 298 a son côté aspiration relié au réservoir d'huile lubrifiante 296 par une conduite 300. Le côté refoulement de la pompe 298 est relié à une entrée 302 du côté enveloppe du premier refroidisseur 56 de la pompe a' azote par une conduite 304.
Une. sortie 306 du côté enveloppe du premier refroidisseur 56 de la pompe à azote est reliée à une entrée 308 du côté enveloppe du deuxième refroidisseur 58 de la pompe à azote par une conduite 310. Une sortie 312 du côté enveloppe du deuxième refroidisseur 58 de la pompe a' azote est reliée à une conduite 314.
La conduite 314 est reliée à une entrée d'un filtre 316.
La sortie du filtre 316 est reliée à l'entrée du collecteur 290 de lubrification de la pompe à azote par une conduite 318, ce qui ferme la boucle de circulation de l'huile lubrifiante.
Une soupape de sûreté 320 est reliée à la conduite 314 par une conduite 322, et la sortie de la soupape de sûreté 320 est reliée au réservoir d'huile lubrifiante 29par une conduite 324.
Le fonctionnement de l'unité de vaporisation d'azote sans flamme 10 est approximativement le suivant.
Pour les débits de pompage d'azote relativement faibles, il suffit d'utiliser seulement le premier moteur à combustion interne 22. On met le moteur 22 en marche et il entraîne la pompe à azote 30, laquelle refoule azote dans le circuit représenté sur la Fig.3. Le débit d'azote refoulé par la pompe 30 est réglé par réglage du régime du moteur 22 et par action sur les engrenages contenus dans le mécanisme de transmission 32.
En meme temps, les gaz d'échappement du moteur 22 cir culent dans le côté enveloppe de l'échangeur de chaleur 42 à gaz d'échappement, et ils chauffent l'azote liquide. Si l'é- changeur de chaleur 42 des gaz d'échappement fournit une trop grande quantité de chaleur, on peut le court-circuiter partiellement ou entièrement au moyen de la conduite de dérivation 74 et du robinet de réglage 76.
Azote pénètre ensuite dans l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement, dans lequel il est encore chauffé par la chaleur prélevée sur le fluide de refroidissement.
L'échangeur 42 et egalement l'échangeur 44 à fluide de refroidissement peuvent être court circuités au moyen de la deuxième conduite de dérivation 78 et du robinet de réglage 80.
En observant la température indiquée par l'indicateur de température (non représenté) monté dans le puits de thermométrie 88, le conducteur de la machine peut se servir des robinets 78 et 80, principalement du robinet 80, pour assurer un réglage fin de la température de l'azote qui sort par la sortie 90 du collecteur de sortie 82.
On peut procéder à un réglage de plus grande amplitude mais moins précis de la température de l'azote en faisant varier la charge imposée au ralentisseur 33 de manière à faire varier la charge imposée au moteur 22 et à faire varier en conséquence la chaleur dégagée par ce moteur dans les di vers échangeurs de chaleur. Naturellement, simultanément avec tous ces processus, de la chaleur est transmise du mécanisme de transmission 32 et du ralentisseur 33 au fluide de transmission et, de là, au fluide de refroidissement au moyen du refroidisseur de transmission 54. Par ailleurs, dans le circuit de l'huile lubrifiante de la pompe à azote représenté dans la partie supérieure de la Fige5, de la chaleur est transmise aux refroidisseurs 56 et 58 de la pompe à azote.
Si llensemble-des circuits reliés au premier moteur à combustion interne 22 n'est pas capable de fournir une quantité de chaleur suffisante pour assurer la vaporisation du débit d'azote liquide désiré, on met en marche le deuxiè me moteur à combustion interne 24. Ce deuxième moteur 24 peut travailler indépendamment du premier moteur 22, de sorte qu'on peut l'utiliser sélectivement comme source de chaleur auxiliaire en supplément du premier moteur 22 lorsque la quantité d'énergie thermique transmise du premier moteur 22 au fluide de refroidissement est insuffisante pour fournir une quantité d'énergie thermique suffisante pour porter ltazote à une température désirée dans l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement.
Dès que le deuxième moteur à combustion interne 24 est mis en marche, la quantité de chaleur dégagée par ce moteur peut être réglée grossièrement par reglage de la contre-pression exercée sur les pompes 36, 38 et 40, ce qui s'effectue au moyen de la soupape de décharge pilotée 234. Le réglage fin de la température est encore réalisé au moyen de la dérivation 78 et du robinet de réglage 80.
