FR2541388A1 - Injection pour compresseur a vis haute pression - Google Patents

Abstract

DANS UN COMPRESSEUR A VIS 1, IL EST NECESSAIRE, POUR REALISER DES HAUTES PRESSIONS, D'ASSURER UNE INJECTION DE LIQUIDE PENDANT LA PHASE DE REFOULEMENT DU COMPRESSEUR. L'INVENTION PREVOIT QUE CETTE INJECTION EST REALISEE PAR UNE POMPE 3 ENTRAINEE PAR UN MOTEUR HYRAULIQUE 4 MU PAR AU MOINS UNE PARTIE DU FLUIDE REFOULE. L'ON PEUT REALISER AINSI DES INJECTIONS A TRES HAUTE PRESSION SANS RENCONTRER DE PROBLEMES D'ENTRAINEMENT DE L'ARBRE DE POMPE DU FAIT QUE LE MOTEUR HYDRAULIQUE ET LA POMPE SONT SENSIBLEMENT A LA MEME PRESSION.

Description

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il est connu, notamment par le brevet français 2 098 655, de réaliser une injection de liquide dans un compresseur à gaz du type à vis engrenant avec au moins un pignon Le point d'injection optimal s'avère en général tel que la pression dans les filets en vis à vis est la pression d'aspirat

ou la pression en début de compression.

Il existe donc une différence de pression suffisante avec le refoulement pour que le liquide d'injection, comme montré par exemple dans l'addition 78 706 au brevet français 1,268 586, circule en circuit

fermé sans nécessité d'une pompe auxiliaire.

Cette solution ne s'applique pas, ou s'applique mal au cas o le compresseur à vis est utilisé pour réaliser des hautes pressions, c'est

à dire des pressions de refoulement supérieures à 30 bars.

En effet, lorsque l'on cherche à obtenir ces pressions, en général par compression multi-étagée, l'on est tenu à ne pas dépasser par étage une augmentation de pression absolue compatible avec les flexions maximale

admissibles des pièces telles que les dents de pignon.

Il en résulte qu'au fur et à mesure que l'on considère des étages de compression à des pressions plus élevées, le taux de compression de chaque

étage diminue.

Par exemple, si l'on fixe un maximum de 20 bars par étage, et que l'on veuille réaliser une pression finale de 50 bars absolus, en partant par exemple d'air à la pression atmosphérique, l'on aura un premier étage compressant de 1 à 10 bars absolus, puis un deuxième compressant de 10 à

bars, puis un troisième de 30 à 50 bars.

Les taux de compression seront respectivement 10,3 et 1,66 Ce derni taux est très faible et il signifie que quelques degrés de rotation après le filet de la vis soit fermé, ce filet doit déboucher dans le refoulenoent: la conséquence est que dans un tel compresseur, leszones du carter o sur usuellement pratiqués les orifices d'injection dans un compresseur basse pression avec des taux de compression supérieurs à 2 ou 3, sont maintenant exposés pratiquement en permanence à la pression de refoulement et qu'il faut soit déplacer vers l'aspiration l'orifice d'injection mais les zop E de fuites entre vis et pignon ne sont plus ou mal alimentées en liquide d'étanchéité -, soit injecter du liquide avec une pompe mais entraîner une pompe lorsque la pression du liquide à mouvoir dépasse 30 bars commenc à poser des problèmes d'étanchéité au niveau de l'arbre d'entraînement de

pompe et au-delà de 200 bars devient même pratiquement insoluble.

* / La présente inventiun a pour objet un compresseur à vis haute pression, comprenant en combinaison un compresseur à vis, mu par un moteur, et refoulant par une canalisation haute pression dans un réservoir haute pression, ledit réservoir étant relié, d'une part à une canalisation de départ de l'air comprimé, d'autre part à au moins une canalisation ti pour un liquide d'injection relié à au mpins un orifice d'injection

disposé dans le carter du compresseur, dans une zone dudit carter substan-

tiellement exposée à la haute pression, une pompe étant disposée sur cette canalisation de liquide et caractérisé en ce que ladite pompe est entraînée par un moteur hydraulique disposé sur le même arbre que la pompe et mu par

1 i au moins une partie du fluide refoulé.