LT appareil 10 peut assurer des débits de refoulement repartis sur toute l'étendue d'un intervalle de débits al 3 lant d'environ 425 m à environ 6500 m å ltheure, à une pression de refoulement de 700 kg/cm.
Sur la Fig. 10, on a représenté une variante de réalisation de l'invention dans laquelle les pompes 226, 228 et 230 ainsi que le circuit correspondant qui est représenté sur la partie inférieure de la Fig. 5, sont remplacés par un dynamomètre frein à eau 400 qui est entraîné par le deuxième moteur 24. Le dynamomètre à eau 400 représente une variante qu'on peut choisir pour imposer une charge variable au moteur 24, la quantité de chaleur transmise du moteur 24 au fluide de refroidissement puis du fluide de refroidissement à l'azote liquide dans l'échangeur de chaleur 44 à fluide de refroidissement croissant au fur et à mesure quton fait croî- tre la charge imposée au moteur 24.
Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig.1O, le fluide de refroidissement qui sort du côté enveloppe de ltéchangeur 44 est envoyé par une conduite 402 à une entrée 404 au dynamomètre frein à eau 400. Ce dynamomètre 400 se comporte comme une pompe centrifuge possédant un mauvais ren dement et transforme énergie mécanique du moteur 24 en énergie thermique contenue dans le fluide de refroidissement.
On règle la charge imposée au moteur 24 en réglant la contrepression contre laquelle le dynamometre 400 refoule. Ce réglace s'effectue au moyen d'un robinet de contre-pression 406.
Le fluide de refroidissement sortant par le robinet de contre-pression 405 se trouve a une pression relative à peu près nulle et il est envoyé à une hache 410 par une conduite 408.
Le fluide de refroidissement est aspiré dans la bâche 410 par une conduite d'aspiration 412 qui mène à une pompe auxiliaire de fluide de refroidIssement 414 qui porte la pression du fluide de refroidissement à un niveau environ 0,56 ky/cm (pression relative), qui est nécessaire pour le bon fonctionnement du reste du circuit.
Une conduite 416 achemine le fluide de refroidissement de la pompe 414 à entrée 118 du côté tubes du refroidisseur ae transmission 54. Le reste du circuit représenté sur la
Fig. 10 est analogue à celui ae la Fig. 4

Claims (36)

R E V E N D I C A T I O N S
1 - Appareil pour chauffer un premier fluide, caractérisé en ce qu'il comprend : une première source de puissance (22) ; une deuxième source de puissance (24) ; un circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206) servant à faire circuler un fluide de refroidissement et à transmettre de l'énergie thermique de la première et de la deuxième sources de puissance audit fluide de refroidissement ; et des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (4S) destinés à transmettre de l'énergie thermique du fluide de refroidissement au premier fluide.
2 - Appareil suivant la revendication 1, caracterise en ce que la première et la deuxieme sources de puissance sont respectivement un premier et un deuxième moteurs à combustion interne (22, 24).
3 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend : une pompe principale (30) accouplée pour la transmission du mouvement audit premier moteur à combustion interne (22) pour pomper ledit premier fluide ;et des moyens de charge réglables accouplés au deuxième moteur å combustion interne (24) pour imposer une charge variable à ce deuxième moteur a' combustion interne de manière que la quantité d'énergie thermique transmise à ce deuxième moteur à combustion interne au fluide de refroidissement et du fluide de refroidissement audit premier fluide crosse lorsque la charge imposée au deuxième moteur à combustion interne par lesdits moyens de charge réglables est augmentée.
4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit deuxième moteur à combustion interne (24) peut etre mis en -action indépendamment du premier moteur à combustion interne (22), de sorte que le. deuxième moteur à combustion interne peut être sélectivement utilisé commeune source de chaleur auxiliaire en supplément du premier moteur à combustion interne lorsque la quantité énergie thermique transmise du premier moteur à combustion interne au fluide de refroidissement est insuffisante pour dégager une énergie thermique suffisante pour chauffer le premier fluide à la température désirée dans les moyens dtéchange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44).
5 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de charge variables comprennent une pompe hydraulique (36, 38, 40) entralnée par le deuxième moteur à combustion interne (24) et qui refoule un fluide hydraulique contre une pression de décharge variable commandée, de manière que la charge imposée au deuxième moteur à combustion interne (24) soit augmentée par ltaccrolssement de ladite pression de décharge.