Dans une première disposition, l'on utilise la totalité du mélange gaz liquide refoulé que l'on fait passer dans ce moteur hydraulique dans une deuxième disposition, l'on a au moins deux canalisations d'injection, l'une, déjà citée, reliée à un orifice d'injection situé dans le carter en vis à vis de la haute pression, l'autre qui porte le moteur relié à un orifice d'injection disposé dans le carter dans une zone substantiellement

exposée à la pression d'aspiration.

Dans les deux cas, la différence de pression entre le moteur hydraulique et la pompe reste faible, de l'ordre de quelques bars, même si la pression absolue dans le moteur comme dans la pompe peut atteindre des valeurs très élevées; ceci élimine la nécessité d'avoir un joint absolument étanche entre moteur et pompe, de petites fuites étant acceptables de l'un vers l'autre sans perturber le fonctionnement, d'autre part le joint ne subit que des différences de pressions faibles donc on peut utiliser tous les joints courants que ce soit joint à lèvre, labyrinthe, etc. Un autre avantage, notamment dans le cas du moteur mu pur le mélange gaz comprimé liquide, est d'améliorer sensiblement le rendement par rapport à une injection classique effectuée à la basse pression: en effet, la puissance consommée pour remonter la pression du liquide injecté de la basse pression à la haute pression, n'est plus totalement négligeable quand le débit de liquide injecté doit, pour assurer une bonne étanchéité, représenter en volume plusieurs pour cents du volume balayé par le compresseur Par contre, la puissance absorbée pour mouvoir une pompe donnant quelques bars de différence au-dessus de la haute pression reste négligeable et inférieure à des valeurs de l'ordre du

pour cent de la puissance absorbée par le compresseur.

/ 3- Un autre avantage est de permettre d'injecter à la haute pression des débits de liquide qui peuvent être considérables sans risque de modifier le taux de compression ou, à la limite, de risquer de comprimer du liquide incompressible avec toutes les conséquences mécaniques correspondantes L'injection haute pression survenant en-effet lorsque le filet communique déjà avec la haute pression, le liquide peut s'échapper sans problème vers cette haute pression; si, au contraire, il était injecté pendant l'aspiration ou le début de la compression, ceci réduirait d'autant le volume laissé pour le gaz au cours de la compression et pourrait conduire à la limite à un volume nul d'o accident Il est donc possible de multiplier les trous d'injection et de "noyer" les fuites haute pression,

notamment entre vis et pignon, sous un flot renouvelé de liquide.

En ayant en particulier au moins deux orifices d'injection, l'un pour la basse pression, l'autre pour la haute pression, l'on s'assure d'avoir en permanence du liquide, au début de la compression par l'orifice d'injection basse pression, puis ensuite par l'orifice ou les orifices

haute pression.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la

description ci-après donnée à titre d'exemple non-limitatif et du dessin

ci-annexé o la figure 1 représente le schéma d'ensemble d'un premier dispositif conforme à l'invention, la figure 2 représente le schéma d'ensemble d'un second dispositif conforme à l'invention,

la figure 3 représente la vue en coupe d'un ensemble moteur hydraulique-

pompe, la figure 4 représente une vue en coupe par l'axe de la vis d'un compresseur à vis conforme à l'invention, la figure 5 est une vue en coupe suivant VV' de la figure 4,

la figure 6 est une vue développée de la vis de la figure 4.

On voit sur la figure 1 un compresseur à vis 1 entraîné par un moteur non représenté et qui aspire par une canalisation 2 du gaz à des

pressions élevées de l'ordre d'au moins 10 à 20 bars.

Le compresseur refoule par une canalisation 3 qui traverse un moteur hydraulique 4 et débouche dans un réservoir haute pression partiellement rempli d'un liquide 6 Le gaz comprimé, séparé du liquide /

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dans le ballon 5 part vers l'utilisation par la canalisation 7.

Le liquide sous pression 6 est réinjecté dans le compresseur à la haute pression (comme indiqué ci-après à propos des figures 4 à 6) par une canalisation 8 o est située une pompe 9 entraînée par le moteur

hydraulique 4, et aboutissant au trou d'injection 19.

Il est possible d'avoir en parallèle une injection basse pression alimentée par une canalisation 10 avec une perte de charge 11

pour limiter le débit et débouchant au trou d'injection 20.

L'on voit sur la figure 2 une variante du dispositif de la figure 1 dans laquelle le moteur n'est plus sur la canalisation d'échappement du compresseur, mais est le moteur 4 ' situé sur la canalisation basse

pression avant la perte de charge 11.

L'on notera que la chute de pression dans le moteur 4 ' (de même que dans le moteur 4) est faible et du même ordre que la pression fournie par la pompe 9, c'est à dire des valeurs usuellement de l'ordre de 2 à 4 bars Ces valeurs sont en général suffisantes pour assurer

une étanchéité correcte car elles donnent au liquide une vélocité suffi-

sante pour arriver dans la zone de fuites vis-pignon, sur chaque dent de pignon et s'étaler sur cette dent bien avant que cette dent n'ait quitté la vis Ce résultat est obtenu par la perte de charge 11 constituée par exemple d'un étranglement ou d'une série d'étranglements de telle sorte que par exemple si la différence de pression entre aspiration et refoulement est de 20 bars, environ 4 bars sont utilisés pour mouvoir le moteur 4, 4 bars sont utilisés au niveau du trou d'injection pour donner au liquide la vitesse nécessaire et 12 bars sont perdus dans la perte de

charge 11.

Il en résulte que la différence de pression entre la partie à la pression la plus élevée de la pompe 9 et celle à la pression la plus

basse du moteur 4 ' n'excède pas des valeurs de l'ordre de 8 bars.

Dans le cas de la figure 1, l'écart serait même plus faible car le débit du moteur 4 est beaucoup plus -élevé que celui de la

pompe 9, usuellement entre 5 et-20 fois plus fort La pression différen-

tielle à travers le moteur est donc le plus souvent inférieure au bar, et

l'écart de pression moteur-pompe est donc usuellement inférieur à 5 bars.

/ -'25413 oo Le faible écart de pression, que ce soit dans le cas de la figuer 1 ou de la figure 2, autorise une construction simple du système moteur hydraulique-pompe comme visible sur la figure 3 o l'on a représenté en 12 et'13 les deux pignons du moteur 4, en 14 et , les deux pignons de la pompe 9 et en 16 l'arbre commun aux pignons 12 et 14 assurant l'entraînement de la pompe par le moteur. Compte tenu de la faible différence de pression, l'on nia pas prévu de joint car les petites fuites de gaz passant dans la pompe et

le circuit d'injection n'ont pas d'effet sur le rendement.

L'on notera que les pièces 17 et 18 formant boitier sont conçues pour contenir à l'intérieur de la pompe et du moteur des pressions absolues qui peuvent être très élevées et dépasser 100 bars (s'il s'agit par exemple du quatrième ou cinquième étage de compression) même si la différence

de pression entre moteur et pompe est faible.

L'on a représenté le moteur et la pompe par des dispositifs à engrenage, mais tout un dispositif équivalent, tel que palette, piston,

etc, peut être utilisé sans modifier l'invention.

L'on a représenté sur les figures 4, 5 et-6 les arrivées des

canalisations 8 et 10 et les trous d'injection correspondants.

L'on voit sur la figure 4 la coupe d'un compresseur à vis et pignon de type connu conforme au brevet français N O 1 331 998, o l'on a représenté en pointillé la position du débouché dans le carter des orifices d'injection 19 et 20 La figure 5 montre à titre d'exemple

en coupe le trou d'injection 20, la coupe par le trou 19 non représentée -

étant absolument similaire.