6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'échange de chaleur fluide hydrauliquegfluide de refroidissement (50, 52) servant à transmettre de l'énergie thermique dudit fluide hydraulique audit fluide de refroidissement.
7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'li comprend en outre un circuit (290 a 318) de circulation du fluide de lubrification de la pompe principale (30) servant à fournir un fluide lubrifiant à cette pompe principale (30), et des moyens d'échange de chaleur fluide lubrifiant/fluide de refroidissement (56, 58) qui sont interposés entre ledit circuit (290 à 318) de circulation du fluide de lubrification de la pompe principale et ledit circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206) pour transmettre de l'énergie thermique dudit fluide lubrifiant audit fluide de refroidissement.
8 - Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'échange de chaleur fluide hydraulique/ fluide de refroidissement (50, 52) et les moyens d'échange de chaleur fluide de refroissement/fluide lubrifiant (56, 58) sont placés, relativement au sens de l'écoulement du fluide de refroidissement dans ledit circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206), en aval au moyen d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) et en amont du premier et du deuxième moteurs à combustion interne (22, 24).
9 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206) comprend un premier réseau de fluide de refroidissement (70, 148 à 194, 198 à 206) servant à acneminer le fluide de refroidissement du premier et du deuxième moteurs à combustion interne (22, 24) auxdits moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44), et un deuxième réseau de fluide de refroidissement (72, 10S à 146, 196) servant a' acheminer le fluide de refroidissement des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) au premier et au deuxième moteurs à combustion interne (22, 24), lesdits moyens d'échange de chaleur fluide hydraulique/fluiae de refroidissement (50, 52) et lesdits moyens d'échange de chaleur fluide lubrifiant/fluide de refroidissement (56, 58) étant intercalés dans le deuxième réseau de fluide de refroidissement (72, 108 à 146, 196).
10 - Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le premier et le deuxième moteurs à combustion interne (22, 24) sont intercalés en parallèle entre le premier et le deuxième réseaux de fluide de refroidissement, de sorte que le fluide de refroidissement qui s'écoule du deuxième réseau au premier réseau est divisé en un premier et un deuxième courants de fluide de refroidissement qui circulent respectivement dans le premier et dans le deuxième moteurs à combustion interne (22, 24).
11 - Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'in comprend un supplément une chambre de mélange (46) reliée a' la partie du premier et du deuxième réseaux de fluide de refroidissement dans laquelle circule ledit premier courant de refroidissement pour mélangèr le fluide de refroidissement provenant du premier réseau au fluide de refroidissement provenant du deuxième réseau et, de cette façon, trans mettre de l'énergie thermique du fluide de refroidissement circulant dans le premier réseau au fluide de refroidissement circulant dans le deuxième réseau.
12 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de charge variables comprennent un dynamomètre frein à eau (400) entraîne par le deuxième moteur à combustion interne (24) et qui sert à transformer 11 énergie mécanique du deuxieme moteur à combustion interne en énergie thermique contenue dans le fluide de refroidissement lorsque ce fluide de refroidissement circule à travers ce dynamomètre frein à eau.
13 - Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce que ledit dttnamomètre frein à eau (400) comprend un robinet de contre-pression réglable (406) servant à faire varier une coPftre-pression contre laquelle ledit dynamomètre frein a' eau refoule ledit fluide de refroidissement, de sorte que la charge imposée audit deuxième moteur à combustion interne (24) est modifiée lorsqu'on fait varier ladite contrepression.
- - Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce qutil comprend en outre une banche (410) destinée à recevoir le fluide de refroidissement dudit robinet de contrepression (406) ; et une pompe auxiliaire (414) qui aspire le fluide de refroidissement dans ladite bâche (410) pour le mettre sous pression.
15 - Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit (290 à 318) de circulation du fluide de lubrification de la pompe principale (30) servant à fournir un fluide lubrifiant à cette pompe principale (30), et des moyens d'échange de chaleur fluide lubrifiant/fluide de refroidissement (56, 58) qui sont interposés entre ledit circuit (290 à 318) de circulation du fluide de lubrification de la pompe principale et leditcir- cuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206) pour transmettre de 11 énergie thermique dudit fluide lubrifiant audit fluide de refroidissement.