On voit sur la figure 6 un développé de la vis 21 de la figure 4 avec un filet 22 1 L'on a représenté en 23 la position qu'occupe le bord du filet quand celui-ci est fermé par une dent de pignon 24 et en 25 le bord

du filet situé de l'autre côté du creux de la vis.

L'intervalle du carter entre ces deux lignes 23 et 25 voit donc

alternativement la pression d'aspiration et le début de la compression.

L'on a représenté en 26 le pourtour de l'orifice d'échappement.

L'on constate que ce pourtour 26 est assez proche du bord 25; comme déjà indiqué dans le préambule, lorsque la pression d'aspiration est élevée, un faible taux de compression est nécessaire pour obtenir une variation de pression de l'ordre de 20 à 30 bars qui sont les pressions différentielles maximum autorisées par la résistance ou les flexions admissibles de pièces telles que les supports de dents 27 des pignons

visibles sur la figure 5.

/

6 25413 ôô

Un faible taux de compression implique que la pression est obtenue après une très petite rotation de la vis et que la zone haute pression délimitée par la ligne 28 ( position du bord du filet qui était en 23 au moment du début de la compression et qui vient dans cette position 28 lorsque le bord opposé du creux vient coincider avec le bord 'a l'échappement 26) et figurée en hachurée est donc très étendue. Un orifice situé au début de la compjression tel que 20 serait insîffisant, non seulement parce qu'il est assez loin de l'échappement mais aussi parce que, du fait de l'extension prise par la zone haute pression, du fait également de l'accroissement de la pression différentielle par rapport à des compresseurs classiques à 7 10 bars, le "joint liquide", c'est à dire la petite quantité de liquide injecté qui obture les fuites entre vis et pignon, aurait entièrement disparu dans ces fuites avant que la dent ne soit sortie de la vis d'o fuites de gaz dont l'incidence sur le rencement volumétrique est beaucoup plus conséquent que les fuites

de liquide.

Il est donc nécessaire de "renouveler" ce-joint et il est donc nécessaire d'effectuer au moins une injection dans la zone haute pression

comme expliqué ci-dessus.

On notera qu'il est bien entendu possible de multiplier ces orifices d'injection ou d'augmenter le nombre de pompes et de circuits ou d'utiliser les dispositions ci-dessus avec des compresseurs à pignons cylindriques

conformes au brevet français ou même avec des compresseurs à deux vis -

sans changer la nature de l'invention.

1.T 25413 oo

Claims (3)

REVENDICATIONS

1 Compresseur à vis haute pression comprenant en combinaison un compresseur à vis mu par un moteur et refoulant par une canalisation haute pression dans un réservoir haute pression, ledit réservoir étant relié d'une partîà une canalisation de départ de l'air comprimé, d'autre part à au moins une canalisation pour un liquide d'injection reliée à au moins un orifice d'injection disposé dans le carter du-compresseur dans une zone dudit carter substantiellement exposée à la haute pression, une pompe étant disposée sur cette canalisation de liquide et caractérisée en ce que ladite pompe est entrainée par un moteur hydraulique disposé sur le même arbre que la pompe et mu par au moins une partie du fluide refoulé.

2 Compresseur suivant la revendication 1 ou ledit moteur hydraulique est disposé sur la canalisation haute pression de refoulement du compresseu I

et est mu par le gaz comprimé et le liquide refoulés.

3 Compresseur suivant la revendication 1 comprenant en outre une canalisation basse pression reliant ledit réservoir haute pression-à au moins un orifice d'injection situé dans le carter du compresseur à une pression inférieure à la pression de refoulement et caractérisé en ce que ledit moteur hydraulique est disposé sur cette canalisation basse pression et est mu par la partie liquide séparée du fluide refoulé par le compresseur