16 - Appareil suivant la revendication 15, caractérisé en ce que ledit dynamomètre frein à eau (400) et les moyens d'échange de chaleur fluide lubrifiant/fluide de refroidissement (56, 58) sont placés, relativement au sens de l'écoule- ment du fluide de refroidissement dans ledit circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206), en aval des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) et amont du premier et du deuxième moteur à combustion interne (22, 24).
17 - Appareil suivant la revendication 16, caractérisé en ce que ledit circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206) comprend un premier réseau de fluide de refroidissement (70, 148 à 194, 198 à 206) servant a' acheminer le fluide de refroidissement du premier et du deuxième moteurs à combustion interne (22, 24) auxdits moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44), et un deuxième réseau de fluide de refroidissement (72, 108 à 146, 196) servant à acheminer le fluide de refroidissement des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) au premier et au deuxième moteurs à combustion interne (22, 24), ledit dynamomètre frein à eau (400) et lesdits moyens d'échange de chaleur fluide lubrifiant/fluide de refroidissement (56, 58) étant intercalés dans le deuxième réseau de fluide de refroidissement (72, 108 à 146, 196).
18 - Appareil suivant la revendication 17, caractérisé en ce que le premier et 1é deuxime moteurs 8 combustion interne (22, 24) sont intercalés en parallèle entre le premier et le deuxième reseaux de fluide de refroidissement, de sorte que le fluide de refroidissement qui s'écoule du deuxième réseau au premier réseau est divisé en un premier et un deuxième ccurants de fluide de refroidissement qui circulent respectivement dans le premier et dans le deuxième moteurs à combustion interne (22 5 24).-
19 - Appareil suivant la revendication 16, caractérisé en ce qutil comprend en supplément une chambre de mélange (4G) reliée à la partie du premier et du deuxième réseaux de fluide de refroidissement dans laquelle circule ledit premier courant de refroidissement, pour mélanger le fluide de refroidissement provenant du premier réseau au fluide de refroidissement provenant du deuxième réseau et, de cette fa çon, transmettre de l'énergie thermique du fluide de refroidissement circulant dans le premier réseau au fluide de refroidissement circulant dans le deuxième reseau.
20 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 103 a' 206) comprend un premier réseau de fluide de refroidissement (70, 148 à 194, 198 à 206) servant à acheminer le fluide de refroidissement du premier et du deuxieme moteurs combustion interne (22, 24) aux moyens d'échange de chaleur fluide de retroidissement/premier fluide (44), et un deuxième me réseau de fluide de refroidissement (72, 108 à 146, 196) servant à acheminer le fluide de refroidissement des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) au premier et au deuxième moteurs à combustion interne (22, 24).
21 - Appareil suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le premier et le deuxième moteurs à combustion interne (22, 24) sont intercalés en parallèle entre le premier et le deuxième réseaux de fluide de refroidissement, de sorte que le fluide de refroidissement qui s'écoule du deuxième réseau au premier réseau est divisé en un premier et un deuxie- me courants de fluide de refroidissement qui circulent respectivement dans le premier et dans le deuxième moteurs à combustion interne (22, 24).
22 - Appareil suivant la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en supplément une chambre de mélange (46) reliée à la partie du premier et du deuxième réseaux de fluide de refroidissement dans laquelle circule ledit premier courant de refroidissement, pour mélanger le fluide de refroidissement provenant du premier réseau au fluide de refroidissement provenant du deuxième réseau et, de cette façon, transmettre de l'énergie thermique du fluide de refroidissement circulant dans le premier réseau au fluide de refroidissement circulant dans le deuxième réseau.
23 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'échange de chaleur gaz d'échappement/premier fluide (42) servant à transmettre directement de 11 énergie thermique des gaz d'échappement produits par les premier et deuxième moteurs à combustion interne (22, 24) audit premier fluide.
24 - Appareil suivant la revendication 23, caractérisé en ce que les moyens d'échange de chaleur gaz d'échappement/ premier fluide (42) et les moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) sont agencés, relativement au sens de l'écoulement du premier fluide, de telle manière que les moyens d'échange de chaleur gaz d'échappement/ premier fluide (42) soient placés en amont des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44).
25 - Appareil suivant la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des premiers moyens de dérivation (74, 76) servant à faire passer ledit premier fluide en dérivation par rapport aux moyens d'échange de chaleur gaz dtéchappement/premier fluide (42).
26 - Appareil suivant la revendication 25, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de dérivation (74, 76) constituent des moyens de dérivation réglables qui permettent de faire passer une fraction réglée dudit premier fluide en dérivation.
27 - Appareil suivant la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des deuxièmes moyens de dérivation (78, 80) permettant de faire passer ledit premier fluide en dérivation par rapport aux moyens d'échange de chaleur gaz d'échappement/premier fluide (42) et par rapport aux moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44).
28 - Appareil suivant la revendication 27, caractérisé, en ce que lesuits deuximes moyens de dérivation (78, 80) peuvent etre mis en action indépendamment des premiers moyens de dérivation (74, 76).
29 - Appareil suivant la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de dérivation (78, 80) permettant de faire passer le premier fluide en dérivation par rapport aux moyens d'échange de chaleur gaz d'échappement/premier fluide (42) et par rapport aux moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44).
30 - Appareil suivant la revendication 29, caractérisé en ce que lesdits moyens de dérivation (78; 80) sont constitués par des moyens de dérivation réglables qui permettent de faire passer une fraction réglée dudit premier fluide en dérivation,
31 - Appareil suivant la revendication 24, caractérisé en ce qu'il constitue un appareil destiné à chauffer un premier fluide liquide dans une mesure suffisante pour faire passer ce premier fluide à ltétat gazeux surchauffé, en ce que les moyens d'échange de chaleur gaz d'échappement/premier fluide (42) constituent des moyens permettant de transmettre des gaz d'échappement au-dit premier fluide liquide une quantité d'énergie thermique à peu près suffisante pour faire passer ce premier fluide à l'état gazeux, et en ce que les moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) constituent des moyens permettant de surchauffer ledit premier fluide gazeux.
32 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un châssis rectangulaire (12) qui comporte des premier et deuxième côtés opposés (14, 16) et des troisième et quatrième côtés-opposés (18, 20), le premier et le deuxième moteurs à combustion interne (22, 24) étant montés sur ce châssis de maniere que les axes de rota tion des vilebrequins de ce premier et de ce deuxième moteurs à combustion interne soient orientés a peu près parallèlement aux troisième et quatrième côtés (18, 20) du châssis,
33 - Appareil suivant la revendication 32, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pompe principale (30) servant à refouler ledit premier fluide, cette pompe principale étant placée sur le châssis (12) entre le premier moteur à combustion interne (22) et le deuxième côte (16) du cassis et des moyens de transmission (32) servant à accoupler le premier moteur à combustion interne (22) à ladite pompe principale (30) de manière que cette pompe principale soit entraînée par ce premier moteur à combustion interne.
34 - Appareil suivant la revendication 32, caractérisé en ce que ledit châssis rectangulaire constitue un traîneau transportable.
35 - Appareil pour chauffer un premier fluide, caractérisé en ce qu'il comprend : un premier moteur à combustion interne (22) ; une pompe principale (30) destinée a'- pomper ledit premier fluide ; des moyens de transmission (32) qui reiient ledit moteur à ladite pompe principale de manière que cette pompe principale soit entraînée par ce moteur -; un circuit de fluide de refroidissement (70, 72, 108 à 206) destiné à faire circuler un fluide de refroidissement et à transmettre de l'énergie thermique du moteur à combustion interne au fluide de refroidissement w des moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissementÈnremier fluide (44) servant à transmettre de énergie thermique du fluide de refroiai-sse- ment au premier fluide ; et un ralentisseur (33) relié auxdits moyens de transmission- (32) et destinés à imposer une charale variable audit moteur (22) de manie que la quantité d'énergie thermique transmise du moteur à combustion interne au fluide de refroidissement et de ce fluide de refroidissement audit premier fluide soit augmentée lorsque la charte imposée au moteur par ledit ralentisseur est augmentée.
36 - Appareil suivant la revendication 35, caractérise en ce que ledit ralentisseur (33) est parcouru par un fluide de transmission, et en ce que l'appareil comprend en outre des moyens d'échange de chaleur fluide de transmissionZflui de de refroidissement (54) servant à transmettre de lténergie thermique du fluide de transmission au fluide de refroidissement.
37 - Appareil suivant la revendication 36, caractérisé en ce que lesdits moyens d'échange de chaleur fluide de transmission/fluide de refroidissement (54) sont placés, relative ment au sens de l'écoulement du fluide de refroidissement dans le circuit de fluide de refroidissement, en aval desdits moyens d'échange de chaleur fluide de refroidissement/premier fluide (44) et en amont du moteur à combustion interne (22).
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